JP4476768B2 - 吸水性樹脂体及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、紙おむつ、生理用ナプキン等の衛材材料分野、農林業分野、土木分野等において幅広く利用されている吸水性樹脂体及びその製造方法の関する。特に、高い吸水倍率を必要とする紙おむつ、生理用ナプキン等の衛材材料分野向けの吸水性樹脂体及びその製造方法に関し、更に詳しくは、加圧下及び無加圧下の吸水倍率に優れる吸水性樹脂体及びその製造方法に関する。
近年、合成高分子の1種として、大量の水を吸収してゲル化する吸水性樹脂が開発され、紙おむつ、生理用ナプキン等の衛材分野、農林業分野、土木分野等に幅広く利用されている。この様な吸水性樹脂として例えば、ポリアクリル酸部分中和物架橋体(例えば特許文献1参照)、澱粉−アクリロニトリルグラフト重合体の加水分解物(例えば特許文献2参照)、澱粉−アクリル酸グラフト重合体の中和物(例えば特許文献3参照)、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体の鹸化物(例えば特許文献4参照)、アクリロニトリル共重合体もしくはアクリルアミド共重合体の加水分解物(例えば特許文献5参照)など多くが知られている。
上記の吸水性樹脂が備えるべき特性としては、従来より、体液等の水性液体に接した際の高い吸水倍率や優れた吸収速度、通液性、膨潤ゲルのゲル強度、水性液体を含んだ基材から水を吸い上げる吸引量等が求められている。しかしながら、これらの特性間の関係は必ずしも正の相関関係を示さず、例えば、吸水倍率の高いものほど通液性、ゲル強度、吸収速度等の物性は低下してしまう傾向にあった。
そこで、このような吸水性樹脂の吸水諸特性をバランス良く改良する方法として吸水性樹脂の表面近傍を架橋する技術が知られており、これまでに様々な方法が提案されている。
例えば、架橋剤として、多価アルコールを用いる方法(例えば特許文献6、7参照)、多価グリシジル化合物、多価アジリジン化合物、多価アミン化合物、多価イソシアネート化合物を用いる方法(例えば特許文献8参照)、グリオキサールを用いる方法(例えば特許文献9参照)、多価金属を用いる方法(例えば特許文献10、11参照)、シランカップリング剤を用いる方法(例えば特許文献12、13、14参照)等が知られている。
また架橋反応時に、架橋剤を吸水性樹脂表面により均一に分布させ、均一な表面架橋を行う試みとして架橋剤の添加時に、不活性無機粉末を存在させる方法(例えば特許文献15、16参照)、二価アルコールを存在させる方法(例えば特許文献17参照)、水とエーテル化合物とを存在させる方法(例えば特許文献18参照)、リン酸を存在させる方法(例えば特許文献19参照)等も知られている。
また、上記方法の応用例として残留モノマーを低減させる目的で特定組成の中和単量体を上記架橋剤と混合し加熱処理しながら表面架橋する方法(例えば特許文献20、21)も知られている。
しかし、これらの方法によって吸水性樹脂の諸物性のバランスは改良がなされるものの未だに十分とは言い難く、更なる高品質化が求められている。特に近年の傾向である、吸水性樹脂を多量に使用し薄型化された衛生用品における吸収体に用いられる吸水性樹脂の必要特性を考えた場合、上記の従来方法では、まだまだ十分な物性レベルにまで到達していないのが現状である。
また近年、平均寿命の上昇に伴い高齢者向けの紙おむつの需要が増している。高齢者向けの紙おむつにおいては乳幼児向け比べ、紙おむつにかかる荷重が大きいこと、また、一回当たりの排泄量が多いことより、「装着時により重い荷重がかかっても十分な吸収能力を発揮できるような高荷重下での優れた吸水倍率」を有する吸水性樹脂がより強く求められている。
特開昭55−84304号公報 特公昭49−43395号公報 特開昭51−125468号公報 特開昭52−14689号公報 特公昭53−15959号公報 特開昭58−180233号公報 特開昭61−16903号公報 特開昭59−189103号公報 特開昭52−117393号公報 特開昭51−136588号公報 特開昭61−257235号公報 特開昭61−211305号公報 特開昭61−252212号公報 特開昭61−264006号公報 特開昭60−163956号公報 特開昭60−255814号公報 特開平1−292004号公報 特開平2−153903号公報 特表平8−508517号公報 特開平6−122707号公報 特開平6−122708号公報
衛生材料用途の吸水性樹脂として備えるべき性能として、様々の性能のなかでも無加圧下、加圧下における高い吸水性能があげられる。しかしこれらの特性は負の相関関係にあり無加圧の吸水性能と加圧下の吸水性能を共に高い水準とすることは従来は困難であった。
一方で近年、紙おむつ等の吸収性物品はその使用感、及び機能性の問題から薄型化が進み、吸収層に使用する吸水性樹脂の使用量が増大する傾向にある(例えば特開平2000−463参照)。しかしながら他方では、吸水性樹脂の主な用途である衛生材料用途においては、吸水性組成物の更なる薄型化及びコストダウン等に対応するためにも、吸水性樹脂の使用量の低減を行うことが望まれており、その解決の手段として吸水性樹脂の吸水性能の向上が求められている。
本発明の目的は、紙おむつ、生理用ナプキン、失禁パッド等の衛生材料に好適に用いることの出来る、従来達成困難であった加圧下及び無加圧下における高い吸水性能を有する吸水性樹脂体または、吸水性樹脂組成物を提供すること及び、本発明の吸水性樹脂体を安価な方法で簡便に製造できる製造方法を提供することにある。
本発明者らは前記課題を解決するため鋭意検討した結果、粒子内の中和率の分布に特定の構造を持つことを特徴とする吸水性樹脂体が優れた吸水性能を示すことを見出した。また、カルボキシル基に対し縮合型架橋剤となる化合物を含有し、少なくとも1種類の不飽和カルボン酸アンモニウム塩が50mol%を越え100mol%以下、不飽和カルボン酸アルカリ金属塩が0mol%以上50mol%未満の単量体成分から吸水性樹脂体を製造することによって、無加圧の吸水性能を犠牲にすることなく加圧下吸水性能の良い吸水性樹脂体を製造することが出来ることを見いだすことにより、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は次からなる。
[1]ポリマー分子鎖中における繰り返し単位のうち、50mol%以上がカルボキシル基含有単位からなる吸水性樹脂体であって、樹脂体中心部のカルボキシル基中和率が60mol%以上であり、樹脂体外表面のカルボキシル基中和率が50mol%以下であり、ポリマー分子鎖中におけるカルボキシル基中和塩のうち50mol%以上がアンモニウム塩であることを特徴とする吸水性樹脂体。
[2]樹脂体中心部よりも中和率の低い部分が樹脂体外表面から13μm以上の幅で存在する、スキン構造を特徴とする前記[1]に記載の吸水性樹脂体。
[3]0.8psiの加圧下における吸水倍率が22倍以上であることを特徴とする前記[1]あるいは[2]に記載の吸水性樹脂体。
[4]粒度分布が40μm〜1000μmである粉末粒子状の吸水性樹脂であることを特徴とする前記[3]に記載の吸水性樹脂体。
[5]単量体溶液に対し、1分子中に不飽和基を2個以上もつ化合物(D)を添加した後、次にカルボキシル基に対して縮合型架橋剤となる化合物(C)を添加、重合、乾燥、粉砕した後に、加熱処理をすることを特徴とする吸水性樹脂の製造方法で、かつ前記単量体溶液に(C),(D)を添加した混合物が以下の(3)から(5)を満たすもの。
(3)少なくとも1種類の不飽和カルボン酸アンモニウム塩(A)、不飽和カルボン酸アルカリ金属塩(B)及びカルボキシル基に対して縮合型架橋剤となる化合物(C)と不飽和型架橋剤となる化合物(D)を含む。
(4)不飽和カルボン酸アンモニウム塩(A)の比率が全不飽和カルボン酸中の50mol%を越え100mol%以下であり、不飽和カルボン酸アルカリ金属塩(B)の比率が全不飽和カルボン酸中の0mol%以上50mol%未満である。
(5)カルボキシル基に対して縮合型架橋剤となる化合物(C)の含有率が全単量体成分の重量に対して、0.01重量%以上20重量%以下であり、不飽和型架橋剤となる化合物(D)を全単量体成分に対し0.005mol%以上1mol%以下含有する。
[6]加熱処理を100〜250℃で行うことを特徴とする前記[5]に記載の吸水性樹脂体の製造方法。
]不飽和カルボン酸塩(A)および(B)が(メタ)アクリル酸塩であることを特徴とする前記[5]または]のいずれかに記載の吸水性樹脂体の製造方法。
[8]乾燥が乾燥温度を90〜140℃の範囲で行うことを特徴とする[5]〜[7]のいずれかに記載の吸水性樹脂の製造方法。
本発明の吸水性能は、無加圧の吸水性能を高レベルで保ったままで加圧下でも良好な吸水性能を示し、紙おむつなどの衛生材料用途などに好適である。
また、本発明の製造方法では、従来、無加圧と加圧下の吸水倍率のバランスがよい樹脂を製造するために行われていた表面架橋処理工程を経ることなく、加圧下吸水性能の優れた樹脂を簡便に製造できるため非常に有益である。
以下、本発明を実施例を用いて更に詳細に説明する。
本発明の吸水性樹脂体は、ポリマー分子鎖中における繰り返し単位の50mol%以上がカルボキシル基含有単位からなる吸水性樹脂体であって、樹脂体中心部のカルボキシル基中和率が60mol%以上であり、樹脂体外表面のカルボキシル基中和率が50mol%以下である吸水性樹脂体である。
ポリマー分子鎖中における繰り返し単位のうちのカルボキシル基含有単位は、50mol%以上であることが必要であり、吸水性能の点から好ましくは80mol%以上、さらに好ましくは90mol%以上である。
本発明の吸水性樹脂体を構成するカルボキシル基含有単量体としては、アクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、クロトン酸、フマル酸、ソルビン酸、けい皮酸、それらの無水物、不飽和カルボン酸単量体の中和塩等が挙げられる。
ポリマー分子鎖中のカルボキシル基は部分中和されていることが好ましく、塩基としては、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属、アミン類もしくはアンモニアのうちの少なくとも1種類が挙げられる。塩基の種類としては、アンモニアを含む少なくとも1種類以上で部分中和されることが好ましく、アンモニア単独で部分中和されることが最も好ましい。本発明の吸水性樹脂体は、中和率が樹脂体内部で分布構造を持つ。すなわち樹脂体中心部のカルボキシル基中和率が60mol%以上、好ましくは65mol%以上、最も好ましくは70mol%以上であり、樹脂体外表面のカルボキシル基中和率が50mol%以下、好ましくは45mol%以下、最も好ましくは40mol%以下である。樹脂体中心部の中和率が上記の数値であると無加圧における吸水倍率の低下が起こりにくく好ましい。また、樹脂体外表面の中和率が上記の数値であると加圧下の吸水倍率が低下しにくく好ましい。
本発明の要件である樹脂体内部での中和率の分布構造は、樹脂体外表面と樹脂体中心部の中和率を赤外吸光分析法の一つである顕微ATR法によって測定することにより求めることができる。樹脂体外表面とは当該樹脂体の外部に露出している部分を言い、樹脂体中心部とは当該樹脂体の樹脂体外表面から最も深い部分を言う。樹脂体外表面の中和率の測定は顕微ATR法にて直接樹脂体外表面を測定し、樹脂体中心部の測定は、例えばウルトラミクロトーム(Reichert製 ULTRACUT N)を用いることにより樹脂体を割断して中心部を露出させてから顕微ATR法にて測定する。測定装置は例えばBio−Rad社製 FTS−575などを用いることができる。
カルボン酸及びカルボキシレートの組成比を規定する指標として、1695cm−1(カルボン酸νC=0 ベースライン1774〜1616cm−1)および1558cm−1(カルボキシレートνCOO ベースライン1616〜1500cm−1)のピーク面積比(1695/1558cm−1)を計算する。別途、全カルボン酸の10mol%,30mol%,50mol%,70mol%,90mol%,100mol%をアンモニアで中和した部分架橋ポリアクリル酸を標準サンプルとして測定し、作成した検量線より組成比を求める。
本発明における吸水性樹脂体の好ましい1つの態様によれば、樹脂体中心部より中和率の低い部分が樹脂体表層に存在する構造を、樹脂体外表面から13μm以上の幅で持つことを特徴とする。ここで樹脂体中心部より中和率の低い部分が樹脂体表層に存在する構造をスキン構造とする。本発明の樹脂体におけるスキン構造の幅は13μm以上、好ましくは19μm以上である。スキン構造の幅が13μm以上の場合、加圧下の吸水性能が向上するため好ましい。
該樹脂体に存在するスキン構造の幅は、IRイメージング測定により測定することが出きる。樹脂体を厚さ2μmの切片にウルトラミクロトーム(Reichert製 ULTRACUT N)を用いて切り出して、IR透過法の要領で測定する。切り出したサンプルの全部位を測定する。樹脂体の切り出しは当該樹脂体において、表面層からの最深部が測定できるように切り出す。IRイメージング測定に用いる装置はPerkin Elmer社製 Spot−Lightなどである。カルボン酸及びカルボキシレートの組成比を規定する指標として、1695cm−1(カルボン酸νC=0 ベースライン1774〜1616cm−1)および1558cm−1(カルボキシレートνCOO ベースライン1616〜1500cm−1)のピーク面積比(1695/1558cm−1)を計算し、Total吸光度イメージをBand Raitoイメージへ変換する。スキン構造の幅は、表面層から表面層のBand Raito値より40%下がった点までとする。
本発明の吸水性樹脂体は、加圧下の吸水倍率を高めるために、ポリマー分子鎖中におけるカルボキシル基中和塩のうち50mol%以上がアンモニウム塩であることが好ましい。より好ましくは70mol%以上がアンモニウム塩であり、最も好ましくは100mol%がアンモニウム塩である。
本発明の吸水性樹脂体の形状は、本発明の趣旨に変更を加える物で無ければ特に限定される物ではなく、吸水性樹脂組成物に広く用いられている球形粒子状粉末、不定形粒子状粉末、短繊維状、長繊維状、シート状などがあげられる。衛生材料分野における使用形態においてパルプとの混合のしやすさなどの取り扱い状の簡便性から、球形粒子状粉末もしくは不定形粒子状粉末は好ましく、その粒度分布は40μm〜1000μmであることが好ましい。さらに好ましくは50μm〜900μmであり、最も好ましくは100〜850μmである。粒径が著しく小さい場合は微紛となり、飛散しやすくなるなど使用の際に問題となる。また、大きい場合は吸水速度の低下、吸収体物品中の吸水性樹脂体の偏りなどが問題となる。
本発明の吸水性樹脂体にさらに消臭剤、抗菌剤、香料、各種の無機粉末、発泡剤、顔料、染料、親水性短繊維、肥料、酸化剤、還元剤、水、塩類等を添加し、これにより、吸水剤に種々の機能を付与させ、吸水性樹脂組成物とすることもできる。
本発明の吸水性樹脂体の製造方法は、特に限定されないが、不飽和カルボン酸塩単量体の共重合により得られる樹脂体を、加熱処理する方法が上げられる。加熱処理においては、不飽和カルボン酸単量体の共重合物を中和したもの、もしくは、ニトリル基、アミド基を含有するポリマーを加水分解することによりカルボキシル基を含有する中和された樹脂体を製造して後述の加熱処理をしてもかまわない。カルボン酸塩含有樹脂体を本発明の吸水性樹脂体の構造へ処理するその他の方法としては、均一に中和された樹脂体の表層を酸処理することによりイオン交換させる方法、中和率の異なる2種類のモノマーを用いて層構造になるように重合する方法などがあげられるが、前述の不飽和カルボン酸塩単量体の共重合により得られる樹脂体を加熱処理する方法が好ましい。即ち、少なくとも1種類の不飽和カルボン酸アンモニウム塩(A)、不飽和カルボン酸アルカリ金属塩(B)及びカルボキシル基に対して縮合型となる化合物(C)を含む単量体水溶液を重合、乾燥、粉砕した後に、あるいは重合、粉砕、乾燥した後に、加熱処理する。
不飽和カルボン酸アンモニウム塩(A)としては、アクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、クロトン酸、フマル酸、ソルビン酸、けい皮酸のアンモニウム塩が好ましく、特に、(メタ)アクリル酸のアンモニウム塩が好ましい。
不飽和カルボン酸アルカリ金属塩(B)としては、アクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、クロトン酸、フマル酸、ソルビン酸、けい皮酸のアルカリ金属塩が好ましく、特に、(メタ)アクリル酸のアルカリ金属塩が好ましい。不飽和カルボン酸アルカリ金属塩(B)におけるアルカリ金属の種類としてはリチウム、ナトリウム、カリウムなどがある。
不飽和カルボン酸アンモニウム塩(A)と不飽和カルボン酸アルカリ金属塩(B)はその組成において、(A)が50mol%を越え100mol%以下、(B)が0mol%以上50mol%未満になるように調製する。
本発明の樹脂体には全官能基中の50mol%以上がカルボン酸基となる範囲内であれば、その他の単量体を共重合してもよい。共重合してもよい不飽和単量体としては(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、クロトン酸、ソルビン酸、けい皮酸、それらの無水物、ビニルスルフォン酸、アリルスルフォン酸、スチレンスルフォン酸、ビニルトルエンフルフォン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルフォン酸、2−(メタ)アクリロイルエタンスルフォン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンスルフォン酸、2−ヒドロキシルエチルアクリロイルオフォスフェート、2−ヒドロキシルエチルメタクリロイルフォスフェート、フェニル−2−アクリロイロキシエチルフォスフェート、ビニルリン酸などのアニオン性不飽和単量体およびその塩、アクリルアミド、メタアクリルアミド、N−エチル(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、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、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、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクレリート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、N−ビニルピロリドン、N−アクリロイルピペジリン、N−アクリロイルピロリジンなどのノニオン性の親水性基含有不飽和単量体が挙げられる。
また、本発明の吸水性樹脂体を得るために、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、酢酸ビニルなどの様に重合後の官能基の加水分解によって、吸水性樹脂を形成する親水性単量体を用いて重合してもよい。また、併用できる疎水性単量体としては、スチレン、塩化ビニル、ブタジエン、イソブテン、エチレン、プロピレン、ステアリル(メタ)アクリレート、 ラウリル(メタ)アクリレートなどが挙げられ、これらの中で1種類、もしくは2種類以上を添加することができる。
吸水性樹脂を架橋する方法としては、例えば、縮合型架橋剤を用いて樹脂中の官能基と反応して架橋される方法、重合性の架橋剤を用いて不飽和単量体と共重合することにより架橋する方法、樹脂に電子線や放射線を照射することで架橋する方法等が上げられ、好ましくは縮合型架橋を用いる方法、最も好ましくは樹脂の官能基と反応する縮合型架橋剤(C)の共存下で、重合性の架橋剤(D)と不飽和単量体を共重合する方法である。
カルボキシル基に対する縮合型架橋剤(C)としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリンポリグリシジルエーテル、ジグリセリン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等のグリシジルエーテル化合物;(ポリ)グリセリン、(ポリ)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、ポリオキシエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの多価アルコール類;エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、ポリエチレンイミン、ヘキサメチレンジアミンなどの多価アミン類;亜鉛、カルシウム、マグネシウム、アルミニウムなどの多価イオンなどが挙げられ、これらの架橋剤は2種以上用いてもよい。
不飽和単量体重合性の架橋剤(D)とは、重合時に架橋剤となる1分子中に不飽和基を2個以上持つ化合物であり、具体的には、ジエチレングリコールジアクリレート、N,N‘−メチレンビスアクリルアミド、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ペンタエリスリトールジアクリレートモノステアレート、ビスフェノールジアクリレート、イソシアヌル酸ジアクリレート、テトラアリルオキシエタン、ジアリルオキシ酢酸塩などが挙げられ、これら架橋剤は2種以上用いてもよい。
単量体溶液の溶媒は溶解性に優れたものであれば特に限定されない。特に好ましくは水単独であるが、エタノール、メタノール、アセトンなどの親水性溶媒を単独もしくは複数混合して使用しても良い。また、必要に応じて塩化ナトリウムなどの塩類、pHコントロールを目的としたアンモニアなどの塩基性化合物、逆相懸濁重合の際には懸濁剤を添加しても良い。
不飽和単量体の重合方法は特に限定されず、(水)溶液重合、逆層懸濁重合、噴霧重合、ベルト重合など一般に広く用いられている方法が適用できる。
重合開始方法も特に限定されず、ラジカル重合開始剤による重合、放射線、電子線などの照射による重合、光増感剤による紫外線重合を行うこともできる。かかるラジカル重合に用いられる開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウムなどの過硫酸塩;過酸化水素;クメンハイドロパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、過酢酸などの有機化酸化物、などの公知の開始剤が挙げられる。酸化性ラジカル重合開始剤を用いる場合はL−アスコルビン酸、ロンガリットなどの還元剤を併用してもよい。重合開始前に予め単量体溶液中の脱酸素操作を行うことは好ましい。具体的な方法として、十分な時間の不活性ガスによるバブリングにより溶存酸素を取り除く方法があげられる。また、反応器内雰囲気も窒素、ヘリウムなどの不活性ガスに置換されていることが好ましい。
重合反応器内は減圧、常圧、加圧のいずれであっても良い。重合開始温度は通常0〜50℃で行う。重合開始温度で好ましいのは10〜40℃である。重合反応中の反応器内の温度は成り行きに任せてもよく、外部から冷却もしくは加熱により温度制御を行ってもよい。単量体溶液の濃度は10〜70%が好ましく、経済的、反応制御のしやすさなどの観点からは30〜50%が最も好ましい。
重合反応後、含水ゲル状の物質が生成する。樹脂を粒子状にするには、この含水ゲル状物質を解砕してから乾燥させ、乾燥後に数百μm程度にまで粉砕し造粒する。もしくは上記含水ゲルを解砕しながら同時に、乾燥後の粒径が最適な大きさになるまで粉砕した後、乾燥させる方法があげられる。粒度分布は40μm〜1000μmに収まることが好ましく、特に好ましくは50μm〜900μm、更に好ましくは100〜850μmである。粉砕方法としては特に制限されるものではなく、従来公知の方法を適宣用いることができる。逆相懸濁重合の場合は乾燥後に適度な大きさに篩い分けする。
乾燥方法としては特に限定されるものはなく、通常真空乾燥、熱風乾燥が用いられる。乾燥温度は70℃〜180℃の範囲が好ましく、特に好ましくは90〜140℃である。多段昇温してもよい。乾燥温度は低すぎると乾燥時間に時間がかかりすぎるため経済的でなく、高すぎると吸水性樹脂の分解が起こるため吸水性能の低下を招く。
樹脂体の形状は特に限定される物ではないが、いずれの場合も加熱処理する前段階で形状が完成していることが望ましい。
樹脂体の外表層の中和率が内部の中和率よりも低くなるための好ましい方法は、前記記載の製造方法で得られた樹脂体の加熱処理である。加熱処理は、乾燥終了後に連続的に同じ装置内で加熱しても良く、乾燥工程とは独立の工程としても良い。加熱条件は樹脂体の吸水性能を劣化させる条件で無ければ特に限定されるものではなく、中和率の分布構造およびスキン構造の幅によって適時設定される。加熱温度は100〜250℃の範囲であり、好ましくは120〜200℃である。また、樹脂体中の中和率の分布構造および吸水性能の面から加熱温度は乾燥温度よりも10〜150℃高い温度で行われることは好ましく、30〜100℃高い温度で行われることは更に好ましい。加熱時間は10分〜5時間である。樹脂体の内部の中和率が60mol%以上であること、外表層の中和率は50mol%以下の範囲内になるように上記の加熱温度、加熱時間から適宜選択される。
以下に本発明の具体的な実施例および比較例を示すが、本発明は下記の実施例に限定されない。
(1)樹脂体外表面と内部の中和率の測定方法
(i)測定装置
測定装置はBio−Rad社製 FTS−575を用いた。
(ii)測定条件
顕微ATR法(結晶板Ge 1回反射)、
Back Ground:Air 常温測定、
アパーチャー:50×50μm、
積算回数:100回
測定によって得られたスペクトルデータから1695cm−1(カルボン酸νC=0 ベースライン1774〜1616cm−1)および1558cm−1(カルボキシレートνCOO ベースライン1616〜1500cm−1)のピーク面積比(1695/1558cm−1)を求める。
(iii)検量線の作成
検量線作成用試料として全カルボン酸の10mol%,30mol%,50mol%,70mol%,90mol%,100mol%をアンモニアで中和した部分架橋ポリアクリル酸を用いた。検量線試料を割断し、中心部分を顕微ATR法にて1試料につき5回実施。−COOH/−COOピーク面積比より検量線(5次多項式近似曲線)を作成した。割断はウルトラミクロトーム(Reichert社製 ULTRACUT N)にて行った。
(iv)サンプルの測定
検量線試料と同様に測定を行った。測定試料の粒子径は300〜700μmであった。樹脂体外表面はATR法で直接測定し、樹脂体中心部はウルトラミクロトームにて割断を行ってからATR法にて測定を行った。樹脂体外表面は1試料につき3回、樹脂体中心部は1試料につき5回測定を行い、その平均値を測定結果とした。
(2)スキン構造の幅の測定;IRイメージング測定法
(i)前処理
粒径300〜500μmの樹脂体をウルトラミクロトーム(Reichert社製 ULTRACUT N)にて樹脂体の中心部分を測定できるように割断し、厚さ約2μmに切片を作成した。この切片をNaCl結晶板上に平滑に固定し、顕微IRイメージング測定装置にセットした。
(ii)測定装置
IRイメージング測定はPerkin Elmer社製 Spot−Lightを用い、顕微透過法にて行った。
(iii)測定条件
測定スポット径:6.25×6.25μm、
積算回数:4回、
測定雰囲気:Dry Air、
前処理後、30分以内に測定を行った。
(iv)IRスペクトル解析
測定によって得られたスペクトルデータから1695cm−1(カルボン酸νC=0 ベースライン1774〜1616cm−1)および1558cm−1(カルボキシレートνCOO ベースライン1616〜1500cm−1)のピーク面積比(1695/1558cm−1)を計算し、Total吸光度イメージをBand Raitoイメージへ変換し、測定サンプルの外表面が全て内部よりも中和率が低いことを確認した。また、このBand Raitoイメージを断面方向でラインプロファイルをとり、表面層のBand Raito値より40%下がった点までの幅を測定し、スキン構造の幅とした。
(3)吸水性能測定方法;加圧下吸水法
底面に250メッシュのナイロン網を貼ったアクリル製の円筒形器具(外径35.0mm、内径24.5mm、高さ30mm、重さ D(g))に、吸水性樹脂 E(g)(約0.16g)を均一になるように入れ、重りとして0.0psiでは何ものせないが、0.3psiでは99.3g、0.8psiでは278.3gの分銅(外径24.5mm)をのせる。SUS製シャーレ(内径120mm)に生理食塩水を60cc入れ、円筒形器具を中に1時間置く。所定時間経過後、紙製タオルにて水切りを行い、天秤で器具全体の重量F(g)測定を行う。吸水倍率は次式にて求める。
吸水倍率(g/g)=(F(g)−D(g)−分銅の重さ(g))/E(g)
(4)吸水性能測定方法;Tea bag法
不織布製のティーバック式袋(7×9cm)に吸水性樹脂A(g)(約0.5g)を均一に入れ、液温25℃の生理食塩水500ccに1時間浸漬する。所定時間後にティーバック式袋を引き上げ、10分間自然に水切りを行った後にティーバック式袋の重量B(g)を測定する。ブランクとして同様の操作を、吸水性樹脂を加えずにティーバック式袋のみで行い、重量C(g)を計測する。吸水倍率を次式より求める。
吸水倍率(g/g)=(B(g)−C(g))/A(g)
(製造例1)
(アクリル酸の中和によるアクリル酸アンモニウムの調製)
アクリル酸は和光純薬製、試薬特級品を使用した。試薬アクリル酸100gを水91.02gに溶解した。この水溶液を氷浴にて冷却し、液温30℃以下に保ちながら、25重量%のアンモニア水溶液117.94gを攪拌しながら徐々に加え40重量%のアクリル酸アンモニウム水溶液を得た。
(製造例2)
(アクリルニトリルの加水分解によるアクリル酸アンモニウムの調製)
(1)生体触媒の調製
ニトリラーゼ活性を有するアシネトバクター エスピー AK226(FERM BP−2451)を塩化ナトリウム0.1%、リン酸2水素カリウム0.1%、硫酸マグネシウム7水和物0.05%、硫酸鉄7水和物0.005%、硫酸マンガン5水和物0.005%、硫酸アンモニウム0.1%、硝酸カリウム0.1%(いずれも重量%)を含む水溶液をpH=7に調製した培地で、栄養源としてアセトニトリル0.5重量%を添加し、30℃で好気的に培養した。これを30mMリン酸バッファー(pH=7.0)にて洗浄し菌体懸濁液(乾燥菌体15重量%)を得た。続いてアクリルアミド、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、5%N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン水溶液、菌体懸濁液、30mMリン酸緩衝液の混合液に、2.5%過硫酸カリウム水溶液を混合して重量物を得た。最終的な組成は、乾燥菌体濃度3%、30mMリン酸バッファー(pH=7)52%、アクリルアミド18%、メチレンビスアクリルアミド1%、5%N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン水溶液12%、2.5%過硫酸カリウム水溶液14%(何れも重量%)とした。該重合物を約1×3×3mm角の粒子に裁断し固定化菌体を得た。この固定化菌体を30mMリン酸バッファー(pH=7)で洗浄し固定化菌体触媒(以下生体触媒)を調製した。
(2)生体触媒による加水分解
内容積500mlの三角フラスコに蒸留水400gを入れ、これに前述の生体触媒1g(乾燥菌体0.03gに相当)を金網かごに入れたものを液中にセットし、ゴム栓で封をした後、恒温水槽に浸けて内温を20℃に保ち、スターラーで攪拌した。
アクリロニトリルを間欠的に2重量%分フィード(アクリロニトリル濃度は0.5重量%以上で管理)し、アクリル酸アンモニウムの蓄積反応を行ったところ30重量%まで蓄積できた。
得られたアクリル酸アンモニウム水溶液は無色透明であった。また、同一条件で反応液を5L作製し、UF膜(旭化成ペンシル型モジュールSIP−0013)による精製操作を行ったところ、目詰まり等の現象は見られず、全液を処理することができ、高純度30重量%アクリル酸アンモニウム水溶液を得た。この水溶液にメトキシキノン200ppm加え、遮光減圧下にて40重量%まで濃縮し重合に使用した。
(製造例3)
(アクリル酸の中和によるアクリル酸ナトリウムの調製)
アクリル酸は和光純薬製、試薬特級品を使用した。試薬アクリル酸100gを水81.6gに溶解した。この水溶液を氷浴にて冷却し、液温30℃以下に保ちながら、40.5重量%NaOH水溶液137.1gを攪拌しながら徐々に加え40重量%のアクリル酸ナトリウム水溶液を得た。
実施例1
300mlセパラブルフラスコに製造例1の40重量%アクリル酸アンモニウム水溶液を90g、N,N’−メチレンビスアクリルアミドを0.0187g添加する。フラスコは30℃に液温が保たれるようにウォーターバスに浴す。水溶液を窒素ガスでバブリングすることにより脱気し、反応系中を窒素置換した。次に42重量%グリセリン水溶液をシリンジにて0.86g添加、よく攪拌した後にそれぞれ1gの水に溶かした30重量%過酸化水素水溶液0.0917gとロンガリット0.0415gを添加し重合を開始する。内部温度は30℃から開始して反応開始10分で100℃まで上昇する。その後、内部温度が70℃に保たれるように水浴にて3時間加熱する。その後、セパラフラスコよりゲルを取り出し粗解砕を行ってから100℃にて真空乾燥機を用いて乾燥させる。乾燥終了後、ホモジナイザーにて粉砕し、篩い分けにて100〜850μmを回収する。これをイナートオーブンにて窒素雰囲気下で15分間、180℃で加熱する。以上の様にして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(1)とする。
吸水性樹脂体(1)の樹脂体外表面の中和率と樹脂体中心部の中和率を測定した結果と吸水測定の結果を表1に示す。
実施例2
300mlセパラブルフラスコに製造例1の40重量%アクリル酸アンモニウム水溶液を90g、N,N’−メチレンビスアクリルアミドを0.0187g添加する。フラスコは30℃に液温が保たれるようにウォーターバスに浴す。水溶液を窒素ガスでバブリングすることにより脱気し、反応系中を窒素置換した。次に42重量%グリセリン水溶液をシリンジにて0.86g添加、よく攪拌した後にそれぞれ1gの水に溶かした30重量%過酸化水素水溶液0.0917gとロンガリット0.0415gを添加し重合を開始する。内部温度は30℃から開始して反応開始10分で70℃まで上昇する。その後、内部温度が70℃に保たれるように水浴にて3時間加熱する。その後、セパラフラスコよりゲルを取り出し粗解砕を行ってから100℃にて真空乾燥機を用いて乾燥させる。乾燥終了後、ホモジナイザーにて粉砕し、篩い分けにて100〜850μmを回収する。これをイナートオーブンにて窒素雰囲気下で30分間、170℃で加熱する。このようにして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(2)とする。
吸水性樹脂体(2)の樹脂体外表面の中和率と樹脂体中心部の中和率を測定した結果とIRイメージングにより求めたスキン構造幅の測定結果、及び吸水測定の結果を表1に示す。また、IRイメージングを行ったサンプルの顕微鏡写真を図1に、IRイメージング測定において図1の破線に沿って行った1695/1558cm−1ピーク面積比を数値化したラインプロファイルの結果を図2に示す。
実施例3
300mlフラスコに試薬アクリル酸(和光純薬製、試薬特級品)97.66g、水126.55g、25重量%アンモニア水81.35gを氷冷しながら、液温が30℃を越えないようにゆっくり添加した。さらに活性炭7.8gを加え遮光下1時間攪拌し、活性炭を濾別除去したものを90%中和アクリル酸アンモニウム水溶液とした。
300mlセパラブルフラスコに90%中和アクリル酸アンモニウム水溶液を90g、N,N‘−メチレンビスアクリルアミドを0.0198g添加する。フラスコは30℃に液温が保たれるようにウォーターバスに浴す。水溶液を窒素ガスでバブリングすることにより脱気し、反応系中を窒素置換した。次に42重量%グリセリン水溶液をシリンジにて0.86g添加、よく攪拌した後にそれぞれ1gの水に溶かした30重量%過酸化水素水溶液 0.0953gとロンガリット 0.0419gを添加し重合を開始する。内部温度は30℃から開始して反応開始5分後に102℃まで上昇した。その後、内部温度が70℃に保たれるように水浴にて3時間加熱する。その後、セパラフラスコよりゲルを取り出し粗解砕を行ってから100℃にて4時間、窒素雰囲気のイナートオーブンを用いて乾燥させる。乾燥終了後、ホモジナイザーにて粉砕し、篩い分けにて100〜850μmを回収する。これをイナートオーブンにて窒素雰囲気下で30分間、170℃で加熱する。このようにして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(3)とする。
吸水性樹脂体(3)の樹脂体外表面の中和率と樹脂体中心部の中和率を測定した結果と吸水測定の結果を表1に示す。
実施例4
300mlフラスコに試薬アクリル酸(和光純薬製、試薬特級品)88.64g、水107.05g、25重量%アンモニア水57.43gを氷冷しながら、液温が30℃を越えないようにゆっくり添加した。さらに活性炭7.1gを加え遮光下1時間攪拌し、活性炭を濾別除去したものを70%中和アクリル酸アンモニウム水溶液とした。
300mlセパラブルフラスコに70%中和アクリル酸アンモニウム水溶液を90g、N,N’−メチレンビスアクリルアミドを0.0198g添加する。フラスコは30℃に液温が保たれるようにウォーターバスに浴す。水溶液を窒素ガスでバブリングすることにより脱気し、反応系中を窒素置換した。次に42重量%グリセリン水溶液をシリンジにて0.86g添加、よく攪拌した後にそれぞれ1gの水に溶かした30重量%過酸化水素水溶液 0.0953gとロンガリット 0.0419gを添加し重合を開始する。内部温度は30℃から開始して反応開始5分後に105℃まで上昇した。その後、内部温度が70℃に保たれるように水浴にて3時間加熱する。その後、セパラフラスコよりゲルを取り出し粗解砕を行ってから100℃にて4時間、窒素雰囲気のイナートオーブンを用いて乾燥させる。乾燥終了後、ホモジナイザーにて粉砕し、篩い分けにて100〜850μmを回収する。これをイナートオーブンにて窒素雰囲気下で20分間、170℃で加熱する。このようにして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(4)とする。
吸水性樹脂体(4)の樹脂体外表面の中和率と樹脂体中心部の中和率を測定した結果と吸水測定の結果を表1に示す。
実施例5
300mlセパラブルフラスコにアクリル酸19.6g、水15.2g、28重量%のアンモニア水溶液8.7gを添加する。フラスコは30℃に液温が保たれるようにウォーターバスに浴す。水溶液を窒素ガスでバブリングすることにより脱酸素し、反応系中を窒素置換した。次に64重量%グリセリン水溶液を3.1gシリンジにて添加、よく攪拌した後、それぞれ1gの水に溶かした過硫酸アンモニウム 0.0413gとL−アスコルビン酸 0.0005gを添加し重合を開始する。内部温度は30℃から開始して反応開始から5分で75℃まで上昇する。最高到達温度記してから5分後に内部温度が75℃に保たれるように水浴にて3時間加熱する。所定時間経過後、セパラブルフラスコよりゲルを取り出し粗解砕を行ってから100℃にて真空乾燥機を用いて乾燥させる。乾燥終了後、ホモジナイザーにて粉砕し、篩い分けにて100〜850μmを回収する。これをイナートオーブンにて窒素雰囲気下で5時間、150℃で加熱する。以上のようにして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(5)とする。吸水性樹脂体(5)の吸水測定の結果を表2に示す。
実施例6
300mlセパラブルフラスコに製造例1の40重量%アクリル酸アンモニウム水溶液を90g、エチレングリコールジメタクリレートを0.0250g添加する。フラスコは30℃に液温が保たれるようにウォーターバスに浴す。水溶液を窒素ガスでバブリングすることにより脱酸素し、反応系中を窒素置換した。次に50重量%グリセリン水溶液を2.1gシリンジにて添加、よく攪拌した後、それぞれ1gの水に溶かした30重量%過酸化水素水溶液 0.0917gとロンガリット 0.0415gを添加し重合を開始する。内部温度は30℃から開始して反応開始から10分で100℃まで上昇する。最高到達温度記してから5分後に内部温度が75℃に保たれるように水浴にて3時間加熱する。所定時間経過後、セパラブルフラスコよりゲルを取り出し粗解砕を行ってから100℃にて真空乾燥機を用いて乾燥させる。乾燥終了後、ホモジナイザーにて粉砕し、篩い分けにて100〜850μmを回収する。これをイナートオーブンにて窒素雰囲気下で60分間、150℃で加熱する。以上のようにして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(6)とする。吸水性樹脂体(6)の吸水測定の結果を表2に示す。
実施例7
300mlセパラブルフラスコに製造例1の40重量%アクリル酸アンモニウム水溶液を90g、エチレングリコールジメタクリレートを0.0248g添加する。フラスコは30℃に液温が保たれるようにウォーターバスに浴す。水溶液を窒素ガスでバブリングすることにより脱酸素し、反応系中を窒素置換した。次に50重量%エチレングリコール水溶液を0.72gシリンジにて添加、よく攪拌した後、それぞれ1gの水に溶かした過硫酸アンモニウム 0.0615gとL−アスコルビン酸 0.0007gを添加し重合を開始する。内部温度は30℃から開始して反応開始から10分で70℃まで上昇する。最高到達温度記してから5分後に内部温度が75℃に保たれるように水浴にて3時間加熱する。所定時間経過後、セパラブルフラスコよりゲルを取り出し粗解砕を行ってから100℃にて真空乾燥機を用いて乾燥させる。乾燥終了後、ホモジナイザーにて粉砕し、篩い分けにて100〜850μmを回収する。これをイナートオーブンにて窒素雰囲気下で30分間、170℃で加熱する。以上のようにして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(7)とする。吸水性樹脂体(7)の吸水測定の結果を表2に示す。
実施例8
製造例2の生体触媒により得られたアクリル酸アンモニウム40重量%水溶液90gに、架橋剤としてN,N’−メチレンビスアクリルアミド0.0187gを加え溶解した。この溶液を300mlセパラブルフラスコに移し、攪拌しながら30℃で30分間窒素パージを行った。ここにジエチレングリコール0.414gを加え、さらにロンガリット0.0414gを加え、続いて30重量%の過酸化水素水溶液0.092gを加え重合を開始した。開始から5分後から温度が上昇し、最高温度は100℃まで達した。1時間重合を行った後、含水ゲルを5mm角程度に解砕し、窒素雰囲気過のイナートオーブン中で100℃で2時間乾燥した。乾燥ポリマーをホモジナイザーで粉砕後、イナートオーブン中100℃でさらに2時間乾燥した。乾燥後のポリマーを106〜850μmに分級した。その後170℃で30分間加熱を行った。以上のようにして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(8)とする。吸水性樹脂体(8)の吸水測定の結果を表2に示す。
実施例9
製造例2の生体触媒により得られたアクリル酸アンモニウム40重量%水溶液90gに、架橋剤としてN,N’−メチレンビスアクリルアミド0.0187gを加え溶解した。この溶液を300mlセパラブルフラスコに移し、攪拌しながら30℃で30分間窒素パージを行った。ここにトリエチレングリコール0.587gを加え、さらにロンガリット0.0414gを加え、続いて30重量%の過酸化水素水溶液0.092gを加え重合を開始した。開始から3分後から温度が上昇し、最高温度は105℃まで達した。1時間重合を行った後、含水ゲルを5mm角程度に解砕し、窒素雰囲気過のイナートオーブン中で100℃で2時間乾燥した。乾燥ポリマーをホモジナイザーで粉砕後、イナートオーブン中100℃でさらに2時間乾燥した。乾燥後のポリマーを106〜850μmに分級した。その後170℃で30分間加熱を行った。以上のようにして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(9)とする。吸水性樹脂体(9)の吸水測定の結果を表2に示す。
実施例10
製造例2の生体触媒により得られたアクリル酸アンモニウム40重量%水溶液90gに、架橋剤としてN,N’−メチレンビスアクリルアミド0.0187gを加え溶解した。この溶液を300mlセパラブルフラスコに移し、攪拌しながら30℃で30分間窒素パージを行った。ここにエリスリトール0.263gを加え、さらにロンガリット0.0414gを加え、続いて30重量%の過酸化水素水溶液0.092gを加え重合を開始した。開始から1分後から温度が上昇し、最高温度は102℃まで達した。1時間重合を行った後、含水ゲルを5mm角程度に解砕し、窒素雰囲気過のイナートオーブン中で100℃で2時間乾燥した。乾燥ポリマーをホモジナイザーで粉砕後、イナートオーブン中100℃でさらに2時間乾燥した。乾燥後のポリマーを106〜850μmに分級した。その後170℃で30分間加熱を行った。以上のようにして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(10)とする。吸水性樹脂体(10)の吸水測定の結果を表2に示す。
実施例11
300mlフラスコに試薬アクリル酸(和光純薬製、試薬特級品)118.18g、水168.51g、30重量%のNaOH水溶液を16.03g、25重量%アンモニア水109.38gを氷冷しながら、液温が30℃を越えないようにゆっくり添加した。
300mlセパラブルフラスコに上記単量体水溶液を90g、N,N’−メチレンビスアクリルアミドを0.0378g添加する。フラスコは30℃に液温が保たれるようにウォーターバスに浴す。水溶液を窒素ガスでバブリングすることにより脱気し、反応系中を窒素置換した。次に42重量%グリセリン水溶液をシリンジにて0.86g添加、よく攪拌した後にそれぞれ1gの水に溶かした30重量%過酸化水素水溶液 0.0953gとロンガリット 0.0419gを添加し重合を開始する。内部温度は30℃から開始して反応開始5分後に105℃まで上昇した。その後、内部温度が70℃に保たれるように水浴にて3時間加熱する。その後、セパラフラスコよりゲルを取り出し粗解砕を行ってから100℃にて4時間、窒素雰囲気のイナートオーブンを用いて乾燥させる。乾燥終了後、ホモジナイザーにて粉砕し、篩い分けにて100〜850μmを回収する。これをイナートオーブンにて窒素雰囲気下で30分間、170℃で加熱する。このようにして得られた吸水性樹脂体を吸水性樹脂体(11)とする。
吸水性樹脂体(11)の吸水測定の結果を表2に示す。
比較例1
300mlセパラブルフラスコに40重量%のアクリル酸アンモニウム水溶液を171.13g、アクリル酸18.53gと水35.34gを加え、38重量%のアクリル酸アンモニウム/アクリル酸=75/25水溶液を得た。活性炭7.8gを加え遮光下1時間攪拌した。活性炭を濾別後、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0.0968gを加え溶解した。この溶液90gを300mlセパラブルフラスコに移し、攪拌しながら30℃で30分間窒素パージを行った。ここに亜硫酸水素ナトリウム0.018gを加え、続いて過硫酸アンモニウム0.0276gを加えた。1時間重合を行った後、ポリマーを5mm程度に粉砕し、窒素雰囲気のイナートオーブン中で150℃で1時間乾燥した。乾燥ポリマーをホモジナイザーで粉砕後106μm〜850μmに分級した。分級したポリマー100部に、プロピレングリコール2部、水3部、イソプロピルアルコール30部を混合した後、150℃で60分間加熱処理した。以上の様にして得られた樹脂体を比較吸水性樹脂体(1)とする。
比較吸水性樹脂体(1)の樹脂体外表面の中和率と樹脂体中心部の中和率を測定した結果とIRイメージングにより求めたスキン構造幅の測定結果、及び吸水測定の結果を表1に示す。
比較例2
試薬アクリル酸(和光純薬製、試薬特級品)28.32gを水52.96gに溶解した。この水溶液を氷浴にて冷却し、液温30℃以下に保ちながら、25重量%のアンモニア水溶液18.35gを攪拌しながら徐々に加え、40重量%のアクリル酸アンモニウム/アクリル酸=70/30水溶液を得た。このアクリル酸アンモニウム/アクリル酸=70/30水溶液90gを10℃にし、窒素パージを30分行った後、炭酸アンモニウム0.72g、トリアリルアミン0.147gを加えた。開始剤として、過硫酸アンモニウム0.1387gと30重量%過酸化水素水0.0322g、L−アスコルビン酸0.0016gを加えた。1時間重合後解砕し、窒素雰囲気のイナートオーブンにて120℃で2時間乾燥した。乾燥後、ポリマー100部に、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.25部、水2部、エタノール2部を混合した後、120℃で60分間加熱処理した。以上の様にして得られた樹脂体を比較吸水性樹脂体(2)とする。
比較吸水性樹脂体(2)の樹脂体外表面の中和率と樹脂体中心部の中和率を測定した結果とIRイメージングにより求めたスキン構造幅の測定結果、及び吸水測定の結果を表1に示す。
比較例3
試薬アクリル酸(和光純薬製、試薬特級品)28.32gを水52.96gに溶解した。この水溶液を氷浴にて冷却し、液温30℃以下に保ちながら、25重量%のアンモニア水溶液18.35gを攪拌しながら徐々に加え、40重量%のアクリル酸アンモニウム/アクリル酸=70/30水溶液を得た。このアクリル酸アンモニウム/アクリル酸=70/30水溶液90gを10℃にし、窒素パージを30分行った後、炭酸アンモニウム0.72g、トリアリルアミン0.147gを加えた。開始剤として、過硫酸アンモニウム0.1387gと30重量%過酸化水素水0.0322g、L−アスコルビン酸0.0016gを加えた。1時間重合後解砕し、窒素雰囲気のイナートオーブンにて150℃で1時間乾燥した。乾燥後、窒素雰囲気のイナートオーブンにて170℃で30分加熱した。以上の様にして得られた樹脂を比較吸水性樹脂体(3)とする。比較吸水性樹脂体(3)の吸水測定の結果を表2に示す。
比較例4
製造例3で得たアクリル酸ナトリウム水溶液67.75gを水13.35gに溶解した。このアクリル酸ナトリウム水溶液に、アクリル酸8.9gを加え、40重量%のアクリル酸ナトリウム/アクリル酸=70/30水溶液90gを得た。架橋剤としてN,N’−メチレンビスアクリルアミド0.0992gを加え溶解した。この溶液を300mlセパラブルフラスコに移し、攪拌しながら30℃で30分間窒素パージを行った。それぞれ1gの水に溶かしたL−アスコルビン酸 0.0007gと過硫酸アンモニウム 0.046gを添加し重合を開始する。3時間重合を行った後、含水ゲルを5mm角程度に解砕し、窒素雰囲気過のイナートオーブン中で150℃で1時間乾燥した。乾燥ポリマーをホモジナイザーで粉砕後、106〜850μmに分級した。分級したポリマー100部に、プロピレングリコール2部、水3部、イソプロピルアルコール30部を混合した後、170℃で30分間加熱処理した。以上の様にして得られた樹脂を比較吸水性樹脂体(4)とする。比較吸水性樹脂体(4)の吸水測定の結果を表2に示す。
比較例5
製造例1で得たアクリル酸アンモニウム水溶液54.73gに、アクリル酸17.71gと水43.1gを加え、40重量%のアクリル酸アンモニウム/アクリル酸=50/50水溶液90gを得た。活性炭1gを加え遮光下で1時間攪拌した。活性炭を濾別後、この溶液90gに架橋剤としてN,N’−メチレンビスアクリルアミド0.0992gを加え溶解した。この溶液を300mlセパラブルフラスコに移し、攪拌しながら30℃で30分間窒素パージを行った。それぞれ1gの水に溶かしたL−アスコルビン酸 0.0004gと過硫酸アンモニウム 0.046gを添加し重合を開始する。3時間重合を行った後、含水ゲルを5mm角程度に解砕し、窒素雰囲気過のイナートオーブン中で150℃で1時間乾燥した。乾燥ポリマーをホモジナイザーで粉砕後、106〜850μmに分級した。分級したポリマー100部に、プロピレングリコール2部、水3部、イソプロピルアルコール30部を混合した後、170℃で30分間加熱処理した。以上の様にして得られた樹脂を比較吸水性樹脂体(5)とする。比較吸水性樹脂体(5)の吸水測定の結果を表2に示す。
Figure 0004476768
Figure 0004476768
本発明の吸水性樹脂体およびその製造方法は、衛生材料等で用いられる高い加圧下吸水性能が要求される高吸水性樹脂の用途分野で好適に利用できる。
IRイメージングを行った試料切片の顕微鏡写真。破線は、測定を行ったラインを示す。 IRイメージング測定において図1の破線に沿って測定した1695/1558cm−1ピーク面積比を数値化したラインプロファイル。縦軸はピーク面積比、横軸は試料のライン上の測定位置を示す。

Claims (8)

  1. ポリマー分子鎖中における繰り返し単位のうち、50mol%以上がカルボキシル基含有単位からなる吸水性樹脂体であって、樹脂体中心部のカルボキシル基中和率が60mol%以上であり、樹脂体外表面のカルボキシル基中和率が50mol%以下であり、ポリマー分子鎖中におけるカルボキシル基中和塩のうち50mol%以上がアンモニウム塩であることを特徴とする吸水性樹脂体。
  2. 樹脂体中心部よりも中和率の低い部分が樹脂体外表面から13μm以上の幅で存在する、スキン構造を特徴とする請求項1に記載の吸水性樹脂体。
  3. 0.8psiの加圧下における吸水倍率が22倍以上であることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の吸水性樹脂体。
  4. 粒度分布が40μm〜1000μmである粉末粒子状の吸水性樹脂であることを特徴とする請求項3に記載の吸水性樹脂体。
  5. 単量体溶液に対し、1分子中に不飽和基を2個以上もつ化合物(D)を添加した後、次にカルボキシル基に対して縮合型架橋剤となる化合物(C)を添加、重合、乾燥、粉砕した後に、加熱処理をすることを特徴とする吸水性樹脂の製造方法で、かつ前記単量体溶液に(C),(D)を添加した混合物が以下の(3)から(5)を満たすもの。
    (3)少なくとも1種類の不飽和カルボン酸アンモニウム塩(A)、不飽和カルボン酸アルカリ金属塩(B)及びカルボキシル基に対して縮合型架橋剤となる化合物(C)と不飽和型架橋剤となる化合物(D)を含む。
    (4)不飽和カルボン酸アンモニウム塩(A)の比率が全不飽和カルボン酸中の50mol%を越え100mol%以下であり、不飽和カルボン酸アルカリ金属塩(B)の比率が全不飽和カルボン酸中の0mol%以上50mol%未満である。
    (5)カルボキシル基に対して縮合型架橋剤となる化合物(C)の含有率が全単量体成分の重量に対して、0.01重量%以上20重量%以下であり、不飽和型架橋剤となる化合物(D)を全単量体成分に対し0.005mol%以上1mol%以下含有する。
  6. 加熱処理を100〜250℃で行うことを特徴とする請求項5記載の吸水性樹脂の製造方法。
  7. 不飽和カルボン酸塩(A)(B)が(メタ)アクリル酸塩であることを特徴とする請求項5または6記載の吸水性樹脂の製造方法。
  8. 乾燥が乾燥温度を90〜140℃の範囲で行うことを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の吸水性樹脂の製造方法。
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