JP2023088497A - 表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤および(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法 - Google Patents
表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤および(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023088497A JP2023088497A JP2021203270A JP2021203270A JP2023088497A JP 2023088497 A JP2023088497 A JP 2023088497A JP 2021203270 A JP2021203270 A JP 2021203270A JP 2021203270 A JP2021203270 A JP 2021203270A JP 2023088497 A JP2023088497 A JP 2023088497A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- mass
- salt
- meth
- acrylic acid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
【課題】耐プロセスダメージ性を有し、かつ、耐プロセスダメージ性を高く維持しながらも高い吸収性能を有する吸水性樹脂およびその製造方法を提供することである。【解決手段】表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤であって、以下を全て満たす、吸水剤:(a)CRC>20g/g、(b)pHが4.0~5.4、(c)可溶分の分岐密度 0.03~0.70、(d)可溶分(16hr-Extr) 5~25質量%。
Description
本発明は、表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤および(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法に関する。
吸水性樹脂(SAP/Super Absorbent polymer)は、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤であり、その用途として、例えば、紙オムツ、生理用ナプキン、成人向け失禁用製品等の吸収性物品に用いられる。吸水性樹脂としては、多くの単量体や親水性高分子が提案されているが、性能及びコストの観点から、ポリアクリル酸等のポリカルボン酸系樹脂が、多く用いられている。
上記のような用途に応じて、吸水性樹脂は、所望のパラメーター物性になるように制御されて生産することが試みられている。例えば、加圧下吸水倍率(AAP)、生理食塩水流れ誘導性(SFC)を高めるために、吸水性樹脂に存在する反応性基と反応しうる官能基を複数個有する架橋剤を用いて、吸水性樹脂の表面近傍に架橋構造を形成させることで、吸水性樹脂の表面架橋密度を高める方法(表面架橋)が知られている(例えば、非特許文献1)。
そして製造された吸水性樹脂は、当該吸水性樹脂が使用される吸収性物品の使用用途や必要性能・吸収能力に応じて投入量・投入方法等が設計された後、吸収性物品を組み上げする現場で投入され、吸収性物品として製造されうる。
各吸収性物品の製造メーカーによる吸収性物品の設計・製造は、上述のとおり、その使用用途や必要性能・吸収能力に応じて、納入された吸水性樹脂の各パラメーター物性を指標にしてなされるが、該吸収性物品の製造過程で、吸水性樹脂に物理的な負荷・衝撃、所謂、プロセスダメージがかかる。吸水性樹脂の最適な表面架橋層の一部が破壊されると、たとえ吸水性樹脂の吸収性能(AAPやSFC)を高めても、おむつへの投入時には、その性能が低下してしまい、意図するおむつの性能が発揮されない。
これに対する解決手段として、表面架橋型吸水性樹脂粒子の表面に滑剤としての界面活性剤を存在させたり(例えば、特許文献1)、表面架橋型吸水性樹脂粒子の含水率を高めたりする方法(例えば、特許文献2)が提案されている。
Modern Superabsorbent Polymer Technology(1998)55~60頁,97~103頁
特許文献1、特許文献2で提案されている技術でも一定の効果はあるが、界面活性剤添加は表面張力の低下による吸収物品の物性への悪影響、含水率を高めることは吸水性樹脂の粘着性の増加よる物性への悪影響といった負の影響も見られ、さらなる改良が必要となっている。仮に従来の方法で耐ダメージ性が向上したとしても、おむつに投入する前の吸水剤の性能自体が低下するという課題が新たに出てきている。
以上の状況に鑑み、発明が解決しようとする課題は、耐プロセスダメージ性を有し、かつ、耐プロセスダメージ性を高く維持しながらも高い吸収性能を有する吸水性樹脂およびその製造方法を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を積み重ねた。その結果、表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤であって、以下を全て満たす、吸水剤:(a)CRC>20g/g、(b)pHが4.0~5.4、(c)可溶分の分岐密度 0.03~0.70、(d)可溶分(16hr-Extr) 5~25質量%、および/または、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程と、前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合する工程と、前記重合後に、表面架橋処理を行う工程と、を有し、前記(メタ)アクリル酸(塩)の中和率が、30モル%以上、55モル%未満であり、前記単量体水溶液中の前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度が、38~50質量%であり、前記重合する工程における、重合ピーク温度と、重合開始温度との差ΔTが、50℃以下である、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法を提供することによって、上記の課題が解決できることを見出し、本発明の完成に至った。
本発明によれば、耐プロセスダメージ性を有し、かつ、耐プロセスダメージを高く維持しながらも高い吸収性能を有する吸水剤および吸水性樹脂の製造方法を提供することができる。
〔1〕用語の定義
(吸水性樹脂、樹脂粉末(吸水性樹脂粉末)、表面架橋された樹脂(表面架橋型吸水性樹脂粒子)、吸水剤)
本発明における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性の高分子ゲル化剤を意味し、水に不溶性である。「水膨潤性」とは、EDANA法(WSP241.3(10))で規定されるCRC(無加圧下吸収倍率)が5g/g以上であることを、「水不溶性」とは、EDANA法(WSP270.3(10))で規定されるExt(可溶分量)が50質量%以下であることを、それぞれ意味する。本発明における「吸水性樹脂」は、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂でありうる。(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、(メタ)アクリル酸及びその塩に由来の構成単位を含む「吸水性樹脂」である。例えば、酸基の総数に対し一部中和された(もしくは、一部は未中和)の酸基を有するアクリル酸系吸水性樹脂も(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂に含まれる。
(吸水性樹脂、樹脂粉末(吸水性樹脂粉末)、表面架橋された樹脂(表面架橋型吸水性樹脂粒子)、吸水剤)
本発明における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性の高分子ゲル化剤を意味し、水に不溶性である。「水膨潤性」とは、EDANA法(WSP241.3(10))で規定されるCRC(無加圧下吸収倍率)が5g/g以上であることを、「水不溶性」とは、EDANA法(WSP270.3(10))で規定されるExt(可溶分量)が50質量%以下であることを、それぞれ意味する。本発明における「吸水性樹脂」は、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂でありうる。(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、(メタ)アクリル酸及びその塩に由来の構成単位を含む「吸水性樹脂」である。例えば、酸基の総数に対し一部中和された(もしくは、一部は未中和)の酸基を有するアクリル酸系吸水性樹脂も(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂に含まれる。
上記「吸水性樹脂」は、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂でありうるが、その全量(100質量%)がそれである必要はなく、上記性能(CRC、Ext)を満たす範囲内で該吸水性樹脂以外の各種物質を含有していてもよい。
また、上記「吸水性樹脂」は、「内部のみが架橋された重合体(つまり、内部と表面の架橋密度が実質的に同じである重合体)」または「内部と表面とが架橋された重合体(つまり、表面の架橋密度が内部の架橋密度に対して相対的に高い重合体)」を指す場合がある。なお、本明細書では、便宜上、内部のみが架橋された重合体を「樹脂粉末(吸水性樹脂粉末)」とも表記し、内部と表面とが架橋された重合体を「表面架橋された樹脂(表面架橋型吸水性樹脂粒子)」とも表記する。
本発明における「吸水剤」は、吸水性樹脂を含む。また、最終製品として出荷可能な状態にある吸水性樹脂も含む。従って、上記「表面架橋型吸水性樹脂粒子」をそのまま最終製品として出荷する場合、当該「表面架橋型吸水性樹脂粒子」が「吸水剤」となる。また、上記「表面架橋型吸水性樹脂粒子」に各種物質を混合した組成物も、それが最終製品として出荷される場合、「吸水剤」と表記しうる。
本発明における「吸水性樹脂を含む吸水剤」とは、吸水剤中の吸水性樹脂の割合が50質量%~100質量%であるとよい。なお、当該割合は、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、あるいは、90質量%以上である。また、吸水性樹脂以外の成分として、水や添加剤を50質量%以下、40質量%以下、30質量%以下、20質量%以下、10質量%以下、あるいは、0.01質量%~10質量%で含有してもよい。
((メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂)
本発明における「(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂」とは、(メタ)アクリル酸(塩)を原料とする吸水性樹脂を意味する。つまり、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、重合体中に(メタ)アクリル酸(塩)由来の構造単位を有する、吸水性樹脂である。
本発明における「(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂」とは、(メタ)アクリル酸(塩)を原料とする吸水性樹脂を意味する。つまり、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、重合体中に(メタ)アクリル酸(塩)由来の構造単位を有する、吸水性樹脂である。
具体的には、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、重合反応に関与する単量体全体(ただし、内部架橋剤は除く)に対して、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上、97モル%以上、あるいは、99モル%以上、あるいは、100モル%の(メタ)アクリル酸(塩)を含む、吸水性樹脂である。
(EDANAおよびWSP)
「EDANA」は、European Disposables and Nonwovens Associations の略称であり、「WSP」は、World Strategic Partnersの略称である。EDANA WSPは、吸水性樹脂の物性の測定方法に関する欧米標準(ほぼ世界標準)である。本発明においては、特に断りの無い限り、EDANA WSP原本(2010年改訂/公知文献)に準拠して、吸水性樹脂の物性を測定している。
「EDANA」は、European Disposables and Nonwovens Associations の略称であり、「WSP」は、World Strategic Partnersの略称である。EDANA WSPは、吸水性樹脂の物性の測定方法に関する欧米標準(ほぼ世界標準)である。本発明においては、特に断りの無い限り、EDANA WSP原本(2010年改訂/公知文献)に準拠して、吸水性樹脂の物性を測定している。
(その他)
本明細書において、範囲を示す「X~Y」は、「X以上Y以下」であることを意味する。又、重量の単位である「t(トン)」は、「Metricton(メトリックトン)」であることを意味し、さらに、特に注釈のない限り、「ppm」は「質量ppm」を意味する。又、「重量」と「質量」、「重量%」と「質量%」、「重量部」と「質量部」は同義語として扱う。さらに、「~酸(塩)」は「~酸及び/又はその塩」を意味し、「(メタ)アクリル」は「アクリル及び/又はメタクリル」を意味する。又、物性等の測定に関しては、特に断りのない限り、室温(20~25℃)、相対湿度40~50%RHで測定する。また、範囲を示す「X~Y」における「X以上」、および、「X以上」は、「X以下」とする補正の適法性の根拠となりうる。また、範囲を示す「X~Y」における「Y以下」、および、「Y以下」は、「Y以上」とする補正の適法性の根拠となりうる。
本明細書において、範囲を示す「X~Y」は、「X以上Y以下」であることを意味する。又、重量の単位である「t(トン)」は、「Metricton(メトリックトン)」であることを意味し、さらに、特に注釈のない限り、「ppm」は「質量ppm」を意味する。又、「重量」と「質量」、「重量%」と「質量%」、「重量部」と「質量部」は同義語として扱う。さらに、「~酸(塩)」は「~酸及び/又はその塩」を意味し、「(メタ)アクリル」は「アクリル及び/又はメタクリル」を意味する。又、物性等の測定に関しては、特に断りのない限り、室温(20~25℃)、相対湿度40~50%RHで測定する。また、範囲を示す「X~Y」における「X以上」、および、「X以上」は、「X以下」とする補正の適法性の根拠となりうる。また、範囲を示す「X~Y」における「Y以下」、および、「Y以下」は、「Y以上」とする補正の適法性の根拠となりうる。
〔2〕(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤
本発明の一態様は、表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤であって、以下を全て満たす、吸水剤:(a)CRC>20g/g、(b)pHが4.0~5.4、(c)可溶分の分岐密度 0.03~0.70、(d)可溶分(16hr-Extr) 5~25質量%である。かかる構成で、耐プロセスダメージ性を有し、かつ、高い吸水性能を維持することができる。機構は定かではないが、pHによって(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の柔軟性を制御し、可溶分量と可溶分の分岐密度によって3次元架橋重合体構造の強靭さを制御していると考えられる。なお、「表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂」を単に「(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂」とも称する。
本発明の一態様は、表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤であって、以下を全て満たす、吸水剤:(a)CRC>20g/g、(b)pHが4.0~5.4、(c)可溶分の分岐密度 0.03~0.70、(d)可溶分(16hr-Extr) 5~25質量%である。かかる構成で、耐プロセスダメージ性を有し、かつ、高い吸水性能を維持することができる。機構は定かではないが、pHによって(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の柔軟性を制御し、可溶分量と可溶分の分岐密度によって3次元架橋重合体構造の強靭さを制御していると考えられる。なお、「表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂」を単に「(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂」とも称する。
(a)CRC
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のCRCは、20g/g超である。CRCをかかる下限値とすることで紙オムツや生理用ナプキン等の吸収性物品の吸収体用途に好適な吸水剤となる。本発明の一実施形態の(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤は、耐プロセスダメージ性を有しながらも、高いCRCを保持することができる観点で優れていると言える。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のCRCは、21g/g以上、22g/g以上、23g/g以上、24g/g以上、25g/g以上、あるいは、26g/g以上である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のCRCは、45g/g以下、より好ましくは42g/g以下、さらに好ましくは40g/g以下である。CRCについては内部架橋剤の量等によって制御することができる。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のCRCは、20g/g超である。CRCをかかる下限値とすることで紙オムツや生理用ナプキン等の吸収性物品の吸収体用途に好適な吸水剤となる。本発明の一実施形態の(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤は、耐プロセスダメージ性を有しながらも、高いCRCを保持することができる観点で優れていると言える。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のCRCは、21g/g以上、22g/g以上、23g/g以上、24g/g以上、25g/g以上、あるいは、26g/g以上である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のCRCは、45g/g以下、より好ましくは42g/g以下、さらに好ましくは40g/g以下である。CRCについては内部架橋剤の量等によって制御することができる。
(b)pH
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のpHは、4.0~5.4である。pHが上記範囲の(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は耐プロセスダメージ性に優れる。これは、pHが上記範囲にあることで、吸水性樹脂が柔軟性に富むため、耐プロセスダメージ性に優れようになるためと推定される。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のpHは、5.3以下、5.2以下、5.1以下、5.0以下、あるいは、4.9以下である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のpHは、4.2以上、4.4以上、4.6以上、4.7以上、あるいは、4.8以上である。
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のpHは、4.0~5.4である。pHが上記範囲の(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は耐プロセスダメージ性に優れる。これは、pHが上記範囲にあることで、吸水性樹脂が柔軟性に富むため、耐プロセスダメージ性に優れようになるためと推定される。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のpHは、5.3以下、5.2以下、5.1以下、5.0以下、あるいは、4.9以下である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のpHは、4.2以上、4.4以上、4.6以上、4.7以上、あるいは、4.8以上である。
(c)可溶分の分岐密度
一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分の分岐密度は、0.03~0.70である。ここで、可溶分は、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂(即ち、(メタ)アクリル酸(塩)系ポリマーの3次元架橋体)に組み込まれていない成分(ポリマー)であり、水に溶解する。可溶分は、吸水性樹脂の重合反応で生成した前記の3次元架橋体、及び内部架橋剤と結合していないので、抽出できる。可溶分は、吸水性樹脂を構成する3次元架橋ポリマー構造の影響を受けているので、可溶分の分岐密度を測定すると、3次元架橋ポリマー構造を推定する情報を得ることができる。本実施形態から、可溶分の分岐密度が耐プロセスダメージ性を維持しながらも吸収性能が向上する因子であることが分かる。そして、可溶分の分岐密度を所定の範囲にすることが重要である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分の分岐密度は、0.60以下、0.50以下、0.40以下、0.30以下、あるいは、0.26以下である。これを低い値にすることによって、分岐が少ない均一なアクリル酸(塩)鎖を有する3次元架橋ポリマー構造が形成される。すなわち、プロセスダメージ等の衝撃や歪みに対して強靭なポリマー構造となり、耐プロセスダメージ性向上に資する。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分の分岐密度は、0.03以上、0.05以上、0.07以上、0.09以上、0.10以上、0.11以上、あるいは、0.13以上である。可溶分の分岐密度が0.03未満である場合、CRCとAAPといった他の物性バランスが悪化するため好ましくない。また、耐プロセスダメージ性が悪化し得る。
一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分の分岐密度は、0.03~0.70である。ここで、可溶分は、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂(即ち、(メタ)アクリル酸(塩)系ポリマーの3次元架橋体)に組み込まれていない成分(ポリマー)であり、水に溶解する。可溶分は、吸水性樹脂の重合反応で生成した前記の3次元架橋体、及び内部架橋剤と結合していないので、抽出できる。可溶分は、吸水性樹脂を構成する3次元架橋ポリマー構造の影響を受けているので、可溶分の分岐密度を測定すると、3次元架橋ポリマー構造を推定する情報を得ることができる。本実施形態から、可溶分の分岐密度が耐プロセスダメージ性を維持しながらも吸収性能が向上する因子であることが分かる。そして、可溶分の分岐密度を所定の範囲にすることが重要である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分の分岐密度は、0.60以下、0.50以下、0.40以下、0.30以下、あるいは、0.26以下である。これを低い値にすることによって、分岐が少ない均一なアクリル酸(塩)鎖を有する3次元架橋ポリマー構造が形成される。すなわち、プロセスダメージ等の衝撃や歪みに対して強靭なポリマー構造となり、耐プロセスダメージ性向上に資する。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分の分岐密度は、0.03以上、0.05以上、0.07以上、0.09以上、0.10以上、0.11以上、あるいは、0.13以上である。可溶分の分岐密度が0.03未満である場合、CRCとAAPといった他の物性バランスが悪化するため好ましくない。また、耐プロセスダメージ性が悪化し得る。
(d)可溶分量(16hr-Extr)
一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分量(16hr-Extr)は、5~25質量%である。可溶分量を所定の範囲とすることで、ポリマー構造の強靭性を向上させ、耐プロセスダメージ性の向上や物性(特にAAP)を向上させることができる。一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分量(16hr-Extr)は、23.0質量%以下、20.0質量%以下、18.0質量%以下、15.0質量%以下、14.0質量%以下、13.0質量%以下、12.0質量%以下、あるいは、11.0質量%以下である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分量(16hr-Extr)は、5質量%以上、6質量%以上、7質量%以上、8質量%以上、あるいは、9質量%以上である。
一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分量(16hr-Extr)は、5~25質量%である。可溶分量を所定の範囲とすることで、ポリマー構造の強靭性を向上させ、耐プロセスダメージ性の向上や物性(特にAAP)を向上させることができる。一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分量(16hr-Extr)は、23.0質量%以下、20.0質量%以下、18.0質量%以下、15.0質量%以下、14.0質量%以下、13.0質量%以下、12.0質量%以下、あるいは、11.0質量%以下である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分量(16hr-Extr)は、5質量%以上、6質量%以上、7質量%以上、8質量%以上、あるいは、9質量%以上である。
(e)可溶分の分子量分布Mw/Mn
一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分の分子量分布Mw/Mnは、5.30以下、あるいは、5.00以下である。可溶分の分子量分布Mw/Mnは、小数第3位まで求めて第3位を四捨五入した値を採用するものとする。
一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分の分子量分布Mw/Mnは、5.30以下、あるいは、5.00以下である。可溶分の分子量分布Mw/Mnは、小数第3位まで求めて第3位を四捨五入した値を採用するものとする。
可溶分の分子量分布Mw/Mnを測定すると、3次元架橋ポリマー構造を推定する情報を得ることが出来る。本実施形態から、可溶分の分子量分布Mw/Mnが耐プロセスダメージ性を維持しながらも吸収性能が向上する因子であることが分かる。これを低い値(5.30以下、あるいは、5.00以下)にすることによって、分子量分布の均一なアクリル酸(塩)鎖を有する3次元架橋ポリマー構造が形成される。すなわち、プロセスダメージ等の衝撃や歪みに対して強靭なポリマー構造になることで、耐プロセスダメージ性が高く、高いAAP0.7psiと高いSFCの両立を図ることに資する。一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分の分子量分布Mw/Mnは、4.60以下、4.30以下、あるいは、4.20以下である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の可溶分の分子量分布Mw/Mnは、1.00以上、1.50以上、2.00以上、2.50以上、3.00以上、3.50以上、あるいは、4.00以上である。
(f)含水率(105℃×3hr)
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の含水率(105℃×3hr)が、後述する吸水剤の取り扱い性の観点、粉体の耐プロセスダメージ性の観点から、3.0質量%以下、2.5質量%以下、2.0質量%以下、1.9質量%以下、1.8質量%以下、1.5質量%以下、1.3質量%以下、1.1質量%以下、0.9質量%以下、0.7質量%以下、0.5質量%以下、あるいは、0.4質量%以下である。また、含水率が低い吸水剤は、吸水性能が向上する方向に進む。一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の含水率(105℃×3hr)が、0.2質量%以上、0.2質量%超、0.3質量%以上、0.5質量%以上、0.8質量%以上、1.2質量%以上、1.5質量%以上、1.8質量%以上、2.2質量%以上、あるいは、2.4質量%以上である。前記吸水剤の取り扱い性及び粉体の耐プロセスダメージ性を向上の双方が両立する点から、含水率を上記の範囲とすることが好ましい。
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の含水率(105℃×3hr)が、後述する吸水剤の取り扱い性の観点、粉体の耐プロセスダメージ性の観点から、3.0質量%以下、2.5質量%以下、2.0質量%以下、1.9質量%以下、1.8質量%以下、1.5質量%以下、1.3質量%以下、1.1質量%以下、0.9質量%以下、0.7質量%以下、0.5質量%以下、あるいは、0.4質量%以下である。また、含水率が低い吸水剤は、吸水性能が向上する方向に進む。一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の含水率(105℃×3hr)が、0.2質量%以上、0.2質量%超、0.3質量%以上、0.5質量%以上、0.8質量%以上、1.2質量%以上、1.5質量%以上、1.8質量%以上、2.2質量%以上、あるいは、2.4質量%以上である。前記吸水剤の取り扱い性及び粉体の耐プロセスダメージ性を向上の双方が両立する点から、含水率を上記の範囲とすることが好ましい。
(g)残存モノマー量
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の残存モノマー量が、300質量ppm以下、250質量ppm以下、200質量ppm以下、195質量ppm以下、185質量ppm以下、あるいは、175質量ppm以下である。残存モノマー量を低減することで、膨潤した際の酸臭が抑制され、人体の皮膚等への刺激が軽減される。なお、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の残存モノマー量は少ないほど好ましいが、現実的には30質量ppm以上、あるいは、50質量ppm以上でありうる。
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の残存モノマー量が、300質量ppm以下、250質量ppm以下、200質量ppm以下、195質量ppm以下、185質量ppm以下、あるいは、175質量ppm以下である。残存モノマー量を低減することで、膨潤した際の酸臭が抑制され、人体の皮膚等への刺激が軽減される。なお、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の残存モノマー量は少ないほど好ましいが、現実的には30質量ppm以上、あるいは、50質量ppm以上でありうる。
(h)AAP0.7psi
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のAAP0.7psiは、20g/g以上、20g/g超、21g/g以上、22g/g以上、あるいは、23g/g以上である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のAAP0.7psiは、30g/g以下、28g/g以下、27g/g以下、26g/g以下、25g/g以下、24g/g以下、23g/g以下、あるいは、22g/g以下である。加圧下吸水倍率を上記範囲内とすることで紙オムツや生理用ナプキン等の吸収性物品の吸収体用途に好適な吸水剤となる。AAPについては公知の技術で制御することができ、例えば表面架橋層の架橋密度等によって制御することができる。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のAAP0.7psiは、20g/g以上、20g/g超、21g/g以上、22g/g以上、あるいは、23g/g以上である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のAAP0.7psiは、30g/g以下、28g/g以下、27g/g以下、26g/g以下、25g/g以下、24g/g以下、23g/g以下、あるいは、22g/g以下である。加圧下吸水倍率を上記範囲内とすることで紙オムツや生理用ナプキン等の吸収性物品の吸収体用途に好適な吸水剤となる。AAPについては公知の技術で制御することができ、例えば表面架橋層の架橋密度等によって制御することができる。
(i)SFC
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のSFCは、20×10-7cm3・sec/g以上である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のSFCは、21×10-7cm3・sec/g以上、25×10-7cm3・sec/g以上、30×10-7cm3・sec/g以上、35×10-7cm3・sec/g以上、40×10-7cm3・sec/g以上、45×10-7cm3・sec/g以上、50×10-7cm3・sec/g以上、54×10-7cm3・sec/g以上、55×10-7cm3・sec/g以上、65×10-7cm3・sec/g以上、85×10-7cm3・sec/g以上、あるいは、100×10-7cm3・sec/g以上である。一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のSFCは、300×10-7cm3・sec/g以下、250×10-7cm3・sec/g以下、200×10-7cm3・sec/g以下、150×10-7cm3・sec/g以下、1200×10-7cm3・sec/g以下、110×10-7cm3・sec/g以下、90×10-7cm3・sec/g以下、80×10-7cm3・sec/g以下、75×10-7cm3・sec/g以下、70×10-7cm3・sec/g以下、65×10-7cm3・sec/g以下、あるいは、62×10-7cm3・sec/g以下である。表面近傍が、表面架橋剤によって架橋されていることで、SFCを高めることができる。SFCは表面架橋剤の量等によっても調整できる。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のSFCは、20×10-7cm3・sec/g以上である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のSFCは、21×10-7cm3・sec/g以上、25×10-7cm3・sec/g以上、30×10-7cm3・sec/g以上、35×10-7cm3・sec/g以上、40×10-7cm3・sec/g以上、45×10-7cm3・sec/g以上、50×10-7cm3・sec/g以上、54×10-7cm3・sec/g以上、55×10-7cm3・sec/g以上、65×10-7cm3・sec/g以上、85×10-7cm3・sec/g以上、あるいは、100×10-7cm3・sec/g以上である。一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤のSFCは、300×10-7cm3・sec/g以下、250×10-7cm3・sec/g以下、200×10-7cm3・sec/g以下、150×10-7cm3・sec/g以下、1200×10-7cm3・sec/g以下、110×10-7cm3・sec/g以下、90×10-7cm3・sec/g以下、80×10-7cm3・sec/g以下、75×10-7cm3・sec/g以下、70×10-7cm3・sec/g以下、65×10-7cm3・sec/g以下、あるいは、62×10-7cm3・sec/g以下である。表面近傍が、表面架橋剤によって架橋されていることで、SFCを高めることができる。SFCは表面架橋剤の量等によっても調整できる。
(j)粒子径の分布と質量平均粒子径(D50)
一実施形態において、吸水剤(つまり、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂)は、粒子状(粉末状)である。粒子状の吸水剤(吸水性樹脂)は、一粒の粒子である場合も複数個の粒子の集合体である場合も粒子状の吸水剤(吸水性樹脂)であってよいが、複数個の粒子の集合体の形態が一般的である。「粒子状」とは、粒子の形態を有することを意味し、粒子とは、測定可能な大きさを持つ、固体又は液体の粒状小物体(JIS工業用語大辞典第4版、2002頁)をいう。吸水剤(吸水性樹脂)の質量平均粒子径(D50)は、320μm以上、330μm以上、340μm以上、350μm以上、あるいは、360μm以上である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の質量平均粒子径(D50)は、500μm以下、480μm以下、450μm以下、420μm以下、400μm以下、あるいは、380μm以下である。(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の質量平均粒子径(D50)を上記範囲内とすることで、上記吸水剤を紙オムツや生理用ナプキン等の吸収性物品の吸収体として用いることにより、吸収性物品の肌触りが向上し、さらに尿等の被吸収液を吸収体全体に拡散させる性能が優れるため好ましい。
一実施形態において、吸水剤(つまり、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂)は、粒子状(粉末状)である。粒子状の吸水剤(吸水性樹脂)は、一粒の粒子である場合も複数個の粒子の集合体である場合も粒子状の吸水剤(吸水性樹脂)であってよいが、複数個の粒子の集合体の形態が一般的である。「粒子状」とは、粒子の形態を有することを意味し、粒子とは、測定可能な大きさを持つ、固体又は液体の粒状小物体(JIS工業用語大辞典第4版、2002頁)をいう。吸水剤(吸水性樹脂)の質量平均粒子径(D50)は、320μm以上、330μm以上、340μm以上、350μm以上、あるいは、360μm以上である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の質量平均粒子径(D50)は、500μm以下、480μm以下、450μm以下、420μm以下、400μm以下、あるいは、380μm以下である。(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の質量平均粒子径(D50)を上記範囲内とすることで、上記吸水剤を紙オムツや生理用ナプキン等の吸収性物品の吸収体として用いることにより、吸収性物品の肌触りが向上し、さらに尿等の被吸収液を吸収体全体に拡散させる性能が優れるため好ましい。
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の粒子径が150μm以上で、850μm未満である粒子の割合が90質量%以上、95質量%以上、あるいは、97質量%以上である。一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の粒子径600μm以上、850μm未満である粒子の割合は、10質量%未満、9質量%未満、8質量%未満、あるいは、7質量%未満である(下限0質量%)。
(k)ΔAAP0.7psi
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤ダメージ試験前後において、ΔAAP0.7psiが、4.0%以下、3.8%以下、3.6%以下、3.4%以下、3.2%以下、3.0%以下、2.8%以下、2.6%以下、2.4%以下、2.2%以下、あるいは、2.0%以下である。ここで、ΔAAP0.7psiは、後述の実施例における吸水剤ダメージ試験における、AAP低下率を指す。
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤ダメージ試験前後において、ΔAAP0.7psiが、4.0%以下、3.8%以下、3.6%以下、3.4%以下、3.2%以下、3.0%以下、2.8%以下、2.6%以下、2.4%以下、2.2%以下、あるいは、2.0%以下である。ここで、ΔAAP0.7psiは、後述の実施例における吸水剤ダメージ試験における、AAP低下率を指す。
(l)ΔSFC
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤ダメージ試験前後において、ΔSFC25.0%以下、23.0%以下、20.0%以下、18.0%以下、15.0%以下、13.0%以下、11.0%以下、あるいは、10.0%以下、である。ここで、ΔSFCは、後述の実施例における吸水剤ダメージ試験におけるSFC低下率を指す。
一実施形態において(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤ダメージ試験前後において、ΔSFC25.0%以下、23.0%以下、20.0%以下、18.0%以下、15.0%以下、13.0%以下、11.0%以下、あるいは、10.0%以下、である。ここで、ΔSFCは、後述の実施例における吸水剤ダメージ試験におけるSFC低下率を指す。
(m)吸水剤の取り扱い性
吸水剤の吸湿及び吸湿による塊状物化(ケーキング)を防止するために、疎水性が高い素材の袋に入れて保管・輸送する。疎水性性の高い素材として、オレフィン製の素材が用いられ、例えば、ポリエチレン製の素材が用いられる。これらの袋で保管した吸水剤を取りだす際、吸水剤(粒子状、粉末状)が袋に静電気的な引力で吸着しない方がよい。その場合、吸水剤の取り扱い性が容易になる。吸水剤が袋に吸着しないようにするため、吸水剤と前記ポリオレフィンとの相互作用を低くするようにする。前記相互作用を低くする手段として、吸水剤の含水率が挙げられる。含水率の範囲は、前記で示したとおりである。含水率により吸水剤の取り扱い性が容易もなる理由について、定かではないが、吸水剤(吸水性樹脂)の表面滑性、親水性、静電気等が複合的に作用しているためと想定している。吸水剤の含水率を制御する方法に特に制限がないが、実施形態において、表面架橋された樹脂(表面架橋型吸水性樹脂粒子)に水(例えば水のみ)を加え含水率を制御する方法が挙げられる。また、一実施形態において、表面架橋における熱処理工程の加熱条件を緩やかにして(一実施形態では、80~160℃、20~120分、あるいは、90~150℃、30~100分で)表面架橋剤溶液中に含まれている水分の蒸発量を制御する方法が挙げられる。
吸水剤の吸湿及び吸湿による塊状物化(ケーキング)を防止するために、疎水性が高い素材の袋に入れて保管・輸送する。疎水性性の高い素材として、オレフィン製の素材が用いられ、例えば、ポリエチレン製の素材が用いられる。これらの袋で保管した吸水剤を取りだす際、吸水剤(粒子状、粉末状)が袋に静電気的な引力で吸着しない方がよい。その場合、吸水剤の取り扱い性が容易になる。吸水剤が袋に吸着しないようにするため、吸水剤と前記ポリオレフィンとの相互作用を低くするようにする。前記相互作用を低くする手段として、吸水剤の含水率が挙げられる。含水率の範囲は、前記で示したとおりである。含水率により吸水剤の取り扱い性が容易もなる理由について、定かではないが、吸水剤(吸水性樹脂)の表面滑性、親水性、静電気等が複合的に作用しているためと想定している。吸水剤の含水率を制御する方法に特に制限がないが、実施形態において、表面架橋された樹脂(表面架橋型吸水性樹脂粒子)に水(例えば水のみ)を加え含水率を制御する方法が挙げられる。また、一実施形態において、表面架橋における熱処理工程の加熱条件を緩やかにして(一実施形態では、80~160℃、20~120分、あるいは、90~150℃、30~100分で)表面架橋剤溶液中に含まれている水分の蒸発量を制御する方法が挙げられる。
(n)帯電電荷量(静電電荷量)
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の帯電電荷量は、10.0nC以下、8.0nC以下、6.0nC以下、5.0nC以下、4.0nC以下、3.0nC以下、2.0nC以下、1.0nC以下、あるいは、0.5nC以下である。帯電電荷量を適切な値に調整することによって粉体流動性を良好にすることができる。そうすることによって(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂(吸水剤)を充填しうる袋(例えばポリエチレン製)や、粉体が流れて摩擦を生じる金属への静電気的な吸着を抑制し、袋への充填や排出時の操業性が向上し、金属付着による機器の閉塞・操業トラブルのリスクが軽減する。帯電電荷量は、吸水剤(吸水性樹脂)の乾燥条件、表面架橋剤、表面架橋条件の組み合わせによる複合的な作用機序を経て得られると考えられる。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の帯電電荷量は、10.0nC以下、8.0nC以下、6.0nC以下、5.0nC以下、4.0nC以下、3.0nC以下、2.0nC以下、1.0nC以下、あるいは、0.5nC以下である。帯電電荷量を適切な値に調整することによって粉体流動性を良好にすることができる。そうすることによって(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂(吸水剤)を充填しうる袋(例えばポリエチレン製)や、粉体が流れて摩擦を生じる金属への静電気的な吸着を抑制し、袋への充填や排出時の操業性が向上し、金属付着による機器の閉塞・操業トラブルのリスクが軽減する。帯電電荷量は、吸水剤(吸水性樹脂)の乾燥条件、表面架橋剤、表面架橋条件の組み合わせによる複合的な作用機序を経て得られると考えられる。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の帯電電荷量は、0.01nC以上、あるいは、0.05nC以上である。
(o)粒子形状
一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の形状が不定形破砕状である。当該(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を不定形破砕状とすることで、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の吸水速度を向上させることができ、また、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の吸収性物品での固定化も容易となる。不定形破砕状であることは、電子顕微鏡による粉砕断面等の観察で確認することができる。ゲル粉砕や乾燥後の粉砕で制御することにより、不定形破砕状とすることができる。
一実施形態において、吸水剤に含まれる(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の形状が不定形破砕状である。当該(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を不定形破砕状とすることで、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の吸水速度を向上させることができ、また、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の吸収性物品での固定化も容易となる。不定形破砕状であることは、電子顕微鏡による粉砕断面等の観察で確認することができる。ゲル粉砕や乾燥後の粉砕で制御することにより、不定形破砕状とすることができる。
〔3〕(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂およびその製造方法
本発明の一態様は、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程と、前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合する工程と、前記重合後に、表面架橋処理を行う工程と、を有し、前記(メタ)アクリル酸(塩)の中和率が、30モル%以上、55モル%未満であり、前記単量体水溶液中の前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度が、38~50質量%であり、前記重合する工程における、重合ピーク温度と、重合開始温度との差ΔTが、50℃以下である、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法である。かかる構成で耐プロセスダメージ性を有し、かつ、高AAPと高SFCを両立させながら、高CRCを維持することができる。
本発明の一態様は、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程と、前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合する工程と、前記重合後に、表面架橋処理を行う工程と、を有し、前記(メタ)アクリル酸(塩)の中和率が、30モル%以上、55モル%未満であり、前記単量体水溶液中の前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度が、38~50質量%であり、前記重合する工程における、重合ピーク温度と、重合開始温度との差ΔTが、50℃以下である、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法である。かかる構成で耐プロセスダメージ性を有し、かつ、高AAPと高SFCを両立させながら、高CRCを維持することができる。
((メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程)
本工程は、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程である。
本工程は、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程である。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液は、単量体として(メタ)アクリル酸(塩)を含む水溶液である。(メタ)アクリル酸(塩)を含む水溶液は、(メタ)アクリル酸(塩)を含めば他の単量体を含んでもよい。一実施形態において、単量体水溶液に含まれる単量体全体(ただし、内部架橋剤は除く)に対して、(メタ)アクリル酸(塩)の含有量は、通常、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル以上、85モル%以上、90モル%以上、92モル%以上、94モル%以上、96モル%以上、98モル%以上、あるいは、99モル%以上(上限は100モル%)である。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程が、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体と、水とを混合することを有し、前記水が、30℃以上、31℃以上、35℃以上、40℃以上、45℃以上、50℃以上、55℃以上、60℃以上、65℃以上、70℃以上、あるいは、75℃以上である。水の温度の下限をこのような値とすることによって重合開始温度を有意に高く(例えば50℃以上に)することができる。また、本発明の所期の効果を効率的に奏する。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程が、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体と、水とを混合することを有し、前記水が、95℃以下、90℃以下、85℃以下、80℃以下、75℃以下、70℃以下、65℃以下、あるいは、60℃以下である。
((メタ)アクリル酸(塩))
(メタ)アクリル酸(塩)は、(メタ)アクリル酸及びその塩を含む。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)は、(メタ)アクリル酸が塩基性化合物により中和されている。塩基性化合物の具体例として、アルカリ金属の炭酸塩や炭酸水素塩、アルカリ金属の水酸化物、アンモニア、有機アミン等が挙げられる。中でも、吸水剤の吸水性能の観点から、強塩基性の化合物が選択される。従って、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属の水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。なお、当該塩基性化合物は、取り扱い性の観点から、水溶液(塩基性塩水溶液)とされることが好ましい。尚、前記の(メタ)アクリル酸は、重合禁止剤、不純物等の少なくとも1種の成分を含みうる。当該重合禁止剤として、好ましくはメトキシフェノール類、より好ましくはp-メトキシフェノール類が使用される。重合禁止剤の(メタ)アクリル酸中での含有量(濃度)は、(メタ)アクリル酸の重合性や吸水剤の色調等の観点から、好ましくは200ppm以下、160ppm以下、100ppm以下である。下限としては、例えば、10ppm以上、あるいは、20pm以上である。(メタ)アクリル酸は、不純物としての当該酢酸やプロピオン酸、フルフラール等の有機化合物に加えて、米国特許出願公開第2008/0161512号に記載された各化合物が含まれる場合もある。
(メタ)アクリル酸(塩)は、(メタ)アクリル酸及びその塩を含む。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)は、(メタ)アクリル酸が塩基性化合物により中和されている。塩基性化合物の具体例として、アルカリ金属の炭酸塩や炭酸水素塩、アルカリ金属の水酸化物、アンモニア、有機アミン等が挙げられる。中でも、吸水剤の吸水性能の観点から、強塩基性の化合物が選択される。従って、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属の水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。なお、当該塩基性化合物は、取り扱い性の観点から、水溶液(塩基性塩水溶液)とされることが好ましい。尚、前記の(メタ)アクリル酸は、重合禁止剤、不純物等の少なくとも1種の成分を含みうる。当該重合禁止剤として、好ましくはメトキシフェノール類、より好ましくはp-メトキシフェノール類が使用される。重合禁止剤の(メタ)アクリル酸中での含有量(濃度)は、(メタ)アクリル酸の重合性や吸水剤の色調等の観点から、好ましくは200ppm以下、160ppm以下、100ppm以下である。下限としては、例えば、10ppm以上、あるいは、20pm以上である。(メタ)アクリル酸は、不純物としての当該酢酸やプロピオン酸、フルフラール等の有機化合物に加えて、米国特許出願公開第2008/0161512号に記載された各化合物が含まれる場合もある。
(中和)
一実施形態において、(メタ)アクリル酸の中和を行う時機は、特に限定されず、重合前、重合中、重合後の何れでもよく、複数の時機または箇所で中和を行うこともできる。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸の中和を行う時機は、特に限定されず、重合前、重合中、重合後の何れでもよく、複数の時機または箇所で中和を行うこともできる。
(メタ)アクリル酸(塩)の中和率は、単量体の酸基に対して、30モル%以上55モル%未満であるが、一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)の中和率は、単量体の酸基に対して、31モル%以上、32モル%以上、34モル%以上、35モル%以上、36モル%以上、37モル%以上、あるいは、38モル%以上である。一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)の中和率は、単量体の酸基に対して、54モル%以下、52モル%以下、50モル%以下、49モル%以下、あるいは、48モル%以下である。かような上限または下限を有することで、本発明の所期の効果を効率的に奏する。
なお、上記中和率の範囲は、上述した重合前、重合中、重合後の何れの中和であってもよいが、少なくとも重合前が好適である。また、最終製品としての吸水剤に関しても同様に適用される。中和装置や中和温度、滞留時間等の中和条件に関しては、国際公開第2009/123197号に記載された条件が本発明に適用されてもよく、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。
(他の単量体)
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液は、(メタ)アクリル酸(塩)以外の単量体(以下、「他の単量体」と表記する)を含んでもよい。一実施形態において、他の単量体としては、具体的には、米国特許出願公開第2005/0215734号に記載された単量体(アクリル酸(塩)は除く)が挙げられる。それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。一実施形態において、他の単量体には、水溶性または疎水性の不飽和単量体が含まれうる。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液は、(メタ)アクリル酸(塩)以外の単量体(以下、「他の単量体」と表記する)を含んでもよい。一実施形態において、他の単量体としては、具体的には、米国特許出願公開第2005/0215734号に記載された単量体(アクリル酸(塩)は除く)が挙げられる。それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。一実施形態において、他の単量体には、水溶性または疎水性の不飽和単量体が含まれうる。
(単量体の濃度)
単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度は、38~50質量%である。一実施形態において、単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度とは、(単量体水溶液が(メタ)アクリル酸(塩)以外の他の単量体を含む場合であっても)単量体水溶液に対するアクリル酸塩およびアクリル酸の質量割合である。一実施形態において、単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度は、39質量%以上、40質量%以上、41質量%以上、42質量%以上、43質量%以上、あるいは、44質量%以上である。一実施形態において、単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度は、49質量%以下、48質量%以下、47質量%以下、46質量%以下、45質量%以下、45質量%未満、あるいは、44質量%以下である。
単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度は、38~50質量%である。一実施形態において、単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度とは、(単量体水溶液が(メタ)アクリル酸(塩)以外の他の単量体を含む場合であっても)単量体水溶液に対するアクリル酸塩およびアクリル酸の質量割合である。一実施形態において、単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度は、39質量%以上、40質量%以上、41質量%以上、42質量%以上、43質量%以上、あるいは、44質量%以上である。一実施形態において、単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度は、49質量%以下、48質量%以下、47質量%以下、46質量%以下、45質量%以下、45質量%未満、あるいは、44質量%以下である。
当該(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度は、下記式(1)から算出されうる。
(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度(質量%)=〔((メタ)アクリル酸(塩)系単量体の質量)/(単量体水溶液の質量)〕×100…式(1)。
(内部架橋剤)
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液は、内部架橋剤を含む。一実施形態において、内部架橋剤としては、米国特許第6241928号に記載された内部架橋剤が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。一実施形態において、内部架橋剤は、重合性不飽和基を二つ以上有する。一実施形態において、内部架橋剤は、グリセロール、トリメチロールプロパン、(ポリ)アルキレングリコール等の多価アルコール構造を有し、且つ、重合性不飽和基を二つ以上有する。また、グリセロール、トリメチロールプロパンにアルキレングリコールが付加したのち、重合性不飽和基を二つ以上有することも有りうる。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液は、内部架橋剤を含む。一実施形態において、内部架橋剤としては、米国特許第6241928号に記載された内部架橋剤が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。一実施形態において、内部架橋剤は、重合性不飽和基を二つ以上有する。一実施形態において、内部架橋剤は、グリセロール、トリメチロールプロパン、(ポリ)アルキレングリコール等の多価アルコール構造を有し、且つ、重合性不飽和基を二つ以上有する。また、グリセロール、トリメチロールプロパンにアルキレングリコールが付加したのち、重合性不飽和基を二つ以上有することも有りうる。
一実施形態において、上記重合性不飽和基は、アリル基または(メタ)アクリレート基等である。なお、(ポリ)アルキレングリコール構造のn数としては、1~100、6~50、5~15、あるいは、7~12が好適である。
一実施形態において、内部架橋剤は、(ポリ)アルキレングリコールジアクリレートまたは(ポリ)アルキレングリコールトリアクリレートである。一実施形態において、(ポリ)アルキレングリコールジアクリレートは、(ポリ)エチレングリコールジアクリレートである。
一実施形態において、内部架橋剤の使用量は、単量体全体(ただし、内部架橋剤は除く;特に、前記(メタ)アクリル酸(塩)の総量)に対して、好ましくは0.0001モル%~10モル%、より好ましくは0.001モル%~5モル%、さらに好ましくは0.01モル%~1モル%、よりさらに好ましくは0.01~0.1モル%である。当該範囲内の使用量とすることで、所望する吸水性能を有する吸水剤が得られる。
上記では、内部架橋剤が単量体水溶液の作製時に予め添加される実施形態を述べた。かような実施形態により重合反応と同時に架橋反応が行われる。また、別の実施形態としては、単量体水溶液に内部架橋剤を添加せずに重合反応を開始し、当該重合反応中または当該重合反応後に内部架橋剤を添加して架橋反応することもできる。また、これら手法を併用することもできる。
一実施形態において、前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程が、単量体と、水と、塩基性塩水溶液とを混合することを有し、単量体の温度が、15℃以上、20℃以上、あるいは25℃以上である。一実施形態において、前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程が、単量体と、水と、塩基性塩水溶液とを混合することを有し、単量体の温度が、45℃以下、40℃以下、あるいは35℃以下である。
一実施形態において、前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程が、前記単量体と、前記水と、塩基性塩水溶液とを混合することを有する。一実施形態において、当該塩基性塩水溶液の温度が、20℃以上、21℃以上、23℃以上、25℃以上、27℃以上、あるいは、29℃以上である。かような下限の温度を有することによって、前記単量体中の酸基と塩基性塩水溶液の中和熱も利用しながら効率的に重合開始温度を50℃以上にせしめうる。一実施形態において、前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程が、前記単量体と、前記水と、塩基性塩水溶液とを混合することを有する際の、前記塩基性塩水溶液の温度が、45℃以下、43℃以下、40℃以下、あるいは、30℃以下である。
((メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合する工程)
本工程は、前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合する工程である。本工程により、含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」とも称する)を得ることができる。
本工程は、前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合する工程である。本工程により、含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」とも称する)を得ることができる。
(重合開始剤)
本工程で、重合開始剤の少なくとも1種が使用される。一実施形態において、重合開始剤は、熱分解型重合開始剤および光分解型重合開始剤の少なくとも一方が挙げられる。一実施形態において、重合開始剤の分解を促進する還元剤を併用したレドックス系重合開始剤(例えば、L-アスコルビン酸)を使用することもできる。
本工程で、重合開始剤の少なくとも1種が使用される。一実施形態において、重合開始剤は、熱分解型重合開始剤および光分解型重合開始剤の少なくとも一方が挙げられる。一実施形態において、重合開始剤の分解を促進する還元剤を併用したレドックス系重合開始剤(例えば、L-アスコルビン酸)を使用することもできる。
一実施形態では、当該重合開始剤として、米国特許第7265190号に記載された重合開始剤が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。一実施形態では、当該重合開始剤として、過酸化物またはアゾ化合物が挙げられる。過酸化物としては、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩が好ましい。アゾ化合物としては、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩等が好ましい。
一実施形態において、重合開始剤の使用量は、単量体全体(ただし、内部架橋剤は除く;特に、前記(メタ)アクリル酸(塩)の総量)に対して、好ましくは0.001モル%~1モル%、より好ましくは0.001モル%~0.5モル%、さらに好ましくは0.01モル%~0.2モル%である。一実施形態において、還元剤の使用量は、単量体全体(ただし、内部架橋剤は除く;特に、前記(メタ)アクリル酸(塩)の総量)に対して、好ましくは0.0001モル%~0.02モル%、より好ましくは0.0005モル%~0.015モル%である。重合開始剤の使用量を少なくすると可溶分の量を減らす効果がある。一方、少なくしすぎると重合反応が不安定になり、残存モノマーが増加する恐れがある。
一実施形態において、上記重合を、放射線、電子線、紫外線等の活性エネルギー線の照射によって開始させてもよい。また、活性エネルギー線の照射と重合開始剤とを併用してもよい。
(重合形態)
一実施形態において、重合形態としては、水溶液重合、逆相懸濁重合、噴霧重合、液滴重合、バルク重合、沈澱重合等が挙げられる。中でも、重合の制御の容易性や吸水剤の吸水性能の観点から、好ましくは水溶液重合または逆相懸濁重合、より好ましくは水溶液重合、さらに好ましくは連続水溶液重合である。
一実施形態において、重合形態としては、水溶液重合、逆相懸濁重合、噴霧重合、液滴重合、バルク重合、沈澱重合等が挙げられる。中でも、重合の制御の容易性や吸水剤の吸水性能の観点から、好ましくは水溶液重合または逆相懸濁重合、より好ましくは水溶液重合、さらに好ましくは連続水溶液重合である。
一実施形態において、逆相懸濁重合は、国際公開第2011/126079号パンフレット、特表2009-509722号公報等の記載が適用でき、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。
水溶液重合の一実施形態である連続水溶液重合は、吸水剤を高い生産性で製造することができる。その具体例としては、米国特許第4893999号等に記載された連続ベルト重合や、米国特許第6987151号等に記載された連続ニーダー重合が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。
一実施形態において、重合開始温度を、25℃以上、30℃以上、35℃以上、36℃以上、40℃以上、50℃以上、55℃以上、60℃以上、65℃以上、65℃以上、70℃以上、75℃以上、80℃以上、80℃超、81℃以上、82℃以上、84℃以上、86℃以上、あるいは、87℃以上とする。一実施形態において、重合開始温度を、単量体水溶液の沸点未満、98℃以下、96℃以下、94℃以下、92℃以下、90℃以下、88℃以下、88℃未満、87℃以下、86℃以下、86℃未満、85℃以下、70℃以下、60℃以下、50℃以下、40℃以下、あるいは、30℃以下とする。重合開始温度とは、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液に重合開始剤を添加後、該水溶液の温度が上昇したことが確認された時点、もしくは、単量体水溶液の粘度上昇が確認された時点の温度である。より具体的には、実施例に記載の方法で測定された値でありうる。重合開始温度を有意に高くすることによって重合反応熱で蒸発する水分の蒸発潜熱を利用でき、重合反応系内の温度上昇ΔTを小さく制御することが容易となる。また残存モノマー量を低減させることが容易となる。
一実施形態において、重合ピーク温度を、60℃以上、65℃以上、70℃以上、75℃以上、80℃以上、85℃以上、90℃以上、95℃以上、100℃以上、105℃以上、106℃以上、107℃以上、あるいは、112℃以上とする。一実施形態において、重合ピーク温度を、130℃以下、125℃以下、120℃以下、117℃以下、115℃以下、114℃以下、113℃以下、110℃以下、あるいは、105℃以下、とする。重合ピーク温度とは、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液の重合で、重合開始から重合終了までの間に該水溶液の温度が最高に到達した時点での温度である。より具体的には、実施例に記載の方法で測定された値でありうる。
重合ピーク温度と、重合開始温度との差ΔTは、50℃以下であるが、一実施形態において、ΔTは、48℃以下、46℃以下、44℃以下、43℃以下、42℃以下、40℃以下、38℃以下、36℃以下、34℃以下、32℃以下、30℃以下、28℃以下、27℃以下、26℃以下、26℃未満、あるいは、25℃以下である。ΔTを有意に低くすることによって残存モノマー量を低減することができる。一実施形態において、ΔTは、15℃以上、17℃以上、19℃以上、21℃以上、23℃以上、24℃以上、あるいは、24℃超である。
このように、重合開始温度、重合ピーク温度、その差を適宜調整することによって本発明の所期の効果を効率的に奏することができる。
(重合開始温度の制御の方法)
なお、重合開始温度の制御の方法には制限がないが、中和反応熱を考慮して、混合するアクリル酸(塩)系単量体水溶液、水、塩基性塩水溶液の温度を調整したり、撹拌中に適宜放熱させたり、混合後の単量体水溶液を外部から加熱や冷却したりすることで、重合を開始する単量体水溶液の温度を制御する方法が挙げられる。より詳しくは、該単量体水溶液を調整する際に発生する中和熱、および/または、水和熱を利用し、昇温する。重合開始温度の過不足は(メタ)アクリル酸(塩)系単量体、水、塩基性塩、単量体水溶液の一つ以上を調温して制御するが、塩基性塩の調温による制御が好ましく、水の調温による制御が最も好ましい。(メタ)アクリル酸(塩)系単量体、および/または、単量体水溶液の調整加温は、必要最低限にすることが好ましい。また、調温加温期間中に(メタ)アクリル酸(塩)のダイマーが増加するため、可能な限り短時間に抑えることが好ましい。
なお、重合開始温度の制御の方法には制限がないが、中和反応熱を考慮して、混合するアクリル酸(塩)系単量体水溶液、水、塩基性塩水溶液の温度を調整したり、撹拌中に適宜放熱させたり、混合後の単量体水溶液を外部から加熱や冷却したりすることで、重合を開始する単量体水溶液の温度を制御する方法が挙げられる。より詳しくは、該単量体水溶液を調整する際に発生する中和熱、および/または、水和熱を利用し、昇温する。重合開始温度の過不足は(メタ)アクリル酸(塩)系単量体、水、塩基性塩、単量体水溶液の一つ以上を調温して制御するが、塩基性塩の調温による制御が好ましく、水の調温による制御が最も好ましい。(メタ)アクリル酸(塩)系単量体、および/または、単量体水溶液の調整加温は、必要最低限にすることが好ましい。また、調温加温期間中に(メタ)アクリル酸(塩)のダイマーが増加するため、可能な限り短時間に抑えることが好ましい。
(重合ピーク温度の制御の方法)
重合ピーク温度の制御の方法には制限がないが、例えば、(メタ)アクリル酸(塩)の中和率と、単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度とを適宜調整することによっても制御することができる。より詳しくは、単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度が高くなると重合ピーク温度が上がる。一方、重合反応時に系内が100℃を超えるとゲル化が進行している単量体水溶液中の水分が蒸発することで重合反応熱が蒸発潜熱として奪われるので、重合ピーク温度の抑制に効果がある。さらに、重合反応容器内に充満する蒸気(水蒸気)を排気することで、ゲル化が進行中の単量体水溶液からの水分蒸発を促進され、重合ピーク温度はさらに抑制される。また、重合装置のジャケット温度や冷媒を制御することによっても重合ピーク温度を制御することができる。
重合ピーク温度の制御の方法には制限がないが、例えば、(メタ)アクリル酸(塩)の中和率と、単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度とを適宜調整することによっても制御することができる。より詳しくは、単量体水溶液中の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度が高くなると重合ピーク温度が上がる。一方、重合反応時に系内が100℃を超えるとゲル化が進行している単量体水溶液中の水分が蒸発することで重合反応熱が蒸発潜熱として奪われるので、重合ピーク温度の抑制に効果がある。さらに、重合反応容器内に充満する蒸気(水蒸気)を排気することで、ゲル化が進行中の単量体水溶液からの水分蒸発を促進され、重合ピーク温度はさらに抑制される。また、重合装置のジャケット温度や冷媒を制御することによっても重合ピーク温度を制御することができる。
一実施形態において、重合時間を、60分以下、45分以下、30分以下、24分以下、20分以下、15分以下、10分以下、8分以下、6分以下、あるいは、4分以下とする。重合時間を有意に低くすることによって生産性を高めることが出来る。一実施形態において、重合時間を、15秒以上、30秒以上、1分以上、2分以上、10分以上、あるいは、20分以上とする。重合時間とは、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液の重合工程での重合開始時点から重合終了時点までの時間であり、重合終了時点とは、該単量体水溶液の温度が最高温度(重合ピーク温度)に到達した時点である。
このように重合時間を適宜調整することによって本発明の所期の効果を効率的に奏しながら、さらに生産性の向上にも寄与する。
一実施形態において、重合終了後、ゲル化した単量体水溶液の温度を50℃以上、55℃以上、60℃以上、65℃以上、あるいは70℃以上で保持して熟成することが出来る。一実施形態において、保持する時間は1分以上、3分以上、5分以上、8分以上、10分以上でありうる。一実施形態において、保持する時間は60分以下、50分以下、40分以下、あるいは30分以下でありうる。これによって、残存モノマー量をさらに低減させることが出来る。
(粒子状含水ゲルを得る工程)
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法は、前記重合する工程で生成した含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕し、粒子状含水ゲルを得る工程を含む。なお、後述する粉砕工程での「粉砕」と区別するために、本工程は「ゲル粉砕」と表記しうる。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法は、前記重合する工程で生成した含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕し、粒子状含水ゲルを得る工程を含む。なお、後述する粉砕工程での「粉砕」と区別するために、本工程は「ゲル粉砕」と表記しうる。
一実施形態において、ゲル粉砕にはゲル粉砕機が用いられうる。一実施形態において、ゲル粉砕機は、ニーダー、ミートチョッパー、カッターミル等が挙げられる。重合形態がニーダー重合である場合には、重合工程とゲル粉砕工程とが同時に実施されていることになる。また、逆相懸濁重合、噴霧重合または液滴重合等、粒子状含水ゲルが重合工程で得られる場合には、ゲル粉砕工程が当該重合工程と同時に実施されていると見做される。
一実施形態におけるゲル粉砕の稼働条件は、国際公開第2011/126079号や国際公開第2016/204302号等に記載された内容が適用され、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。
一実施形態において、粒子状含水ゲルの粒子径の制御の仕方は制限されないが、一例を挙げると、ミートチョッパー等のスクリュー押出し型のゲル粉砕機を用いて行う場合、その回転数や多孔板(ダイ)の孔径、孔数、厚み、孔の形状などを調整することにより制御できる。
(粒子状含水ゲルの粒度)
粒子状含水ゲルの粒度は、分級や調合等によって制御することもできる。一実施形態において、粒子状含水ゲルの粒度は、ゲル粉砕によって制御される。一実施形態において、その質量平均粒子径(D50)は、300μm~2500μm、400μm~2000μm、500μm~1800μmである。かような範囲であることによって粒子状含水ゲルが受けるせん断圧縮力をより均一とすることができる。また後の乾燥工程において、粒子状含水ゲルの表面部と内部との乾燥進行速度をより均一とすることができ吸水剤全体としての物性をより高めることができる。またかような範囲であることによって、後の乾燥工程において適度に乾燥することができ吸水剤全体としての物性をより高めることができる。
粒子状含水ゲルの粒度は、分級や調合等によって制御することもできる。一実施形態において、粒子状含水ゲルの粒度は、ゲル粉砕によって制御される。一実施形態において、その質量平均粒子径(D50)は、300μm~2500μm、400μm~2000μm、500μm~1800μmである。かような範囲であることによって粒子状含水ゲルが受けるせん断圧縮力をより均一とすることができる。また後の乾燥工程において、粒子状含水ゲルの表面部と内部との乾燥進行速度をより均一とすることができ吸水剤全体としての物性をより高めることができる。またかような範囲であることによって、後の乾燥工程において適度に乾燥することができ吸水剤全体としての物性をより高めることができる。
一実施形態において、粒子状含水ゲルのゲル固形分が、40質量%以上、42質量%以上、あるいは44質量%以上である。一実施形態において、粒子状含水ゲルのゲル固形分が、60質量%以下、55質量%以下、あるいは53質量%以下である。
(乾燥重合体を得る工程)
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法は、前記粒子状含水ゲルを乾燥し、乾燥重合体を得る工程を含む。本工程で、所望する範囲の樹脂固形分となるまで乾燥させて、乾燥重合体を得ることができる。上記樹脂固形分とは、乾燥減量(試料1gを180℃で3時間乾燥したときの質量変化)から算出される値である。一実施形態において、上記樹脂固形分は、80質量%以上、85~99質量%、90~98質量%、あるいは、92~97質量%である。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法は、前記粒子状含水ゲルを乾燥し、乾燥重合体を得る工程を含む。本工程で、所望する範囲の樹脂固形分となるまで乾燥させて、乾燥重合体を得ることができる。上記樹脂固形分とは、乾燥減量(試料1gを180℃で3時間乾燥したときの質量変化)から算出される値である。一実施形態において、上記樹脂固形分は、80質量%以上、85~99質量%、90~98質量%、あるいは、92~97質量%である。
一実施形態において、乾燥形態としては、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、流動層乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、ドラムドライヤー乾燥、疎水性有機溶媒との共沸脱水による乾燥、高温の水蒸気を利用した高湿乾燥等が挙げられる。中でも、乾燥効率の観点から、好ましくは熱風乾燥、より好ましくは連続式通気ベルトを用いた熱風乾燥が選択される。
一実施形態において、乾燥温度は、乾燥効率や吸水剤の色調の観点から、120℃~250℃、130℃~230℃、あるいは、140℃~210℃である。一実施形態において、乾燥時間は、5分以上、10分以上、20分以上、あるいは、25分以上である。一実施形態において、乾燥時間は、3時間以下、2時間以下、1.5時間以下、あるいは、1時間以下である。
一実施形態において、乾燥温度は、通常、熱媒の温度(例えば、熱風乾燥の場合には熱風の温度)で規定されるが、マイクロ波乾燥等の、熱媒の温度では規定できない乾燥の場合には、粒子状含水ゲルの温度で規定する。また、当該乾燥温度は、一定温度であってもよいが、乾燥途中で適宜変更してもよい。上記乾燥温度や乾燥時間以外の乾燥条件に関しては、粒子状含水ゲルの含水率や乾燥工程への供給量、目的とする樹脂固形分に応じて適宜設定すればよい。連続式通気ベルトを用いた熱風乾燥を選択する場合には、国際公開第2006/100300号等に記載される乾燥条件が本発明に適用されてもよい。
(樹脂粉末(吸水性樹脂粉末)を得る工程)
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法は、該乾燥重合体を粉砕及び/又は分級して樹脂粉末を得る工程を含む。ここで、樹脂粉末(吸水性樹脂粉末)は、表面架橋を施す前の吸水性樹脂のことを指す。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法は、該乾燥重合体を粉砕及び/又は分級して樹脂粉末を得る工程を含む。ここで、樹脂粉末(吸水性樹脂粉末)は、表面架橋を施す前の吸水性樹脂のことを指す。
一実施形態において、粉砕に使用される粉砕機としては制限されないが、粉砕機としては、ロールミル、ハンマーミル、スクリューミル、ピンミル等の高速回転式粉砕機、振動ミル、ナックルタイプ粉砕機、円筒型ミキサー等が挙げられる。これら粉砕機を複数併用することもできる。分級の方法としては、JIS標準篩(JIS Z 8801-1(2000))を用いた篩分級や、気流分級等が挙げられる。
一実施形態において、乾燥重合体を20℃以上、30℃以上、40℃以上、あるいは、50℃以上で粉砕及び/又は分級する。一実施形態において、乾燥重合体を120℃以下、110℃以下、100℃以下、あるいは、90℃以下で粉砕及び/又は分級する。50℃以上で粉砕及び/又は分級すると、特に連続的な商業運転の環境下において、結露によって吸水性樹脂の粘着が増すのを抑制または防止できる。なお、本願実施例では、すべて25℃まで冷却してから粉砕し、分級も25℃で行っている。
(樹脂粉末(吸水性樹脂粉末)の物性)
一実施形態において、吸水性樹脂粉末のCRCは、24g/g以上、25g/g以上、26g/g以上、27g/g以上、28g/g以上、29g/g以上、あるいは、30g/gである。表面架橋を行うとCRCは下がる傾向にあるので(表面架橋が施される対象である)吸水性樹脂粉末のCRCが24g/g以上あると、最終製品のCRCも一定以上の値となる。一実施形態において、吸水性樹脂粉末のCRCは、45g/g以下、より好ましくは42g/g以下、さらに好ましくは40g/g以下である。吸水性樹脂粉末のCRCは、重合時の内部架橋剤の量、単量体濃度、重合開始温度、重合ピーク温度、重合ピーク温度と重合開始温度との差ΔT、乾燥温度等で制御してもよい。
一実施形態において、吸水性樹脂粉末のCRCは、24g/g以上、25g/g以上、26g/g以上、27g/g以上、28g/g以上、29g/g以上、あるいは、30g/gである。表面架橋を行うとCRCは下がる傾向にあるので(表面架橋が施される対象である)吸水性樹脂粉末のCRCが24g/g以上あると、最終製品のCRCも一定以上の値となる。一実施形態において、吸水性樹脂粉末のCRCは、45g/g以下、より好ましくは42g/g以下、さらに好ましくは40g/g以下である。吸水性樹脂粉末のCRCは、重合時の内部架橋剤の量、単量体濃度、重合開始温度、重合ピーク温度、重合ピーク温度と重合開始温度との差ΔT、乾燥温度等で制御してもよい。
一実施形態において、吸水性樹脂粉末の質量平均粒子径(D50)は、300μm以上、310μm以上、320μm以上、330μm以上、340μm以上、あるいは、350μm以上である。一実施形態において、吸水性樹脂粉末の質量平均粒子径(D50)は、500μm以下、490μm以下、あるいは、480μm以下である。吸水性樹脂粉末の質量平均粒子径(D50)は、含水ゲルの粒子径や乾燥後の粉砕、分級等で制御することができる。
一実施形態において、吸水性樹脂粉末が、下記物性の少なくとも一つを満たすことが好ましく、いずれも満たすことがより好ましい。CRCが、25g/g以上、質量平均粒子径(D50)が、320~500μm。
(表面架橋された樹脂(表面架橋型吸水性樹脂粒子)を得る工程)
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法は、該樹脂粉末を表面架橋して表面架橋された樹脂を得る工程を含む。本工程は、吸水性樹脂粉末の表面層に、さらに架橋密度の高い部分を設ける工程である。一実施形態において、表面架橋工程は、混合工程および加熱処理工程を含み、任意で冷却工程等を含む。当該表面架橋工程において、吸水性樹脂粉末の表面でラジカル架橋や表面重合、表面架橋剤との架橋反応等が起こり、表面架橋された吸水性樹脂(以下、「表面架橋型吸水性樹脂粒子」とも称する)が得られる。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法は、該樹脂粉末を表面架橋して表面架橋された樹脂を得る工程を含む。本工程は、吸水性樹脂粉末の表面層に、さらに架橋密度の高い部分を設ける工程である。一実施形態において、表面架橋工程は、混合工程および加熱処理工程を含み、任意で冷却工程等を含む。当該表面架橋工程において、吸水性樹脂粉末の表面でラジカル架橋や表面重合、表面架橋剤との架橋反応等が起こり、表面架橋された吸水性樹脂(以下、「表面架橋型吸水性樹脂粒子」とも称する)が得られる。
(混合工程)
本工程は、表面架橋剤を含む溶液(以下、「表面架橋剤溶液」と表記する)を混合装置内で吸水性樹脂粉末と混合する工程である。
本工程は、表面架橋剤を含む溶液(以下、「表面架橋剤溶液」と表記する)を混合装置内で吸水性樹脂粉末と混合する工程である。
(表面架橋剤)
一実施形態において、表面架橋剤としては、米国特許第7183456号に記載された表面架橋剤が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。
一実施形態において、表面架橋剤としては、米国特許第7183456号に記載された表面架橋剤が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。
一実施形態において、表面架橋剤は、カルボキシル基と反応する官能基を二つ以上有し、共有結合が形成される有機化合物が好適である。一実施形態において、表面架橋剤として、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタジオール、2,4-ペンタジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2,5-ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ジエタノールアミン、4,5-ジメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、トリエタノールアミン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、2,4-トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン等;が挙げられる。これらは任意の2種以上を組み合わせることも可能である。
一実施形態において、表面架橋剤の使用量(複数種類を使用する場合はその合計量)は、吸水性樹脂粉末100質量部に対して、0.01質量部~10質量部、0.01質量部~5質量部、あるいは、0.01質量部~2.5質量部である。表面架橋剤の使用量を当該範囲内とすることで、吸水性樹脂粉末の表面層に最適な架橋構造を形成することができ、高物性の吸水剤が得られる。
一実施形態において、吸水性樹脂粉末に添加される表面架橋剤は、水溶液の形態でありうる。一実施形態において、水の量は、吸水性樹脂粉末100質量部に対して、0.1質量部~20質量部、0.3質量部~15質量部、あるいは0.5質量部~10質量部である。水の使用量を当該範囲内とすることで、表面架橋剤溶液の取り扱い性が向上し、吸水性樹脂粉末に対して表面架橋剤を均等に混合することができる。一実施形態において、表面架橋剤溶液は、親水性(水に易溶性)の有機溶媒を含んでもよい。一実施形態において、親水性有機溶媒の使用量は、吸水性樹脂粉末100質量部に対して、10質量部以下、5質量部以下、あるいは1質量部以下である。一実施形態において、親水性有機溶媒としては、具体的には、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール類;アセトン等のケトン類;ジオキサン等のエーテル類;N,N-ジメチルホルムアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;エチレングリコール等の多価アルコール類;等が挙げられる。
(混合方法、混合条件)
一実施形態において、(i)吸水性樹脂粉末に表面架橋剤を添加し、さらに表面架橋剤添加後に水の添加、(ii)表面架橋剤の一部を添加後に残りの表面架橋剤と水を混合して添加、(iii)表面架橋剤添加後に水と水に易溶性の有機溶媒の混合溶液を添加、及び(iv)予め作製しておいた表面架橋剤溶液を添加し、混合してよい。好ましくは、(iv)表面架橋剤溶液を予め作製しておき、当該溶液を吸水性樹脂粉末に対して、噴霧または滴下して吸水性樹脂粉末と表面架橋剤溶液との混合を行う。一実施形態において、上記混合を行う混合装置は、吸水性樹脂粉末と表面架橋剤とを均一かつ確実に混合するのに必要なトルクを有している。一実施形態において、混合装置は、レーディゲミキサー、タービュライザー、縦型混合機等高速攪拌型混合機であり、中でも、高速攪拌型連続混合機が好適である。
一実施形態において、(i)吸水性樹脂粉末に表面架橋剤を添加し、さらに表面架橋剤添加後に水の添加、(ii)表面架橋剤の一部を添加後に残りの表面架橋剤と水を混合して添加、(iii)表面架橋剤添加後に水と水に易溶性の有機溶媒の混合溶液を添加、及び(iv)予め作製しておいた表面架橋剤溶液を添加し、混合してよい。好ましくは、(iv)表面架橋剤溶液を予め作製しておき、当該溶液を吸水性樹脂粉末に対して、噴霧または滴下して吸水性樹脂粉末と表面架橋剤溶液との混合を行う。一実施形態において、上記混合を行う混合装置は、吸水性樹脂粉末と表面架橋剤とを均一かつ確実に混合するのに必要なトルクを有している。一実施形態において、混合装置は、レーディゲミキサー、タービュライザー、縦型混合機等高速攪拌型混合機であり、中でも、高速攪拌型連続混合機が好適である。
一実施形態において、表面架橋剤と混合される際の吸水性樹脂粉末の温度は、20℃以上、あるいは、35℃以上である。一実施形態において、表面架橋剤と混合される際の吸水性樹脂粉末の温度は、85℃以下、80℃以下、70℃以下、あるいは、60℃以下である。一実施形態において、混合時間は、1秒間~1時間、あるいは、5秒間~10分間である。
(熱処理工程)
本工程は、表面架橋剤と吸水性樹脂粉末との混合物に熱を加えて、吸水性樹脂粉末の表面上で架橋反応させる工程である。
本工程は、表面架橋剤と吸水性樹脂粉末との混合物に熱を加えて、吸水性樹脂粉末の表面上で架橋反応させる工程である。
(熱処理方法、熱処理条件)
熱処理は、混合物を静置状態にして行っても、攪拌等の動力を用いて流動状態で行ってもよい。混合物全体を短時間で均等に加熱できる点において後者が好ましい。
熱処理は、混合物を静置状態にして行っても、攪拌等の動力を用いて流動状態で行ってもよい。混合物全体を短時間で均等に加熱できる点において後者が好ましい。
一実施形態において、熱処理装置は、パドルドライヤー、マルチフィンプロセッサー、タワードドライヤー等が挙げられる。
一実施形態において、加熱温度は、80℃以上、90℃以上、100℃以上、120℃以上、130℃以上、150℃以上、160℃以上、170℃以上、あるいは、180℃以上である。一実施形態において、加熱時間の上限は、2時間以下、1時間以下、50分以下、40分以下、30分以下、20分以下、18分以下、16分以下、あるいは、14分以下である。本発明においては、(メタ)アクリル酸(塩)の中和率が55モル%未満である。よって、表面架橋の反応速度が速く、例えば加熱温度が160℃以上であれば、30分以内で十分表面架橋を行うことができる。また、加熱温度が160℃以上であれば、吸水性能と耐プロセスダメージ性が両立する方向に進む。一実施形態において、加熱温度は、250℃以下、230℃以下、210℃以下、200℃以下、あるいは、190℃以下ある。一実施形態において、加熱時間の下限は、5分以上、あるいは7分以上である。
(冷却工程)
本工程は、上記熱処理工程の後に必要に応じて設けられる任意の工程である。本工程は、上記熱処理工程を終えた高温の表面架橋型吸水性樹脂粒子を所定の温度まで強制冷却し、表面架橋反応を速やかに終了させる工程である。
本工程は、上記熱処理工程の後に必要に応じて設けられる任意の工程である。本工程は、上記熱処理工程を終えた高温の表面架橋型吸水性樹脂粒子を所定の温度まで強制冷却し、表面架橋反応を速やかに終了させる工程である。
(冷却方法、冷却条件)
上記表面架橋型吸水性樹脂粒子の冷却は、静置状態で冷却してもよく、攪拌等の動力を用いて流動状態で冷却してもよいが、表面架橋型吸水性樹脂粒子全体を短時間で均等に冷却できる点において、攪拌下で冷却することが好ましい。
上記表面架橋型吸水性樹脂粒子の冷却は、静置状態で冷却してもよく、攪拌等の動力を用いて流動状態で冷却してもよいが、表面架橋型吸水性樹脂粒子全体を短時間で均等に冷却できる点において、攪拌下で冷却することが好ましい。
一実施形態において、冷却装置は、パドルドライヤー、マルチフィンプロセッサー、タワードドライヤー等が挙げられる。なお、これら冷却装置は、熱処理工程で使用される熱処理装置と同じ仕様とすることもできる。熱処理装置の熱媒を冷媒に変更することで、冷却装置として使用できるからである。一実施形態において、冷却後の表面架橋型吸水性樹脂粒子の温度は、熱処理工程での加熱温度、吸水剤の吸水性能等に応じて適宜設定すればよいが、40℃~100℃、40℃~90℃、50℃~80℃、あるいは、50℃~70℃である。
一実施形態において、表面架橋された樹脂(表面架橋型吸水性樹脂粒子)の含水率(105℃×3hr)が、0.2~3.0質量%となるように制御する。かような範囲であると静電気による粉体流動性の悪化を抑制する。そうすることによって粒子を充填しうる袋(例えばポリエチレン製)や、粉体が流れて摩擦を生じる金属への静電気的な吸着を抑制し、袋への充填や排出時の操業性が向上し、金属付着による機器の閉塞・操業トラブルのリスクが軽減する。
(添加剤の添加工程)
本工程は、上記表面架橋工程に供する樹脂粉末(吸水性樹脂粉末)や、上記表面架橋工程を経て得られる表面架橋型吸水性樹脂粒子(表面架橋された樹脂)に対して、添加剤を添加する工程である。
本工程は、上記表面架橋工程に供する樹脂粉末(吸水性樹脂粉末)や、上記表面架橋工程を経て得られる表面架橋型吸水性樹脂粒子(表面架橋された樹脂)に対して、添加剤を添加する工程である。
一実施形態において、添加剤は、水および/または水蒸気、多価金属塩、カチオン性ポリマー、無機微粒子、キレート剤、無機還元剤、界面活性剤、消臭剤ならびに抗菌剤から選ばれる少なくとも1種類の化合物である。当該添加剤は、必要に応じて、2種類以上を併用する。上記添加剤の添加量は、選択される化合物に応じて、適宜設定される。一実施形態において、上記表面架橋工程に供する樹脂粉末(吸水性樹脂粉末)や、上記表面架橋工程を経て得られる表面架橋型吸水性樹脂粒子(表面架橋された樹脂)と当該添加剤の混合は前記表面架橋剤添加工程で用いられる混合方法・混合条件と同じである。
(水および/または水蒸気)
添加剤として水および/または水蒸気を使用する場合、一実施形態において、得られる吸水剤(あるいは吸水性樹脂)の帯電抑制の観点から、水の添加量は吸水性樹脂に対して0~10質量%、0.05~7.5質量%、0.1~5質量%、あるいは、0.2~2.5質量%である。一実施形態において、吸水性樹脂と水を混合する場合には混合溶媒として親水性有機溶媒を併用してもよい。一実施形態において、親水性有機溶媒は、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール類;アセトン等のケトン類;ジオキサン等のエーテル類;N,N-ジメチルホルムアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;エチレングリコール等の多価アルコール類;である。一実施形態において、親水性有機溶媒の添加量は、前記水に対して0~500質量%、1~400質量%、5~300質量%、あるいは、10~200質量%である。一実施形態において、吸水性樹脂と水および/または親水性有機溶媒水溶液を混合した後は吸水剤(あるいは吸水性樹脂)の表面を乾燥させ、且つ、親水性有機溶媒を揮発させるため、50~120℃、55~110℃、あるいは、60~100℃で乾燥させる。
添加剤として水および/または水蒸気を使用する場合、一実施形態において、得られる吸水剤(あるいは吸水性樹脂)の帯電抑制の観点から、水の添加量は吸水性樹脂に対して0~10質量%、0.05~7.5質量%、0.1~5質量%、あるいは、0.2~2.5質量%である。一実施形態において、吸水性樹脂と水を混合する場合には混合溶媒として親水性有機溶媒を併用してもよい。一実施形態において、親水性有機溶媒は、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール類;アセトン等のケトン類;ジオキサン等のエーテル類;N,N-ジメチルホルムアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;エチレングリコール等の多価アルコール類;である。一実施形態において、親水性有機溶媒の添加量は、前記水に対して0~500質量%、1~400質量%、5~300質量%、あるいは、10~200質量%である。一実施形態において、吸水性樹脂と水および/または親水性有機溶媒水溶液を混合した後は吸水剤(あるいは吸水性樹脂)の表面を乾燥させ、且つ、親水性有機溶媒を揮発させるため、50~120℃、55~110℃、あるいは、60~100℃で乾燥させる。
(多価金属塩)
添加剤として多価金属塩を使用する場合、多価金属塩の多価金属カチオンは、好ましくは2価以上、より好ましくは2価~4価、さらに好ましくは3価または4価である。また、使用できる多価金属としては、アルミニウム、ジルコニウム等が挙げられる。従って、多価金属塩としては、乳酸アルミニウム、乳酸ジルコニウム、硫酸アルミニウム、硫酸ジルコニウム等が挙げられる。SFCの向上効果の観点から、乳酸アルミニウムまたは硫酸アルミニウムがより好ましく、硫酸アルミニウムがさらに好ましい。上記多価金属塩は、吸水性樹脂粉末または表面架橋型吸水性樹脂粒子1gに対して、多価金属塩中の金属カチオンが3.6×10-5モル未満、1.4×10-5モル未満、あるいは、1.0×10-5モル未満となるように添加される。
添加剤として多価金属塩を使用する場合、多価金属塩の多価金属カチオンは、好ましくは2価以上、より好ましくは2価~4価、さらに好ましくは3価または4価である。また、使用できる多価金属としては、アルミニウム、ジルコニウム等が挙げられる。従って、多価金属塩としては、乳酸アルミニウム、乳酸ジルコニウム、硫酸アルミニウム、硫酸ジルコニウム等が挙げられる。SFCの向上効果の観点から、乳酸アルミニウムまたは硫酸アルミニウムがより好ましく、硫酸アルミニウムがさらに好ましい。上記多価金属塩は、吸水性樹脂粉末または表面架橋型吸水性樹脂粒子1gに対して、多価金属塩中の金属カチオンが3.6×10-5モル未満、1.4×10-5モル未満、あるいは、1.0×10-5モル未満となるように添加される。
(カチオン性ポリマー)
添加剤としてカチオン性ポリマーを使用する場合、カチオン性ポリマーとしては、米国特許第7098284号に記載されている物質が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。中でも、SFCの向上効果の観点から、ビニルアミンポリマーがより好ましい。また、カチオン性ポリマーの重量平均分子量は、5000~1000000が好ましい。一実施形態において、カチオン性ポリマーは、吸水性樹脂粉末または表面架橋型吸水性樹脂粒子100質量部に対して、2.5質量部未満、2.0質量部未満、あるいは1.0質量部未満となるように添加される。
添加剤としてカチオン性ポリマーを使用する場合、カチオン性ポリマーとしては、米国特許第7098284号に記載されている物質が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。中でも、SFCの向上効果の観点から、ビニルアミンポリマーがより好ましい。また、カチオン性ポリマーの重量平均分子量は、5000~1000000が好ましい。一実施形態において、カチオン性ポリマーは、吸水性樹脂粉末または表面架橋型吸水性樹脂粒子100質量部に対して、2.5質量部未満、2.0質量部未満、あるいは1.0質量部未満となるように添加される。
(無機微粒子)
添加剤として無機微粒子を使用する場合、無機微粒子としては、米国特許第7638570号に記載されている物質が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。一実施形態において、SFCの向上効果の観点から、無機微粒子は二酸化ケイ素である。一実施形態において、無機微粒子の平均粒子径は、10~100nmである。一実施形態において、無機微粒子の添加量は、一実施形態において、吸水性樹脂100質量部に対して、2.0質量部未満、1.5質量部未満、1.2質量部未満、あるいは、1.0質量部未満である。
添加剤として無機微粒子を使用する場合、無機微粒子としては、米国特許第7638570号に記載されている物質が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。一実施形態において、SFCの向上効果の観点から、無機微粒子は二酸化ケイ素である。一実施形態において、無機微粒子の平均粒子径は、10~100nmである。一実施形態において、無機微粒子の添加量は、一実施形態において、吸水性樹脂100質量部に対して、2.0質量部未満、1.5質量部未満、1.2質量部未満、あるいは、1.0質量部未満である。
(その他の工程)
一実施形態において、本発明の製造方法は、造粒工程、整粒工程、微粉除去工程、微粉回収工程、微粉の再利用工程、その他の添加剤の添加工程、除鉄工程等の少なくとも一種類を含む。一実施形態において、本発明の製造方法は、輸送工程、貯蔵工程、梱包工程、保管工程等から選択される少なくとも1種類の工程を含む。
一実施形態において、本発明の製造方法は、造粒工程、整粒工程、微粉除去工程、微粉回収工程、微粉の再利用工程、その他の添加剤の添加工程、除鉄工程等の少なくとも一種類を含む。一実施形態において、本発明の製造方法は、輸送工程、貯蔵工程、梱包工程、保管工程等から選択される少なくとも1種類の工程を含む。
一実施形態において、整粒工程には、表面架橋工程以降で微粉を分級して除去する工程や、表面架橋型吸水性樹脂粒子が凝集して所望の大きさを超えた場合に分級、粉砕を行う工程を含む。
一実施形態において、微粉の再利用工程は微粉をそのまま、または造粒工程で大きな含水ゲルにして、吸水性樹脂の製造工程の何れかの工程で添加する工程を含む。
一実施形態において、その他の添加剤の添加工程は、吸水性樹脂に様々な機能を付与させるために、キレート剤、無機還元剤、有機還元剤、ヒドロキシカルボン酸化合物、界面活性剤、リン原子を有する化合物、酸化剤、金属石鹸等の有機粉末、消臭剤、抗菌剤、パルプや熱可塑性繊維等、その他の添加剤を添加する工程を指す。これらその他の添加剤は、上記表面架橋剤および/または添加剤と同時にまたは別途、混合することができる。
一実施形態において、その他の添加剤が、キレート剤である。一実施形態において、キレート剤は、アミノ多価カルボン酸またはアミノ多価リン酸である。一実施形態において、キレート剤は、これらのキレート剤は、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液または吸水性樹脂に対して、0.001質量%~2質量%、0.01質量%~1.5質量%、0.1質量%~1.3質量%、あるいは、0.5質量%~1.2質量%で添加または含有されうる。
一実施形態において、キレート剤としては、FeやCuに対するイオン封鎖能やキレート能が高いキレート剤である。具体的には、Feイオンに対する安定度定数が10以上、好ましくは20以上のキレート剤がより好ましく、アミノ多価カルボン酸およびその塩、もしくは、アミノ多価リン酸およびその塩がさらに好ましく、カルボキシル基を3個以上有するアミノ多価カルボン酸およびその塩が特に好ましい。
なお、アミノ多価カルボン酸塩は、含有している酸基のうち一部が中和されていてもよく、全ての酸基が中和されていてもよい。これらアミノ多価カルボン酸は、具体的には、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、トリエチレンテトラアミンヘキサ酢酸、シクロヘキサン-1,2-ジアミンテトラ酢酸、N-ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸、エチレングリコールジエチルエーテルジアミンテトラ酢酸、エチレンジアミンテトラプロピオン酢酸、N-アルキル-N’-カルボキシメチルアスパラギン酸、N-アルケニル-N’-カルボキシメチルアスパラギン酸、およびこれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩もしくはアミン塩が挙げられる。
また、アミノ多価リン酸塩とは、含有している酸基のうち一部が中和されていてもよく、全ての酸基が中和されていてもよい。これら多価リン酸は、具体的には、エチレンジアミン-N,N’-ジ(メチレンホスフィン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスフィン酸)、ニトリロ酢酸-ジ(メチレンホスフィン酸)、ニトリロジ酢酸-(メチレンホスフィン酸)、ニトリロ酢酸-β-プロピオン酸-メチレンホスホン酸、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)、シクロヘキサンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミン-N,N’-ジ酢酸-N,N’-ジ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミン-N,N’-ジ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ポリメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、1-ヒドロキシエチリデンジホスホン酸、およびこれらの塩が挙げられる。
キレート剤として、これらの群から選ばれる1種または2種以上が用いられる。中でも、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、トリエチレンテトラアミンヘキサ酢酸、N-ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸およびその塩は、好適である。
本発明においてキレート剤、特にアミノ多価カルボン酸の使用量は、吸水性樹脂粉末または表面架橋型吸水性樹脂粒子100質量部に対して微量、通常0.00001~10質量部、好ましくは0.0001~1質量部である。
一実施形態において、その他の添加剤に界面活性剤がある。界面活性剤としては国際公開第2005/075070号に記載されている物質が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。一実施形態において、得られる吸水剤(あるいは吸水性樹脂)の製造工程中のプロセスダメージ低減や帯電抑制等の観点から、非イオン性界面活性剤である。一実施形態において、界面活性剤の添加量は吸水性樹脂に対して0~1質量%、0.05質量ppm~5000質量ppm、0.1~2500質量ppm、1~1000質量ppmである。
一実施形態において、その他の添加剤が、消臭剤である。消臭剤としては国際公開第2009/048145号に記載されている物質が挙げられ、それらの内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。一実施形態において、消臭剤は竹抽出物、茶抽出物である。一実施形態において、消臭剤の添加量は0質量ppm~5質量%、0.2質量ppm~4質量%、あるいは、0.5質量ppm~3質量%である。
本発明では、高モノマー濃度(高い単量体濃度)及び、モノマー(単量体)の低中和率を特定の範囲に規定、且つ、前記の重合反応系内の温度差ΔTを小さくすることにより、特に、可溶分の分岐密度と、可溶分とが特定の範囲のアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を得やすくなる。なかでも、分岐の少ない可溶分ポリマー鎖が形成されるは予想外の効果である。その結果、耐プロセスダメージ性が高い表面架橋型吸水性樹脂粒子を得ることが可能になる。したがって、本実施形態を用いることで、優れた耐プロセスダメージ性を有する表面架橋型樹脂粒子を提供することができる。また、高モノマー濃度(高い単量体濃度)及び、モノマー(単量体)の低中和率を特定の範囲に規定、且つ、前記の重合反応系内の温度差ΔTを小さくすることにより、可溶分ポリマーの分散度Mw/Mnが小さい吸水性樹脂粉末が得られうる。
〔4〕(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤の用途(吸収体)
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、吸水剤として用いられる。吸水剤は、主に紙オムツや生理用ナプキン等の吸収性物品の吸収体として使用されることが好ましく、吸収性物品1枚当たりの使用量が多い、吸収性物品の吸収体として使用されることがより好ましい。なお、当該「吸収体」とは、吸水剤をシート状や繊維状、筒状等に成形したものを意味する。
一実施形態において、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、吸水剤として用いられる。吸水剤は、主に紙オムツや生理用ナプキン等の吸収性物品の吸収体として使用されることが好ましく、吸収性物品1枚当たりの使用量が多い、吸収性物品の吸収体として使用されることがより好ましい。なお、当該「吸収体」とは、吸水剤をシート状や繊維状、筒状等に成形したものを意味する。
上記吸収体は、本発明に係る吸水剤の他に、パルプ繊維等の吸収性材料や接着剤、不織布等を成形するときに併用することもできる。この場合、吸収体中の吸水剤の量(以下、「コア濃度」と表記する)は、好ましくは30質量%~100質量%、より好ましくは40質量%~100質量%、さらに好ましくは50質量%~100質量%、さらにより好ましくは60質量%~100質量%、特に好ましくは70質量%~100質量%、最も好ましくは75質量%~95質量%である。
コア濃度を上記範囲内とすることで、上記吸収体の厚みは薄くなり、装着者の不快感が軽減されるため、好ましい。さらに本発明に係る吸水剤を用いた吸収体は、おむつ製造工程で吸水剤に意図せず加えられるプロセスダメージに対して耐性があるため、尿や血液等の体液の吸い上げ能力や拡散性に優れ、効率的な液分配が行える。その結果、吸収体としての荷重下吸い上げ吸収量を増加させることができるため、好ましい。また、吸収性物品に投入する前の吸水性樹脂、及び投入した後の吸水性樹脂とで、各々のパラメーター物性に乖離がある課題が改善し、意図するおむつの性能が発揮される。
〔5〕吸収性物品
一実施形態において、吸収性物品は、上記吸収体を含む。吸収性物品としては、紙オムツや生理用ナプキン等の衛生物品が挙げられる。吸収性物品が例えば紙オムツである場合には、装着したときに人の肌に触れる側に位置する液透過性のトップシートと、装着したときに外側に位置する液不透過性のバックシートとの間に、本発明の吸水剤を含む吸収体を挟持することにより、当該紙オムツが作製される。なお、紙オムツには、装着後の紙オムツを固定するための粘着テープ等の、当業者にとって公知の部材がさらに設けられている。
一実施形態において、吸収性物品は、上記吸収体を含む。吸収性物品としては、紙オムツや生理用ナプキン等の衛生物品が挙げられる。吸収性物品が例えば紙オムツである場合には、装着したときに人の肌に触れる側に位置する液透過性のトップシートと、装着したときに外側に位置する液不透過性のバックシートとの間に、本発明の吸水剤を含む吸収体を挟持することにより、当該紙オムツが作製される。なお、紙オムツには、装着後の紙オムツを固定するための粘着テープ等の、当業者にとって公知の部材がさらに設けられている。
以下、実施例および比較例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例および比較例に限定して解釈されるものではなく、各実施例に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施例も本発明の範囲に含まれる。なお、諸物性の測定で使用される電気機器は、特に注釈の無い限り、200Vまたは100V/60Hzの電源を使用している。諸物性は、特に注釈の無い限り、室温(20℃~25℃)、相対湿度50±5%RHの条件下で測定した。また、便宜上、「リットル」を「l」または「L」、「質量%」、「重量%」を「wt%」と表記することがある。なお、以下の測定方法における測定等はそれぞれ3回行った相加平均値を採用している。
<測定方法>
[重合開始温度、重合ピーク温度(最高到達温度)]
(株)キーエンス(Keyence)製PCカード型データ収集システムNR-1000を用い、校正済みの熱伝対を重合系の中心部に置き、サンプリング周期0.1秒で測定した。得られた温度-時間チャートから重合開始温度、ピーク温度(最高到達温度)を読み取った。
[重合開始温度、重合ピーク温度(最高到達温度)]
(株)キーエンス(Keyence)製PCカード型データ収集システムNR-1000を用い、校正済みの熱伝対を重合系の中心部に置き、サンプリング周期0.1秒で測定した。得られた温度-時間チャートから重合開始温度、ピーク温度(最高到達温度)を読み取った。
[CRC(無加圧下吸収倍率)]
CRC(無加圧下吸収倍率)は、EDANA法(WSP241.3(10))に準拠して測定した。具体的には、測定対象物(吸水性樹脂)(つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)0.2gを不織布製の袋に入れ、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して当該測定対象物を自由膨潤させた後、遠心分離機(遠心力:250G)を用いて脱水し、CRC(無加圧下吸収倍率)(単位:g/g)を測定した。
CRC(無加圧下吸収倍率)は、EDANA法(WSP241.3(10))に準拠して測定した。具体的には、測定対象物(吸水性樹脂)(つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)0.2gを不織布製の袋に入れ、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して当該測定対象物を自由膨潤させた後、遠心分離機(遠心力:250G)を用いて脱水し、CRC(無加圧下吸収倍率)(単位:g/g)を測定した。
[AAP(加圧下吸収倍率)]
AAP(加圧下吸収倍率)は、EDANA法(WSP242.3(10))に準拠して測定した。具体的には、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を用い、測定対象物(吸水性樹脂)(つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)0.9gを1時間、4.83kPa(49g/cm2、0.7psi)の加圧下で膨潤させた後、AAP(加圧下吸収倍率)(単位:g/g)を測定した。
AAP(加圧下吸収倍率)は、EDANA法(WSP242.3(10))に準拠して測定した。具体的には、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を用い、測定対象物(吸水性樹脂)(つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)0.9gを1時間、4.83kPa(49g/cm2、0.7psi)の加圧下で膨潤させた後、AAP(加圧下吸収倍率)(単位:g/g)を測定した。
[SFC(生理食塩水流れ誘導性)]
SFC(生理食塩水流れ誘導性)(単位:×10-7cm3・sec/g)は、米国特許第5669894号に記載された測定方法に準拠して測定した。
SFC(生理食塩水流れ誘導性)(単位:×10-7cm3・sec/g)は、米国特許第5669894号に記載された測定方法に準拠して測定した。
[含水率]
含水率は、EDANA法(WSP230.3(10))に準拠して測定した。具体的には、測定対象物(吸水性樹脂)つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)4.0gを105℃で3時間、オーブンに静置した後の乾燥減量から、含水率(単位:質量%)を測定した。
含水率は、EDANA法(WSP230.3(10))に準拠して測定した。具体的には、測定対象物(吸水性樹脂)つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)4.0gを105℃で3時間、オーブンに静置した後の乾燥減量から、含水率(単位:質量%)を測定した。
[pH]
pHは、EDANA法(WSP200.3(10))に準拠して測定した。具体的には、予めpH 6.0に調整した0.9質量%塩化ナトリウム水溶液100mlを撹拌しながら測定対象物(吸水性樹脂、つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)0.5gを10分間分散させた後、pH電極を用いてpH(単位:無次元)を測定した。
pHは、EDANA法(WSP200.3(10))に準拠して測定した。具体的には、予めpH 6.0に調整した0.9質量%塩化ナトリウム水溶液100mlを撹拌しながら測定対象物(吸水性樹脂、つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)0.5gを10分間分散させた後、pH電極を用いてpH(単位:無次元)を測定した。
[残存モノマー量]
残存モノマー量は、EDANA法(WSP210.3(10))に準拠して測定した。具体的には、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液200mlを撹拌しながら、測定対象物(吸水性樹脂)(つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)1.0gを1時間分散させた後、ろ液をHPLCで分析して残存モノマー量(単位:質量ppm)を測定した。
残存モノマー量は、EDANA法(WSP210.3(10))に準拠して測定した。具体的には、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液200mlを撹拌しながら、測定対象物(吸水性樹脂)(つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)1.0gを1時間分散させた後、ろ液をHPLCで分析して残存モノマー量(単位:質量ppm)を測定した。
[可溶分量、可溶分の分子量分布、可溶分の分岐密度]
可溶分(可溶分(16hr-Extr))は、EDANA法(WSP270.3(10))に準拠して測定した。ただし、可溶分を抽出する時間は1時間を16時間に延長して行った。具体的には、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液200mlを撹拌しながら測定対象物(吸水性樹脂)(つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)1.0gを16時間分散させた後、ろ液を採取し、電位差滴定によって可溶分量(単位:質量%)を測定した。
可溶分(可溶分(16hr-Extr))は、EDANA法(WSP270.3(10))に準拠して測定した。ただし、可溶分を抽出する時間は1時間を16時間に延長して行った。具体的には、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液200mlを撹拌しながら測定対象物(吸水性樹脂)(つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)1.0gを16時間分散させた後、ろ液を採取し、電位差滴定によって可溶分量(単位:質量%)を測定した。
可溶分の分子量分布(Mw/Mn)は、重量平均分子量(Mw)を数平均分子量(Mn)で除した値として算出され、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)は、上記可溶分量の測定で得られたろ液をフィルター(ジーエルサイエンス社製、GLクロマトディスク、水系25A、孔径0.2μm)を通過させてから、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)で測定した。
(GPC測定条件)
ビスコテック社製TDA302(登録商標)を用いて、測定を行った。装置構成としては、サイズ排除クロマトグラフィー、屈折率検出器、光散乱検出器及びキャピラリー粘度計を搭載した装置である。測定装置及び測定条件は以下の通りとした。なお、可溶分量の測定で得られたろ液をGPC測定している。
ビスコテック社製TDA302(登録商標)を用いて、測定を行った。装置構成としては、サイズ排除クロマトグラフィー、屈折率検出器、光散乱検出器及びキャピラリー粘度計を搭載した装置である。測定装置及び測定条件は以下の通りとした。なお、可溶分量の測定で得られたろ液をGPC測定している。
ポンプ・オートサンプラー:ビスコテック社製GPCmax
ガードカラム:OHpak SB-G(昭和電工株式会社製)
カラム:OHpak SB-806MHQ(昭和電工株式会社製)を2本直列につないで使用
検出器:ビスコテック社製TDA302(系内温度は30℃で保持)
溶媒:リン酸2水素ナトリウム2水和物60mM・リン酸水素2ナトリウム12水和物20mM・アジ化ナトリウム400ppm水溶液(pH6.35~6.38)
流速:0.5mL/min
注入量:100μL。
ガードカラム:OHpak SB-G(昭和電工株式会社製)
カラム:OHpak SB-806MHQ(昭和電工株式会社製)を2本直列につないで使用
検出器:ビスコテック社製TDA302(系内温度は30℃で保持)
溶媒:リン酸2水素ナトリウム2水和物60mM・リン酸水素2ナトリウム12水和物20mM・アジ化ナトリウム400ppm水溶液(pH6.35~6.38)
流速:0.5mL/min
注入量:100μL。
本測定に使用する純水は、十分に不純物を取り除いたものが使用される。また、測定は十分な量の溶媒を装置に流し、検出値のベースラインが安定した状態で行う。特に、光散乱検出器でのノイズピークが無い状態で測定を行う。
装置校正はポリオキシエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)21966、分子量分布(Mw/Mn=1.00)、示差屈折率(dn/dc)=0.132、溶媒屈折率1.33)を標準サンプルとして用いて行った。
測定対象物(吸水性樹脂)(つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)がアクリル酸及び/又はその塩を99モル%以上含む単量体を重合して得られたものである場合には、分析対象となるポリマー(吸水性樹脂の可溶分)の示差屈折率(dn/dc)は0.12、溶媒屈折率は1.33として測定を行った。また、アクリル酸及び/又はその塩以外の単量体が1モル%よりも多く共重合された測定対象物(吸水性樹脂)(つまり、吸水性樹脂粉末、吸水剤(表面架橋型吸水性樹脂粒子)等)の場合には、その高分子に固有の上記溶媒中での示差屈折率(dn/dc)を測定し、その数値を用いることができる。
測定結果のチャートを確認し、光散乱強度測定結果のピークにノイズが多く含まれる場合には、再度測定を行った。
屈折率、光散乱強度、粘度のデータ収集及び解析は、Viscotek OmniSEC4.6.2(登録商標)ソフトウェアで行った。屈折率(RI)及び光散乱強度(角度7°)LALS、粘度計(DP)から得られたデータより、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分子量分布(Mw/Mn)、分岐密度(Branch Freq.)を計算した。なお、分岐密度の測定には以下の値及び計算方法を該ソフトウェアのBranching Parametersに適用し、計算する分子量の上限及び下限は限定していない。
MH Exponent(a) :0.8741
MH Intercept(logK):-4.4152 g/mol
Structure Factor:0.75
Repeat Factor:100000
Branching Calculation:Random,polydisperse(tri-functional)。
MH Intercept(logK):-4.4152 g/mol
Structure Factor:0.75
Repeat Factor:100000
Branching Calculation:Random,polydisperse(tri-functional)。
[粒子径の分布と質量平均粒子径(D50)]
粒子径の分布と質量平均粒子径(D50)(単位:μm)は、米国特許第7638570号に記載された「(3)Mass-Average Particle Diameter(D50) and Logarithmic Standard Deviation(σζ) of Particle Diameter Distribution」の測定方法に準拠して測定した。ただし、使用した篩は、目開き850μm、710μm、600μm、500μm、300μm、150μm、45μmのJIS標準ふるいと受け皿(THE IIDA TESTING SIEVE:径8cm)とした。具体的には、吸水剤10.0gを室温(約23℃)、湿度50%RHの条件下で前記篩に仕込み、振動分級器(IIDA SIEVE SHAKER、TYPE:ES-65型、SER.No.0501)により、5分間、分級を行った後、篩上に残留する吸水剤等の吸水性樹脂の質量を測定し、吸水剤等の吸水性樹脂全体に対する篩上残留百分率Rを粒子径の分布とし算出した。粒子径が150μm以上で850μm未満である粒子の割合は、目開き710μm、600μm、500μm、300μm、150μmのそれぞれの篩上残留百分率の合計として求めた。粒子径が600μm以上で850μm未満である粒子の割合は、目開き710μmと600μmの篩上残留百分率の合計として求めた。また、篩上残留百分率Rを対数確率紙にプロットすることで、R=50質量%に相当する粒径を質量平均粒子径(D50、単位:μm)として読み取った。
粒子径の分布と質量平均粒子径(D50)(単位:μm)は、米国特許第7638570号に記載された「(3)Mass-Average Particle Diameter(D50) and Logarithmic Standard Deviation(σζ) of Particle Diameter Distribution」の測定方法に準拠して測定した。ただし、使用した篩は、目開き850μm、710μm、600μm、500μm、300μm、150μm、45μmのJIS標準ふるいと受け皿(THE IIDA TESTING SIEVE:径8cm)とした。具体的には、吸水剤10.0gを室温(約23℃)、湿度50%RHの条件下で前記篩に仕込み、振動分級器(IIDA SIEVE SHAKER、TYPE:ES-65型、SER.No.0501)により、5分間、分級を行った後、篩上に残留する吸水剤等の吸水性樹脂の質量を測定し、吸水剤等の吸水性樹脂全体に対する篩上残留百分率Rを粒子径の分布とし算出した。粒子径が150μm以上で850μm未満である粒子の割合は、目開き710μm、600μm、500μm、300μm、150μmのそれぞれの篩上残留百分率の合計として求めた。粒子径が600μm以上で850μm未満である粒子の割合は、目開き710μmと600μmの篩上残留百分率の合計として求めた。また、篩上残留百分率Rを対数確率紙にプロットすることで、R=50質量%に相当する粒径を質量平均粒子径(D50、単位:μm)として読み取った。
[耐プロセスダメージ性評価]
耐プロセスダメージ性評価は、後述する方法で得られた吸水剤と、ダメージ後の吸水剤の物性差を比較した。具体的には、以下の式で表される、加圧下吸収倍率低下率(AAP低下率、単位:%)、および、生理食塩水流れ誘導性低下率(SFC低下率、単位:%)を算出した。
耐プロセスダメージ性評価は、後述する方法で得られた吸水剤と、ダメージ後の吸水剤の物性差を比較した。具体的には、以下の式で表される、加圧下吸収倍率低下率(AAP低下率、単位:%)、および、生理食塩水流れ誘導性低下率(SFC低下率、単位:%)を算出した。
AAP低下率(%)=((ダメージ前AAP)-(ダメージ後AAP))/(ダメージ前AAP)×100 ・・・ 式(1)
SFC低下率(%)=((ダメージ前SFC)-(ダメージ後SFC))/(ダメージ前SFC)×100 ・・・ 式(2)。
SFC低下率(%)=((ダメージ前SFC)-(ダメージ後SFC))/(ダメージ前SFC)×100 ・・・ 式(2)。
[吸水剤の取り扱い性]
ポリエチレン製の袋(180mm×270mm、厚み0.03mm)に吸水剤150gを入れて24時間保管後、袋から吸水剤約1gをステンレス製のスパチュラで採取した。採取する直前に、採取する吸水剤の粒度分布を均質化するために、ポリエチレン製の袋を空気で膨張させてから、袋全体を10回振とうして吸水剤を該袋の中で撹拌した。その後、ステンレス製スパチュラで吸水剤を採取する際のスパチュラ上の吸水剤の状態を以下の基準で評価した。
ポリエチレン製の袋(180mm×270mm、厚み0.03mm)に吸水剤150gを入れて24時間保管後、袋から吸水剤約1gをステンレス製のスパチュラで採取した。採取する直前に、採取する吸水剤の粒度分布を均質化するために、ポリエチレン製の袋を空気で膨張させてから、袋全体を10回振とうして吸水剤を該袋の中で撹拌した。その後、ステンレス製スパチュラで吸水剤を採取する際のスパチュラ上の吸水剤の状態を以下の基準で評価した。
評価基準;
A:吸水剤(粒子状、粉末状)がスパチュラからポリエチレン袋表面に引き寄せられず、取り出しやすい。
A:吸水剤(粒子状、粉末状)がスパチュラからポリエチレン袋表面に引き寄せられず、取り出しやすい。
B:吸水剤(粒子状、粉末状)の一部がスパチュラからポリエチレン袋表面に引き寄せられ吸着した。但し、実態上の作業性は特に問題はない。
[静電電荷量]
静電電荷量は、ファラデーゲージ本体KQ-1400およびクーロンメーターNK1001からなる静電電荷量測定器(春日電機株式会社社製)を用いて測定した。測定環境は23~24℃、40~50%RHであった。測定者は絶縁性のゴム手袋を装着し、サンプル及び機器の取り扱いの際に、測定者との電荷の移動が起こらないようにした。静電電荷量を測定する吸水剤20.0gを付属の蓋つきステンレス製カップに入れ、蓋を閉めてアース線で接地した。その後、ステンレス製カップを100回振とうし、吸水剤に摩擦を与えた。振とう後、蓋を開けて吸水剤をファラデーゲージ本体の電荷量測定容器に投入し、クーロンメーターで測定される電荷量の絶対値を静電電荷量(単位:nC)とした。
静電電荷量は、ファラデーゲージ本体KQ-1400およびクーロンメーターNK1001からなる静電電荷量測定器(春日電機株式会社社製)を用いて測定した。測定環境は23~24℃、40~50%RHであった。測定者は絶縁性のゴム手袋を装着し、サンプル及び機器の取り扱いの際に、測定者との電荷の移動が起こらないようにした。静電電荷量を測定する吸水剤20.0gを付属の蓋つきステンレス製カップに入れ、蓋を閉めてアース線で接地した。その後、ステンレス製カップを100回振とうし、吸水剤に摩擦を与えた。振とう後、蓋を開けて吸水剤をファラデーゲージ本体の電荷量測定容器に投入し、クーロンメーターで測定される電荷量の絶対値を静電電荷量(単位:nC)とした。
[実施例1]
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸374質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)1.36質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水403質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は30℃に予め加温しておいた。
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸374質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)1.36質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水403質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は30℃に予め加温しておいた。
続いて、上記水溶液を攪拌しながら、24℃の48質量%水酸化ナトリウム水溶液212質量部を大気開放状態で、約30秒間掛けて当該水溶液に投入し、混合することで単量体水溶液を調製した。なお、上記混合の過程で発生した中和熱および溶解熱によって、当該単量体水溶液の温度は約80℃まで上昇していた。なお、全ての実施例・比較例を通じて、上記の重合開始温度の制御の方法を必要に応じて実施し、当該単量体水溶液の温度の設計・制御を行った。
その後、重合開始剤として8質量%過硫酸ナトリウム水溶液7.79質量部を加えて、約5秒間攪拌し、水溶液中のモノマー濃度(単量体水溶液中のアクリル酸およびアクリル酸ナトリウムの質量割合)43質量%、中和率49mol%、ポリエチレングリコールジアクリレート0.05mol%の反応液とした。
次に、上記反応液をステンレス製のバット型容器に、大気開放状態で流し込んだ。当該バット型容器は、底面の大きさが200mm×260mm、上面の大きさが460mm×560mm、高さが140mmであり、中心部分の断面が台形状であり、内面にシリコーンシートを貼付した。また、当該バット型容器は、反応液を流し込む前に、50℃に加熱されたホットプレート上に載置し、プレヒートしておいた。
上記反応液を上記バット型容器に流し込んだ後、1分間以内に重合反応が開始した。当該重合反応によって反応液は、水蒸気を発生しながら上方に向かって四方八方に膨張、発泡しながら重合反応を進行した後、バット型容器の底面より若干大きいサイズにまで収縮した。当該重合反応(膨張、収縮)は、約3分間以内に終了した。当該重合反応によって、含水ゲル状架橋重合体を得た。重合開始温度は80℃、重合ピーク温度は106℃、重合開始温度と重合ピーク温度の差ΔTは26℃であった。
次に、上記含水ゲルを適切な大きさに切断した後に、プレート孔径8.0mmのダイと4枚刃のナイフを有するスクリュー押出機(HL-G22SN/レマコム株式会社製)に供給してゲル粉砕し、粒子状含水ゲルとした。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、190℃の熱風を30分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き710μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(1)を得た。
上記一連の操作で得られた吸水性樹脂粉末(1)は、CRCが32.1g/g、可溶分が15.8質量%であった。
次に、エチレンカーボネート1.2質量部、脱イオン水2.7質量部、エタノール1.0質量部からなる表面架橋剤溶液4.9質量部を、上記吸水性樹脂粉末(1)100質量部にスプレー添加しながら混合し、190℃で20分間、加熱処理した後、目開き710μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された吸水剤(1)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた吸水剤(1)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(1’)を得た。表1および表2に吸水剤(1)とダメージ後の吸水剤(1’)の諸物性を示した。なお、東洋精機製試験用分散機は、特許3688418号に記載のものが使用され、その内容の全ては本願明細書に引用により組み込まれる。なお、東洋精機製試験用分散機は、固定条件(100V/60Hzで振動速度回転数750c.p.m)の振動である。
[実施例2]
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸383質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)1.11質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水427質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は53℃に予め加温しておいた。
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸383質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)1.11質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水427質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は53℃に予め加温しておいた。
続いて、上記水溶液を攪拌しながら、40℃の48質量%水酸化ナトリウム水溶液177質量部を大気開放状態で、約30秒間掛けて当該水溶液に投入し、混合することで単量体水溶液を調製した。なお、上記混合の過程で発生した中和熱および溶解熱によって、当該単量体水溶液の温度は約85℃まで上昇していた。
その後、重合開始剤として8質量%過硫酸ナトリウム水溶液9.31質量部を加えて、約5秒間攪拌し、モノマー濃度43質量%、中和率40mol%、ポリエチレングリコールジアクリレート0.04mol%の反応液とした。
次に、上記反応液をステンレス製のバット型容器に、大気開放状態で流し込んだ。当該バット型容器は、底面の大きさが200mm×260mm、上面の大きさが460mm×560mm、高さが140mmであり、中心部分の断面が台形状であり、内面にシリコーンシートを貼付した。また、当該バット型容器は、反応液を流し込む前に、50℃に加熱されたホットプレート上に載置し、プレヒートしておいた。
上記反応液を上記バット型容器に流し込んだ後、1分間以内に重合反応が開始した。当該重合反応によって反応液は、水蒸気を発生しながら上方に向かって四方八方に膨張、発泡しながら重合反応を進行した後、バット型容器の底面より若干大きいサイズにまで収縮した。当該重合反応(膨張、収縮)は、約3分間以内に終了した。当該重合反応によって、含水ゲル状架橋重合体を得た。重合開始温度は85℃、重合ピーク温度は110℃、重合開始温度と重合ピーク温度の差ΔTは25℃であった。
次に、上記含水ゲルを適切な大きさに切断した後に、プレート孔径8.0mmのダイと4枚刃のナイフを有するスクリュー押出機(HL-G22SN/レマコム株式会社製)に供給してゲル粉砕し、粒子状含水ゲルとした。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、190℃の熱風を30分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き710μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(2)を得た。
上記一連の操作で得られた吸水性樹脂粉末(2)は、CRCが25.9g/g、可溶分が12.9質量%であった。
次に、トリエチレングリコール0.5質量部、1,6-ヘキサンジオール0.2質量部、脱イオン水2.5質量部からなる表面架橋剤溶液3.2質量部を、上記吸水性樹脂粉末(2)100質量部にスプレー添加しながら混合し、190℃で13分間、加熱処理した後、目開き710μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された吸水剤(2)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた吸水剤(2)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(2’)を得た。表1および表2に吸水剤(2)とダメージ後の吸水剤(2’)の諸物性を示した。
[実施例3]
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸383質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)0.83質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水427質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は53℃に予め加温しておいた。
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸383質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)0.83質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水427質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は53℃に予め加温しておいた。
続いて、上記水溶液を攪拌しながら、40℃の48質量%水酸化ナトリウム水溶液177質量部を大気開放状態で、約30秒間掛けて当該水溶液に投入し、混合することで単量体水溶液を調製した。なお、上記混合の過程で発生した中和熱および溶解熱によって、当該単量体水溶液の温度は約85℃まで上昇していた。
その後、重合開始剤として8質量%過硫酸ナトリウム水溶液9.31質量部を加えて、約5秒間攪拌し、モノマー濃度43質量%、中和率40mol%、ポリエチレングリコールジアクリレート0.03mol%の反応液とした。
次に、上記反応液をステンレス製のバット型容器に、大気開放状態で流し込んだ。当該バット型容器は、底面の大きさが200mm×260mm、上面の大きさが460mm×560mm、高さが140mmであり、中心部分の断面が台形状であり、内面にシリコーンシートを貼付した。また、当該バット型容器は、反応液を流し込む前に、50℃に加熱されたホットプレート上に載置し、プレヒートしておいた。
上記反応液を上記バット型容器に流し込んだ後、1分間以内に重合反応が開始した。当該重合反応によって反応液は、水蒸気を発生しながら上方に向かって四方八方に膨張、発泡しながら重合反応を進行した後、バット型容器の底面より若干大きいサイズにまで収縮した。当該重合反応(膨張、収縮)は、約3分間以内に終了した。当該重合反応によって、含水ゲル状架橋重合体を得た。重合開始温度は85℃、重合ピーク温度は110℃、重合開始温度と重合ピーク温度の差ΔTは25℃であった。
次に、上記含水ゲルを適切な大きさに切断した後に、プレート孔径8.0mmのダイと4枚刃のナイフを有するスクリュー押出機(HL-G22SN/レマコム株式会社製)に供給してゲル粉砕し、粒子状含水ゲルとした。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、190℃の熱風を30分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き710μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(3)を得た。
上記一連の操作で得られた吸水性樹脂粉末(3)は、CRCが28.2g/g、可溶分が16.1質量%であった。
次に、エチレンカーボネート0.4質量部、プロピレングリコール0.6質量部、脱イオン水2.7質量部からなる表面架橋剤溶液3.7質量部を、上記吸水性樹脂粉末(3)100質量部にスプレー添加しながら混合し、190℃で13分間、加熱処理した後、目開き710μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された吸水剤(3)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた吸水剤(3)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(3’)を得た。表1および表2に吸水剤(3)とダメージ後の吸水剤(3’)の諸物性を示した。
[実施例4]
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸389質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)0.70質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水442質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は67℃に予め加温しておいた。
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸389質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)0.70質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水442質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は67℃に予め加温しておいた。
続いて、上記水溶液を攪拌しながら、40℃の48質量%水酸化ナトリウム水溶液157質量部を大気開放状態で、約30秒間掛けて当該水溶液に投入し、混合することで単量体水溶液を調製した。なお、上記混合の過程で発生した中和熱および溶解熱によって、当該単量体水溶液の温度は約86℃まで上昇していた。
その後、重合開始剤として8質量%過硫酸ナトリウム水溶液9.43質量部を加えて、約5秒間攪拌し、モノマー濃度43質量%、中和率35mol%、ポリエチレングリコールジアクリレート0.025mol%の反応液とした。
次に、上記反応液をステンレス製のバット型容器に、大気開放状態で流し込んだ。当該バット型容器は、底面の大きさが200mm×260mm、上面の大きさが460mm×560mm、高さが140mmであり、中心部分の断面が台形状であり、内面にシリコーンシートを貼付した。また、当該バット型容器は、反応液を流し込む前に、50℃に加熱されたホットプレート上に載置し、プレヒートしておいた。
上記反応液を上記バット型容器に流し込んだ後、1分間以内に重合反応が開始した。当該重合反応によって反応液は、水蒸気を発生しながら上方に向かって四方八方に膨張、発泡しながら重合反応を進行した後、バット型容器の底面より若干大きいサイズにまで収縮した。当該重合反応(膨張、収縮)は、約3分間以内に終了した。当該重合反応によって、含水ゲル状架橋重合体を得た。重合開始温度は86℃、重合ピーク温度は110℃、重合開始温度と重合ピーク温度の差ΔTは24℃であった。
次に、上記含水ゲルを適切な大きさに切断した後に、プレート孔径8.0mmのダイと4枚刃のナイフを有するスクリュー押出機(HL-G22SN/レマコム株式会社製)に供給してゲル粉砕し、粒子状含水ゲルとした。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、190℃の熱風を30分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き710μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(4)を得た。
上記一連の操作で得られた吸水性樹脂粉末(4)は、CRCが26.7g/g、可溶分が16.1質量%であった。
次に、エチレンカーボネート0.4質量部、プロピレングリコール0.6質量部、脱イオン水2.7質量部からなる表面架橋剤溶液3.7質量部を、上記吸水性樹脂粉末(4)100質量部にスプレー添加しながら混合し、190℃で10分間、加熱処理した後、目開き710μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された吸水剤(4)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた吸水剤(4)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(4’)を得た。表1および表2に吸水剤(4)とダメージ後の吸水剤(4’)の諸物性を示した。
[実施例5]
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸394質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)0.43質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水457質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は78℃に予め加温しておいた。
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸394質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)0.43質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水457質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は78℃に予め加温しておいた。
続いて、上記水溶液を攪拌しながら、40℃の48質量%水酸化ナトリウム水溶液137質量部を大気開放状態で、約30秒間掛けて当該水溶液に投入し、混合することで単量体水溶液を調製した。なお、上記混合の過程で発生した中和熱および溶解熱によって、当該単量体水溶液の温度は約88℃まで上昇していた。
その後、重合開始剤として8質量%過硫酸ナトリウム水溶液9.57質量部を加えて、約5秒間攪拌し、モノマー濃度43質量%、中和率30mol%、ポリエチレングリコールジアクリレート0.015mol%の反応液とした。
次に、上記反応液をステンレス製のバット型容器に、大気開放状態で流し込んだ。当該バット型容器は、底面の大きさが200mm×260mm、上面の大きさが460mm×560mm、高さが140mmであり、中心部分の断面が台形状であり、内面にシリコーンシートを貼付した。また、当該バット型容器は、反応液を流し込む前に、50℃に加熱されたホットプレート上に載置し、プレヒートしておいた。
上記反応液を上記バット型容器に流し込んだ後、1分間以内に重合反応が開始した。当該重合反応によって反応液は、水蒸気を発生しながら上方に向かって四方八方に膨張、発泡しながら重合反応を進行した後、バット型容器の底面より若干大きいサイズにまで収縮した。当該重合反応(膨張、収縮)は、約3分間以内に終了した。当該重合反応によって、含水ゲル状架橋重合体を得た。重合開始温度は88℃、重合ピーク温度は114℃、重合開始温度と重合ピーク温度の差ΔTは26℃であった。
次に、上記含水ゲルを適切な大きさに切断した後に、プレート孔径8.0mmのダイと4枚刃のナイフを有するスクリュー押出機(HL-G22SN/レマコム株式会社製)に供給してゲル粉砕し、粒子状含水ゲルとした。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、190℃の熱風を30分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き850μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(5)を得た。
上記一連の操作で得られた吸水性樹脂粉末(5)は、CRCが26.9g/g、可溶分が18.0質量%であった。
次に、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル0.1質量部、プロピレングリコール1.0質量部、脱イオン水3.0質量部、エタノール2.0質量部からなる表面架橋剤溶液6.1質量部を、上記吸水性樹脂粉末(5)100質量部にスプレー添加しながら混合し、150℃で20分間、加熱処理した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された吸水剤(5)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた吸水剤(5)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(5’)を得た。表1および表2に吸水剤(5)とダメージ後の吸水剤(5’)の諸物性を示した。
[実施例6]
前記実施例3で得られた乾燥重合体の粉砕物を目開き850μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(6)を得た。
前記実施例3で得られた乾燥重合体の粉砕物を目開き850μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(6)を得た。
次に、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル0.1質量部、プロピレングリコール1.0質量部、脱イオン水3.0質量部、エタノール2.0質量部からなる表面架橋剤溶液6.1質量部を、上記吸水性樹脂粉末(6)100質量部にスプレー添加しながら混合し、150℃で15分間、加熱処理した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された吸水剤(6)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた吸水剤(6)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(6’)を得た。表1および表2に吸水剤(6)とダメージ後の吸水剤(6’)の諸物性を示した。
[実施例7]
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸400質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)1.31質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.30質量部および脱イオン水361質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は30℃に予め加温しておいた。
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸400質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)1.31質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.30質量部および脱イオン水361質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は30℃に予め加温しておいた。
続いて、上記水溶液を攪拌しながら、24℃の48質量%水酸化ナトリウム水溶液227質量部を大気開放状態で、約30秒間掛けて当該水溶液に投入し、混合することで単量体水溶液を調製した。なお、上記混合の過程で発生した中和熱および溶解熱によって、当該単量体水溶液の温度は約80℃まで上昇していた。
その後、重合開始剤として8質量%過硫酸ナトリウム水溶液8.33質量部を加えて、約5秒間攪拌し、モノマー濃度46質量%、中和率49mol%、ポリエチレングリコールジアクリレート0.045mol%の反応液とした。
次に、上記反応液をステンレス製のバット型容器に、大気開放状態で流し込んだ。当該バット型容器は、底面の大きさが200mm×260mm、上面の大きさが460mm×560mm、高さが140mmであり、中心部分の断面が台形状であり、内面にシリコーンシートを貼付した。また、当該バット型容器は、反応液を流し込む前に、50℃に加熱されたホットプレート上に載置し、プレヒートしておいた。
上記反応液を上記バット型容器に流し込んだ後、1分間以内に重合反応が開始した。当該重合反応によって反応液は、水蒸気を発生しながら上方に向かって四方八方に膨張、発泡しながら重合反応を進行した後、バット型容器の底面より若干大きいサイズにまで収縮した。当該重合反応(膨張、収縮)は、約3分間以内に終了した。当該重合反応によって、含水ゲル状架橋重合体を得た。重合開始温度は80℃、重合ピーク温度は115℃、重合開始温度と重合ピーク温度の差ΔTは35℃であった。
次に、上記含水ゲルを適切な大きさに切断した後に、プレート孔径8.0mmのダイと4枚刃のナイフを有するスクリュー押出機(HL-G22SN/レマコム株式会社製)に供給してゲル粉砕し、粒子状含水ゲルとした。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、190℃の熱風を30分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き850μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(7)を得た。
上記一連の操作で得られた吸水性樹脂粉末(7)は、CRCが32.4g/g、可溶分が16.3質量%であった。
次に、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル0.1質量部、トリエチレングリコール1.0質量部、脱イオン水3.0質量部、エタノール2.0質量部からなる表面架橋剤溶液6.1質量部を、上記吸水性樹脂粉末(7)100質量部にスプレー添加しながら混合し、150℃で30分間、加熱処理した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された吸水剤(7)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた吸水剤(7)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(7’)を得た。表1および表2に吸水剤(7)とダメージ後の吸水剤(7’)の諸物性を示した。
[実施例8]
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸187質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)0.68質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液1.08質量部および脱イオン水201質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は25℃であった。
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、30℃のアクリル酸187質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)0.68質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液1.08質量部および脱イオン水201質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は25℃であった。
続いて、上記水溶液を攪拌しながら、24℃の48質量%水酸化ナトリウム水溶液106質量部を大気開放状態で、約30秒間掛けて当該水溶液に投入し、混合することでモノマー濃度43質量%、中和率49mol%、ポリエチレングリコールジアクリレート0.05mol%の単量体水溶液を調製した。
得られた単量体水溶液を縦幅320mm×横幅220mm×高さ50mmのサイズで内表面をテフロン(登録商標)コーティングしたステンレス製バット内に注入した。このとき単量体水溶液の厚みは約5mmであった。該ステンレス製バットを、窒素導入口、排気口、および重合開始剤投入口を設けたポリエチレンフィルムで上部をシールした後、ウォーターバスに浸け、単量体水溶液の温度を28℃に調整しながら、該水溶液に20分間窒素ガスを導入して、液中の溶存酸素を除いた。
その後、レドックス重合開始剤として8質量%過硫酸ナトリウム水溶液3.89質量部と1質量%L-アスコルビン酸1.30質量部を加えて、マグネティックスターラーで十分混合したところ、重合開始剤投入後、3分で重合が開始した。ステンレス製バットを12℃のウォーターバスと70℃のウォーターバスに交互に浸しながら重合温度を制御し、20分後に71℃の重合ピーク温度を示したので、さらに5分間70℃のウォーターバスに浸して熟成し、含水ゲル状架橋重合体を得た。
次に、上記含水ゲルを適切な大きさに切断した後に、プレート孔径8.0mmのダイと4枚刃のナイフを有するスクリュー押出機(HL-G22SN/レマコム株式会社製)に供給してゲル粉砕し、粒子状含水ゲルとした。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、190℃の熱風を30分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き850μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(8)を得た。
上記一連の操作で得られた吸水性樹脂粉末(8)は、CRCが30.0g/g、可溶分が11.7質量%であった。
次に、エチレンカーボネート1.2質量部、脱イオン水2.7質量部、エタノール1.0質量部からなる表面架橋剤溶液4.9質量部を、上記吸水性樹脂粉末(8)100質量部にスプレー添加しながら混合し、150℃で30分間、加熱処理した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された吸水剤(8)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた吸水剤(8)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(8’)を得た。表1および表2に吸水剤(8)とダメージ後の吸水剤(8’)の諸物性を示した。
[実施例9]
前記実施例2で得られた粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、150℃の熱風を90分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き710μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(9)を得た。
前記実施例2で得られた粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、150℃の熱風を90分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き710μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の吸水性樹脂粉末(9)を得た。
上記一連の操作で得られた吸水性樹脂粉末(9)は、CRCが34.7g/g、可溶分が21.6質量%であった。
次に、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル0.1質量部、プロピレングリコール1.5質量部、脱イオン水3.5質量部からなる表面架橋剤溶液5.1質量部を、上記吸水性樹脂粉末(9)100質量部にスプレー添加しながら混合し、その後100℃で60分間、加熱処理した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された吸水剤(9)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた吸水剤(9)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(9’)を得た。表1および表2に吸水剤(9)とダメージ後の吸水剤(9’)の諸物性を示した。
[比較例1](特開平11-263850号公報の実施例4と同等)
40mol%の中和率を有するアクリル酸ナトリウム塩の水溶液5022質量部(水溶液中での単量体濃度30質量%)に、内部架橋剤としてトリメチロールプロパントリアクリレートを0.05モル%溶解させ窒素ガスで30分脱気後、内容積10Lでシグマ型羽根を2本有するジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋をつけた反応器に該単量体水溶液を供給し、42℃の温度に保ちながら反応系の窒素置換を続けた。次いで、羽を回転させながら、レドックス重合開始剤として10質量%過硫酸ナトリウム水溶液22.38質量部と1質量%L-アスコルビン酸9.32質量部を加えたところ、約1分後に重合が開始し、約11分後に重合ピーク温度91℃(ΔTは49℃)を示したので、さらに撹拌しながら熟成を継続した。その際生成した含水ゲル重合体は約5mm~1mm以下に細粒化され、重合が開始して40分後に含水ゲル重合体を取り出した。
40mol%の中和率を有するアクリル酸ナトリウム塩の水溶液5022質量部(水溶液中での単量体濃度30質量%)に、内部架橋剤としてトリメチロールプロパントリアクリレートを0.05モル%溶解させ窒素ガスで30分脱気後、内容積10Lでシグマ型羽根を2本有するジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋をつけた反応器に該単量体水溶液を供給し、42℃の温度に保ちながら反応系の窒素置換を続けた。次いで、羽を回転させながら、レドックス重合開始剤として10質量%過硫酸ナトリウム水溶液22.38質量部と1質量%L-アスコルビン酸9.32質量部を加えたところ、約1分後に重合が開始し、約11分後に重合ピーク温度91℃(ΔTは49℃)を示したので、さらに撹拌しながら熟成を継続した。その際生成した含水ゲル重合体は約5mm~1mm以下に細粒化され、重合が開始して40分後に含水ゲル重合体を取り出した。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、150℃の熱風を2時間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き850μmのJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の比較用吸水性樹脂粉末(1)を得た。
上記一連の操作で得られた比較用吸水性樹脂粉末(1)は、CRCが31.5g/g、可溶分が10.3質量%であった。
次に、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.1質量部、プロピレングリコール1.0質量部、脱イオン水3.0質量部、イソプロピルアルコール3.0質量部からなる表面架橋剤溶液7.1質量部を、上記比較用吸水性樹脂粉末(1)100質量部にスプレー添加しながら混合し、150℃で20分間、加熱処理した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された比較用吸水剤(1)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた比較用吸水剤(1)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の比較用吸水剤(1’)を得た。表1および表2に比較用吸水剤(1)とダメージ後の比較用吸水剤(1’)の諸物性を示した。
[比較例2](特開平11-263850号公報の実施例5と同等)
50mol%の中和率を有するアクリル酸ナトリウム塩の水溶液5295質量部(水溶液中での単量体濃度37質量%)に、内部架橋剤としてトリメチロールプロパントリアクリレートを0.05mol%溶解させ窒素ガスで30分脱気後、内容積10Lでシグマ型羽根を2本有するジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋をつけた反応器に該単量体水溶液を供給し、27℃の温度に保ちながら反応系の窒素置換を続けた。次いで、羽を回転させながら、レドックス重合開始剤として10質量%過硫酸ナトリウム水溶液28.33質量部と1質量%L-アスコルビン酸11.80質量部を加えたところ、約1分後に重合が開始し、約11分後に重合ピーク温度95℃(ΔTは68℃)を示したので、さらに撹拌しながら熟成を継続した。その際生成した含水ゲル重合体は約5mm~1mm以下に細粒化され、重合が開始して40分後に含水ゲル重合体を取り出した。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、150℃の熱風を2時間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き850μmのJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の比較用吸水性樹脂粉末(2)を得た。
50mol%の中和率を有するアクリル酸ナトリウム塩の水溶液5295質量部(水溶液中での単量体濃度37質量%)に、内部架橋剤としてトリメチロールプロパントリアクリレートを0.05mol%溶解させ窒素ガスで30分脱気後、内容積10Lでシグマ型羽根を2本有するジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋をつけた反応器に該単量体水溶液を供給し、27℃の温度に保ちながら反応系の窒素置換を続けた。次いで、羽を回転させながら、レドックス重合開始剤として10質量%過硫酸ナトリウム水溶液28.33質量部と1質量%L-アスコルビン酸11.80質量部を加えたところ、約1分後に重合が開始し、約11分後に重合ピーク温度95℃(ΔTは68℃)を示したので、さらに撹拌しながら熟成を継続した。その際生成した含水ゲル重合体は約5mm~1mm以下に細粒化され、重合が開始して40分後に含水ゲル重合体を取り出した。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、150℃の熱風を2時間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き850μmのJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の比較用吸水性樹脂粉末(2)を得た。
上記一連の操作で得られた比較用吸水性樹脂粉末(2)は、CRCが30.6g/g、可溶分が5.4質量%であった。
次に、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.1質量部、プロピレングリコール1.0質量部、脱イオン水3.0質量部、イソプロピルアルコール3.0質量部からなる表面架橋剤溶液7.1質量部を、上記比較用吸水性樹脂粉末(2)100質量部にスプレー添加しながら混合し、150℃で20分間、加熱処理した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された比較用吸水剤(2)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた比較用吸水剤(2)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の比較用吸水剤(2’)を得た。表1および表2に比較用吸水剤(2)とダメージ後の比較用吸水剤(2’)の諸物性を示した。
[比較例3]
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、アクリル酸354質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)1.80質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水341質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は40℃に予め加温しておいた。
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、アクリル酸354質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)1.80質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水341質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は40℃に予め加温しておいた。
続いて、上記水溶液を攪拌しながら、48質量%水酸化ナトリウム水溶液287質量部を大気開放状態で、約30秒間掛けて当該水溶液に投入し、混合することで単量体水溶液を調製した。なお、上記混合の過程で発生した中和熱および溶解熱によって、当該単量体水溶液の温度は約84℃まで上昇していた。
その後、重合開始剤として8質量%過硫酸ナトリウム水溶液8.60質量部を加えて、約5秒間攪拌し、モノマー濃度43質量%、中和率70mol%、ポリエチレングリコールジアクリレート0.07mol%の反応液とした。
次に、上記反応液をステンレス製のバット型容器に、大気開放状態で流し込んだ。当該バット型容器は、底面の大きさが200mm×260mm、上面の大きさが460mm×560mm、高さが140mmであり、中心部分の断面が台形状であり、内面にシリコーンシートを貼付した。また、当該バット型容器は、反応液を流し込む前に、50℃に加熱されたホットプレート上に載置し、プレヒートしておいた。
上記反応液を上記バット型容器に流し込んだ後、1分間以内に重合反応が開始した。当該重合反応によって反応液は、水蒸気を発生しながら上方に向かって四方八方に膨張、発泡しながら重合反応を進行した後、バット型容器の底面より若干大きいサイズにまで収縮した。当該重合反応(膨張、収縮)は、約3分間以内に終了した。当該重合反応によって、含水ゲル状架橋重合体を得た。重合開始温度は84℃、重合ピーク温度は106℃、重合開始温度と重合ピーク温度の差ΔTは22℃であった。
次に、上記含水ゲルを適切な大きさに切断した後に、プレート孔径8.0mmのダイと4枚刃のナイフを有するスクリュー押出機(HL-G22SN/レマコム株式会社製)に供給してゲル粉砕し、粒子状含水ゲルとした。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、190℃の熱風を30分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き850μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の比較用吸水性樹脂粉末(3)を得た。
上記一連の操作で得られた比較用吸水性樹脂粉末(3)は、CRCが33.2g/g、可溶分が8.3質量%であった。
次に、エチレンカーボネート0.4質量部、プロピレングリコール0.6質量部、脱イオン水3.0質量部、エタノール2.0質量部からなる表面架橋剤溶液3.7質量部を、上記比較用吸水性樹脂粉末(3)100質量部にスプレー添加しながら混合し、190℃で30分間、加熱処理した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された比較用吸水剤(3)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた比較用吸水剤(3)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(3’)を得た。表1および表2に比較用吸水剤(3)とダメージ後の比較用吸水剤(3’)の諸物性を示した。
[比較例4]
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、アクリル酸396質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)0.35質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水458質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は40℃に予め加温しておいた。
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、アクリル酸396質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数(平均n数);9)0.35質量部、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.15質量部および脱イオン水458質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。なお、脱イオン水は40℃に予め加温しておいた。
続いて、上記水溶液を攪拌しながら、48質量%水酸化ナトリウム水溶液128質量部を大気開放状態で、約30秒間掛けて当該水溶液に投入し、混合することで単量体水溶液を調製した。なお、上記混合の過程で発生した中和熱および溶解熱によって、当該単量体水溶液の温度は約88℃まで上昇していた。
その後、重合開始剤として8質量%過硫酸ナトリウム水溶液9.62質量部を加えて、約5秒間攪拌し、モノマー濃度43質量%、中和率28mol%、ポリエチレングリコールジアクリレート0.012mol%の反応液とした。
次に、上記反応液をステンレス製のバット型容器に、大気開放状態で流し込んだ。当該バット型容器は、底面の大きさが200mm×260mm、上面の大きさが460mm×560mm、高さが140mmであり、中心部分の断面が台形状であり、内面にシリコーンシートを貼付した。また、当該バット型容器は、反応液を流し込む前に、50℃に加熱されたホットプレート上に載置し、プレヒートしておいた。
上記反応液を上記バット型容器に流し込んだ後、1分間以内に重合反応が開始した。当該重合反応によって反応液は、水蒸気を発生しながら上方に向かって四方八方に膨張、発泡しながら重合反応を進行した後、バット型容器の底面より若干大きいサイズにまで収縮した。当該重合反応(膨張、収縮)は、約3分間以内に終了した。当該重合反応によって、含水ゲル状架橋重合体を得た。重合開始温度は88℃、重合ピーク温度は114℃、重合開始温度と重合ピーク温度の差ΔTは26℃であった。
次に、上記含水ゲルを適切な大きさに切断した後に、プレート孔径8.0mmのダイと4枚刃のナイフを有するスクリュー押出機(HL-G22SN/レマコム株式会社製)に供給してゲル粉砕し、粒子状含水ゲルとした。
次に、上記粒子状含水ゲルを目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げて載せ、熱風乾燥機内に入れた。その後、190℃の熱風を30分間通気させることで当該粒子状含水ゲルを乾燥させ、乾燥重合体を得た。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き710μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の比較用吸水性樹脂粉末(4)を得た。
上記一連の操作で得られた比較用吸水性樹脂粉末(4)は、CRCが27.3g/g、可溶分が18.9質量%であった。
次に、エチレンカーボネート1.0質量部、脱イオン水3.0質量部、イソプロピルアルコール0.5質量部からなる表面架橋剤溶液4.5質量部を、上記比較用吸水性樹脂粉末(4)100質量部にスプレー添加しながら混合し、190℃で10分間加熱処理した後、目開き710μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された比較用吸水剤(4)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。
耐プロセスダメージ性を評価するため、容量225mLのガラス瓶に、得られた比較用吸水剤(4)30gとガラス製ビー玉(1粒の直径約6mm、質量約0.3g)10gを共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製試験用分散機)の振動によってビー玉の衝撃を20分間与えて、ダメージ後の吸水剤(4’)を得た。表1および表2に比較用吸水剤(4)とダメージ後の比較用吸水剤(4’)の諸物性を示した。
[比較例5](特開平1-318022号公報の実施例1に対して表面架橋をした)
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、アクリル酸342.9質量部、N,N’-メチレンビスアクリルアミド0.095質量部、および脱イオン水57.5質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、アクリル酸342.9質量部、N,N’-メチレンビスアクリルアミド0.095質量部、および脱イオン水57.5質量部を投入し、混合することで水溶液を作製した。
続いて、上記水溶液を攪拌しながら、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液176.6質量部大気開放状態で、約10秒間掛けて当該水溶液に投入し、混合することで単量体水溶液を調製した。なお、上記混合の過程で発生した中和熱および溶解熱によって、当該単量体水溶液の温度は104℃まで上昇し、さらに撹拌を継続することで徐々に低下していった。
その後、重合開始剤として5質量%2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩酸塩)水溶液22.84質量部を加えて、約10秒間攪拌し、モノマー濃度65質量%、中和率45mol%、N,N’-メチレンビスアクリルアミド0.013mol%の反応液とした。
次に、71℃の上記反応液をステンレス製のバット型容器に、大気開放状態で流し込んだ。当該バット型容器は、底面の大きさが200mm×260mm、上面の大きさが460mm×560mm、高さが140mmであり、中心部分の断面が台形状であり、内面にシリコーンシートを貼付した。また、当該バット型容器は、反応液を流し込む前に、75℃に加熱されたホットプレート上に載置し、プレヒートしておいた。
上記反応液を上記バット型容器に流し込んだ後、約20秒で重合反応が開始した。当該重合反応によって反応液は、水蒸気を激しく発生しながら膨張、発泡しながら重合反応を進行した後、バット型容器の底面より小さいサイズに収縮した。当該重合反応(膨張、収縮)は、約4分間以内に終了し、さらに4分間バットの上で熟成した。当該重合反応によって、含水ゲル状架橋重合体を得た。重合開始温度は71℃、重合ピーク温度は104℃、重合開始温度と重合ピーク温度の差ΔTは33℃であった。
得られた上記重合体はほぼ乾燥状態にあったが、80℃で3時間の減圧乾燥を行った。続いて、当該乾燥重合体をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)に投入して粉砕し、その後、目開き850μmと150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級することで、不定形破砕状の比較用吸水性樹脂粉末(5)を得た。
上記一連の操作で得られた比較用吸水性樹脂粉末(5)は、CRCが29.0g/g、可溶分が36.3質量%であった。
次に、エチレンカーボネート1.2質量部、脱イオン水2.7質量部、エタノール1.0質量部からなる表面架橋剤溶液3.9質量部を、上記比較用吸水性樹脂粉末(5)100質量部にスプレー添加しながら混合し、150℃で30分間加熱処理した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過させて表面架橋された比較用吸水剤(5)を得た。なお、篩上に残る凝集物も解砕し、全て通過させた。表1に比較用吸水剤(5)の諸物性を示したが、実施例に対しAAP及びSFCが劣り、特にSFCの性能が発現しなかった。AAP及びSFCが大きく劣るため、ダメージ後の物性評価をしていない。
[実施例10および11]
前記実施例2の吸水剤(2)50質量部を250mlの容器に入れ、スリーワンモーターで撹拌しながら、0.25質量部もしくは0.50質量部の脱イオン水をスプレー噴霧して加湿した。その後、当該混合物を60℃のオーブンに1時間静置し、さらに目開き710μmのJIS標準篩を通過させて、それぞれ吸水剤(10)と吸水剤(11)を得た。得られた吸水剤(10)および吸水剤(11)と、脱イオン水を添加する前の吸水剤(2)の帯電電荷量を測定し、表3に示した。さらに、表面架橋工程を低温で行い、出来るだけ高い含水率を維持するように作製した吸水剤(9)の帯電電荷量も併せて示した。
前記実施例2の吸水剤(2)50質量部を250mlの容器に入れ、スリーワンモーターで撹拌しながら、0.25質量部もしくは0.50質量部の脱イオン水をスプレー噴霧して加湿した。その後、当該混合物を60℃のオーブンに1時間静置し、さらに目開き710μmのJIS標準篩を通過させて、それぞれ吸水剤(10)と吸水剤(11)を得た。得られた吸水剤(10)および吸水剤(11)と、脱イオン水を添加する前の吸水剤(2)の帯電電荷量を測定し、表3に示した。さらに、表面架橋工程を低温で行い、出来るだけ高い含水率を維持するように作製した吸水剤(9)の帯電電荷量も併せて示した。
Claims (14)
- 表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤であって、
以下を全て満たす、吸水剤:
(a)CRC>20g/g、
(b)pHが4.0~5.4、
(c)可溶分の分岐密度 0.03~0.70、
(d)可溶分(16hr-Extr) 5~25質量%。 - 以下を満たす、請求項1に記載の吸水剤:
(e)可溶分の分子量分布Mw/Mn≦5.00である。 - 以下を満たす、請求項1または2に記載の吸水剤:
(f)含水率(105℃×3hr)が、0.2~3.0質量%である。 - 以下を満たす、請求項1~3のいずれか1項に記載の吸水剤:
(g)残存モノマー量≦200質量ppmである。 - 以下の少なくとも1つを満たす、請求項1~4のいずれか1項に記載の吸水剤:
(h)AAP0.7psi>20g/g
(i)SFC>20×10-7cm3・sec/g。 - (メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程と、
前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合する工程と、
前記重合後に、表面架橋処理を行う工程と、
を有し、
前記(メタ)アクリル酸(塩)の中和率が、30モル%以上、55モル%未満であり、
前記単量体水溶液中の前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の濃度が、38~50質量%であり、
前記重合する工程における、重合ピーク温度と、重合開始温度との差ΔTが、50℃以下である、(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法。 - 前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程が、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体と、水とを混合することを有し、
前記水の温度が、30℃以上である、請求項6に記載の製造方法。 - 前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程が、前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体と、水と、塩基性塩水溶液とを混合することを有し、
前記塩基性塩水溶液の温度が、20℃以上である、請求項6または7に記載の製造方法。 - 前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液が、前記(メタ)アクリル酸(塩)の総量に対し内部架橋剤を0.01~0.1モル%を含む、請求項6~8のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記重合開始温度が、50℃以上である、請求項6~9のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記重合ピーク温度が、100℃以上である、請求項6~10のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記重合する工程で生成した含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕し、粒子状含水ゲルを得る工程、
該粒子状含水ゲルを乾燥し、乾燥重合体を得る工程、及び
該乾燥重合体を粉砕及び/又は分級して樹脂粉末を得る工程、
を含む(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、
該表面架橋処理を行う工程が、該樹脂粉末を表面架橋処理する工程を含む、請求項6~11のいずれか1項に記載の製造方法。 - 前記表面架橋する工程における加熱温度が、160℃以上であり、加熱時間が30分以下である、請求項6~12のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の含水率(105℃×3hr)が、0.2~3.0質量%となるように制御する、請求項12または13のいずれか1項に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021203270A JP2023088497A (ja) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤および(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021203270A JP2023088497A (ja) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤および(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023088497A true JP2023088497A (ja) | 2023-06-27 |
Family
ID=86935410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021203270A Pending JP2023088497A (ja) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 表面架橋された(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む吸水剤および(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023088497A (ja) |
-
2021
- 2021-12-15 JP JP2021203270A patent/JP2023088497A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6532894B2 (ja) | 吸水剤及びその製造方法、並びに評価方法及び測定方法 | |
JP6682617B2 (ja) | 吸水剤およびその製造方法、並びに吸水剤を用いた吸収性物品 | |
EP3279238B1 (en) | Super absorbent polyacrylic acid (salt)-based resin powder, method for manufacturing same, and method for evaluating same | |
JP5405304B2 (ja) | 吸水性樹脂の製造方法 | |
EP2905072B1 (en) | Absorbent and manufacturing method therefor | |
JP5616437B2 (ja) | ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法 | |
WO2015030130A1 (ja) | ゲル粉砕装置、及びポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法、並びに吸水性樹脂粉末 | |
EP3278873B1 (en) | Particulate water-absorbing agent | |
WO2012002455A1 (ja) | ポリアクリル酸系吸水性樹脂及びその製造方法 | |
WO2011078298A1 (ja) | ポリアクリル酸系吸水性樹脂粉末及びその製造方法 | |
JP2019518821A (ja) | 高吸水性樹脂の製造方法 | |
JP6980398B2 (ja) | 吸水剤及びその製造方法 | |
CN108350179A (zh) | 超吸收性聚合物 | |
EP2130581A1 (en) | Granular water absorbent comprising water absorbing resin as the main component | |
WO2015133498A1 (ja) | ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法 | |
CN108350190B (zh) | 超吸收性聚合物 | |
WO2020189539A1 (ja) | 粒子状吸水剤の製造方法 | |
JPWO2020059871A1 (ja) | キレート剤を含む吸水性樹脂の製造方法 | |
JP2008018328A (ja) | 粒子状吸水剤およびその製造方法 | |
JP7181948B2 (ja) | 吸水剤、及び吸水剤の製造方法 | |
JP2016113465A (ja) | ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂及びその製造方法 | |
JP7273067B2 (ja) | 吸水性樹脂を主成分とする吸水剤及びその製造方法 | |
JP2016112474A (ja) | 吸水剤の製造方法 | |
WO2020096003A1 (ja) | 粒子状吸水剤の製造方法および粒子状吸水剤 | |
WO2022065365A1 (ja) | 吸水性樹脂粉末の製造方法 |