JP2023092252A - ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂、及び吸収体 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄型吸収性物品において、使用時に吸水部の膨らみが抑えられる吸水性樹脂及び吸収体を提供する。【解決手段】粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、下記(式1)で表される膨潤ゲル圧縮率が3%以上の吸水性樹脂である。膨潤ゲル圧縮率[%]=(D1-D2)/D1×100(式1)。(ここで、D1はピストン12とメッシュ状の底部15を備えたセル11とを備え、該底部に前記吸水性樹脂16が散布されたセルを塩化ナトリウム水溶液を入れたシャーレ内に載置し、該吸水性樹脂に該塩化ナトリウム水溶液を吸収させたときの該吸水性樹脂が成す膨潤ゲル層の厚み[mm]、D2は該セルを篩上に設置して、該膨潤ゲル層に荷重がかかるように該ピストンの上に錘を載せて該セルを静置後に該錘を取り外す操作を10回繰り返した後の、該吸水性樹脂が成す該膨潤ゲル層の厚み[mm]である。)【選択図】図2
Description
本発明は、吸水性樹脂、及び吸収体に関する。より具体的に、本発明は、ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂、及び吸収体に関する。
近年、紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パット等の衛生材料には、体液吸収の観点から、その構成材としての吸水性樹脂が、吸水剤として幅広く利用されている。このような吸水性樹脂としては、例えば、澱粉-アクリロニトリルグラフト共重合体の加水分解物、澱粉-アクリル酸グラフト重合体の中和物、酢酸ビニル-アクリル酸エステル共重合体のケン化物、(メタ)アクリル酸部分中和物重合体の架橋物等が知られているが、吸水性能の観点から、(メタ)アクリル酸及び/又はその塩を単量体の主成分として用いたポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂が、工業的に最も多く生産されている。
ゲルブロッキング抑制のためゲル弾性に優れた吸水性樹脂が知られている。例えば、特許文献1~5には吸収体に用いた場合に吸水後の弾性力に優れる吸水性樹脂が開示されている。特許文献1~5に記載の吸水性樹脂では、吸収体中の吸収コアにおける繊維状物の割合が低い場合(高濃度コア)においても十分に高い弾性力を維持することができるため、吸収性能を損なうことなく薄型化することができる。
前記従来技術に記載の弾性力に優れた吸水性樹脂は、吸液(吸水)により膨潤した吸水性樹脂により、吸収性物品装着時にコアが膨らんだ状態が続き、使用者が不快感を覚えるものであった。
本発明の一実施形態は、前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、薄型吸収性物品において使用時に吸水部の膨らみが抑えられる吸収性物品を提供し得る新規の吸水性樹脂及び吸収体を、提供することを目的とする。
本発明者らは、薄型吸収性物品における使用時の吸水部の膨らみが抑制された吸収性物品を提供するためには、膨潤ゲルの圧縮率が高いポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂が好適であることを独自に見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂は、ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、下記(式1)で表される膨潤ゲル圧縮率が3%以上である:
膨潤ゲル圧縮率[%]=(D1-D2)/D1×100 (式1)
(ここで、D1は、直径59mmのピストンと、メッシュ状の底部を備えた内径60mmのセルと、を備え、該底部に前記吸水性樹脂1.0gが散布されたセルを、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を入れたシャーレ内に載置して、該吸水性樹脂に該0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を5分間吸収させたときの、該吸水性樹脂が成す膨潤ゲル層の厚み[mm]であり、D2は、該セルを目開き4750μmの篩上に設置して、該膨潤ゲル層に0.7psiの荷重が掛かるように、該ピストンの上に錘を載せて該セルを10秒間静置後に該錘を取り外す操作を10回繰り返した後の、該吸水性樹脂が成す該膨潤ゲル層の厚み[mm]である。)。
膨潤ゲル圧縮率[%]=(D1-D2)/D1×100 (式1)
(ここで、D1は、直径59mmのピストンと、メッシュ状の底部を備えた内径60mmのセルと、を備え、該底部に前記吸水性樹脂1.0gが散布されたセルを、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を入れたシャーレ内に載置して、該吸水性樹脂に該0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を5分間吸収させたときの、該吸水性樹脂が成す膨潤ゲル層の厚み[mm]であり、D2は、該セルを目開き4750μmの篩上に設置して、該膨潤ゲル層に0.7psiの荷重が掛かるように、該ピストンの上に錘を載せて該セルを10秒間静置後に該錘を取り外す操作を10回繰り返した後の、該吸水性樹脂が成す該膨潤ゲル層の厚み[mm]である。)。
本発明の一実施形態によれば、薄型吸収性物品において使用時に吸水部の膨らみが抑えられる吸収性物品を提供し得る吸水性樹脂及び吸収体を、提供することができるという効果を奏する。
以下、本発明を最良の形態を示しながら説明する。本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語及び科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書(定義を含めて)が優先する。本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。
〔1〕用語の定義
〔1-1〕吸水性樹脂
本発明における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性及び水不溶性の高分子ゲル化剤を指し、以下の物性を満たすものをいう。即ち、「水膨潤性」として、ERT441.2-02で規定されるCRCが5g/g以上、かつ、「水不溶性」として、ERT470.2-02で規定されるExtが50重量%以下の物性を満たす高分子ゲル化剤を指す。
〔1-1〕吸水性樹脂
本発明における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性及び水不溶性の高分子ゲル化剤を指し、以下の物性を満たすものをいう。即ち、「水膨潤性」として、ERT441.2-02で規定されるCRCが5g/g以上、かつ、「水不溶性」として、ERT470.2-02で規定されるExtが50重量%以下の物性を満たす高分子ゲル化剤を指す。
前記吸水性樹脂は、その用途に応じて適宜、設計が可能であり、特に限定されないが、カルボキシル基を有する不飽和単量体を架橋重合させた親水性架橋重合体であることが好ましい。また、前記吸水性樹脂は、全量(100質量%)が重合体である形態に限定されず、前記物性(CRC、Ext)を満足する範囲内で、添加剤等を含んだ吸水性樹脂組成物の形態であってもよい。
更に、本発明における吸水性樹脂は、最終製品に限らず、吸水性樹脂の製造工程における中間体(例えば、重合後の含水ゲル状架橋重合体(含水ゲル重合体)や乾燥後の乾燥重合体、表面架橋前の吸水性樹脂粉末等)を指す場合もあり、前記吸水性樹脂組成物と合わせて、これら全てを包括して「吸水性樹脂」と総称する。
なお、本発明の一実施形態における吸水性樹脂の形状としては、シート状、繊維状、フィルム状、粒子状、ゲル状等が挙げられる。本発明の一実施形態における吸水性樹脂の形状としては、粒子状であることが好ましい。本発明の一実施形態における吸水性樹脂は、粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂であることがより好ましい。
〔1-2〕「EDANA」及び「ERT」
「EDANA」は、欧州不織布工業会(European Disposables and Nonwovens Associations)の略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)の吸水性樹脂の測定法(EDANA Recommended Test Methods)の略称である。本発明では、特に断りのない限り、ERT原本(2002年改定/公知文献)に準拠して、吸水性樹脂の物性を測定する。
「EDANA」は、欧州不織布工業会(European Disposables and Nonwovens Associations)の略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)の吸水性樹脂の測定法(EDANA Recommended Test Methods)の略称である。本発明では、特に断りのない限り、ERT原本(2002年改定/公知文献)に準拠して、吸水性樹脂の物性を測定する。
〔1-3〕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」を意味する。
本明細書において、範囲を示す「X~Y」は「X以上、Y以下」を意味する。
本明細書において、特記しない限り、「ppm」は、「質量ppm」を意味する。
本明細書において、「~酸(塩)」は「~酸及び/又はその塩」を意味する。「(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。「ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂」は、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する繰り返し単位を主成分として含む吸水性樹脂を意味し、具体的には重合に用いられる総単量体(架橋剤を除く)のうち、(メタ)アクリル酸(塩)を好ましくは50~100モル%、より好ましくは70~100モル%、さらに好ましくは90~100モル%、特に好ましくは実質100モル%を含む吸水性樹脂をいう。
本明細書においては、体積の単位「リットル」を「l」又は「L」と表記する場合がある。
本明細書においては、「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。
〔2〕吸水性樹脂
〔2-1〕吸水性樹脂の形状
本発明において、吸水性樹脂は、好ましくは粒子状であり、具体的には、不定形破砕状、球状、フットボール状、凝集体状等であることが好ましい。中でも吸水性樹脂の粒子形状が球状であること、特に凝集体状であることで高いゲル圧縮率が得られることから、吸水性樹脂は、球状粒子(例えば、ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む球状粒子)の凝集体状粒子であることが好ましい。なお、吸水性樹脂の球状粒子は一次粒子ともいえ、吸水性樹脂の凝集体状粒子は、球状の一次粒子が凝集して成る、凝集体状の二次粒子ともいえる。ここで、「球状」とは、真球だけでなく、アスペクト比が1.0~1.2である略球状のものも含む。
〔2-1〕吸水性樹脂の形状
本発明において、吸水性樹脂は、好ましくは粒子状であり、具体的には、不定形破砕状、球状、フットボール状、凝集体状等であることが好ましい。中でも吸水性樹脂の粒子形状が球状であること、特に凝集体状であることで高いゲル圧縮率が得られることから、吸水性樹脂は、球状粒子(例えば、ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む球状粒子)の凝集体状粒子であることが好ましい。なお、吸水性樹脂の球状粒子は一次粒子ともいえ、吸水性樹脂の凝集体状粒子は、球状の一次粒子が凝集して成る、凝集体状の二次粒子ともいえる。ここで、「球状」とは、真球だけでなく、アスペクト比が1.0~1.2である略球状のものも含む。
〔2-2〕CRC
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、吸水性樹脂の無加圧下での吸水倍率を意味する。
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、吸水性樹脂の無加圧下での吸水倍率を意味する。
本発明の吸水性樹脂のCRCは、好ましくは30g/g以上であり、より好ましくは32g/g以上、さらに好ましくは34g/g以上である。CRCの上限については特に限定されず、吸水性樹脂のCRCは高いほど好ましいが、吸水性樹脂の他の物性とCRCとのバランスの観点から、好ましくは50g/g以下であり、より好ましくは48g/g以下であり、さらに好ましくは46g/g以下である。
前記CRCが30g/g以上であれば、吸水性樹脂は、吸収量が十分であり、紙オムツ等の吸収性物品の吸収体として好適に利用できる。また、前記CRCが50g/g以下であれば、吸水性樹脂における尿や血液等の体液等を吸収する速度の低下が防止され、吸水性樹脂は、高吸水速度タイプの紙オムツ等への使用に適する。なお、CRCの値は、内部架橋剤や表面架橋剤等の種類や量を変更することで制御することができる。CRCの測定方法については、その一例を実施例にて詳述する。
〔2-3〕Ext
「Ext」は、Extractables(水可溶分)の略称であり、吸水性樹脂から抽出される可溶分量を意味する。水可溶分は、EDANA法(ERT470.2-02)に準拠して測定される。
「Ext」は、Extractables(水可溶分)の略称であり、吸水性樹脂から抽出される可溶分量を意味する。水可溶分は、EDANA法(ERT470.2-02)に準拠して測定される。
本発明の吸水性樹脂のExtは、好ましくは30質量%以下であり、より好ましくは20質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下である。Extの下限については0質量%であるが、吸水性樹脂の他の物性とExtとのバランスの観点から、好ましくは2質量%以上であり、より好ましくは4質量%以上である。
上記Extが30質量%以下であれば、吸水性樹脂における尿や血液等の体液等を吸収する速度の低下が防止され、吸水性樹脂は、高吸水速度タイプの紙オムツ等への使用に適する。なお、Extの値は、重合開始剤、内部架橋剤、又は表面架橋剤等の種類や量を変更することで制御することができる他、重合工程で連鎖移動剤を使用することでも制御できる。
〔2-4〕AAP
「AAP」は、Absorption Against Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下における吸水倍率を意味する。本発明においてAAPは、荷重条件を4.83kPa(0.7psi)に変更する以外は、EDANA法(ERT442.2-02)に準拠して測定される。具体的には、0.9質量%(質量/質量%)塩化ナトリウム水溶液を用い、吸水性樹脂0.9gを1時間、4.83kPaの加圧下で膨潤させた後、AAP(加圧下吸収倍率)(単位:g/g)を測定する。
「AAP」は、Absorption Against Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下における吸水倍率を意味する。本発明においてAAPは、荷重条件を4.83kPa(0.7psi)に変更する以外は、EDANA法(ERT442.2-02)に準拠して測定される。具体的には、0.9質量%(質量/質量%)塩化ナトリウム水溶液を用い、吸水性樹脂0.9gを1時間、4.83kPaの加圧下で膨潤させた後、AAP(加圧下吸収倍率)(単位:g/g)を測定する。
本発明の吸水性樹脂のAAPは、衛生材料に用いた際の吸水特性の観点から、好ましくは18g/g以上、より好ましくは20g/g以上、さらに好ましくは23g/g以上である。また、前記吸水性樹脂のAAPの上限は、特に制限されないが、好ましくは40g/g以下である。
〔2-5〕含水率
「含水率」は、試料量を1.0g、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更する以外は、EDANA法(ERT430.2-02)に準拠して測定される。含水率の測定方法については、その一例を実施例にて詳述する。
「含水率」は、試料量を1.0g、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更する以外は、EDANA法(ERT430.2-02)に準拠して測定される。含水率の測定方法については、その一例を実施例にて詳述する。
本発明の吸水性樹脂の含水率は特に制限されないが、好ましくは1質量%~20質量%、より好ましくは1質量%~15質量%、更に好ましくは2質量%~13質量%、更に好ましくは5質量%~13質量%、更に好ましくは8質量%~13質量%、特に好ましくは10質量%~13質量%である。前記含水率が1質量%~20質量%であれば、吸水性樹脂における尿や血液等の体液等を吸収する速度の低下が防止され、吸水性樹脂は、高吸水速度タイプの紙オムツ等への使用に適する。
〔2-6〕質量平均粒子径(D50)
「質量平均粒子径(D50)」は、米国特許第7638570号のカラム27、28に記載された「(3)Mass-Average Particle Diameter (D50) and Logarithmic Standard Deviation
(σζ) of Particle Diameter Distribution」に準拠して測定される。
「質量平均粒子径(D50)」は、米国特許第7638570号のカラム27、28に記載された「(3)Mass-Average Particle Diameter (D50) and Logarithmic Standard Deviation
(σζ) of Particle Diameter Distribution」に準拠して測定される。
本発明の吸水性樹脂の質量平均粒子径(D50)は、好ましくは50μm~700μm、より好ましくは50μm~500μm、更に好ましくは100μm~400μmである。また、吸水性樹脂100質量%中、質量平均粒子径45μm未満の粒子の割合は、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下、特に好ましくは10質量%以下である。前記質量平均粒子径が200μm以上であれば粉塵が少なく取り扱い性がよい。また、前記質量平均粒子径が700μm以下であれば、吸水性樹脂における、尿や血液等の体液等を吸収する速度の低下が防止され、吸水性樹脂は、高吸水速度タイプの紙オムツ等への使用に適する。
〔2-7〕数平均粒子径
吸水性樹脂が凝集体状粒子(二次粒子)である場合、凝集体(該凝集体状粒子)を構成する一次粒子(例えば球状粒子)の数平均粒子径は電子顕微鏡を用いて測定する。吸水性樹脂の一次粒子の数平均粒子径は、好ましくは5μm~800μmであり、より好ましくは8μm~500μm、さらに好ましくは10μm~300μmであり、さらに一層好ましくは10μm~200μm、特に好ましくは30μm~200μmである。数平均粒子径の測定方法については、その一例を実施例にて詳述する。
吸水性樹脂が凝集体状粒子(二次粒子)である場合、凝集体(該凝集体状粒子)を構成する一次粒子(例えば球状粒子)の数平均粒子径は電子顕微鏡を用いて測定する。吸水性樹脂の一次粒子の数平均粒子径は、好ましくは5μm~800μmであり、より好ましくは8μm~500μm、さらに好ましくは10μm~300μmであり、さらに一層好ましくは10μm~200μm、特に好ましくは30μm~200μmである。数平均粒子径の測定方法については、その一例を実施例にて詳述する。
〔2-8〕嵩密度
「嵩密度」は、EDANA法(ERT460.2-02)に準拠して測定される。
「嵩密度」は、EDANA法(ERT460.2-02)に準拠して測定される。
本発明の吸水性樹脂の嵩密度は、好ましくは0.68g/cm3~1.00g/cm3、好ましくは0.69g/cm3~0.95g/cm3、最も好ましくは0.68g/cm3~0.90g/cm3である。前記嵩密度が0.68~1.00g/cm3であれば、吸水性樹脂における尿や血液等の体液等を吸収する速度の低下が防止され、吸水性樹脂は、高吸水速度タイプの紙オムツ等への使用に適する。
〔2-9〕通液性
本発明における吸水性樹脂の「通液性」とは、荷重下又は無荷重下での膨潤ゲルの粒子間を通過する液の流れ性のことをいい、代表的な測定方法として、GBP(Gel Bed Permeability/ゲル床透過性)がある。「GBP」とは、荷重下又は自由膨潤での吸水性樹脂に対する0.9質量%塩化ナトリウム水溶液の通液性をいい、国際公開第2005/016393号に開示されるGBP試験方法に準拠して測定される。ただし、本発明においては、吸水性樹脂の粒度は300μm以上600μm以下に分級せずに測定される。吸収コアの膨らみが抑えられた状態でも通液性を示すことが好ましく、吸水性樹脂のGBPは好ましくは5×10-9cm2、より好ましくは10×10-9cm2、さらに好ましくは15×10-9cm2である。
本発明における吸水性樹脂の「通液性」とは、荷重下又は無荷重下での膨潤ゲルの粒子間を通過する液の流れ性のことをいい、代表的な測定方法として、GBP(Gel Bed Permeability/ゲル床透過性)がある。「GBP」とは、荷重下又は自由膨潤での吸水性樹脂に対する0.9質量%塩化ナトリウム水溶液の通液性をいい、国際公開第2005/016393号に開示されるGBP試験方法に準拠して測定される。ただし、本発明においては、吸水性樹脂の粒度は300μm以上600μm以下に分級せずに測定される。吸収コアの膨らみが抑えられた状態でも通液性を示すことが好ましく、吸水性樹脂のGBPは好ましくは5×10-9cm2、より好ましくは10×10-9cm2、さらに好ましくは15×10-9cm2である。
〔2-10〕膨潤ゲル圧縮率
本発明における「膨潤ゲル圧縮率」とは、メッシュ状の底部を備えたセル内の吸水性樹脂の膨潤ゲルに対して荷重を繰り返し加えたときの吸水性樹脂の膨潤ゲルの厚み変化(圧縮率)を表わす新規な物性値である。「膨潤ゲル圧縮率」は、後述する方法により測定される。「膨潤ゲル圧縮率」が大きい吸水性樹脂は、例えば軽失禁用等の薄型の吸水シートにおいて、繰り返し荷重がかかった際に吸水性樹脂の膨潤ゲル層が圧縮されるので、長時間使用においても吸収コアの膨らみが抑えられるため好ましい。「膨潤ゲル圧縮率」は、3.0%以上、好ましくは3.5%以上、より好ましくは4.0%以上、さらに好ましくは4.5%以上、特に好ましくは5.0%以上である。膨潤ゲル圧縮率の上限は、吸水性樹脂の膨潤ゲルの吸収性能を維持する観点から、30%以下、25%以下、20%以下の順で好ましい。
本発明における「膨潤ゲル圧縮率」とは、メッシュ状の底部を備えたセル内の吸水性樹脂の膨潤ゲルに対して荷重を繰り返し加えたときの吸水性樹脂の膨潤ゲルの厚み変化(圧縮率)を表わす新規な物性値である。「膨潤ゲル圧縮率」は、後述する方法により測定される。「膨潤ゲル圧縮率」が大きい吸水性樹脂は、例えば軽失禁用等の薄型の吸水シートにおいて、繰り返し荷重がかかった際に吸水性樹脂の膨潤ゲル層が圧縮されるので、長時間使用においても吸収コアの膨らみが抑えられるため好ましい。「膨潤ゲル圧縮率」は、3.0%以上、好ましくは3.5%以上、より好ましくは4.0%以上、さらに好ましくは4.5%以上、特に好ましくは5.0%以上である。膨潤ゲル圧縮率の上限は、吸水性樹脂の膨潤ゲルの吸収性能を維持する観点から、30%以下、25%以下、20%以下の順で好ましい。
〔2-11〕圧縮前のゲルの厚みD1
上記「膨潤ゲル圧縮率」の測定において、圧縮前のゲルの厚みD1は、吸水性樹脂が吸収性物品に使用された際に吸収コアの過度な膨らみによる不快感を防止する観点から、数値が低い方が好ましい。圧縮前のゲルの厚みD1は、好ましくは20mm以下、より好ましくは15mm以下、更に好ましくは15mm未満である。D1の下限は特に制限されないが、0mmを超えていれば良く、好ましくは5mm以上、より好ましくは10mm以上、更に好ましくは12mm以上である。
上記「膨潤ゲル圧縮率」の測定において、圧縮前のゲルの厚みD1は、吸水性樹脂が吸収性物品に使用された際に吸収コアの過度な膨らみによる不快感を防止する観点から、数値が低い方が好ましい。圧縮前のゲルの厚みD1は、好ましくは20mm以下、より好ましくは15mm以下、更に好ましくは15mm未満である。D1の下限は特に制限されないが、0mmを超えていれば良く、好ましくは5mm以上、より好ましくは10mm以上、更に好ましくは12mm以上である。
〔2-12〕圧縮後のゲルの厚みD2
上記「膨潤ゲル圧縮率」の測定において、圧縮後のゲルの厚みD2は、吸水性樹脂が吸収性物品に使用され、荷重(体重)がかかった場合に吸収コアの膨らみによる不快感を防止する観点から、数値が低い方が好ましい。「圧縮後のゲルの厚みD2」は、好ましくは18mm以下、より好ましくは15mm以下、更に好ましくは15mm未満である。D2の下限は特に制限されないが、0mmを超えていれば良く、好ましくは5mm以上、より好ましくは10mm以上、更に好ましくは12mm以上である。
上記「膨潤ゲル圧縮率」の測定において、圧縮後のゲルの厚みD2は、吸水性樹脂が吸収性物品に使用され、荷重(体重)がかかった場合に吸収コアの膨らみによる不快感を防止する観点から、数値が低い方が好ましい。「圧縮後のゲルの厚みD2」は、好ましくは18mm以下、より好ましくは15mm以下、更に好ましくは15mm未満である。D2の下限は特に制限されないが、0mmを超えていれば良く、好ましくは5mm以上、より好ましくは10mm以上、更に好ましくは12mm以上である。
膨潤ゲル圧縮率の測定装置について、図1および2を用いて説明する。図1は、膨潤ゲル圧縮率の測定装置を一方向から見た外観構成示す斜視図である。図2は、膨潤ゲル圧縮率の測定装置の一部を示す断面図である。図1に示すように、膨潤ゲル圧縮率の測定装置は、セル11、ピストン12、シャーレ13および錘14を備える。図2に示すように、セル11の内径は60mmであり、ピストン12の直径は59mmである。また、図2に示すように、セル11は底部15を備えており、該底部15はステンレス製のメッシュであり、目開き36μmのメッシュ(すなわち400メッシュ)で形成されている。
膨潤ゲル圧縮率の測定方法について、図1および2を用いて説明する。まず、図2に示すように、メッシュ状の底部15を備えた内径60mmのセル11の底部15に、吸水性樹脂16を散布する。次いで、図2に示すように、セル11内に、散布された吸水性樹脂16の上から、直径59mmのピストン12を入れる。次いで、図1に示すように、ピストン12および吸水性樹脂16を有するセル11を、シャーレ13内に載置し、5分間放置する。ここで、図1には示していないが、シャーレ13内には0.9質量%塩化ナトリウム水溶液が存在する。そのため、かかる操作により、吸水性樹脂16に該0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を、5分間、吸収させることができ、これにより、吸水性樹脂16は膨潤ゲルの層(膨潤ゲル層)を形成する。なお、図1では、シャーレ13内に載置されたセル11の内部に存在するピストン12の上に錘14が記載されているが、実際の膨潤ゲル圧縮率の測定において、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を含むシャーレ13内にピストン12および吸水性樹脂16を有するセル11を載置する際、該ピストン12の上に錘14は載せない。後述するように、錘14は、篩上に設置したセル11内のピストン12の上に載せる。図1では、篩上に設置したセル11内のピストン12の上に錘14を載せた際の状態を、シャーレ13内に載置したセル11内のピストン12を用いて便宜的に示しているに過ぎない。
セル11内の吸水性樹脂16に膨潤ゲル層を形成させた後、該膨潤ゲル層の厚み[mm]を測定し、これをD1とする。次いで、吸水性樹脂16に膨潤ゲル層およびピストン12を有するセル11を、シャーレ13から取り出し、目開き4750μmの篩上に設置する。続いて、(1)吸水性樹脂16の膨潤ゲル層に0.7psiの荷重が掛かるように、セル11内のピストン12の上に錘14を載せて該セル11を10秒間静置する操作と、(2)その後、該錘14を取り外す操作と、を10回繰り返す。その後、吸水性樹脂16が成す膨潤ゲル層の厚み[mm]を測定し、これをD2とする。
続いて、D1およびD2から、下記式(1)に基づき、膨潤ゲル圧縮率を算出する:
膨潤ゲル圧縮率[%]=(D1-D2)/D1×100 (式1)。
〔2-13〕含有する添加剤
本発明においては、吸水性樹脂が種々の機能を発現するための添加剤を含むこともできる。該添加剤として、具体的には、界面活性剤、リン原子を有する化合物、酸化剤、有機還元剤、無機還元剤、水不溶性無機微粒子、キレート剤、多価金属塩、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が挙げられる。前記添加剤の使用量(添加量)は、得られる吸水性樹脂の用途に応じて適宜設定されるが、吸水性樹脂(例えば、吸水性樹脂粉末)に対して5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは1質量%以下である。下限は、吸水性樹脂(例えば、吸水性樹脂粉末)に対して0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上である。なお、前記水不溶性無機微粒子は、国際特許公開第2011/040530号の「〔5〕水不溶性無機微粒子」に開示された化合物が本発明に適用される。また、前記多価金属塩としては、水溶性多価金属塩が好ましく、水溶性アルミニウム塩がより好ましい。水溶性アルミニウム塩としては、例えば、硫酸アルミニウムが挙げられる。
膨潤ゲル圧縮率[%]=(D1-D2)/D1×100 (式1)。
〔2-13〕含有する添加剤
本発明においては、吸水性樹脂が種々の機能を発現するための添加剤を含むこともできる。該添加剤として、具体的には、界面活性剤、リン原子を有する化合物、酸化剤、有機還元剤、無機還元剤、水不溶性無機微粒子、キレート剤、多価金属塩、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が挙げられる。前記添加剤の使用量(添加量)は、得られる吸水性樹脂の用途に応じて適宜設定されるが、吸水性樹脂(例えば、吸水性樹脂粉末)に対して5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは1質量%以下である。下限は、吸水性樹脂(例えば、吸水性樹脂粉末)に対して0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上である。なお、前記水不溶性無機微粒子は、国際特許公開第2011/040530号の「〔5〕水不溶性無機微粒子」に開示された化合物が本発明に適用される。また、前記多価金属塩としては、水溶性多価金属塩が好ましく、水溶性アルミニウム塩がより好ましい。水溶性アルミニウム塩としては、例えば、硫酸アルミニウムが挙げられる。
〔3〕吸水性樹脂の製造方法
本発明の吸水性樹脂の製造方法は水溶液重合、逆相懸濁重合、気相液滴重合やその他の重合方法の何れを用いてもよいが、本発明の吸水性樹脂の物性を制御しやすい点から、逆相懸濁重合法を採用することが好ましい。本発明の吸水性樹脂の製造方法として、以下、逆相懸濁重合法を一例として説明する。特に、重合後の疎水性有機溶媒中での共沸脱水工程や分散系での表面架橋工程を含む一般的な逆相懸濁重合とは異なり、逆相懸濁重合ゲルの分離工程、ゲル整粒工程、含水ゲルの乾燥工程(好ましくは熱風乾燥)と、表面架橋工程(好ましくは粉体表面処理)を含む製法を一例として、本発明の吸水性樹脂の製造方法の好ましい態様を説明する。
本発明の吸水性樹脂の製造方法は水溶液重合、逆相懸濁重合、気相液滴重合やその他の重合方法の何れを用いてもよいが、本発明の吸水性樹脂の物性を制御しやすい点から、逆相懸濁重合法を採用することが好ましい。本発明の吸水性樹脂の製造方法として、以下、逆相懸濁重合法を一例として説明する。特に、重合後の疎水性有機溶媒中での共沸脱水工程や分散系での表面架橋工程を含む一般的な逆相懸濁重合とは異なり、逆相懸濁重合ゲルの分離工程、ゲル整粒工程、含水ゲルの乾燥工程(好ましくは熱風乾燥)と、表面架橋工程(好ましくは粉体表面処理)を含む製法を一例として、本発明の吸水性樹脂の製造方法の好ましい態様を説明する。
本発明に係る吸水性樹脂の製造方法は、特に限定されないが、疎水性有機溶媒中に単量体を含む液滴が分散又は懸濁した状態で前記単量体を重合して含水ゲル重合体を得る重合工程を含むことが好ましい。
吸水性樹脂の製造方法(重合方法)としては、例えば、疎水性有機溶媒からなる液相に単量体を含む液滴が分散又は懸濁した状態で前記単量体を重合して含水ゲル重合体を得る方法、換言すれば逆相懸濁重合により含水ゲル重合体を得る方法が好ましく、該重合方法としては、バッチ式でも連続式でも良い。バッチ式製造方法とは、反応装置中で疎水性有機溶媒中に単量体水溶液を添加又は滴下して混合することにより、単量体水溶液の液滴を該疎水性有機溶媒中に分散又は懸濁させたのち、前記単量体の重合を行い、含水ゲル重合体を得る製造方法である。一方、連続式製造方法とは、単量体水溶液を連続的に反応装置中の疎水性有機溶媒に送液し、単量体水溶液の液滴を該疎水性有機溶媒中に分散又は懸濁させたのち、前記単量体を重合させ、重合反応により形成される含水ゲル重合体と疎水性有機溶媒とを連続的に反応装置から排出する方法である。本発明の好ましい実施形態は、バッチ式の逆相懸濁重合である。本発明に係る吸水性樹脂の製造方法においては、重合工程で得られた含水ゲル重合体と疎水性有機溶媒とを分離する分離工程を設けてもよい。
本発明に係る吸水性樹脂の製造方法は、例えば、任意の単量体水溶液調製工程;任意の分散工程;重合工程;任意の分離工程;任意のゲル整粒工程;乾燥工程;親水化処理工程を含む。また、乾燥工程の後に、任意に、冷却工程、粉砕工程、分級工程、表面架橋工程、含水(再湿潤)工程、その他の添加剤添加工程、整粒工程、微粉除去工程、造粒工程及び微粉再利用工程などを含むことができる。また、輸送工程、貯蔵工程、梱包工程、保管工程等をさらに含んでもよい。
以下、各工程について説明する。
〔3-1〕単量体水溶液調製工程
単量体水溶液は、吸水性樹脂の原料となる単量体を含む水溶液であり、逆相懸濁重合を行うため、疎水性有機溶媒に分散又は懸濁させる溶液である。
単量体水溶液は、吸水性樹脂の原料となる単量体を含む水溶液であり、逆相懸濁重合を行うため、疎水性有機溶媒に分散又は懸濁させる溶液である。
単量体水溶液の溶媒としては、水、又は、水及び水溶性有機溶媒(例えば、アルコール等)の混合物が好適に用いられ、水であることがさらにより好ましい。水と水溶性有機溶媒の混合物である場合、水溶性有機溶媒(例えば、アルコール等)は、混合物(100質量%)中、30質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
単量体としては、水溶性エチレン性不飽和単量体が好ましく用いられる。水溶性エチレン性不飽和単量体の例としては、(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、ビニルスルホン酸、アリルトルエンスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸、スチレンスルホン酸、2-(メタ)アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、2-(メタ)アクリロイルエタンスルホン酸、2-(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルフォスフェート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の酸基含有不飽和単量体;(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-n-プロピル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、ビニルピリジン、N-ビニルピロリドン、N-アクリロイルピペリジン、N-アクリロイルピロリジン、N-ビニルアセトアミド等のアミド基含有不飽和単量体;N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノ基含有不飽和単量体;メルカプト基含有不飽和単量体;フェノール性水酸基含有不飽和単量体;N-ビニルピロリドン等のラクタム基含有不飽和単量体等が挙げられる。
なお、水溶性エチレン性不飽和単量体を使用する場合、前記水溶性エチレン性不飽和単量体の安定性を考慮して、単量体水溶液に、必要に応じて重合禁止剤を添加してもよい。
前記水溶性エチレン性不飽和単量体の中で、カルボキシル基等の酸基を有する酸基含有不飽和単量体を用いて吸水性樹脂を製造する場合には、当該酸基が中和された中和塩を用いることができる。この場合、酸基含有不飽和単量体の塩(中和塩)としては一価のカチオンとの塩であることが好ましく、アルカリ金属塩、アンモニウム塩及びアミン塩から選ばれる少なくとも1種であることがより好ましく、アルカリ金属塩であることがさらに好ましく、ナトリウム塩、リチウム塩及びカリウム塩から選ばれる少なくとも1種であることがよりさらに好ましく、ナトリウム塩であることが特に好ましい。
これらの中でも、得られる吸水性樹脂の吸水性能の観点から、水溶性エチレン性不飽和単量体は、好ましくは酸基含有不飽和単量体及び/又はその塩であり、より好ましくは(メタ)アクリル酸(塩)、(無水)マレイン酸(塩)、イタコン酸(塩)及び/又はケイ皮酸(塩)であり、さらに好ましくは(メタ)アクリル酸(塩)であり、特に好ましくはアクリル酸(塩)である。
単量体として酸基含有不飽和単量体を用いる場合、得られる吸水性樹脂の吸水性能の観点から、酸基含有不飽和単量体とその酸基含有不飽和単量体の中和塩とを併用することが好ましい。酸基含有不飽和単量体とその酸基含有不飽和単量体の中和塩とを併用する場合、吸水性能の観点から、酸基含有不飽和単量体とその中和塩との合計モル数(100モル%)に対する中和塩のモル数(以下、「中和率」と称する)は、好ましくは40モル%以上、より好ましくは40モル%~95モル%、さらに好ましくは50モル%~90モル%、さらにより好ましくは55モル%~85モル%、特に好ましくは60モル%~80モル%である。
本発明に係る製造方法では、前記単量体水溶液の調製において、前記例示した単量体のいずれか1種を単独で使用してもよく、任意の2種以上の単量体を適宜混合して使用してもよい。また、本発明の目的が達成される限り、前記例示した単量体に対して、さらに、前記例示した以外の単量体を混合して使用することもできる。
前記単量体水溶液の調製において、2種以上の単量体を併用する場合、重合に用いられる単量体は、主成分として、(メタ)アクリル酸(塩)を含むことが好ましい。この場合、重合に用いられる単量体全体(100モル%)に対する(メタ)アクリル酸(塩)の割合は、得られる吸水性樹脂の吸水性能の観点から、通常は50モル%以上、好ましくは70モル%以上、より好ましくは80モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上(上限は100モル%)である。
前記単量体水溶液の調製においては、必要に応じて、内部架橋剤を用いることができる。内部架橋剤としては、1分子内に2個以上の重合性不飽和基や2個以上の反応性基を有する従来公知の内部架橋剤が挙げられる。内部架橋剤としては、例えば、N,N’-メチレンビス(メタ)アクリルアミド、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリンアクリレートメタクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルホスフェート、トリアリルアミン、ポリ(メタ)アリロキシアルカン、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、1,4-ブタンジオール、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ポリエチレンイミン、グリシジル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。これらの内部架橋剤は1種のみ用いてもよいし2種以上使用してもよい。
所望する吸水性樹脂の物性により適宜決定されればよいが、通常、内部架橋剤の使用量は、重合に用いられる単量体全体(100モル%)に対して0.0001~5モル%、より好ましくは0.001~3モル%、さらにより好ましくは0.005~1.5モル%である。
また、以下に例示する物質(以下、「その他の物質」と称する)を単量体水溶液に添加することもできる。
その他の物質の具体例として、チオール類、チオール酸類、2級アルコール類、アミン類、次亜リン酸塩類等の連鎖移動剤;炭酸塩、重炭酸塩、アゾ化合物、気泡等の発泡剤;エチレンジアミン4酢酸の金属塩、ジエチレントリアミン5酢酸の金属塩等のキレート剤;ポリアクリル酸(塩)及びこれらの架橋体;澱粉;セルロース;澱粉-セルロース誘導体;ヒドロキシエチルセルロース;ポリビニルアルコール;等が挙げられる。その他の物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
その他の物質の使用量は、特に限定されないが、その他の物質の全濃度としては、重合に用いられる単量体全体(100質量%)に対して、好ましくは10質量%以下であり、より好ましくは1質量%以下であり、さらにより好ましくは0.1質量%以下である。
その他の物質として、ポリアクリル酸(塩)及びこれらの架橋体、澱粉、セルロース、澱粉-セルロース誘導体および/またはポリビニルアルコールを使用する場合について説明する。これら、ポリアクリル酸(塩)及びこれらの架橋体、澱粉、セルロース、澱粉-セルロース誘導体、ヒドロキシエチルセルロース、およびポリビニルアルコールの全濃度としては、重合に用いられる単量体全体(100質量%)に対して、好ましくは30質量%以下であり、より好ましくは20質量%以下であり、さらにより好ましくは10質量%以下である。
また、単量体水溶液中の溶存酸素を、昇温又は不活性ガスとの置換により低減させてもよい。
「重合開始剤」
前記単量体水溶液の調製において、重合開始剤を用いてもよい。なお、単量体水溶液の調製に重合開始剤を使用する場合は、単量体水溶液のゲル化や粘度増大が起こる虞があるため、単量体水溶液への重合開始剤の添加は、(1)単量体水溶液を疎水性有機溶媒に分散及び/又は懸濁させる直前に行う、(2)単量体水溶液を冷却し常温より低温(例えば20℃以下、好ましくは0℃付近)で重合開始剤と混合する、又は(3)単量体水溶液と重合開始剤とをラインミキシングしながら分散工程に供する、等を行うことが好ましい。重合開始剤としては、熱分解型重合開始剤が好ましく用いられる。該熱分解型重合開始剤は、熱によって分解しラジカルを発生する化合物を指すが、熱分解型重合開始剤の貯蔵安定性や吸水性樹脂の生産効率の観点から、10時間半減期温度が好ましくは0℃~120℃、より好ましくは30℃~100℃、さらに好ましくは50℃~80℃である水溶性の化合物が重合開始剤として好ましく用いられる。
前記単量体水溶液の調製において、重合開始剤を用いてもよい。なお、単量体水溶液の調製に重合開始剤を使用する場合は、単量体水溶液のゲル化や粘度増大が起こる虞があるため、単量体水溶液への重合開始剤の添加は、(1)単量体水溶液を疎水性有機溶媒に分散及び/又は懸濁させる直前に行う、(2)単量体水溶液を冷却し常温より低温(例えば20℃以下、好ましくは0℃付近)で重合開始剤と混合する、又は(3)単量体水溶液と重合開始剤とをラインミキシングしながら分散工程に供する、等を行うことが好ましい。重合開始剤としては、熱分解型重合開始剤が好ましく用いられる。該熱分解型重合開始剤は、熱によって分解しラジカルを発生する化合物を指すが、熱分解型重合開始剤の貯蔵安定性や吸水性樹脂の生産効率の観点から、10時間半減期温度が好ましくは0℃~120℃、より好ましくは30℃~100℃、さらに好ましくは50℃~80℃である水溶性の化合物が重合開始剤として好ましく用いられる。
取扱性や吸水性樹脂の物性の観点から、重合開始剤としては、水溶性の重合開始剤が好ましく、水溶性のラジカル重合開始剤がより好ましい。
水溶性のラジカル重合開始剤としては、例えば、過硫酸力リウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩;メチルエチルケトンパーオキシド、メチルイソブチルケトンパーオキシド、ジ-t-ブチルパーオキシド、t-ブチルクミルパーオキシド、t-ブチルパーオキシアセテー卜、t-ブチルパーオキシイソブチレート、t-ブチルパーオキシピバレート、過酸化水素等の過酸化物;2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’-アゾビス[2-(N-フェニルアミジノ)プロパン]二塩酸塩、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]二塩酸塩等の水溶性アゾ系化合物;などが挙げられる。重合開始剤としては、これらの1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、好ましくは過硫酸塩又は水溶性アゾ系化合物、より好ましく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、又は、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩酸塩、さらに好ましくは過硫酸ナトリウムが使用される。
前記熱分解型重合開始剤の使用量は、単量体及び重合開始剤の種類等に応じて適宜設定され、特に限定されないが、生産効率の観点から、重合に用いられる単量体全体(1モル)に対して、に対して、好ましくは0.001g/モル以上、より好ましくは0.005g/モル以上、さらに好ましくは0.01g/モル以上である。また、前記熱分解型重合開始剤の使用量は、吸水性樹脂の吸水性能向上の観点から、重合に用いられる単量体全体(1モル)に対して、に対して、好ましくは2g/モル以下、より好ましくは1g/モル以下である。
また、前記熱分解型重合開始剤は、必要に応じて、光分解型重合開始剤等、他の重合開始剤と併用することもできる。該光分解型重合開始剤として、具体的には、ベンゾイン誘導体、ベンジル誘導体、アセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体等が挙げられる。
また、前記熱分解型重合開始剤と還元剤とを併用してレドックス系重合開始剤とすることもできる。前記レドックス系重合開始剤では、熱分解型重合開始剤が酸化剤として機能する。用いられる還元剤としては、特に限定されないが、例えば、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム等の(重)亜硫酸塩;第一鉄塩等の還元性金属塩;L-アスコルビン酸(塩)、アミン類等が挙げられる。
「単量体水溶液における単量体の濃度」
本発明において、単量体水溶液(100質量%)中の単量体の濃度は、選択された単量体及び疎水性有機溶媒の種類等に応じて選択されるが、生産効率上、下限は、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、さらにより好ましくは30質量%以上であり、また、上限は、好ましくは100質量%以下であり、より好ましくは90質量%以下であり、さらに好ましくは80質量%以下であり、さらにより好ましくは70質量%以下である。
本発明において、単量体水溶液(100質量%)中の単量体の濃度は、選択された単量体及び疎水性有機溶媒の種類等に応じて選択されるが、生産効率上、下限は、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、さらにより好ましくは30質量%以上であり、また、上限は、好ましくは100質量%以下であり、より好ましくは90質量%以下であり、さらに好ましくは80質量%以下であり、さらにより好ましくは70質量%以下である。
本発明の目的が阻害されない限り、単量体水溶液に、内部架橋剤、界面活性剤、密度調整剤、増粘剤、キレート剤等の添加物を配合することも可能である。なお、添加物の種類及び添加量は、用いられる単量体及び疎水性有機溶媒の組合せにより、適宜選択されうる。
〔3-2〕分散工程
分散工程は、疎水性有機溶媒に単量体を含む液滴(例えば、単量体水溶液の液滴)を分散又は懸濁する工程である。なお、以下、単に「分散」と記載した場合には、懸濁も含む概念とする。より具体的には、前記単量体水溶液を、疎水性有機溶媒に添加して混合及び攪拌することにより、単量体を含む液滴を分散させる。分散工程では、例えば、攪拌翼(プロペラ翼、パドル翼、アンカー翼、タービン翼、ファウドラー翼、リボン翼、平板翼等)を備えた攪拌装置を用いてもよい。このような攪拌翼を有する攪拌装置を用いる場合、分散液滴径(分散された単量体水溶液の液滴径)は、攪拌翼の種類、翼径、回転数当により調節することができ、バッチ式逆相懸濁重合を行う場合に該攪拌装置を特に好適に使用できる。また国際公開第2009/025235号、第2013/018571号等に記載された方法で分散液を得ることができる。連続式逆相懸濁重合を行う場合には、分散工程は、単量体水溶液及び疎水性有機溶媒を、分散装置に別々に連続的に供給し、疎水性有機溶媒中に分散する単量体を含む液滴を作製することが好ましい。
分散工程は、疎水性有機溶媒に単量体を含む液滴(例えば、単量体水溶液の液滴)を分散又は懸濁する工程である。なお、以下、単に「分散」と記載した場合には、懸濁も含む概念とする。より具体的には、前記単量体水溶液を、疎水性有機溶媒に添加して混合及び攪拌することにより、単量体を含む液滴を分散させる。分散工程では、例えば、攪拌翼(プロペラ翼、パドル翼、アンカー翼、タービン翼、ファウドラー翼、リボン翼、平板翼等)を備えた攪拌装置を用いてもよい。このような攪拌翼を有する攪拌装置を用いる場合、分散液滴径(分散された単量体水溶液の液滴径)は、攪拌翼の種類、翼径、回転数当により調節することができ、バッチ式逆相懸濁重合を行う場合に該攪拌装置を特に好適に使用できる。また国際公開第2009/025235号、第2013/018571号等に記載された方法で分散液を得ることができる。連続式逆相懸濁重合を行う場合には、分散工程は、単量体水溶液及び疎水性有機溶媒を、分散装置に別々に連続的に供給し、疎水性有機溶媒中に分散する単量体を含む液滴を作製することが好ましい。
連続式逆相懸濁重合を行う場合に、分散工程において用いられる分散装置としては、スプレーノズルや高速回転せん断型撹拌機(ロータリーミキサー型、ターボミキサー型、ディスク型、二重円筒型等)、ニードル等の円筒ノズル、プレートに多数の孔を直接設けたオリフィスプレート、スプレーノズル、回転ホイール等の遠心アトマイザーなどが挙げられるが特に制限はない。
「疎水性有機溶媒」
好ましい疎水性有機溶媒としては、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素からなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機溶媒が挙げられる。具体例には、n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロオクタン、デカリン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;クロルベンゼン、ブロムベンゼン、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素が例示される。これらの中でも、入手容易性及び品質安定性の観点から、n-ヘキサン、n-ヘプタン及びシクロヘキサンが好ましい。2種以上の疎水性有機溶媒を混合した混合溶媒として用いることも可能である。
好ましい疎水性有機溶媒としては、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素からなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機溶媒が挙げられる。具体例には、n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロオクタン、デカリン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;クロルベンゼン、ブロムベンゼン、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素が例示される。これらの中でも、入手容易性及び品質安定性の観点から、n-ヘキサン、n-ヘプタン及びシクロヘキサンが好ましい。2種以上の疎水性有機溶媒を混合した混合溶媒として用いることも可能である。
本発明においては、本発明の目的が阻害されない限り、必要に応じて、疎水性有機溶媒に、界面活性剤や高分子添加剤等の分散助剤を添加してもよい。分散助剤の種類は、用いられる疎水性有機溶媒及び単量体の組合せにより、適宜選択されるが、使用できる分散助剤としては、以下の界面活性剤や高分子添加剤が例示される。
前記界面活性剤として、具体的には、ショ糖脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピルアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、アルキルグルコシド、N-アルキルグルコンアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルのリン酸エステル、及びポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルのリン酸エステル等が挙げられる。これらのうち、2種以上を併用してもよい。また、重合性を有する重合性界面活性剤を使用することもできる。重合性界面活性剤として、具体的には下記の構造を有する化合物が挙げられる。
なお、式中、R1及びR2は、互いに独立して、水素、メチル又はエチルであり、nは、3~20の整数を意味する。前記の界面活性剤の中では、ショ糖脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル等の脂肪酸エステル類が好ましく、中でもショ糖脂肪酸エステルが好ましい。
また、本発明で使用される界面活性剤のHLB値は、好ましくは1~20、より好ましくは1~10、さらに好ましくは3~6の範囲である。
前記高分子添加剤として、具体的には、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体(EPDM)、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、無水マレイン酸・エチレン共重合体、無水マレイン酸・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・ブタジエン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、酸化型ポリエチレン、酸化型ポリプロピレン、酸化型エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。中でも、単量体水溶液の分散安定性の観点から、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン共重合体、無水マレイン酸・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン・プロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、酸化型ポリエチレン、酸化型ポリプロピレン、及び酸化型エチレン・プロピレン共重合体が好ましい。これらのうち、2種以上を併用してもよい。また、これらの高分子添加剤と前記界面活性剤とを併用してもよい。中でも、高分子添加剤を用いることが好ましく、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体を用いることがより好ましい。また、他の好適な実施形態では、界面活性剤を用いずに高分子添加剤単独で用いる。
前記分散助剤の使用量は、重合形態、単量体水溶液及び疎水性有機溶媒の種類等に応じて適宜設定される。具体的には、疎水性有機溶媒(100質量%)中の分散助剤の濃度として、好ましくは0.0001~2質量%であり、より好ましくは0.0005~1質量%である。
〔3-3〕重合工程
重合工程は、前記分散工程において得られた単量体を含む液滴中の単量体を重合して、含水ゲル重合体(以下、単に含水ゲルとも称する)を得る工程である。
重合工程は、前記分散工程において得られた単量体を含む液滴中の単量体を重合して、含水ゲル重合体(以下、単に含水ゲルとも称する)を得る工程である。
「反応装置」
重合工程で用いられる反応装置は、前記分散工程で用いられた分散装置をそのまま用いてもよいし、別の装置であってもよい。バッチ式逆相懸濁重合の場合、分散工程で用いた装置をそのまま反応装置として用いることができ、作業性の面で好適である。反応装置が分散装置と別の装置である場合、分散工程で得られた単量体の分散液が反応装置に供給される。
重合工程で用いられる反応装置は、前記分散工程で用いられた分散装置をそのまま用いてもよいし、別の装置であってもよい。バッチ式逆相懸濁重合の場合、分散工程で用いた装置をそのまま反応装置として用いることができ、作業性の面で好適である。反応装置が分散装置と別の装置である場合、分散工程で得られた単量体の分散液が反応装置に供給される。
また、重合反応が行われる反応装置の形状は特に限定されず、公知の反応装置を用いることができる。上述したように、分散工程で好適に使用できる攪拌装置が重合反応においても好適に使用できる。連続式製造方法の場合、反応装置の形状は、好ましくは、この反応装置内に形成された連続相である疎水性有機溶媒中を、前記単量体(水溶液)が液滴状の分散相として移動しながら重合反応しうる形状である。このような反応装置として、例えば、管状の反応管を、縦型、横型又は螺旋型に配置した反応装置が挙げられる。この態様では、単量体(水溶液)が、反応部(反応管)内を移動する疎水性有機溶媒中に供給されるため、単量体水溶液からなる液滴が滞留することなく、疎水性有機溶媒と共に移動する。これにより、重合率の異なる単量体反応物同士の接触が抑制される。
また、前記反応装置には、必要に応じて、外部から反応装置内部の連続相を加熱又は冷却できるように、温度調整手段(例えば加熱手段)が備えられていてもよい。
「重合温度」
重合工程における反応温度である重合温度としては、使用する重合開始剤の種類や量によって適宜設定すればよいが、好ましくは20℃~100℃、より好ましくは40℃~90℃である。重合温度が100℃より高い場合は急激な重合反応が起こるため好ましくない。なお重合温度とは、分散媒である疎水性有機溶媒の温度(以下、「Td」と称する)を意味する。
重合工程における反応温度である重合温度としては、使用する重合開始剤の種類や量によって適宜設定すればよいが、好ましくは20℃~100℃、より好ましくは40℃~90℃である。重合温度が100℃より高い場合は急激な重合反応が起こるため好ましくない。なお重合温度とは、分散媒である疎水性有機溶媒の温度(以下、「Td」と称する)を意味する。
重合工程においては、前記単量体(水溶液)が液滴状で疎水性有機溶媒に分散していることから、単量体水溶液の温度は、疎水性有機溶媒からの熱移動によって速やかに上昇する。液滴に含まれる重合開始剤が熱分解型重合開始剤である場合には、前記昇温に伴って熱分解型重合開始剤が分解してラジカルが発生する。そして、発生したラジカルによって重合反応が開始し、重合反応の進行に伴って含水ゲルが形成される。
連続式製造方法の場合、形成された含水ゲルは、移動する連続相によって反応装置の内部を移動し、連続相をなす疎水性有機溶媒とともに反応装置から排出される。
前記単量体水溶液が熱分解型重合開始剤を含む場合、前記Tdは、重合率の観点から、好ましくは70℃以上であり、より好ましくは75℃以上であり、さらに好ましくは80℃以上である。Tdの上限は特に限定されないが、安全性の観点から、連続相をなす疎水性有機溶媒の沸点を超えない範囲内で、適宜選択される。
「多段逆相懸濁重合」
本発明の製造方法において、適度な凝集粒径(凝集体状粒子の粒径)を得る観点から、多段重合を行ってもよい。具体的には、一段目の重合工程の終了後に、さらに前記単量体水溶液を添加し重合反応を行う等により、多段重合を行うことができる。多段重合において、反応液を適宜攪拌してもよい。
本発明の製造方法において、適度な凝集粒径(凝集体状粒子の粒径)を得る観点から、多段重合を行ってもよい。具体的には、一段目の重合工程の終了後に、さらに前記単量体水溶液を添加し重合反応を行う等により、多段重合を行うことができる。多段重合において、反応液を適宜攪拌してもよい。
「無機微粒子」
本発明の製造方法において、重合中、及び/又は、重合終了後の含水ゲル重合体に対して、適度な凝集粒径を得る観点から無機微粒子を添加してもよい。
本発明の製造方法において、重合中、及び/又は、重合終了後の含水ゲル重合体に対して、適度な凝集粒径を得る観点から無機微粒子を添加してもよい。
本発明で使用できる無機微粒子としては、例えば二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸マグネシウム、硫酸カルシウム、珪藻土、ベントナイト、ゼオライト、その他の金属酸化物などがあげられる。特に二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化チタンが好ましい。
無機微粒子の添加量は、含水ゲル重合体(100質量部)に対して一般に0.001~1質量部、好ましくは0.001~0.5質量部の割合で使用すると好結果が得られる。無機微粒子の添加量がこの範囲にあることで、無機微粒子の添加効果が効率的に発現し、また無機微粒子が吸水性能に与える影響も少ないので好ましい。
〔3-4〕分離工程
分離工程は、前記重合工程において得られた含水ゲル重合体と疎水性有機溶媒とを分離する工程である。分離工程で用いる装置の種類及び構造については特に限定されないが、例えば、ろ過、沈降、遠心分離、圧搾等に用いられる公知の装置を利用することができる。また、重合工程で用いた攪拌翼を有する攪拌装置を用いて常圧又は減圧下で含水ゲル重合体と疎水性有機溶媒との混合物を加熱し、蒸留することにより含水ゲル重合体と疎水性有機溶媒とを分離してもよい。バッチ式逆相懸濁重合においては常圧又は減圧下での蒸留が好適に行われる。
分離工程は、前記重合工程において得られた含水ゲル重合体と疎水性有機溶媒とを分離する工程である。分離工程で用いる装置の種類及び構造については特に限定されないが、例えば、ろ過、沈降、遠心分離、圧搾等に用いられる公知の装置を利用することができる。また、重合工程で用いた攪拌翼を有する攪拌装置を用いて常圧又は減圧下で含水ゲル重合体と疎水性有機溶媒との混合物を加熱し、蒸留することにより含水ゲル重合体と疎水性有機溶媒とを分離してもよい。バッチ式逆相懸濁重合においては常圧又は減圧下での蒸留が好適に行われる。
〔3-5〕ゲル整粒工程
ゲル整粒工程では、前記分離工程で疎水性有機溶媒から分離された含水ゲル重合体を、押出作用部及び多孔板を有するゲル整粒装置を用いて含水ゲルを整粒する。これにより、整粒された含水ゲル重合体(以後、ゲル整粒後の含水ゲルを整粒ゲルと表す)が得られる。ゲル整粒工程は任意の工程である。ゲル整粒工程を有することで、吸水性樹脂の膨潤ゲルの圧縮率を制御しやすくなる。
ゲル整粒工程では、前記分離工程で疎水性有機溶媒から分離された含水ゲル重合体を、押出作用部及び多孔板を有するゲル整粒装置を用いて含水ゲルを整粒する。これにより、整粒された含水ゲル重合体(以後、ゲル整粒後の含水ゲルを整粒ゲルと表す)が得られる。ゲル整粒工程は任意の工程である。ゲル整粒工程を有することで、吸水性樹脂の膨潤ゲルの圧縮率を制御しやすくなる。
本ゲル整粒工程に供される含水ゲル重合体は、球形ゲルの単粒子形状又は球形ゲルの集合体形状である。当該含水ゲル重合体の平均粒径の下限は特に制限されないが、好ましくは0.01mm以上、より好ましくは0.03mm以上、さらに好ましくは0.05mm以上、一層好ましくは0.1mm以上である。上限に関しても特に制限されないが、好ましくは20mm以下、より好ましくは10mm以下である。また、含水ゲル重合体が単粒子形状である場合はその粒子径を、含水ゲル重合体が集合体形状である場合は当該集合体を構成する各球形ゲルの粒子径を、含水ゲル重合体の一次粒子径と称する。本発明において、含水ゲル重合体の平均一次粒子径は特に制限されないが、乾燥工程における微粉の発生を抑制できるという観点から、好ましくは5~2000μmであり、より好ましくは5~1000μmであり、さらに好ましくは5~800μmであり、一層好ましくは8~500μm、さらに一層好ましくは10~300μmであり、特に好ましくは10~200μmである。
なお、前記押出作用部及び多孔板を有するゲル整粒装置の前にカッターを有する装置を設置して含水ゲル重合体の大きい凝集物を解砕してもよい。
「含水ゲル温度」
ゲル整粒装置に入る(投入する)含水ゲルの温度の下限は特に制限はないが、造粒効率及び含水ゲルへのダメージの抑制の観点から、好ましくは80℃以上、より好ましくは90℃以上である。ゲル整粒装置投入時の含水ゲル温度の上限は特に制限はないが、一般的に100℃以下である。
ゲル整粒装置に入る(投入する)含水ゲルの温度の下限は特に制限はないが、造粒効率及び含水ゲルへのダメージの抑制の観点から、好ましくは80℃以上、より好ましくは90℃以上である。ゲル整粒装置投入時の含水ゲル温度の上限は特に制限はないが、一般的に100℃以下である。
「ゲル整粒装置」
本明細書において、「ゲル整粒」とは、粉体の湿塊を多孔板の小孔から円柱状に押し出すことにより、湿粉状の原料からほぼ均一な形状及びサイズを有する粒を作製する操作である。つまり、多孔板を用いることにより、前工程の溶媒分離工程で過度に凝集した粗大凝集物の形状になっている含水ゲルは解砕され、小粒径の単粒子状の含水ゲルは適度に凝集される。したがって、本工程によって、比較的粒子径の均一な造粒形状の含水ゲル(整粒ゲル)を得ることができる。なお、整粒ゲルは単粒子状の含水ゲルを含んでいてもよい。
本明細書において、「ゲル整粒」とは、粉体の湿塊を多孔板の小孔から円柱状に押し出すことにより、湿粉状の原料からほぼ均一な形状及びサイズを有する粒を作製する操作である。つまり、多孔板を用いることにより、前工程の溶媒分離工程で過度に凝集した粗大凝集物の形状になっている含水ゲルは解砕され、小粒径の単粒子状の含水ゲルは適度に凝集される。したがって、本工程によって、比較的粒子径の均一な造粒形状の含水ゲル(整粒ゲル)を得ることができる。なお、整粒ゲルは単粒子状の含水ゲルを含んでいてもよい。
ゲル整粒工程において使用される「押出作用部及び多孔板を有するゲル整粒装置」としては、押出作用部と、多孔板(ダイ又はスクリーン)とを有し、押出作用部が通常は多孔板に向かって内容物を押出し供給する押出し部材を有し、多孔板から材料を押し出すことにより一定サイズの粒を作製可能な装置(例えば押出機)であれば特に限定されない。また、上述した装置を複数用意し、複数の装置を直列に並べて使用してもよい。
さらに、この多孔板(ダイ又はスクリーン)の孔の形は特に限定されず、真円状、楕円状、六角形状等の多角形状、三角形状等、使用に適した形状に任意に選択することが可能であるが、整粒強度の観点から真円状及び楕円状が好ましい。多孔板の孔の孔径についても特に制限されないが、1.5mm以下であることが好ましく、1.0mm以下であることがより好ましく、0.8mm以下であることがさらにより好ましい。かような上限以下であることで、得られる整粒ゲルのサイズが必要以上に増大することが防止され、下流工程における攪拌型乾燥機を用いた乾燥の際に発生する微粉量を低減させることができる。孔径は、好ましくは0.3~1.5mmであり、より好ましくは0.3~0.8mmである。多孔板の孔径が0.3mm以上であれば、押出し操作を実施する際に効率よく押出すことができる。
なお、前記孔径については以下のように定義する。まず、孔が真円でない場合は孔の短径と長径の相乗平均値を孔径として採用する。また、多孔板の孔の各孔径が異なる場合は、全ての孔の孔径を算出し、その相乗平均値を多孔板の孔の孔径として採用する。さらに多孔板の押出し作用部側からその反対側までの間で多孔板の孔径が変化する(多孔板の厚み方向において孔径が変化する)場合は、その中で孔径が最少となる値を採用する。
本工程において、含水ゲル重合体に対して、さらに添加剤を添加してもよい。本工程で添加できる添加剤としては、重合開始剤、酸化剤、還元剤、キレート剤、増粘剤、界面活性剤、架橋剤、酸、塩基、発泡剤、有機又は無機の微粒子、多価金属塩等が挙げられるが、中でも凝集度を制御できる添加剤として、例えば、澱粉、セルロース、澱粉-セルロース誘導体、ポリビニルアルコール等の増粘剤、界面活性剤、吸水性樹脂の微粉、架橋剤、多価金属塩等が好ましい。前記多価金属塩としては、水溶性多価金属塩が好ましく、水溶性アルミニウム塩がより好ましい。水溶性アルミニウム塩としては、例えば、硫酸アルミニウムが挙げられる。
〔3-6〕乾燥工程
乾燥工程は、含水ゲルを乾燥する工程である。本発明において、乾燥工程における乾燥の手法としては、特に限定されない。乾燥の手法としては、従来の逆相懸濁重合で使用される疎水性分散溶媒中の共沸脱水でもよいが、本発明の吸水性樹脂を逆相懸濁重合で得る、より好適な手法として、共沸脱水に替えて、好ましくは攪拌乾燥と静置乾燥のいずれも採用できるが、上記ゲル整粒工程で制御したゲルの粒子径を維持するため、攪拌乾燥が好ましい。乾燥工程では、含水ゲルを加熱するために加熱手段を備えた装置を使用してもよい。また、攪拌乾燥を採用する場合、乾燥装置として、回転容器を備える回転型乾燥機を使用してもよい。
乾燥工程は、含水ゲルを乾燥する工程である。本発明において、乾燥工程における乾燥の手法としては、特に限定されない。乾燥の手法としては、従来の逆相懸濁重合で使用される疎水性分散溶媒中の共沸脱水でもよいが、本発明の吸水性樹脂を逆相懸濁重合で得る、より好適な手法として、共沸脱水に替えて、好ましくは攪拌乾燥と静置乾燥のいずれも採用できるが、上記ゲル整粒工程で制御したゲルの粒子径を維持するため、攪拌乾燥が好ましい。乾燥工程では、含水ゲルを加熱するために加熱手段を備えた装置を使用してもよい。また、攪拌乾燥を採用する場合、乾燥装置として、回転容器を備える回転型乾燥機を使用してもよい。
本乾燥工程で得られる粒子からなる乾燥重合体を、そのまま吸水性樹脂として各用途に供することもできる。また、この製造方法において吸水性樹脂を製造する場合には、乾燥工程で得られる乾燥重合体を後述する表面架橋工程に供することも可能である。この場合、後述する表面架橋工程に供される乾燥重合体を、便宜上「吸水性樹脂粉末」とも称する。
「添加剤」
本発明の効果が阻害されない限り、含水ゲルに添加剤を添加してもよい。添加剤は、加熱手段による含水ゲルの加熱中及び/又は回転容器による含水ゲルの撹拌(回転)中に該含水ゲルに添加してもよいし、乾燥工程前(加熱手段による含水ゲルの加熱前及び/又は回転容器による含水ゲルの撹拌(回転)前)に該含水ゲルに添加してもよい。さらには、乾燥工程以前の任意の工程で含水ゲルに添加剤を添加してもよい。添加剤によって乾燥時の含水ゲル同士の過度の付着が低減でき、吸水速度に優れた吸水性樹脂を得ることができる。
本発明の効果が阻害されない限り、含水ゲルに添加剤を添加してもよい。添加剤は、加熱手段による含水ゲルの加熱中及び/又は回転容器による含水ゲルの撹拌(回転)中に該含水ゲルに添加してもよいし、乾燥工程前(加熱手段による含水ゲルの加熱前及び/又は回転容器による含水ゲルの撹拌(回転)前)に該含水ゲルに添加してもよい。さらには、乾燥工程以前の任意の工程で含水ゲルに添加剤を添加してもよい。添加剤によって乾燥時の含水ゲル同士の過度の付着が低減でき、吸水速度に優れた吸水性樹脂を得ることができる。
含水ゲルに添加される添加剤の例としては、乾燥助剤が挙げられる。
具体的には、工業的な効率の観点から、直径1mm以下の粒子状含水ゲルを扱うときに、含水ゲルに乾燥助剤を添加することが好ましい。特に本発明の乾燥工程以前に乾燥助剤を含水ゲルに添加することにより、吸水速度に優れた吸水性樹脂が得られる。すなわち本発明の好適な一実施形態は、含水ゲル重合体に乾燥助剤を添加することを有する。
「乾燥助剤」
乾燥助剤は、攪拌乾燥時に含水ゲルの流動性を保つことを目的として添加されるものであり、乾燥助剤としては界面活性剤や高分子滑剤が挙げられる。乾燥助剤として、高分子滑剤と界面活性剤とを併用してもよい。
乾燥助剤は、攪拌乾燥時に含水ゲルの流動性を保つことを目的として添加されるものであり、乾燥助剤としては界面活性剤や高分子滑剤が挙げられる。乾燥助剤として、高分子滑剤と界面活性剤とを併用してもよい。
乾燥助剤の添加量は、乾燥助剤の含水率やゲル流動化剤の種類に応じて適宜設定される。乾燥助剤の合計添加量は、含水ゲルの固形分(100質量%)に対して、好ましくは0.001質量%~0.5質量%、より好ましくは0.01質量%~0.3質量%、更に好ましくは0.02質量%~0.2質量%である。また、本発明の好適な一実施形態は、乾燥工程において含水ゲル重合体が、含水ゲル重合体の固形分(100質量%)に対して0.08質量%未満の乾燥助剤を含む。本実施形態のように逆相懸濁重合で得られた含水ゲルを回転型乾燥機を用いて乾燥することで、含水ゲルが融着しにくく、解砕等による粒径の調整が容易になる。そのため、含水ゲルを回転型乾燥機を用いて乾燥する場合には、乾燥助剤の使用量を減らすことができる。
含水ゲル重合体への乾燥助剤の添加は、乾燥工程以前の工程で行うことが好ましく、具体的には、(1)分離工程で疎水性有機溶媒から分離した含水ゲルに添加する、(2)乾燥工程前の整粒ゲルに添加する、(3)単量体水溶液調製工程で単量体水溶液に添加する、及び(4)分散工程で疎水性有機溶媒に添加する、等が挙げられる。含水ゲル重合体への乾燥助剤の添加は、より好ましくは、乾燥工程の直前の工程での添加が好ましく、乾燥工程の前工程(例えば、ゲル整粒工程)の後から乾燥工程前までの間に行うことがさらに好ましい。さらには、乾燥工程の前工程(例えば、ゲル整粒工程)において乾燥助剤を含水ゲル重合体へ添加後、さらに、乾燥工程の前工程(例えば、ゲル整粒工程)の後から乾燥工程前までの間に乾燥助剤を含水ゲル重合体へ添加することも好ましい形態である。また、乾燥工程前の乾燥助剤の添加形態は、例えば、乾燥機に含水ゲル重合体及び乾燥助剤を投入する形態;含水ゲル重合体の乾燥機への投入前に、含水ゲル重合体に乾燥助剤を添加する形態、などが挙げられる。また、乾燥助剤は、分散工程で分散助剤として用いる界面活性剤及び/又は高分子添加剤と重複してもよい。
乾燥助剤に用いられる界面活性剤として、具体的には、(1)ショ糖脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピルアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、アルキルグルコシド、N-アルキルグルコンアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルのリン酸エステル、及びポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルのリン酸エステルなどのノニオン性界面活性剤、(2)カプリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ミリスチルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン等のアルキルジアルキルアミノ酢酸ベタイン;ラウリン酸アミドプロピルベタイン、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン、パーム核油脂肪酸アミドプロピルベタイン等のアルキルアミドプロピルベタイン、ラウリルヒドロキシスルホベタイン等のアルキルヒドロキシスルホベタイン、2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等のアルキルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタインなどの両性界面活性剤、(3)ラウリルアミノジ酢酸モノナトリウム、ラウリルアミノジ酢酸カリウム、ミリスチルアミノジ酢酸ナトリウム等のアルキルアミノジ酢酸モノアルカリ金属などのアニオン性界面活性剤、(4)長鎖アルキルジメチルアミノエチル4級塩などのカチオン性界面活性剤、等が挙げられる。これらのうち、2種以上を併用してもよい。
高分子滑剤として、具体的には、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体(EPDM)、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、無水マレイン酸・エチレン共重合体、無水マレイン酸・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・ブタジエン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、酸化型ポリエチレン、酸化型ポリプロピレン、酸化型エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコールのようなポリアルキレンオキサイド等が挙げられる。これら高分子滑剤の分子量(重量平均分子量)は、好ましくは200~200万、より好ましくは400~100万の範囲で適宜選択される。これらのうち、2種以上を併用してもよい。
「乾燥重合体の粒度分布」
前記乾燥工程で得られた乾燥重合体の粒度分布としては、粒子径850μm以上の割合(目開き粒子径850μmの篩を通過しなかった粒子の割合)は、乾燥重合体100質量%中、好ましくは50質量%以下、より好ましくは45質量%以下、更に好ましくは40質量%以下である。本実施形態の方法によれば、攪拌型乾燥機を用いた乾燥と組み合わせることにより、粗大粒子の形成が有意に抑制されるために、粒子径850μm以上の割合を前記好ましい範囲とすることが可能となる。また、乾燥重合体100質量%中の粒子径1400μm以上の割合(目開き粒子径1400μmの篩を通過しなかった粒子の割合)は好ましくは40質量%以下、より好ましくは35質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。
前記乾燥工程で得られた乾燥重合体の粒度分布としては、粒子径850μm以上の割合(目開き粒子径850μmの篩を通過しなかった粒子の割合)は、乾燥重合体100質量%中、好ましくは50質量%以下、より好ましくは45質量%以下、更に好ましくは40質量%以下である。本実施形態の方法によれば、攪拌型乾燥機を用いた乾燥と組み合わせることにより、粗大粒子の形成が有意に抑制されるために、粒子径850μm以上の割合を前記好ましい範囲とすることが可能となる。また、乾燥重合体100質量%中の粒子径1400μm以上の割合(目開き粒子径1400μmの篩を通過しなかった粒子の割合)は好ましくは40質量%以下、より好ましくは35質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。
〔3-7〕表面架橋工程
前記乾燥工程(及びその後の任意の工程)を経て得られる吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粉末)は、表面架橋剤によって表面架橋されることが好ましい。この表面架橋は、吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粉末)の表面層(吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粉末)の表面から数10μmの部分)に架橋密度の高い部分を設ける処理である。表面架橋処理を行うことで吸水性樹脂の各種吸水特性を向上させることができる。ここで、架橋密度を適宜調整することで、特に、優れた加圧下吸収倍率を得ることができる。
前記乾燥工程(及びその後の任意の工程)を経て得られる吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粉末)は、表面架橋剤によって表面架橋されることが好ましい。この表面架橋は、吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粉末)の表面層(吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粉末)の表面から数10μmの部分)に架橋密度の高い部分を設ける処理である。表面架橋処理を行うことで吸水性樹脂の各種吸水特性を向上させることができる。ここで、架橋密度を適宜調整することで、特に、優れた加圧下吸収倍率を得ることができる。
なお、本発明においては、従来の逆相懸濁重合で行われる疎水性有機溶媒に分散させた状態での表面架橋や、水溶液重合で一般的に行われる乾燥状態の粉体への表面架橋を含め、公知の表面架橋技術が適宜適用されるが、本発明においては、加圧下吸収倍率向上の観点から、ゲル分離工程と乾燥工程を経た吸水性樹脂への表面架橋が好ましい。なお、本工程で用いられる表面架橋剤は、単量体水溶液調製工程で使用される内部架橋剤と区別するため、公知技術では「後架橋剤」としても示されるものである。
本発明において表面架橋工程は、前記の乾燥工程後であってもよいし、乾燥工程中に行ってもよい。公知の表面架橋工程では、一般的に、含水ゲル重合体(例えば含水ゲル架橋重合体)又はその乾燥物の乾燥重合体(例えば架橋重合体)に表面架橋剤を混合し、その混合物を加熱して架橋反応を行うが、本発明においては、これらの工程を前記の乾燥工程後に別途設けてもよいし、乾燥工程において含水ゲル重合体に表面架橋剤を添加し重合体の表面架橋反応と乾燥を同時に行ってもよい。また、バッチ式の逆相懸濁重合法で吸水性樹脂の製造を行う場合は、重合反応後の分離工程においては蒸留を行うことにより疎水性有機溶媒と含水ゲル重合体とを分離することができるが、当該分離工程の途中においても含水ゲル重合体に表面架橋剤を添加することにより表面架橋した吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粒子)を得ることができる。
〔3-8〕その他の工程
本発明に係る吸水性樹脂の製造方法は、上述した各工程以外に、必要に応じて、冷却工程、粉砕工程、含水(再湿潤)工程、その他の添加剤添加工程、分級工程、整粒工程、及び微粉再利用工程を含むことができる。また、輸送工程、貯蔵工程、梱包工程、保管工程等をさらに含んでもよい。
本発明に係る吸水性樹脂の製造方法は、上述した各工程以外に、必要に応じて、冷却工程、粉砕工程、含水(再湿潤)工程、その他の添加剤添加工程、分級工程、整粒工程、及び微粉再利用工程を含むことができる。また、輸送工程、貯蔵工程、梱包工程、保管工程等をさらに含んでもよい。
(冷却工程)
任意に実施される冷却工程では、乾燥工程において得られた粒子状の乾燥重合体を、公知の冷却手段を用いて冷却することにより、所望の温度まで冷却された粒子状の乾燥重合体を得ることができる。
任意に実施される冷却工程では、乾燥工程において得られた粒子状の乾燥重合体を、公知の冷却手段を用いて冷却することにより、所望の温度まで冷却された粒子状の乾燥重合体を得ることができる。
(粉砕工程)
前記乾燥工程(及びその後の任意の冷却工程)で得られた粒子状の乾燥重合体を粉砕する粉砕工程を経ることが好ましい。粉砕工程を経ることによって、粒子径又は粒度分布が制御された吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粉末)とされる。
前記粉砕工程では、粉砕手段として、例えば、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適宜選択されて用いられる。
前記乾燥工程(及びその後の任意の冷却工程)で得られた粒子状の乾燥重合体を粉砕する粉砕工程を経ることが好ましい。粉砕工程を経ることによって、粒子径又は粒度分布が制御された吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粉末)とされる。
前記粉砕工程では、粉砕手段として、例えば、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適宜選択されて用いられる。
(再湿潤工程)
任意に実施される再湿潤工程は、前記表面架橋工程で得られた吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粒子)に、多価金属塩、カチオン性ポリマー、キレート剤、無機還元剤及びα-ヒドロキシカルボン酸化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の添加剤を添加する工程である。前記多価金属塩としては、水溶性多価金属塩が好ましく、水溶性アルミニウム塩がより好ましい。水溶性アルミニウム塩としては、例えば、硫酸アルミニウムが挙げられる。
前記の添加剤は、水溶液又は分散液(スラリー)で吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粒子)に添加することが好ましい。なお、当該添加剤は上述した表面架橋剤溶液と同時に添加・混合してもよい。具体的には、国際特許公開第2015/053372号「(2-7)再湿潤工程」記載の方法が本発明にも適用される。
任意に実施される再湿潤工程は、前記表面架橋工程で得られた吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粒子)に、多価金属塩、カチオン性ポリマー、キレート剤、無機還元剤及びα-ヒドロキシカルボン酸化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の添加剤を添加する工程である。前記多価金属塩としては、水溶性多価金属塩が好ましく、水溶性アルミニウム塩がより好ましい。水溶性アルミニウム塩としては、例えば、硫酸アルミニウムが挙げられる。
前記の添加剤は、水溶液又は分散液(スラリー)で吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粒子)に添加することが好ましい。なお、当該添加剤は上述した表面架橋剤溶液と同時に添加・混合してもよい。具体的には、国際特許公開第2015/053372号「(2-7)再湿潤工程」記載の方法が本発明にも適用される。
(その他の添加剤添加工程)
本発明においては、上述した添加剤以外の添加剤を、吸水性樹脂に種々の機能を付加させるため添加することもできる。該添加剤として、具体的には、界面活性剤、リン原子を有する化合物、酸化剤、有機還元剤、水不溶性無機微粒子、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が挙げられる。なお、前記水不溶性無機微粒子は、国際特許公開第2011/040530号の「〔5〕水不溶性無機微粒子」に開示された化合物が本発明に適用される。これら添加剤のうち、特に膨潤ゲルが圧縮された際に吸水物性を損なわないよう、好ましくは通液性を向上させる多価金属塩、カチオン性ポリマー、無機微粒子を吸水性樹脂に添加することが好ましい。前記多価金属塩としては、水溶性多価金属塩が好ましく、水溶性アルミニウム塩がより好ましい。水溶性アルミニウム塩としては、例えば、硫酸アルミニウムが挙げられる。
本発明においては、上述した添加剤以外の添加剤を、吸水性樹脂に種々の機能を付加させるため添加することもできる。該添加剤として、具体的には、界面活性剤、リン原子を有する化合物、酸化剤、有機還元剤、水不溶性無機微粒子、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が挙げられる。なお、前記水不溶性無機微粒子は、国際特許公開第2011/040530号の「〔5〕水不溶性無機微粒子」に開示された化合物が本発明に適用される。これら添加剤のうち、特に膨潤ゲルが圧縮された際に吸水物性を損なわないよう、好ましくは通液性を向上させる多価金属塩、カチオン性ポリマー、無機微粒子を吸水性樹脂に添加することが好ましい。前記多価金属塩としては、水溶性多価金属塩が好ましく、水溶性アルミニウム塩がより好ましい。水溶性アルミニウム塩としては、例えば、硫酸アルミニウムが挙げられる。
(整粒工程)
「整粒工程」とは、前記表面架橋工程を経て緩く凝集した吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粉末)をほぐして粒子径を整える工程を意味する。なお、この整粒工程は、表面架橋工程以降の微粉除去工程及び分級工程を含むものとする。整粒工程は吸水性樹脂の粒子径を整え、安定した吸水物性を得る観点から、実施されることが好ましい。
「整粒工程」とは、前記表面架橋工程を経て緩く凝集した吸水性樹脂(例えば吸水性樹脂粉末)をほぐして粒子径を整える工程を意味する。なお、この整粒工程は、表面架橋工程以降の微粉除去工程及び分級工程を含むものとする。整粒工程は吸水性樹脂の粒子径を整え、安定した吸水物性を得る観点から、実施されることが好ましい。
(微粉再利用工程)
「微粉再利用工程」とは、前記各工程で篩分級等により発生した含水ゲルまたは吸水性樹脂の微粉をそのまま、又は微粉を造粒した後にいずれかの工程に供給する工程を意味する。微粉再利用工程は吸水性樹脂の生産ロスを低減する観点から、実施されることが好ましい。
「微粉再利用工程」とは、前記各工程で篩分級等により発生した含水ゲルまたは吸水性樹脂の微粉をそのまま、又は微粉を造粒した後にいずれかの工程に供給する工程を意味する。微粉再利用工程は吸水性樹脂の生産ロスを低減する観点から、実施されることが好ましい。
〔4〕吸水性樹脂の用途
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂および吸収体は、薄型吸収性物品において使用時に吸水部の膨らみが抑えられる吸収性物品を提供し得る。より具体的に、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂および吸収体は、薄型吸収性物品において使用時に繰り返し荷重(体重)がかかることで吸収コアのゲル層が圧縮されるので、長時間使用においてもコアの膨らみが抑制される吸収性物品を提供することができる。本発明の吸水性樹脂の用途は、特に限定されないが、好ましくは紙オムツ(幼児用、成人用)、生理用ナプキン、失禁パッド等の吸収性物品の吸収体用途が挙げられる。特に、吸液後の膨潤ゲルによる吸収コアの膨らみが問題となっていた薄型の高濃度紙オムツの吸収体として好適に使用することができる。その他の吸収性物品の一例としては、例えば、土壌保水剤、育苗用シート、種子コーティング材、結露防止シート、ドリップ吸収材、鮮度保持材、使い捨てカイロ、冷却用バンダナ、保冷剤、医療用廃液固化剤、残土固化材、水損防止廃液ゲル化剤、吸水土のう、災害用簡易トイレ、湿布材、化粧品用増粘剤、電気・電子材料通信ケーブル用止水材、ガスケットパッキング、肥料用徐放剤、各種徐放剤(空間除菌剤、芳香剤等)、ペットシート、ネコ砂、創傷保護用ドレッシング材、結露防止用建築資材、油中水分除去剤、塗料、接着剤、アンチブロッキング剤、光拡散剤、艶消し剤、化粧板用添加剤、人工大理石用添加剤、トナー用添加剤等の樹脂用添加剤などが挙げられる。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂および吸収体は、薄型吸収性物品において使用時に吸水部の膨らみが抑えられる吸収性物品を提供し得る。より具体的に、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂および吸収体は、薄型吸収性物品において使用時に繰り返し荷重(体重)がかかることで吸収コアのゲル層が圧縮されるので、長時間使用においてもコアの膨らみが抑制される吸収性物品を提供することができる。本発明の吸水性樹脂の用途は、特に限定されないが、好ましくは紙オムツ(幼児用、成人用)、生理用ナプキン、失禁パッド等の吸収性物品の吸収体用途が挙げられる。特に、吸液後の膨潤ゲルによる吸収コアの膨らみが問題となっていた薄型の高濃度紙オムツの吸収体として好適に使用することができる。その他の吸収性物品の一例としては、例えば、土壌保水剤、育苗用シート、種子コーティング材、結露防止シート、ドリップ吸収材、鮮度保持材、使い捨てカイロ、冷却用バンダナ、保冷剤、医療用廃液固化剤、残土固化材、水損防止廃液ゲル化剤、吸水土のう、災害用簡易トイレ、湿布材、化粧品用増粘剤、電気・電子材料通信ケーブル用止水材、ガスケットパッキング、肥料用徐放剤、各種徐放剤(空間除菌剤、芳香剤等)、ペットシート、ネコ砂、創傷保護用ドレッシング材、結露防止用建築資材、油中水分除去剤、塗料、接着剤、アンチブロッキング剤、光拡散剤、艶消し剤、化粧板用添加剤、人工大理石用添加剤、トナー用添加剤等の樹脂用添加剤などが挙げられる。
また、前記吸収体の原料として、前記吸水性樹脂とともにパルプ繊維等の吸収性材料を使用することもできる。この場合、吸収体100質量%中の吸水性樹脂の含有量(コア濃度)としては、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。
前記コア濃度を前記範囲とすることで、吸収体を吸収性物品の上層部に使用した場合に、この吸収性物品を清浄感のある白色状態に保つことができる。さらに、コア濃度が前記範囲内である吸収体は尿や血液等の体液等の拡散性に優れるため、効率的な液分配がなされることにより、吸収量の向上が見込める。
より具合的に、上述した吸収体は、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂を含有し、かつ、親水性繊維を含有しない、吸収体であってもよい。又は、上述した吸収体は、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂および親水性繊維を含有し、前記吸水性樹脂の質量が該吸水性樹脂と親水性繊維との合計100質量%中、50質量%以上である、吸収体であってもよい。
吸収体が、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂および親水性繊維を含有する場合、吸水性樹脂の質量は、該吸水性樹脂と親水性繊維との合計100質量%中、好ましくは50質量%以上100質量%未満、より好ましくは60質量%以上100質量%未満、より好ましくは70質量%以上100質量%未満、より好ましくは80質量%以上100質量%未満、さらに好ましくは90質量%以上100質量%未満、特に好ましくは90質量%~95質量%である。吸収体における吸水性樹脂の質量が前記範囲である場合、(1)吸収体を吸収性物品の上層部に使用した場合に、この吸収性物品を清浄感のある白色状態に保つことができるという利点、及び/又は、(2)吸収体が尿や血液等の体液等の拡散性に優れるため、効率的な液分配がなされることにより、吸収量の向上が見込めるという利点、を有する。
親水性繊維としては、特に限定されず、例えば、パルプ繊維、コットンリンター架橋セルロース繊維、レーヨン、綿、羊毛、アセテート及びビニロン等を挙げることができる。
本発明は、以下のように構成することもできる。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂は、ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、下記(式1)で表される膨潤ゲル圧縮率が3%以上である:
膨潤ゲル圧縮率[%]=(D1-D2)/D1×100 (式1)
(ここで、D1は、直径59mmのピストンと、メッシュ状の底部を備えた内径60mmのセルと、を備え、該底部に前記吸水性樹脂1.0gが散布されたセルを、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を入れたシャーレ内に載置して、該吸水性樹脂に該0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を5分間吸収させたときの、該吸水性樹脂が成す膨潤ゲル層の厚み[mm]であり、D2は、該セルを目開き4750μmの篩上に設置して、該膨潤ゲル層に0.7psiの荷重が掛かるように、該ピストンの上に錘を載せて該セルを10秒間静置後に該錘を取り外す操作を10回繰り返した後の、該吸水性樹脂が成す該膨潤ゲル層の厚み[mm]である。)。
膨潤ゲル圧縮率[%]=(D1-D2)/D1×100 (式1)
(ここで、D1は、直径59mmのピストンと、メッシュ状の底部を備えた内径60mmのセルと、を備え、該底部に前記吸水性樹脂1.0gが散布されたセルを、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を入れたシャーレ内に載置して、該吸水性樹脂に該0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を5分間吸収させたときの、該吸水性樹脂が成す膨潤ゲル層の厚み[mm]であり、D2は、該セルを目開き4750μmの篩上に設置して、該膨潤ゲル層に0.7psiの荷重が掛かるように、該ピストンの上に錘を載せて該セルを10秒間静置後に該錘を取り外す操作を10回繰り返した後の、該吸水性樹脂が成す該膨潤ゲル層の厚み[mm]である。)。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂は、球状粒子の凝集体状粒子である。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂は、質量平均粒子径(D50)が50~700μmである。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂は、前記D2が15mm未満である。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂は、前記D1が15mm未満である。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂は、加圧下における吸水倍率(AAP)が18g/g以上である。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂は、疎水性有機溶媒中で逆相懸濁重合することによって得られる。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂は、球状粒子を、多孔板を有する押出機によって押し出すことにより得られる。
本発明の一実施形態に係る吸収体は、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂を含有し、かつ、(1)親水性繊維を含有しない、又は、(2)親水性繊維を含有し、前記吸水性樹脂の質量が該吸水性樹脂と親水性繊維との合計100質量%中、50質量%以上である。
以下に示す実施例及び比較例に従って本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定解釈されるものではなく、各実施例に記載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こととする。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いる場合があるが、特に断りがない限り、「質量部」あるいは「質量%」を表す。また、特記しない限り、各操作は、室温(例えば25℃)で行われる。なお、実施例及び比較例で使用する電気機器(吸水性樹脂の物性測定も含む)は、特に注釈のない限り、200V又は100Vで60Hzの電源を使用した。
<評価方法>
〔数平均粒子径〕
吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末の走査型電子顕微鏡写真(SEM)を撮影した。写真の中から凝集体状粒子(二次粒子)の正面にある50個の一次粒子を無作為に選択し、各一次粒子について長径と短径とを測定し、該測定値の積を平均化した値(測定値の相乗平均値)を一次粒子径とした。50個の各一次粒子の一次粒子径を算出し、得られた値の平均値を当該吸水性樹脂の平均一次粒子径とした。
〔数平均粒子径〕
吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末の走査型電子顕微鏡写真(SEM)を撮影した。写真の中から凝集体状粒子(二次粒子)の正面にある50個の一次粒子を無作為に選択し、各一次粒子について長径と短径とを測定し、該測定値の積を平均化した値(測定値の相乗平均値)を一次粒子径とした。50個の各一次粒子の一次粒子径を算出し、得られた値の平均値を当該吸水性樹脂の平均一次粒子径とした。
〔含水率〕
含水率をEDANA法(ERT430.2-02)に準拠して測定した。なお、測定に際し、試料(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末)の質量を1.0gに、乾燥温度を180℃に、乾燥時間を3時間にそれぞれ変更した。具体的には、底面の直径が50mmのアルミカップに試料(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末)1.0gを投入した後、該アルミカップ(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末を含むアルミカップ)の総質量W1(g)を正確に秤量した。次に、前記アルミカップ(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末を含むアルミカップ)を、雰囲気温度180℃に設定されたオーブン内に静置した。3時間経過後、該アルミカップ(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末を含むアルミカップ)を前記オーブンから取り出し、総質量W2(g)を正確に秤量した。本測定に供された試料(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末)の質量をM(1.0g)としたときに、下記(式2)にしたがって、該試料の含水率(質量%)を求めた。
含水率(質量%)={(W1-W2)/M}×100 (式2)。
含水率をEDANA法(ERT430.2-02)に準拠して測定した。なお、測定に際し、試料(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末)の質量を1.0gに、乾燥温度を180℃に、乾燥時間を3時間にそれぞれ変更した。具体的には、底面の直径が50mmのアルミカップに試料(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末)1.0gを投入した後、該アルミカップ(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末を含むアルミカップ)の総質量W1(g)を正確に秤量した。次に、前記アルミカップ(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末を含むアルミカップ)を、雰囲気温度180℃に設定されたオーブン内に静置した。3時間経過後、該アルミカップ(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末を含むアルミカップ)を前記オーブンから取り出し、総質量W2(g)を正確に秤量した。本測定に供された試料(吸水性樹脂又は吸水性樹脂粉末)の質量をM(1.0g)としたときに、下記(式2)にしたがって、該試料の含水率(質量%)を求めた。
含水率(質量%)={(W1-W2)/M}×100 (式2)。
〔質量平均粒子径(D50)〕
質量平均粒子径(D50)は、米国特許第7638570号のカラム27、28に記載された「(3)Mass-Average Particle Diameter(D50) and Logarithmic Standard Deviation(σζ) of Particle Diameter Distribution」に記載の方法に従って測定した。
質量平均粒子径(D50)は、米国特許第7638570号のカラム27、28に記載された「(3)Mass-Average Particle Diameter(D50) and Logarithmic Standard Deviation(σζ) of Particle Diameter Distribution」に記載の方法に従って測定した。
〔CRC〕
CRC(遠心分離機保持容量)は、EDANA法(ERT441.2-02)に準拠して測定した。具体的には、吸水性樹脂0.2gを不織布製の袋に入れた後、該不織布製を大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して吸水性樹脂を自由膨潤させ、その後、吸水性樹脂を遠心分離機(250G)で3分間、水切りした後の吸水倍率(単位;g/g)を求めた。
CRC(遠心分離機保持容量)は、EDANA法(ERT441.2-02)に準拠して測定した。具体的には、吸水性樹脂0.2gを不織布製の袋に入れた後、該不織布製を大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して吸水性樹脂を自由膨潤させ、その後、吸水性樹脂を遠心分離機(250G)で3分間、水切りした後の吸水倍率(単位;g/g)を求めた。
〔AAP〕
AAP(加圧下吸収倍率)は、EDANA法(ERT442.2-02)に準拠して測定した。なお、荷重条件を4.83kPa(0.7psi)に変更した。
AAP(加圧下吸収倍率)は、EDANA法(ERT442.2-02)に準拠して測定した。なお、荷重条件を4.83kPa(0.7psi)に変更した。
〔Ext〕
本実施例及び比較例の吸水性樹脂のExt(水可溶分)は、EDANA法(ERT470.2-02)に準拠して測定した。
本実施例及び比較例の吸水性樹脂のExt(水可溶分)は、EDANA法(ERT470.2-02)に準拠して測定した。
〔嵩密度〕
本発明の吸水性樹脂の嵩密度は、EDANA法(T460.2-02)に準拠して測定した。
本発明の吸水性樹脂の嵩密度は、EDANA法(T460.2-02)に準拠して測定した。
〔膨潤ゲル圧縮率〕
本発明の吸水性樹脂の膨潤ゲル圧縮率は、下記に示す手順にて測定した。なお、膨潤ゲル圧縮率の測定に用いた測定装置については、図1および2を参照して説明する。
本発明の吸水性樹脂の膨潤ゲル圧縮率は、下記に示す手順にて測定した。なお、膨潤ゲル圧縮率の測定に用いた測定装置については、図1および2を参照して説明する。
底部15がステンレス製のメッシュ(目開き36μm=400メッシュ)で形成された内径60mmのセル11の底部15に吸水性樹脂16の1.0gを均一に散布した。次いで、吸水性樹脂16の上から、セル11内に直径59mm、108gのピストン12を搭載した。その後、該セル11を、25℃の0.9質量%(質量/質量%)塩化ナトリウム水溶液180gを入れた19.8cm×19.8cmのシャーレ13内に載置して、該吸水性樹脂16に該0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を5分間吸収させた。かかる操作により、吸水性樹脂16は膨潤し、膨潤ゲル層を成した。その後、膨潤した吸水性樹脂16が成す膨潤ゲル層の厚み(D1[mm])を測定した。続いて、前記セル11を、ピストン12を搭載したまま目開き4750μmのJIS標準の篩上に設置して、該膨潤ゲルに0.7psiの荷重が掛かるように、該ピストンの上に1283gの錘14を載せて該セルを10秒間静置した後に該錘14を取り外す操作を10回繰り返した。なお、錘14を取り外した後は直ちに次の10秒間の荷重を掛けた。その後、膨潤した吸水性樹脂16が成す膨潤ゲル層の厚み(D2[mm])を測定し、下記(式1)より膨潤ゲル圧縮率を算出した。
膨潤ゲル圧縮率[%]=(D1-D2)/D1×100 (式1)。
膨潤ゲル圧縮率[%]=(D1-D2)/D1×100 (式1)。
〔吸収シート(吸収体)の厚み圧縮率〕
(1)吸収シート(吸収体)の作製
図3および4を使用して、吸収シート(吸収体)の厚み圧縮率の測定に使用した吸収シート(吸収体)20の作製方法を説明する。図3は、実施例において作製した評価用吸収シート20の作製過程での平面図である。図3では、粘着テープ21の粘着面における、吸水性樹脂16の散布領域(すなわち吸水性樹脂散布領域22)を示している。図4は、実施例において作製した評価用吸収シート20の断面図である。図4では、鰓得れた評価用吸収シート20の内部構成を示している。図3および4は、本発明の一実施形態に係る吸収体の製造方法を示す図面ともいえる。
(1)吸収シート(吸収体)の作製
図3および4を使用して、吸収シート(吸収体)の厚み圧縮率の測定に使用した吸収シート(吸収体)20の作製方法を説明する。図3は、実施例において作製した評価用吸収シート20の作製過程での平面図である。図3では、粘着テープ21の粘着面における、吸水性樹脂16の散布領域(すなわち吸水性樹脂散布領域22)を示している。図4は、実施例において作製した評価用吸収シート20の断面図である。図4では、鰓得れた評価用吸収シート20の内部構成を示している。図3および4は、本発明の一実施形態に係る吸収体の製造方法を示す図面ともいえる。
まず、図3に示すように、10cm×10cmにカットした粘着テープ21(NITTO DENKO製ビニールテープNo.21S)の粘着面に、該粘着テープ21の四辺の淵から1cmずつ内側の領域(すなわち粘着テープの中心8cm×8cmの領域(吸水性樹脂散布領域22))に、1.0gの吸水性樹脂16を1.0g散布し、さらに吸水性樹脂16の上から10cm×10cmの不織布23(エアレイド不織布、目付量46.6g/m2)を載せ、該不織布23と前記粘着テープ21の四辺の粘着面とを貼り合わせて、図4に示す積層構造(粘着テープ21、吸水性樹脂16、不織布23、がこの順に積層した構造)を有する評価用吸収シート20を作製した。該評価用吸収シート20は、吸水性樹脂16を含み、親水性繊維を含まない吸収体ともいえる。
(2)吸収シート(吸収体)20の厚み圧縮率の測定
平面な台上で、アクリル板(10cm×23cm、厚さ0.3cm)上に評価用吸収シート20(吸収体)を載置し、20℃の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液25mLを2分間かけて評価用吸収シート20に添加し、評価用吸収シート20内の吸水性樹脂16を膨潤させた。該0.9質量%塩化ナトリウム水溶液の添加が終了してから3分後、評価用吸収シート20の厚み(D1’[mm])を測定した。続いて、該評価用吸収シート20の上に別のアクリル板(10cm×23cm、厚さ0.3cm)を載せた。さらに、アクリル板上に重量1.0kgの錘を載せて10秒間静置し錘を取り外す操作を10回繰り返した。なお、錘を取り外した後は直ちに次の10秒間の荷重を掛けた。その後、評価用吸収シート20上のアクリル板を取り除き評価用吸収シート20の厚み(D2’[mm])を計測し、下記(式3)より評価用吸収シート20(吸収体)の厚み圧縮率を算出した。厚み圧縮率[%]=(D1’-D2’)/D1’×100 (式3)。
平面な台上で、アクリル板(10cm×23cm、厚さ0.3cm)上に評価用吸収シート20(吸収体)を載置し、20℃の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液25mLを2分間かけて評価用吸収シート20に添加し、評価用吸収シート20内の吸水性樹脂16を膨潤させた。該0.9質量%塩化ナトリウム水溶液の添加が終了してから3分後、評価用吸収シート20の厚み(D1’[mm])を測定した。続いて、該評価用吸収シート20の上に別のアクリル板(10cm×23cm、厚さ0.3cm)を載せた。さらに、アクリル板上に重量1.0kgの錘を載せて10秒間静置し錘を取り外す操作を10回繰り返した。なお、錘を取り外した後は直ちに次の10秒間の荷重を掛けた。その後、評価用吸収シート20上のアクリル板を取り除き評価用吸収シート20の厚み(D2’[mm])を計測し、下記(式3)より評価用吸収シート20(吸収体)の厚み圧縮率を算出した。厚み圧縮率[%]=(D1’-D2’)/D1’×100 (式3)。
〔実施例1〕
攪拌機、還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管及び滴下ろうとを備えた2000mlの四つ口セパラブルフラスコにn-へプタン800gを取り、分散助剤として無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(ハイワックス(登録商標)HW2203A/三井化学株式会社製)0.88gを加え、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体をn-ヘプタンに溶解させ、ヘプタン溶液を得た。次いで、得られたヘプタン溶液中に窒素ガスを吹き込んでヘプタン溶液中の溶存酸素を追い出した。
攪拌機、還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管及び滴下ろうとを備えた2000mlの四つ口セパラブルフラスコにn-へプタン800gを取り、分散助剤として無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(ハイワックス(登録商標)HW2203A/三井化学株式会社製)0.88gを加え、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体をn-ヘプタンに溶解させ、ヘプタン溶液を得た。次いで、得られたヘプタン溶液中に窒素ガスを吹き込んでヘプタン溶液中の溶存酸素を追い出した。
別に、フラスコ中で、アクリル酸ナトリウム127g、アクリル酸36g、ポリエチレングリコールジアクリレート(n=9)0.097g、ジエチレントリアミン5酢酸・5ナトリウム0.008g、増粘剤としてヒドロキシエチルセルロース0.67g、及びイオン交換水215gよりなる単量体水溶液(1)を調製し、単量体水溶液(1)中に窒素ガスを吹き込んで単量体水溶液(1)内に溶存する溶存酸素を追い出した。次いで、このフラスコ内の単量体水溶液(1)に過硫酸ナトリウムの15%(質量/質量%)水溶液1.2gを加えた後、得られた溶液の全量を前記セパラブルフラスコに加えて、該セパラブルフラスコ内の混合液を210rpmで攪拌することにより、単量体水溶液(1)をヘプタン溶液中に分散させた。その後、浴温を60℃に昇温して重合反応を開始させ、2時間この浴温60℃を保持した後、重合を止め、吸引濾過により濾別し、残渣を一晩風乾させることで含水ゲル重合体(1)を得た。含水ゲル重合体(1)の平均一次粒子径は180μmであった。
次いで、スクリューと孔径0.8mmの多孔板とを有するゲル整粒装置に、含水ゲル重合体(1)(ゲル温度:90℃)を投入し、ゲル整粒装置から排出させることで整粒ゲル(1)を得た。
続いて、円筒容器回転型乾燥機を用いて整粒ゲル(1)を乾燥した。具体的には温度200℃の雰囲気下で、円筒容器回転型乾燥機が備える回転容器を75rpmにて回転させ、前記加温後の整粒ゲル(1)を円筒容器回転型乾燥機に供給して乾燥を行い、乾燥重合体(1)を得た。乾燥重合体(1)の含水率は10質量%であった。
続いて、乾燥重合体(1)をロールミル(粉砕機)に供給して粉砕することにより粒度を調節し、さらに目開き粒子径150μmの篩を用いて分級し、吸水性樹脂粉末(1)を得た。吸水性樹脂粉末(1)の質量平均粒子径は380μmであった。
吸水性樹脂粉末(1)100質量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.03質量部、エチレンカーボネート0.385質量部、プロピレングリコール0.644質量部及びイオン交換水2.6質量部からなる表面架橋剤溶液をスプレーで噴霧して、高速連続混合機を用いて均一に混合した。
得られた混合物を雰囲気温度195℃±2℃に調温した熱処理機に導入して、30分間加熱処理を行った後、粉温を60℃まで強制的に冷却することで表面架橋された吸水性樹脂粉末(1)を得た。
前記表面架橋された吸水性樹脂粉末(1)100質量部に対し、さらに27.5質量%の硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)1.17質量部、60質量%の乳酸ナトリウム水溶液0.196質量部及びプロピレングリコール0.029質量部からなる表面架橋剤溶液を均一に混合した。さらに、混合後の吸水性樹脂粉末(1)100質量部に対し、水10.0質量%を均一に混合した。
その後、目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒)し、吸水性樹脂(1)を得た。得られた吸水性樹脂(1)は、粒子状であり、より具体的には、球状粒子の凝集体状粒子であった。得られた吸水性樹脂(1)の物性を表1~3に示す。
〔実施例2〕
攪拌機、還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管及び滴下ろうとを備えた2000mlの四つ口セパラブルフラスコにシクロヘキサン800gを取り、分散助剤としてショ糖脂肪酸エステル(DKエステル(登録商標)F-50/第一工業製薬株式会社製、HLB=6)を0.6g加え、ショ糖脂肪酸エステルをシクロヘキサンに溶解させ、シクロヘキサン溶液を得た。次いで、得られたシクロヘキサン溶液中に窒素ガスを吹き込んでシクロヘキサン溶液中の溶存酸素を追い出した。
攪拌機、還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管及び滴下ろうとを備えた2000mlの四つ口セパラブルフラスコにシクロヘキサン800gを取り、分散助剤としてショ糖脂肪酸エステル(DKエステル(登録商標)F-50/第一工業製薬株式会社製、HLB=6)を0.6g加え、ショ糖脂肪酸エステルをシクロヘキサンに溶解させ、シクロヘキサン溶液を得た。次いで、得られたシクロヘキサン溶液中に窒素ガスを吹き込んでシクロヘキサン溶液中の溶存酸素を追い出した。
別に、フラスコ中で、アクリル酸ナトリウム141g、アクリル酸36g、及びN、N ‘-メチレンビスアクリルアミド0.022g、増粘剤としてヒドロキシエチルセルロー
ス0.71g、及びイオン交換水327.65gよりなる単量体水溶液(2)を調製し、単量体水溶液(2)中に窒素ガスを吹き込んで単量体水溶液溶液(2)中に内に溶存する溶存酸素を追い出した。次いで、このフラスコ内の単量体水溶液(2)に過硫酸ナトリウムの15%水溶液0.95gを加えた後、得られた溶液の全量を前記セパラブルフラスコに加えて、該セパラブルフラスコ内の混合液を370rpmで攪拌することにより、単量体水溶液(2)をシクロヘキサン溶液中に分散させた。その後、浴温を60℃に昇温して重合反応を開始させ、2時間この浴温60℃を保持した後、重合を止め、吸引濾過により濾別し、残渣を一晩風乾させることで含水ゲル重合体(2)を得た。含水ゲル重合体(2)の平均一次粒子径は195μmであった。
ス0.71g、及びイオン交換水327.65gよりなる単量体水溶液(2)を調製し、単量体水溶液(2)中に窒素ガスを吹き込んで単量体水溶液溶液(2)中に内に溶存する溶存酸素を追い出した。次いで、このフラスコ内の単量体水溶液(2)に過硫酸ナトリウムの15%水溶液0.95gを加えた後、得られた溶液の全量を前記セパラブルフラスコに加えて、該セパラブルフラスコ内の混合液を370rpmで攪拌することにより、単量体水溶液(2)をシクロヘキサン溶液中に分散させた。その後、浴温を60℃に昇温して重合反応を開始させ、2時間この浴温60℃を保持した後、重合を止め、吸引濾過により濾別し、残渣を一晩風乾させることで含水ゲル重合体(2)を得た。含水ゲル重合体(2)の平均一次粒子径は195μmであった。
次いで、スクリューと孔径0.8mmの多孔板を有するゲル整粒装置に、含水ゲル重合体(2)(ゲル温度:90℃)を投入し、ゲル整粒装置から排出させることで整粒ゲル(2)を得た。
次いで、保温庫に前記で得られた整粒ゲル(2)3.2kgを投入した。保温庫で加温した結果、乾燥機供給時の整粒ゲル(2)の温度は80℃となった。
続いて、円筒容器回転型乾燥機を用いて整粒ゲル(2)を乾燥した。具体的には温度200℃の雰囲気下で、円筒容器回転型乾燥機が備える回転容器を75rpmにて回転させ、前記加温後の整粒ゲル(2)を円筒容器回転型乾燥機に供給して乾燥を行い、乾燥重合体(2)を得た。乾燥重合体(2)の含水率は8質量%であった。
続いて、乾燥重合体(2)をロールミル(粉砕機)に供給して粉砕することにより粒度を調節し、さらに目開き粒子径150μmの篩を用いて分級し、吸水性樹脂粉末(2)を得た。吸水性樹脂粉末(2)の質量平均粒子径は110μmであった。
吸水性樹脂粉末(2)100質量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.1質量部、イソプロピルアルコール1.0質量部及びイオン交換水3.0質量部からなる表面架橋剤溶液をスプレーで噴霧して、高速連続混合機を用いて均一に混合した。
得られた混合物を雰囲気温度100℃に調温した熱処理機に導入して、40分間加熱処理を行った後、粉温を60℃まで強制的に冷却することで表面架橋された吸水性樹脂粉末(2)を得た。
前記表面架橋された吸水性樹脂粉末(2)100質量部に対し、さらに27.5質量%の硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)1.17質量部、60質量%の乳酸ナトリウム水溶液0.196質量部及びプロピレングリコール0.029質量部からなる表面架橋剤溶液を均一に混合した。
その後、目開き300μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒)し、吸水性樹脂(2)を得た。得られた吸水性樹脂(2)は、粒子状であり、より具体的には、球状粒子であった。得られた吸水性樹脂(2)の物性を表1~3に示す。
〔実施例3〕
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート、温度計及び窒素ガス導入管を備えた2000mLの五つ口円筒型丸底フラスコにn-ヘプタン500gを取り、分散助剤としてショ糖脂肪酸エステル(S-370/三菱ケミカル株式会社製、HLB=3)を0.92g加え分散、昇温して、ショ糖脂肪酸エステルをn-ヘプタンに溶解させ、ヘプタン溶液を得た。その後、得られたヘプタン溶液を55℃まで冷却した。
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート、温度計及び窒素ガス導入管を備えた2000mLの五つ口円筒型丸底フラスコにn-ヘプタン500gを取り、分散助剤としてショ糖脂肪酸エステル(S-370/三菱ケミカル株式会社製、HLB=3)を0.92g加え分散、昇温して、ショ糖脂肪酸エステルをn-ヘプタンに溶解させ、ヘプタン溶液を得た。その後、得られたヘプタン溶液を55℃まで冷却した。
これとは別に、500mLの三角フラスコに、アクリル酸73.6gを仕込み、これを外部から冷却しつつ、30質量%(質量/質量%)水酸化ナトリウム水溶液102.2gを三角フラスコに滴下して、アクリル酸の75モル%を中和した。さらに、増粘剤としてヒドロキシエチルセルロース0.71g、イオン交換水68.6g、過硫酸カリウム0.11g、及びエチレングリコールジグリシジルエーテル0.0092gを三角フラスコに添加し、1段目重合用の単量体溶液(3A)を調製した。
この1段目重合用の単量体水溶液(3A)を、前記の五つ口円筒型丸底フラスコに、撹拌機の回転数450rpmでの撹拌下で全量加えて、単量体水溶液(3A)をヘプタン溶液中に分散させた。次いで、系内を窒素で十分に置換した後に昇温し、浴温を70℃に保持して、重合反応を1時間行った後、重合スラリー液を室温まで冷却した。
別の500mL容積の三角フラスコに、アクリル酸95.28gを仕込み、これを冷却しつつ30質量%水酸化ナトリウム水溶液132.2gを該三角フラスコに滴下して、アクリル酸の75モル%を中和した。さらに、イオン交換水51.2g、過硫酸カリウム0.14g、及びエチレングリコールジグリシジルエーテル0.0357gを該三角フラスコに添加し、2段目重合用の単量体水溶液(3B)を調製し、氷水浴を用いて冷却した。
この2段目重合用の単量体水溶液(3B)を、前記重合スラリー液に全量添加した後、再び系内を窒素で十分に置換した後に浴温を70℃にして昇温して重合反応を開始させ、重合反応を2時間行った後、吸引濾過により濾別し、残渣を一晩風乾させることで含水ゲル重合体(3)を得た。含水ゲル重合体(3)の一次粒子径は70μmであった。
次いで、スクリューと孔径0.8mmの多孔板を有するゲル整粒装置に、含水ゲル重合体(3)(ゲル温度:90℃)を投入し、ゲル整粒装置から排出させることで整粒ゲル(3)を得た。
続いて、円筒容器回転型乾燥機を用いて整粒ゲル(3)を乾燥した。具体的には温度200℃の雰囲気下で、円筒容器回転型乾燥機が備える回転容器を75rpmにて回転させ、前記加温後の整粒ゲル(3)を円筒容器回転型乾燥機に供給して乾燥を行い、乾燥重合体(3)を得た。乾燥重合体(3)の含水率は7質量%であった。
続いて、乾燥重合体(3)をロールミル(粉砕機)に供給して粉砕することにより粒度を調節し、さらに目開き粒子径150μmの篩を用いて分級し、吸水性樹脂粉末(3)を得た。吸水性樹脂粉末(3)の質量平均粒子径は400μmであった。
続いて、吸水性樹脂粉末(3)100質量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.18質量部、プロピレングリコール1.5質量部及びイオン交換水5.0質量部からなる表面架橋剤溶液をスプレーで噴霧して、高速連続混合機を用いて均一に混合した。
得られた混合物を雰囲気温度100℃に調温した熱処理機に導入して、40分間加熱処理を行った後、粉温を60℃まで強制的に冷却することで表面架橋された吸水性樹脂粉末(3)を得た。
前記表面架橋された吸水性樹脂粉末(3)100質量部に対し、さらに27.5質量%(質量/質量%)の硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)1.17質量部、60質量%の乳酸ナトリウム水溶液0.196質量部及びプロピレングリコール0.029質量部からなる表面架橋剤溶液を均一に混合した。
その後、目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒)し、吸水性樹脂(3)を得た。得られた吸水性樹脂(3)は、粒子状であり、より具体的には、球状粒子の凝集体状粒子であった。得られた吸水性樹脂(3)の物性を表1~3に示す。
〔比較例1〕
水溶液重合にて吸水性樹脂を得た。即ち、容量1Lのポリプロピレン製容器に、48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液296g、アクリル酸354g、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均エチレンオキサイドユニット数9)1.00g、0.1質量%のジエチレントリアミン5酢酸・5ナトリウム水溶液21.66g、及びイオン交換水319gを投入し、投入した原料を攪拌し、これらの原料からなる比較単量体水溶液(1)を調製した。
水溶液重合にて吸水性樹脂を得た。即ち、容量1Lのポリプロピレン製容器に、48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液296g、アクリル酸354g、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均エチレンオキサイドユニット数9)1.00g、0.1質量%のジエチレントリアミン5酢酸・5ナトリウム水溶液21.66g、及びイオン交換水319gを投入し、投入した原料を攪拌し、これらの原料からなる比較単量体水溶液(1)を調製した。
比較単量体水溶液(1)の攪拌を継続し、比較単量体水溶液(1)を加温した。比較単量体水溶液(1)の液温が78℃となった時点で3.8重量%の過硫酸ナトリウム水溶液15.8gを比較単量体水溶液(1)に添加し、得られた混合液を直ちにステンレス製バット型反応装置(底面;340×340mm、高さ;25mm、内表面;テフロン(登録商標)コーティング)に大気開放系で注ぎ込んだところ、間もなく重合反応が開始した。なお、前記ステンレス製バット型反応装置は、ホットプレート(NEO HOTPLATE HI-1000/株式会社井内盛栄堂製)を用いて、表面温度が50℃となるように予め設定した。
前記重合反応は、水蒸気を発生させながらバット型反応装置の上方に向かって四方八方に膨張発泡して進行し、その後、当該反応装置の底面より若干大きなサイズまで収縮した。当該操作で得られた重合物を比較含水ゲル重合体(1)とした。なお、当該重合反応(膨張・収縮)は約1分間で終了したが、その後3分間、当該比較含水ゲル重合体(1)を反応装置内に保持した。なお、これら一連の操作は大気開放系で行った。
得られた比較含水ゲル重合体(1)を、ダイス孔径9.5mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いて粉砕した。なお、当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を130rpmとした状態で、比較含水ゲル重合体(1)2.4(kg/min)及び水蒸気5.0(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。
次いで、熱風乾燥機を用いて比較含水ゲル重合体(1)を乾燥し、比較乾燥重合体(1)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に、ミートチョッパーで粉砕した比較含水ゲル重合体(1)を広げて載せ、180℃の熱風を30分間通気させることで行った。
比較乾燥重合体(1)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の比較吸水性樹脂粉末(1)を得た。比較吸水性樹脂粉末(1)の質量平均粒子径は340μmであった。
比較吸水性樹脂粉末(1)100質量部にエチレングリコールジグリシジルエーテル0.024質量部、エチレンカーボネート0.308質量部、プロピレングリコール0.515質量部及びイオン交換水2.08質量部からなる表面架橋剤溶液を均一に混合した。得られた混合物を雰囲気温度190℃±2℃に調整した熱処理気に導入して、30分間加熱処理を行った後、粉温を60℃まで強制的に冷却することで表面架橋された比較吸水性樹脂粉末(1)を得た。
前記表面架橋された比較吸水性樹脂粉末(1)100質量部に、45質量%ジエチレントリアミン5酢酸3ナトリウム塩0.022質量部、イオン交換水1質量部からなる溶液を均一に混合し、比較吸水性樹脂粒子(1)を得た。
得られた比較吸水性樹脂粒子(1)100質量部に、微粒子上の二酸化珪素(レオロシール(登録商標)QS-20/オリエンタルシリカズコーポレーション製)0.35質量部を添加混合して、比較吸水性樹脂(1)を得た。得られた比較吸水性樹脂粒子(1)の物性を表1~3に示す。
表1~3より、次のことが分かる。実施例1~3の吸水性樹脂(1)~(3)は、膨潤ゲル圧縮率が3%以上であり、薄型吸収性物品において使用時に吸水部の膨らみが抑えられる吸収性物品を提供し得る吸水性樹脂であるといえる。一方、比較例1の比較吸水性樹脂(1)は、膨潤ゲルの厚みであるD1およびD2の絶対値は小さいが、膨潤ゲル圧縮率(%)はマイナスであり、荷重前の厚みD1よりも荷重後の厚みD2の方がむしろ大きい。また、表3に示すように、比較例1の比較吸水性樹脂(1)は、吸収シートに使用すると、実施例1~3に比べて、荷重後の吸収シートが分厚くなっている。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂および吸収体は、薄型吸収性物品において使用時に吸水部の膨らみが抑えられる吸収性物品を提供し得る。それ故、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂および吸収体は、紙オムツ(幼児用、成人用)、生理用ナプキン、失禁パッド等の吸収性物品の吸収体用途に、好適に利用できる。
10 :膨潤ゲル圧縮率の測定装置
11 :セル
12 :ピストン
13 :シャーレ
14 :錘
15 :底部
16 :吸水性樹脂
20 :評価用吸収シート
21 :粘着テープ
22 :吸水性樹脂散布領域
23 :不織布
11 :セル
12 :ピストン
13 :シャーレ
14 :錘
15 :底部
16 :吸水性樹脂
20 :評価用吸収シート
21 :粘着テープ
22 :吸水性樹脂散布領域
23 :不織布
Claims (1)
- 粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、下記(式1)で表される膨潤ゲル圧縮率が3%以上である、吸水性樹脂:
膨潤ゲル圧縮率[%]=(D1-D2)/D1×100 (式1)
(ここで、D1は、直径59mmのピストンと、メッシュ状の底部を備えた内径60mmのセルと、を備え、該底部に前記吸水性樹脂1.0gが散布されたセルを、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を入れたシャーレ内に載置して、該吸水性樹脂に該0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を5分間吸収させたときの、該吸水性樹脂が成す膨潤ゲル層の厚み[mm]であり、D2は、該セルを目開き4750μmの篩上に設置して、該膨潤ゲル層に0.7psiの荷重が掛かるように、該ピストンの上に錘を載せて該セルを10秒間静置後に該錘を取り外す操作を10回繰り返した後の、該吸水性樹脂が成す該膨潤ゲル層の厚み[mm]である。)。
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