JP5676572B2 - ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法及びポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末 - Google Patents
ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法及びポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末 Download PDFInfo
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- Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
Description
(1)ゲル粉砕エネルギー(GGE)18〜60[J/g]でゲル粉砕、
(2)ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))9〜40[J/g]でゲル粉砕、
(3)含水ゲル状架橋重合体の水可溶分の重量平均分子量を10,000〜500,000[Da]増加、
(4)得られる粒子状の含水ゲル状架橋重合体の重量平均粒子径(D50)が350〜2000μm、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.2〜1.0となるまでゲル粉砕、
を行った後に、乾燥機での乾燥温度が150〜250℃で乾燥し、更に表面処理を行うことを特徴とする。
(1−1)「吸水性樹脂」
本発明における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤を意味する。尚、「水膨潤性」とは、ERT442.2−02で規定するCRC(無加圧下吸水倍率)が5[g/g]以上であることをいい、「水不溶性」とは、ERT470.2−02で規定するExt(水可溶分)が0〜50重量%であることをいう。
本発明における「ポリアクリル酸(塩)」とは、任意にグラフト成分を含み、繰り返し単位として、アクリル酸及び/又はその塩(以下、アクリル酸(塩)と称することがある)を主成分とする重合体を意味する。具体的には、重合に用いられる総単量体(内部架橋剤を除く)のうち、アクリル酸(塩)を必須に50〜100モル%、好ましくは70〜100モル%、更に好ましくは90〜100モル%、特に好ましくは実質100モル%含む重合体をいう。又、重合体としてポリアクリル酸塩を用いる場合は、必須に水溶性塩を含み、中和塩の主成分として一価塩が好ましく、アルカリ金属塩又はアンモニウム塩がより好ましく、アルカリ金属塩が更に好ましく、ナトリウム塩が特に好ましい。
「EDANA」は、欧州不織布工業会(European Disposables and Nonwovens Assoiations)の略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)である吸水性樹脂の測定方法(EDANA Recommended Test Metods)の略称である。尚、本発明においては、特に断りのない限り、ERT原本(公知文献:2002年改定)に準拠して測定を行う。
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、無加圧下吸水倍率(以下、「吸水倍率」と称することもある)を意味する。具体的には、不織布袋中の0.200gの吸水性樹脂を、大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対して30分間自由膨潤させた後、更に遠心分離機で水切りした後の吸水倍率(単位;[g/g])である。尚、含水ゲル状架橋重合体のCRC(以下、「ゲルCRC」と称する)は、試料を0.4g、自由膨潤時間を24時間にそれぞれ変更して測定を行った。
「AAP」は、Absorption Against Pressureの略称であり、加圧下吸水倍率を意味する。具体的には、0.900gの吸水性樹脂を、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対して1時間、2.06kPa(0.3psi、21[g/cm2])での荷重下で膨潤させた後の吸水倍率(単位;[g/g])である。尚、ERT442.2−02では、Absorption Under Pressureと表記されているが、実質的に同一内容である。又、本発明及び実施例では、荷重条件を4.83kPa(0.7psi、49[g/cm2])に変更して測定を行った。
「Ext」は、Extractablesの略称であり、水可溶分(水可溶成分量)を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.000gを0.9重量%塩化ナトリウム水溶液200mlに添加し、16時間攪拌した後の溶解ポリマー量(単位;重量%)である。溶解ポリマー量の測定はpH滴定を用いて行う。尚、含水ゲル状架橋重合体の水可溶分(以下、「ゲルExt」と称する)は、試料を5.0g、攪拌時間を24時間にそれぞれ変更して測定を行った。
「PSD」は、Particle Size Distributionの略称であり、篩分級により測定される粒度分布を意味する。尚、重量平均粒子径(D50)及び粒子径分布幅は欧州特許第0349240号明細書7頁25〜43行に記載された「(1) Average Particle Diameter and Distribution of Particle Diameter」と同様の方法で測定する。尚、含水ゲル状架橋重合体のPSDの測定方法については後述する。又、粒度測定で使用する標準篩(目開き)は、対象物の粒度によって適宜追加してもよい。例えば、目開きが710μm、600μm等の標準篩を追加すればよい。又、上記欧州特許第0349240号に開示のない測定条件等については、欧州特許第1594556号を適宜参照してもよい。
「Residual Monomers」は、吸水性樹脂中に残存する単量体(モノマー)量(以下、「残存モノマー」と称する)を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.0gを0.9重量%塩化ナトリウム水溶液200mlに添加し、35mmのスターラーチップを用いて500rpmで1時間攪拌した後の溶解したモノマー量(単位;ppm)をいう。溶解モノマー量の測定はHPLC(高速液体クロマトグラフィー)を用いて行う。尚、含水ゲル状架橋重合体の残存モノマーは、試料を2g、攪拌時間を3時間にそれぞれ変更して測定を行い、得られた測定値を含水ゲル状架橋重合体の樹脂固形分当りの重量に換算した値(単位;ppm)とする。
「Moisture Content」は、吸水性樹脂の含水率を意味する。具体的には、吸水性樹脂1gを105℃で3時間乾燥した際の乾燥減量から算出した値(単位;重量%)である。尚、本発明では乾燥温度を180℃に変更し、測定は1サンプルに付き5回行い、その平均値を採用した。又、含水ゲル状架橋重合体の含水率は、試料を2g、乾燥温度を180℃、乾燥時間を16時間にそれぞれ変更して測定を行った。更に、{100−含水率(重量%)}で算出される値を、本発明では「樹脂固形分」とし、吸水性樹脂及び含水ゲル状架橋重合体の双方に適用することができる。
「Density」は、吸水性樹脂の嵩比重を意味する。具体的には、吸水性樹脂100gをEDANA規定の装置に投入し、100mL容器に、該吸水性樹脂を自由落下させて充填させた時の、吸水性樹脂の重量(単位;[g/ml])である。
「Flow Rate」は、吸水性樹脂の流下速度を意味する。具体的には、吸水性樹脂100gをEDANA規定の装置に投入した後、該装置最下部の排出口から吸水性樹脂を排出する際、その排出に要した時間(単位;sec)である。
本発明における「通液性」とは、荷重下又は無荷重下での膨潤ゲルの粒子間を通過する液の流れ性のことをいい、代表的な測定方法として、SFC(Saline Flow Conductivity/生理食塩水流れ誘導性)や、GBP(Gel Bed Permeability/ゲル床透過性)がある。
本発明における「FSR」とは、Free Swell Rateの略称であり、吸水速度(自由膨潤速度)を意味する。具体的には、吸水性樹脂1gが0.9重量%塩化ナトリウム水溶液20gを吸水する際の速度(単位;[g/g/s])である。
本発明における「ゲル粉砕」とは、重合工程(好ましくは水溶液重合、無攪拌水溶液重合(静置水溶液重合)、特に好ましくはベルト重合)で得られた含水ゲル状架橋重合体の乾燥を容易にすることを目的に、せん断、圧縮力を加えて大きさを小さくし表面積を高くする操作のことをいう。具体的には、重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕して、その重量平均粒子径(D50)を300〜3000μm、より好ましくは当該重量平均粒子径(D50)を350〜2000μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)を0.2〜1.0となるように、含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕することをいう。
本発明における「水可溶分の重量平均分子量」とは、吸水性樹脂を水溶媒に添加した際に溶解する成分(水可溶分)の重量平均分子量について、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)で測定した値(単位;daltons/以下、[Da]と略記する。)をいう。即ち、上記(1−3)(c)「Ext」に記載した測定方法で得た溶液をGPC測定した結果である。尚、含水ゲル状架橋重合体の水可溶分の重量平均分子量は、粒子径を5mm以下、更には1〜3mmに細粒化した試料を5.0g、攪拌時間を24時間にそれぞれ変更して測定を行った。
本発明における「ゲル粉砕エネルギー」とは、含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕する際、ゲル粉砕装置が必要とする単位重量(含水ゲル状架橋重合体の単位重量)あたりの機械的エネルギーをいい、ジャケットを加熱冷却するエネルギーや投入する水・スチームのエネルギーは含まれない。尚、「ゲル粉砕エネルギー」は、英語表記の「Gel Grinding Energy」から「GGE」と略称する。GGEは、ゲル粉砕装置が三相交流電力で駆動する場合、以下の式(1)によって算出される。
本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は、「X以上Y以下」を意味する。又、重量の単位である「t(トン)」は、「Metric ton(メトリック トン)」を意味し、更に、特に注釈のない限り、「ppm」は「重量ppm」を意味する。又、「重量」と「質量」、「重量%」と「質量%」、「重量部」と「質量部」は同義語として扱う。更に、「〜酸(塩)」は「〜酸及び/又はその塩」を意味し、「(メタ)アクリル」は「アクリル及び/又はメタクリル」を意味する。
(2−1)重合工程
本工程は、アクリル酸(塩)を主成分とする水溶液を重合して、含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称することがある)を得る工程である。
本発明で得られる吸水性樹脂粉末は、その原料(単量体)として、アクリル酸(塩)を主成分として含む単量体を使用し、通常、水溶液状態で重合される。単量体水溶液中の単量体(モノマー)濃度としては、10〜80重量%が好ましく、20〜80重量%がより好ましく、30〜70重量%が更に好ましく、40〜60重量%が特に好ましい。
本発明において、得られる吸水性樹脂粉末の吸水性能の観点から、架橋剤(以下「内部架橋剤」と称することもある)を使用することが好ましい。該内部架橋剤としては特に限定されないが、例えば、アクリル酸との重合性架橋剤、カルボキシル基との反応性架橋剤、又はこれらを併せ持った架橋剤等が挙げられる。
本発明において使用される重合開始剤は、重合形態によって適宜選択され、特に限定されないが、例えば、光分解型重合開始剤、熱分解型重合開始剤、レドックス系重合開始剤等が挙げられる。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法において、その重合方法は、噴霧液滴重合や逆相懸濁重合で粒子状含水ゲルを得てもよいが、得られる吸水性樹脂粉末の通液性(SFC)及び吸水速度(FSR)並びに重合制御の容易性等の観点から、水溶液重合が採用され、当該水溶液重合はタンク式(サイロ式)の無攪拌重合でもよいが、好ましくはニーダー重合又はベルト重合、より好ましくは連続水溶液重合、更に好ましくは高濃度連続水溶液重合、特に好ましくは高濃度・高温開始連続水溶液重合が採用される。尚、攪拌重合とは、含水ゲル(特に重合率10モル%以上、更には50モル%以上の含水ゲル)を攪拌、特に攪拌及び細分化してながら重合することを意味する。又、無攪拌重合の前後において、単量体水溶液(重合率が0〜10モル%未満)を適宜攪拌してもよい。
本工程は、上述した重合中又は重合後の含水ゲル状架橋重合体を細分化して、粒子状の含水ゲル状架橋重合体(以下、「粒子状含水ゲル」と称することもある)を得る工程である。尚、下記(2−4)粉砕工程・分級工程での「粉砕」と区別して、本工程は「ゲル粉砕」という。
本発明の吸水性樹脂粉末の製造方法(第1の製造方法)ではゲル粉砕エネルギー(GGE)が一定範囲に制御される。当該製造方法では、ゲル温度、樹脂固形分、ゲルCRC、ゲルExt及び水可溶分の重量平均分子量の何れか1つ以上の物性を、以下の範囲に制御した含水ゲル状架橋重合体(ポリアクリル酸(塩)架橋重合体)をゲル粉砕することが好ましい。
ゲル粉砕前の含水ゲルの温度(ゲル温度)は、粒度制御や物性の観点から、40〜120℃が好ましく、60℃〜120℃がより好ましく、60〜110℃がさらに好ましく、65℃から110℃が特に好ましい。上記ゲル温度が40℃未満の場合、含水ゲルの特性上、硬度が増すため、ゲル粉砕時に粒子形状や粒度分布の制御が困難になる虞がある。又、上記ゲル温度が120℃を超える場合、逆に含水ゲルの軟度が増し、粒子形状や粒度分布の制御が困難になる虞がある。かようなゲル温度は、重合温度や重合後の加熱、保温又は冷却等で適宜制御することができる。
ゲル粉砕前の含水ゲルの樹脂固形分は、物性の観点から、10〜80重量%であり、好ましくは30〜80重量%、より好ましくは40〜80重量%、更に好ましくは45〜60重量%であり、特に好ましくは50〜60重量%である。上記樹脂固形分が10重量%未満の場合、含水ゲルの軟度が増し、逆に上記樹脂固形分が80重量%を超える場合、含水ゲルの硬度が増すため、粒子形状や粒度分布の制御が困難になる虞があるため、好ましくない。かような含水ゲルの樹脂固形分は、重合濃度や重合中の水分蒸発、重合工程への吸水性樹脂微粉の添加(微粉リサイクル工程)、必要により重合後の水添加や部分乾燥等で適宜制御することができる。
ゲル粉砕前の含水ゲルのCRC(ゲルCRC)は、10〜35[g/g]が好ましく、10〜32[g/g]がより好ましく、10〜30[g/g]がさらに好ましく、15〜30[g/g]が特に好ましい。上記ゲルCRCが10[g/g]未満又は35[g/g]を超える場合、ゲル粉砕時の粒子形状や粒度分布の制御が困難になるため、好ましくない。かようなゲルCRCは、重合時の架橋剤添加量、その他重合濃度等で適宜制御することができる。尚、高CRCを有する吸水性樹脂が好ましいことは周知の事実であるが、本発明において上記ゲルCRCが35[g/g]を超える場合、粒子形状や粒度分布の制御が困難であることが見出された。
ゲル粉砕前の含水ゲルの水可溶分(ゲルExt)は、0.1〜10重量%が好ましく、0.5〜8重量%がより好ましく、1〜5重量%が更に好ましい。上記ゲルExtが10重量%を超える場合、ゲル粉砕によるせん断によって増加する水可溶分の重量平均分子量が過剰になり、所望する通液性が得られない虞がある。当該ゲルExtは小さい方が好ましいが、上記(c)ゲルCRCとのバランスや、ゲルExt低減に必要な製造コスト、生産性の低下等の観点から下限値は上記範囲である。
ゲル粉砕前の含水ゲルにおける水可溶分の重量平均分子量は、50,000〜450,000[Da]が好ましく、100,000〜430,000[Da]がより好ましく、150,000〜400,000[Da]が更に好ましい。
本工程で使用されるゲル粉砕装置としては、特に限定されず、バッチ型又は連続型の双腕型ニーダー等、複数の回転撹拌翼を備えたゲル粉砕機や、1軸押出機、2軸押出機、ミートチョッパー、特にスクリュー型押出機等が挙げられる。
上記ゲル粉砕機の円筒状胴体(ケーシング)部分の出口に備え付けられた多孔板に関して、その厚みや孔径、開孔率は、ゲル粉砕機の単位時間当りの処理量や含水ゲルの性状等によって適宜選択でき、特に限定されないが、多孔板の厚みは3.5〜40mmが好ましく、6〜20mmがより好ましい。又、多孔板の孔径については、3.2〜24mmが好ましく、7.5〜24mmがより好ましい。更に、多孔板の開孔率は、20〜80%が好ましく、30〜55%がより好ましい。尚、孔径(mm)が異なる複数の多孔板を使用する場合は、各多孔板の孔径の単純平均値をそのゲル粉砕機における多孔板の孔径とする。又、当該孔の形状は円形が好ましいが、円形以外の形状(例えば、四角形、楕円形、スリット形等)の場合、その開孔面積を円に換算して孔径(mm)とする。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法では、ゲル粉砕エネルギー(GGE/Gel Grinding Energey)が一定範囲に制御される。ここで、GGEの制御方法としては、例えば、上記の手法で行え、ゲル粉砕前の含水ゲルの物性、特に樹脂固形分10〜80重量%(更には上記(b))に加えて、ゲル温度、ゲルCRC、ゲルExt及び水可溶分の重量平均分子量の何れか1つ以上の物性を上記範囲に制御した含水ゲル(ポリアクリル酸(塩)系架橋重合体)をゲル粉砕することが好ましい。かようなゲル粉砕によって、本発明の第1〜3の製造方法におけるGGEやGGE(2)、水可溶分の重量平均分子量の増加幅に加えて、同時又は別途に行われる、本発明の第4の製造方法によって後述する粒度を有する粒子状含水ゲルが得られる。
本発明において上記ゲル粉砕は、重合中又は重合後に行われ、より好ましくは重合後の含水ゲルに対して行われるが、ニーダー重合等、重合中にゲル粉砕を行う形態の場合、単量体水溶液が「十分にゲル化」した状態をもって、ゲル粉砕工程とする。
本発明のゲル粉砕工程で使用されるゲル粉砕装置が、スクリュー押出機である場合、そのスクリュー押出機のスクリュー軸回転数は、その円筒状胴体(ケーシング)部の内径によって回転羽根の外周速度が変わるため、一概に規定できないが、軸回転数は90〜500rpmが好ましく、100〜400pmがより好ましく、120〜200rpmが更に好ましい。上記軸回転数が90rpm未満の場合、ゲル粉砕に必要なせん断・圧縮力が得られず、又、上記軸回転数が500rpmを超える場合、含水ゲルに与えるせん断・圧縮力が過剰となり、物性低下を招いたり、ゲル粉砕機にかかる負荷が大きくなり破損したりする虞があるため、好ましくない。又、この時の回転羽根の外周速度は0.5〜5[m/s]が好ましく、0.5〜4[m/s]がより好ましい。又、本発明におけるゲル粉砕装置の温度は、含水ゲルの付着等を防ぐために、好ましくは40〜120℃、より好ましくは60〜100℃に加熱又は保温される。
本発明のゲル粉砕工程において、含水ゲルに水を添加してゲル粉砕することもできる。尚、本発明において、「水」は固体、液体、気体の何れかの形態を含むものとする。
上述したように、含水ゲルに水を添加してゲル粉砕することが好ましいが、水以外に他の添加剤や中和剤等を含水ゲルに添加・混練してゲル粉砕することもでき、こうして得られた吸水性樹脂を改質してもよい。具体的には、ゲル粉砕時に、上記(2−1)で述べた塩基性物質を含む水溶液(例えば、10〜50重量%の水酸化ナトリウム水溶液)を添加して中和(特に前述した中和率の範囲内)してもよいし、吸水性樹脂微粉(0.1〜30重量%(対樹脂固形分))を添加して微粉リサイクルを行ってもよい。更に、重合開始剤や還元剤、キレート剤を0.001〜3重量%(対樹脂固形分)、ゲル粉砕時に添加・混合して、残存モノマーの低減や着色改善、耐久性を付与してもよい。
本発明の吸水性樹脂粉末の製造方法(第3の製造方法)は、含水ゲルのゲル粉砕の際、ゲル粉砕エネルギー(GGE)を18〜60[J/g]とする製造方法を達成手段のひとつとして、含水ゲルの水可溶分の重量平均分子量を10,000〜500,000[Da]に増加させてなる。
上記重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体(含水ゲル)は、上述した本発明のゲル粉砕が適用されるゲル粉砕機(ニーダー、ミートチョパー、スクリュー型押出機等)を用いて粉砕され粒子状にされる。尚、ゲル粒子径は分級や調合等によって制御することができるが、好ましくは本発明のゲル粉砕によってゲル粒子径が制御される。
本発明において、ゲル粉砕後における粒子状含水ゲルのゲルCRCは10〜35[g/g]が好ましく、10〜32[g/g]がより好ましく、15〜30[g/g]が更に好ましい。尚、ゲル粉砕後のゲルCRCは、ゲル粉砕前のゲルCRCに対して−1〜+3[g/g]とされることが好ましく、0.1〜2[g/g]がより好ましく、0.3〜1.5[g/g]が更に好ましい。尚、ゲル粉砕時に架橋剤の使用等によってゲルCRCを減少させてもよいが、上記範囲でゲルCRCを上昇させることが好ましい。
本発明において、ゲル粉砕後における粒子状含水ゲルのゲルExtは、0.1〜20重量%が好ましく、0.1〜10重量%がより好ましく、0.1〜8重量%がさらに好ましく、0.1〜5重量%が特に好ましい。又、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲルのゲルExt増加量(ゲル粉砕前のゲルExtに対する増加量)は、5重量%以下が好ましく、4重量%以下がより好ましく、3重量%以下が更に好ましく、2重量%以下が特に好ましく、1重量%以下が最も好ましい。又、下限値はマイナス(例えば、−3.0重量%、更には−1.0重量%)でもよいが、通常は0重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.2重量%以上、更に好ましくは0.3重量%以上である。具体的には、好ましくは0〜5.0重量%、より好ましくは0.1〜3.0重量%等、上述した上限値と下限値の任意の範囲内となるように、ゲルExtを増加するまでゲル粉砕すればよい。尚、ゲル粉砕時に架橋剤の使用等によってゲルExtを減少させてもよいが、上記範囲でゲルExtを上昇させることが好ましい。ここで、ゲルExt増加量の有効数字は小数点以下1桁であるが、例えば、5重量%と5.0重量%は同義語として扱う。
本発明において、ゲル粉砕による、含水ゲルの、水可溶分の重量平均分子量の増加量として、下限値は10,000[Da]以上が好ましく、20,000[Da]以上がより好ましく、30,000[Da]以上がさらに好ましい。また、上限値は、500,000[Da]以下が好ましく、400,000[Da]以下がより好ましく、250,000[Da]以下がさらに好ましく、100,000[Da]以下が特に好ましい。例えば本発明において、ゲル粉砕前の含水ゲルに対する、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲルの、水可溶分の重量平均分子量の増加量は、10,000〜500,000[Da]であり、好ましくは20,000〜400,000[Da]、より好ましくは30,000〜250,000[Da]、更に好ましくは100,000[Da]以下である。
本発明において、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲルの樹脂固形分は、物性の観点から、10〜80重量%が好ましく、30〜80重量%がより好ましく、50〜80重量%、45〜85重量%、又は45〜70重量%が更に好ましく、50〜60重量%又は45〜60重量%が特に好ましい。ゲル粉砕後の粒子状含水ゲルの樹脂固形分を上記範囲とすることで、乾燥によるCRCの上昇が制御しやすく、又、乾燥によるダメージ(水可溶分の増加等)が少ないため、好ましい。尚、ゲル粉砕後の樹脂固形分は、ゲル粉砕前の樹脂固形分や必要により添加する水、更にはゲル粉砕時の加熱による水分蒸発等によって、適宜制御することができる。
上記ゲル粉砕前の含水ゲル或いはゲル粉砕後の粒子状含水ゲルの物性を評価するには、製造装置から必要量及び頻度でサンプリング及び測定を行う必要がある。本発明では、ゲル粉砕前の含水ゲルの、水可溶分の重量平均分子量を基準にして評価を行うが、この値が十分に平均化された数値となるようにする必要がある。そこで、例えば、連続ニーダーやミートチョッパー等による連続式のゲル粉砕で吸水性樹脂粉末の生産量が1〜20[t/hr]又は1〜10[t/hr]の場合、含水ゲル100kg毎に2点以上、合計で少なくとも10点以上のサンプリング及び測定を行えばよく、又、バッチ式のゲル粉砕(例えば、バッチ式ニーダー)の場合、バッチサンプルから少なくとも10点以上のサンプリング及び測定を行い、粒子状含水ゲルの物性を評価すればよい。
本工程は、上記ゲル粉砕工程で得られた粒子状含水ゲルを乾燥し、乾燥重合体を得る工程であり、以下、本発明で好ましく適用される乾燥方法について説明する。下記乾燥方法は、本発明の第1〜4の製造方法に適用することができ、特に第4の製造方法では特定の乾燥温度と熱風の風速が使用されるが、かかる乾燥温度と熱風の風速は第1〜3の製造方法にも好ましく適用され、吸水速度の向上に寄与できる。
本発明の乾燥工程(好ましくは、上記通気ベルト型乾燥機)での乾燥温度は、100〜300℃であり、好ましくは150〜250℃、より好ましくは160〜220℃、更に好ましくは170〜200℃である。該乾燥温度を100〜300℃とすることで、乾燥時間の短縮と得られる乾燥重合体の着色低減の両立が可能となる。更に、得られる吸水性樹脂粉末の通液性や吸水速度が向上する傾向が見られた。尚、乾燥温度が300℃を超えると、高分子鎖がダメージを受け、物性が低下する虞がある。又、乾燥温度が100℃未満では、吸水速度に変化はなく、未乾燥物が生成し、後の粉砕工程時に詰まりが生じた。
本発明の乾燥工程(好ましくは、上記通気ベルト型乾燥機)での乾燥時間は、粒子状含水ゲルの表面積及び乾燥機の種類等に依存し、目的とする含水率となるように適宜設定すればよいが、好ましくは1分〜10時間、より好ましくは5分〜2時間、更に好ましくは10〜120分間、特に好ましくは20〜60分間である。
本発明の乾燥工程において、本発明の課題をより解決するために、上記通気乾燥機、特にベルト型乾燥機での熱風の風速は、垂直方向(上下方向)に、0.8〜2.5[m/s]であり、1.0〜2.0[m/s]が好ましい。上記風速を上記範囲とすることで、得られる乾燥重合体の含水率を所望の範囲に制御できるだけでなく、吸水速度が向上する。上記風速が0.8[m/s]未満の場合、乾燥時間が遅延し、得られる吸水性樹脂粉末の通液性及び吸水速度が劣っていたことが見いだされた。又、上記風速が2.5[m/s]を超える場合、乾燥期間中に粒子状含水ゲルが舞い上がり安定した乾燥が困難であった。
本発明の乾燥工程において、上記通気ベルト型乾燥機で用いられる熱風は、少なくとも水蒸気を含有し、かつ露点が好ましくは30〜100℃、より好ましくは30〜80℃であることが好ましい。熱風の露点や更に好ましくはゲル粒径を上記範囲に制御することで残存モノマーを低減することができ、更に、乾燥重合体の嵩比重の低下を防止することができる。尚、上記露点は、粒子状含水ゲルの含水率が少なくとも10重量%以上、好ましくは20重量%以上の時点での値とする。
上記ゲル粉砕工程で得られた粒子状含水ゲルは、本乾燥工程で乾燥され、乾燥重合体とされるが、その乾燥減量(粉末又は粒子1gを180℃で3時間加熱)から求められる樹脂固形分は、好ましくは80重量%を超え、より好ましくは85〜99重量%、更に好ましくは90〜98重量%、特に好ましくは92〜97重量%である。
上記ゲル粉砕工程で得られた粒子状含水ゲルについて、通気ベルト型乾燥機に投入される直前の粒子状含水ゲルの表面温度は、40〜110℃が好ましく、60〜110℃がより好ましく、60〜100℃が更に好ましく、70〜100℃が特に好ましい。40℃に満たない場合、乾燥時に風船状乾燥物ができ、粉砕時に微粉が多く発生し、物性低下を招く虞がある。乾燥前の粒子状含水ゲルの表面温度が110℃を超える場合、乾燥後の吸水性樹脂の劣化(例えば、水可溶分の増加等)や着色が生じる虞がある。
本工程は、上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を、粉砕・分級して、吸水性樹脂粒子を得る工程である。尚、上記(2−2)ゲル粉砕工程とは、粉砕時の樹脂固形分、特に粉砕対象物が乾燥工程を経ている点(好ましくは、上記樹脂固形分まで乾燥)で異なる。又、粉砕工程後に得られる吸水性樹脂粒子を粉砕物と称することもある。
本発明のゲル粉砕、更に好ましくは特定の温度及び風速での乾燥によって得られる吸水性樹脂粉末は、特定の内部気泡率とすることができる。当該吸水性樹脂粉末の内部気泡率及びその好ましい範囲については〔3〕で後述するが、上記粉砕・分級で得られる吸水性樹脂粒子についても同様に適用される。即ち、表面架橋前の吸水性樹脂粒子は、好ましくは、粒子径が150μm以上850μm未満である粒子の割合が95重量%以上であり、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.25〜0.50であって、下記式で規定される内部気泡率が0.1〜2.5%が好ましく、0.2〜2.0%がより好ましく、0.3〜1.7%が更に好ましく、0.5〜1.5%が特に好ましい。上述した内部気泡率や粒度分布を有する吸水性樹脂粒子を表面架橋、特に加圧下吸水倍率(AAP)が20[g/g]以上となるまで表面架橋を行うことによって、吸水速度(FSR)と通液性(SFC)を両立させた吸水性樹脂粉末を提供することができ、本発明の課題をより解決する。
尚、表面架橋前の吸水性樹脂として、かかる内部気泡率や粒度分布に限定されるものではないが、以下、本発明の表面架橋について説明する。
本発明に係るポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法は、吸水性能(圧力に対する吸収性、通液性、吸収速度等)向上のため、好ましくは表面処理工程を更に含む。表面処理工程は、公知の表面架橋剤及び表面架橋方法を用いて行う表面架橋工程を含み、更に必要に応じてその他の添加工程を含む。
本発明で用いることのできる表面架橋剤としては、種々の有機又は無機架橋剤を例示できるが、有機表面架橋剤が好ましく使用できる。物性面で好ましくは、表面架橋剤として、多価アルコール化合物、エポキシ化合物、多価アミン化合物又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、又はポリ)オキサゾリジノン化合物、アルキレンカーボネート化合物であり、特に高温での反応が必要な、多価アルコール化合物、アルキレンカーボネート化合物、オキサゾリジノン化合物からなる脱水反応性架橋剤が使用できる。脱水反応性架橋剤を使用しない場合、より具体的には、米国特許第6228930号、同第6071976号、同第6254990号等に例示されている化合物を挙げることが出来る。例えば、モノ,ジ,トリ,テトラ又はプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、グリセリン、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、ソルビトール等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等のエポキシ化合物;エチレンカボネート等のアルキレンカーボネート化合物;オキセタン化合物;2−イミダゾリジノンのような環状尿素化合物等が挙げられる。
表面架橋剤の使用量は、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、好ましくは0.001〜10重量部、より好ましくは0.01〜5重量部程度で適宜決定される。表面架橋剤に合わせて、水が好ましく使用される。使用される水の量は、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、好ましくは0.5〜20重量部、より好ましくは0.5〜10重量部の範囲である。無機表面架橋剤と有機表面架橋剤とを併用する場合も、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、それぞれ、好ましくは0.001〜10重量部、より好ましくは0.01〜5重量で併用される。
上記表面架橋剤溶液を吸水性樹脂粒子に混合すると、表面架橋剤溶液中の水等により吸水性樹脂粒子は膨潤する。該膨潤した吸水性樹脂粒子は、加熱により乾燥される。このとき、加熱温度としては80〜220℃であることが好ましい。又、加熱時間は10〜120分であることが好ましい。
本発明で用いられる表面架橋方法として、上記の表面架橋剤を用いる表面架橋に代わって、ラジカル重合開始剤を用いる表面架橋方法(米国特許第4783510号、国際公開第2006/062258号)や、吸水性樹脂の表面で単量体を重合する表面架橋方法(米国出願公開第2005/048221号、同第2009/0239966号、国際公開第2009/048160号)を用いてもよい。
本発明では、上述した表面架橋工程と同時又は別途に、多価金属塩、カチオン性ポリマー又は無機微粒子の何れか1つ以上を添加する添加工程を更に含む。即ち、上記有機表面架橋剤以外に無機表面架橋剤を使用又は併用して通液性・吸水速度等を向上させてもよい。上記有機表面架橋剤と同時又は別途使用できる。使用される無機表面架橋剤は2価以上、好ましくは3価若しくは4価値の多価金属の塩(有機塩又は無機塩)又は水酸化物が例示できる。使用できる多価金属としてはアルミニウム、ジルコニウム等が挙げられ、乳酸アルミニウムや硫酸アルミニウムが挙げられる。好ましくは硫酸アルミニウムを含む水溶液である。これら無機表面架橋は有機表面架橋剤と同時又は別途に使用される。多価金属による表面架橋は国際公開第2007/121037号、同第2008/09843号、同第2008/09842号、米国特許第7157141号、同第6605673号、同第6620889号、米国特許出願公開第2005/0288182号、同第2005/0070671号、同第2007/0106013号、同第2006/0073969号に示されている。
本発明のゲル粉砕、更に好ましくは特定の温度及び風速での乾燥によって得られる吸水性樹脂粉末は、特定の内部気泡率とすることができる。かかる吸水性樹脂粉末に限定されるものではないが、本発明において好ましくは、表面架橋後の加圧下吸水倍率(AAP)が20[g/g]以上、更には後述の(3−1)の範囲となるまで、又、表面架橋後の無加圧下吸水倍率(CRC)が後述の(3−3)の範囲となるまで、反応温度や反応時間等を適宜調整する等して表面架橋される。
上記工程以外に、必要により、蒸発モノマーのリサイクル工程、造粒工程、微粉除去工程、微粉リサイクル工程等を設けてもよく、経時色調の安定性効果やゲル劣化防止等のために、上記各工程の何れか一部又は全部に、以下の添加剤を必要により使用してもよい。即ち、水溶性又は水不溶性のポリマー、滑剤、キレート剤、消臭剤、抗菌剤、水、界面活性剤、水不溶性微粒子、酸化防止剤、還元剤等を、吸水性樹脂に対して、好ましくは0〜30重量%、より好ましくは0.01〜10重量%を添加混合することができる。これらの添加剤は、表面処理剤として使用することもできる。
上記第1〜4の製造方法を言い換えれば、本発明の吸水性樹脂粉末の製造方法は、アクリル酸(塩)系単量体水溶液の重合工程と、重合中又は重合後の含水ゲル状架橋重合体のゲル粉砕工程と、ゲル粉砕後の乾燥工程とを含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法であって、上記ゲル粉砕工程において、樹脂固形分が10〜80重量%の含水ゲル状架橋重合体を下記(1)〜(4)の少なくとも一つを満たすゲル粉砕、
(1)ゲル粉砕エネルギー(GGE)18〜60[J/g]でゲル粉砕、
(2)ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))9〜40[J/g]でゲル粉砕、
(3)含水ゲル状架橋重合体の水可溶分の重量平均分子量を10,000〜500,000[Da]増加、
(4)得られる粒子状の含水ゲル状架橋重合体の重量平均粒子径(D50)が350〜2000μm、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.2〜1.0となるまでゲル粉砕、を行った後に、乾燥機での乾燥温度が150〜250℃で乾燥し、更に表面処理を行うことを特徴とする。
(新規な吸水性樹脂)
本発明に係る上記製造方法(第1〜4の製造方法)を好適な製造方法の一例として、得られたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、粒子径が150μm以上850μm未満である粒子の割合が95重量%以上であり、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.25〜0.50であって、加圧下吸水倍率(AAP)が20[g/g]以上、吸水速度(FSR)が0.30[g/g/s]以上で、かつ、下記式で規定される内部気泡率が0.1〜2.5%である。
本発明における「真密度」とは、十分に乾燥(含水率が好ましくは1重量%未満、より好ましくは0.5重量%未満、特に好ましくは0.1重量%未満)されたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂について、化学組成(高分子の繰り返し単位や、架橋剤等の微量原料、任意に使用されるグラフト成分等)によって一義的に決定される密度(単位;[g/cm3])を意味する。従って、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、その中和率や塩の種類(例えば、中和率75モル%のポリアクリル酸ナトリウム等)、微量原料によって若干の差は見られるが、ほぼ一定の値を示す。
本発明の製造方法で得られる吸水性樹脂は、下記の物性を更に満たすことが好ましい。ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とし、衛生材料、特に紙オムツへの使用を目的とする場合、上述した重合方法や表面架橋方法等によって、下記(3−1)〜(3−8)に挙げられた各物性のうち、少なくとも1以上の物性を制御することが好ましく、更にはAAPを含めた2以上、特に3以上の物性を制御することが好ましい。吸水性樹脂が下記の各物性を満たさない場合、吸水性樹脂濃度が40重量%以上の高濃度オムツでは十分な性能を発揮しない虞がある。
本発明で得られる吸水性樹脂のAAP(加圧下吸水倍率)は、紙オムツでのモレを防止するため、上記重合を達成手段の一例として、4.8kPaの加圧下におけるAAPとして、20[g/g]以上が好ましく、22[g/g]以上がより好ましく、24[g/g]以上が更に好ましい。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、35[g/g]以下が好ましく、30[g/g]以下がより好ましく、28[g/g]以下が更に好ましい。尚、当該AAPは、粒度制御後の表面架橋によって向上させることができ、上記範囲となるまで表面架橋を行うことによって、本発明の新規な吸水性樹脂が得られると共に、吸水速度(FSR)を維持した状態で通液性(SFC)を向上させることができる。
本発明で得られる吸水性樹脂のSFC(生理食塩水流れ誘導性)は、紙オムツでのモレを防止するため、上記製法、特に本発明のゲル粉砕後、好ましくは上記粒度制御の後、表面架橋によって向上させることができ、上述したAAPの範囲となるまでの表面架橋を達成手段の一例として、加圧下での液の通液特性である0.69%塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)として、1[×10−7・cm3・s・g−1]以上が好ましく、20[×10−7・cm3・s・g−1]以上がより好ましく、50[×10−7・cm3・s・g−1]以上が更に好ましく、70[×10−7・cm3・s・g−1]以上が特に好ましく、100[×10−7・cm3・s・g−1]以上が最も好ましい。SFCは周知の測定法であり、例えば、米国特許第5562646号で規定できる。本発明では通液性の向上、中でもSFC向上、特に上記範囲のSFCへ、特にSFC20[×10−7・cm3・s・g−1]以上へのより顕著に効果を発揮するため、かかる高通液性の吸水性樹脂の製法に好適に適用できる。
本発明で得られる吸水性樹脂のCRC(無加圧下吸水倍率)は、10[g/g]以上が好ましく、20[g/g]以上がより好ましく、25[g/g]以上が更に好ましく、30[g/g]以上が特に好ましい。CRCの上限値は、特に限定されないが、他の物性のバランスから、50[g/g]以下が好ましく、45[g/g]以下がより好ましく、40[g/g]以下が更に好ましい。当該CRCは、重合時の架橋剤量及びその後の表面架橋(2次架橋)によって適宜制御できる。
本発明で得られる吸水性樹脂のExt(水可溶分)は、液溶出分の影響で紙オムツでの使用時のべとつき等を防ぐため、35重量%以下が好ましく、25重量%以下がより好ましく、15重量%以下が更に好ましく、10重量%以下が特に好ましい。当該Extは、重合時の架橋剤量及びその後のゲル粉砕での水可溶分量増加によって適宜制御できる。
本発明で得られる吸水性樹脂のResidual Monomers(残存モノマー)は、安全性の観点から、上記重合を達成手段の一例として、通常、500ppm以下、好ましくは0〜400ppm、より好ましくは0〜300ppm、特に好ましくは0〜200ppmに制御される。当該残存モノマーは、重合時の重合開始剤及びその後の乾燥条件等によって適宜制御できる。
本発明で得られる吸水性樹脂のFSR(吸水速度)は、紙オムツでのモレを防止するため、上記重合を達成手段の一例として、通常0.2[g/g/s]以上であり、0.25[g/g/s]以上が好ましく、0.30[g/g/s]以上がより好ましく、0.35[g/g/s]以上が更に好ましく、0.40[g/g/s]以上が特に好ましく、0.45[g/g/s]以上が最も好ましい。又、FSRの上限値としては、1.00[g/g/s]以下である。FSRの測定法は、国際公開第2009/016055号で規定できる。当該FSRは、本発明の第1〜4の製造方法及び乾燥後の上記粒度制御で調整することができる。
本発明で得られる吸水性樹脂の、実施例の測定法で規定されるダメージ前後の微粉増加量(150μm通過物の増加量)は、0〜3重量%が好ましく、0〜1.5重量%がより好ましい。かような範囲とすることで紙オムツ製造等、実使用に物性低下の問題がない。当該微粉増加量は、本発明の第1〜4の製造方法(ゲル粉砕)によって、低く制御される。
本発明で得られる吸水性樹脂の嵩比重(ERT460.2−02で規定)は、0.50〜0.80[g/cm3]であることが好ましく、0.60〜0.70[g/cm3]がさらに好ましい。嵩比重が上記範囲を満たさない場合、物性が低下したり、粉化したりすることがある。当該嵩比重は、本発明の第1〜4の製造方法(ゲル粉砕)によって低く制御することができる。
本発明の課題を解決するためには、吸水性樹脂は好ましくは表面架橋されてなり、特にイオン架橋性表面架橋剤(例えば、多価金属)と共有結合性表面架橋剤で併用して架橋されてなる。尚、本発明において、表面架橋された吸水性樹脂を吸水性樹脂粉末と称する場合がある。
本発明に係る製造方法で得られる吸水性樹脂粉末の用途は特に限定されないが、好ましくは紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パット等の吸収性物品に使用される。これまで原料由来の臭気や着色等が問題になっていた高濃度オムツ(紙オムツ1枚当りの吸水性樹脂使用量が多い紙オムツ)、特に上記吸収性物品の吸収体上層部に使用した場合に、優れた性能を発揮する。
〔1〕アクリル酸(塩)系単量体水溶液の重合工程と、重合中又は重合後の含水ゲル状架橋重合体のゲル粉砕工程と、ゲル粉砕後の乾燥工程とを含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法であって、
上記ゲル粉砕工程において、樹脂固形分が10〜80重量%の含水ゲル状架橋重合体を下記(1)〜(4)の少なくとも一つを満たすゲル粉砕、
(1)ゲル粉砕エネルギー(GGE)18〜60[J/g]でゲル粉砕、
(2)ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))9〜40[J/g]でゲル粉砕、
(3)含水ゲル状架橋重合体の水可溶分の重量平均分子量を10,000〜500,000[Da]増加、
(4)得られる粒子状の含水ゲル状架橋重合体の重量平均粒子径(D50)が350〜2000μm、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.2〜1.0となるまでゲル粉砕、
を行った後に、乾燥機での乾燥温度が150〜250℃で乾燥し、更に表面処理を行うことを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法。
〔2〕アクリル酸(塩)系単量体水溶液の重合工程と、重合中又は重合後の含水ゲル状架橋重合体のゲル粉砕工程と、ゲル粉砕後の乾燥工程とを含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法であって、
上記ゲル粉砕工程において、樹脂固形分が10〜80重量%の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕エネルギー(GGE)18〜60[J/g]でゲル粉砕した後に、乾燥温度が150〜250℃で乾燥し、更に表面処理を行うことを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法。
〔3〕アクリル酸(塩)系単量体水溶液の重合工程と、重合中又は重合後の含水ゲル状架橋重合体のゲル粉砕工程と、ゲル粉砕後の乾燥工程とを含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法であって、
上記ゲル粉砕工程において、樹脂固形分が10〜80重量%の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))9〜40[J/g]でゲル粉砕した後に、乾燥温度が150〜250℃で乾燥し、更に表面処理を行うことを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法。
〔4〕アクリル酸(塩)系単量体水溶液の重合工程と、重合中又は重合後の含水ゲル状架橋重合体のゲル粉砕工程と、ゲル粉砕後の乾燥工程とを含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法であって、
上記ゲル粉砕工程において、樹脂固形分が10〜80重量%の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕し、当該含水ゲル状架橋重合体の水可溶分の重量平均分子量を10,000〜500,000[Da]増加させた後に、乾燥温度が150〜250℃で乾燥し、更に表面処理を行うことを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法。
〔5〕上記ゲル粉砕工程で得られる、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲル状架橋重合体の樹脂固形分が10〜80重量%である、〔2〕〜〔4〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔6〕上記乾燥工程において、使用される乾燥機が通気ベルト型乾燥機であり、熱風の風速が垂直方向に0.8〜2.5[m/s]である、〔2〕〜〔5〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔7〕アクリル酸(塩)系単量体水溶液の重合工程と、重合中又は重合後の含水ゲル状架橋重合体のゲル粉砕工程と、ゲル粉砕後の乾燥工程とを含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法であって、
上記ゲル粉砕工程で得られる粒子状の含水ゲル状架橋重合体の重量平均粒子径(D50)が350〜2000μm、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.2〜1.0であり、
上記乾燥工程において、通気ベルト型乾燥機に投入する際の、粒子状の含水ゲル状重合体の樹脂固形分が10〜80重量%であり、上記通気ベルト型乾燥機での乾燥温度が150〜250℃、かつ、熱風の風速が垂直方向に0.8〜2.5[m/s]であり、
表面処理工程を更に含むことを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法。
〔8〕上記ゲル粉砕工程において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)18〜60[J/g]で含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕する、〔4〕〜〔7〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔9〕上記重合工程がニーダー重合又はベルト重合である、〔1〕〜〔8〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔10〕上記ゲル粉砕工程において、下記(a)、(b)又は(c)をゲル粉砕する、〔1〕〜〔9〕の何れか1項に記載の製造方法。
(a)ゲルCRCが10〜35[g/g]である含水ゲル状架橋重合体
(b)ゲルExtが0.1〜10重量%である含水ゲル状架橋重合体
(c)ゲルCRCが10〜35[g/g]、かつ、ゲルExtが0.1〜10重量%である含水ゲル状架橋重合体
〔11〕上記ゲル粉砕工程において、樹脂固形分が40〜80重量%の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕する、〔1〕〜〔10〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔12〕上記ゲル粉砕工程において、下記(d)、(e)又は(f)をゲル粉砕する、〔1〕〜〔11〕の何れか1項に記載の製造方法。
(d)モノマーの重合率が90モル%以上である含水ゲル状架橋重合体
(e)中和率が45〜90モル%である含水ゲル状架橋重合体
(f)モノマーの重合率が90モル%以上、かつ、中和率が45〜90モル%である含水ゲル状架橋重合体
〔13〕上記ゲル粉砕工程において、ゲル温度が40〜120℃の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕する、〔1〕〜〔12〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔14〕上記ゲル粉砕工程において、ケーシングの一方の端部に多孔板が設置されたスクリュー型押出機を使用する、〔1〕〜〔13〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔15〕上記ゲル粉砕工程において、含水ゲル状架橋重合体のゲルExtの増加量が5重量%以下である、〔1〕〜〔14〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔16〕上記ゲル粉砕工程において、含水ゲル状架橋重合体100重量部に対して、水を0〜4重量部添加する、〔1〕〜〔15〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔17〕上記ゲル粉砕工程で得られる粒子状の含水ゲル状架橋重合体は、下記(g)、(h)及び(i)の何れか1つ以上の物性を満たす、〔1〕〜〔16〕の何れか1項に記載の製造方法。
(g)ゲルExtが0.1〜10重量%
(h)ゲルCRCが10〜35[g/g]
(i)樹脂固形分が10〜80重量%
〔18〕上記乾燥工程において、通気ベルト型乾燥機に投入する際の、粒子状の含水ゲル状架橋重合体の温度が60〜110℃である、〔1〕〜〔17〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔19〕分級工程を更に含み、
分級後の吸水性樹脂粒子の重量平均粒子径(D50)が250〜500μmであり、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.25〜0.50である、〔1〕〜〔18〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔20〕上記表面処理は、表面架橋工程と同時又は別途に、多価金属塩、カチオン性ポリマー又は無機微粒子の何れか1つ以上を添加する添加工程を更に含む、〔1〕〜〔19〕の何れか1項に記載の製造方法。
〔21〕粒子径が150μm以上850μm未満である粒子の割合が95重量%以上であり、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.25〜0.50であるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、
加圧下吸水倍率(AAP)が20[g/g]以上、吸水速度(FSR)が0.30[g/g/s]以上で、かつ、下記式で規定される内部気泡率が0.1〜2.5%であることを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。
〔22〕多価金属塩、カチオン性ポリマー又は無機微粒子の何れか1つ以上を更に含む、〔21〕に記載の吸水性樹脂。
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れるものではない。又、本発明の特許請求の範囲や実施例に記載の諸物性は、特に記載のない限り、室温(20〜25℃)、湿度50RH%の条件下で、EDANA法及び以下の測定法に従って求めた。更に、実施例及び比較例に提示される電気機器は、200V又は100V、60Hzの電源を使用した。尚、便宜上「リットル」を「L」、「重量%」を「wt%」と記することがある。
CRC(無加圧下吸水倍率)の測定はERT441.2−02に準じて行った。即ち、吸水性樹脂0.200gを秤量し、不職布製の袋(60×60mm)に均一に入れヒートシールした後、25±3℃に調温した0.9重量%塩化ナトリウム水溶液1000mL中に浸漬した。30分経過後、袋を引き上げ、遠心分離機(株式会社コクサン社製遠心機、形式;H−122)を用いて、250G、3分間の条件で水切りを行った。その後、袋の重量W1[g]を測定した。同様の操作を、吸水性樹脂を入れずに行い、そのときの袋の重量W2[g]を測定した。次式(4)にしたがってCRC(無加圧下吸水倍率)を算出した。
msi;測定前の含水ゲルの重量[g]
mb;自由膨潤して水切り後のBlank(不織布のみ)の重量[g]
mwi;自由膨潤して水切り後の含水ゲルの重量[g]
Wn;含水ゲルの固形分[重量%]
である。
Ext(水可溶分)の測定はERT470.2−02に準じて行った。即ち、容量250mLの蓋付きプラスチック容器に、吸水性樹脂1.000gと0.90重量%塩化ナトリウム水溶液200mlとを入れ、長さ3.5cm×直径6mmの円筒型スターラーで400rpm、16時間攪拌を行い、吸水性樹脂中の水可溶分を抽出した。この抽出液を濾紙(ADVANTEC東洋株式会社、品名:JIS P 3801、No.2、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)1枚を用いて濾過し、得られた濾液50.0gを測定液とした。
VHCl.s;溶解したポリマーを含む濾液をpH10からpH2.7にするのに必要なHCl量[ml]
VHCl.b;Blank(0.9重量%塩化ナトリウム水溶液)をpH10からpH2.7にするのに必要なHCl量[ml]
CHCl;HCl溶液の濃度[mol/l]
Mw;アクリル酸(塩)ポリマー中のモノマーユニットの平均分子量[g/mol]
(例えば、中和率73モル%の場合のMwは、88.1[g/mol])
Fdil;溶解したポリマーを含む濾液の希釈度
ms;測定前の含水ゲルの重量[g]
Wn;含水ゲルの固形分[重量%]
である。
水可溶分の重量平均分子量は、上述したExt及びゲルExtの測定操作で溶解したポリマーの重量平均分子量をGPCで測定した値であり、以下、該GPC測定について説明する。
ガードカラム:SHODEX GF−7B
カラム:TOSOH GMPWXL を2本直列につないで使用
検出器:ビスコテック社製TDA302(系内温度は30℃で保持)
溶媒:リン酸2水素ナトリウム2水和物60mM・リン酸水素2ナトリウム12水和物20mM水溶液
流速:0.5ml/min
注入量 :100μl
装置校正はポリオキシエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)22396、示差屈折率(dn/dc)=0.132、溶媒屈折率1.33)を標準サンプルとして用いて行った。
吸水性樹脂の重量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ)の測定は欧州特許第0349240号に記載された測定方法に準じて行った。一方、含水ゲルの重量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ)は以下の方法で測定した。
X;分級、水切り後に各篩上に残留した含水ゲルの重量% [%]
w;分級、水切り後に各篩上に残留した含水ゲルのそれぞれの重量 [g]
W;分級、水切り後に各篩上に残留した含水ゲルの総重量 [g]
R(α);固形分α重量%の含水ゲルに換算したときの篩の目開き [mm]
r;20重量%塩化ナトリウム水溶液中で膨潤した含水ゲルが分級された篩の目開き [mm]
である。
吸水性樹脂の水分を除去した後、樹脂内部に存在する気泡(内部気泡)を考慮した見かけ密度を乾式密度計で測定(所定重量の吸水性樹脂についてその体積を乾式測定)した。
吸水性樹脂内部に存在する内部気泡(独立気泡)の径は通常1〜300μmであるが、粉砕時には、独立気泡に近い部分から優先的に粉砕される。そこで、粒子径が45μm未満となるまで吸水性樹脂を粉砕すると、得られた吸水性樹脂には独立気泡がほとんど含まれない(図3参照)。従って、45μm未満まで粉砕された吸水性樹脂の乾式密度を本発明では真密度として評価した。
上記[見かけ密度]に記載した方法で測定した見かけ密度(これをρ1[g/cm3]とする)、及び上記[真密度]に記載した方法で測定した真密度(これをρ2[g/cm3]とする)を用いて、吸水性樹脂の内部気泡率を下記式(11)に従って算出した。
ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造装置として、重合工程、ゲル粉砕工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程、表面架橋工程、冷却工程、整粒工程、及び各工程間を連結する輸送工程から構成される連続製造装置を用意した。該連続製造装置の生産能力は約3500[kg/hr]であり、上記工程はそれぞれ1系列又は2系列以上であってもよい。2系列以上の場合、生産能力は各系列の合計量で示す。該連続製造装置を用いて、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末を連続的に製造した。
製造例1に引き続いてポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末を連続的に製造した。
製造例1で得られた帯状の含水ゲル(1)について、切断長を200mmとし、温水及び水蒸気の供給をせず、ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を115rpmに変更してゲル粉砕した以外は比較例1と同様の操作を行い、粉砕ゲル、即ち粒子状含水ゲル(1)、吸水性樹脂粒子(1)、吸水性樹脂粉末(1)を得た。実施例1において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)は27.8[J/g]、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))は15.5[J/g]であった。又、ゲル粉砕時の当該ミートチョッパーの電流値は104.7Aであった。尚、ゲル粉砕前の含水ゲル(1)の温度は90℃であり、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲル(1)の温度は85℃に低下していた。更に乾燥機導入時の粒子状含水ゲル(1)の温度は75℃であった。
製造例1で得られた帯状の含水ゲル(1)について、切断長を200mmとし、温水及び水蒸気の供給をせず、ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を134rpmに変更してゲル粉砕した以外は比較例1と同様の操作を行い、粒子状含水ゲル(2)、吸水性樹脂粒子(2)、吸水性樹脂粉末(2)を得た。実施例2において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)は28.2[J/g]、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))は15.8[J/g]であった。又、ゲル粉砕時の当該ミートチョッパーの電流値は105.6Aであった。尚、ゲル粉砕前の含水ゲル(2)の温度は90℃であり、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲル(2)の温度は86℃に低下していた。更に乾燥機導入時の粒子状含水ゲル(2)の温度は76℃であった。
製造例1で得られた帯状の含水ゲル(1)について、切断長を200mmとし、温水及び水蒸気の供給をせず、ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を153rpmに変更してゲル粉砕した以外は比較例1と同様の操作を行い、粒子状含水ゲル(3)、吸水性樹脂粒子(3)、吸水性樹脂粉末(3)を得た。実施例3において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)は31.9[J/g]、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))は19.2[J/g]であった。又、ゲル粉砕時の当該ミートチョッパーの電流値は115.8Aであった。尚、ゲル粉砕前の含水ゲル(1)の温度は90℃であり、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲル(3)の温度は87℃に低下していた。更に乾燥機導入時の粒子状含水ゲル(3)の温度は77℃であった。
製造例1で得られた帯状の含水ゲル(1)について、温水及び水蒸気の供給をせずにゲル粉砕した以外は比較例1と同様の操作を行い、粒子状含水ゲル(4)、吸水性樹脂粒子(4)、吸水性樹脂粉末(4)を得た。実施例4において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)は23.5[J/g]、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))は13.2[J/g]であった。又、ゲル粉砕時の当該ミートチョッパーの電流値は106.0Aであった。尚、ゲル粉砕前の含水ゲル(1)の温度は90℃であり、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲル(4)の温度は87℃に低下していた。更に乾燥機導入時の粒子状含水ゲル(4)の温度は77℃であった。
比較例1で得られた比較粒子状含水ゲル(1)について、更に別のスクリュー押出機に供給し、再度ゲル粉砕を行った。該スクリュー押出機として、先端部に直径68mm、孔径11mm、厚さ8mmの多孔板が備えられた、スクリュー軸の直径が21.0mmのミートチョッパーを使用した。該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を96rpmとした状態で、比較粒子状含水ゲル(1)を360[g/min]で供給し、粒子状含水ゲル(5)を得た。尚、実施例5では、再ゲル粉砕において温水及び水蒸気の供給はしなかった。又、再ゲル粉砕前の比較粒子状含水ゲル(1)の温度は105℃であり、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲル(5)の温度は95℃に低下していた。更に乾燥機導入時の粒子状含水ゲル(5)の温度は85℃であった。実施例5において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)は34.3[J/g]、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))は18.3[J/g]であった。
比較例1で得られた比較粒子状含水ゲル(1)について、更に別のスクリュー押出機に供給し、再度ゲル粉砕を行った。該スクリュー押出機として、先端部に直径68mm、孔径7.5mm、厚さ8mmの多孔板が備えられた、スクリュー軸の直径が21.0mmのミートチョッパーを使用した。該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を172rpmとした状態で、比較粒子状含水ゲル(1)を360[g/min]で供給し、粒子状含水ゲル(6)を得た。尚、実施例6では、再ゲル粉砕において温水及び水蒸気の供給はしなかった。又、再ゲル粉砕前の比較粒子状含水ゲル(1)の温度は105℃であり、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲル(6)の温度は96℃に低下していた。更に乾燥機導入時の粒子状含水ゲル(6)の温度は86℃であった。実施例6において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)は39.8[J/g]、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))は23.8[J/g]であった。
比較例1で得られた比較粒子状含水ゲル(1)について、更に別のスクリュー押出機に供給し、再度ゲル粉砕を行った。該スクリュー押出機として、先端部に直径68mm、孔径7.5mm、厚さ8mmの多孔板が備えられた、スクリュー軸の直径が21.0mmのミートチョッパーを使用した。又、実施例7では、孔径を7.5mmから順に6.2mm、4.7mm、3.2mmに順次変更して、ゲル粉砕を繰り返し行った。該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を172rpmとした状態で、比較粒子状含水ゲル(1)を360[g/min]で供給し、粒子状含水ゲル(7)を得た。尚、実施例7では、2回目以降の再ゲル粉砕において温水及び水蒸気の供給はしなかった。実施例7において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)は72.5[J/g]、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))は36.1[J/g]であった。
製造例1において、単量体水溶液の組成を以下に変更した以外は製造例1と同様の操作を行い、帯状の含水ゲル(2)を得た。即ち、アクリル酸193.3重量部、48重量%水酸化ナトリウム水溶液163.03重量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均n数9)0.659重量部、0.1重量%エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)5ナトリウム水溶液52重量部、脱イオン水134重量部からなる単量体水溶液(2)を作成した以外は、製造例1と同様の操作を行い、帯状の含水ゲル(2)を得た。該帯状の含水ゲル(2)は、CRC33.2[g/g]、樹脂固形分53.0重量%、水可溶分8.0重量%、水可溶分の重量平均分子量468,684[Da]であった。
製造例2で得られた帯状の含水ゲル(2)について、比較例1と同様のゲル粉砕を行って比較粒子状含水ゲル(2’)を得た後、更に別のスクリュー押出機に供給し、再度ゲル粉砕を行った。該スクリュー押出機として、先端部に直径68mm、孔径3.2mm、厚さ8mmの多孔板が備えられた、スクリュー軸の直径が20.8mmのミートチョッパーを使用した。該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を172rpmとした状態で、上記比較粒子状含水ゲル(2’)を500[g/min]で供給し、比較粒子状含水ゲル(2)を得た。尚、比較例2では、再ゲル粉砕において温水及び水蒸気の供給はしなかった。比較例2において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)は66.2[J/g]、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))は50.2[J/g]であった。
特開2004−339502号公報の実施例1、実施例2及び比較例1に準じて吸水性樹脂粉末の製造を行った。即ち、48.5重量%水酸化ナトリウム水溶液を5.83[g/s]、アクリル酸を7.24[g/s]、内部架橋剤として30重量%ポリエチレングリコールジアクリレート(平均分子量487)水溶液を0.0287[g/s]、脱イオン水を3.32[g/s]、及び水溶液(A)(20重量%アクリル酸水溶液97.4重量部に、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン0.989重量部及び45重量%ジエチレントリアミン5酢酸5ナトリウム水溶液1.08重量部を溶解した溶液)を0.0893[g/s]の流量で分散機に供給し、単量体水溶液(3)を調製した。尚、アクリル酸、脱イオン水、内部架橋剤、水溶液(A)は攪拌機で均一にした後、分散機に供給した。得られた単量体水溶液(3)の温度は約95℃で安定していた。
製造例3に引き続いてポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末を連続的に製造した。
製造例3で得られた帯状の含水ゲル(3)について、水蒸気を80℃の温水に変更してゲル粉砕した以外は比較例3と同様の操作を行い、比較粒子状含水ゲル(4)、比較吸水性樹脂粒子(4)、比較吸水性樹脂粉末(4)を得た。尚、ゲル粉砕前の含水ゲル(3)の温度は50℃であり、ゲル粉砕後の比較粒子状含水ゲル(4)の温度は52℃に上昇していた。更に乾燥機導入時の比較粒子状含水ゲル(4)の温度は42℃であった。比較例4において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)は16.4[J/g]、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))は8.4[J/g]であった。
製造例3で得られた帯状の含水ゲル(3)について、水供給口から何も注入せずにゲル粉砕した以外は比較例3と同様の操作を行い、比較粒子状含水ゲル(5)、比較吸水性樹脂粒子(5)、比較吸水性樹脂粉末(5)を得た。尚、ミートチョッパーから排出された比較粒子状含水ゲル(5)は連なり気味であった。又、ゲル粉砕前の含水ゲル(3)の温度は50℃であり、ゲル粉砕後の比較粒子状含水ゲル(5)の温度は45℃に低下していた。更に乾燥機導入時の比較粒子状含水ゲル(5)の温度は40℃であった。比較例5において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)は62.3[J/g]、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))は54.1[J/g]であった。
比較例1で得られた比較粒子状含水ゲル(1)について、粒子径が約2mmの比較粒子状含水ゲル(1)を選別し、これを比較粒子状含水ゲル(6)とした。尚、乾燥機導入時の比較粒子状含水ゲル(6)の温度は80℃であった。
実施例1で得られた粒子状含水ゲル(1)をゲル粉砕終了後1分以内に通気ベルト上に散布(この時の粒子状含水ゲル(1)の温度は80℃)し、185℃で30分間乾燥を行い、乾燥重合体(8)を得た。上記通気ベルトの移動速度は1[m/min]、又、熱風の平均風速は通気ベルトの進行方向に対して垂直方向に0.5[m/s]であった。尚、熱風の風速は、日本カノマックス株式会社製定温度熱式風速計アネモマスター6162で測定した。
実施例1で得られた粒子状含水ゲル(1)をゲル粉砕終了後1分以内に通気ベルト上に散布(この時の粒子状含水ゲル(1)の温度は80℃)し、185℃で30分間乾燥を行い、乾燥重合体(9)を得た。上記通気ベルトの移動速度は1[m/min]、又、熱風の平均風速は通気ベルトの進行方向に対して垂直方向に3.0[m/s]であった。尚、熱風の風速は、日本カノマックス株式会社製定温度熱式風速計アネモマスター6162で測定した。
実施例1で得られた粒子状含水ゲル(1)をゲル粉砕終了後1分以内に通気ベルト上に散布(この時の粒子状含水ゲル(1)の温度は80℃)し、130℃で30分間乾燥を行い、比較乾燥重合体(7)を得た。上記通気ベルトの移動速度は1[m/min]、又、熱風の平均風速は通気ベルトの進行方向に対して垂直方向に1.0[m/s]であった。尚、熱風の風速は、日本カノマックス株式会社製定温度熱式風速計アネモマスター6162で測定した。
実施例1で得られた粒子状含水ゲル(1)をゲル粉砕終了後1分以内に通気ベルト上に散布(この時の粒子状含水ゲル(1)の温度は80℃)し、260℃で30分間乾燥を行い、比較乾燥重合体(8)を得た。上記通気ベルトの移動速度は1[m/min]、又、熱風の平均風速は通気ベルトの進行方向に対して垂直方向に1.0[m/s]であった。尚、熱風の風速は、日本カノマックス株式会社製定温度熱式風速計アネモマスター6162で測定した。
製造例1と同様、連続製造装置を用いて、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末を連続的に製造した。即ち、アクリル酸193.3重量部、48重量%水酸化ナトリウム水溶液64.4重量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均n数9)1.26重量部、0.1重量%エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)5ナトリウム水溶液52重量部、脱イオン水134重量部からなる単量体水溶液(1)を作成した。
製造例4に引き続いて、比較例1と同様の操作を行い、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末を連続的に製造した。当該ゲル粉砕工程の条件を表1に、比較粒子状含水ゲル(9)の物性を表2に示す。又、こうして得られた比較吸水性樹脂粉末(9)の諸物性を表3に示す。
未公開の先願PCT/JP2010/073254号(国際出願日2010年12月24日)の比較例17、18に記載されている市販の紙オムツから取り出した吸水性樹脂粉末について、物性を測定した。
実施例3において、(共有結合性)表面架橋剤溶液を炭酸エチレン0.5重量部、脱イオン水3.0重量部からなる溶液に変更した以外は、実施例3と同様の操作を行い、吸水性樹脂粉末(10)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(10)の諸物性を表3に示す。
上述した実施例及び比較例、並びに表1〜3に示すように、本発明のゲル粉砕(1)〜(4)の少なくとも1つ、即ち、ゲル粉砕エネルギー(GGE)が18〜60[J/g]の条件、又はゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))が9〜40[J/g]の条件で含水ゲルをゲル粉砕した後に乾燥し表面処理すること、或いは、含水ゲルの水可溶分の重量平均分子量を10,000〜500,000[Da]増加させた後に乾燥し表面処理すること、更に粒子状含水ゲルの重量平均粒子径(D50)を350〜2000μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)を0.2〜1.0、樹脂固形分を10〜80重量%となるようにゲル粉砕し、かつ、特定条件下で乾燥し表面処理することで、通液性(SFC)と吸水速度(FSR)を両立させた吸水性樹脂粉末を製造することができる。尚、ゲル粉砕工程において、ゲル粉砕を複数回行う場合(例えば、実施例7)、空運転エネルギーが大きくなるため、ゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))で評価する方が好ましい場合がある。
12 台
13 スクリュー
14 供給口
15 ホッパー
16 押出口
17 多孔板
18 回転刃
19 リング
20 逆戻り防止部材
20a 帯状突起(逆戻り防止部材)
21 モーター
22 筋状突起
Claims (20)
- アクリル酸(塩)系単量体水溶液の重合工程と、重合中又は重合後の含水ゲル状架橋重合体のゲル粉砕工程と、ゲル粉砕後の乾燥工程とを含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法であって、
上記ゲル粉砕工程において、樹脂固形分が10〜80重量%の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕エネルギー(2)(GGE(2))9〜40[J/g]でゲル粉砕した後に、乾燥温度が150〜250℃で乾燥し、
上記乾燥工程において、使用される乾燥機が通気ベルト型乾燥機であり、熱風の風速が垂直方向に0.8〜2.5[m/s]であり、
更に表面処理を行うことを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法。
(ただし、上記ゲル粉砕エネルギー(2)は、以下の式(2)によって算出される値であり、
GGE(2)[J/g]=
{√3×電圧×(ゲル粉砕時の電流−空運転時の電流)×力率×モーター効率}/
{1秒間にゲル粉砕機に投入される含水ゲル状架橋重合体の重量} ・・・式(2)
上記式(2)における「力率」及び「モーター効率」は、ゲル粉砕時での値であり、ゲル粉砕装置の稼動条件等によって0〜1までの値をとる装置固有の値であり、
電圧の単位は[V]、電流の単位は[A]、含水ゲル状架橋重合体の重量の単位は[g/s]であり、
上記式中の「√3」は、ゲル粉砕装置が三相交流電力で駆動する場合であり、単相交流電力で駆動する場合は「√3」を「1」に変更して算出される値である) - 上記ゲル粉砕工程において、樹脂固形分が10〜80重量%の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕エネルギー(GGE)18〜60[J/g]でゲル粉砕することを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
(ただし、上記ゲル粉砕エネルギー(GGE)は、以下の式(1)によって算出される値であり、
GGE[J/g]=
{√3×電圧×電流×力率×モーター効率}/
{1秒間にゲル粉砕機に投入される含水ゲル状架橋重合体の重量} ・・・式(1)
上記式(1)における「力率」及び「モーター効率」は、ゲル粉砕時での値であり、ゲル粉砕装置の稼動条件等によって0〜1までの値をとる装置固有の値であり、
電圧の単位は[V]、電流の単位は[A]、含水ゲル状架橋重合体の重量の単位は[g/s]であり、
上記式中の「√3」は、ゲル粉砕装置が三相交流電力で駆動する場合であり、単相交流電力で駆動する場合は「√3」を「1」に変更して算出される値である) - 上記ゲル粉砕工程において、樹脂固形分が10〜80重量%の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕し、当該含水ゲル状架橋重合体の水可溶分の重量平均分子量を10,000〜500,000[Da]増加させることを特徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
- 上記ゲル粉砕工程で得られる粒子状の含水ゲル状架橋重合体の重量平均粒子径(D50)が350〜2000μm、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.2〜1.0であることを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記ゲル粉砕工程で得られる、ゲル粉砕後の粒子状含水ゲル状架橋重合体の樹脂固形分が10〜80重量%である、請求項1〜4の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記ゲル粉砕工程において、ゲル粉砕エネルギー(GGE)18〜60[J/g]で含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕する、請求項2〜5の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記重合工程がニーダー重合又はベルト重合である、請求項1〜6の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記ゲル粉砕工程において、下記(a)、(b)又は(c)をゲル粉砕する、請求項1〜7の何れか1項に記載の製造方法。
(a)ゲルCRCが10〜35[g/g]である含水ゲル状架橋重合体
(b)ゲルExtが0.1〜10重量%である含水ゲル状架橋重合体
(c)ゲルCRCが10〜35[g/g]、かつ、ゲルExtが0.1〜10重量%である含水ゲル状架橋重合体 - 上記ゲル粉砕工程において、樹脂固形分が40〜80重量%の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕する、請求項1〜8の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記ゲル粉砕工程において、下記(d)、(e)又は(f)をゲル粉砕する、請求項1〜9の何れか1項に記載の製造方法。
(d)モノマーの重合率が90モル%以上である含水ゲル状架橋重合体
(e)中和率が45〜90モル%である含水ゲル状架橋重合体
(f)モノマーの重合率が90モル%以上、かつ、中和率が45〜90モル%である含水ゲル状架橋重合体 - 上記ゲル粉砕工程において、ゲル温度が40〜120℃の含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕する、請求項1〜10の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記ゲル粉砕工程において、ケーシングの一方の端部に多孔板が設置されたスクリュー型押出機を使用する、請求項1〜11の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記ゲル粉砕工程において、含水ゲル状架橋重合体のゲルExtの増加量が5重量%以下である、請求項1〜12の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記ゲル粉砕工程において、含水ゲル状架橋重合体100重量部に対して、水を0〜4重量部添加する、請求項1〜13の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記ゲル粉砕工程で得られる粒子状の含水ゲル状架橋重合体は、下記(g)、(h)及び(i)の何れか1つ以上の物性を満たす、請求項1〜14の何れか1項に記載の製造方法。
(g)ゲルExtが0.1〜10重量%
(h)ゲルCRCが10〜35[g/g]
(i)樹脂固形分が10〜80重量% - 上記乾燥工程において、通気ベルト型乾燥機に投入する際の、粒子状の含水ゲル状架橋重合体の温度が60〜110℃である、請求項1〜15の何れか1項に記載の製造方法。
- 分級工程を更に含み、
分級後の吸水性樹脂粒子の重量平均粒子径(D50)が250〜500μmであり、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.25〜0.50である、請求項1〜16の何れか1項に記載の製造方法。 - 上記表面処理は、表面架橋工程と同時又は別途に、多価金属塩、カチオン性ポリマー又は無機微粒子の何れか1つ以上を添加する添加工程を更に含む、請求項1〜17の何れか1項に記載の製造方法。
- 粒子径が150μm以上、850μm未満である粒子の割合が95重量%以上であり、かつ、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.25〜0.50であるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、
加圧下吸水倍率(AAP)が20[g/g]以上、吸水速度(FSR)が0.30[g/g/s]以上で、かつ、下記式で規定される内部気泡率が0.1〜2.5%である、請求項1〜18の何れか1項に記載の製造方法で得られることを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。
(内部気泡率)[%]={(真密度)−(見かけ密度)}/(真密度)×100 - 多価金属塩、カチオン性ポリマー又は無機微粒子の何れか1つ以上を更に含む、請求項19に記載の吸水性樹脂との組成物。
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