JP2023513062A - 高吸水性樹脂の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は2020年10月29日付韓国特許出願第10-2020-0142300号および2021年10月27日付韓国特許出願第10-2021-0144931号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
重合開始剤および内部架橋剤の存在下で、少なくとも一部が中和された酸性基を有する水溶性エチレン系不飽和単量体を架橋重合して、前記水溶性エチレン系不飽和単量体の架橋重合体を含む含水ゲル重合体を形成する段階(段階1);
前記含水ゲル重合体を乾燥、粉砕、および分級して、ベース樹脂粉末を得る段階(段階2);
第1表面架橋剤の存在下で、第1温度に昇温させながら前記ベース樹脂粉末を1次表面架橋する段階(段階3);および
第2表面架橋剤の存在下で、第2温度で前記1次表面架橋されたベース樹脂粉末を2次表面架橋して、高吸水性樹脂粒子を形成する段階(段階4);を含み、
前記第1温度は180℃以上であり、前記第2温度は120~150℃であり、
前記第2表面架橋剤は、前記第1表面架橋剤より大きい重量平均分子量を有し、前記第2温度で共有結合形成が可能なエポキシ系化合物を含む。
発明の一実施形態による製造方法において、段階1は含水ゲル状重合体を製造する段階である。
R1-COOM
R1は、不飽和結合を含む炭素数2~5のアルキル基であり、
Mは、水素原子、1価または2価金属、アンモニウム基または有機アミン塩である。
その次に、段階2は前記段階1で製造した含水ゲル重合体を乾燥、粉砕および分級してベース樹脂を製造する段階である。
その次に、段階3は、第1表面架橋剤の存在下で、第1温度に昇温させながら前記ベース樹脂粉末、または選択的に再造粒体正常粒子が含まれているベース樹脂粉末を1次表面架橋する段階である。
その次に、段階4は、前記段階3で製造した1次表面架橋されたベース樹脂粉末を、第2表面架橋剤の存在下で第2温度で2次表面架橋反応させて高吸水性樹脂を製造する段階である。
R1、R2およびR3は、それぞれ独立して、水素または炭素数1~6のアルキル基であり、
ROは、炭素数2~4のオキシアルキレン基であり、
M1は、水素または1価金属または非金属イオンであり、
Xは、-COO-、炭素数1~5のアルキルオキシ基または炭素数1~5のアルキルジオキシ基であり、
mは、1~100の整数であり、
nは、1~1000の整数であり、
pは1~150の整数であり、前記pが2以上である場合、二つ以上繰り返される-RO-は互いに同一であるか異なってもよい。
0.9AUL下落率=[(A-B)/A]
Aは、アンチケーキング処理前高吸水性樹脂の0.9AULであって、EDANA法442.0-96の方法によって0.9psi加圧下で1時間アンチケーキング処理前の高吸水性樹脂を膨潤させた後に測定した加圧下吸水能であり、
Bはアンチケーキング処理された高吸水性樹脂の0.9AULであって、高吸水性樹脂100重量部およびアンチケーキング剤としてヒュームドシリカ0.0005~0.001重量部、より具体的には0.001重量部を、30秒~1分間、より具体的には1分間、200rpmで乾式混合する方法でアンチケーキング処理を行った後、EDANA法442.0-96の方法によって0.9psi加圧下で1時間前記アンチケーキング処理された高吸水性樹脂を膨潤させた後に測定した加圧下吸水能である)
製造例
アクリル酸100重量部、31.5%苛性ソーダ(NaOH)126.8重量部、水46重量部、下記の成分を混合して単量体組成物を製造した。
-重合開始剤:ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(光重合開始剤)0.008重量部(80ppmw)および過硫酸ナトリウム(熱重合開始剤)0.12重量部(1200ppmw)
実施例1
前記製造例で製造したベース樹脂粉末100重量部を基準にして水4重量部、メタノール3重量部、第1表面架橋剤としてエチレンカーボネート(重量平均分子量=88.06g/mol)1.5重量部およびヒュームドシリカ0.05重量部の比率で混合して1次表面架橋液を準備した。
前記製造例で製造したベース樹脂粉末100重量部を基準にして水3重量部、メタノール3.5重量部、第1表面架橋剤としてエチレンカーボネート(重量平均分子量=88.06g/mol)1重量部、ヒュームドシリカ0.03重量部の比率で混合して1次表面架橋液を準備した。
前記製造例で製造したベース樹脂粉末100重量部を基準にして水4重量部、メタノール3.5重量部、第1表面架橋剤として1,3-プロパンジオール(重量平均分子量=79.09g/mol)0.2重量部、シュウ酸0.15重量部、ヒュームドシリカ0.01重量部の比率で混合して1次表面架橋液を準備した。
前記製造例で製造したベース樹脂粉末100重量部を基準にして水4重量部、メタノール3.5重量部、第1表面架橋剤として1,3-プロパンジオール(重量平均分子量=79.09g/mol)0.4重量部、シュウ酸0.23重量部、ヒュームドシリカ0.04重量部の比率で混合して1次表面架橋液を準備した。
前記実施例1で1次表面架橋のみを行うことを除いては、前記実施例1と同様な方法で行って高吸水性樹脂を製造した。
前記実施例2で1次表面架橋のみを行うことを除いては、前記実施例2と同様な方法で行って高吸水性樹脂を製造した。
前記比較例1で1次表面架橋液内エチレンカーボネートの含量を1.8重量部に増量したことを除いては、前記比較例1と同様な方法で行って高吸水性樹脂を製造した。
前記製造例で製造したベース樹脂粉末100重量部を基準にして水3重量部、エポキシ系表面架橋剤としてエチレングリコールジグリシジルエーテル(重量平均分子量=174.19g/mol、沸点:266.8℃(at 1 atm))0.02重量部および50重量%濃度のポリカルボン酸水溶液(ACYMA-GKTM、(株)イージス社製)0.1重量部を混合して1次表面架橋液を準備した。
前記実施例1で第2表面架橋液を1次表面架橋完了後反応系の温度が110℃に低下した時投入し、2次表面架橋のための反応温度を110℃から80℃に-1.5℃/分の冷却速度で低下させながら行うことを除いては、前記実施例1と同様な方法で行って高吸水性樹脂を製造した。
前記実施例1の2次表面架橋液製造時、エポキシ系第2表面架橋剤としてエチレングリコールジグリシジルエーテルの代わりに1,3-ブタジエンジエポキシド(重量平均分子量:86.01g/mol)を使用することを除いては、前記実施例1と同様な方法で行って高吸水性樹脂を製造した。
前記実施例2で1次表面架橋後、前記1次表面架橋されたベース樹脂100重量部に対して、水3重量部、PEG600(沸点200℃(at 1 atm)))0.03重量部および50%濃度のポリカルボン酸水溶液0.1重量部を混合して製造した第2表面架橋液を投入し、180℃の温度で総反応時間50分間2次表面架橋反応を行うことを除いては、前記実施例2と同様な方法で行って高吸水性樹脂を製造した。
前記実施例1の2次表面架橋液製造時、エポキシ系第2表面架橋剤としてエチレングリコールジグリシジルエーテルの代わりに硫酸アルミニウム(Mw:342.15g/mol)0.05重量部を使用することを除いては、前記実施例1と同様な方法で行って高吸水性樹脂を製造した。
前記実施例および比較例で得られた高吸水性樹脂に対して下記方法によって吸収関連諸般物性を測定した。
遠心分離保水能(CRC)は、EDANA法 WSP 241.3の方法によって測定された。
CRC(g/g)={[W4(g)-W3(g)]/W0(g)}-1
W0(g)は、300μm~600μmの粒径を有する高吸水性樹脂の初期重量(g)であり、
W3(g)は、高吸水性樹脂を使用せず、遠心分離機を使用して250Gで3分間脱水した後に測定した装置重量であり、
W4(g)は、常温で0.9重量%の生理食塩水に300μm~600μmの粒径を有する高吸水性樹脂を30分間浸水して吸収させた後、遠心分離機を使用して250Gで3分間脱水した後に、高吸水性樹脂を含んで測定した装置重量である。
前記実施例および比較例で製造した高吸水性樹脂に対してアンチケーキング処理前後、0.9AULをそれぞれ測定し、その結果からアンチケーキング処理後加圧吸水能の下落率を計算した。
AUL(g/g)=[W6(g)-W5(g)]/W0(g)
W0(g)は、高吸水性樹脂の初期重量(g)であり、
W5(g)は、高吸水性樹脂の重量および前記高吸水性樹脂に荷重を付与することができる装置重量の総合であり、
W6(g)は、荷重(0.9psi)下で1時間前記高吸水性樹脂に生理食塩水を吸収させた後に、高吸水性樹脂の重量および前記高吸水性樹脂に荷重を付与することができる装置重量の総合計である。
0.9AUL下落率=[(A-B)/A]
Aは、アンチケーキング処理前高吸水性樹脂の0.9AULであって、EDANA法442.0-96の方法によって0.9psi加圧下で1時間前記アンチケーキング処理前の高吸水性樹脂を膨潤させた後測定した加圧下吸水能であり、
Bは、アンチケーキング処理された高吸水性樹脂の0.9AULであって、高吸水性樹脂100重量部およびアンチケーキング剤(anti-caking agent)としてヒュームドシリカ0.0005~0.001重量部を30秒~1分間200rpmで乾式混合する方法でアンチケーキング処理をした後、EDANA法442.0-96の方法によって0.9psi加圧下で1時間前記アンチケーキング処理された高吸水性樹脂を膨潤させた後測定した加圧下吸水能である)
Claims (15)
- 重合開始剤および内部架橋剤の存在下で、少なくとも一部が中和された酸性基を有する水溶性エチレン系不飽和単量体を架橋重合して、前記水溶性エチレン系不飽和単量体の架橋重合体を含む含水ゲル重合体を形成する段階;
前記含水ゲル重合体を乾燥、粉砕、および分級して、ベース樹脂粉末を得る段階;
第1表面架橋剤の存在下で、第1温度に昇温させながら前記ベース樹脂粉末を1次表面架橋する段階;および
第2表面架橋剤の存在下で、第2温度で前記1次表面架橋されたベース樹脂粉末を2次表面架橋して高吸水性樹脂粒子を形成する段階;を含み、
前記第1温度は180℃以上であり、前記第2温度は120℃~150℃であり、
前記第2表面架橋剤は前記第1表面架橋剤より大きい重量平均分子量を有し、前記第2温度で共有結合形成が可能なエポキシ系化合物を含む、
高吸水性樹脂の製造方法。 - 前記第1表面架橋剤に対する第2表面架橋剤の重量平均分子量の比が1.8以上である、請求項1に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記第1表面架橋剤は、多価アルコールおよびアルキレンカーボネートからなる群より選択される1種以上の化合物を含む、請求項1または2に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記第1表面架橋剤は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,3-ヘキサンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、2,5-ヘキサンジオール、2-メチル-1,3-ペンタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、トリプロピレングリコールおよびグリセロールからなる群より選択される1種以上を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記1次表面架橋時、無機充填剤および有機酸のうちの1種以上がさらに投入される、請求項1から4のいずれか一項に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記無機充填剤は、シリカ、ヒュームドシリカ、クレー、アルミナ、シリカ-アルミナ複合材、チタニア、亜鉛酸化物、およびシリケートからなる群より選択される1種以上を含む、請求項5に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記有機酸は、シュウ酸、酢酸、乳酸、クエン酸、フマル酸、酒石酸、およびマレイン酸からなる群より選択される1種以上を含む、請求項5に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記第2表面架橋剤は分子内エポキシド官能基を二つ以上含み、常圧条件で沸点が150℃以上であるエポキシ系化合物を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記第2表面架橋剤は、エチレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジ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、ヘキサンジオ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、トリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールトリ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、およびポリエチレングリコールジグリシジルエーテルからなる群より選択される1種以上のエポキシ系化合物を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記2次表面架橋時、ポリカルボン酸またはその塩がさらに投入される、請求項1から9のいずれか一項に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記1次表面架橋は、前記第1温度への昇温後、第1温度を維持する1次維持工程をさらに含み、
前記1次維持工程は、前記1次表面架橋が行われる全体時間に対して50%以上の時間行われる、請求項1から10のいずれか一項に記載の高吸水性樹脂の製造方法。 - 前記第1温度は180~200℃である、請求項1から11のいずれか一項に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記2次表面架橋時、前記1次表面架橋されたベース樹脂粉末の温度が140~150℃である時に第2表面架橋剤を投入し、120~130℃の温度まで冷却速度-1.5~-2.0℃/分で冷却させて2次表面架橋を行う、請求項1から12のいずれか一項に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 少なくとも一部が中和された酸性基を有する水溶性エチレン系不飽和単量体の架橋重合体を含むベース樹脂粉末;および前記ベース樹脂粉末上に位置する表面架橋層;を含み、
前記表面架橋層は、前記架橋重合体の一部が第1表面架橋剤を媒介として追加架橋された第1架橋重合体;および前記架橋重合体の残りが第2表面架橋剤を媒介として追加架橋された第2架橋重合体を含み、
前記第2表面架橋剤は、前記第1表面架橋剤より大きい重量平均分子量を有し、120~150℃で共有結合形成が可能なエポキシ系化合物を含み、
下記数式1によって計算される0.9AUL下落率が0.05以下である、高吸水性樹脂:
[数式1]
0.9AUL下落率=[(A-B)/A]
上記数式1中、
Aは、アンチケーキング処理前高吸水性樹脂の0.9AULであって、EDANA法442.0-96の方法によって0.9psi加圧下で1時間、アンチケーキング処理前の高吸水性樹脂を膨潤させた後に測定した加圧下吸水能であり、
Bは、アンチケーキング処理された高吸水性樹脂の0.9AULであって、高吸水性樹脂100重量部およびアンチケーキング剤としてヒュームドシリカ0.0005~0.001重量部を30秒~1分間200rpmで乾式混合する方法でアンチケーキング処理を行った後、EDANA法442.0-96の方法によって0.9psi加圧下で1時間前記アンチケーキング処理された高吸水性樹脂を膨潤させた後に測定した加圧下吸水能である。 - 前記高吸水性樹脂は、EDANA法WSP241.3によって測定した遠心分離保水能が30g/g以上である。請求項14に記載の高吸水性樹脂。
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