JP5415256B2 - 粒子状吸水剤およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、実質白色の粒子状吸水剤であって、経時着色の問題もなく、高物性を有し且つ安全性に優れた粒子状吸水剤およびその製造方法に関する。
近年、高度の吸水性を有する吸水性樹脂が開発され、紙おむつ、生理用ナプキンなどの吸収物品、さらには、農園芸用保水剤、工業用止水材などとして、主に使い捨て用途に多用されている。このような吸水性樹脂としては、原料として多くの単量体や親水性高分子が提案されているが、特に、アクリル酸および/またはその塩を単量体として用いたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂がその吸水性能の高さから工業的に最も多く用いられている。
従来から上記の吸水性樹脂に望まれる吸水特性としては、無加圧下吸収倍率、加圧下吸収倍率、吸水速度、無加圧下通液性、加圧下通液性、耐衝撃性、耐尿性、流動性、ゲル強度、粒度など数多くの特性(パラメーター)が知られ、また、さらに同じ物性(例、無加圧下吸収倍率)の中でも種々の観点で数多くの規定(パラメーター測定法)が提案されている。
また、これら吸水性樹脂の主用途はおむつや生理用ナプキンなど衛生材料であるため、粉末の吸水性樹脂が白色のパルプと衛生材料中で複合化された際に、着色による異物感を与えないように、工場から出荷時に吸水性樹脂が白色であることが求められている。また、吸水性樹脂は一般には白色粉末であるが、出荷後であっても、その保管や輸送中、さらには衛生材料に使用した際、吸水性樹脂が経時的に着色(黄色から茶色に着色)することが知られており、吸収物品を長期間保管した際にも白色であることが求められている。
上記吸水性樹脂の着色問題を解決するために、アクリル酸モノマーおよび/またはその塩をヒドロキシパーオキシドと還元剤で重合後、シランカップリング剤で処理する方法(特許文献1)、吸水性樹脂に有機リン酸化合物またはその塩で処理する方法(特許文献2)、アクリル酸中のハイドロキノン及びベンゾキノンの合計量を0.2ppm以下に制御する方法(特許文献3)、吸水性樹脂に無機還元剤を添加する方法(特許文献4)、吸水性樹脂に有機カルボン酸又はその塩を添加する方法(特許文献5、6、7)、アクリル酸中の重合防止剤にトコフェロールを使用して重合する製法(特許文献8)、吸水性樹脂の製造において金属キレート剤を添加する製法(特許文献9、10)が提案されている。
しかしながら、前記いずれの方法においても、着色改善が不十分であるのみならず、物性低下やコストアップを伴うだけでなく、使用する化合物によっては安全性の問題もあった。
特開平4−331205号公報(公開日:1992年11月19日) 特開平5−86251号公報(公開日:1993年4月6日) 米国特許6444744号(発行日:2002年9月3日) 国際公開WO2000/55245号(公開日:2000年9月21日) 特開2000−327926号公報(公開日:2000年11月28日) 特開2003−52742号公報(公開日:2003年2月25日) 特開2005−186016号公報(公開日:2005年7月14日) 国際公開WO2003/53482号(公開日:2003年7月3日) 特開2003−206305号公報(公開日:2003年7月22日) 特開2003−206381号公報(公開日:2003年7月22日)
本発明が解決しようとする課題は、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤において、優れた吸水特性と着色防止効果という相反する特性を両立することにある。
本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った。その結果、以下の構成で前記課題が達成されることを見出し、本発明の完成に至った。
本発明の粒子状吸水剤は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、吸水性樹脂内部にα−ヒドロキシカルボン酸(塩)を含有することを特徴する。
本発明の粒子状吸水剤は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を含有し、且つ、下記(a)〜(c)のうちの少なくとも一つを満たすことを特徴とする。
(a)150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40
(b)4.8kPa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(AAP)が少なくとも15g/g
(c)0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)が少なくとも5(×10−7・cm・s・g−1
本発明の粒子状吸水剤の製造方法は、アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液を架橋重合する工程、重合で得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、α―ヒドロキシカルボン酸(塩)の存在下に重合することを特徴とする。
本発明の粒子状吸水剤の製造方法は、アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液を架橋重合する工程、重合で得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、重合後の含水ゲル状架橋重合体にα―ヒドロキシカルボン酸(塩)を添加することを特徴とする。
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。
本発明の粒子状吸水剤によれば、おむつなど吸収性物品での実使用時、吸水性樹脂を高濃度で使用する際に、従来になく優れた吸収能(優れた通液性、低残存モノマー量、優れた着色防止特性)を発揮する。
SFCの測定装置の概略図である。
以下、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を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。なお、本明細書において、「質量」と「重量」とは同義であるものとする。また、「粒径」と「粒子径」とは同義であるものとする。
(1)吸水性樹脂
本発明で吸水性樹脂とは、重合体に架橋構造を導入した水膨潤性水不溶性重合体を言う。その水膨潤性とは、生理食塩水に対して無加圧下吸収倍率(CRC)が2g/g以上、好ましくは5〜200g/g、より好ましくは20〜100g/gであることをいう。また、その水不溶性とは、樹脂中の水可溶分が必須に0〜50質量%以下、好ましくは0〜25質量%、より好ましくは0〜15質量%、さらに好ましくは0〜10質量%の実質的に水不溶性であることをいう。なお、これらの測定法は、後述の実施例で規定される。
本発明で用いられる吸水性樹脂は、アクリル酸由来の構成単位を有するポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂であり、そのアクリル酸の使用量や中和率は後述する。
架橋剤を除く主鎖の構成単位のうち通常10〜100モル%、好ましくは50〜100モル%、より好ましくは70〜100モル%、特に好ましくは90〜100モル%がアクリル酸(塩)に由来する重合体である。さらには、実質100モル%がアクリル酸(塩)に由来する重合体であることが好ましい。
本発明で用いられるアクリル酸塩としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩等のアクリル酸の1価塩が用いられ、好ましくは、アルカリ金属塩が用いられる。本発明において得られる吸水性樹脂の中和率は、好ましくは酸基に対して10〜99モル%であり、より好ましくは酸基に対して20〜99モル%であり、さらに好ましくは酸基に対して40〜95モル%、よりさらに好ましくは酸基に対して40〜90モル%、特に好ましくは酸基に対して50〜90モル%、最も好ましくは酸基に対して60〜80モル%である。なお、この中和は、重合前の単量体に対して行っても良いし、重合中や重合後の重合体に対して行っても良く、それらが併用されても良い。ただし、好ましくは単量体としてのアクリル酸が中和される。
なお、本発明ではポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂以外の吸水性樹脂樹脂を併用してもよいが、好ましくは、吸水性樹脂としてポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂が50〜100重量%の主成分、さらに好ましくは70〜100重量%、特に好ましくは90〜100重量%用いられる。併用する場合は、吸水性樹脂として、ポリエチレンイミン架橋体、ポリアリルアミン架橋体などのポリアミン系吸水性樹脂、ポリアクリルアミド架橋体、ポリエチレンオキサイド架橋体などのノニオン系吸水性樹脂等が例示される。
(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(別称;ゲル化剤)のことを指す。水性液体としては、水に限られず、尿、血液、糞、廃液、湿気や蒸気、氷、水と有機溶媒ないし無機溶媒の混合物、雨水、地下水などが挙げられる。水性液体としては、水を含めば特に制限されないが、好ましくは、本発明の粒子状吸水剤は、尿、特に人尿の吸収固化剤とされる。
本発明の粒子状吸水剤中に主成分として含まれる吸水性樹脂の含有量は、好ましくは粒子状吸水剤全体に対して70〜99.9質量%であり、より好ましくは80〜99.7質量%であり、さらに好ましくは90〜99.5質量%である。吸水性樹脂以外に好ましくは水を含有し、更に好ましくは特定量の水(含水率0.01〜10質量%、更には0.1〜5質量%)を含有する。また、さらに必要により後述の添加剤が使用される。
なお、本発明において、粒子の形状は、特定の形状に制限されず、球状、略球状、(粉砕物である)不定形破砕状、棒状、多面体状、ソーセージ状(例;米国特許4973632号)、皺を有する粒子(例;米国特許5744564号)などが挙げられる。それらは一次粒子(single particle)でもよく、造粒粒子でもよく、これらの混合物でもよい。また、粒子は発泡した多孔質でもよい。好ましい粒子として、不定形破砕状の一次粒子ないし造粒物が挙げられる。
(3)粒子状吸水剤の製造の一例
本発明の粒子状吸水剤は、その製造方法の一例として、アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液を架橋重合する工程、および、重合で得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、重合時の単量体水溶液または重合後の含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」とも言う)にα−ヒドロキシカルボン酸(塩)を添加することを特徴とする。さらに、好ましくは下記工程(A)〜(G)のいずれかを含む製造方法で得られる。
工程(A):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と、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)とを混合して単量体成分を調整した後に、重合する工程(不飽和単量体を含む単量体水溶液を架橋重合する前に、α−ヒドロキシカルボン酸を添加混合する工程)。
工程(B):不飽和単量体を重合開始剤の添加後、架橋重合している途中で、α−ヒドロキシカルボン酸を添加混合しながら重合する工程。
工程(C):不飽和単量体を含む単量体水溶液を架橋重合後、得られた含水ゲルにα−ヒドロキシカルボン酸を添加混合する工程。
工程(D):工程(A)〜(C)の後、必要に応じて、150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40の乾燥粉末を得る工程。
工程(E):工程(D)で得られた乾燥粉末を表面架橋する工程。
工程(F):工程(E)の表面架橋後に多価金属塩で更に表面処理する工程。
工程(G):前記工程(D)〜(F)のいずれかの工程、または工程(F)の後、150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40の乾燥粉末を得る工程。
以下、さらに本発明の製造方法について説明する。
(4)不飽和単量体
本発明では、不飽和単量体としてアクリル酸および/またはその塩が好ましく用いられ、アクリル酸の使用量や中和率、アクリル酸の種類は上記(1)の吸水性樹脂に記載の範囲である。
本発明で使用されるアクリル酸を製造する方法としては、プロピレンおよび/またはアクロレインの気相接触酸化法、エチレンシアンヒドリン法、高圧レッペ法、改良レッペ法、ケテン法、アクリロニトリル加水分解法等が工業的製造法として知られており、中でもプロピレンおよび/またはアクロレインの気相接触酸化法が最も多く採用されている。そして、本発明においては、かかる気相接触酸化法で得られたアクリル酸が好適に使用される。
さらに、本発明では、前記範囲内でアクリル酸およびまたはその塩以外の不飽和単量体を併用してもよい。
気相接触酸化法で得られたアクリル酸では、通常、約2000ppm量以上のアクリル酸以外の不純物を含有する。該アクリル酸以外の不純物については後述する。
本発明で単量体に使用するアクリル酸は、好ましくはメトキシフェノール類を含有する。メトキシフェノール類としては、o,m,p−メトキシフェノールや、それらにさらにメチル基、t−ブチル基、水酸基などの1個または2個以上の置換基を有するメトキシフェノール類が例示されるが、好ましくは、p−メトキシフェノールである。メトキシフェノール類の含有量は、アクリル酸に対して10〜200質量ppm、好ましくは10〜90質量ppm、さらに好ましくは10〜80質量ppm、よりさらに好ましくは10〜70質量ppm、特に好ましくは10〜50質量ppm、最も好ましくは10〜30質量ppmである。
p−メトキシフェノールの含有量が200質量ppmを越える場合、得られた吸水性樹脂の着色(黄ばみ/黄変)の問題が発生する。また、p−メトキシフェノールの含有量が10質量ppm未満の場合、特に5質量ppm未満の場合、すなわち、蒸留などの精製によって重合禁止剤であるp−メトキシフェノールを除去した場合、意図的に重合を開始させる前に重合が起きる危険があるのみならず、驚くべきことに、重合速度がかえって遅くなるので好ましくない。
また、本発明のアクリル酸は不純物として、プロトアネモニン(protoanemonin)および/またはフルフラールの含有量が低いほど好ましく、0〜20質量ppmであることが好ましい。プロトアネモニンおよび/またはフルフラールの含有量が増加するに従って、着色に加えて、重合時間(重合ピーク温度までの時間)や残存モノマーが増加するのみならず、吸水倍率の若干の増加に比べて水可溶分が大きく増加して、相対的に物性が低下する。吸水性樹脂の物性や特性の向上と言う観点からは、アクリル酸中のプロトアネモニンおよび/またはフルフラール含有量は、より好ましくは0〜10質量ppm以下、さらに好ましくは0〜5質量ppm、よりさらに好ましくは0.01〜5質量ppm、特にさらに好ましくは0.05〜2質量ppm、最も好ましくは0.1〜1質量ppmの範囲である。
なお、アクリル酸に併用される単量体としては、例えば、後述の米国特許ないし欧州特許に例示される単量体が挙げられ、具体的には、例えば、メタクリル酸、(無水)マレイン酸、フマール酸、クロトン酸、イタコン酸、ビニルスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリロキシアルカンスルホン酸およびそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、N−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニルアセトアミド、(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、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、イソブチレン、ラウリル(メタ)アクリレート等の水溶性または疎水性不飽和単量体等を共重合成分とするものも含まれる。
(5)内部架橋剤
本発明で用いられる架橋方法としては特に制限なく、例えば、重合中や重合後に架橋剤を添加して後架橋する方法、ラジカル重合開始剤によりラジカル架橋する方法、電子線等により放射線架橋する方法、等も挙げられるが、予め所定量の内部架橋剤を単量体に添加して重合を行い、重合と同時または重合後に架橋反応させることが好ましい。
本発明で用いられる内部架橋剤としては、例えば、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(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、(ポリオキシエチレン)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、ポリエチレングリコールジ(β−アクリロイルオキシプロピオネート)、トリメチロールプロパントリ(β−アクリロイルオキシプロピオネート)、ポリ(メタ)アリロキシアルカンなどの重合性内部架橋剤、ポリグリシジルエーテル(エチレングリコールジグリシジルエーテルなど)、ポリオール(エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ソルビトールなど)などのカルボキシル基との反応性内部架橋剤、の1種または2種以上が用いられる。なお、1種以上の内部架橋剤を使用する場合には、得られる吸水性樹脂の吸収特性等を考慮して、重合性内部架橋剤を必須に用いることが好ましい。
内部架橋剤は物性面から、前記単量体に対して0〜3モル%、好ましくは0.005〜2モル%、より好ましくは0.01〜1モル%、さらに好ましくは0.05〜0.2モル%用いられる。
(6)α−ヒドロキシカルボン酸
ヒドロキシカルボン酸とは、分子内にヒドロキシル基を併せ持つカルボン酸のことで、乳酸、グリコール酸、リンゴ酸、グリセリン酸、酒石酸、クエン酸、イソクエン酸、メバロン酸、キナ酸、シキミ酸、β−ヒドロキシプロピオン酸等の脂肪族ヒドロキシ酸や、サリチル酸、クレオソート酸、バニリン酸、シリング酸、レソシル酸、ピロカテク酸、プロトカテク酸、ゲンチジン酸、オルセリン酸、マンデル酸、没食子酸等の芳香族ヒドロキシ酸などの酸またはその塩がある。
これらのうち、本発明で使用するα−ヒドロキシカルボン酸は、前記化合物のうち、分子内のα位の炭素にヒドロキシル基が結合しているカルボン酸のことを指し、好ましくは非高分子α−ヒドロキシカルボン酸等の脂肪族ヒドロキシカルボン酸であり、より好ましくは環状構造や不飽和基を有しない脂肪族のα−ヒドロキシカルボン酸である。芳香族α−ヒドロキシカルボン酸や環状構造ないし不飽和基を有するα−ヒドロキシカルボン酸の場合、それ自身が酸化反応により着色するために好ましくない。また、その分子量は好ましくは40〜2000、さらに好ましくは60〜1000、特に好ましくは100〜500の範囲である。また、本発明で使用するα−ヒドロキシカルボン酸は、20±5℃で、脱イオン水100gに対する溶解度が1g以上、より好ましくは5g以上、さらに好ましくは10g以上、特に好ましくは20g以上である水溶性であることが好ましい。かかるα−ヒドロキシカルボン酸として、乳酸(塩)、クエン酸(塩)、リンゴ酸(塩)、イソクエン酸(塩)、グリセリン酸(塩)、酒石酸(塩)、これらのD体、L体、メソ体等が例示される。
特に好ましく使用されるα−ヒドロキシカルボン酸は、乳酸、または、分子内にカルボキシル基を2個以上、好ましくは2〜10個、より好ましくは2〜6個、さらに好ましくは2〜4個有するα−ヒドロキシ多価カルボン酸が用いられる。α−ヒドロキシ多価カルボン酸として、最も好ましくは、吸水特性や着色改善の観点から、リンゴ酸(塩)、クエン酸(塩)、イソクエン酸(塩)、酒石酸(塩)が用いられる。
また、本発明でα−ヒドロキシカルボン酸が塩である場合は、水に対する溶解度の観点から、好ましくは一価の塩であり、リチウム、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属塩やアンモニア塩や一価のアミン塩などが好ましく用いられる。また、α−ヒドロキシ多価カルボン酸を塩として用いる場合、すべてのカルボキシル基を塩としてもよく、一部のみを塩としてもよい。
本発明で使用するα−ヒドロキシカルボン酸が乳酸などのα−ヒドロキシモノカルボン酸の場合、吸水特性や着色防止効果の観点から、前記不飽和単量体ないしその重合体に対して通常1〜10重量%、好ましくは1〜5重量%、特に好ましくは1〜4重量%、最も好ましくは1〜3重量%である。さらに、本発明で好ましく用いるα−ヒドロキシ多価カルボン酸を使用する場合、その使用量は、吸水特性や着色防止効果の観点から、前記不飽和単量体ないしその重合体に対して通常0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%、特に好ましくは0.1〜3重量%、最も好ましくは0.2〜3重量%である。
(6)不飽和単量体水溶液の調整
重合工程において逆相懸濁重合や水溶液重合を行う場合、不飽和単量体は必要により内部架橋剤を含む水溶液とされるが、この水溶液(以下、単量体水溶液と称する)中の不飽和単量体成分の濃度は、物性面から、好ましくは10〜70質量%、より好ましくは15〜65質量%、さらに好ましくは30〜55質量%である。なお、水以外の溶媒を必要に応じて併用してもよく、併用して用いられる溶媒の種類は、特に限定されるものではない。
特に、本発明のα−ヒドロキシカルボン酸(塩)を吸水性樹脂内部に含む製造方法の一例として、単量体水溶液に前記α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を混合する場合、その混合方法については、特に限定されない。例えば、単量体ないし単量体水溶液に、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)ないしα−ヒドロキシカルボン酸(塩)水溶液を混合することで、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を含有する単量体水溶液を調整する。
さらに、重合に際して、単量体に対して、水溶性樹脂ないし吸水性樹脂を例えば0〜50重量%、好ましくは0〜20質量%添加して、吸水性樹脂の諸物性を改善してもよい。また、各種の発泡剤(炭酸塩、アゾ化合物、気泡など)、界面活性剤、キレート剤、次亜リン酸(塩)等の連鎖移動剤などを例えば0〜5質量%、好ましくは0〜1質量%添加して、吸水性樹脂の諸物性を改善してもよい。
特に、重合反応の制御、吸水性能や粉体の経時着色状態などの観点から、本発明においては、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)とキレート剤を併用することが好ましい。併用されるキレート剤としては、イミノ二酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、ニトリロ三プロピオン酸、エチレンジアミン四酢酸、ヒドロキシエチレンジアミン三酢酸、ヘキサメチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、trans−1,2−ジアミノシクロヘキサン四酢酸、ビス(2−ヒドロキシエチル)グリシン、ジアミノプロパノール四酢酸、エチレンジアミン−2−プロピオン酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、ビス(2−ヒドロキシベンジル)エチレンジアミン二酢酸、3−ヒドロキシ−2,2−イミノジコハク酸、イミノジコハク酸、メチルグリシン二酢酸およびこれらの塩等のアミノカルボン酸系金属キレート剤、エチレンジアミン−N,N’−ジ(メチレンホスフィン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスフィン酸)、ニトリロ酢酸−ジ(メチレンホスフィン酸)、ニトリロジ酢酸−(メチレンホスフィン酸)、ニトリロ酢酸−β−プロピオン酸−メチレンホスホン酸、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)、シクロヘキサンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミン−N,N’−ジ酢酸−N,N’−ジ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミン−N,N’−ジ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ポリメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、1−ヒドロキシエチリデンジホスホン酸、およびこれらの塩等のアミノ燐酸系金属キレート剤が好ましく使用される。また、前記アミノカルボン酸系金属キレート剤は米国特許659989号の例示化合物も使用できる。
前記キレート剤をα−ヒドロキシカルボン酸(塩)と併用する場合の使用量は、単量体固形分に対して0.0001〜1質量%、好ましくは0.001〜1質量%、より好ましくは0.003〜0.5質量%、特に好ましくは0.005〜0.05質量%とされる。
なお、使用するα−ヒドロキシカルボン酸(塩)を単量体ないし含水ゲルに混合する場合、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)の液状物、スラリーないし固体物(ないし粉体物)をそのまま混合してもよく、また、溶媒を使用して混合してもよい。混合時の濃度や溶媒は特に限定されるものではないが、通常10〜100質量%、好ましくは20〜100質量%、さらに好ましくは30〜100質量%の水溶液とされる。
(7)重合工程
前記不飽和単量体水溶液を重合するに際して、性能面や重合の制御の容易さから、通常水溶液重合または逆相懸濁重合が行われる。これらの重合は、空気雰囲気下でも実施できるが、好ましくは、窒素やアルゴンなどの不活性気体雰囲気(例えば、酸素1%以下)で行われる。また、単量体成分は、その溶解酸素が不活性気体で十分に置換(例えば、酸素1ppm未満)された後に重合に用いられることが好ましい。本発明では、高生産性で高物性だが重合制御が困難であった水溶液重合に特に好適であり、特に好ましい水溶液重合として、連続ベルト重合、連続またはバッチニーダー重合が挙げられる。
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号などの米国特許や、欧州特許0811636号、同0955086号,同0922717号、同1178059号などの欧州特許に記載されている。これらに記載の単量体、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。
さらに本発明では前記単量体を重合するに際して、本発明の課題でもある吸収特性の向上や着色防止(黄変防止)を達成するため、単量体成分を調整後および/またはアクリル酸を中和後の、重合開始までの合計時間は短いほど好ましく、好ましくは24時間以内、より好ましくは12時間以内、さらに好ましくは3時間以内、特に好ましくは1時間以内に重合を開始する。工業的には、大量にタンクで中和や単量体成分の調整を行うため、滞留時間が24時間を越えることも通常であるが、単量体成分を調整後および/またはアクリル酸を中和後の時間が長いほど、残存モノマーの増加や吸水性樹脂の黄変現象が生じるため好ましくない。ゆえに、滞留時間の短縮を図るためには、好ましくは、連続中和および連続単量体成分調整して回分式重合または連続重合を行い、さらに好ましくは連続重合を行う。
上記単量体水溶液を重合する際には、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、t−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化水素、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2−ヒドロキシ−1−フェニル−プロパン−1−オン、ベンゾインメチルエーテル等の重合開始剤を添加することが好ましい。さらに、これら重合開始剤の分解を促進するL−アスコルビン酸などの還元剤を併用し、両者を組み合わせることによるレドックス系開始剤等が例示される。これらの使用量は単量体に対して通常0.001〜1モル%、好ましくは0.001〜0.5モル%の範囲である。
また、重合開始剤を用いる代わりに、反応系に放射線、電子線、紫外線などの活性エネルギー線を照射することにより重合反応を行ってもよい。また、活性エネルギー線の照射と、放射線、電子線、紫外線増感の重合開始剤等との併用や、前記重合開始剤との併用を行ってもよい。
なお、上記重合反応における反応温度や反応時間も特に限定されるものではなく、親水性単量体や重合開始剤の種類、反応温度などに応じて適宜決定すればよいが、通常、沸点以下で3時間以内が好ましく、より好ましくは1時間以内、さらに好ましくは0.5時間以内である。また、ピーク温度は、好ましくは150℃以下、より好ましくは90〜120℃で重合がなされる。また、重合時に蒸発する水やアクリル酸は、必要により集して、さらに吸水性樹脂の製造工程にリサイクルすることも好ましい。
本発明の粒子状吸水剤の製造方法は、重合時の単量体水溶液または重合後の含水ゲル状架橋重合体にα−ヒドロキシカルボン酸(塩)を添加する粒子状吸水剤の製造方法であり、好ましい製造方法の一例としては、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を重合時の単量体水溶液に混合する。なお、重合時の単量体水溶液とは、重合前の単量体水溶液に限定されず、重合途中の単量体水溶液や該水溶性を含むゲル状物を含む概念である。また、単量体の重合率が0〜99モル%、さらに好ましくは0〜70モル%、特に好ましくは0〜50モル%の段階で、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を1回以上添加すればよい。
他の製造方法の一例として、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を重合工程で単量体水溶液に添加する場合は、重合開始剤投入前後のいずれのタイミングでも混合することができ、その混合のタイミングや混合方法は特に限定されるものではないが、好ましくは重合前の単量体水溶液(重合率0%)または単量体水溶液が重合率30%未満の段階に添加される。
(8)含水ゲルの整粒(細分化)工程
重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」とも言う)は、水溶液重合の場合、そのまま乾燥を行ってもよいが、必要によりゲル粉砕機などを用いてゲル粉砕され、粒子状にされた後に乾燥を行う。ゲル粉砕時の含水ゲルの温度は、物性面から、好ましくは40〜95℃、さらに好ましくは50〜80℃に保温ないし加熱される。
また、ゲル粉砕を行う場合は、好ましくは、孔径0.3〜20mmの多孔構造から押し出して粉砕することが可能である。孔の形状としては、円形、正方形、長方形、などの四方形、三角形、六角形など、特に限定されないが、好ましくは、円形の孔から押し出される。なお、前記の孔径とは、目開き部の外周を円の外周に換算した場合の直径で規定できる。
粉砕ゲル粒子を得るための押し出し粉砕を行うための多孔構造の孔径は、より好ましくは0.5〜10mm、さらに好ましくは0.5〜5.0mmである。
多孔構造の孔径が0.3mmよりも小さいと、ゲルが紐状になったり、あるいはゲルを押出すことができなくなったりするおそれがあるため好ましくない。多孔構造の孔径が20mmよりも大きいと、本発明の効果を発揮することができないおそれがあるため好ましくない。
粉砕ゲル粒子を得るための押し出し粉砕を行うための装置としては、例えば、含水ゲル状重合体を多孔板より押し出すことで破砕するものが挙げられる。さらに、押し出す機構としては、スクリュー型、回転ロール型によるもの等、含水ゲル状重合体をその供給口から多孔板に圧送できる形式のものが用いられる。スクリュー型押し出し機は、一軸あるいは多軸でもよく、通常、食肉、ゴム、プラスチックの押し出し成型に使用されるもの、あるいは、粉砕機として使用されるものでもよい。例えば、ミートチョッパーやドームグランが挙げられる。
前述のように、特定の内部架橋剤量を含む特定濃度のモノマー水溶液を重合して、得られた含水ゲルを特定の条件、すなわち、孔径0.3〜20mmの多孔構造から押し出して粉砕する。この場合、水、内部架橋剤の例示に記載の多価アルコール、水と多価アルコールの混合液、水に内部架橋剤の例示に記載の多価金属を溶解した溶液、あるいはこれらの蒸気等を添加しても良い。
本発明の粒子状吸水剤の製造方法は、重合時の単量体水溶液または重合後の含水ゲル状架橋重合体に、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を添加する粒子状吸水剤の製造方法であり、好ましい製造方法の一例としては、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を含水ゲルの整粒(細分化)時に混合する粒子状吸水剤の製造方法である。
なお、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)の混合に際しての含水ゲルの樹脂固形分(固形分)は、特に限定されるものではないが、物性面から、好ましくは10〜70質量%、より好ましくは15〜65質量%、さらに好ましくは30〜55質量%である。なお、含水ゲルの固形分については後述する。
(9)乾燥工程
前記工程で得られた細分化された含水ゲル状架橋重合体、特にα−ヒドロキシカルボン酸(塩)を含有する含水ゲルは、さらに特定の温度条件下で乾燥され、必要により粉砕や分級、さらには造粒し特定の温度条件下で表面架橋される。
また、本発明の課題でもある残存モノマーの低減や黄変防止を達成するため、重合終了後に必要によりゲル粉砕工程を経て乾燥を開始するまでの時間も短いほど好ましい。すなわち、重合後の含水ゲル状架橋重合体は、好ましくは1時間以内、より好ましくは0.5時間以内、さらに好ましくは0.1時間以内に乾燥を開始(乾燥機に投入)される。また、残存モノマーの低減や低着色を達成するため、重合後から乾燥開始までの含水ゲル状架橋重合体の温度は好ましくは50〜80℃、さらに好ましくは60〜70℃に制御される。
工業的な場面においては大量に重合を行うため、重合後の滞留時間が3時間を越えることも通常であるが、乾燥開始までの時間が長いほど、または上記の温度から外れるほど、残存モノマーが増加や、着色が顕著になる。よって、好ましくは、連続重合および連続乾燥され、滞留時間の短縮が行われることである。
その乾燥減量(粉末ないし粒子1gを180℃で3時間加熱)から求められる樹脂固形分が好ましくは80質量%以上、より好ましくは85〜99質量%、さらに好ましくは90〜98質量%、特に好ましくは92〜97質量%の範囲に調整される。また、乾燥温度は特に限定されるものではないが、好ましくは100〜300℃の範囲内、より好ましくは150〜250℃の範囲内とすればよい。乾燥方法としては、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、ドラムドライヤー乾燥、疎水性有機溶媒との共沸による脱水、高温の水蒸気を用いた高湿乾燥等、種々の方法を採用することができるが、好ましくは露点が40〜100℃、より好ましくは露点が50〜90℃の気体による熱風乾燥である。なお本発明では、乾燥は重合と同時に行ってもよい。
(10)乾燥後の粒度および調整
前述の含水ゲル状架橋重合体を乾燥する工程後、必要により乾燥後に粒度を調整してもよいが、後述の表面架橋での物性向上のため、好ましくは特定粒度にされる。粒度は重合(特に逆相懸濁重合)、粉砕、分級、造粒、微粉回収などで適宜調整できる。
表面架橋前の質量平均粒子径(D50)としては200〜600μm、好ましくは200〜550μm、より好ましくは250〜500μm、よりさらに好ましくは300〜450μm、特に好ましくは350〜400μmに調整される。また、150μm未満の粒子が少ないほどよく、通常0〜5質量%、好ましくは0〜3質量%、特に好ましくは0〜1質量%に調整される。さらに、850μm以上の粒子が少ないほどよく、通常0〜5質量%、好ましくは0〜3質量%、特に好ましくは0〜1質量%に調整される。粒度分布の対数標準偏差(σζ)が好ましくは0.20〜0.40、好ましくは0.27〜0.37、好ましくは0.25〜0.35とされる。
(11)表面架橋工程
吸水性樹脂の表面架橋とは、重合体内部に均一な架橋構造を吸水性樹脂の表面層(表面近傍:通常数10μm以下の近傍)にさらに架橋密度の高い部分を設けることであり、表面でのラジカル架橋や表面重合で高架橋層を形成してもよく、表面架橋剤との架橋反応で表面架橋してもよい。以下、本発明で必要により行なわれる表面架橋剤による表面架橋についてさらに説明する。
本発明で用いられる表面架橋剤としては、種々の有機または無機架橋剤があるが、物性の観点から、カルボキシル基と反応しうる架橋剤、特に有機表面架橋剤、一般的には、多価アルコール化合物、エポキシ化合物、多価アミン化合物またはそのハロエポキシ化合物との縮合物、オキサゾリン化合物、モノ,ジ,またはポリオキサゾリジノン化合物、多価金属塩、アルキレンカーボネート化合物等が用いられている。
本発明で用いられる表面架橋剤としては、具体的には、米国特許6228930号、同6071976号、同6254990号などに例示されている。例えば、モノ,ジ,トリ,テトラまたはポリエチレングリコール、モノプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、2,3,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、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、1,2−シクロヘキサンジメタノールなどの多価アルコール化合物、エチレングリコールジグリシジルエーテルやグリシドールなどのエポキシ化合物、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、ポリアミドポリアミン等の多価アミン化合物;エピクロロヒドリン、エピブロムヒドリン、α−メチルエピクロロヒドリン等のハロエポキシ化合物;上記多価アミン化合物と上記ハロエポキシ化合物との縮合物、2−オキサゾリジノンなどのキサゾリジノン化合物、エチレンカボネートなどのアルキレンカーボネート化合物等が挙げられるが、特に限定されるものではない。本発明の効果を最大限にするために、これらの架橋剤の中でも少なくとも多価アルコールを用いることが好ましく、炭素数2〜10、好ましくは炭素数3〜8の多価アルコールが用いられる。
表面架橋剤の使用量は、用いる化合物やそれらの組み合わせ等にもよるが、樹脂の固形分100質量部に対して、0.001質量部〜10質量部の範囲内が好ましく、0.01質量部〜5質量部の範囲内がより好ましい。本発明において、表面架橋には水を用いることが好ましい。この際、使用される水の量は、使用する吸水性樹脂の含水率にもよるが、通常、吸水性樹脂100質量部に対し、好ましくは0.5〜20質量部、より好ましくは0.5〜10質量部の範囲である。また、本発明において、水以外に親水性有機溶媒を用いてもよい。この際、使用される親水性有機溶媒の量は、通常、吸水性樹脂100質量部に対し、好ましくは0〜10質量部、より好ましくは0〜5質量部、さらに好ましくは0〜3質量部の範囲である。架橋剤溶液の温度は混合性や安定性から、好ましくは0℃〜沸点、より好ましくは5〜50℃、さらに好ましくは10〜30℃にする。また、混合前の吸水性樹脂の温度は、混合性から好ましくは0〜80℃、より好ましくは40〜70℃の範囲である。
さらに、本発明では種々の混合方法のうち、必要により水及び/または親水性有機溶媒を予め混合した後、次いで、その水溶液を吸水性樹脂に噴霧あるいは滴下混合する方法が好ましく、噴霧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で好ましくは1〜300μmが好ましく、より好ましくは10〜200μmである。また混合に際し、本発明の効果を妨げない範囲、例えば、0〜10質量%以下、好ましくは0〜5質量%、より好ましくは0〜1質量%で、水不溶性微粒子粉体や界面活性剤を共存させてもよい。用いられる界面活性剤やその使用量は国際出願番号WO2005JP1689(国際出願日2005/02/04)に例示されている。
前記混合に用いられる好適な混合装置は、均一な混合を確実にするため大きな混合力を生み出せることが必要である。本発明に用いることのできる混合装置としては種々の混合機が使用されるが、好ましくは、高速攪拌形混合機、特に高速攪拌形連続混合機が好ましく、例えば、商品名タービュライザー(日本の細川ミクロン社製)や商品名レディゲミキサー(ドイツのレディゲ社製)などが用いられる。
表面架橋剤を混合後の吸水性樹脂は、好ましくは加熱処理される。上記加熱処理を行う際の条件としては、加熱温度が好ましくは120〜250℃、より好ましくは150〜250℃であり、加熱時間が好ましくは1分〜2時間の範囲である。加熱処理は、通常の乾燥機又は加熱炉を用いて行うことができる。乾燥機としては、例えば、溝型混合乾燥機、ロータリー乾燥機、ディスク乾燥機、流動層乾燥機、気流型乾燥機、赤外線乾燥機等が挙げられる。また、加熱後の吸水性樹脂は必要に応じて冷却してもよい。
なお、これらの表面架橋方法は、欧州特許0349240号、同0605150号、同0450923号、同0812873号、同0450924号、同0668080号などの各種欧州特許や、日本国特開平7−242709号、同7−224304号などの各種日本特許、米国特許5409771号、同5597873号、同5385983号、同5610220号、同5633316号、同5674633号、同5462972号などの各種米国特許、国際公開WO99/42494号、WO99/43720号、WO99/42496号などの各種国際公開特許にも記載されており、これらの表面架橋方法も本発明に適用できる。
(12)多価金属塩表面処理
本願の粒子状吸水剤は、必要に応じて多価金属塩(別称;無機表面架橋剤)による表面処理すること、特に有機表面架橋剤と併用して表面架橋することで、所望の吸水特性が達成される。なお、有機表面架橋剤と多価金属塩とを併用して表面架橋する際には、有機表面架橋の前、同時、または後に多価金属塩で表面架橋する。ここで、多価金属塩の混合には、前述のα−ヒドロキシカルボン酸(塩)と水溶性多価金属塩とを混合することが好ましい。
使用する多価金属塩としては、水溶性多価金属塩、例えば、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、ビス硫酸カリウムアルミニウム、ビス硫酸ナトリウムアルミニウム、カリウムミョウバン、アンモニウムミョウバン、ナトリウムミョウバン、アルミン酸ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウムなどを例示することができる。また、尿などの吸収液との溶解性の点からも、これらの結晶水を有する塩を使用するのが好ましい。
使用する多価金属塩として特に好ましいのは、アルミニウム化合物、中でも、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、ビス硫酸カリウムアルミニウム、ビス硫酸ナトリウムアルミニウム、カリウムミョウバン、アンモニウムミョウバン、ナトリウムミョウバン、アルミン酸ナトリウムが好ましく、硫酸アルミニウムが特に好ましく、硫酸アルミニウム18水塩、硫酸アルミニウム14〜18水塩などの含水結晶の粉末は最も好適に使用することが出来る。これらは1種のみ用いても良いし、2種以上を併用しても良く、この使用量は前述の有機表面架橋剤の範囲である。
なお、多価金属塩表面処理についての方法、条件等は国際公開第2004/69915、2004/113452、2005/108472号パンフレットに記載されており、これらの多価金属塩表面処理方法が採用される。
(13)粒子状吸水剤(第1の粒子状吸水剤)
上記製造方法を一例として、本発明では新規な粒子剤吸水剤を与える。すなわち、本発明は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、吸水性樹脂内部にα−ヒドロキシカルボン酸(塩)を内部に含有する新規な粒子状吸水剤を提供する。
本発明では吸水性樹脂内部にα−ヒドロキシカルボン酸(塩)ないしα−ヒドロキシ多価カルボン酸(塩)が含まれることにより、例えば衛生材料で望まれる加圧下吸収倍率(AAP)、無加圧下倍率(CRC)、加圧下通液性(0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性、SFC)に対してバランス良く高物性でかつ着色防止効果を有する。
本発明では、吸水性樹脂の内部に含有し、均一に分布しているα−ヒドロキシカルボン酸(塩)が、着色要因物質と結合することにより、着色防止効果が得られている。α−ヒドロキシカルボン酸(塩)が吸水性樹脂の表層側に局在する場合には、吸水性樹脂の膨潤時または吸湿時に、吸水性樹脂の表面において、α−ヒドロキシ酸を有していない表面が現れるため、着色防止効果が低減するおそれがある。そのため、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)の使用量が増加し、その結果、吸水性樹脂の物性(無加圧下ないし加圧下吸水倍率、通液性など)の低下を引き起こすおそれがある。
例えば、特開2000−327926号、特開2003−52742号、特開2005−186016号に開示されている技術のようにα−ヒドロキシカルボン酸(塩)を吸水性樹脂に添加する場合は、粒子状吸水剤の表面付近にオキシカルボン酸(ヒドロキシカルボン酸)が存在するため、表面架橋剤ないし多価金属塩の反応性に影響を及ぼす。そのため、所望の吸水特性、特に加圧下通液性(SFC)の低下を引き起こす。また、特開2003−206305号、特開2003−206381号、国際公開第2005/012369号パンフレットに開示されている技術では、着色防止効果がほとんど得られず、またその吸水特性も低い。それに対して、本発明によって得られるα−ヒドロキシカルボン酸(塩)を吸水性樹脂内部に含む粒子状吸水剤は、相反する吸水特性向上、特に加圧下通液性と着色防止効果を併せ持つという利点を有する。
また、吸水性樹脂内部に含まれるα−ヒドロキシカルボン酸(塩)量は、粒子状吸水剤に対して0.1〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.15〜3質量%、最も好ましくは0.2〜3質量%である。前記範囲外の粒子状吸水剤中のα−ヒドロキシカルボン酸(塩)量の場合、吸水特性(特にSFC)と着色防止効果との両立が困難となる。
なお、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)が表面のみならず内部に存在する事実については、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)量は、例えば、高速ホモジナイザー等の粉砕機で粉砕後、JIS金網で分級し、各粒度ごとに親水性有機溶媒などで抽出するなどして定量分析することにより明らかにすることができる。
(14)粒子状吸水剤(第2の粒子状吸水剤)
上記製造方法を一例として、本発明では新規な粒子剤吸水剤を与える。すなわち、本発明は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を含有し、且つ、吸水剤が下記(a)〜(c)の少なくとも一つを満たす新規な粒子状吸水剤を提供する。
(a)150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40
(b)4.8kPa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(AAP)が少なくとも15g/g
(c)0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)が少なくとも5×(10−7・cm・s・g−1
上記(a)〜(c)の少なくとも一つを満たす新規な粒子状吸水剤は、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を粒子内部に必須に含有したうえで、好ましくは、(a)および(b)、(a)および(c)、(b)および(c)のいずれかを満たし、特に、好ましくは、上記(a)〜(c)の全てを満足する。
以下、上記製法を一例として得られる、本発明の第1または第2の粒子状吸水剤の特性(a)〜(c)、さらに好ましく満足する特性(d)〜(g)について説明する。
(a)粒度
本発明の粒子状吸水剤は、下記の好ましくは特定粒度に制御される。これらの粒度は粉砕、分級、造粒、微粉回収などで適宜調整される。
すなわち、粒子状吸水剤の質量平均粒子径(D50)は200〜600μm、好ましくは350〜600μm、より好ましくは360〜500μm、特に好ましくは360〜450μmである。
質量平均粒子径(D50)が小さいほど、吸水性樹脂の白度が向上し、外観上着色が目立たない状態になるが、吸水特性、特に加圧下での通液性が著しく低下するために好ましくない。また、質量平均粒子径(D50)が、上記の数値以下である場合には、吸水性樹脂の耐尿性(ゲル劣化防止効果)が低下するため、おむつなどの実際の使用時に問題となるおそれがある。
また、150μm未満の粒子が少ないほどよく、通常0〜10質量%、好ましくは0〜5質量%、より好ましくは0〜3質量%、特に好ましくは0〜1質量%に調整される。さらに、850μm以上の粒子が少ないほどよく、通常0〜5質量%、好ましくは0〜3質量%、特に好ましくは0〜1質量%に調整される。粒度分布の対数標準偏差(σζ)が好ましくは0.20〜0.40、好ましくは0.27〜0.37、好ましくは0.25〜0.35とされる。
これらの粒度分布から外れる場合、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。
さらに、嵩比重(JIS K−3362で規定)は、好ましくは0.40〜0.90g/ml、より好ましくは0.50〜0.80g/mlの範囲に調整される。また、600〜150μmの間の粒子が全体の好ましくは60〜100質量%、より好ましくは70〜100質量%、さらに好ましくは80〜100質量%とされる。
(b)4.8kPa下での加圧下吸収倍率(AAP,Absorbency against Presuure)
本発明の粒子状吸水剤は上記表面架橋を達成手段の一例として、4.8kPaの加圧下での0.9質量%の塩化ナトリウム水溶液に対する吸収倍率(AAP)が、好ましくは15(g/g)以上、より好ましくは18(g/g)以上、さらに好ましくは20(g/g)以上、特に好ましくは22(g/g)以上、最も好ましくは25(g/g)以上に制御される。
4.8kPaの圧力に対する吸収力(AAP)が18(g/g)未満の場合、例えば、オムツに用いた場合、戻り量、いわゆるRe−wetが多くなり、赤ちゃんの肌あれを引き起こすことがあるため好ましくない。AAPは、高いほど好ましい。AAPの上限値は特に限定されないが、他の物性とのバランスから、好ましくは50(g/g)以下、より好ましくは45(g/g)以下、さらに好ましくは40(g/g)以下である。
(c)加圧下通液性(0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性、SFC,Saline Flow Conductivity)
本発明の粒子状吸水剤は上記表面架橋を達成手段の一例として、加圧下通液性(0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性、SFC)が、好ましくは5(×10−7・cm・s・g−1)以上、より好ましくは10(×10−7・cm・s・g−1)以上、さらに好ましくは30(×10−7・cm・s・g−1)以上、よりさらに好ましくは50(×10−7・cm・s・g−1)以上、特に好ましくは70(×10−7・cm・s・g−1)以上、最も好ましくは100(×10−7・cm・s・g−1)以上に制御される。
SFCが5(×10−7・cm・s・g−1)未満の場合、オムツのコア中での粒子状吸水剤の濃度が30質量%以上、より具体的には50質量%以上の場合において、尿の吸収速度が遅くなり、漏れを引き起こすおそれがある。
(d)無加圧下吸収倍率(遠心分離機保持容量、CRC,Centrifuge Retension Capacity)
本発明の粒子状吸水剤は上記重合を達成手段の一例として、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液に対する無加圧下吸収倍率(CRC)は、好ましくは10g/g以上であり、より好ましくは20g/g以上、さらに好ましくは25g/g以上、特に好ましくは30g/gに制御される。CRCは、高いほど好ましく上限値は特に限定されないが、他の物性のバランスから、好ましくは50(g/g)以下、より好ましくは45(g/g)以下、さらに好ましくは40(g/g)以下である。
無加圧下吸収倍率(CRC)が10(g/g)未満の場合、吸収量が少なすぎ、オムツ等の衛生材料の使用に適さない。また、無加圧下吸収倍率(CRC)が50(g/g)よりも大きい場合、ゲル強度が弱く、通液性に優れた吸水剤を得ることができなくなる恐れがある。
(e)水可溶分量(可溶分)
本発明の粒子状吸水剤は上記重合を達成手段の一例として、その水可溶分量が、好ましくは0〜35質量%以下、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下、特に好ましくは10重量%以下である。水可溶分量が35質量%を超える場合、ゲル強度が弱く、通液性に劣ったものとなることがある。また、オムツ中で長時間使用した際に、吸収倍率(CRCやAAPなど)が経時的に低下することがある。
(f)着色経時安定性
本発明で得られる粒子状吸水剤は、紙おむつ等の衛生材料向けに好適に使用できるものであり、その際、高い湿度や温度条件下での長期貯蔵状態においても著しく清浄な白い状態を維持する。更に、前述の製法によって得られる吸水性樹脂であって、温度70±1℃、相対湿度65±1%の雰囲気に7日間曝露した粒子の分光式色差計によるハンターLab表色系測定において、L値(Lightness)が少なくとも70、さらに好ましくは74以上、特に好ましくは78以上を示す、経時色安定性吸水剤である。(なお、L値の上限は通常100であるが、70ならば実使用でも実質問題が発生しない。)
また、黄色度(YI値/Yellow Index/欧州特許942014号および同1108745号参照)が、好ましくは0〜15、より好ましくは0〜13、さらに好ましくは0〜10、最も好ましくは0〜5を示し、殆ど黄ばみもないことが好ましい。さらに、実施例で規定される70℃±1の温度、95±1%の相対湿度下で14日間着色促進試験後の黄色度変化率が、100〜150%、好ましくは100〜140%、さらに好ましくは100〜130%、最も好ましくは100〜120%と厳しい高温高湿下に曝されても驚くべき黄変防止特性を示す。
(h)残存モノマー
本発明の粒子状吸水剤は上記重合を達成手段の一例として、残存モノマー(残存単量体)量は好ましくは0〜400質量ppm、より好ましくは0〜300質量ppm、さらに好ましくは0〜200質量ppm、特に好ましくは0〜100質量ppmを示す。
(20)その他添加剤
さらに、その目的機能に応じて、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)以外の添加剤として、種々の機能を付与させるため、キレート剤以外に、酸化剤、亜硫酸(水素)塩などの還元剤、シリカや金属石鹸等の水不溶性無機ないし有機粉末、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、吸水性樹脂中に0〜3質量%、好ましくは0〜1質量%添加されたものでも良い。なお、上記した添加剤については日本国特願2005−109779号(2005年4月6日出願)に詳細に記載され、かかる記載も本願に準用される。
これら添加剤の中でも、好ましくは、米国特許6599989号、6469080号などに例示のキレート剤を、好ましくは0.001%〜3重量%、さらに好ましくは0.01〜2重量%含む。
(21)用途
本発明の粒子状吸水剤の用途は特に限定されにないが、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、従来、粒子状吸水剤の原料由来の臭気、着色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。
本発明の吸収性物品は、粒子状吸水剤、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、液透過性を有する表面シート、及び液不透過性を有する背面シート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/又は不織布に粒子状吸水剤を固定させることにより構成される。また、繊維材料(パルプ)を使用する場合はサンドイッチないしブレンドされて成形され、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。
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、30〜100質量%、好ましくは40〜100質量%、より好ましくは50〜100質量%、さらに好ましくは60〜100質量%、特に好ましくは70〜100質量%、最も好ましくは75〜95質量%で本発明の効果が発揮される。例えば、本発明の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、高い通液性(加圧下通液性)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。
以下、実施例に従って発明を説明するが、本発明は実施例に限定され解釈させるものではない。また、本発明の特許請求の範囲や実施例に記載の諸物性(a)〜(g)は、以下の測定法に従って求めた。なお、下記測定法は粒子状吸水剤について記述しているが、吸水性樹脂についても粒子状吸水剤を吸水性樹脂と読み替えて測定される。
なお、実施例において使用される電気機器は特に指定がない場合、すべて200Vまたは100Vで使用した。さらに、吸水性樹脂は特に指定がない場合、25±2℃、相対湿度50±5%RHの条件下で使用した。下記測定法や実施例で例示された試薬や器具は適宜相当品で代替されてよい。
また、特に断りがない場合は、「質量」と「重量」とは同義語であり、「質量%」と「重量%」とは同じ意味で使用する。さらに、単に「ppm」は「質量ppm(重量ppm)」であり、「部」は「質量部(重量部)」を意味する。
(a)粒度
WO2004/069404号に準じて、吸水性樹脂(または粒子状吸水剤)を850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm、106μm、45μmのJIS標準ふるい(JIS Z8801−1(2000))ないしそれ相当ふるいで篩い分けし、残留百分率Rを対数確率紙にプロットした。これにより、R=50重量%に相当する粒径を重量平均粒子径(D50)として読み取った。また、対数標準偏差(σζ)は下記の式で表され、σζの値が小さいほど粒度分布が狭いことを意味する。
σζ = 0.5 × ln(X2/X1)
(X1はR=84.1%、X2は15.9%に相当するそれぞれの粒径)
(b)加圧下吸収倍率(AAP)
米国特許6228930号、同6071976号、同6254990号を参照して、生理食塩水に対する加圧下(荷重下)の吸収倍率を測定した。粒子状吸水剤0.9gを前記米国特許に記載の方法で、所定の荷重(4.8kPa)をかけて、60分にわたって経時的に粒子状吸水剤が吸水した0.9質量%塩化ナトリウム水溶液の質量を天秤の測定値から求めた。別途同様の操作を、粒子状吸水剤を用いないで行い、粒子状吸水剤以外の、例えば、濾紙等が吸水した生理食塩水の質量を天秤の測定値から求め、ブランク値とした。次いで、ブランク値を差し引く補正を行って、粒子状吸水剤が実際に吸水した生理食塩水の質量を、粒子状吸水剤の質量(0.9g)で除して、4.8kPaでの加圧下吸収倍率(g/g)を算出した。
(c)0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)
0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)は、吸水性樹脂粒子または粒子状吸水剤の膨潤時の液透過性を示す値である。SFCの値が大きいほど高い液透過性を有することを示している。
米国特許第5849405号明細書に記載のSFC試験に準じて行った。
図1に示す装置を用い、容器40に均一に入れた吸水性樹脂粒子または粒子状吸水剤(0.9g)を人工尿(1)中で0.3psi(2.07kPa)の加圧下、60分間膨潤させ、ゲル44のゲル層の高さを記録し、次に0.3psi(2.07kPa)の加圧下、0.69質量%塩化ナトリウム水溶液33を、一定の静水圧でタンク31から膨潤したゲル層を通液させた。このSFC試験は室温(20〜25℃)で行った。コンピューターと天秤を用い、時間の関数として20秒間隔でゲル層を透過する液体量を10分間記録した。膨潤したゲル44(の主に粒子間)を透過する流速Fs(T)は増加質量(g)を増加時間(s)で割ることによりg/sの単位で決定した。一定の静水圧と安定した流速が得られた時間をTsとし、Tsと10分間の間に得たデータだけを流速計算に使用して、Tsと10分間の間に得た流速を使用してFs(T=0)の値、つまりゲル層を通る最初の流速を計算した。Fs(T=0)はFs(T)対時間の最小2乗法の結果をT=0に外挿することにより計算した。
0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)
=(Fs(t=0)×L0)/(ρ×A×ΔP)
=(Fs(t=0)×L0)/139506
ここで、
Fs(t=0):g/sで表した流速
L0:cmで表したゲル層の高さ
ρ:NaCl溶液の密度(1.003g/cm
A:セル41中のゲル層上側の面積(28.27cm
ΔP:ゲル層にかかる静水圧(4920dyne/cm
およびSFC値の単位は(10−7・cm・s・g−1)である。
図1に示す装置としては、タンク31には、ガラス管32が挿入されており、ガラス管32の下端は、0.69質量%塩化ナトリウム水溶液33をセル41中の膨潤ゲル44の底部から、5cm上の高さに維持できるように配置した。タンク31中の0.69質量%塩化ナトリウム水溶液33は、コック付きL字管34を通じてセル41へ供給された。セル41の下には、透過した液を補集する容器48が配置されており、補集容器48は上皿天秤49の上に設置されていた。セル41の内径は6cmであり、下部の底面にはNo.400ステンレス製金網(目開き38μm)42が設置されていた。ピストン46の下部には液が透過するのに十分な穴47があり、底部には粒子状吸水剤粒子あるいはその膨潤ゲルが、穴47へ入り込まないように透過性の良いガラスフィルター45が取り付けてあった。セル41は、セルを乗せるための台の上に置かれ、セルと接する台の面は、液の透過を妨げないステンレス製の金網43の上に設置した。
人工尿(1)は、塩化カルシウムの2水和物0.25g、塩化カリウム2.0g、塩化マグネシウムの6水和物0.50g、硫酸ナトリウム2.0g、リン酸2水素アンモニウム0.85g、リン酸水素2アンモニウム0.15g、および、純水994.25gを加えたものを用いた。
(d)無加圧下吸収倍率(GVs/CRC)
粒子状吸水剤0.2gを不織布製袋(60×60mm)に均一に入れシールをして、25(±3)℃の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液(別称;生理食塩水)100gに浸漬した。60分後に袋を引き上げ、遠心分離機を用いて250Gで3分間水切りを行った後、前記不織布製袋の質量W1を測定した。同様の操作について粒子状吸水剤を用いないで行い、そのときの質量W2を求め、式1により吸収倍率を算出した。
式1:GVs=(W1−W2)/0.2−1
(e)水可溶性重合体量(可溶分量、可溶分とも略すことがある)
250ml容量の蓋付きプラスチック容器に、0.90質量%塩化ナトリウム水溶液の184.3gを測り取り、該水溶液中に粒子状吸水剤1.00gを加え16時間攪拌することにより樹脂中の可溶分を抽出した。この抽出液を濾紙1枚(ADVANTEC東洋株式会社製、品名:(JIS P 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得られた濾液の50.0gを、測り取り測定溶液とした。
はじめに生理食塩水だけを、まず、0.1NのNaOH水溶液でpH10まで滴定を行い、その後、0.1NのHCl水溶液でpH2.7まで滴定して空滴定量([bNaOH]ml、[bHCl]ml)を得た。同様の滴定操作を測定溶液についても行うことにより滴定量([NaOH]ml、[HCl]ml)を求めた。例えば既知量のアクリル酸とその塩からなる粒子状吸水剤の場合、そのモノマーの平均分子量と上記操作により得られた滴定量をもとに、粒子状吸水剤中の可溶分量(抽出された水溶性重合体が主成分)を下式2により算出することができる。未知量の場合は滴定により求めた中和率を用いてモノマーの平均分子量を算出する。下式3により中和率を算出した。
式2:
可溶分(重量%)=0.1×(平均分子量)×184.3×100×([HCl]−[bHCl])/1000/1.0/50.0
式3:
中和率(mol%)=(1−([NaOH]−[bNaOH])/([HCl]−[bHCl]))×100
(f)粒子状吸水剤の着色評価(黄色度/YI値)
粒子状吸水剤の着色評価は、日本電色工業株式会社製の分光式色差計SZ−Σ80COLOR MEASURING SYSTEMを用いた。設定条件(反射測定/付属の粉末・ペースト試料台(内径30mm、高さ12mm/標準として粉末・ペースト用標準丸白板No.2/30Φ投光パイプ))で、吸水性樹脂ないし粒子状吸水剤を備え付けの試料台に約6g填し(備え付け試料台の約6割程度の充填)、室温(20〜25℃)、湿度50RH%の条件下で上記分光式色差計にて表面色(YI値(Yellow Index))を測定した。また、同じ装置の同じ測定法によって、同時に他の尺度の物体色(L,a,b)ないしWB(ハンターカラー)も測定できる。L/WBは大きいほど、a/bは小さいほど、低着色で実質白色に近づくことを示す。
続いて、上記ペースト試料台に約6gの粒子状吸水剤を充填し、温度70±1℃、相対湿度90±1%の雰囲気に調整した恒温恒湿機(タバイエスペック株式会社製、品名:(PLATINOUSLUCIFER)、形式PL−2G)中に粒子状吸水剤を充填したペースト試料台を14日間曝露した。曝露後、上記分光式色差計にて表面色(YI値(Yellow Index))を測定した。
なお、黄色度変化率は温度70±1℃、相対湿度90±1%の雰囲気下での14日間放置前後のYI変化率(%)で表し、下式8により算出した。
式8:黄色度変化率(%)=(曝露後の黄色度)/(曝露前の黄色度)×100
(g)残存モノマー
粒子状吸水剤の残存モノマー(残存アクリル酸(塩))は、上記(e)において、別途、調整した2時間攪拌後の濾液を液体クロマトクラフィーでUV分析することで、粒子状吸水剤の残存モノマー量ppm(対粒子状吸水剤)を分析した。また、乾燥前の含水ゲルの残存モノマーは、樹脂固形分約0.5g分を含む細分化された含水ゲルを16時間攪拌して、その濾液を同様に液体クロマトクラフィーでUV分析し、固形分補正することで求めた。
(h)粒子状吸水剤の着色評価(ハンターLab表色系/L値)
粒子状吸水剤の着色評価は、日本電色工業株式会社製の分光式色差計SZ−Σ80COLOR MEASURING SYSTEMを用いて行った。測定の設定条件は、反射測定が選択され、内径30mmで且つ高さ12mmである付属の粉末・ペースト試料用容器、標準として粉末・ペースト用標準丸白板No.2が用いられ、さらに、30Φ投光パイプが用いられた。備え付けの試料用容器に約5gの粒子状吸水剤を充填した。この充填は、備え付け試料用容器を約6割程度充填するものであった。室温(20〜25℃)及び湿度50RH%の条件下で、上記分光式色差計にて表面のL値(Lightness:明度指数)を測定した。この値を、「曝露前の明度指数」とし、その値が大きいほど白色である。
また、同じ装置の同じ測定法によって、同時に他の尺度の物体色a、b(色度)ないしYI(黄色度)ないしWB(ホワイトバランス)も測定できる。WBは大きいほど、YI/a/bは小さいほど、低着色で実質白色に近づくことを示す。
続いて、上記粉末ペースト試料用容器に約5gの粒子状吸水剤を充填し、温度70±1℃、相対湿度65±1%の雰囲気に調整した恒温恒湿機(タバイエスペック株式会社製、品名:(PLATINOUSLUCIFER)、形式PL−2G)中に粒子状吸水剤を充填したペースト試料容器を7日間曝露した。この曝露が、7日間着色促進試験である。曝露後、上記分光式色差計にて表面のL値(Lightness)を測定した。この測定値を、「温度70±1℃、相対湿度65±1%の雰囲気下に7日間曝露した粒子のハンターLab表色系におけるL値(Lightness)」とする。
[製造例1]
気相接触酸化で得られた市販のアクリル酸(和光鈍薬、試薬特級;p−メトキシフェノール200ppm含有)を、無堰多孔板50段を有する高沸点不純物分離塔の塔底に供給して、還流比を1として蒸留し、さらに再蒸留することで、アクリル酸99%以上および微量の不純物(主に水)からなるアクリル酸(0)を得た。アクリル酸(0)中のp−メトキシフェノール量は、ND(1質量ppm未満)およびプロトアネモニン(protoanemonin)量、フルフラール量、β−ヒドロキシプロピオン酸量、アクリル酸ダイマー量はND(1質量ppm未満)であった。また、アクリル酸(0)中で、フェノチアジンが0ppm、アルデヒド分、マレイン酸が各々1ppm以下、酢酸、プロピオン酸が各々200ppmであった。
続いて、アクリル酸(0)にp−メトキシフェノールを50ppm添加することにより、アクリル酸(1)を得た。
重合器として、内容積10Lの内面テフロン(登録商標)コーティングされたジャケット付ステンレス製双腕型ニーダーを用意した。該ニーダーは、回転径が120mmであるシグマ型羽根2本および系内を密封する蓋を備えている。製造例1で得たアクリル酸(1)376.3g、および該中和物であるアクリル酸ナトリウム水溶液(2)3983g、イオン交換水640.7g、および内部架橋剤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(エチレンオキシドの平均付加モル数n=8.2)0.10モル%(対全不飽和単量体)、D,L−リンゴ酸0.2モル%(対全不飽和単量体)を50質量%リンゴ酸水溶液で混合することで単量体水溶液を得た。
さらに、単量体水溶液を22℃に保ち、シグマ型双腕ニーダーに仕込み、窒素ガスを吹き込んで系を溶存酸素1ppm以下に窒素置換した。次にジャケットに温水を通し、単量体水溶液を攪拌しながら、重合開始剤として過硫酸ナトリウム(0.09g/mol)およびL−アスコルビン酸(0.005g/mol)を水溶液で添加して重合を開始させた。所定時間で重合が開始し、生成した重合ゲルを細分化しながら重合を進行させ、ピーク温度を迎えてからさらに20分間重合を行うことで、直径約1〜2mmの細分化された含水ゲル状架橋重合体(1)を得た。
[製造例2]
製造例1においてD,L−リンゴ酸を使用しない以外は同様の操作を行い、含水ゲル状架橋重合体(2)を得た。得られた含水ゲル状架橋重合体(2)に対して、D,L−リンゴ酸0.2モル%(対全不飽和単量体)を50質量%リンゴ酸水溶液で、前記シグマ型双腕ニーダー中で1時間混合することで含水ゲル状架橋重合体(3)を得た。
[実施例1]
得られた含水ゲル状重合体(1)を850μm金網上に広げ、180℃で露点70℃にて90分間熱風乾燥した。次いで、乾燥物を、振動ミルを用いて粉砕し、さらにJIS850μm標準篩を用いて分級し通過物の乾燥粉末粒子(1)(平均粒子径300μm、σζ0.35、150μm未満2%)を得た。続いて、乾燥粉末粒子(1)100質量部に、1,4−ブタンジオール0.4質量部、プロピレングリコール0.6質量部、イオン交換水3.0質量部、イソプロパノール0.5質量部(対通過物の質量比)からなる表面架橋剤を噴霧混合し、さらに、210℃で40分間加熱処理し表面架橋粒子(1)を得た。表面架橋粒子(1)100質量部に対して下記の硫酸アルミニウム処理液を2.02質量部添加し、60℃で1時間熱風乾燥することで多価金属塩表面処理を行い、粒子状吸水剤(1)を得た。
使用した硫酸アルミニウム処理液は、水道用液体硫酸アルミニウム27質量%溶液(浅田化学工業株式会社製)2質量部に対し、50%乳酸ナトリウム水溶液(株式会社武蔵野化学研究所製)0.2質量部を用い、さらにプロピレングリコール0.2質量部を混合することにより得た。
[実施例2]
実施例1において製造例2で得られた含水ゲル状架橋重合体(3)を使用する以外は同様の操作を行い、粒子状吸水剤(2)を得た。
[比較例1]
実施例1において製造例2で得られた含水ゲル状架橋重合体(2)を使用する以外は同様の操作を行い、比較粒子状吸水剤(1)を得た。
[比較例2]
国際公開第2005/012369号パンフレットに記載されている実施例1に従って比較粒子状吸水剤(2)を得た。
得られた粒子状吸水剤(1),(2)および比較粒子状吸水剤(1),(2)の諸物性を表1に示す。
[実施例3]
断熱材である発泡スチロールで覆われた、内径80mm、容量1リットルのポリプロピレン製容器に、アクリル酸184.01g、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)1.27g、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム塩水溶液2.25g、および10質量%リンゴ酸水溶液5.60gを混合した溶液(A)と、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液153.74gと50℃に調温したイオン交換水142.92gを混合した溶液(B)を作製した。マグネチックスターラーで攪拌した溶液(A)に、溶液(B)をすばやく加え混合することでモノマー水溶液(C)を得た。モノマー水溶液(C)は、中和熱と溶解熱により、液温が約100℃まで上昇した。
次に、このモノマー水溶液(C)に、攪拌下、3重量%の過硫酸ナトリウム水溶液10.2gを加え、すぐにホットプレート(株式会社井内盛栄堂製、品名:(NEO HOTPLATE H1−1000))により表面温度を100℃まで加熱された、内面にテフロン(登録商標)を貼り付けた底面250×250mmのステンレス製バット型容器中に開放系で注いだ。ステンレス製バット型容器は、そのサイズが底面250×250mm、上面640×640mm、高さ50mmであり、中心断面が台形で、上面が開放されている。
モノマー水溶液がバットに注がれて、間もなく重合は開始した。水蒸気を発生し、上下左右に膨張発泡しながら重合は進行し、その後、底面よりもやや大きなサイズにまで収縮した。この膨張収縮は約1分以内に終了し、4分間重合容器中に保持した後、含水重合体(含水ゲル)を取り出した。なお、これら一連の操作は大気中に開放された系で行った。
得られた含水重合体(含水ゲル)をミートチョッパーにより粉砕し、数mmに細分化された含水重合体(粉砕ゲル粒子)を得た。
この細分化された粉砕ゲル粒子を20メッシュ(目開き850μm)の金網上に広げ、180℃で30分間熱風乾燥を行い、乾燥物を、ロールミルを用いて粉砕し、さらに目開き850μmと目開き150μmのJIS標準篩で分級することにより、粒子状吸水剤(3)(固形分96質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(3)の諸物性を表2,3に示す。
[実施例4]
断熱材である発泡スチロールで覆われた、内径80mm、容量1リットルのポリプロピレン製容器に、アクリル酸184.01g、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)1.27g、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム塩水溶液2.25g、および10質量%リンゴ酸水溶液11.19gを混合した溶液(A)と、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液153.74gと50℃に調温したイオン交換水137.33gを混合した溶液(B)を作製した。マグネチックスターラーで攪拌した溶液(A)に、溶液(B)をすばやく加え混合することでモノマー水溶液(C)を得た。モノマー水溶液(C)は、中和熱と溶解熱により、液温が約100℃まで上昇した。
次に、このモノマー水溶液(C)に、攪拌下、3重量%の過硫酸ナトリウム水溶液10.2gを加え、すぐにホットプレート(株式会社井内盛栄堂製、品名:(NEO HOTPLATE H1−1000))により表面温度を100℃まで加熱された、内面にテフロン(登録商標)を貼り付けた底面250×250mmのステンレス製バット型容器中に開放系で注いだ。ステンレス製バット型容器は、そのサイズが底面250×250mm、上面640×640mm、高さ50mmであり、中心断面が台形で、上面が開放されている。
モノマー水溶液がバットに注がれて間もなく重合は開始した。水蒸気を発生し上下左右に膨張発泡しながら重合は進行し、その後、底面よりもやや大きなサイズにまで収縮した。この膨張収縮は約1分以内に終了し、4分間重合容器中に保持した後、含水重合体(含水ゲル)を取り出した。なお、これら一連の操作は大気中に開放された系で行った。
得られた含水重合体(含水ゲル)をミートチョッパーにより粉砕し、数mmに細分化された含水重合体(粉砕ゲル粒子)を得た。
この細分化された粉砕ゲル粒子を20メッシュ(目開き850μm)の金網上に広げ、180℃で30分間熱風乾燥を行い、乾燥物を、ロールミルを用いて粉砕し、さらに目開き850μmと目開き150μmのJIS標準篩で分級することにより、粒子状吸水剤(4)(固形分96質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(4)の諸物性を表2,3に示す。
[比較例3]
断熱材である発泡スチロールで覆われた、内径80mm、容量1リットルのポリプロピレン製容器に、アクリル酸184.01gとポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)1.27gを混合した溶液(A)と、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液153.74gと50℃に調温したイオン交換水150.77gを混合した溶液(B)を作製した。マグネチックスターラーで攪拌した溶液(A)に、溶液(B)をすばやく加え混合することでモノマー水溶液(C)を得た。モノマー水溶液(C)は、中和熱と溶解熱により、液温が約100℃まで上昇した。
次に、このモノマー水溶液(C)に、攪拌下、3重量%の過硫酸ナトリウム水溶液10.2gを加え、すぐにホットプレート(株式会社井内盛栄堂製、品名:(NEO HOTPLATE H1−1000))により表面温度を100℃まで加熱された、内面にテフロン(登録商標)を貼り付けた底面250×250mmのステンレス製バット型容器中に開放系で注いだ。ステンレス製バット型容器は、そのサイズが底面250×250mm、上面640×640mm、高さ50mmであり、中心断面が台形で、上面が開放されている。
モノマー水溶液がバットに注がれて間もなく重合は開始した。水蒸気を発生し上下左右に膨張発泡しながら重合は進行し、その後、底面よりもやや大きなサイズにまで収縮した。この膨張収縮は約1分以内に終了し、4分間重合容器中に保持した後、含水重合体(含水ゲル)を取り出した。なお、これら一連の操作は大気中に開放された系で行った。
得られた含水重合体(含水ゲル)をミートチョッパーにより粉砕し、数mmに細分化された含水重合体(粉砕ゲル粒子)を得た。
この細分化された粉砕ゲル粒子を20メッシュ(目開き850μm)の金網上に広げ、180℃で30分間熱風乾燥を行い、乾燥物を、ロールミルを用いて粉砕し、さらに目開き850μmと目開き150μmのJIS標準篩で分級することにより、比較粒子状吸水剤(3)(固形分96質量%)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(3)の諸物性を表2,3に示す。
[実施例5]
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、75モル%の中和率を有するアクリル酸ナトリウムの水溶液5402gにポリエチレングリコールジアクリレート11.40gを溶解させて反応液(モノマー濃度:38質量%)とした。この内部架橋剤としてのポリエチレングリコールジアクリレートは、エチレンオキシドの平均付加モル数nが8.2である。さらに、反応液を25℃に保ちながらシグマ型双腕ニーダーに仕込み、更にこのニーダー内に窒素ガスを吹き込んで、系内に溶存する酸素が1質量ppm以下となるように窒素置換した。続いて、反応液に10重量%過硫酸ナトリウム水溶液28.1gおよび0.1重量%L−アスコルビン酸水溶液23.42gを反応容器内に攪拌しながら添加したところ、およそ20秒後にモノマー水溶液が25.5℃になり重合が開始した。重合が開始した時点より2分後、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム塩水溶液20.74g(ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウムはモノマーに対して100質量ppmに相当)、および50質量%リンゴ酸水溶液10.37g(リンゴ酸はモノマーに対して0.25質量%に相当)を混合した溶液(A)を重合溶液に添加した。なお、溶液(A)を添加した時点での重合溶液は重合が進んでいるものの液状物質が多く存在していた。
重合により生成したゲルを解砕しながら重合を行い、重合開始14分後に重合ピーク温度96℃を示した。更に、重合が開始して34分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。
得られた含水ゲル状架橋重合体は、その径が約5mm以下に細分化されていた。この細分化された含水ゲル状架橋重合体を20メッシュ(目開き850μm)の金網上に広げ、180℃で45分間熱風乾燥した。次いで、ロールミルを用いて粉砕し、さらに目開き850μm、150μmのJIS標準篩で分級調合することで、重量平均粒子径305μm、σζ=0.35、150μm未満の粒子の割合が全体の2%の粒子状吸水剤(5)を得た。得られた粒子状吸水剤(5)の物性を表2,3に記す。
[実施例6]
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、75モル%の中和率を有するアクリル酸ナトリウムの水溶液5395.6gにポリエチレングリコールジアクリレート11.40gを溶解させて反応液(モノマー濃度:38質量%)とした。この内部架橋剤としてのポリエチレングリコールジアクリレートは、エチレンオキシドの平均付加モル数nが8.2である。さらに、反応液を25℃に保ちながらシグマ型双腕ニーダーに仕込み、更にこのニーダー内に窒素ガスを吹き込んで、系内に溶存する酸素が1質量ppm以下となるように窒素置換した。続いて、反応液に10重量%過硫酸ナトリウム水溶液28.1gおよび0.1重量%L−アスコルビン酸水溶液23.42gを反応容器内に攪拌しながら添加したところ、およそ20秒後にモノマー水溶液が25.5℃になり重合が開始した。重合が開始した時点より1分後、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム塩水溶液20.74g(ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウムはモノマーに対して100質量ppmに相当)、および50質量%リンゴ酸水溶液20.74g(リンゴ酸はモノマーに対して0.50質量%に相当)を混合した溶液(B)を重合溶液に添加した。なお、溶液(B)を添加した時点での重合溶液は重合が進んでいるものの液状物質が多く存在していた。
重合により生成したゲルを解砕しながら重合を行い、重合開始14分後に重合ピーク温度96℃を示した。更に、重合が開始して34分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。
得られた含水ゲル状架橋重合体は、その径が約5mm以下に細分化されていた。この細分化された含水ゲル状架橋重合体を20メッシュ(目開き850μm)の金網上に広げ、180℃で45分間熱風乾燥した。次いで、ロールミルを用いて粉砕し、さらに目開き850μm、150μmのJIS標準篩で分級調合することで、重量平均粒子径305μm、σζ=0.35、150μm未満の粒子の割合が全体の2%の粒子状吸水剤(6)を得た。得られた粒子状吸水剤(6)の物性を表2,3に記す。
[実施例7]
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、75モル%の中和率を有するアクリル酸ナトリウムの水溶液5406.0gにポリエチレングリコールジアクリレート11.40gを溶解させて反応液(モノマー濃度:38質量%)とした。この内部架橋剤としてのポリエチレングリコールジアクリレートは、エチレンオキシドの平均付加モル数nが8.2である。さらに、反応液を25℃に保ちながらシグマ型双腕ニーダーに仕込み、更にこのニーダー内に窒素ガスを吹き込んで、系内に溶存する酸素が1質量ppm以下となるように窒素置換した。続いて、反応液に10重量%過硫酸ナトリウム水溶液28.1gおよび0.1重量%L−アスコルビン酸水溶液23.42gを反応容器内に攪拌しながら添加したところ、およそ20秒後にモノマー水溶液が25.5℃になり重合が開始した。重合が開始した時点より2分後、1.0質量%3−ヒドロキシ−2,2‘−イミノジコハク酸4ナトリウム水溶液20.74g(3−ヒドロキシ−2,2‘−イミノジコハク酸4ナトリウムはモノマーに対して100質量ppmに相当)、および50質量%リンゴ酸水溶液10.37g(リンゴ酸はモノマーに対して0.25質量%に相当)を混合した溶液(B)を重合溶液に添加した。なお、溶液(B)を添加した時点での重合溶液は重合が進んでいるものの液状物質が多く存在していた。
重合により生成したゲルを解砕しながら重合を行い、重合開始14分後に重合ピーク温度95℃を示した。更に、重合が開始して34分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。
得られた含水ゲル状架橋重合体は、その径が約5mm以下に細分化されていた。この細分化された含水ゲル状架橋重合体を20メッシュ(目開き850μm)の金網上に広げ、180℃で45分間熱風乾燥した。次いで、ロールミルを用いて粉砕し、さらに目開き850μm、150μmのJIS標準篩で分級調合することで、重量平均粒子径300μm、σζ=0.35、150μm未満の粒子の割合が全体の2%の粒子状吸水剤(7)を得た。得られた粒子状吸水剤(7)の物性を表2,3に記す。
[実施例8]
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、75モル%の中和率を有するアクリル酸ナトリウムの水溶液5406.0gにポリエチレングリコールジアクリレート11.40gを溶解させて反応液(モノマー濃度:38質量%)とした。この内部架橋剤としてのポリエチレングリコールジアクリレートは、エチレンオキシドの平均付加モル数nが8.2である。さらに、反応液を25℃に保ちながらシグマ型双腕ニーダーに仕込み、更にこのニーダー内に窒素ガスを吹き込んで、系内に溶存する酸素が1質量ppm以下となるように窒素置換した。続いて、反応液に10重量%過硫酸ナトリウム水溶液28.1gおよび0.1重量%L−アスコルビン酸水溶液23.42gを反応容器内に攪拌しながら添加したところ、およそ20秒後にモノマー水溶液が25.5℃になり重合が開始した。重合が開始した時点より2分後、5.0質量%(S,S)−エチレンジアミンコハク酸3ナトリウム水溶液20.74g((S,S)−エチレンジアミンコハク酸3ナトリウムはモノマーに対して500質量ppmに相当)、および50質量%リンゴ酸水溶液10.37g(リンゴ酸はモノマーに対して0.25質量%に相当)を混合した溶液(B)を重合溶液に添加した。なお、溶液(B)を添加した時点での重合溶液は重合が進んでいるものの液状物質が多く存在していた。
重合により生成したゲルを解砕しながら重合を行い、重合開始14分後に重合ピーク温度96℃を示した。更に、重合が開始して34分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。
得られた含水ゲル状架橋重合体は、その径が約5mm以下に細分化されていた。この細分化された含水ゲル状架橋重合体を20メッシュ(目開き850μm)の金網上に広げ、180℃で45分間熱風乾燥した。次いで、ロールミルを用いて粉砕し、さらに目開き850μm、150μmのJIS標準篩で分級調合することで、重量平均粒子径305μm、σζ=0.35、150μm未満の粒子の割合が全体の2%の粒子状吸水剤(8)を得た。得られた粒子状吸水剤(8)の物性を表2,3に記す。
[実施例9]
実施例5で得られた粒子状吸水剤(5)100質量部に、1,4−ブタンジオール0.4質量部、プロピレングリコール0.6質量部、イオン交換水3.0質量部からなる表面架橋剤を噴霧混合し、さらに、210℃で40分間加熱処理し表面架橋粒子(2)を得た。表面架橋粒子(2)100質量部に対して下記の硫酸アルミニウム処理液を2.02質量部添加し、60度1時間熱風乾燥することで多価金属塩表面処理を行い、粒子状吸水剤(9)を得た。
使用した硫酸アルミニウム処理液は、水道用液体硫酸アルミニウム27質量%溶液(浅田化学工業株式会社製)2質量部に対し、50%乳酸ナトリウム水溶液(株式会社武蔵野化学研究所製)0.2質量部を用い、さらにプロピレングリコール0.2質量部を混合することにより得た。得られた粒子状吸水剤(9)の物性を表2,3に記す。
[実施例10]
実施例6で得られた粒子状吸水剤(6)100質量部に、1,4−ブタンジオール0.4質量部、プロピレングリコール0.6質量部、イオン交換水3.0質量部からなる表面架橋剤を噴霧混合し、さらに、210℃で40分間加熱処理し表面架橋粒子(3)を得た。表面架橋粒子(3)100質量部に対して下記の硫酸アルミニウム処理液を2.02質量部添加し、60度1時間熱風乾燥することで多価金属塩表面処理を行い、粒子状吸水剤(10)を得た。
使用した硫酸アルミニウム処理液は、水道用液体硫酸アルミニウム27質量%溶液(浅田化学工業株式会社製)2質量部に対し、50%乳酸ナトリウム水溶液(株式会社武蔵野化学研究所製)0.2質量部を用い、さらにプロピレングリコール0.2質量部を混合することにより得た。得られた粒子状吸水剤(10)の物性を表2,3に記す。
[実施例11]
実施例7において、50%リンゴ酸水溶液10.37gを10%クエン酸水溶液74.29gに代える以外は同様の操作を行い、粒子状吸水剤(11)を得た。
[実施例12]
実施例10において、粒子状吸水剤(10)を実施例11の粒子状吸水剤(11)に代える以外は、実施例10と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(12)を得た。
[比較例4]
国際公開第2005/012369号パンフレットに記載されている実施例2に従って、比較粒子状吸水剤(4)を得た。
Figure 0005415256
Figure 0005415256
Figure 0005415256
本発明の粒子状吸水剤によれば、おむつなど吸収性物品での実使用時、吸水性樹脂を高濃度で使用する際に、従来になく優れた吸収能(優れた通液性、低残存モノマー量、優れた着色防止特性)を発揮する。
発明の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。
本発明により得られた粒子状吸水剤をおむつなどの薄型吸収体に高濃度で使用した場合、従来の吸収剤に比べ、非常に優れた吸収性能、特に通液特性を有し、着色が少なく、かつ、保存安定性に優れた吸収体を提供することが出来るという効果を奏する。
31 タンク
32 ガラス管
33 0.69質量%食塩水
34 コック付きL字管
35 コック
40 容器
41 セル
42 ステンレス製金網
43 ステンレス製金網
44 膨潤ゲル
45 ガラスフィルター
46 ピストン
47 穴
48 補集容器
49 上皿天秤

Claims (13)

  1. ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、吸水性樹脂内部にリンゴ酸(塩)を含有し、且つ、下記(a)を満たし、(b)または(c)の少なくとも一つを満たす粒子状吸水剤。
    (a)150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40
    (b)4.8kPa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(AAP)が少なくとも15g/g
    (c)0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)が少なくとも5(×10-7cm3・s・g-1
  2. リンゴ酸(塩)の合計含有量が吸水性樹脂100重量部に対して0.1〜5重量部である、請求項1に記載の粒子状吸水剤。
  3. さらに、α−ヒドロキシ多価カルボン酸(塩)以外のキレート剤を含む、請求項1または2に記載の粒子状吸水剤。
  4. さらに、α−ヒドロキシ多価カルボン酸(塩)以外の多価金属塩を含む、請求項1〜3の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  5. 黄色度が0〜15であり、黄色度変化率が100〜140%である、請求項1〜の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  6. 請求項1〜の何れか1項に記載の粒子状吸水剤を含む、尿、糞または血液の吸収性物品。
  7. アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液を架橋重合する工程、および、重合で得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、リンゴ酸(塩)の存在下に重合し、乾燥後
    の吸水性樹脂を表面架橋する粒子状吸水剤の製造方法。
  8. アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液を架橋重合する工程、および、重合で得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、重合後の樹脂固形分10〜70質量%の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕し、リンゴ酸(塩)を添加して、乾燥後の吸水性樹脂を表面架橋し、吸水性樹脂の粒子径が、150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40である、粒子状吸水剤の製造方法。
  9. アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液を架橋重合する工程、および、重合で得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、重合途中の単量体水溶液にリンゴ酸(塩)を添加し、吸水性樹脂の粒子径が、150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40である、粒子状吸水剤の製造方法。
  10. リンゴ酸(塩)の合計添加量が吸水性樹脂100重量部に対して0.1〜5重量部である、請求項の何れか1項に記載の粒子状吸水剤の製造方法。
  11. さらに、α−ヒドロキシ多価カルボン酸(塩)以外のキレート剤を重合時または重合後に添加する、請求項10の何れか1項に記載の粒子状吸水剤の製造方法。
  12. さらに、α−ヒドロキシ多価カルボン酸(塩)以外の多価金属塩を吸水性樹脂に添加する、請求項11の何れか1項に記載の粒子状吸水剤の製造方法。
  13. 黄色度が0〜15であり、黄色度変化率が100〜140%である、請求項12の何れか1項に記載の粒子状吸水剤の製造方法。
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