JP5271717B2 - 吸水性樹脂粉末の製造方法および吸水性樹脂粉末の包装物 - Google Patents

吸水性樹脂粉末の製造方法および吸水性樹脂粉末の包装物 Download PDF

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Description

本発明は、色彩選別の手法を用いて吸水性樹脂に含まれるきょう雑物を除去することによる、吸水性樹脂粉末の製造方法、および、きょう雑物の少ない高物性の吸水性樹脂粉末の包装物に関するものである。
吸水性樹脂はポリアクリル酸架橋重合体に代表される白色の樹脂で、その形状は粉末である場合が多い。吸水性樹脂、特に吸水性樹脂粉末は生理用ナプキン、紙おむつ等の衛生材料用吸収剤として使用され、また、農園芸分野、土木業分野における保水剤、脱水剤等として使用される等、幅広い用途を持っているが、放置しておくと熱や湿度などの外的要因によって黄色や茶色に着色しやすいという問題がある。特に、上記衛生材料の分野において、紙おむつ、生理用ナプキン等の吸水性物品中の吸水性樹脂(粉末)が着色している場合、白色のパルプ中での異物感を消費者に与え、吸水性物品としての商品価値は著しく低下するため、吸水性樹脂は出荷時だけでなく恒久的にも白色であることが求められる。
そのため、これまでに、高温多湿下で長期保存した場合でも吸水性樹脂の着色を防止する方法がいくつか提案されている。例えば、吸水性樹脂に無機還元剤と金属塩を添加する方法(特許文献1)、スルフィン酸を重合時の還元剤で添加する方法(特許文献2)、アミノカルボン酸系金属キレート剤と酸化剤または還元剤を添加する方法(特許文献3)、重合に用いるアクリル酸の不純物であるハイドロキノン類を制御する方法(特許文献4),重合に用いるアクリル酸の禁止剤であるメトキシフェノール類を制御する方法(特許文献5)、などである。
また、吸水性樹脂の商品価値は、上述のような着色によって低下することは当然であるが、吸水性樹脂に金属性異物が微量含まれると、吸水性能劣化の原因となり、商品価値を低下させることも知られている。このような吸水性樹脂中の微量金属性異物を除去する方法としては、吸水性樹脂に磁力線を当てる方法(具体的には、徐鉄機の使用)が特に有効な方法として提案されている(特許文献6)。また、加圧下吸収倍率などの物性安定化のため、一定物性以下ないし以上の製品を選別して、もとの製品に混合する物性安定化法(特許文献7)も提案されている。
また、大粒子径の凝集物を除くために、回転式選別機を用いる方法(特許文献8)も提案されている。
米国特許6359049号 WO2004/084962号(対応 米国特許公開2006−089611号) 欧州特許1466928号(対応 米国特許公開2005−085604号) 米国特許6444744号 米国特許公開2004−0110914号 米国特許6716894号 米国特許公開2004−0110006号 米国特許公開2007−041796号
上記特許文献1〜5の技術は、吸水性樹脂の粒子全体の色に着目した技術であり、粒子全体としての褐変や黄ばみを低減する技術である。これらは粒子全体の着色の指標(YI値、Lab値)として数値化されてきた。一方、近年、吸水性樹脂の着色が人間の視覚に与える影響を考えた場合、粒子全体の褐変化や黄ばみが与える影響よりも、むしろ粒子にごくわずかに含まれる黒または茶色のきょう雑物の存在が見出され、かかるきょう雑物(数粒の着色粒子の存在)の与える影響の方が大きいことが分かってきた。
すなわち、上記きょう雑物は製品の安全性には影響を与えないが、上記きょう雑物が除去されずに残存していると、粒子全体では同じ着色値(YI値、Lab値)であっても、人間の視覚は白色の吸水性樹脂粉末中に点在する上記きょう雑物の粒子を強く捉えるため、異物感が残り、吸水性樹脂の白色が不足していると感じることになる。このような吸水性樹脂は特に高濃度の吸水性樹脂を用いるおむつ等では消費者に異物感を与え、クレームの原因となるおそれがあるため、結果的に出荷できずにスペックアウト品として廃棄され収率の低下やコストアップを招く。
しかしながら、上記特許文献1〜5の技術は、ごく少量含有される恐れのある上記きょう雑物を除去することを意図したものではないため、得られる吸水性樹脂は上記きょう雑物による異物感を残すものとなり、白色度という点では未だ満足するものが得られていないという問題がある。すなわち、上記きょう雑物を除去することによって、吸水性樹脂の異物感を取り除き、白色度を高めるということについては、従来、課題や知見は全く存在していない。
また、金属異物に対して上記特許文献6の技術を用いることは本発明者によって試みられているが、結果的には、上記特許文献6の技術を繰り返し用いても、上記きょう雑物を除去することができないという問題がある。また、特許文献6で除去される異物はプラント由来の金属異物であるため、ステンレスとして視覚的な異物感はさほど大きくない。さらに、特許文献7,8に記載された技術は、そもそも着色低減や着色異物除去に対して実質的に効果を奏さない。
上記きょう雑物を除去するための他の手段としては、きょう雑物を定期的にチェックした上で除去するほか、吸水性樹脂製造装置のピストンフロー向上、ラインを停止させた上でのこまめな清掃、表面架橋時の凝集防止による上記製造装置内への付着防止、上記装置内での結露防止(加熱中の吸水性樹脂からの水分蒸発防止)等が考えられるが、いずれも非常に煩雑であるため、製造効率の低下を招くという問題がある。すなわち、従来、きょう雑物を実質含まない吸水性樹脂の製造および出荷のために、従来手法では、吸水性樹脂の製造効率の低下、およびコストアップという問題があった。
きょう雑物は通常は非常に少なくゼロ(検出限界以下)ないし気づかない量(粒子の数)であるが、長期間の連続製造で発生増加し、特に製造トラブル時に一時的に多く発生することが分かってきた。よって、従来なんら注目されなかった吸水性樹脂のきょう雑物の除去について、その除去方法の知見は知られていない。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、色彩選別の手法を用いて上記きょう雑物を除去することによる、吸水性樹脂粉末の製造方法、および、きょう雑物の少ない、高物性の吸水性樹脂粉末の包装物を提供することにある。
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた。そして、特許文献4に記載の方法を繰り返し用いても除去できないきょう雑物の存在を見出し、かかるきょう雑物を分離し、分析した結果、当該きょう雑物は吸水性樹脂が焦げたものであることが判明した。有機物である当該きょう雑物は、特許文献4に記載された技術(磁力線を用いた徐鉄機)では分離不能であることが見いだされた。また、当該きょう雑物は、分析の結果、物性面、安全面では問題ないものの、種々のパラメーター物性に制御された吸水性樹脂(以下「高物性吸水性樹脂」という)において多く見出され、特に、高温で表面架橋し、工程を連続的に行うことにより製造される高物性吸水性樹脂において多く見出されることが分かった。
一方、低温表面処理した吸水性樹脂、表面未処理の吸水性樹脂、逆相懸濁重合により重合した吸水性樹脂では少ないことが見出された。また、きょう雑物は連続的に製造する際、製品切り替え、その製造条件変更、再稼動時に多く見られることも見出された。
上記高物性吸水性樹脂は、高い吸水性能を有する商品価値の高い樹脂であるため、係る商品価値を低下させないためにも、きょう雑物が外観に与える影響を低減する必要性が大きい。しかしながら、上記高物性吸水性樹脂は製造コストが高くなる傾向があり、きょう雑物を実質含まない吸水性樹脂の製造および出荷のための上記の従来手法では、コストアップや生産効率低下を招来するという問題があった。
そこでさらに検討を重ねた結果、乾燥工程後の製造工程で、色彩選別の手法を用いることにより、上記きょう雑物を効果的に除去することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明に係る吸水性樹脂の製造方法は、篩分級で規定される質量平均粒子径が300μm以上10mm以下であり、かつ、150μm以下の微粉が10質量%未満の、表面架橋構造を有する吸水性樹脂粉末の製造方法であって、不飽和単量体水溶液を重合する重合工程と、当該重合工程によって得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する乾燥工程と、当該含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物を表面処理する表面処理工程と、上記乾燥工程後に行われる製造工程であって、吸水性樹脂の全量または一部に対して、吸水性樹脂に含まれるきょう雑物を色彩選別する選別工程と、を含むことをとしている。
上記構成によれば、きょう雑物が発生しやすい高物性吸水性樹脂について、良品の吸水性樹脂の色をバックグラウンドとして、当該バックグラウンドの色と比較することによりきょう雑物を除去することができる。したがって、ラインを停止して清掃すること等の煩雑なきょう雑物除去作業が不要となるので、製造効率を上げることができるとともに、外観上異物感がなく、高物性で優れた白色度を有する低着色吸水性樹脂を長期間、連続的かつ安定的に効率よく得ることができる。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法では、上記色彩選別が気流噴射で行われることが好ましい。上記構成によれば、色彩選別の結果きょう雑物と判定された粒子に対して空気が噴射される。したがって、きょう雑物をピンポントで製品のラインないし製造後から効率よく除去することができる。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法では、上記色彩選別がデジタル画像処理で行われることが好ましい。上記構成によれば、センサの検出エリアを狭くすることができるので、よりきょう雑物に的を絞った検出が可能となる。したがって、きょう雑物とともに除去される良品の割合を減少させることができる。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法では、上記乾燥工程および上記表面処理工程が、上記含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物を150℃以上250℃以下で加熱処理することによって行なわれることが好ましい。上記構成によれば、乾燥や表面架橋が高温で行われる結果、強い表面架橋が施され、吸水性能が向上した非常に高物性の吸水性樹脂が得られる。したがって、このような非常に高い物性を有する吸水性樹脂を色彩選別の対象とし、その白色度を高めることができる。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法は、上記乾燥工程後に、さらに粉砕工程、分級工程および各製造工程を連結する連続移送工程を含み、連続的に30日以上1000日以下で製造することが好ましい。上記きょう雑物は、吸水性樹脂が焦げたものであることが見出され、製造ラインに滞留した吸水性樹脂が焦げるものと考えられるため、連続的な工程を有する製造ライン、すなわち、上記乾燥工程後に、さらに粉砕工程、分級工程および各製造工程を連結する連続移送工程を含む製造ラインに多く見出される。
また、きょう雑物は連続的に製造する際、製品切り替え、その製造条件変更、再稼動時に多く見出される。したがって、上記構成によれば、連続的な工程を有する製造ラインにおいて色彩選別を行うことにより、清掃等により連続的な工程を遮断することなく、効率的にきょう雑物を除去することができ、結果的に大幅なコストダウンや生産効率の向上に繋げることができる。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法では、吸水性樹脂が20Kg〜200000Kg単位で非透水性袋または非透水性容器中に個別包装され、上記選別工程を最終製品の包装直前または直後に行うことが好ましい。上述のように、きょう雑物は表面架橋品に多く見出されるので、選別工程を最終製品の包装直前または直後に行うことにより、効率的にきょう雑物を除去することができる。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法では、色彩選別される吸水性樹脂が、アクリル酸および/またはその塩を主成分とする不飽和単量体を架橋重合した吸水性樹脂粉末であって、下記物性を満たすことが好ましい。
(a)(AAP:0.90g)が20g/g以上60g/g以下
(b)標準篩分級で規定される、150μm以下の微粉が0質量%以上5質量%以下、質量平均粒子径(D50)が300μm以上600μm以下、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20以上0.40以下
ただし、4.8kPaの圧力下での0.90質量%塩化ナトリウム水溶液に対する60分間の加圧下吸収倍率において、粒子状吸水剤0.9gでの加圧下吸収倍率を(AAP:0.90g)とする。
上記構成によれば、(AAP:0.90g)が非常に高いので、得られる吸水性樹脂粉末は、いかなるおむつ中の吸水性樹脂量(濃度)でも安定的に高物性を発揮し、さらに通液性も高い。また、粒度が(c)のように特定粒度に調整されているので、表面架橋での物性が向上している。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法では、上記色彩選別が複数回行われることが好ましい。特に一度選別されたきょう雑物を含む吸水性樹脂に対してさらに選別することで、歩留まりを向上させることができる。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法では、上記重合が、水溶液重合、特に連続水溶液重合、さらには連続ベルト重合ないし連続ニーダー重合によって行われることが好ましい。上記構成によれば、高物性の吸水性樹脂を高い生産性で得ることができる。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の包装物は、アクリル酸および/またはその塩を主成分とする不飽和単量体を架橋重合した吸水性樹脂粉末の包装物であって、上記包装物は、非透水性袋または非透水性容器中に20kg〜20000kg単位で個別包装され、かつ、生産量が100Mton以上であって、上記吸水性樹脂粉末が下記物性を満たすことを特徴としている。
(a)きょう雑物の含有量が5mm/100g以下
(b)(AAP:0.90g)が20g/g以上60g/g以下
(c)標準篩分級で規定される、150μm以下の微粉が0質量%以上5質量%以下、質量平均粒子径(D50)が200μm以上550μm以下、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20以上0.40以下
ただし、4.8kPaの圧力下での0.90質量%塩化ナトリウム水溶液に対する60分間の加圧下吸収倍率において、粒子状吸水剤0.9gでの加圧下吸収倍率を(AAP:0.90g)とする。
上記構成によれば、大量消費に向けた高物性のきょう雑物のない吸水性樹脂を提供することができ、オムツ中で高物性を発揮することができる上に、きょう雑物由来の異物感を与えない。
さらに、得られる吸水性樹脂粉末は、(b)のように、きょう雑物が非常に少ない。すなわち黒や茶色に着色した粒子の含有量が少ないので、白色度が非常に高い。したがって、外観的にも性能的にも優れた高品質の粒子状吸水剤を提供することができる。また、上記構成によれば、かかる高物性の吸水性樹脂を、きょう雑物の問題もなく、連続製造することができるとともに、物性とのバランスおよびコストパフォーマンスの観点から好適な吸水性樹脂を製造することができる。
本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明によって明白になるであろう。
本発明の一実施の形態について説明すれば、以下のとおりであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
(1.吸水性樹脂粉末の製造方法)
一実施形態において、本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法は、表面架橋構造を有する吸水性樹脂粉末の製造方法であって、重合工程と、乾燥工程と、表面処理工程と、上記乾燥工程後の製造工程で、吸水性樹脂に含まれるきょう雑物を色彩選別する選別工程と、を含む。色彩選別される前または後の吸水性樹脂の粒度は、好ましくは質量平均粒子径が300μm以上10mm以下であり、かつ、150μm以下の微粉が10質量%未満である。
なお、本発明で吸水性樹脂とは水不溶性水膨潤性の高分子ゲル化剤であり、通常、吸水倍率(CRC)が10g/g以上で、水溶性成分である水可溶性重合体が50%以下のものをさす。また、本発明で吸水性樹脂粉末とは、含水ゲル状架橋重合体の乾燥物(吸水性樹脂)を必要により粉砕し、その形状を粒子状にしたもののことをいう。本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法によって製造された吸水性樹脂粉末は、質量平均粒子径が300μm以上10mm以下であり、かつ、150μm以下の微粉が10質量%未満の粒子である。
<重合工程>
まず、重合工程について説明する。重合工程は、不飽和単量体の水溶液を重合し、含水ゲル状架橋重合体を生成する工程である。
本発明で重合は、物性面やきょう雑物の発生を防ぐ観点から、好ましくは逆相懸濁重合または水溶液重合、特に水溶液重合、さらには連続ベルト重合、連続ニーダー重合などの連続水溶液重合で行なわれる。なお、逆相懸濁重合とは、単量体水溶液を疎水性有機溶媒に懸濁させる重合法であり、例えば、米国特許4093776号、同4367323号、同4446261号、同4683274号、同5180798号、同5244735号などの米国特許に記載されている。
水溶液重合は分散溶媒を用いずに単量体水溶液を重合する方法であり、例えば、米国特許4625001号、同4873299号、同4286082号、同4973632号、同4985518号、同5124416号、同5250640号、同5264495号、同5145906号、同5380808号、同6174978号、同6241928号、同6987151号、同6710141号、同6867269号、同6906159号、同7091253号、米国特許公開2005−0215734号、同2006−0167198号などの米国特許や、欧州特許0811636号、同0955086号,同0922717号などの欧州特許に記載されている。こられに記載の単量体、架橋剤、重合開始剤、その他添加剤も本発明では適用できる。
水溶液重合、さらには連続ベルト重合(例えば、米国特許4857610号、米国特許公開2005−0215734号、同2006−0167198号)、連続ニーダー重合(例えば米国特許6987151号、同6710141号)では、有機溶媒が不要であるため、逆相懸濁重合に比べて環境に与える影響が少なく、安全性に優れる上、高温での重合や乾燥が可能である。そのため、生産性や物性には優れてはいるが、高温由来のきょう雑物が発生しやすい。よって、本発明が好適に適用できる。
上記不飽和単量体は、水溶性を有する単量体であり、具体的には、たとえば、(メタ)アクリル酸、β−アクリロイルオキシプロピオン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、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−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、ビニルホスホン酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルリン酸、(メタ)アクリロキシアルカンスルホン酸などの酸基含有単量体、およびこれらのアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アルキルアミン塩;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)アクリルアミドなどのジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート類およびこれら四級化物(たとえば、アルキルハイドライドとの反応物、ジアルキル硫酸との反応物など);ジアルキルアミノヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類およびこれら四級化物;N−アルキルビニルピリジニウムハライド;ヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、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)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;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;メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートなどのアルコ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;ビニルピリジン、N−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−ビニルアセトアミド;などが挙げられる。これら不飽和単量体は、一種類のみを用いてもよく、また、二種類以上を適宜混合してもよい。
上記例示の水溶性不飽和単量体(架橋剤を除く)のうち、アクリル酸塩系単量体を主成分(全単量体の50モル%以上、好ましくは70〜100モル%、さらに好ましくは90〜100モル%)として含む単量体を用いると、得られる含水ゲルの吸水性能や安全性がより一層向上するので好ましい。なお、水溶性とは100gの水に室温(常温常圧)で1g以上、さらには10g以上溶解する単量体を指す。
ここで、アクリル酸塩系単量体とは、アクリル酸、および/またはアクリル酸の水溶性塩類を示す。また、アクリル酸の水溶性塩類とは、中和率が30モル%以上100モル%以下の範囲内、好ましくは50モル%以上99モル%以下の範囲内であるアクリル酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、ヒドロキシアンモニウム塩、アミン塩、アルキルアミン塩を示す。
上記例示の水溶性塩類のうち、一価塩、中でもナトリウム塩およびカリウム塩が特に好ましい。これらアクリル酸塩系単量体は、単独で用いてもよく、また、二種類以上を併用してもよい。なお、吸水性樹脂の平均分子量(重合度)は、特に限定されるものではない。
上記重合工程では、上記不飽和単量体を主成分として含む単量体組成物を、好ましくは微量の架橋剤の存在下で重合させることによって、上記の含水ゲル状架橋重合体を得ることができる。含水ゲル状架橋重合体は、架橋剤を使用しない自己架橋型のものであってもよいが、1分子中に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架橋剤を共重合または反応させたものが好ましい。
さらに、上記単量体組成物は、得られる含水ゲル状架橋重合体の親水性を阻害しない程度に、上記不飽和単量体と共重合可能な他の疎水性不飽和単量体を含んでいてもよい。上記の共重合性モノマーとしては、具体的には、たとえば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸エステル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなど、酸基や水酸基やアミノ基を含有しない疎水性単量体;などが挙げられる。これら共重合性モノマーは、単独で用いてもよく、また、二種類以上を適宜混合して用いてもよい。
また、上記単量体成分を重合させる際に用いられる架橋剤(別称;内部架橋剤)としては、たとえば、分子内にビニル基を複数有する化合物;分子内にカルボキシル基やスルホン酸基と反応することのできる官能基を複数含有する化合物;分子内にビニル基およびカボキシル基やスルホン酸基と反応することのできる官能基を併せ持つ化合物などが挙げられる。これら架橋剤は単独で用いてもよく、また、二種類以上を併用してもよいが、好ましくは、分子内にビニル基を複数有する化合物が少なくとも使用される。
分子内にビニル基を複数含有する化合物としては、具体的には、たとえば、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、(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、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、(エチレンオキサイド変性)グリセリンアクリレートメタクリレート、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、N,N−ジアリルアクリルアミド、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、ジアリルオキシ酢酸、ビス(N−ビニルカルボン酸アミド)、(エチレンオキサイド変性)テトラアリロキシエタンなどが挙げられる。
また、分子内にカルボキシル基やスルホン酸基と反応することのできる官能基を複数有する化合物としては、後述の表面架橋剤に例示の架橋剤(多価アルコール、多価グリシジル化合物、多価アミン化合物、アルキレンカーボネート化合物、多価金属塩など)が重合時の内部架橋剤として使用できる。
上記の架橋剤の使用量としては、特に限定されるものではないが、上記単量体成分に対して、0.0001モル%以上10モル%以下の範囲内であることが好ましく、0.001モル%以上1モル%以下、さらには0.01モル%以上0.5モル%以下の範囲内であることがより好ましい。本発明において、上記の単量体成分を重合する方法としては、特に限定されるものではないが、水溶液重合や、バットやベルト上での静置重合、あるいはニーダー中での重合等が挙げられる。
また、上記の不飽和単量体を水溶液重合させる際には、連続式重合、または回分重合の何れかの方式を採用してもよく、また、常圧、減圧、加圧の何れの圧力下で実施してもよい。なお、重合反応は、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素などの不活性ガスの気流下で行うことが好ましい。
上記重合反応における重合開始時には、たとえば、重合開始剤、あるいは放射線や電子線、紫外線、電磁線などの活性化エネルギー線などを用いることができる。上記重合開始剤としては、特に限定されるものではないが、熱分解型開始剤や光分解型開始剤が使用されうる。熱分解型開始剤としては、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩;過酸化水素、t−ブチルパーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシド等の過酸化物;アゾニトリル化合物、アゾアミジン化合物、環状アゾアミジン化合物、アゾアミド化合物、アルキルアゾ化合物、2,2´−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド、2,2´−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕ジヒドロクロリド等のアゾ化合物が挙げられる。光分解型開始剤としては、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、アゾ化合物等が挙げられる。これらの重合開始剤は、単独もしくは、適宜組み合わせて使用されうる。また、重合開始剤として過酸化物を用いる場合には、たとえば、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、L−アスコルビン酸などの還元剤を併用して酸化還元(レドックス)重合を行ってもよい。
重合開始剤の使用量は特に限定されるものではないが、物性と生産性から上記単量体成分に対して好ましくは0.0001〜1モル%、より好ましくは0.01〜0.5モル%、さらには0.03〜0.3モル%の範囲である。
上記単量体成分を架橋剤の存在下で重合させる際には、溶媒として水を用いることが好ましい。つまり、上記単量体成分および架橋剤を水溶液とすることが好ましい。これは、得られる吸水性樹脂の吸水性能を向上させるためである。
上記水溶液(以下、単量体水溶液とする)中の単量体成分の濃度は、20重量%以上75重量%以下、さらには25重量%以上65重量%以下の範囲内がより好ましい。単量体成分の濃度が20重量%未満の場合には、得られる吸水性樹脂の水可溶性成分量が増加するおそれがあるとともに、発泡剤や重合熱(による沸騰)による発泡が不十分となり、吸水速度を向上させることができなくなるおそれがある。一方、単量体成分の濃度が75重量%を越える場合には、反応温度並びに発泡剤による発泡を制御することが困難となるおそれがある。なお、本願の水溶液とは飽和濃度を超えた分散液をも含む概念であるが、好ましくは、飽和濃度以下で重合される。飽和濃度は単量体の種類や水溶液の温度で適宜決定される。
また、単量体水溶液の溶媒として、有機溶媒の併用で発泡などの機能を持たせてもよく、水と、水に可溶ないし分散性の有機溶媒とを併用することもできるが、好ましくは溶媒中で水が90〜100重量%、特に99〜100重量%が水である。重合温度は20〜130℃、さらには30〜120℃の範囲で適宜設定できる。
本発明に係る吸水性樹脂の製造方法においては、ニーダー重合や逆相懸濁重合などで、重合時に粒子状含水ゲルとしてもよいが、ベルト重合などの静置重合(無攪拌重合)では、上記重合工程によって得られた塊状の含水ゲルを粒子状含水ゲルとするために粉砕するゲル細粒化工程を別途含んでいてもよい。粒子状含水ゲルとすることにより、ゲルの表面積が大きくなるため、以下に説明する乾燥工程を円滑に進行させることができる。上記粉砕は、例えばローラー型カッターや、ギロチンカッター、スライサー、ロールカッター、シュレッダー、ハサミなどの各種の切断手段やこれらの組み合わせを用いて行うことができ、特に限定されるものではない。
<乾燥工程>
次に、乾燥工程について説明する。乾燥工程は、上記重合工程によって得られた含水ゲル状架橋重合体、好ましくはゲル細粒化工程によって粉砕した粒子状含水ゲルを乾燥する工程である。乾燥方法については特に限定されるものではなく、例えば、バンド乾燥機、攪拌乾燥機、流動層乾燥機などの1種または2種以上を用いるような従来からの乾燥方法を好適に用いることができる。
含水ゲル状架橋重合体の乾燥温度は特に限定されるものではないが、通常70〜250℃、好ましくは150℃以上230℃以下、より好ましくは160℃以上180℃以下で乾燥するのがよい。なお、上記乾燥温度は、上記乾燥機で熱媒を用いる場合は、熱媒温度で規定されるが、マイクロ波を用いる場合など、熱媒温度で規定できない場合は、上記含水ゲル状架橋重合体の温度によって規定することができる。高温乾燥(特に250℃以上)を行う場合、吸水倍率が低下する恐れがあり、また、250℃を超えると樹脂が劣化する。本発明では、好ましくは上記温度範囲で乾燥を行い、吸水倍率を向上させ、かつきょう雑物の少ない吸水性樹脂を与える。
物性面から、および、本発明の効果を最大限に発揮するため、最終製品の乾燥後の含水率(樹脂1gの無風オーブン180℃/3hr後の減量で規定)は、好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは93質量%以上99.9質量%以下の範囲、特に好ましくは95質量%以上99.8質量%以下の範囲である。
上記乾燥工程を経た含水ゲル状架橋重合体は、必要により、後述する粉砕工程、分級工程を経て粒子状とされる。なお、当該粒子の粒度制御(整粒)は、例えば造粒によって行ってもよいし、分級工程で除去された微粒子(例えば、150μm以下の微粉)を添加することによって行ってもよい。
なお、本発明に係る製造方法においては、前記の重合工程、乾燥工程をバッチで行ってもよいし、連続で行ってもよい。好ましくは、各製造工程を連結する移送工程を含む連続製造が採用される。連続製造の詳細については後述する。
<吸水性樹脂粉末の物性>
本発明に係る吸水性樹脂の製造方法によって製造される吸水性樹脂粉末は、好ましくは、篩分級で規定される質量平均粒子径が200μm以上10mm以下、より好ましくは300μm以上10mm以下(さらに好ましくは600μm以下)であり、かつ、150μm以下の微粉が10質量%未満であって、表面架橋構造を有する。すなわち、上記吸水性樹脂粉末は、微粉の含有量が少なく、粒度の揃った微細粒子であり、高い吸水性能を有する高物性吸水性樹脂粉末である。係る高物性吸水性樹脂粉末では、上述のようにきょう雑物が発生しやすいため、後述する選別工程できょう雑物を除去すれば、高物性でしかも白色度の高い低着色吸水性樹脂粉末を得ることができ、非常に有用である。
また、米国特許公開2007−041796号に記載の多面体状吸水性樹脂(質量平均粒子径が2〜10mm、4〜12面体(好ましくは6面体))は、色彩選別を用いる本発明を好適に適用でき、本発明を適用することによって、意匠が良好で、ディスプレイ用などにも最適な吸水性樹脂粉末を得ることができる。
なお、本明細書においては、「質量」および「質量%」は、それぞれ「重量」および「重量%」と同義語として扱う。吸水性樹脂粉末の質量平均粒子径(篩分級で規定)としては、物性面から、200μm以上10mm以下、より好ましくは300μm以上10mm以下(さらに好ましくは600μm以下)が必要であるが、350μm以上550μm以下が好ましく、400μm以上500μm以下がさらに好ましい。
さらに、粒度分布の対数標準偏差(σ)は、オムツ中などで実際に使用された場合に効果を奏するためには、0.10〜0.45であることが好ましく、0.20〜0.40であることがより好ましく、0.27〜0.37であることがさらに好ましく、0.28〜0.35であることが特に好ましい。
粒子径150μm以下である微粉の含有量は、0質量%以上10質量%未満であることが必要であるが、0質量%以上5質量%未満であることが好ましく、0質量%以上3質量%未満、さらに0質量%以上1質量%未満であることがより好ましい。これらの粒子径や微粉含有量にすることで高い吸水性能を発揮させることができるからである。上記微粉は、吸水性樹脂の性能を低下させるとともに、それ自体は吸水性樹脂として用いることができず、吸水性樹脂製造における歩留りを低下させることになるため、含有量は少ない方が品質上好ましい。
上記吸水性樹脂粉末の粒子形状は、球状、立方体状、直方体状、柱状、板状、りんぺん状、棒状、針状、繊維状等のいずれであっても良いが、特に、多面体状粒子や、乾燥後の粉砕工程で得られる不定形破砕状粒子が好ましい。また、粒子は造粒物でもよく、一次粒子(非造粒粒子)であってもよい。
本発明の製造方法で得られる吸水性樹脂粉末であれば、例えば、無加圧下吸収倍率(CRC)が、10g/g以上、好ましくは25g/g以上、より好ましくは28g/g以上、さらに好ましくは31g/g以上、特に好ましくは34g/g以上であり、かつ、加圧下吸収倍率(AAP)(4.9kPa)が、好ましくは20g/g以上、より好ましくは23g/g以上、さらに好ましくは25g/g以上などの高い吸水性能を達成することが可能であり、しかも、高い吸水性能を長期間維持することができる。なお、無加圧下吸収倍率(CRC)や加圧下吸収倍率(AAP)の上限は特に問わないが、他の物性や製造コストとのバランスから、通常80g/g以下、さらには60g/g以下で十分である。
本発明の製造方法で得られる吸水性樹脂粉末は、優れた吸水性能を有し、しかも、この高い吸水性能の劣化が抑えられ長期間維持される上、きょう雑物の量が少なく白色度が高いため、限定する訳ではないが、衛生材料として好ましく使用できる。本発明によれば、後述の優れた良好な吸収特性を備えた吸水性樹脂粉末を簡便に製造することができ、農園芸保水剤、工業用保水剤、吸湿剤、除湿剤、ディスプレイ、芳香剤、消臭剤、建材などで広く用いられるが、その吸水性樹脂粉末は紙おむつ、生理用ナプキンなどの、糞、尿ないし血液の吸収用衛生材料に特に好適に用いられる。
<選別工程>
次に、選別工程について説明する。選別工程は、乾燥工程後に行われる製造工程であって、吸水性樹脂の全量または一部に対して、吸水性樹脂に含まれるきょう雑物を色彩選別する工程である。なお、本発明で色彩選別とは、吸水性樹脂の色(通常は白色)に対して、異物の色(黒色系、例えば黒色、茶色、こげ茶色)を選別し除去することであるが、選別工程に供される吸水性樹脂の色は完全な白色に限定されるものではなく、他の色に染料などで染色されていてもよい。また原料由来で極一部黄ばんでいてもよい。例えば、選別工程に供される吸水性樹脂のYI(Yellow Index)は、好ましくは70以上、より好ましくは80以上、特に好ましくは90以上である。なお、上記「YI」は、例えば米国特許6444749号に規定されている。
また、選別工程に供される吸水性樹脂の諸物性(固形分(含水率)、CRC,AAP,粒度など)の値は、上記<吸水性樹脂粉末の物性>に記載した諸物性の値の範囲、または、後述の(2.粒子状吸水剤)に記載した諸物性の値の範囲であることが好ましい。さらに、選別工程に供される吸水性樹脂は、本明細書に記載した添加剤を含んでいてもよい。また、選別工程の前後で吸水性樹脂の粒度は同じであってもよく、異なっていてもよい。
除去されるきょう雑物としては、粒子一粒の全体が着色していてもよく、一粒の一部が着色していてもよく、適宜条件設定して選別されるが、本発明に係る製造方法は、白色粒子中に含まれる黒色系のきょう雑物の除去に最も好適に使用される。
上記きょう雑物は、吸水性樹脂に含まれる金属異物を磁力線で除去する方法である特許文献6に記載の技術では、繰り返し処理を行っても、除去することができない。本発明者がかかる原因を探求した結果、上記きょう雑物は、製造工程で吸水性樹脂が焦げたものであることが判明した。きょう雑物は、製造装置に付着した吸水性樹脂が長期間加熱された装置内に滞留した後、吸水性樹脂とともに装置から排出することで混入することが見出された。しかしながら、吸水性樹脂は非磁性体であるため、吸水性樹脂由来のきょう雑物は、磁力線による特許文献6の方法では除去できない。そこで、本発明者は、上記きょう雑物を除去する手段として、色彩選別に着目した。
上記色彩選別は、良品のサンプルの色(明るさ)をバックグラウンドとして、サンプルの色とバックグラウンドの色とをセンサで比較し、センサがバックグラウンドを見ているときの信号を基準として、ある範囲を定め、それから外れた信号を色違いとして判定することにより、色違いとして判定された不良品を除去する方法である。色彩選別は、穀物や豆などの異物除去工程で多用されている。例えば不良品の排除、砂・小石の除去などである。
従来は、特許文献1〜5に記載のように、粒子全体に着目し、粒子全体の褐変化や黄ばみを除去する方法が試みられてきたが、吸水性樹脂を観察したときの異物感の原因がきょう雑物にあることはこれまで認識されておらず、きょう雑物を除去する方法については全く知見がなかったため、どのような方法が最適なのかについては明らかではなかった。また、従来の着色の指標(YI値、Lab値)が良好であっても、場合により、これらの指標は必ずしも実使用での視覚に適したパラメータではないことが見出された。本発明者は、上記異物感の原因がきょう雑物(数粒の着色粒子の存在
)にあることを突き止め、鋭意検討の結果、当該きょう雑物が黒や茶色の色彩を有していることから、色彩選別の手法に注目し、きょう雑物を効率的に除去することに成功した。
上記色彩選別は、上述のようにセンサによって着色の有無を判定するものであり、着色防止のために特許文献1〜5に記載の技術のようにキレート剤、酸性成分等の他の成分を添加するという工程を必要としない。したがって、他の工程と連続的に行うことができ、非常に簡易に、効率よくきょう雑物を除去することができる。
次に、図1を参照しながら、選別工程の詳細について説明する。図1は、本実施の形態において一例として用いられる色彩選別機1の構成の概略を示す構成図である。色彩選別機1としては、特に限定されるものではなく、従来公知の装置を用いることができる。例えば、クボタ粒体異物選別機PLATON(株式会社クボタ製)、マジックソーター(株式会社サタケ製)、スキャンマスター(株式会社サタケ製)等が挙げられる。
図1に示すように、色彩選別機1は、フィーダ11、シュート12、選別室13、センサ14、ランプ15、反射板16、空気銃17、良品回収筒18、不良品回収筒19を備えて構成されている。シュート12の本数は、スケールによって、1本以上、好ましくは2〜100本などに設定することができる。また、適宜、集塵機を備えて、吸水性樹脂からの粉塵の低減を行うことも好ましい。
フィーダ11は、乾燥工程を経た吸水性樹脂100を貯留し、シュート12に流す吸水性樹脂100の量を制御してシュート12へ供給するためのものである。フィーダ11のタイプは特に限定されるものではなく、例えば電磁フィーダ、振動フィーダ、ベルトコンベア等を用いることができる。シュート12は、フィーダ11から供給された吸水性樹脂100を平面状に均一に流すためのものである。選別効率を向上させる観点から、吸水性樹脂100は可能な限り一層で供給される。
選別室13は、センサ14を内蔵し、流れて来る吸水性樹脂100の中のきょう雑物を識別する部分である。選別室13の中には、センサ14、ランプ15および反射板16がある。
センサ14は、流れて来る吸水性樹脂100をセンシングするものである。ランプ15は、選別室13内を明るく照らして、センサ14が吸水性樹脂100を観察しやすくするためのものである。反射板16は、センシングする吸水性樹脂100の背景(バックグラウンド)となる部分である。反射板16は、吸水性樹脂100の良品の色(明るさ)、例えば白(一定)にしてあり、センサ14は、選別室13に入ってくる吸水性樹脂100の色と、反射板16の色とを比較することができる。センサ14が反射板16を見ているときの信号を基準として、ある範囲を定め、そこから外れた信号を色違いとして判定する。
センサ14としては、特に限定されるものではなく、フォトトランジスタ、太陽電池、カメラ等、従来公知のものを用いることができる。カメラとしては、ラインセンサカメラ、エリアセンサカメラ、CCDカメラ、NIRカメラ等を用いることができるが、アナログ信号処理に比べて、センサの検出エリアを狭くすることができ、よりきょう雑物に的を絞った検出が可能となるため、色彩選別はデジタル画像処理で行われることが好ましい。したがって、CCDカメラが特に好適に用いられる。
上記カメラは、モノクロカメラであってもカラーカメラであってもよい。カラーカメラの場合は、色の違いによって良品と、きょう雑物を含む不良品とが識別される。モノクロカメラの場合は、明度差によって良品と不良品とを識別するため、良品と不良品との明度差が小さいときは、必要に応じてカメラにカラーフィルタを組み合わせることによって色の違いを明るさの違いとして識別することができる。
なお、色彩選別機1では、検出したきょう雑物の大きさによって排除の要否を区別してもよい。この場合は、カメラにおいて、何ピクセル以上の大きさの異物が検出されたときに排除するかを設定すればよい。また、カメラの感度は、適宜設定することができる。ここで感度とは、選別対象の明るさのばらつきに対し、異物と判定するマージンを表すものである。感度を調整することで、精製度合いや収率をコントロールすることができる。
ランプ15としては、特に限定されるものではなく、蛍光ランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオード等を用いることができる。反射板16は、吸水性樹脂100の色(明るさ)に応じて、必要な場合は適宜交換される。反射板16の明るさは、吸水性樹脂100の明るさと一致しているときに最も良好な選別結果が得られる。通常、きょう雑物は、良品の吸水性樹脂よりも暗い色であるため、白の反射板が使用される。
センサ14の信号はアンプで増幅してコンパレーターで比較判定し、パワー回路で空気銃17を駆動させる。空気銃17は、色違いと判定された不良品102を落下途中で気流の噴射によって選別除去するためのものである。空気銃17によって打ち飛ばされた不良品102は不良品回収筒19に回収され、空気銃17によって打ち飛ばされなかった良品101は良品回収筒18に回収される。選別工程では、上記の各動作を高速で行うことにより、効率よくきょう雑物を除去することができる。
また、選別除去は空気銃17を用いる方法に限定されるものではなく、落下途中で不良品102を吸引する方法や、不良品102をスクレーパ等でかき取る方法などを用いることもできる。なお、選別工程は、きょう雑物除去の精度を上げるため、2度以上行ってもよい。これらの選別工程の中では、選別率を向上させる観点から、空気銃17を用いる方法などの、圧縮空気を用いる方法が好ましく、圧縮空気としては、好ましくは10〜100000Nl/min,より好ましくは100〜10000Nl/minで用いられる。
以上のような選別工程を上記乾燥工程後に行うことにより、きょう雑物が効率よく除去されるので、高物性でしかもきょう雑物が少なく白色度が高い低着色吸水性樹脂を得ることができる。選別工程を行う時期としては、乾燥工程後であればよく、乾燥工程の後であれば任意の段階で行うことができるが、最終製品の包装直前または直後に行うことが好ましく、最終製品の包装直前に行うことが特に好ましい。選別工程は、連続製造における製造工程に組み込んで行ってもよい。すなわち、製造工程においてインラインで行ってもよい。また、製造工程とは別に必要に応じてバッチで行っても良い。
なお、除去率は収率との兼ね合いで適宜設定されるが、着色粒子のみを一回で選択的に除去するのは困難であるため、通常、選別工程にかける吸水性樹脂中で0.01〜10質量%、好ましくは0.5〜7質量%、さらには0.1〜5質量%が除去される。また、きょう雑物を含む選別された粒子を再度選別して、きょう雑物を除去してもよい。
すなわち、色彩選別は複数回行われることが好ましい。特に一度選別(一次選別)されたきょう雑物を含む吸水性樹脂に対してさらに選別(二次選別)することで、歩留まり(収率)を向上させることができる。一次選別と二次選別の比率は、10:0(すなわち一次選別のみ)〜5:5、好ましくは9:1〜7:3程度の範囲で適宜選択される。
例えば、きょう雑物は粒子全体の0.1重量%以下、通常0.01重量%以下、さらには0.001重量%、特に0.0001重量%以下であっても、全粒子からの選択的な除去は困難であるため、一次選別で例えば5%程度の粒子(きょう雑物に対しては大過剰の粒子。殆どが白色の粒子で一部にきょう雑物を含む粒子)を除去した後、除去されたきょう雑物を含む5%の吸水性樹脂粒子にさらに二次選別(5%×5%)、必要により三次選別(5%×5%×5%)、四次選別をすることで、歩留まり(収率)を100%に近づけることができる。
<表面処理工程>
表面処理工程とは、含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物を表面処理する工程である。本明細書において上記表面処理とは、含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物を表面架橋および/または表面被覆することをいう。
〔表面架橋〕
上記含水ゲル状架橋重合体は、吸水性能の向上のために、乾燥前、乾燥時または乾燥後の適宜の段階で表面架橋処理されていることが好ましい。この表面架橋処理は、選別工程の前および/または後、好ましくは選別工程の前に行われる。例えば、表面架橋処理は、乾燥と同時または乾燥後に、好ましくは70℃以上250℃以下、より好ましくは150℃以上250℃以下、さらに好ましくは170℃以上230℃以下、特に好ましくは180℃以上220℃以下で加熱処理することで行われる。なお、上記加熱温度は、上記乾燥機で熱媒を用いる場合は、熱媒温度で規定されるが、マイクロ波を用いる場合など、熱媒温度で規定できない場合は、上記含水ゲル状架橋重合体の温度によって規定することができる。
加熱時間は、好ましくは1分以上3時間以下、より好ましくは5分以上2時間以下、さらに好ましくは10分以上1時間以下である。乾燥前の含水ゲル状架橋重合体に表面架橋剤を添加して乾燥することで、乾燥時の粒子付着を低減することも可能である。
上記加熱処理を行う装置としては、公知の乾燥機又は加熱炉が用いられる。例えば、伝導伝熱型、輻射伝熱型、熱風伝熱型、誘電加熱型の乾燥機又は加熱炉が好適である。具体的には、ベルト式、溝型攪拌式、スクリュー式、回転型、円盤型、捏和型、流動層式、気流式、赤外線型、電子線型の乾燥機又は加熱炉が挙げられる。
好適な表面架橋剤は、オキサゾリン化合物(米国特許6297319号),ビニルエーテル化合物(米国特許6372852号)、エポキシ化合物(米国特許6265488号)、オキセタン化合物(米国特許6809158号)、多価アルコール化合物(米国特許4734478号)、ポリアミドポリアミン−エピハロ付加物(米国特許4755562号および同4824901号)、ヒドロキシアクリルアミド化合物(米国特許6239230号)、オキサゾリジノン化合物(米国特許6559239号)、ビスまたはポリーオキサゾリジノン化合物(米国特許6472478号)、2−オキソテトラヒドロ-1,3−オキサゾリジン化合物(米国特許6657015号)、アルキレンカーボネート化合物(米国特許5672633号)などの1種または2種以上が使用される。また、かかる表面架橋剤にアルミニウム塩などの水溶性カチオン(米国特許6605673号、6620899号)してもよいし、アルカリ(米国特許2004−106745号)、有機酸や無機酸(米国特許5610208号)などを併用してもよい。また、吸水性樹脂の表面でモノマーの重合を行い表面架橋(米国特許2005−48221号)や、過酸化物で表面架橋(米国特許4783510号)としてもよい。
具体的な表面架橋剤としては、(ジ、トリ、テトラ、ポリ)エチレングリコール、(ジ、ポリ)プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、(ポリ)グリセリン、2−ブテン−1,4−ジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ジまたはトリエタノールアミン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール化合物;(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ジ、ポリ)グリセロールポリグリシジルエーテル、(ジ、ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリシドール等のエポキシ化合物;エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミン等の多価アミン化合物及びこれらの無機塩又は有機塩(アジチジウム塩等);2,4−トリレンジイソシアネートなどの多価イソシアネート化合物;1,2−エチレンビスオキサゾリン等の多価オキサゾリン化合物;1,3−ジオキソラン−2−オンなどのアルキレンカーボネート化合物;環状尿素化合物;硫酸アルミニムなどの多価金属化合物等がある。
これらの表面架橋剤の中でも、多価アルコール化合物、エポキシ化合物、多価金属塩(好ましくはアルミニウム塩)、多価アミン化合物及びそれらの塩、並びにアルキレンカーボネート化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物が好適である。なお、表面架橋は、その効果を考慮して2回以上行ってもよく、その場合、2回目以降の工程は1回目と同一の表面架橋剤を用いて行ってもよく、異なる表面架橋剤を用いて行ってもよい。
中でも、多価アルコール化合物は、高物性な上、吸水性樹脂の表面に可塑性を付与することができるため、多価アルコール化合物を表面架橋処理成分の少なくとも一つとして用い、表面架橋処理することが好ましい。
上記表面架橋剤の使用量は、用いる化合物やその組み合わせ等にもよるが、後述の物性を達成するため、吸水性樹脂粉末100質量部に対して0.001質量%以上10質量部以下とするのが好ましく、下限は0.01質量部、上限は5質量部であるのが特に好ましい。
表面架橋を施すに際しては、吸水性樹脂と表面架橋剤との混合にあたり、溶媒として水を用いるのが好ましい。水の使用量は、吸水性樹脂前駆体の種類や粒径、含水率等にもよるが、吸水性樹脂の固形分100質量部に対して、0質量部を超え、20質量部以下であるのが好ましく、0.5質量部以上10質量部以下とするのが好ましい。
また、表面架橋を施すに際しては、吸水性樹脂と表面架橋剤とを混合するときに、必要に応じて親水性有機溶媒を併用してもよい。有機溶媒の使用量は吸水性樹脂粉末100質量部に対して、0質量部以上20質量部以下とするのが好ましく、0質量部以上10質量部以下にするのがより好ましく、親水性有機溶媒を使用しない(実質0質量部)のが最も好ましい。
表面架橋を行うに際しては、水及び/又は親水性有機溶媒と表面架橋剤とを予め混合した後、次いで、その水溶液を吸水性樹脂前駆体に噴霧又は滴下混合する方法が好ましく、噴霧混合する方法がより好ましい。噴霧される液滴の大きさは、平均粒子径で0.1〜300μmの範囲内が好ましく、0.1〜200μmの範囲がより好ましい。
〔添加剤の添加〕
本発明においては、表面架橋剤とは別に、添加剤として水不溶性微粒子を用いると、吸水性樹脂の通液性や吸湿時の耐ブロッキング性などを改善することができる。水不溶性微粒子としては、好ましくは10μm以下、さらには1μm以下、特に0.1μm以下の無機または有機の水不溶性微粒子が用いられ、具体的には、金属石鹸、酸化珪素(商品名、Aerosil、日本アエロジル社製)、酸化チタン、酸化アルミ、などが用いられる。水不溶性微粒子の混合は粉末混合(Dry−Blend)やスラリー混合で行われるが、その際の水不溶性微粒子の使用量は吸水性樹脂100質量部に対して好ましくは10質量部以下、より好ましくは0.001質量部以上5質量部以下、さらに好ましくは0.01質量部以上2質量部以下である。
本発明においては、表面架橋剤とは別に、必要に応じてさらに、消臭剤、抗菌剤、香料、発泡剤、顔料、染料、親水性短繊維、可塑剤、粘着剤、界面活性剤、肥料、酸化剤、還元剤、水、塩類、キレート剤、殺菌剤、ポリエチレングリコールやポリエチレンイミンなどの親水性高分子、パラフィンなどの疎水性高分子、ポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、ポリエステル樹脂やユリア樹脂などの熱硬化性樹脂等、吸水性樹脂に種々の機能を付与するための添加剤を添加してもよい。これらの添加剤の使用量は吸水性樹脂100質量部に対して0質量部以上10質量部以下の範囲、好ましくは0質量部以上1質量部以下の範囲である。
上記添加剤(水不溶性微粒子、消臭剤、抗菌剤、香料、発泡剤、顔料、染料、親水性短繊維、可塑剤、粘着剤、界面活性剤、肥料、酸化剤、還元剤、水、塩類、キレート剤、殺菌剤、ポリエチレングリコールやポリエチレンイミンなどの親水性高分子、パラフィンなどの疎水性高分子、ポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、ポリエステル樹脂やユリア樹脂などの熱硬化性樹脂等)は、含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物の内部に添加してもよいが、含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物の表面を被覆することが好ましい。本明細書において「表面被覆」とは、含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物の表面を添加剤で架橋をともなわず被覆することをいい、例えば、流動性改善などを目的として適宜行われる。
表面処理工程には、表面架橋と表面被覆とが共に行われる場合、表面架橋は行われないが表面被覆が行われる場合、表面被覆は行われないが表面架橋が行われる場合、のいずれもが含まれうる。
なお、表面処理工程を経た後の含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物も、本明細書では吸水性樹脂と総称することがある。
<連続製造>
本発明にかかる吸水性樹脂粉末の製造方法では、きょう雑物の多い吸水性樹脂をバッチで処理してもよいし、連続で処理してもよい。好ましくは、上記乾燥工程後に、さらに粉砕工程、分級工程および各製造工程を連結する連続移送工程を含む。すなわち、本発明に係る製造方法は、吸水性樹脂粉末を連続製造する場合、特に30日以上、さらには60日以上、さらに120日以上、特に240日以上、吸水性樹脂粉末を連続製造する場合に好適に適用できる。なお、本発明で連続製造とは同一品番を連続して製造する期間を指し、品番変更や生産一時停止までの時間・日数を指す。品番変更は上記製造条件(例えば、架橋剤とその量)を適宜変更することで行なわれる。
また、上記「各製造工程」とは、乾燥工程後に行われる製造工程であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、上記表面処理工程、上記選別工程の他、既に説明した造粒、添加剤の添加、整粒等を行う工程や、後述する製造例1や特許文献6に記載した金属異物除去工程等を挙げることができる。連続製造の代表的なフローは特許文献6や米国特許6727345号、米国特許公開2004−110006号などに記載され、係るフローも本発明に好適に適用される。例えば、連続製造する場合、係るフローの乾燥工程後の少なくとも一箇所に選別工程を設けることができる。
従来、かかる長期間の連続製造では、きょう雑物が時間とともに増加する傾向があるため、製造を停止してプラントを定期修理する必要があったが、本発明ではかかる必要もなく、高物性の吸水性樹脂粉末を長期間連続的に製造できる。なお、本発明はきょう雑物が発生しやすい製造量、例えば、製造量が100Kg/hr以上、好ましくは500Kg/hr以上の大規模な連続製造に好適に適用される。
また、きょう雑物は連続的に製造する際、製品切り替え、その製造条件変更、再稼動時に多く見出されるため、上限は特に制限がないが、1000日以下であることが好ましく、さらには800日以下であることが好ましく、特に好ましくは500日以下での連続製造に適用される。
これは、上記きょう雑物は、長時間の熱履歴により吸水性樹脂の表面が焦げて炭化したものであり、粒子の一部が装置(特に加熱される部分)に滞留した後、排出されることによって製品中に混入したものであるため、乾燥工程、粉砕工程、分級工程および連続移送工程を含む、いわゆる連続製造中に発生しやすいからである。工程の中では、特に乾燥工程、表面処理工程ないしその冷却工程で発生しやすい。なお、当該「冷却工程」とは、冷却によって架橋反応を停止ないし制御する工程であって、例えば、米国特許2004−181031号に示されている。
粉砕工程とは、上記含水ゲル状架橋重合体の乾燥物を粉砕機で粉砕し粒子状にする工程である。この粉砕工程で用いられる粉砕機としては、例えば、ローラーミル、ナイフミル、ハンマーミル、ピンミル、各種カッター、ジェットミル等を挙げることができ、粉砕機自体の内壁面を加熱する手段を備えていることが好ましい。なお、用語「粉砕」には、不定形への切断に限らず、多面体形状への切断も含まれる。
上記粉砕工程では、粉砕機の内壁面を外側から加熱した状態にすること、または、粉砕機の内壁面温度を粒子状吸水性樹脂の温度に対し20℃は低くならないようにすることが好ましい。粉砕によって得られた乾燥物粉末が、粉砕機の内面側壁に付着し、さらには大きな凝集物を形成し、粉砕機の振動によってこの凝集物が剥がれ落ち、製品に混入する傾向があるからである。
上記分級工程は、上記粉砕工程で得られた乾燥物粉末を連続的に分級する工程である。上記分級工程は、限定するわけではないが、篩分級(金属篩、ステンレス鋼製)によることが好ましい。目的とする物性と粒度のため、分級工程は複数枚の篩を同時に使用して行うことが好ましく、表面架橋の前、さらには前後の2ヶ所以上で行うことが好ましい。篩分級を行う場合は、篩を加熱または保温することが好ましい。
ただし、高温で篩分級を行うと、乾燥物粉末の含水率が低くなって硬くなり、その結果、篩に与える損傷が大きくなり、乾燥物粉末に微細な金属性異物が混入しやすい傾向があると推定される。また、長時間の熱履歴はきょう雑物発生の原因ともなる。そのため、篩の温度は、高温にならないよう(好ましくは40℃以上100℃以下、さらに好ましくは50℃以上80℃以下)に設定することが好ましい。
上記連続移送工程は、含水ゲル状架橋重合体の乾燥物(吸水性樹脂)の粉砕後に、上記乾燥物粉末を輸送機などを用いて連続的に移送する工程である。上記連続移送工程で用いられる輸送機としては、たとえば、ベルトコンベヤー、スクリューコンベヤー、チェーンコンベヤー、振動コンベヤー、ニューマチックコンベヤー等や、その内壁面を外側から加熱する手段および/または保温する手段を備えたものを挙げることができる。これらの輸送機のうちでも、チェーンコンベヤーまたはニューマチックコンベヤーが好ましい。連続移送工程では、搬送性から、好ましくは、上記乾燥物粉末の温度さらには輸送機内の温度のうち、高い方の温度が40℃以上100℃以下、さらに好ましくは50℃以上80℃以下に設定される。かかる加熱ないし保温は反応性を向上させるが、上記乾燥物粉末の滞留時にきょう雑物の一因となることが見出された。
上記連続移送工程は、少なくとも一部が空気輸送によって行われることが好ましい。乾燥物粉末すなわち、高物性の吸水性樹脂の、移送による損傷(物性低下)を低減するためにも、また、金属性異物の混入を抑えるためにも、連続移送工程の一部が空気輸送でなされることが好ましい。この連続移送工程では、輸送機の内壁面を外側から加熱した状態および/または保温した状態にすることが好ましい。輸送機での凝集を有効に防止することができる傾向があるからである。
なお、上記「空気輸送」については、米国特許2004−345804号、米国特許2004−242761号、米国特許2005−113252号等に開示されている。
上記選別工程を行う時期は、上記乾燥工程後であれば特に限定されるものではなく、例えば、乾燥工程後の粉砕工程、分級工程、連続移送工程の途中で行ってもよいし、最終製品の包装直前または直後に行ってもよい。また、選別工程は複数回行ってもよく、上記製造工程中の複数箇所で行ってもよい。中でも、きょう雑物は製造工程の後半に行くほど発生しやすく、表面架橋品において特に発生しやすいので、選別工程は、表面架橋後、特に表面架橋後の分級後、さらには最終製品の包装直前または直後に行うことが好ましい。
なお、色彩選別は吸水性樹脂の全量に対して行う必要はなく、きょう雑物が発生したLotのみを選別して行えばよい。また、生産工程でトラブルが起こった際にのみ行ってもよいし、長時間の連続製造に伴ってきょう雑物が発生しだしてから行ってもよい。さらに、個別包装の後に、きょう雑物が発見された包装物(コンテナ、袋)のみを色彩選別してもよい。
また、きょう雑物の着色(例えば黒色異物)は粒子径の大きい方が視覚的に目立ち、色彩選別による除去も容易で除去率が向上するため、吸水性樹脂全体を色彩選別するのではなく、吸水性樹脂を分級して大きい粒子のみを色彩選別することも好ましい。また、比較的小さい粒子にはきょう雑物が少ないことが判明しており、粒子全体を色彩選別するのは非効率で収率低下を招くという観点からも、吸水性樹脂を分級して大きい粒子のみを色彩選別することは好ましい。
具体的には、標準篩分級で規定される300μm以上、さらには600μm、特に850μm以上の粒子のみを色彩選別することで、効率的な色彩選別を行うことができる。また、選別される粒子は粒子全体の着色に限らず、mmオーダーの大きなの粒子の場合など、粒子の一部の着色のみが着色したものを選別してもよい。
なお、吸水性樹脂は、色彩選別後に、適宜ホッパー等に一旦貯蔵された後、個別包装されるが、最終製品の包装形態は非透水性で非透湿性に密閉できれば特に限定されるものではない。例えば、コンテナや袋を用いることができ、包装単位は通常20Kg〜20000Kg、さらには100Kg〜10000Kg、特に500Kg〜5000Kg単位で個別包装される。
凝集物には着色が多く、また、上述のように、色彩選別機1では、検出したきょう雑物の大きさによって排除の要否を区別してもよいため、選別工程は粒度の粗い吸水性樹脂のみに対して行ってもよい。もちろん、全量に対して行ってもよい。粒度の粗い吸水性樹脂のみに対して行う場合とは、例えば分級工程において篩上に残った吸水性樹脂(例えば、標準篩分級で規定される、850μm以上の吸水性樹脂)を供する場合等である。
上記選別工程によって不良品として選別された吸水性樹脂は、さらに繰り返し選別工程にかけ、純度を上げてもよい。最終的に不良品として選別された吸水性樹脂はそのまま除去してもよく、例えば土壌保水材や廃液固化材などの白色度が求められない用途に用いてもよいが、漂白する再処理工程に供することが好ましい。
漂白の方法としては従来公知の方法を用いることができ、特に限定されるものではない。例えば、塩素、アルカリ、酵素等を用いて漂白することができる。他に、不良品として選別された吸水性樹脂を再処理する方法としては、例えばモノマーとゲル化してきょう雑物を検出限界以下にする方法が挙げられる。
また、本発明にかかる吸水性樹脂粉末の製造方法は、上記乾燥工程後の製造工程で吸水性樹脂に磁束密度0.05Wb/m2以上の磁場を通過させる金属異物除去工程を含んでいてもよい。上記金属異物除去工程とは、固定ないし移動する吸水性樹脂、好ましくは連続フローする吸水性樹脂、より好ましくは連続移送される吸水性樹脂に対して磁場を通過させる工程である。当該工程を経ることにより、吸水性樹脂に含まれる金属性異物を効果的に除去することができるため、吸水性樹脂の高物性を保つことができる。なお、上記金属異物除去工程としては、特許文献6に記載の方法を用いることができる。
(2.粒子状吸水剤)
本発明で粒子状吸水剤とは、吸水性樹脂を(主成分として)含む水性液体の吸収固化剤のことを指し、さらに、好ましくは特定量の水(含水率0.5〜20質量%、好ましくは1〜15質量%、特に好ましくは2〜10質量%)を含有する。水を含有することで、吸水速度の向上や耐衝撃性の向上が図れ、物性が向上し、また少なくとも物性が低下せず維持できる。なお、「粒子状吸水剤」は、後述する「(g)その他の添加剤」が含まれない場合は、本明細書において、「吸水性樹脂粉末」と同義語である。
粒子状吸水剤における吸水性樹脂の含有量は特に限定されるものではないが、粒子状吸水剤全体の通常70〜100質量%、さらには70〜98質量%であることが好ましく、80〜98質量%であることがより好ましく、90〜98質量%であることが特に好ましい。
また、上記粒子状吸水剤は、必要により、既に説明した添加剤を含んでいてもよい。なお、上記水性液体としては、水に限らず、尿、血液、糞、排液、湿気、蒸気、氷、水と有機溶媒との混合物、水と無機溶媒との混合物、雨水、地下水など、水を含めば特に限定されるものではない。上記粒子状吸水剤は、上記水性液体の中でも、尿、特に人尿の吸収固化剤であることが好ましい。
<粒子状吸水剤の製造方法の一例>
上記粒子状吸水剤は、例えば、その製法の一例として、下記工程(A)〜(E)を含む製造方法で得ることができる。
(A)アクリル酸および/またはその塩を主成分とし、前記アクリル酸塩の少なくとも一部がアンモニア塩および/またはアミン塩である単量体成分を調整する工程
(B)アゾ系重合開始剤で該単量体成分を水溶液重合する工程
(C)重合後に、150μm未満の粒子が0質量%以上5質量%以下、質量平均粒子径(D50)が200μm以上450μm以下、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20以上0.40以下の乾燥粉末を得る工程
(D)該粉末を表面架橋する工程
(E)表面架橋された該粉末を色彩選別する工程
なお、上記製法は一例であって、上記粒子状吸水剤が前記特性を満たす限り、上記製法に限定されない。上記製法を一例として得られる上記粒子状吸水剤は、高物性を有し、かつ白色度に優れた外観を有する新規な粒子状吸水剤である。なお、色彩選別の前後ではきょう雑物量以外は実質変化しないから、本発明では上記特定物性、すなわち、高物性の吸水性樹脂を得て、それを色彩選別すればよい。
すなわち、上記粒子状吸水剤は、本発明に係る製造方法によって製造された吸水性樹脂を含む粒子状吸水剤であって、下記(a)〜(c)を満たす。
(a)(AAP:0.90g)が20g/g以上60g/g以下
(b)きょう雑物の含有量が5mm/100g以下
(c)標準篩分級で規定される、150μm未満の粒子が0質量%以上5質量%以下、質量平均粒子径(D50)が200μm以上550μm以下、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20以上0.40以下
ただし、4.8kPaの圧力下での0.90質量%塩化ナトリウム水溶液に対する60分間の加圧下吸収倍率において、粒子状吸水剤0.9gでの加圧下吸収倍率を(AAP:0.90g)とする。
上記吸水性樹脂は、アクリル酸塩系単量体を主成分として含む単量体を用いて重合した吸水性樹脂であることが好ましい。アクリル酸塩系単量体を用いることにより、得られる含水ゲルの吸水性能や安全性がより一層向上するため、上記吸水性樹脂を含む粒子状吸水剤の吸水性能や安全性も向上させることができる。色彩選別前または後の吸水性樹脂は、好ましくは、以下の「(a)PPUP」、「(c)標準篩分級での粒度」、「(d)加圧下吸水倍率」、「(e)無加圧下吸収倍率(GVs)および水可溶成分」、に記載した諸物性を有する。また、色彩選別後の吸水性樹脂のきょう雑物量は、以下の「(b)きょう雑物」に記載された量である。諸物性の調整は、重合、粉砕、表面架橋などの前記工程において適宜行われる。
(a)PPUP(Permeability Potential Under Pressure)
上記粒子状吸水剤では、その加圧下通液性効率(PPUP)は、好ましくは50%以上100%以下、より好ましくは60%以上100%以下、最も好ましくは70%以上100%以下となる。なお、加圧下通液効率とは、加圧下吸収倍率(AAP:0.9g)とは異なり、吸水性樹脂量(測定の単位面積あたりの樹脂量)を0.90gから5.0gに増加させた際の加圧下吸収倍率(AAP)の安定性(低下のなさ)に関する指標である。
例えば、おむつ中では吸水性樹脂量(測定の単位面積あたりの樹脂量)が部分的に異なっており、その樹脂量の変化による加圧下吸水倍率(AAP)変化が、実使用時におけるおむつの物性低下の原因であり、PPUPが非常に高い場合、いかなるおむつ中の吸水性樹脂量(濃度)でも安定的に高物性を発揮し、さらに通液性も高いことを示すものである。加圧下通液効率(PPUP)については日本国特願2005−109779号(2005年4月6日出願;WO2006−109844号)に詳細に記載され、かかる記載も本願に準用される。
(b)きょう雑物
上記粒子状吸水剤では、色彩選別後、きょう雑物の含有量が好ましくは5mm/100g以下、より好ましくは3mm/100g以下、以下、最も好ましくは1mm/100g以下、実質0(検出不能)とされる。5mm/100g以下では肉眼で殆ど観察できず、おむつなどの実使用において臨界的に重要である。かかる範囲であれば、オムツやナプキンなど、白色パルプ中でも消費者に異物感を与えない。上記粒子状吸水剤に用いられる吸水性樹脂は、本発明の吸水性樹脂の製造方法によって得られるものであり、上記の選別工程を経ているものであるため、上記粒子状吸水剤は、きょう雑物の含有量が非常に少ないものとなっている。したがって、上記粒子状吸水剤は、白色度に優れた低着色の粒子状吸水剤であるといえる。
(c)標準篩分級での粒度
上記粒子状吸水剤の質量平均粒子径(D50)は、物性面から200μm以上10mm以下、さらには300μm以上10mm以下(好ましくは600μm以下)が必要であるが、350μm以上550μm以下が好ましく、400μm以上500μm以下であることがさらに好ましい。特に、オムツなど衛生材料に使用される場合、必要により他の粒度の粒子を混合ないし分離するなどして、200μm以上550μm以下、好ましくは250μm以上500μm以下、より好ましくは300μm以上450μm以下、特に好ましくは350μm以上400μm以下に調整される。粒度の制御は粉砕工程、分級工程のみならず、適宜、選別工程でも行うことが可能である。
また、標準篩分級で規定される、150μm以下の微粉が少ないほどよく、通常0質量%以上5質量%以下、好ましくは0質量%以上3質量%以下、特に好ましくは0質量%以上1質量%以下に調整される。
さらに、標準篩分級で規定される、850μm以上の粒子が少ないほどよく、通常0質量%以上5質量%以下、好ましくは0質量%以上3質量%以下、特に好ましくは0質量%以上1質量%以下に調整される。粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.10以上0.45以下、好ましくは0.20以上0.40以下、好ましくは0.27以上0.37以下、好ましくは0.25以上0.35以下とされる。
これらの粒度分布から外れる場合、上記粒子状吸水剤は、紙おむつ等の吸収物品として使用した場合の効果が低減する。これらの粒度は粉砕、分級、造粒、微粉回収などで適宜調整する。
さらに、上記粒子状吸水剤は嵩比重(JIS K−3362で規定)は好ましくは0.40g/ml以上0.90g/ml以下、より好ましくは0.50g/ml以上0.80g/ml以下の範囲に調整される。
(d)加圧下吸水倍率(AAP、Absorbency against Presuure)
上記粒子状吸水剤は生理食塩水に対する加圧下吸水倍率(4.8kPa:0.90g)が好ましくは15g/g以上、より好ましくは20g/g以上、次に好ましくは23g/g以上、さらに好ましくは25g/g以上である。また、生理食塩水に対する加圧下吸収倍率(1.9kPa:0.90g)も通常15g/g以上、好ましくは20g/g以上、次に好ましくは25g/g以上、さらに好ましくは28g/g以上、特に好ましくは32g/g以上である。これら加圧下吸収倍率の上限は特にないが、他の物性とのバランスおよびコストパフォーマンスの観点から通常60g/g程度である。
(e)無加圧下吸収倍率(GVs)および水可溶成分
上記粒子状吸水剤は、無加圧下吸収倍率(GVs/別称;CRC)が10g/g以上50g/g以下、28g/g以上50g/g以下、好ましくは28g/g以上45g/g以下、より好ましくは30g/g以上45g/g以下、特に好ましくは30g/g以上40g/g以下とされる。CRCが高すぎると、ゲル強度、耐尿性等の本発明に規定されない他の物性が低下し、さらに、CRCが低すぎると、実使用時におむつとして吸収量が不十分となる。また、水可溶分量は好ましくは0質量%以上25質量%以下、より好ましくは0質量%以上15質量%以下、さらに好ましくは0質量%以上10質量%以下である。
(f)残存モノマー
さらに、上記粒子状吸水剤の残存モノマー(残存単量体)量は好ましくは0質量ppm以上400質量ppm以下、より好ましくは0質量ppm以上300質量ppm以下、特に好ましくは0質量ppm以上200質量ppm以下、特に0質量ppm以上100ppm以下を示す。かかる残存モノマーは例えばアンモニアでの中和やアゾ重合開始剤の使用で達成される。
(g)その他添加剤
さらに、上記粒子状吸水剤は、その目的機能に応じて、種々の機能を付与させるため、キレート剤(例えば、米国特許6599989号に例示)、酸化剤(例えば、米国特許公開2006−183828号に例示)、亜硫酸(水素)塩などの還元剤(例えば、米国特許4863989号に例示)、アミノカルボン酸などのキレート剤(例えば、米国特許6469080号に例示)、シリカや金属石鹸(例えば、米国特許公開2005−0118423号に例示)等の水不溶性無機ないし有機粉末、界面活性剤(例えば米国特許6107358号に例示)、消臭剤、抗菌剤、高分子ポリアミン、パルプや熱可塑性繊維などを0質量%以上3質量%以下、好ましくは0質量%以上1質量%以下添加されたものでも良い。
上記粒子状吸水剤は、含水率(100−固形分(%))が0.1質量%以上12質量%以下、2質量%以上10質量%以下、2質量%以上8質量%以下、2質量%以上7質量%以下、2質量%以上6質量%以下、2質量%以上5質量%以下の順で後者ほど好ましい。含水率が0.1質量%以上12質量%以下の範囲から外れると、粉体特性(流動性、搬送性、耐ダメージ)に劣った吸水剤となる。
本発明では、アクリル酸および/またはその塩を主成分とする不飽和単量体を架橋重合した吸水性樹脂粉末の非透水性袋または非透水性容器中の包装物であって、20Kg〜200000Kg単位で個別包装され、吸水性樹脂粉末が下記(a)〜(c)を満たすことを特徴とする吸水性樹脂粉末の包装物を与える。
(a)(AAP:0.90g)が20g/g以上60g/g以下
(b)きょう雑物の含有量が5mm/100g以下
(c)標準篩分級で規定される、150μm以下の微粉が0質量%以上5質量%以下、質量平均粒子径(D50)が200μm以上550μm以下、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20以上0.40以下
ただし、4.8kPaの圧力下での0.90質量%塩化ナトリウム水溶液に対する60分間の加圧下吸収倍率において、粒子状吸水剤0.9gでの加圧下吸収倍率を(AAP:0.90g)とする。
かかる吸水性樹脂粉末の包装物はきょう雑物が臨界的に少なく、目視では観察不能であるだけでなく、かつ高物性であるため、おむつなどの最終消費財の工業的な生産に好適である。
上記吸水性樹脂粉末の包装物は、上記高物性であるだけでなく、生産量を100Mton以上(Mton=Metric ton=1000kg)以上であることに特徴を有する。従来、実験室スケールでの製造とは異なり、工業的に多量に生産すると、きょう雑物の混入や物性の低下等の問題が発生していたが、本発明は100Mton以上の生産でも、きょう雑物を有さない吸水性樹脂粉末を提供することができる。したがって、大量消費に向けた高物性のきょう雑物を有さない吸水性樹脂粉末であって、オムツ中で高物性を発揮する上に、きょう雑物由来の異物感を与えない吸水性樹脂粉末を提供することができる。上記生産量は通算100Mton以上、さらには1000Mton以上、特に1万Mton以上であり、通算生産量さらに好ましくは年間生産量である。
(3.用途)
本発明の吸水性樹脂粉末の製造方法によって製造された吸水性樹脂粉末および上記粒子状吸水剤の用途は、前記<吸水性樹脂粉末の物性>に記載したように特に限定されないが、好ましくは、紙オムツ、生理ナプキン、失禁パット等の吸収性物品に使用され得る。特に、高物性を有し、しかも白色度に優れた低着色吸収剤であるため、従来、吸水剤の原料由来の臭気、上記きょう雑物による異物感等が問題になっていた高濃度オムツ(1枚のオムツに多量の吸水性樹脂を使用したもの)に好適に使用され、特に前記吸収性物品中の吸収体上層部に使用された場合に、特に優れた性能が発揮される。本発明に係る吸水性樹脂粉末、または本発明に係る製造方法によって得られた吸水性樹脂粉末は、白色パルプ中でも消費者に異物感を与えない。
上記吸収性物品は、粒子状吸水剤と必要に応じ親水性繊維をシート状に成形して得られる吸収体と、液透過性を有する表面シートと、及び液不透過性を有する背面シートとを備える吸収性物品である。上記親水性繊維を使用しない場合の吸収体は、紙及び/又は不織布に吸水剤を固定させることにより構成される。
上記吸収性物品、特に子供用紙オムツ、大人用紙オムツや生理ナプキンは、例えば繊維基材と上記粒子状吸水剤とをブレンドないしサンドイッチすることで吸収体(吸収コア)を作製し、吸収コアに液透過性を有する基材(表面シート)と液不透過性を有する基材(背面シート)とでサンドイッチして、必要に応じて、弾性部材、拡散層、粘着テープ等を装備することで製造され得る。
この吸収性物品中の吸収体における粒子状吸水剤の含有量(コア濃度)は、30質量%以上100質量%以下、好ましくは40質量%以上100質量%以下、より好ましくは50質量%以上100質量%以下、さらに好ましくは60質量%以上100質量%以下、特に好ましくは70質量%以上100質量%以下、最も好ましくは75質量%以上95質量%以下で本発明の効果が発揮される。例えば、上記粒子状吸水剤を前記濃度で、特に吸収体上層部に使用した場合、高通液性(高加圧下通液効率)のため、尿等の吸収液の拡散性に優れるために、紙おむつ等の吸収物品が効率的な液分配による吸収物品全体の吸収量の向上に加え、吸収体が衛生感のある白色状態を保つ吸収物品が提供できる。
また、上記吸収体は、密度が0.06g/cc以上0.50g/cc以下、坪量が0.01g/cm以上0.20g/cm以下に圧縮成形されているのが好ましい。用いられ得る繊維基材としては、粉砕された木材パルプ、コットンリンター及び架橋セルロース繊維、レーヨン、綿、羊毛、アセテート、ビニロン等の親水性繊維等が挙げられ、好ましくは、これらがエアレイドされたものがよい。
なお、本発明は以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、吸水性樹脂の諸物性は、以下の方法により測定した。
(1)無加圧下吸収倍率(0.90質量%生理食塩水に対する無加圧下で30分の吸収倍率/CRC)
室温(20℃以上25℃以下)、湿度50RH%の条件下で、吸水性樹脂粉末0.200gを不織布製の袋(60mm×60mm)に均一に入れてシールした後、室温の0.90質量%生理食塩水中に浸漬した。30分後に袋を引き上げ、遠心分離機(株式会社コクサン社製、遠心機:型式H−122)を用いて250Gで3分間水切りを行った後、袋の質量W1(g)を測定した。また、同様の操作を吸水性樹脂粉末あるいは吸水剤を用いずに行い、その時の質量W0(g)を測定した。そして、これらW1、W0から、次式に従って無加圧下吸収倍率(g/g)を算出した。
無加圧下吸収倍率(g/g)=(W1(g)−W0(g))/吸水性樹脂粉末の質量(g)
(2)可溶分(水可溶成分)量
吸水性樹脂粉末500mgを、蓋付きポリプロピレン製カップ中(内径90mm×200mm)に投入した1000gのイオン交換水中に、分散し、4cmのマグネチックスターラーで約300〜600rpmで16時間攪拌したあと、含水ゲルの分散液を濾紙1枚(ADVANTEC東洋株式会社、品名:(JISP 3801、No.2)、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)を用いて濾過することにより濾液を得た。
次に、得られた濾液の50.0gを100mlのビーカーに測り取り、該濾液に0.1N−水酸化ナトリウム水溶液(和光純薬工業(株)製)1ml、0.005N−メチルグリコールキトサン水溶液(和光純薬工業(株)製)10ml、および0.1%トルイジンブルー(トルイジンブルー指示薬、和光純薬工業(株)製)を約0.2g加えた。
次いで、上記ビーカーの溶液を0.0025N−ポリビニル硫酸カリウム水溶液(和光純薬工業(株)製)を用いてコロイド滴定し、溶液の色が青色から赤紫色に変化した時点を滴定の終点とし、滴定量D(ml)を求めた。また、濾液50gに代えて、イオン交換水50gを用いて、同様の操作を行い、滴定量E(ml)を求めた。
これらの滴定量と吸水性樹脂粉末を構成する単量体の平均分子量Fから、次式にしたがって可溶分量(質量%)を算出した。
可溶分(質量%)=(E(ml)−D(ml))×0.005/C(g)×F
(3)残存モノマー量(残存アクリル酸量)
上記(2)で攪拌時間を2時間したのち同様に濾過し、濾液中の残存アクリル酸を液体クロマトグラフィーで分析した。
(4)質量平均粒子径
吸水性樹脂粉末を目開き850μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μmなどのJIS標準ふるい(JIS Z8801−1(2000))で篩い分けし、残留百分率Rを対数確率紙にプロットした。これにより、質量平均粒子径(D50)を読み取った。なお、ふるいの目開きは、粒子径に合せて適宜変更すればよい。例えば、粒子径1mm以上では、米国特許公開2007−041796号に記載されたふるい等を用いることができる。
なお、分級条件は、吸水性樹脂粉末10.0gを、室温(20℃以上25℃以下)、湿度50RH%の条件下で、JIS標準ふるい(THE IIDA TESTING SIEVE:径8cm)に仕込み、振動分級器(IIDA SIEVE SHAKER、TYPE:ES−65型、SER.No.0501)により、10分間分級を行った。
(5)きょう雑物の含有量
JIS P8208(1998)「製紙用パルプのきょう雑物試験方法」に準じて、吸水性樹脂粉末のきょう雑物の量(mm/100g)を測定した。すなわち、JIS P8208に例示の「きょう雑物測定表(財団法人印刷局;販売(株)朝陽会(東京都北区))」および「きょう雑物測定装置」をもって、きょう雑物測定表(透明ポリエステルフィルム製)に規定の表示面積0.05mm〜5.0mmまでの14段階の図形を、吸水性樹脂粉末に重ね合わせ、大きさおよび形状のもっとも近似しているものを選び出し、その表示面積の総和からきょう雑物の面積を比較計測した。(例えば、吸水性樹脂粉末100g中で面積0.05mmのきょう雑物が10粒の場合、0.5mm/100gとなる)。なお、JIS P8208によると、きょう雑物とはパルプ中に含まれる塵および結束繊維の総称で、不透明性あるいは他の部分と異なる色を有する部分であるが、本願では吸水性樹脂粉末(通常;白色、例えばYI≦20)に対して、JIS P8208に準じて目視で判別できる着色粒(通常;黒ないし茶色)をきょう雑物と規定する。
(6)加圧下吸収倍率(AAP)の測定方法
欧州特許0885917号および欧州特許0811636号の実施例に開示の方法にしたがって、吸水性樹脂粉末の生理食塩水に対する4.9kPa(約50g/cm2)での加圧下吸収倍率を測定した。すなわち、吸水性樹脂粉末0.900gに対して50g/cm2の荷重を均一に加えながら、60分間にわたって吸水性樹脂粉末が吸収した生理食塩水の質量W2(g)を、天秤を用いて測定した。そして、上記の質量W2から、次式に従って、吸収開始から60分後の加圧下の吸収倍率(g/g)を算出し、加圧下(50g/cm2)の吸収倍率とした。
加圧下吸収倍率(g/g)=質量W2(g)/吸水性樹脂粉末の質量(g)
(7)加圧下通液効率(PPUP/Permeability Potential Under Pressure)
上記(6)4.9kPaでの加圧下吸収倍率(AAP:0.90g)の測定において、吸水性樹脂粉末の量を0.900gから5.000gに変えた以外は同様の操作をして、加圧下吸収倍率(AAP:5.0g)の値を求めた。このとき、加圧下吸収倍率(AAP:5.0g)が高いものは、膨潤した吸水性樹脂(または粒子状吸水剤)の層の高さが非常に高くなる可能性があるので、使用する支持円筒の高さは十分余裕を持たせておく必要がある。以上の操作で求められた加圧下吸収倍率(AAP:0.90g)、(AAP:5.0g)を用いて、下式により加圧下通液効率(PPUP)が求められる。
加圧下通液効率(PPUP)(%)=(AAP:5.0g(g/g)/AAP:0.90g(g/g))×100
(8)吸水性樹脂粉末の着色
分光式色差計SZ−Σ80 COLOR MEASURING SYMETEM(日本電飾工業(株)製)を用いて、設定条件(反射条件/粉末ペースト試験台(内径30mm)/標準として粉末ペースト用標準白板No2/30φ投光パイプ)にて、製造直後の吸水性樹脂粉末(約5〜10g)の物体色を測定した。なお、米国特許20040110914の促進試験は行わなかった。YIは小さいほど白色であり、15以下、さらには10以下が好ましい。
(9)生理食塩水流れ誘導性(Saline Flow Conductivity) 0.69質量%生理食塩水流れ誘導性(SFC)の測定は、米国特許2004−0106745号の生理食塩水流れ誘導性(SFC)試験に準じて行った。
前記特許の装置を用い、容器に均一に入れた吸水性樹脂(0.900g)を人工尿(特許参照のJayco人工尿)中で0.3psi(2.07kPa)の加圧下、60分間膨潤させ、ゲル層の高さを記録した。次に0.3psi(2.07kPa)の加圧下、0.69質量%生理食塩水を一定の静水圧でタンクから取り出し、膨潤したゲル層を通液させる。このSFC試験は室温(20℃以上25℃以下)で行った。
(吸水性樹脂粉末の製造例1)
重合工程(ベルト上での静置重合)、ゲル細粒化工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程、表面処理工程(架橋剤の噴霧工程、加熱工程、冷却工程)、分級工程、金属異物除去工程(参照;米国特許6716894号、上記特許文献6)、がそれぞれ連結され、各工程を連続して行うことができる吸水性樹脂粉末の連続製造装置(1時間あたり約500Kgの生産能力)を用いて吸水性樹脂粉末を連続製造した。
すなわち、まず、モノマーとして、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(平均n数9)を0.06モル%(対単量体)を含む75モル%が中和されたアクリル酸部分ナトリウム塩水溶液(濃度38質量%)を単量体水溶液(1)として、得られた単量体水溶液(1)を定量ポンプで連続フィードを行い、配管の途中で窒素ガスを連続的に吹き込み、酸素濃度を0.5ppm以下にした。
次に、単量体水溶液(1)にさらに過硫酸ナトリウム/L−アスコルビン酸=0.14/0.005(g/単量体mol)をラインミキシングで混合して、サイドに堰を有する平面スチールベルトに厚み約25mmで供給して、連続的に30分間水溶液重合を行った。こうして得られた含水ゲル状架橋重合体(1)を粉砕後さらに孔径7mmのミートチョッパーで約1mmに細分化し、これをバンド乾燥機の多孔板状に薄く広げて載せ、180℃で30分間連続熱風乾燥し乾燥重合体を得た。
当該乾燥重合体を粉砕し、得られた粒子状乾燥物の全量を3段ロールグラニュレーター(ロールギャップが上から1.0mm/0.55mm/0.42mm)に連続供給することで粉砕したのち、編目開き850μmおよび150μmの金属篩網を有する篩い分け装置で分級して、850〜150μmが約98質量%の吸水性樹脂粉末(1)(CRC=35g/g)を得た。吸水性樹脂粉末(1)の諸物性の測定結果を表1に示す。
さらに、吸水性樹脂粉末(1)を高速連続混合機(タービュライザー/1000rpm)に1000kg/hrで連続供給して、吸水性樹脂粉末(1)に対してプロピレングリコール/水/硫酸アルミニウム・18水和物=1.0/2.5/0.5(質量%;対吸水性樹脂粉末)からなる表面架橋剤水溶液を約250μmの液滴になるスプレーで噴霧し混合した。
次いで、得られた混合物を195℃で、パドルドライヤーにより連続的に40分間加熱処理したのち、60℃に強制冷却した。さらに、目開き850μmの金属篩網を有する篩い分け装置で850μm通過物(2)を分級し、850μm on品(1)は再度粉砕したのち、前記850μm通過物(2)と混合することで、全量が850μm通過物である吸水性樹脂粉末(2)(プロピレングリコールおよび硫酸アルミで表面架橋された吸水性樹脂粉末(1))を得た。
得られた吸水性樹脂粉末(2)の諸物性の測定結果を表1に示す。なお、梱包は非透水性袋に500Kgごとに行い、1Lotとした。
Figure 0005271717
(比較例1)
製造例1において、吸水性樹脂粉末(1)のLotから任意に吸水性樹脂粒子300gを取り出し、300gを一層で約1mに広げて、きょう雑物(黒色粒子)の有無をチェックした。1mに広げた粒子300g(全量が850μm通過物)中一粒でもきょう雑物(黒色粒子)が含まれているLotの割合を確認した結果、全Lotの約9%(9ロット/100ロット)にはきょう雑物(黒色粒子)が含まれていた。
(実施例1)
製造例1における目開き850μmの金属篩網 on品(1)の着色粒子を画像センサで監視し、着色粒子の検知により自動ダンパーから一定量の粉を抜き出し、抜き出した着色粒子のみを選別し、色彩選別したのちの850μm on品(1‘)のみを上記工程に戻した。上記850μm on品(1‘)は製造例1と同様に同様に粉砕され、前記850μm通過物(2)と混合することで、全量が850μm通過物である吸水性樹脂粉末(1A)を得た。その結果、吸水性樹脂粉末(1A)中のきょう雑物を含むLotは6%(6ロット/100ロット)に低減された。なお、色彩選別した850μm on品(1)の着色粒子の除去率は66%であり、全きょう雑物中、色彩選別した850μm onが約50%であった。
(実施例2)
粒子1000kg当り約6000粒のきょう雑物(黒色異物)を含む吸水性樹脂粉末(2)について、粒子全量(粒度分布850〜150μmが98%)を、片面監視カメラを備えた色彩選別機ファイナルソーター((株)サタケ)を用いて処理量470Kg/時間で色彩選別した。その結果、歩留まり95.6%で、選別能は90%であり、きょう雑物の90%は除去され、目視では実質観測されなかった。
(実施例3)
実施例2において、色彩選別機の処理量を3500Kg/時間で色彩選別したところ、歩留まり98.6%で、きょう雑物の選別能は43%であり、目視では殆ど観測されなかった。
(実施例4)
実施例2において、歩留まり95.6%で色彩選別(一次選別)されたきょう雑物を含む吸水性樹脂粉末4.4%に対して、さらに色彩選別(二次選別)を行ったところ、歩留まりが99.9%に向上した。
(吸水性樹脂粉末の製造例2)
米国特許公開2007−041796号の実施例8に従い、連続ベルト重合を行ったのち、硫酸アルミニウムで表面架橋された平均粒子径4mmの6面体状(立方体)の吸水性樹脂粉末を得た。
すなわち、米国特許公開2007−041796号の実施例8に従い、アクリル酸15.9kgおよび37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液173.4kgの単量体、ポリエチレングリコールジアクリレート(n=9)104.6g、およびイオン交換水7.9kg、15質量%ポリエチレングリコール(商品名 ポリエチレングリコール6000、日本油脂株式会社製)水溶液2.7kgを十分混合してモノマー水溶液を作成し、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンおよび過硫酸ナトリウムの3%溶液を重合開始剤として、エンドレススチールベルトで紫外線を照射し、連続ベルト重合を行った。
得られた含水ゲルの含水率は45.0質量%で、厚さは4.5mmであり、約4mm角の6面体状の含水ゲルを得た。なお、含水ゲルを切断する際、プロピレングリコールを19.05質量%噴霧して表面被覆も行った。さらに、含水ゲル40kgに対して10質量%硫酸アルミニウム水溶液600gを噴霧した後、150℃の熱風で50分乾燥することで、表面架橋と同時に乾燥を行い、さらに凝集物を選別した。
得られた吸水性樹脂粉末(3)の含水率は12%で、質量平均粒子径は4.0mm、150μm以下の微粉は0%、対数標準偏差値σζは0.18であった(詳細は米国特許公開2007−041796号を参照)。
(比較例2)
製造例2の各工程を連結して連続ベルト重合を含む連続製造を行ったところ、運転当初はきょう雑物がゼロであったが、数ヶ月間連続運転後、一旦停止して確認したところ、吸水性樹脂粉末10kgあたり平均4個の黒色のきょう雑物が確認された。
(実施例5)
比較例2において、最終製品の包装直前であって、連続製造における最終工程後に、吸水性樹脂を150kg/hrでクボタ粉体異物選別機PLATON(株式会社クボタ製)に供給して色彩選別を行ったところ、歩留まりは99.5%であり、きょう雑物は100%除去された。
(実施例6)
実施例4において、歩留まり99.5%で色彩選別(一次選別)されたきょう雑物を含む吸水性樹脂粉末0.5%に対して、さらに色彩選別(二次選別)を行ったところ、歩留まりが99.99%に向上し、きょう雑物は100%除去された。
なお、上記実施例1−6できょう雑物を除去した場合、色彩選別前後で物性は実質同一か、数ポイント以内の範囲で若干向上していた。
(吸水性樹脂粉末の製造例3)
米国特許6867269号の実施例1に従い、連続ニーダー重合を行い、吸水性樹脂粉末(4)を得た。
すなわち、1分間あたりに、アクリル酸493.2g、水酸化ナトリウムの48質量%水溶液396.1g、水419.6g、ジエチレントリアミン5酢酸・5ナトリウムの0.5質量%水溶液6.0g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(平均ポリエチレングリコールユニット数8)1.0g、過硫酸ナトリウムの3質量%水溶液11.3gを、ラインミキシングした混合溶液(濃度45%、温度97℃)を、2軸の攪拌翼を有する重合容器として、コンティニュアースニーダー((株)ダルトン製、CKDJS−40)に連続的に供給した。含水ゲル状架橋重合体の剪断が行われ、破砕された含水ゲル(4)が連続的に重合容器より排出された。
得られた含水ゲル(4)を170℃の熱風で40分間熱風乾燥し、さらに粉砕・分級することで、1時間あたり約36kgで吸水性樹脂粉末(4)(GVs=39g/g、可溶分12%)を得た(詳細は米国特許6867269号を参照)。
(吸水性樹脂粉末の製造例4)
上記吸水性樹脂粉末(4)に対し、製造例1と同様に表面架橋を行い、吸水性樹脂粉末(5)を得た。
(比較例3)
製造例3および製造例4を経て連続的に得られた吸水性樹脂粉末(5)は、連続生産を継続すると、粒子1000kg当たり約4000粒のきょう雑物が発生するようになった。
(実施例7)
製造例3および製造例4を経て連続的に得られた吸水性樹脂粉末(5)に対して、連続製造の製造工程の最終工程後に、インラインで連続的にクボタ粉体異物選別機PLATON(株式会社クボタ製)を用いて一次選別および二次選別を行ったところ、歩留まりは99.8%であった。また、きょう雑物は97%除去された。
(実施例8)
実施例7で得られた、一次選別および二次選別を行った吸水性樹脂粉末について、物性を測定したところ、100ton生産後でも、(a)PUPP=65%,(b)きょう雑物の含有量が0mm/100g、(c)150μm以下の微粉が1質量%、D50=380μm、σζ=0.33、AAP=23g/g、残存モノマー300ppm、固形分が約99質量%であった。
(実施例9)
WO2006−109844号に従い、吸水性樹脂粉末50重量%とパルプ50重量%を乾式混合して、直径9cm、坪量2g/cmのコアを製造した。
上記コア(オムツの吸収層モデル)において、実施例1〜4および実施例7で得られた吸水性樹脂粉末は目視できょう雑物が実質的に確認できなかった。一方、比較例1、3の吸水性樹脂粉末では、パルプ中にきょう雑物が比較的容易に確認できた。
WO2006−109844号に従い、実施例8で得られた吸水性樹脂粉末について、25mlの生理食塩水に対する4.9kPaでの戻り量(Re-Wet)を測定したところ、5gと良好であった。
以上のように、本発明に係る吸水性樹脂の製造方法は、篩分級で規定される質量平均粒子径が300μm以上10mm以下であり、かつ、150μm以下の微粉が10質量%未満の、表面架橋構造を有する吸水性樹脂粉末の製造方法であって、不飽和単量体水溶液を重合する重合工程と、当該重合工程によって得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する乾燥工程と、当該含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物を表面処理する表面処理工程と、上記乾燥工程後に行われる製造工程であって、吸水性樹脂の全量または一部に対して、吸水性樹脂に含まれるきょう雑物を色彩選別する選別工程と、を含む構成である。
したがって、きょう雑物が発生しやすい高物性吸水性樹脂について、製造効率を上げることができるとともに、外観上異物感がなく、優れた白色度を有する低着色吸水性樹脂を効率よく得ることができるという効果を奏する。
発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内において、いろいろと変更して実施することができるものである。
以上のように、本発明では、製造工程に色彩選別の手法を用いた選別工程を含むので、特に高物性の吸水性樹脂を連続製造中に発生しやすい黒色や茶色のきょう雑物を効率よく除去することができる。そのため、本発明は、高物性であり、かつ、高い白色度を有することが要求されるオムツ等の衛生材料の製造に関する分野に広く利用することができる。
本実施の形態において一例として用いられる色彩選別機1の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
1 色彩選別機
11 フィーダ
12 シュート
13 選別室
14 センサ
15 ランプ
16 反射板
17 空気銃
18 良品回収筒
19 不良品回収筒
100 吸水性樹脂

Claims (10)

  1. 篩分級で規定される質量平均粒子径が300μm以上10mm以下であり、かつ、150μm以下の微粉が10質量%未満の、表面架橋構造を有する吸水性樹脂粉末の製造方法であって、
    不飽和単量体水溶液を重合する重合工程と、
    当該重合工程によって得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する乾燥工程と、
    当該含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物を表面処理する表面処理工程と、
    上記乾燥工程後に行われる製造工程であって、吸水性樹脂の全量または一部に対して、吸水性樹脂に含まれるきょう雑物を色彩選別して除去する選別工程と、を含むことを特徴とする吸水性樹脂粉末の製造方法。
  2. 上記色彩選別が気流噴射で行われることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の吸水性樹脂粉末の製造方法。
  3. 上記色彩選別がデジタル画像処理で行われることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載の吸水性樹脂粉末の製造方法。
  4. 上記乾燥工程および上記表面処理工程が、上記含水ゲル状架橋重合体またはその乾燥物を150℃以上250℃以下で加熱処理することによって行なわれることを特徴とする請求の範囲第1項から第3項のいずれか1項に記載の吸水性樹脂粉末の製造方法。
  5. 上記乾燥工程後に、さらに粉砕工程、分級工程および各製造工程を連結する連続移送工程を含み、連続的に30日以上1000日以下で製造することを特徴とする請求の範囲第1項から第4項のいずれか1項に記載の吸水性樹脂粉末の製造方法。
  6. 吸水性樹脂が20Kg〜200000Kg単位で非透水性袋または非透水性容器中に個別包装され、上記選別工程を最終製品の包装直前または直後に行うことを特徴とする請求の範囲第1項から第5項のいずれか1項に記載の吸水性樹脂粉末の製造方法。
  7. 色彩選別される吸水性樹脂が、アクリル酸および/またはその塩を主成分とする不飽和単量体を架橋重合した吸水性樹脂粉末であって、下記物性を満たすことを特徴とする、請求の範囲第1項から第6項のいずれか1項に記載の吸水性樹脂粉末の製造方法。
    (a)(AAP:0.90g)が20g/g以上60g/g以下
    (b)標準篩分級で規定される、150μm以下の微粉が0質量%以上5質量%以下、質量平均粒子径(D50)が300μm以上600μm以下、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20以上0.40以下
    ただし、4.8kPaの圧力下での0.90質量%塩化ナトリウム水溶液に対する60分間の加圧下吸収倍率において、粒子状吸水剤0.9gでの加圧下吸収倍率を(AAP:0.90g)とする。
  8. 上記色彩選別が複数回行われることを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載の吸水性樹脂粉末の製造方法。
  9. 上記重合が、水溶液重合によって行われることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の吸水性樹脂粉末の製造方法。
  10. アクリル酸および/またはその塩を主成分とする不飽和単量体を架橋重合した吸水性樹脂粉末の包装物であって、
    上記包装物は、非透水性袋または非透水性容器中に20kg〜20000kg単位で個別包装され、かつ、生産量が100Mton以上であって、
    上記吸水性樹脂粉末が下記物性を満たすことを特徴とする包装物。
    (a)きょう雑物の含有量が5mm/100g以下
    (b)(AAP:0.90g)が20g/g以上60g/g以下
    (c)標準篩分級で規定される、150μm以下の微粉が0質量%以上5質量%以下、質量平均粒子径(D50)が200μm以上550μm以下、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20以上0.40以下
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