JP5219804B2 - 吸水性樹脂粒子の製造方法、およびそれにより得られる吸水性樹脂粒子 - Google Patents

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Description

本発明は、吸水性樹脂粒子の製造方法に関する。さらに詳しくは、衛生材料に使用される吸水剤に好適な特性として、適度な粒子径、狭い粒子径分布、強い粒子強度、優れた加圧下吸水能を有する吸水性樹脂粒子の製造方法、およびそれにより得られる吸水性樹脂粒子に関する。
吸水性樹脂は、近年、紙オムツや生理用品等の衛生用品、保水剤や土壌改良剤等の農園芸材料、および止水剤や結露防止剤等の工業資材など、種々の分野で広く使用されている。これらの分野の中でも、特に紙オムツや生理用品等の衛生用品に使用される事が多い。
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共重合体の中和物、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体のけん化物、ポリアクリル酸部分中和物等が知られている。
通常、吸水性樹脂に望まれる特性としては、高い吸水量、優れた吸水速度、吸水後の高いゲル強度等が挙げられる。特に、衛生材料用途の吸収体に使用される吸水性樹脂に望まれる特性としては、高い吸水量、優れた吸水速度、吸水後の高いゲル強度に加えて、優れた加圧下吸水能、適度な粒子径、狭い粒子径分布、吸収した物質の吸収体外部への逆戻りの少ないこと、吸収した物質の吸収体内部への拡散性に優れること等が挙げられる。
さらに、近年、使い捨て紙オムツ、生理用ナプキン等の衛生材料用途における吸収体の薄型化、および製造ラインのスピードアップにともない、吸水性樹脂粒子には、これまでに想定されなかった高い圧力や、強い衝撃にさらされても粒子が破壊しないこと、すなわち強い粒子強度が求められている。
例えば、使い捨て紙おむつ用の吸収体は、一般にドラムフォーマーと呼ばれる設備において、吸水性樹脂粒子と繊維状パルプを空気中で混合しつつ、金属メッシュ上に吸引して積層することで、吸収体が製造される。その後、吸収体は形状を保持し、強度を上げるため、ロールプレス等によって圧縮されるが、薄型吸収体の製造においては、従来よりも高加圧で圧縮されることに加え、パルプ使用量が低減されているために、吸水性樹脂粒子に大きな力がかかり、粒子の破壊が起こりやすい傾向にある。
さらに、生産性を上げるため、吸収体製造ラインのスピードアップが進むことにより、前記ドラムフォーマー内において、吸水性樹脂粒子が、金属メッシュ及びその周辺の支持板に衝突するスピードが高速化し、従来よりも強い衝撃を受けることによっても粒子が破壊されやすい傾向にある。
吸水性樹脂粒子の破壊が起こると、吸水性能が低下するため、衝突に対する粒子強度が高く、吸水性能が低下しない吸水性樹脂粒子が求められている。
吸水性樹脂は、主として、水溶性エチレン性不飽和単量体を逆相懸濁重合や水溶液重合することによって製造されている。しかし、従来の逆相懸濁重合法では、大きい粒子径の吸水性樹脂粒子が製造しにくく、衛生材料に好適とされる適度な粒子径が得られにくい、という欠点があった。
そこで、大きい粒子径の吸水性樹脂粒子を得るために、いくつかの製造技術が提案されている。例えば、逆相懸濁重合による製造方法において、第1段目モノマーの重合によって、吸水性樹脂粒子を生成した後、冷却し、界面活性剤を析出させた状態で、第1段目のポリマー粒子が懸濁した重合反応液に、再度、モノマーを添加し、これを重合させることによって、大きな吸水性樹脂粒子を得る方法(特許文献1)、第1段目モノマーの重合によって、吸水性樹脂粒子を生成した後、ポリマー粒子が懸濁した重合反応液に、再度、モノマーを添加し、これを重合させることによって第1段目ポリマー粒子を凝集させる方法(特許文献2)、第1段目モノマーの重合によって、吸水性樹脂粒子を生成した後、ポリマー粒子が懸濁した重合反応液に、HLB7以上の特定の界面活性剤を添加した後、再度、モノマーを添加し、これを重合させることによって、大きな吸水性樹脂粒子を得る方法(特許文献3)、第1段目モノマーの重合によって、吸水性樹脂粒子を生成した後、ポリマー粒子が懸濁した重合反応液に、無機粉末存在下、再度、モノマーを添加し、これを重合させることによって、大きな吸水性樹脂粒子を得る方法(特許文献4)等が提案されている。
しかしながら、これらの技術は、大きな粒子径の吸水性樹脂は得られるものの、適度な粒子径、狭い粒子径分布、強い粒子強度、優れた加圧下吸水能を充分に満足するものではなかった。
特開平3−227301号公報 特開平5−17509号公報 特開平9−12613号公報 特開平9−77810号公報
本発明の目的は、衛生材料用途での吸水剤として好適な特性として、適度な粒子径、狭い粒子径分布、強い粒子強度、優れた加圧下吸水能を有する吸水性樹脂粒子の製造方法、およびそれにより得られる吸水性樹脂粒子を提供することにある。
本発明は、(1)水溶性エチレン性不飽和単量体を、石油系炭化水素溶媒中、分散安定剤の存在下に第1段目の逆相懸濁重合反応を行なって、中位粒子径(d)が30〜130μmの球状の1次粒子を得る工程、(2)該重合反応液を冷却して、前記分散安定剤を析出させる工程、および(3)該重合反応液に、第2段目の水溶性エチレン性不飽和単量体を添加して、第2段目の逆相懸濁重合反応を行ない、1次粒子を凝集させて中位粒子径(D)が200〜500μmの2次粒子を得る工程、を含む、1次粒子の中位粒子径(d)と2次粒子の中位粒子径(D)が式、5d/3+150<D<5d+150の関係にある吸水性樹脂粒子の製造方法、および、前記方法により得られうる吸水性樹脂粒子に関する。
本発明によると、適度な粒子径、狭い粒子径分布、強い粒子強度、優れた加圧下吸水能を有する吸水性樹脂粒子を製造することができ、得られる吸水性樹脂粒子は薄型吸収体の製造においても、性能が低下することなく、好適に使用することができる。
本発明の製造方法は2段の逆相懸濁重合反応によって実施される。実施形態の一例として、以下に説明するが、かかる例示のみに限定されるものではない。
即ち、水溶性エチレン性不飽和単量体を逆相懸濁重合させて吸水性樹脂を製造する方法において、石油系炭化水素溶媒中、分散安定剤として界面活性剤の存在下、要すれば、分散安定剤として高分子系分散剤を併用して、第1段目の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を、要すれば、架橋剤の存在下、要すれば、水溶性増粘剤の存在下に、ラジカル重合開始剤を用い、攪拌下にて逆相懸濁重合反応を行なって、中位粒子径(d)が30〜130μmの球状の1次粒子を得た後、前記分散安定剤が析出状態となるように、該重合反応液を冷却し、第1段目の単量体100質量部に対して、好ましくは90〜200質量部の単量体と、ラジカル重合開始剤、要すれば架橋剤を含む第2段目の単量体水溶液を添加して、第2段目の逆相懸濁重合反応を行ない、1次粒子が凝集した2次粒子を形成させ、2次粒子の中位粒子径(D)が200〜500μmであり、かつ1次粒子の中位粒子径(d)と2次粒子の中位粒子径(D)の関係が式、5d/3+150<D<5d+150の範囲内にある2次粒子を得ることによって、適度な粒子径で、狭い粒子径分布、強い粒子強度を有する吸水性樹脂粒子が得られる。
使用する水溶性エチレン性不飽和単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸(本明細書においては「アクリル」および「メタアクリル」を合わせて「(メタ)アクリル」と表記する。以下同様)、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸および/またはそのアルカリ塩、(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、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、およびポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の非イオン性単量体、並びに、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、およびジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のアミノ基含有不飽和単量体やその4級化物等を挙げることができ、これらの群から選ばれる少なくとも1種を用いることができる。なかでも、アクリル酸、メタアクリル酸またはそのアルカリ塩、アクリルアミド、メタアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミドが好ましく用いられる。また2段目以降に用いる単量体成分が、1段目に用いる単量体成分と同種あるいは異種の単量体成分を用いてもよい。
水溶性エチレン性不飽和単量体は、通常、水溶液として用いることができる。単量体水溶液における単量体の濃度は、20質量%〜飽和濃度の範囲であることが好ましい。
水溶性エチレン性不飽和単量体は、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸のように酸基を有する場合、その酸基をアルカリ金属塩などのアルカリ性中和剤によって中和しておいても良い。このようなアルカリ性中和剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および水酸化アンモニウム等の水溶液を挙げることができる。これらアルカリ性中和剤は単独で用いても、併用してもよい。
アルカリ性中和剤による全酸基に対する中和度は、得られる吸水性樹脂粒子の浸透圧を高めることで吸収能力を高め、かつ余剰のアルカリ性中和剤の存在により、安全性などに問題が生じないようにする観点から、10〜100モル%の範囲が好ましく、30〜80モル%の範囲がより好ましい。
単量体水溶液に添加されるラジカル重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、および過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩類、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ト、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、および過酸化水素等の過酸化物類、並びに、2,2’−アゾビス〔2−(N−フェニルアミジノ)プロパン〕2塩酸塩、2,2’−アゾビス〔2−(N−アリルアミジノ)プロパン〕2塩酸塩、2,2’−アゾビス{2−〔1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル〕プロパン}2塩酸塩、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−〔1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル〕プロピオンアミド}、2,2’−アゾビス〔2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−プロピオンアミド〕、および4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)等のアゾ化合物等を挙げることができる。これらラジカル重合開始剤は、単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
ラジカル重合開始剤の使用量は、通常、単量体の総量に対して0.005〜1モル%である。使用量が0.005モル%より少ない場合、重合反応に多大な時間を要するので、好ましくない。使用量が1モル%を越える場合、急激な重合反応が起こるので、好ましくない。
なお、前記ラジカル重合開始剤は、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、硫酸第一鉄、およびL−アスコルビン酸等の還元剤を併用して、レドックス重合開始剤として用いることもできる。
また、吸水性樹脂粒子の吸水性能を制御するために、連鎖移動剤を添加してもよい。このような連鎖移動剤としては、次亜りん酸塩類、チオール類、チオール酸類、第2級アルコール類、アミン類などを例示することができる。
前記単量体水溶液に、必要に応じて架橋剤を添加して重合しても良い。重合反応前の単量体水溶液に添加する架橋剤(内部架橋剤)としては、例えば重合性不飽和基を2個以上有する化合物が用いられる。例えば、(ポリ)エチレングリコール[本明細書において、例えば、「ポリエチレングリコール」と「エチレングリコール」を合わせて「(ポリ)エチレングリコール」と表記する。以下同様]、(ポリ)プロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリンポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、および(ポリ)グリセリン等のポリオール類のジまたはトリ(メタ)アクリル酸エステル類、前記のポリオールとマレイン酸およびフマール酸等の不飽和酸類とを反応させて得られる不飽和ポリエステル類、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド等のビスアクリルアミド類、ポリエポキシドと(メタ)アクリル酸とを反応させて得られるジまたはトリ(メタ)アクリル酸エステル類、トリレンジイソシアネートやヘキサメチレンジイソシアネート等のポリイソシアネートと(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチルとを反応させて得られるジ(メタ)アクリル酸カルバミルエステル類、アリル化澱粉、アリル化セルロース、ジアリルフタレート、N,N’,N”−トリアリルイソシアヌレート、並びに、ジビニルベンゼン等が挙げられる。
また、内部架橋剤としては、重合性不飽和基を2個以上有する前記化合物に加えて、その他の反応性官能基を2個以上有する化合物を用いることができる。例えば、(ポリ)エチ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、および(ポリ)グリセリンジグリシジルエーテル等のグリシジル基含有化合物、(ポリ)エチレングリコール、(ポリ)プロピレングリコール、(ポリ)グリセリン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、ポリエチレンイミン、並びに、グリシジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これら内部架橋剤は2種類以上を併用してもよい。
内部架橋剤の添加量は、得られる吸水性樹脂粒子の吸収性能を十分に高める観点から単量体の総量に対して、1モル%以下とすることが好ましく、0.5モル%以下とすることがより好ましい。なお、内部架橋剤の添加が任意であるのは、単量体重合後から乾燥までのいずれかの工程において、粒子表面近傍の架橋を施すための架橋剤を添加することによっても、吸水性樹脂粒子の吸水能を制御することが可能なためである。
分散媒として用いられる石油系炭化水素溶媒としては、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタンおよびリグロイン等の脂肪族炭化水素、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、およびメチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素、並びに、ベンゼン、トルエン、およびキシレン等の芳香族炭化水素等を挙げることができる。なかでも、工業的に入手が容易であり、品質が安定しており、且つ安価であるため、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサンが好適に用いられる。これら石油系炭化水素溶媒は単独で用いてもよいし、2種以上の混合物を用いることもできる。
使用する分散安定剤としての界面活性剤は、例えば、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、およ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。
なかでも、単量体水溶液の分散安定性の面から、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、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油が好ましい。さらに、得られる凝集粒子の粒子径、粒子径分布および粒子強度の面から、ショ糖脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステルが最も好ましく使用される。これらの分散安定剤としての界面活性剤は、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、分散安定剤として、前記界面活性剤とともに、高分子系分散剤を併用してもよい。使用される高分子系分散剤としては、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EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン・ターポリマー)、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、エチレン・無水マレイン酸共重合体、エチレン・プロピレン・無水マレイン酸共重合体、ブタジエン・無水マレイン酸共重合体、酸化型ポリエチレン、エチレン・アクリル酸共重合体、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。なかでも、単量体水溶液の分散安定性の面から、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、酸化型ポリエチレン、エチレン・アクリル酸共重合体が好ましい。これらの高分子系分散剤は、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
1次粒子の形状は、真球状、楕円球状などの表面が円滑な球状の単粒子である。このような球状の吸水性樹脂粒子を得るために、一般的に分散安定剤のHLB(親水性親油性バランス)が指標となるが、使用される分散安定剤の種類によって、球状粒子が得られるHLBの範囲が異なるため、特に限定されない。
例えば、ショ糖脂肪酸エステルであれば、HLB5以下の範囲のものを使用することによって球状粒子が得られる。一次粒子が球状であれば、表面形状が円滑であるうえに、凝集した2次粒子が密に充填されやすいために衝撃を受けても破壊されにくく、粒子強度が高い吸水性樹脂粒子が得られる。
これらの分散安定剤の使用量は、石油系炭化水素溶媒中における、単量体水溶液の分散状態を良好に保ち、かつ使用量に見合う分散効果を得るため、第1段目の単量体水溶液100質量部に対して、0.1〜5質量部、好ましくは0.2〜3質量部とされる。
重合反応の反応温度は、使用するラジカル重合開始剤によって異なるが、通常20〜110℃、好ましくは40〜90℃である。反応温度が20℃より低い場合、重合速度が遅く、重合時間が長くなるので、経済的に好ましくない。反応温度が110℃より高い場合、重合熱を除去することが難しくなるので、円滑に反応を行なうことが困難となる。
本発明の製造方法における、第1段目重合時の1次粒子径の制御は、例えば、各種の攪拌翼を用いて、重合反応時の攪拌回転数を変更することによって行なうことができる。攪拌翼としては、例えば、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、フルゾーン翼(神鋼パンテック(株)製)、マックスブレンド翼(住友重機械工業(株)製)、スーパーミックス翼(サタケ化学機械工業(株)製)等を使用することが可能である。通常、同一種の撹拌翼であれば、撹拌回転数を高めるほど1次粒子径は小さくなる。
また、1次粒子径は、第1段目の単量体水溶液に増粘剤を添加して、水溶液粘度を変えることによっても調整できる。増粘剤としては、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸(部分)中和物、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、デキストリン、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド等を用いることができる。通常、撹拌回転数が同じであれば、単量体水溶液の粘度が高いほど1次粒子径は大きくなる。
これによって、中位粒子径(d)が、30〜130μmの球状の1次粒子が得られる。なかでも40〜120μmが好ましく、50〜110μmがさらに好ましく、50〜100μmが特に好ましく、本発明の効果が大きくなる。
このような中位粒子径の1次粒子を選択することで、2段目重合後において、1次粒子が密に凝集し、凝集強度が高く、適度な粒子径で、粒度分布が狭い2次粒子が得られる。
1次粒子の中位粒子径が、30μmより小さい場合は、2次粒径が小さくなりすぎ、粒度分布が広くなるため好ましくない。また、130μmより大きい場合は、2次粒径が大きくなりすぎるとともに、凝集強度が低くなるため好ましくない。
2次粒子径を制御する方法は、例えば、第1段目の水溶性エチレン性不飽和単量体に対する第2段目単量体の使用比率を変更することや、第1段目の重合後、冷却する温度を変更して、分散安定剤の析出の程度を変えることによっても調整できる。
本発明における、第2段目に用いる水溶性エチレン性不飽和単量体の添加量は、第1段目の単量体100質量部に対して、好ましくは90〜200質量部であり、より好ましくは、110〜180質量部、さらに好ましくは、120〜160質量部である。第2段目の水溶性エチレン性不飽和単量体の添加量が90質量部未満では、1次粒子の凝集に必要な単量体が不足するため、粒子径分布が広くなり、粒子の凝集強度が弱くなる傾向がある。また、添加量が200質量部を超える場合は、余分な単量体から、微粒子の重合体が生成するため、粒子径分布が広くなる傾向がある。
第1段目の重合反応液を冷却して分散安定剤を析出させる工程において、冷却温度は分散安定剤の析出温度が、その種類や溶媒種によって異なるため、特に限定されないが、通常、10〜50℃であり、析出することにより白濁が見られるため、目視または、濁度計により判定することができる。
本発明の製造方法によって得られる2次粒子の中位粒子径(D)は、200〜500μmの範囲であり、250〜450μmであることが好ましい。
2次粒子の中位粒子径が、200μmより小さい場合、吸収体等に使用された場合、液の拡散性を阻害する現象、すなわちゲルブロッキングが起こりやすく、粒子の移動により均一性が損なわれるため、好ましくない。500μmより大きい場合は、吸収体等に使用された場合、部分的に硬くなりやすく、柔軟性が損なわれるため、好ましくない。
さらに、2次粒子の中位粒子径(D)は、1次粒子の中位粒子径(d)に基づいて、式、5d/3+150<D<5d+150の範囲内である。
ここで、2次粒子径が前記範囲よりも小さい場合は、凝集させる1次粒子の個数が少ないため、1次粒子の粒子径分布の影響を受けやすく、2次粒子の粒子径分布が広くなるとともに、1次粒子が密に凝集しにくく、粒子強度が低くなるため、好ましくない。一方、2次粒子径が前記範囲よりも大きい場合は、凝集させる1次粒子の個数が多くなりすぎるため、均一な凝集が生じにくく、粒子径分布が広くなるため、好ましくない。
本発明においては、2段重合後から乾燥までの工程において、後架橋剤を添加して、後架橋処理を施すことにより、優れた加圧下吸水能を得ることができる。
このような後架橋剤としては、反応性官能基を2個以上有する化合物を挙げることができる。その例としては、(ポリ)エチレングリコールジ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、(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)グリセリンジグリシジルエーテル等のグリシジル基含有化合物、(ポリ)エチレングリコール、(ポリ)プロピレングリコール、(ポリ)グリセリン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、およびポリエチレンイミン等が挙げられる。これらの中でも、(ポリ)エチ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、および(ポリ)グリセリンジグリシジルエーテルが特に好ましい。これらの後架橋剤は、単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。
後架橋剤の添加量は、得られる吸水性樹脂粒子の吸水能を低下させず、かつ表面近傍の架橋密度を強めて加圧下吸水能を高める観点から、単量体の総量に対して、0.005モル%〜1モル%の範囲とすることが好ましく、0.05モル%〜0.5モル%の範囲とすることがより好ましい。
後架橋剤の添加時期は、2段重合後であればよく、特に限定されないが、吸水性樹脂の固形分100質量部に対し、1〜400質量部の範囲の水分存在下に添加されるのが好ましく、5〜200質量部の範囲の水分存在下に添加されるのがさらに好ましく、10〜100質量部の範囲の水分存在下に添加されるのが最も好ましい。このように、後架橋剤添加時の水分量をコントロールすることによって、より好適に、吸水性樹脂粒子の表面近傍における架橋を施すことで、優れた加圧下吸水能を達成することができる。
後架橋剤を添加する際には、必要に応じて溶媒として親水性有機溶媒を用いてもよい。この親水性有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、および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、メチルエチルケトン等のケトン類、ジエチルエーテル、ジオキサン、およびテトラヒドロフラン等のエーテル類、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類、並びに、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類等が挙げられる。これら親水性有機溶媒は、単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。
前記のように、重合後に後架橋処理された吸水性樹脂粒子は、さらに乾燥される。吸水性樹脂粒子の最終的な水分率は、20%以下であり、好ましくは5〜10%である。吸水性樹脂粒子の水分率が20%を超える場合は、粉体としての流動性が低くなるため好ましくない。
このようにして得られた本発明の吸水性樹脂粒子は、適度な粒子径を有するうえに、粒子径分布の均一度に優れ、粒子衝突試験後の粒子径保持率が高く、さらに加圧下吸水能、粒子衝突試験後の加圧下吸水能保持率に優れているため、吸収体やそれを用いた衛生材料に好適に使用される。
ここで、粒子径分布の均一度、粒子衝突試験後の粒径保持率、加圧下吸水能、粒子衝突試験後の加圧下吸水能保持率は、後述の実施例に記載されている測定方法にしたがって測定される。
吸水性樹脂粒子が、薄型吸収体用として使用される場合、大きな粒子が多ければ、圧縮後の吸収体が部分的に硬くなるため、好ましくなく、小さな粒子が多ければ、吸収体中で粒子が移動しやすく、均一性が損なわれるため、好ましくない。従って、粒子径分布は狭い方が好ましく、均一度としては小さい方が良い。このような理由から、粒子径分布の均一度は、1.2〜2.2の範囲が適しており、好ましくは1.2〜2.0の範囲であり、最も好ましくは1.2〜1.8の範囲である。
粒子衝突試験後の粒子径保持率は、高いものの方が、薄型吸収体に用いられた場合、粒子が破壊されにくく、粒子径分布の均一度が保たれるだけでなく、吸収体の品質が安定し、高性能を維持できるため、好ましくは80%以上、さらに好ましくは85%以上、最も好ましくは90%以上である。
また、加圧下吸水能は、高いものの方が、薄型吸収体に用いられた場合、荷重下における使用においても、液体を吸収することができるため、30ml/g以上であることが好ましく、33ml/g以上が、さらに好ましい。さらに、粒子衝突試験後の加圧下吸水能保持率は、高いものの方が、吸収体の性能を維持できるため、好ましくは80%以上、さらに好ましくは85%以上、最も好ましくは90%以上である。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
実施例1
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB3のショ糖ステアリン酸エステル(三菱化学フーズ(株)、リョートーシュガーエステルS−370)0.92g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.92gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行ったのち、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド9.2mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調製した。
攪拌機の回転数を450rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で30分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(なお、この重合後スラリーを120℃の油浴を用いて、水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は85μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液128.8gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液174.9gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.16g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド12.9mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約25℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、25℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、264.7gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液8.83gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子231.2gを得た。2次粒子の中位粒子径は332μm、水分率は6.3%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
実施例2
実施例1において、第2段目の重合時における単量体水溶液の組成を、80.5質量%のアクリル酸水溶液を174.8g、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液237.4g、過硫酸カリウム0.21g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド17.5mgに変更し、さらに第2段目重合後のn−ヘプタン還流による脱水量を313.9gとし、脱水後のエチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液量を10.7gとした以外は、実施例1と同様の操作を行ない、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子278.8gを得た。2次粒子の中位粒子径は468μm、水分率は5.6%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
実施例3
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB3のショ糖ステアリン酸エステル(三菱化学フーズ(株)、リョートーシュガーエステルS−370)0.92g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.92gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行ったのち、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド9.2mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調製した。
攪拌機の回転数を500rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で30分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(なお、この重合後スラリーを120℃の油浴を用いて水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は60μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液147.2gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液199.9gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.18g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド14.7mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約25℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、25℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、284.5gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液9.57gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子252.3gを得た。2次粒子の中位粒子径は384μm、水分率は7.0%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
実施例4
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの円筒型丸底セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB13.1のヘキサグリセリルモノベヘニレート(日本油脂(株)、ノニオンGV−106)0.92g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.92gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコ中に80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド18.4mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調整した。
攪拌機の回転数を450rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパラブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で30分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(なお、この重合後スラリーを120℃の油浴を用いて水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は73μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液128.8gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液174.9gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.16g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド25.8mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約20℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、20℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、269.7gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液6.62gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子234.3gを得た。2次粒子の中位粒子径は355μm、水分率は7.2%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
実施例5
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの円筒型丸底セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB13.1のヘキサグリセリルモノベヘニレート(日本油脂(株)、ノニオンGV−106)0.92g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.92gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコ中に80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド18.4mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調整した。
攪拌機の回転数を500rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパラブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で30分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(なお、この重合後スラリーを120℃の油浴を用いて、水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は55μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液156.4gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液212.4gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.19g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド31.3mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約20℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、20℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、299.1gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液7.45gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子260.8gを得た。2次粒子の中位粒子径は322μm、水分率は6.8%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
実施例6
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの円筒型丸底セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB13.1のヘキサグリセリルモノベヘニレート(日本油脂(株)、ノニオンGV−106)0.92g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.92gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコ中に80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド18.4mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調整した。
攪拌機の回転数を600rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパラブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で30分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(なお、この重合後スラリーを120℃の油浴を用いて、水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は43μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液119.6gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液162.4gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.14g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド23.9mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約25℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、25℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、259.8gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液6.35gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子228.3gを得た。2次粒子の中位粒子径は252μm、水分率は8.2%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
実施例7
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB3のショ糖ステアリン酸エステル(三菱化学フーズ(株)、リョートーシュガーエステルS−370)0.92g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.92gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行ったのち、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド9.2mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調製した。
攪拌機の回転数を350rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で30分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(なお、この重合後スラリーを120℃の油浴を用いて、水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は110μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液119.6gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液162.4gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.14g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド12.0mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約28℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、28℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、255.2gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液8.46gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子224.6gを得た。2次粒子の中位粒子径は395μm、水分率は7.0%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
実施例8
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB3のショ糖ステアリン酸エステル(三菱化学フーズ(株)、リョートーシュガーエステルS−370)0.92g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.92gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行ったのち、ヒドロキシエチルセルロース0.28g(住友精化(株)、HEC AW−15F)、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド18.4mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調製した。
攪拌機の回転数を400rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で30分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(なお、この重合後スラリーを120℃の油浴を用いて、水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は128μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液110.4gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液149.9gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.13g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド11.0mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約30℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、30℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、245.4gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液8.10gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子213.9gを得た。2次粒子の中位粒子径は482μm、水分率は6.4%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
比較例1
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB3のショ糖ステアリン酸エステル(三菱化学フーズ(株)、リョートーシュガーエステルS−370)0.92g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.92gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行ったのち、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド9.2mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調製した。
攪拌機の回転数を450rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で30分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(この時点までは実施例1と同様に、前記重合後スラリーを120℃の油浴を用いて、水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は85μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液64.0gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液86.9gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.08g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド6.4mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約25℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、25℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、195.9gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液6.24gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子163.4gを得た。2次粒子の中位粒子径は202μm、水分率は6.2%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
比較例2
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB3のショ糖ステアリン酸エステル(三菱化学フーズ(株)、リョートーシュガーエステルS−370)0.92g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.92gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行ったのち、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド9.2mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調製した。
攪拌機の回転数を500rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で30分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(この時点までは実施例3と同様に、前記重合後スラリーを120℃の油浴を用いて、水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は60μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液211.6gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液287.4gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.25g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド21.2mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約25℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、25℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、353.4gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液12.14gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子324.1gを得た。2次粒子の中位粒子径は653μm、水分率は7.5%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
比較例3
実施例1において、第1段目の重合時における撹拌回転数を1000rpmに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行ない、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子232.8gを得た。2次粒子の中位粒子径は144μm、水分率は6.6%であった。各性能測定結果を表1に示す。(なお、撹拌回転数1000rpmにて第1段目の重合を行なったスラリーを120℃の油浴を用いて、水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は25μmであった。)
比較例4
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB3のショ糖ステアリン酸エステル(三菱化学フーズ(株)、リョートーシュガーエステルS−370)0.92g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.92gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行ったのち、ヒドロキシエチルセルロース0.28g(住友精化(株)、HEC AW−15F)、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド9.2mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調製した。
攪拌機の回転数を350rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で30分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(なお、この重合後スラリーを120℃の油浴を用いて、水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は172μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液156.4gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液212.4gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.19g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド15.6mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約28℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、28℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、294.3gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液9.94gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子259.9gを得た。2次粒子の中位粒子径は1122μm、水分率は5.8%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
比較例5
実施例8において、第2段目の重合時における単量体水溶液の組成を、80.5質量%のアクリル酸水溶液を55.2g、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液75.0g、過硫酸カリウム0.07g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド5.5mgに変更し、さらに第2段目の重合後のn−ヘプタン還流による脱水量を185.3gとし、脱水後のエチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液量を5.89gとした以外は、実施例8と同様の操作を行ない、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子155.0gを得た。2次粒子の中位粒子径は302μm、水分率は6.2%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
比較例6
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径100mmの丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコにn−ヘプタン500mlをとり、HLB4.7のソルビタンモノステアレート(日本油脂(株)、SP−60R)1.38g、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)、ハイワックス1105A)0.46gを添加し、80℃まで昇温して分散安定剤を溶解したのち、50℃まで冷却した。
一方、500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、20.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液154.1gを滴下して75モル%の中和を行ったのち、ヒドロキシエチルセルロース0.28g(住友精化(株)、HEC AW−15F)、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド9.2mgを加えて溶解し、第1段目の単量体水溶液を調製した。
攪拌機の回転数を370rpmとして、前記単量体水溶液を前記セパブルフラスコに添加して、系内を窒素で置換しながら、35℃で15分間保持した後、70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合を行なうことにより、第1段目の重合後スラリーを得た。(なお、この重合後スラリーを120℃の油浴を用いて、水とn−ヘプタンを共沸し、水のみを系外へ抜き出した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥することで得られた、球状の1次粒子の中位粒子径は146μmであった。)
一方、別の500mlの三角フラスコに80.5質量%のアクリル酸水溶液92gをとり、外部より冷却しつつ、24.7質量%の水酸化ナトリウム水溶液124.9gを滴下して75モル%の中和を行なったのち、過硫酸カリウム0.11g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド9.2mgを加えて溶解して、第2段目の単量体水溶液を調製し、温度を約22℃に保持した。
前記重合後スラリーの撹拌回転数を1000rpmに変更した後、22℃に冷却し、前記第2段目の単量体水溶液を系内に添加し、窒素で置換しながら30分間、保持した。
再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して、昇温し、重合を行なうことにより、第2段目の重合後スラリーを得た。
次いで、120℃の油浴を使用して昇温し、水とn−ヘプタンを共沸することにより、n−ヘプタンを還流しながら、225.8gの水を系外へ抜き出した後、エチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液7.36gを添加し、80℃で2時間保持した後、n−へプタンを蒸発させて乾燥することによって、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂粒子195.1gを得た。2次粒子の中位粒子径は478μm、水分率は5.9%であった。各性能の測定結果を表1に示す。
Figure 0005219804
各実施例および比較例で得られた吸水性樹脂粒子の吸水能、中位粒子径、粒子径分布の均一度、粒子衝突試験後の粒子径保持率、加圧下吸水能、粒子衝突試験後の加圧下吸水能保持率は、以下に示す方法により測定した。
(吸水能)
500mLビーカーに0.9質量%食塩水500gを入れ、これに吸水性樹脂粒子2.0gを添加して60分間攪拌した。目開き75μmのJIS標準篩いの質量Wa(g)をあらかじめ測定しておき、これを用いて、前記ビーカーの内容物をろ過し、篩いを水平に対して約30度の傾斜角となるように傾けた状態で、30分間放置することにより余剰の水分をろ別した。
吸水ゲルの入った篩いの質量Wb(g)を測定し、以下の式により、吸水能を求めた。
吸水能(g/g)=(Wb−Wa)÷2.0
(1次粒子の中位粒子径)
吸水性樹脂粒子50gに、滑剤として、0.25gの非晶質シリカ(デグサジャパン(株)、Sipernat 200)を混合した。
JIS標準篩いを上から、目開き500μm、250μm、180μm、150μm、106μm、75μm、38μm、受け皿の順に組み合わせて、前記吸水性樹脂粒子を最上の篩いに入れ、ロータップ式振とう機を用いて、20分間振とうさせた。
次に、各篩上に残った吸水性樹脂粒子の質量を全量に対する質量百分率として計算し、粒子径の大きい方から順に積算することにより、篩の目開きと篩上に残った吸水性樹脂粒子の質量百分率の積算値との関係を対数確率紙にプロットした。確率紙上のプロットを直線で結ぶことにより、積算質量百分率50質量%に相当する粒子径を1次粒子の中位粒子径とした。
(2次粒子の中位粒子径)
吸水性樹脂粒子100gに、滑剤として、0.5gの非晶質シリカ(デグサジャパン(株)、Sipernat 200)を混合した。
この測定では13種類のJIS標準篩(目開き2.36mm、1.7mm、1.4mm、850μm、600μm、500μm、355μm、300μm、250μm、180μm、106μm、75μm、45μm)の中から、連続する7種類を使用する。
前記吸水性樹脂粒子を、600μm、500μm、355μm、300μm、250μm、180μm、106μm、受け皿の順に組み合わせた篩いの最上に入れ、ロータップ式振とう器を用いて、20分間振とうさせた。
次に、各篩上に残った吸水性樹脂の質量を全量に対する質量百分率として計算し、粒子径の大きい方から順に積算することにより、篩の目開きと篩上に残った質量百分率の積算値との関係を対数確率紙にプロットした。確率紙上のプロットを直線で結ぶことにより、積算質量百分率50質量%に相当する粒子径を2次粒子の中位粒子径とした。
最上段の篩上、あるいは最下段の皿に残った吸水性樹脂の質量百分率のいずれかが15.9%を越えた場合、後述する均一度が正確に求められないため、前記篩の中から連続する7種類の組み合わせを選択し直して、最上段の篩上、および最下段の皿に残った吸水性樹脂の質量百分率が15.9%以下になるように、中位粒子径を再測定した。
(粒子径分布の均一度)
前記2次粒子の中位粒子径測定において、積算質量百分率が15.9質量%に相当する粒子径(X1)および84.1質量%の相当する粒子径(X2)を求め、下記式により均一度を求めた。
均一度=X1/X2
すなわち、粒子径分布が狭い場合、均一度は1に近づき、粒子径分布が広くなれば、均一度が1より大きくなる。
(粒子衝突試験後の粒子径保持率)
吸水性樹脂粒子の粒子衝突試験における粒子径保持率は、図1に概略を示した試験装置Xを用いて、吸水性樹脂粒子を衝突板に衝突させた時、その粒子径分布を測定することにより求めた。
図1に示した試験装置Xは、ホッパー(蓋つき)1と加圧空気導入管2、射出ノズル3、衝突板4、流量計5からなっている。加圧空気導入管2は、ホッパー1の内部まで導入されており、射出ノズル3はホッパー1とつながっている。加圧空気導入管2の外径は3.7mm、内径は2.5mm、射出ノズル3の外径は8mm、内径は6mm、長さ300mmである。衝突板4の材質はSUS304であり、厚みは4mm、射出ノズル3の先端と衝突板4の距離は10mmに固定してある。流量計5は、加圧空気の流速が射出ノズル3の先端において50m/sとなるように調整されている。
このような構成の試験装置Xに、まず、ホッパー1に、衝突前の中位粒子径(A1)をあらかじめ測定した吸水性樹脂粒子6を100g入れ、蓋をする。次いで、加圧空気導入管2から圧力を調整した加圧空気を導入し、射出ノズル3から衝突板4へ吸水性樹脂粒子6を噴射させる。全量を射出、衝突させた後の吸水性樹脂を回収し、粒子径分布を測定することで衝突後の中位粒子径(A2)を求める。
得られた測定値を用いて、粒子衝突試験後の粒子径保持率を次式により求めた。
粒子衝突試験後の粒子径保持率(%)=[A2÷A1]×100
(加圧下吸水能)
吸水性樹脂粒子の加圧下吸水能は、図2に概略を示した測定装置Yを用いて測定した。
図2に示した測定装置Yは、ビュレット部1と導管2、測定台3、測定台3上に置かれた測定部4からなっている。ビュレット部1は、ビュレット10の上部にゴム栓14、下部に空気導入管11とコック12が連結されており、さらに、空気導入管11は先端にコック13を有している。ビュレット部1と測定台3の間には、導管2が取り付けられており、導管2の内径は6mmである。測定台3の中央部には、直径2mmの穴があいており、導管2が連結されている。測定部4は、円筒40(プレキシグラス製)と、この円筒40の底部に接着されたナイロンメッシュ41と、重り42とを有している。円筒40の内径は、20mmである。ナイロンメッシュ41の目開きは、75μm(200メッシュ)である。そして、測定時にはナイロンメッシュ41上に吸水性樹脂粒子5が均一に撒布されている。重り42は、直径19mm、質量59.8gである。この重りは、吸水性樹脂粒子5上に置かれ、吸水性樹脂粒子5に対して2.07kPaの荷重を加えることができるようになっている。
次に測定手順を説明する。測定は25℃の室内にて行なわれる。まずビュレット部1のコック12とコック13を閉め、25℃に調節された0.9質量%食塩水をビュレット10上部から入れ、ゴム栓14でビュレット上部の栓をした後、ビュレット部1のコック12、コック13を開ける。次に、測定台3中心部の導管口から出てくる0.9質量%食塩水の水面と、測定台3の上面とが同じ高さになるように測定台3の高さの調整を行う。
別途、円筒40のナイロンメッシュ41上に0.10gの吸水性樹脂粒子5を均一に撒布して、この吸水性樹脂粒子5上に重り42を置いて、測定部4を準備する。次いで、測定部4を、その中心部が測定台3中心部の導管口に一致するようにして置く。
吸水性樹脂粒子5が吸水し始めた時点から、ビュレット10内の0.9質量%食塩水の減少量(すなわち、吸水性樹脂粒子5が吸水した0.9質量%食塩水量)Wc(ml)を読み取る。吸水開始から60分間経過後における吸水性樹脂粒子5の加圧下吸水能は、以下の式により求めた。
加圧下吸水能(ml/g)=Wc÷0.10
(粒子衝突試験後の加圧下吸水能保持率)
あらかじめ、前記加圧下吸水能に記載の方法にしたがって、粒子衝突試験前の加圧下吸水能(B1)を測定した吸水性樹脂粒子100gを、前記粒子衝突試験後の粒子径保持率に記載の方法にしたがって、粒子衝突試験に供した。
回収した吸水性樹脂粒子を用いて、再度、加圧下吸水能に記載の方法にしたがって測定し、粒子衝突試験後の加圧下吸水能(B2)を求めた。
得られた測定値を用いて、粒子衝突試験後の加圧下吸水能保持率を次式により求めた。
粒子衝突試験後の加圧下吸水能保持率(%)=[B2÷B1]×100
(水分率)
吸水性樹脂粒子2gを、あらかじめ秤量したアルミホイールケース(8号)に精秤した(Wd(g))。上記サンプルを、内温を105℃に設定した熱風乾燥機(ADVANTEC社製)で2時間乾燥させた後、デシケーター中で放冷して、乾燥後の吸水性樹脂粒子の質量We(g)を測定した。以下の式から、吸水性樹脂粒子の水分率を算出した。
水分率(%)=[Wd―We]/Wd×100
本発明の製造方法によれば、適度な粒子径、狭い粒子径分布、強い粒子強度、優れた加圧下吸水能を有する吸水性樹脂粒子を得ることができる。このような特性を有する吸水性樹脂粒子は、衛生材料に好適に使用される。
衝突試験をするための装置の概略構成を示す模式図である。 加圧下吸水能を測定するための装置の概略構成を示す模式図である。
符号の説明
X 衝突試験装置
1 ホッパー
2 加圧空気導入管
3 射出ノズル
4 衝突板
5 流量計
6 吸水性樹脂粒子
Y 測定装置
1 ビュレット部
10 ビュレット
11 空気導入管
12 コック
13 コック
14 ゴム栓
2 導管
3 測定台
4 測定部
40 円筒
41 ナイロンメッシュ
42 重り
5 吸水性樹脂粒子

Claims (6)

  1. (1)水溶性エチレン性不飽和単量体を、石油系炭化水素溶媒中、分散安定剤の存在下に第1段目の逆相懸濁重合反応を行なって、中位粒子径(d)が30〜130μmの球状の1次粒子を得る工程、
    (2)該重合反応液を冷却して、前記分散安定剤を析出させる工程、および
    (3)該重合反応液に、第1段目の単量体100質量部に対して110〜200質量部の第2段目の水溶性エチレン性不飽和単量体を添加して、第2段目の逆相懸濁重合反応を行ない、1次粒子を凝集させて中位粒子径(D)が200〜500μmの2次粒子を得る工程、
    を含む吸水性樹脂粒子の製造方法であって、
    前記分散安定剤として、ショ糖脂肪酸エステルおよびポリグリセリン脂肪酸エステルからなる群より選ばれた少なくとも1種と、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、酸化型ポリエチレンおよびエチレン・アクリル酸共重合体から選ばれた少なくとも1種とを併用し、
    1次粒子の中位粒子径(d)と2次粒子の中位粒子径(D)が式、5d/3+150<D<5d+150の関係にある吸水性樹脂粒子の製造方法。
  2. 水溶性エチレン性不飽和単量体が、アクリル酸、メタアクリル酸またはそのアルカリ金属塩である請求項1に記載の製造方法。
  3. 第2段目の逆相懸濁重合反応後に架橋剤を添加し、後架橋処理を施すことを特徴とする請求項1又は2に記載の製造方法。
  4. 請求項1〜いずれか記載の製造方法により得られうる球状粒子が凝集した形状の吸水性樹脂粒子であって、粒子径分布の均一度が1.2〜2.2である吸水性樹脂粒子。
  5. 請求項1〜いずれか記載の製造方法により得られうる球状粒子が凝集した形状の吸水性樹脂粒子であって、粒子衝突試験後の粒子径保持率が80%以上である吸水性樹脂粒子。
  6. 請求項1〜いずれか記載の製造方法により得られうる球状粒子が凝集した形状の吸水性樹脂粒子であって、粒子衝突試験前の加圧下吸水能が30ml/g以上、かつ粒子衝突試験後の加圧下吸水能保持率が80%以上である吸水性樹脂粒子。
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