JP5731390B2 - ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂およびその製造方法 - Google Patents

ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法に関する。さらに詳しくは、紙オムツや生理用ナプキン等に用いられる吸収体用のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂およびその製造方法に関するものであり、黄変防止性に優れ、臭気が無く、かつ、優れた吸収能を発揮するポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂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、紙オムツ、生理用ナプキン等の吸収性物品、さらには、農園芸用保水剤、工業用止水材等として、主に使い捨て用途に多用されている。かかる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おり、中でも、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。かかるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、アクリル酸を重合前または重合後に中和されてポリアクリル酸塩とされるが、このような中和や重合は特許文献1〜4に開示されている。また、かかるアクリル酸はアクリル酸ダイマーを含むことが知られている(非特許文献1)。
上記の吸水性樹脂に望まれる吸水特性としては、無加圧下吸水倍率、加圧下吸水倍率、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、色、粒度等、数多くの特性(パラメータ)が知られ、また、さらに同じ物性(例、無加圧下吸水倍率)の中でも種々の観点で数多くの規定(パラメータ測定法)が提案されている。
これら多くの物性に着目されて開発されてきた吸水性樹脂は、上記数多くの物性(例、「無加圧下吸水倍率」や「加圧下吸水倍率」等)をコントロールしても、いまだ紙オムツ等の吸収体での実使用では、十分な性能を発揮しているとは言い難いという問題があった。また、これら吸水性樹脂の主用途は紙オムツや生理用ナプキン等の衛生材料であるため、粉末状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、工場から出荷する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、一般的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、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。近年、衛生材料中で吸水性樹脂の使用割合(質量%)が増加する傾向にあるため、着色問題はより重要性を増している。
そこで、吸水性樹脂の白色度向上および着色防止に対する種々の提案が下記特許文献5〜31などで提案されている。具体的には、単量体中の重合禁止剤を制御する方法として、アクリル酸中のメトキシフェノール類を10〜160ppmとする技術(特許文献5)、アクリル酸中のハイドロキノンを0.2ppm以下に制御する技術(特許文献6)、単量体を活性炭で処理する技術(特許文献7)、禁止剤としてトコフェノールを使用する技術(特許文献8)、重合禁止剤としてN−オキシル化合物やマンガン化合物などを使用する技術(特許文献9)、メトキシフェノールおよび特定の多価金属塩を使用する技術(特許文献10,11)が知られている。
また、吸水性樹脂の着色防止剤として、次亜リン酸塩等の還元剤の添加(特許文献12)、酸化防止剤の添加(特許文献13,14)、金属キレート剤および必要によりその他還元剤等の添加(特許文献15〜19)、有機カルボン酸および必要によりその他化合物の添加(特許文献20〜23)等が知られている。また、重合開始剤に着目した技術として特許文献24〜26が知られている。さらに着色原因物質として、アルミニウム中や還元剤中の鉄量に着目した技術(特許文献27,28)も提案されている。単量体にアクリル酸アンモニウム塩を用いる技術(特許文献29)も知られている。さらに、乾燥工程や表面架橋工程での酸素量の制御(特許文献30,31)も知られている。
しかしながら、上記特許文献5〜31の着色防止方法でも、連続重合により得られる粒子状吸水性樹脂の白色度には、ばらつきが見られる。粒子状吸水性樹脂の白色度に対する要請は強いため、白色度には、未だ改善の余地がある。さらに、アクリル酸等、粒子状吸水性樹脂の原材料の純度を高度に高くする、吸水性樹脂の重合条件や乾燥条件をマイルドにする、あるいは、新たな着色防止剤(例えば、還元剤)を使用するといった従来の着色防止技術では、生産コストの上昇や生産性の低下、着色防止剤の使用による安全性や吸水特性の低下といった問題が生じる恐れがある。
さらに、上記特許文献5〜31に開示の着色の問題に加えて、吸水性樹脂自体の臭気の問題が知られており、吸水性樹脂は紙オムツや生理用ナプキンなど衛生材料として使用される際、使用者に不快感を与えないよう使用前でも異臭のないことが求められる。近年、吸水性樹脂の高性能化に伴い新たに使用する物質に由来すると考えられる不快臭や異臭が問題となる場合があった。
そこで、各種の臭気低減方法、すなわち、アクリル酸オリゴマー(特許文献32)、酢酸やプロピオン酸減(特許文献33)、揮発性有機溶媒(特許文献34)、硫黄還元剤(特許文献35)、アルコール系揮発物質(特許文献36)等の臭気低減が提案されている。しかしながら、黄変防止性に優れ、優れた吸収能を発揮する点で十分ではなく、特に還元剤を使用して高物性、特に加圧下吸水倍率(AAP)が20[g/g]以上、または、食塩水流れ誘導性(SFC)が30[10−7・cm・s・g−1]以上にすると、還元剤以外の原因不明の異臭がすることがあった。
上記のように従来技術では着色の問題とその他の問題(コスト、吸水性能、におい)を十分に解決しているとは言えない。特に着色の問題と吸水性能の両立には大きな困難があり、特に無加圧下吸水倍率(CRC)と食塩水流れ誘導性(SFC)のバランスに優れた吸水性樹脂の場合、例えばCRCが25[g/g]以上、SFCが50[×10−7・cm・s・g−1]以上においては、これまでの技術では着色が起こりやすく、逆に少量の着色防止剤の添加であっても、CRCとSFCのバランスを大きく悪化させる場合が見られた。
例えば、アルミニウム化合物は通液性向上剤として用いられる場合があるが、上記のように着色原因物質である鉄を含んでいることが知られている(特許文献27)。このアルミニウム化合物の添加された吸水性樹脂は着色しやすく、上記の着色防止剤(特許文献12〜23)で着色を低減しようとすると、着色防止剤が多量に必要となる場合があり、結果として、CRCとSFCのバランスを悪くしていた。
米国特許第5210298号明細書 米国特許出願公開第2008/242816号明細書 国際公開第2007/28747号パンフレット 米国特許出願公開第2008/194863号明細書 国際公開第2003/051940号パンフレット 米国特許第6444744号明細書 国際公開第2004/052819号パンフレット 国際公開第2003/053482号パンフレット 国際公開第2008/096713号パンフレット 国際公開第2008/092843号パンフレット 国際公開第2008/092842号パンフレット 米国特許第6359049号明細書 国際公開第2009/060062号パンフレット 国際公開第2009/011717号パンフレット 米国特許出願公開第2005/085604号明細書 国際公開第2003/059961号パンフレット 欧州特許第1645596号明細書 日本国登録特許3107873号公報 国際公開第2009/005114号パンフレット 国際公開第2008/026772号パンフレット 特開2000−327926号公報 特開2003−052742号公報 特開2005−186016号公報 特開平4−331205号公報 米国特許出願公開第2006/089611号明細書 米国特許第7528291号明細書 国際公開第2007/072969号パンフレット 米国特許出願公開第2006/074160号明細書 国際公開第2006/109882号パンフレット 米国特許出願公開第2007/293632号明細書 国際公開第2006/008905号パンフレット 国際公開第2004/052949号パンフレット 国際公開第2003/095510号パンフレット 米国特許公開第2009/036855号明細書 国際公開第2006/088115号パンフレット 米国特許出願公開第2008/075937号明細書
Plant Operation Progress,第7巻、第3号(1988)page 183−189
本発明の解決しようとする課題は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂において、優れた吸水性能を発揮でき、さらに、優れた経時着色防止性能を有し、臭気のない、実使用で好適な吸収体用の粒子状吸水性樹脂を与えることである。
上記問題に鑑み、本発明の目的は、白色度に優れた吸水性樹脂を提供することにある。本発明者は、白色度のばらつきを抑制すべく鋭意検討を行った。その結果、本発明者は、白色度を阻害する一因がアクリル酸の水分にあることを突き止めた。そして、水分を所定の範囲に設定することで、白色度に優れた吸水性樹脂が安定して製造され得ることを見出した。
また、本発明者は、経時着色を抑制すべく鋭意検討を行った。その結果、本発明者は、吸水性樹脂中に蟻酸を一定量存在させることで、経時色調において白色度に優れた吸水性樹脂が安定して製造され得ることを見出した。
さらに、本発明者は、経時着色を抑制すべく着色原因である鉄分に着目し検討を行った。吸水性樹脂中の鉄分が主にアクリル酸を中和するための塩基性組成物、および通液性向上剤として用いられる多価金属化合物の添加により持ち込まれること(特許文献27、28)に鑑み、さらなる着色防止を検討した結果、塩基性組成物の鉄分を一定範囲とすることと、多価金属化合物の代わりにカチオン性ポリマーを添加すること、吸水性樹脂中に蟻酸を一定量、特に吸水性能を悪化させない程度の少量存在させることで、経時着色が抑制されることを見出した。さらにこのような方法で得られた吸水性樹脂は添加剤の添加による吸水性能の低下や臭い、その他の問題がなく、非常に高い通液性を示すことを見出し、発明を完成させた。
すなわち、上記課題を解決するため、下記第1〜第4の吸水性樹脂の製造方法を提供する。また、上記課題を解決するため、下記の吸水性樹脂を提供する。上記課題を解決するため、下記のアクリル酸の使用方法を提供する。
(第1の製造方法)
本発明のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法(第1の製造方法)は、アクリル酸を貯蔵あるいは製造する工程、重合禁止剤を含むアクリル酸と、水と、架橋剤と、必要により塩基性組成物とを混合および/または中和して単量体水溶液を調製する工程、該単量体水溶液を重合する工程、得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する工程、必要により表面架橋する工程を順次含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、上記重合禁止剤を含むアクリル酸中の水分量が1000ppm(質量規準。以下同じ)以下、および/または、上記単量体水溶液中の蟻酸含有量が単量体に対して1〜700ppmであることを特徴とする。
(第2の製造方法)
本発明のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法(第2の製造方法)は、アクリル酸を貯蔵あるいは製造する工程、重合禁止剤を含むアクリル酸と、水と、架橋剤と、必要により塩基性組成物とを混合および/または中和して単量体水溶液を調製する工程、該単量体水溶液を重合する工程、得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する工程、必要により表面架橋する工程を順次含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、上記重合禁止剤を含むアクリル酸中の蟻酸含有量が1〜700ppm(質量基準)であることを特徴とする。
(第3の製造方法)
本発明のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法(第3の製造方法)は、アクリル酸を貯蔵あるいは製造する工程、重合禁止剤を含むアクリル酸と、水と、架橋剤と、必要により塩基性組成物とを混合および/または中和して単量体水溶液を調製する工程、該単量体水溶液を重合する工程、得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する工程、必要により表面架橋する工程を順次含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、上記重合禁止剤を含むアクリル酸中の水分量が1000ppm(質量規準。以下同じ)以下、および/または、上記単量体水溶液中の蟻酸含有量が、単量体に対して1〜700ppm、および/または、下記(1)〜(3)を満たすことを特徴とする。
(1)上記塩基性組成物中の鉄分が0.007〜7ppmであること。
(2)乾燥工程以降に、重合体100質量部に対して、カチオン性ポリマー0.01〜5質量部を混合すること。
(3)重合時の単量体および/または重合後の重合体100質量部に対して、蟻酸0.0001〜5質量部を存在させるおよび/または混合すること(但し、重合時の単量体中の蟻酸存在量は0〜700ppm(対単量体))。
(第4の製造方法)
本発明のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法(第4の製造方法)は、アクリル酸を貯蔵あるいは製造する工程、重合禁止剤を含むアクリル酸と、水と、架橋剤と、必要により塩基性組成物とを混合および/または中和して単量体水溶液を調製する工程、該単量体水溶液を重合する工程、得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する工程、必要により表面架橋する工程を順次含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、下記(1)〜(3)を満たすことを特徴とする。
(1)上記塩基性組成物中の鉄分が0.007〜7ppmであること。
(2)乾燥工程以降に、重合体100質量部に対して、カチオン性ポリマー0.01〜5質量部を混合すること。
(3)重合時の単量体および/または重合後の重合体100質量部に対して、蟻酸0.0001〜5質量部を存在させるおよび/または混合すること(但し、重合時の単量体中の蟻酸存在量は0〜700ppm(対単量体))。
(吸水性樹脂)
本発明のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、蟻酸含有量が1〜500ppmである(但し、重合体100質量部中、カチオン性ポリマー含有量が0.01〜5質量部含まれている場合は、吸水性樹脂の鉄分含有量が2ppm以下および蟻酸含有量が1〜50000ppmである)ことを特徴とする。
(使用方法)
本発明のアクリル酸の使用方法は、重合禁止剤メトキシフェノール10〜160ppmを含み、アクリル酸中の水分量が1000ppm(質量規準。以下同じ)以下、および/または、蟻酸含有量が0.5〜700ppmであるアクリル酸の吸水性樹脂を重合へ使用することを特徴とする。
なお、本発明において、蟻酸とは蟻酸およびその塩を意味し、該蟻酸(塩)が単量体水溶液中、あるいは吸水性樹脂中で、酸解離していても、効果は同一であり、本発明の範囲内である。本発明でいう蟻酸含有量とは、蟻酸および蟻酸の塩を蟻酸(酸型)として換算したものとする。蟻酸はアクリル酸よりも酸解離度が大きいため、アクリル酸の(部分)中和塩中では蟻酸も酸解離していることを付記する。また、本発明で得られる吸水性樹脂には、カチオン性ポリマーおよび蟻酸を含む吸水性樹脂組成物も含まれるが、この吸水性樹脂組成物も吸水性樹脂と総称する。
優れた経時着色防止性能を有し、臭気のない、残存モノマーも少ない実使用で好適な吸収体用の吸水性樹脂を与える。
図1は、本発明の好ましい一実施形態に係る製造方法に用いられる装置(中和系が循環)が示された概念図である。 図2は、本発明の好ましい他の実施形態に係る製造方法に用いられる装置(中和系が循環)が示された概念図である。
以下、本発明に係る吸水性樹脂およびその製造方法について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更、実施し得る。
〔1〕用語の定義
(1−1)「吸水性樹脂」
本明細書において、「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し、以下の物性を有するものをいう。即ち、無加圧下吸水倍率(CRC/ERT441.2−02(2002)で規定)が、必須に5[g/g]以上、より好ましくは10〜100[g/g]、さらに好ましくは20〜80[g/g]であり、また、水可溶分(Extractables/ERT470.2−02(2002)で規定)が、必須に0〜50質量%、より好ましくは0〜30質量%、さらに好ましくは0〜20質量%、特に好ましくは0〜10質量%である高分子ゲル化剤をいう。なお、該吸水性樹脂は、全量(100%)が重合体である形態に限定されず、上記性能を維持する範囲において、後述する添加剤等を含んでいてもよく、好ましくは後述の蟻酸を含む。
吸水性樹脂は、全量(100質量%)が重合体である形態に限定されず、上記性能を維持する範囲において後述する添加剤等を含んでいてもよい。また、後述する蟻酸等を含んでいてもよい。本発明の吸水性樹脂が、さらに、後述のカチオン性ポリマーと蟻酸を含む吸水性樹脂組成物(混合物)である場合は、好ましい水や添加剤の範囲は全体の30質量%、さらには20質量%以下、10質量%以下である。また、吸水性樹脂は最終製品に限らず、便宜上吸水性樹脂の製造における中間体を指す場合がある(例:乾燥された吸水性樹脂、表面架橋前の吸水性樹脂)。
(1−2)「ポリアクリル酸(塩)」
本明細書において、「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(塩)を主成分とする重合体を意味する。具体的には、架橋剤を除く単量体として、アクリル酸(塩)を、必須に50〜100モル%、より好ましくは70〜100モル%、さらに好ましくは90〜100モル%、特に好ましくは実質100モル%含む重合体を意味する。重合体としての塩は、必須に水溶液塩を含み、より好ましくは一価の塩、さらに好ましくはアルカリ金属塩あるいはアンモニウム塩である。その中でもアルカリ金属塩が好ましく、ナトリウム塩が特に好ましい。
(1−3)「EDANA」及び「ERT」
「EDANA」は、European Disposables and Nonwovens Associationの略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)の吸水性樹脂の測定法(ERT/EDANA Recomended Test Methods)の略称である。本明細書においては、特に断りのない限り、ERT原本(公知文献:2002年改定)を参照して、吸水性樹脂の物性を測定している。
(a)「CRC」(ERT441.2−02)。遠心保持容量。不織布袋中の吸水性樹脂0.200gを0.9質量%食塩水で30分、自由膨潤させた後、遠心分離機で250Gにて水切りした後の吸水倍率(単位;[g/g])である。
(b)「AAP」(ERT442.2−02)。加圧下吸水倍率。吸水性樹脂0.900gを0.9質量%食塩水に1時間、21[g/cm]での荷重下で膨潤させた後の吸水倍率(単位;[g/g])。別途、荷重は適宜変更されて、例えば、50[g/cm]で測定される。
(c)「Extractables」(ERT470.2−02)。水可溶分。0.9質量%食塩水200mlに、吸水性樹脂1.000gを添加し、16時間攪拌した後、溶解したポリマー量をpH滴定で測定した値(単位;質量%)。
(d)「Particle Size Distribution(ERT420.2−02)」。ふるい分級で測定された粒度分布。
(e)その他EDANAでの吸水性樹脂の規定(2002年規定)。
「pH」(ERT400.2−02)。吸水性樹脂のpH
「Moisture Content」(ERT430.2−2)。吸水性樹脂の含水率。
「Flow Rate」(ERT450.2−02)。吸水性樹脂粉末の流下速度。
「Density」(ERT460.2−02)。吸水性樹脂のかさ比重。
(1−4)通液性
荷重下または無荷重下における膨潤ゲルの粒子間を流れる液の流れを「通液性」という。この「通液性」の代表的な測定方法として、SFC(Saline Flow Conductivity)やGBP(Gel Bed Permeability)がある。
「SFC(生理食塩水流れ誘導性)」は、荷重0.3psiにおける吸水性樹脂に対する0.69質量%生理食塩水の通液性をいう。米国特許第5669894号明細書に記載されたSFC試験方法に準じて測定される。
「GBP」は、荷重下または自由膨張における吸水性樹脂に対する0.69質量%生理食塩水の通液性をいう。国際公開第2005/016393号パンフレットに記載されたGBP試験方法に準じて測定される。
(1−5)初期色調および経時色調
本発明における「初期色調」(別称:初期着色)とは、製造直後の吸水性樹脂またはユーザー出荷直後の吸水性樹脂の色調をいい、通常、工場出荷前の色調で管理する。色調の測定方法については、国際公開第2009/005114号に記載される方法(Lab値、YI値、WB値等)を例示することができる。
また、「経時色調」とは、未使用状態で長期間の保管、あるいは、流通を経た後の吸水性樹脂の色調をいい、このとき初期色調からの変化を経時着色と呼ぶ。経時によって吸水性樹脂が着色するため、紙オムツの商品価値の低下となりうる。経時着色は数ヶ月〜数年単位で生じるため、国際公開第2009/005114号に開示される促進試験(高温・高湿下での促進試験)で検証する。
(1−6)その他
本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は、「X以上、Y以下」であることを意味する。また、質量の単位である「t(トン)」は、「Metric ton(メトリック トン)」であることを意味し、さらに、特に注釈のない限り、「ppm」は「質量ppm」を意味する。
〔2〕アクリル酸(塩)
本発明では、アクリル酸を貯蔵あるいは製造する工程、重合禁止剤を含むアクリル酸と、水と、架橋剤と、必要により塩基性組成物とを混合および/または中和して単量体水溶液を調製する工程、該単量体水溶液を重合する工程、得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する工程、必要により表面架橋する工程を順次含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、
上記重合禁止剤を含むアクリル酸中の水分量が1000ppm以下(ケース1)、および/または
上記単量体水溶液中の蟻酸含有量が、単量体に対して1〜700ppm以下である(ケース2)ことを特徴とする。
また、本発明には、アクリル酸を貯蔵あるいは製造する工程、重合禁止剤を含むアクリル酸と、水と、架橋剤と、必要により塩基性組成物とを混合および/または中和して単量体水溶液を調製する工程、該単量体水溶液を重合する工程、得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する工程、必要により表面架橋する工程を順次含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、下記(1)〜(3)を満たす製造方法(ケース3)も含まれる。
(1)上記塩基性組成物中の鉄分が0.007〜7ppmであること。
(2)乾燥工程以降に、重合体100質量部に対して、カチオン性ポリマー0.01〜5質量部を添加すること。
(3)重合時の単量体および/または重合後の重合体100質量部中、蟻酸0.0001〜5質量部を存在させるおよび/または混合すること(但し、重合時の単量体中の蟻酸存在量は0〜700ppm(対単量体))。
(2−1)ケース1のアクリル酸
本発明の目的(着色防止、耐久性)を達成するうえで、ケース1では、重合禁止剤を含むアクリル酸中の水分量を1000ppm以下とする。水分量は、750ppm以下、500ppm以下、300ppm以下、200ppm以下、100ppm以下、80ppm以下、50ppm以下の順で好ましい。水分は少ないほど好ましいが、脱水コストから1ppm程度、さらには5ppm程度でも十分である。かかる低水分のアクリル酸を得るには、アクリル酸の精製に蒸留や晶析を繰り返して所定量の水分にまで調整したり、アクリル酸を無機又は有機の脱水剤と接触させたりして、水分を所定量とすれよい。水分量が1000ppmを超える場合、得られる吸水性樹脂の着色(特に経時着色)が悪化する傾向にある。
かかるアクリル酸は、アクリル酸の製造工程で蒸留や晶析で適宜制御することができ、製造後のアクリル酸は、吸湿等による水分量の増加が前記範囲を超えないように保存される。なお、アクリル酸の融点は14℃のため、冬場の凍結防止の観点から80質量%水溶液としても多用され、80質量%アクリル酸水溶液を吸水性樹脂の原料として用いる技術も知られている(例えば、国際公開第02/085959号の実施例および比較例)。また、アクリル酸中の微量成分として水が0.2〜1質量%程度含まれることも知られており、吸水性樹脂の製造に純度99.8質量%のアクリル酸を使用することも行われている(例えば、米国特許第4507438号の比較例2)。本発明は、アクリル酸製造工程で水分を低減させ、さらに製造後においてもアクリル酸の水分を制御したアクリル酸を吸水性樹脂の製造工程に使用することを特徴とする。
(2−2)ケース2のアクリル酸
ケース2では、単量体水溶液中の蟻酸含有量を、単量体に対して1〜700ppm以下とする。
単量体水溶液中の蟻酸含有量は、単量体に対して1ppm以上であり、好ましくは2ppm以上、さらには3ppm以上、4ppm以上、5ppm以上、さらには10ppm以上、特に20ppm以上で含まれ、上限は700ppm以下であり、さらには500ppm以下、200ppm以下の範囲で適宜決定される。単量体水溶液中の蟻酸含有量が、単量体に対して1ppm未満であると本願の着色防止効果が得られない。また、単量体水溶液中の蟻酸含有量が、単量体に対して700ppmを超えると、吸水性樹脂中の水可溶分が増加する。
上記の範囲の蟻酸を含む単量体水溶液を作成するための方法として、単量体水溶液に蟻酸を添加する方法、不純物として下記範囲の蟻酸を含むアクリル酸を用いる方法、異なる量の蟻酸を含むアクリル酸を混ぜて用いる方法が挙げられる。特に植物由来で特定の製法により得られたアクリル酸は、一般的な石油由来のアクリル酸より多く蟻酸を含むため好適に使用される。また、これらの方法は併用されてもよい。
アクリル酸が蟻酸を含んでいる場合、アクリル酸中の蟻酸は0.5ppm以上、さらには1ppm以上、好ましくは2〜700ppm、より好ましくは3〜500ppm、さらに好ましくは4〜400ppm、特に好ましくは5〜200ppm、最も好ましくは10〜100ppmで含まれる。
本発明の課題を解決するため、ケース2においても、アクリル酸、特にアクリル酸の製造工程で得られたアクリル酸は、上記範囲の水分量を含むことが好ましい。したがって、特定量の水分および/または蟻酸を含むアクリル酸を得るアクリル酸製造工程と吸水性樹脂の製造工程は、タンカー、タンクローリー、パイプライン等の各種輸送工程で直結され、好ましくはパイプラインで直結される。
ケース2のアクリル酸は上記蟻酸に加えて、本発明の目的(着色防止、耐久性)をより達成するうえで、アクリル酸中の水分量を、ケース1と同様に制御することが好ましい。
すなわち、本発明において、好適なアクリル酸は、重合禁止剤を含むアクリル酸中の水分量が1000ppm(質量規準。以下同じ)以下、および/または、蟻酸含有量が1〜700ppmであり、該アクリル酸を使用する吸水性樹脂の製造方法として、本発明は、アクリル酸を貯蔵あるいは製造する工程、重合禁止剤を含むアクリル酸と、水と、架橋剤と、必要により塩基性組成物とを混合および/または中和して単量体水溶液を調製する工程、該単量体水溶液を重合する工程、得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する工程、必要により表面架橋する工程を順次含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、上記重合禁止剤を含むアクリル酸中の水分量が1000ppm以下、および/または、蟻酸含有量が1〜700ppmであることを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法を提供する。アクリル酸の水分量および蟻酸量は、好ましくは、両者を共に満足し、さらには上記蟻酸量または水分量である。
(2−3)ケース3のアクリル酸
ケース3では、重合時の単量体および/または重合後の重合体100質量部に対して、蟻酸0.0001〜5質量部を存在させるおよび/または混合する(但し、重合時の単量体中の蟻酸存在量は0〜700ppm(対単量体))。ここで、蟻酸は、重合時の単量体中に不存在もしくは極少量存在すればよく、好ましくは蟻酸が単量体調製時のアクリル酸に予め含有され、単量体水溶液中の蟻酸の濃度が単量体に対して1〜700ppmであればよい。少量の蟻酸を含む単量体を重合時に使用することで、カチオン性ポリマーを混合した際の着色(経時着色)が改善することが見いだされた。重合時の単量体中に存在する蟻酸が、重合体の内部に均一に存在して吸水性樹脂粉末の着色を防止すると推定される(かかる機構は本発明を制限しない)。
ケース3でも、本発明の課題を解決するため、単量体水溶液中に蟻酸を含むこと、さらには使用するアクリル酸が上記範囲の蟻酸を含むことが好ましい。この場合、単量体水溶液中の蟻酸含有量は、単量体に対して1ppm以上が好ましく、以下順に2ppm以上、3ppm以上、4ppm以上、5ppm以上、10ppm以上、20ppm以上が好ましい。上限値については、700ppm以下が好ましく、以下順に500ppm以下、200ppm以下、100ppm以下が好ましい。上記蟻酸含有量が700ppmより多い場合、吸水性樹脂中の水可溶分が増加する傾向にあるため、好ましくない。
本発明の課題を解決するため、カチオン性ポリマーを使用するケース3においても、アクリル酸は上記範囲の蟻酸を含むことが好ましく、および/または、上記ケース1の範囲の水分を含むことが好ましい。したがって、特定量の水分および/または蟻酸を含むアクリル酸を得るアクリル酸製造工程と吸水性樹脂の製造工程は、タンカー、タンクローリー、パイプライン等の各種輸送工程で直結され、好ましくはパイプラインで直結される。
上記範囲内の蟻酸を含む単量体水溶液の作成方法は、ケース2と同様である。
ケース3のアクリル酸においてもケース2と同様に、上記蟻酸に加えて、本発明の目的(着色防止、耐久性)をより達成するうえで、アクリル酸中の水分量を、ケース1と同様に制御することが好ましい。
上記単量体を含む液は、通常、重合禁止剤を含む。好ましい重合禁止剤は、フェノール系化合物である。フェノール系化合物としては、アルキルフェノール類及びアルコキシフェノール類が挙げられる。これらの化合物の好ましい置換基としては、t−ブチル基、メチル基及びエチル基が例示される。典型的な重合禁止剤は、p−メトキシフェノールである。
単量体水溶液中の上記重合禁止剤の濃度は、単量体に対して1〜200ppmが好ましく、2〜180ppmがより好ましく、10〜160ppmがさらに好ましく、20〜100ppm、30〜80ppmが特に好ましい。重合禁止剤の濃度を上記範囲とすることで、重合反応の遅延を防止し、さらに粒子状吸水性樹脂の着色が抑制される。また、特にp−メトキシフェノールの使用によって吸水性樹脂の耐光性、すなわち膨潤ゲルの光安定性を向上させるため、所定範囲で単量体に使用、さらには得られる吸水性樹脂に含有させることが好ましい。
以上説明したアクリル酸(ケース1〜3で共通)は、好適には吸水性樹脂の重合に使用され、低着色の吸水性樹脂を提供する。すなわち、本発明はアクリル酸の使用方法として、重合禁止剤メトキシフェノール10〜160ppmを含み、アクリル酸中の水分量が1000ppm以下、および/または、蟻酸含有量が0.5〜700ppmであるアクリル酸の吸水性樹脂の重合への使用、を提供する。
(従来技術;ケース1〜3で共通)
従来、吸水性樹脂の製造方法において、上記諸問題を解決するために、単量体の微量成分を調整する技術は知られている。
具体的に上記〔背景技術〕に示したように、吸水性樹脂の臭気低減のためのアクリル酸中のアクリル酸オリゴマー(特許文献32)、酢酸やプロピオン酸(特許文献33)の量を調整する技術は知られている。また、吸水性樹脂の着色防止のため、アクリル酸中のメトキシフェノールを10〜160ppmとする技術(特許文献5)、アクリル酸中のハイドロキノンを0.2ppm以下に制御する技術(特許文献6)、単量体を活性炭で処理する方法(特許文献7)も知られている。さらに上記〔背景技術〕の特許文献に加えて、吸水性樹脂の原料に着目した特許文献38〜43として、吸水性樹脂の残存モノマーを低減するために、単量体中の重金属含有量を0.1ppm以下に精製して重合する方法(特開平3−31306号、特許文献37)、アクリル酸ダイマーないしオリゴマーの少ないアクリル酸を用いる方法(特開平6−211934号、特許文献38)、アクリル酸ダイマーおよび鉄の少ない単量体を用いる技術(特開2006−219661号、特許文献39)、アクリル酸塩中のβ−ヒドロキシプロピオン酸を1000ppm以下とする技術(欧州特許第574260号、特許文献40)等が提案されている。重合性を向上させるために、プロトアネモネンの少ないアクリル酸を用いる方法(米国特許出願公開第2004/110913号、特許文献41)が知られている。水可溶分を低減するためにアリルアクリレートの少ないアクリル酸を用いる技術(欧州特許第1814913号、特許文献42)が知られている。その他マレイン酸50ppm以下のアクリル酸を用いる技術(米国特許出願公開第2008/091048号、特許文献43)、鉄量の一定量の苛性ソーダを中和に用いる技術(米国特許出願公開第2008/016152号、特許文献44)も知られている。
さらに、吸水性樹脂の開示はないが、アクリル酸の一般文献として、非特許文献1(Plant Operation Progress,第7巻第3号(1988)page 183〜189)には、アクリル酸中のダイマーが水分、温度、時間で増加する事実を開示し、特許文献45(特開2002−179617号)は水分が300ppm以下、アルデヒド類が20ppm以下であるアクリル酸を開示する。
このように、上記特許文献1〜45や非特許文献1は、アクリル酸中の水分がダイマー、ひいては残存モノマーに影響を与えることは知られているが、従来技術はアクリル酸の蟻酸や水分が吸水性樹脂の着色に影響を与える事実を示唆しない。また、吸水性樹脂の着色原因としてFeイオンや重合禁止剤は、特許文献5〜11および特許文献27、28等で知られているが、アクリル酸中の水の影響は知られていない。
(蟻酸と吸水性樹脂;ケース2とケース3の場合)
特許文献6では、吸水性樹脂のpHを5.5以下に下げて経時着色を防止する技術を開示し、そのために使用する酸の一例として蟻酸を開示する。また、吸水性樹脂の着色防止剤として、有機カルボン酸および必要によりその他化合物の添加(特許文献20〜23)等が知られ、そのために使用する有機酸の一例として蟻酸を開示する。また、特許文献46(米国特許第4698404号)や特許文献47(米国特許第6335406号)は重合時の連鎖移動剤の一例として蟻酸を開示する。特許文献48(米国特許第4693713号)は血液吸収のためにカルボン酸塩等を含む吸水性樹脂組成物を開示し、そのカルボン酸塩の一例として蟻酸塩を開示する。特許文献49(特開2006−225456号)はレッドクス重合時の還元剤の一例として、蟻酸を例示する。特許文献50〜52(国際公開第2008/092842号、同第2008/092843号、同第2007/121937号)は有機酸多価金属塩を用いる吸水性樹脂の製造方法を開示し、その有機酸の一例として蟻酸を開示する。
これらの特許文献も、カチオン性ポリマーや、アクリル酸中の所定量の蟻酸、好ましくはさらに所定量の水や所定量の重合禁止剤が経時着色に与える影響を開示しない。また、循環式中和の影響を開示しない。
(その他微量成分;ケース1〜3で共通)
吸水性樹脂の物性や特性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、0〜20ppmとすることが好ましい。より具体的には、好ましくは10ppm以下、より好ましくは0.01〜5ppm、さらに好ましくは0.05〜2ppm、特に好ましくは0.1〜1ppmの範囲である。さらに、フルフラール以外のアルデヒド分および/またはマレイン酸も少ないほど良く、アクリル酸に対して、好ましくは0〜5ppm、より好ましくは0〜3ppm、さらに好ましくは0〜1ppm、特に好ましくは0ppm(検出限界以下)である。なお、フルフラール以外のアルデヒド分としては、ベンズアルデヒド、アクロレイン、アセトアルデヒド等が挙げられる。さらに、アクリル酸にあっては、酢酸および/またはプロピオン酸からなる飽和カルボン酸の含有量は、アクリル酸に対して好ましくは1000ppm以下、より好ましくは10〜800ppm、特に好ましくは100〜500ppmである。
吸水性樹脂を製造する際の重合に際してアクリル酸(微量成分を不純物として含むアクリル酸)を精製して、不純物である重合禁止剤やアクリル酸ダイマー等を除去する技術(上記の特許文献6、特許文献37、特許文献38、特許文献40およびそれらの実施例)も知られている。しかし、アクリル酸を、重合に際して蒸留した場合、アクリル酸とp−メトキシフェノールとの沸点差から、蒸留後のアクリル酸中のp−メトキシフェノール含有量は実質N.D(Non Detectable/検出限界1ppm/UVで定量)である。したがって、200ppmを超えるp−メトキシフェノールを含有する市販のアクリル酸に対して、従来一般的に行われているアクリル酸の精製技術を適用しても、p−メトキシフェノールの含有量を10〜200ppmという特別の範囲に調整することは不可能あるいは極めて困難であり、このような調整を行うためには意図的に調整ないし添加を行うことが必要となる。
また、臭気の観点から該アクリル酸中の飽和カルボン酸(特に酢酸やプロピオン酸)も好ましくは1質量%以下、0.5質量%以下、0.3質量%以下に制御される。重合時の飽和カルボン酸(特にプロピオン酸)は吸水倍率(CRC)を向上させるため、0.01質量%以上、さらには0.03質量%以上、0.05質量%以上、特に0.1質量%以上の含有は有効である。すなわち、アクリル酸中のプロピオン酸は重合後の吸水性樹脂の吸水倍率(CRC)を向上させることが見いだされ、所定量の重合時の含有も好ましい。
(植物由来のアクリル酸;ケース2とケース3に共通)
ケース2とケース3では植物由来で特定の製法により得られたアクリル酸を用いることが好ましい。このようなアクリル酸は蟻酸が1〜700ppm含まれている。具体的には油脂などから得られるグリセリンを処理してアクロレインを製造し、さらに酸化してアクリル酸を製造する方法である。得られたアクリル酸は好ましくは蒸留法または晶析法により精製される。上記精製法や精製条件によりアクリル酸中の蟻酸を制御できるが、特に蒸留法により蟻酸を多く含むアクリル酸が得られやすい。なお、蟻酸の含有量が多すぎる場合には、蟻酸の含有量が少ないアクリル酸と混ぜて使用しても良い。
上記各種の製造方法においては、その出発原料として、エチレン、プロパノール、ブテン、グリセリン、バイオガス等が挙げられるが、これら物質のバイオマスからの生成ルートは、以下の通りである。すなわち、バイオマスからエタノールを経てエチレンおよび/またはブテンを得る方法、バイオマスからエタノールを経てブタノールおよび/またはブテンを得る方法、バイオマスからブタノールを経てブテンを得る方法、バイオマスからアセトンを経てi−プロパノールを得る方法、バイオマスからn−プロパノールおよび/またはiso−プロパノールを得る方法、バイオマスからBDFとグリセリンを得る方法、バイオマスから合成ガス(CO、H)を得る方法等が挙げられる。
これらバイオマス由来のアクリル酸の製造方法については、例えば、国際公開第2006/08024号、同第2007/119528号、同第2007/132926号、および米国特許出願公開第2007/0129570号等に例示されている。国際公開第2006/08024号はグリセリンからアクロレインを得る際にプロパナールが副生する事実を開示し、かかるプロパナールを含むアクロレインを酸化することで、本発明のアクリル酸を容易に得ることができる。
なお、バイオマス由来のアクリル酸を用いた吸水性樹脂の製造方法については、国際公開第2006/092271号、同第2006/092272号、同第2006/136336号、同第2008/023039号、同第2008/023040号、および同第2007/109128号等に例示されている。しかしながら、上記6件の特許文献は、本発明の吸水性樹脂の製造方法については、なんら開示も示唆もない。
(アクリル酸の併用;ケース2とケース3に共通)
蟻酸等の微量成分を所定の量にするため、アクリル酸は必要により混合される。混合の際には、異なる微量成分を含有するアクリル酸を使用すればよく、好ましくは、化石原料と非化石原料のアクリル酸が使用される。また、異なるアクリル酸として、原料以外にその他、酸化系(特に触媒)、精製系(蒸留や晶析)が異なるものでもよく、これらで、好ましくは不純物、特にプロピオン酸量が異なるようにする。2種類のアクリル酸を使用する場合、その使用比率(質量比)は適宜決定されるが、通常1:99〜99:1の範囲とする。好ましくは10:90〜90:10、より好ましくは20:80〜80:20、特に好ましくは30:70〜70:30である。なお、上記2種以外のアクリル酸は、アクリル酸全量中、0〜50質量%の範囲で使用してもよく、0〜30質量%がより好ましく、0〜10質量%がさらに好ましい。異なる2種類ないしそれ以上のアクリル酸の使用比率は、両アクリル酸の価格(原料コスト)、供給量、微量成分(プロピオン酸やそれ以外の微量成分)等で適宜決定され、特に、アクリル酸として化石原料および非化石原料の複数(特に2種類)の原料ソースを使用することで吸水性樹脂の原料コストをヘッジできる。なお、化石原料および非化石原料を併用する場合、その比率は、単量体中や吸水性樹脂中の14Cの定量で測定できる。
(重合不活性有機化合物;ケース2とケース3に共通)
吸水倍率(CRC)と水可溶分(Ext)の相対関係の向上のために、ケース2とケース3のアクリル酸や単量体は、好ましくは特許文献53(米国特許出願公開第2008/119626号)に例示の重合不活性有機化合物を含む。重合不活性有機化合物とは、ビニル基やアリル基等の重合性不飽和結合を有しない有機化合物のことである。
本発明(ケース2とケース3)では、溶解度パラメータが1.0×10〜2.5×10[(Jm−31/2]である重合不活性有機化合物を1〜1000ppm含む単量体を好ましく使用する。
本明細書において、溶解度パラメータ(δ)とは凝集エネルギー密度のことであり、下記の式によって算出することができる。
Figure 0005731390
(式中、ρは密度[g/cm3]、GはHollyの凝集エネルギー密度、ΣGは成分原子団の凝集エネルギー定数の和であり、ρ、Gは25±1℃での値を示す。Mは分子量を表す。)
なお、本明細書においては、δが[(cal・m1/2]単位系で算出される場合は、適宜[(Jm−31/2]単位系に変換するものとする。
例えば、ポリマーハンドブック第3版(WILLEY SCIENCE社発行527〜539頁)や化学便覧基礎編(日本化学会編)等の刊行物に記載の溶解度パラメータやδ値が適用され、また、上記刊行物に記載のない場合はポリマーハンドブック第3版(WILLEY SCIENCE社発行)の524頁記載のSmallの式に525頁記載のHollyの凝集エネルギー定数を代入して導いたδ値が適用される。
本発明(ケース2とケース3)では必要により単量体中にかかる特定化合物を特定量使用することで、吸水性樹脂の相反する基本物性である「吸収倍率」と「水可溶性重合体」との関係を改善し、重合反応の制御が容易となり、かつ着色が少なく高吸収物性である吸水性樹脂を生産性高く製造することが可能になる。溶解度パラメータが1.0×10〜2.5×10[(Jm−31/2]である重合不活性有機化合物の含有量が1ppm未満の単量体を使用した場合、重合方法によっては、重合時の発熱に伴う重合物の過度の温度上昇によって重合制御が困難となり、吸収物性の低下を引き起こすために好ましくなく、1000ppmを超える単量体を使用した場合、目的を達する上で、過剰で吸水性が低下したり、また、最終的に得られる吸水性樹脂に重合不活性有機化合物が残存して、吸水性樹脂の臭気等の問題が発生したりする恐れがある。
また、特定化合物(重合不活性有機化合物)を使用する場合、特にアクリル酸中に含まれる場合、後述の、特定の加熱工程(乾燥、表面処理等)により最終的に除去され、吸水性樹脂は臭気等を発生しない状態とされる。
任意に使用され、かかる重合不活性有機化合物は単量体(アクリル酸組成物)に対して、0〜1000ppm、好ましくは1〜1000ppm、好ましくは1〜500ppm、より好ましくは1〜300ppmであり、さらに好ましくは5〜300ppm、特に好ましくは10〜300ppm、最も好ましくは10〜100ppmである。
上記重合不活性有機化合物の溶解度パラメータは、1.0×10〜2.5×10[(Jm−31/2]であることが必須であり、好ましくは1.0×10〜2.2×10[(Jm−31/2]、より好ましくは1.1×10〜2.0×10[(Jm−31/2]、さらに好ましくは1.3×10〜2.0×10[(Jm−31/2]、最も好ましくは1.5×10〜1.9×10[(Jm−31/2]である。
溶解度パラメータが1.0×10〜2.5×10[(Jm−31/2]である有機化合物とは、アクリル酸と相溶性が良く、かつ、重合性不飽和結合を有しない有機化合物のことであり、親油性有機化合物を指す。かかる重合不活性有機化合物のうち、環境負荷という観点から好ましくはハロゲンを含有しない有機化合物であり、さらには、炭素および水素のみで構成された炭化水素である。また、沸点は好ましくは95〜300℃、より好ましくは130〜260℃の有機化合物である。溶解度パラメータが2.5×10[(Jm−31/2]を超える場合は重合制御や反応面から好ましくない。
具体的には、ヘプタン(沸点95℃)、ジメチルシクロヘキサン(同132℃)、エチルシクロヘキサン(同101℃)、トルエン(同110℃)、エチルベンゼン(同136℃)、キシレン(138〜144℃)、ジエチルケトン(同101℃)、ジイソプロピルケトン(同124〜125℃)、メチルプロピルケトン(同102℃)、メチルイソブチルケトン(同116℃)、酢酸n−プロピル(同101℃)、酢酸n−ブチル(同124〜125℃)、ジフェニルエーテル(同259℃)およびジフェニル(同255℃)からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物が挙げられる。
かかる重合不活性有機化合物の中では、ヘプタン、エチルベンゼン、キシレン、メチルイソブチルケトン、メチル−t−ブチルケトン、ジフェニルエーテルおよびジフェニルよりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物が好ましく、疎水性化合物がより好ましく、芳香族化合物がさらに好ましく、重合特性や生産性の観点から、さらに重合工程終了後のポリマー鎖への酸化劣化を抑止する観点から、トルエン、ジフェニルエーテル、ジフェニルが特に好ましく、トルエンが最も好ましい。
上記重合不活性有機化合物は重合前の単量体やアクリル酸に好ましく含まれ、調製法としては、単量体、換言すれば、アクリル酸や単量体の調製後に添加してもよく、単量体、換言すれば、アクリル酸の調製時に添加してもよく、また、単量体の原料、換言すれば、アクリル酸の構成成分、例えば、アクリル酸、架橋剤、水、アルカリ化合物等に予め含有ないし添加されていてもよい。これらの中で、上記重合不活性有機化合物は疎水性で一般に水不溶性であるため、予めアクリル酸に溶解または含有されることが好ましい。本発明(ケース2とケース3)では、単量体の調製に用いられるアクリル酸に予め、上記重合不活性有機化合物が含有ないし添加されていることが好ましい。すなわち、好ましくは、前記重合不活性有機化合物が未中和アクリル酸に予め溶解ないし含有されており、該未中和アクリル酸を用いて単量体の水溶液が調製される。
このようなアクリル酸は、例えば、アクリル酸の製造工程において、あるいは、アクリル酸組成物の製造工程において、前記溶解度パラメータが1.0×10〜2.5×10(Jm-31/2である重合不活性有機化合物を使用し、さらに精製工程で一定量を除去して最終アクリル酸組成物に一定量を残存させることで、重合不活性有機化合物をアクリル酸組成物中に配合する方法などで得ることができる。
(塩基性組成物;ケース1〜3に共通)
本明細書において、中和に用いられる「塩基性組成物」とは、塩基性化合物を含有する組成物を意味する。本発明では、上記塩基性組成物には、上記塩基性化合物に加えて、後述する鉄、換言すれば、鉄を含有する化合物が含まれていることが好ましい。
本発明で用いられる上記塩基性化合物としては、例えば、アルカリ金属の炭酸(水素)塩、アルカリ金属の水酸化物、アンモニア、有機アミン等が例示されるが、より高物性の吸水性樹脂を得るためには、強アルカリ物質、すなわち、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属の水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムが特に好ましい。なお、水酸化ナトリウムには通常0〜5質量%程度の炭酸ナトリウムや塩化ナトリウムが含まれており、通常含まれている量の炭酸ナトリウムや塩化ナトリウムを含有する水酸化ナトリウムも本発明に好適に用いることができる。
特許文献37に記載されているように、単量体水溶液中で0.1ppmを超える重金属は吸水性樹脂の残存モノマーを増加させることが知られていたが、特定の微量成分を含むアクリル酸、および、特定量(0.007〜7ppm)の鉄を含有する塩基性組成物(好ましくは鉄と苛性ソーダとを含有する塩基性組成物)を用いて単量体を調製する本発明の方法では、重合時間が短縮され、水可溶分も減少し、着色も低減することが見出された。また、特許文献3では重金属を0.1ppm、好ましくは0.02ppm以下に減少させる手法として、アクリル酸の蒸留、および、苛性ソーダの活性炭処理を開示している。しかし、特許文献3では本発明のメトキシフェノール類の開示はなく、仮にアクリル酸にメトキシフェノール類が200ppm以上含まれていても、特許文献3のようなアクリル酸(沸点139℃)の蒸留精製で高沸点のメトキシフェノール類(p−体で沸点113〜115℃/5mmHg)は除去され、蒸留後のアクリル酸中には実質0ppm(検出限界以下)となる。また、特許文献3では重金属が吸水性樹脂の重合に有用であることを開示していない。
すなわち、本発明に用いる塩基性組成物(略称;塩基)は、塩基性化合物と鉄とを含有するものである。ケース1および2の場合は、塩基性組成物には鉄が塩基性組成物固形分に対して0.01〜10.0ppmの範囲(Fe換算)で必須に含まれる。好ましくは0.2〜5.0ppm、より好ましくは0.5〜4.0ppmの範囲である。また、ケース3では、塩基性組成物中の鉄分は0.007〜7ppmであり、好ましくは0.14〜3.5ppm、より好ましくは0.35〜2.8ppmである。
なお、本発明でFe換算での鉄量とは、鉄単独ないし鉄を含有する化合物(Feやその鉄塩、水酸化鉄、鉄錯体等)中のFeの絶対量を問題とする本願において、Fe(分子量159.7)に代表される鉄化合物で鉄の絶対量を表記するものであり、本願鉄量(Fe換算)は鉄としてはその分子量(Fe中のFe)から、(×55.85×2/159.7)から換算できる。すなわち、Fe量として0.01〜10.0ppmの場合、0.007〜7ppmとなる。
中和に用いる塩基中で鉄の含有量(Fe換算)が0.01ppm、言い換えるとFeとして0.007ppmより少なくなると、重合開始剤添加前に重合が起きる危険があるだけでなく、開始剤を添加しても重合が逆に遅くなる可能性もある。本発明で用いられる鉄としては、Feイオンでもよいが、効果の面から好ましくは3価の鉄、特に水酸化鉄やFe・nHOである。
(アクリル酸の中和;ケース1〜3に共通)
本発明の吸水性樹脂の製造方法において、アクリル酸は好ましくは中和、さらには中和前および/または中和中も循環されてなる。下記に好ましい中和方法およびアクリル酸の循環方法を説明する。
(アクリル酸およびその中和系の循環;ケース1〜3に共通)
まず、本発明の吸水性樹脂の製造方法において、好ましい実施態様である上記アクリル酸およびその中和系の循環について、図面を参照しながら、説明する。
図1は、本発明の好ましい製造方法(中和系が循環)に用いられる装置2が、図2は、本発明の好ましい他の製造方法に用いられる装置26がそれぞれ示された概念図である。上記図1、2において、中和槽をアクリル酸の貯蔵槽(アクリル酸が循環)とし、且つモノマー水溶液をアクリル酸製造工程からパイプラインで供給されるアクリル酸とする。循環されたアクリル酸は必要により水で希釈されて、上記図1、2のモノマー水溶液とされて、さらに循環および中和させて、重合機へ供給される。
ただし、本発明で中和系やアクリル酸の循環は好ましいが必須ではなく、また、これらの装置2及び装置26は、本発明の一実施形態にすぎず、図1及び図2に示す装置に、本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
図1に示した装置2には、中和槽3、ポンプ4、熱交換器6、ラインミキサー8、重合機10、第一配管12、第二配管14、第三配管16、第四配管18及び第五配管20を備えている。図2に示した装置26には、図1の装置2に、さらに第六配管30を追加した形態である。
図1及び図2において、中和槽3は、入口22及び出口24を有している。第一配管12は、出口24とポンプ4を接続している。第二配管14は、ポンプ4と熱交換器6を接続している。第三配管16は、熱交換器6と入口22を接続している。第四配管18は、第三配管16途中の点P1とラインミキサー8を接続している。第五配管20は、ラインミキサー8と重合機10を接続している。
さらに、図2において、第六配管30は、第四配管18途中の点P2と第一配管12途中の点P3を接続している。
図1及び図2において、第一配管12、第二配管14及び第三配管16が、閉流路(以下、「第一ループ32」と称することもある。)を形成している。
また、図2において、第一配管12の一部、第二配管14、第三配管16の一部、第四配管18の一部及び第六配管30が、閉流路(以下、「第二ループ34」と称することもある。)を形成している。なお、第一ループ32及び第二ループ34を、循環ループと総称することもある。
本発明において、「閉流路」とは、液体の流れの始点と終点が一致する配管系を意味する。始点と終点が一致する限り、配管系の中間に槽、熱交換器、ポンプ等の機器を含んでもよい。曲線状の閉流路(狭義のループ)でもよく、複数の直線状配管が結合されてなる多角形状の閉流路でもよい。閉流路が、三次元的に配置されてもよい。
本発明において、中和槽3、ポンプ4、熱交換機6及び第一ループ32(図2の場合は、第二ループ34も含む。)で構成される装置群を「中和系」と称する。当該中和系において、後に詳説される混合液が循環する。また、本発明においては「循環」の概念には、上記閉流路によって混合液を循環させることのみならず、中和槽3内部に設置された攪拌羽根による混合液の攪拌をも包含するものとする。
また、本発明において、ラインミキサー8、第五配管20及び重合機10で構成される装置群を「重合系」と称する。当該重合系において、後述する混合液に含まれるモノマー成分が重合し、重合ゲルが得られる。また、当該重合系には、上記混合液に、重合開始剤、内部架橋剤、塩基性物質等を添加するための機器及び配管等が含まれる。さらに、複数の機器及び配管等を備えてもよい。具体的には、2基以上の重合機を備えてもよい。
本発明の吸水性樹脂の製造方法では、好ましくは上記中和系に、アクリル酸を含む液と塩基性水溶液とが連続的に供給される。なお、前記アクリル酸を含む液には、必須に、アクリル酸を含み、また、前記塩基性水溶液とは、塩基性物質(例えば苛性ソーダ)と水とを混合して得られる水溶液をいう。
本発明の吸水性樹脂の製造方法では、好ましくは上記アクリル酸の貯蔵工程に、アクリル酸製造工程から/またはタンカーやタンクローリー等のアクリル酸輸送機から、アクリル酸が連続的に供給される。
本発明の装置2及び装置26においては、上記アクリル酸を含む液及び塩基性水溶液は、連続的に第三配管16に供給され、中和槽3へ送られる。このように、該アクリル酸を含む液及び該塩基性水溶液を、直接中和槽3に供給するのではなく、第三配管16に供給することで、これらの液の混合効率を高めることができるので好ましい。しかしながら、上記構成に代えて、該アクリル酸を含む液及び該塩基性水溶液を、直接中和槽3に供給する構成に変更した場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
上記操作により、アクリル酸と塩基性物質との中和反応によって得られたアクリル酸塩を含む混合液が得られる。上記混合液は、ポンプ4の稼動により、第一ループ32(図2においては、第二ループ34を含む。)内を循環する。その際、アクリル酸と塩基性物質との中和反応によって中和熱が発生するが、第一ループ32に設置した熱交換器6で上記混合液の冷却又は加熱を行うことで、該混合液の温度を所望する範囲内に調整し、維持することができる。これによって、所定の中和率が達成される。
本発明において、中和系で循環している混合液の一部が、重合系に連続的に供給される。当該重合系において、上記混合液の中和率をさらに高めるために、必要に応じて、上記混合液に塩基性物質を連続的に供給することもできる。この場合、ラインミキサー8において混合することが、混合効率の観点から好ましい。また、上記混合液に、内部架橋剤、重合開始剤等を添加してもよい。この場合、図示していないが、ラインミキサー8、又は、その上流若しくはその下流において、内部架橋剤、重合開始剤等を添加することが、混合効率の観点から好ましい。
上記混合液を連続的に重合機10に供給することで、重合反応が起こり、重合ゲル(含水ゲル状架橋重合体)が得られる。該重合ゲルに後述する乾燥等の処理を施すことによって、粒子状吸水性樹脂が得られる。
なお、本発明においては、好ましくは、中和系における混合液の循環、重合系への混合液の供給及び混合液の重合が、同時に進行する。
本発明において、装置2及び装置26を構成する機器及び配管等の材質には、特に制限されないが、好ましくはステンレス鋼が用いられる。
装置の内面は、鏡面仕上げとされているのが好ましい。この鏡面仕上げにより、吸水性樹脂粉体が受けるダメージが抑制されうる。ステンレス鋼が鏡面仕上げされることにより、ダメージ抑制効果がさらに高まる。ステンレス鋼としては、SUS304、SUS316、SUS316L等が挙げられる。
本発明で内面は、JIS B 0601−2001で規定される表面粗さ(Rz)が800nm以下に制御される。表面粗さ(Rz)は、好ましくは500nm以下、より好ましくは300nm以下、よりさらに好ましくは200nm以下、特に好ましくは185nm以下、最も好ましくは170nm以下に平滑化される。なお、表面粗さ(Rz)は、表面凹凸の最大高さ(nm)の最大値を意味する。表面粗さ(Rz)の下限は0nmであるが、10nm程度でも大きな差はなく、10nm、さらには20nm程度でも十分である。その他の表面粗さ(Ra)もJIS B 0601−2001で規定されるが、その好ましい値もRzと同じとされる。より好ましくは、Raは、250nm以下、特に好ましくは200nm以下である。このような表面粗さは、触針式表面粗さ測定器によりJIS B 0651−2001に準拠して測定することができる。
(数2および数3;ケース1〜3に共通)
本発明では、好ましくは、上記中和系における混合液の滞留時間と、上記中和系を構成する機器及び配管等との接触面積の関係が規定される。即ち、本発明の製造方法においては、下記数2で規定される値X1が300以下である。
Figure 0005731390
数2において、V1[kg]は、上記中和系に存在する混合液の量であり、F1[kg/hr]は、上記重合系に供給する混合液の流量であり、A1[m]は、上記中和系に存在する混合液と上記中和系を構成する機器及び配管との接触面積である。したがって、V1/F1[hr]は、上記中和系における混合液の滞留時間を意味する。
また、本発明では、好ましくは、前記アクリル酸を貯蔵槽において循環させる工程および循環中の上記アクリル酸の一部を重合系に連続的に供給する工程、を含んでおり、下記数3で算出される値X2が300以下である。
Figure 0005731390
数3において、V2[kg]は、上記中和前のアクリル酸の量であり、F2[kg/hr]は、上記中和系に供給するアクリル酸の流量であり、A2[m]は、上記アクリル酸と上記中和系を構成する機器及び配管との接触面積である。
「中和系に存在する混合液の量(V1)」とは、中和槽3、ポンプ4、熱交換器6、第一ループ32(図2の場合には第二ループ34も含む。)に存在する混合液の総量をいう。つまり、中和槽3に存在する混合液の量をVa、ポンプ4に存在する混合液の量をV1b、熱交換器6に存在する混合液の量をVc、循環ループを構成する配管内に存在する混合液の量をVdとすると、それらの合計(V1a+V1b+V1c+V1d)が中和系に存在する混合液の量となる。したがって、循環ループに含まれない機器又は配管等に存在する液は、中和系に存在する混合液に含まれない。一方、循環ループに、図示されない機器又は配管等が存在する場合、これらの機器又は配管等に存在する液は、中和系に存在する混合液に含まれる。また、V2[kg]は、上記中和前のアクリル酸の量であり、「アクリル酸の貯蔵系に存在するアクリル酸の量」であり、V1と同様に求めることができる。
「中和系に存在する混合液の量」および「アクリル酸の貯蔵系に存在するアクリル酸の量」としては、特に制限されないが、100〜30000kgが好ましく、200〜10000kgがより好ましい。
中和系に存在する混合液の量は、定常状態においては、中和系に供給する液の総量と重合系に供給する混合液の総量とが、通常、同一のため、一定となる。しかし、中和系への供給量と重合系への供給量とのバランスが崩れ、中和系に存在する混合液の量が変動することもある。その場合、一定時間(例えば1時間)毎に液量を測定し、その測定値の相加平均値を用いて上記値X1を求めることもできる。
「重合系に供給する混合液の流量(F1)」は、中和系と重合系を接続する配管(具体的には、装置2においては第四配管18を指し、また、装置26においては点P2とラインミキサー8との間の配管を指す。)に設置した流量計で計測されるが、通常は、重合系に供給される混合液の総量を、稼働時間で除すことによって、流量を求めることができる。上記流量は、特に制限されないが、30〜30000[kg/hr]が好ましく、100〜10000[kg/hr]がより好ましい。「中和系に供給するアクリル酸の流量(F1)」も同様に求めることができる。
「中和系に存在する混合液と中和系を構成する機器及び配管との接触面積(A1)」とは、中和系に存在する槽、装置、配管等、全ての構成部材の内面と混合液とが接触する面積をいう。つまり、中和槽3に存在する混合液と中和槽3内面との接触面積をA1a、ポンプ4に存在する混合液とポンプ4内面との接触面積をA1b、熱交換器6に存在する混合液と熱交換器6内面との接触面積をA1c、循環ループを構成する配管内に存在する混合液と循環ループを構成する配管内面との接触面積をA1dとすると、それらの合計(A1a+A1b+A1c+A1d)が中和系に存在する混合液と中和系を構成する機器及び配管との接触面積となる。したがって、循環ループに含まれない機器又は配管等に存在する液が、それらの機器又は配管等の内面と接触する面積は、当該接触面積に含まれない。一方、循環ループに、図示されない機器又は配管等が存在する場合、これらの機器又は配管等に存在する液が、それらの機器又は配管等の内面と接触する面積は、当該接触面積に含まれる。A2[m]は、アクリル酸と中和系を構成する機器及び配管との接触面積であり、同様に求めることができる。
また、本発明においては、上記槽、装置、配管等を該混合液で全てを満たす必要はなく、空間部が存在してもよい。この場合、上記接触面積は、実際に混合液と接触している部分の面積を指し、空間部分の面積は含まれない。
上記空間部について、特に制限はないが、例えば、中和槽3やアクリル酸の貯蔵層3’においては、中和槽容量の50〜90[vol%]の空間部を有してもよい。さらにこの場合、該空間部は、酸素濃度を予め調整した酸素及び/又は不活性ガスとの混合ガスでシールされていることが、混合液の重合防止の観点から好ましい。
中和系に存在する混合液と中和系を構成する機器及び配管との接触面積は、定常状態においては、中和系に供給する液の総量と重合系に供給する混合液の総量とが、通常、同一のため、一定となる。しかし、中和系への供給量と重合系への供給量とのバランスが崩れ、中和系に存在する混合液の量が変動することもある。その場合、一定時間(例えば1時間)毎に液量を測定し、その相加平均値を用いて、平均接触面積を求め、上記値X1を算出することもできる。アクリル酸の貯蔵系においても、X2も同様に算出することができる。
本発明においては、重合禁止剤を所定量含むアクリル酸の水分量を1000ppm以下としたうえで、上記数1で算出される値X1を300以下、好ましくは0.5〜200、さらに好ましくは1〜70、より好ましくは10〜65、さらに好ましくは20〜62に制御することで、より白色度に優れた粒子状吸水性樹脂が得られる。
本発明においては、重合禁止剤を所定量含むアクリル酸の水分量を1000ppm以下としたうえで、上記数2で算出される値X2を300以下、好ましくは0.5〜200、さらに好ましくは1〜70、より好ましくは10〜65、さらに好ましくは20〜62に制御することで、白色度に優れた粒子状吸水性樹脂が得られる。
本発明における点P1、P2、及びP3の位置については、特に制限はなく、それぞれ、第三配管16、第四配管18、及び第一配管12上にあればよいが、点P2については、以下に述べる理由により、より重合系に近い位置とすることが好ましい。
即ち、装置トラブルあるいは整備等によって、重合系の稼動が停止する場合、重合系への混合液の供給も停止する。その際、中和系と重合系を接続している配管中で混合液が停留するが、化学反応等によって、混合液の品質が劣化する。粒子状吸水性樹脂の品質の観点から、該停留した混合液は廃棄される。
一方、循環ループ中の混合液は、重合系の稼動状況の影響を受けずに循環することもある。したがって、点P2の位置を重合系により近づけることによって、廃棄する混合液の量を少なくすることができ、さらに洗浄する配管長も短くてすむため、生産性を高めることができる。
また、粒子状吸水性樹脂の製造プラントにおいては、レイアウトの都合上、中和系と重合系との位置が離れる場合があり、その場合に特に顕著な効果を発揮する。さらに、循環ループにおいて混合液の温度を最適に維持することができるため、重合の再稼動に、顕著な効果を発揮する。
即ち、2つの循環ループを備えた装置26においては、第一ループ32によって中和槽3の混合液が循環され、第二ループ34によって前記混合液が中和槽3又は第一ループ32から取り出されて第一ループ32よりも重合系に近い位置まで搬送され、さらに中和槽3又は第一ループ32に戻される。
なお、装置26における第四配管18の、点P1〜点P2までをLb、点P2〜ラインミキサー8までをLaとした場合、Laの長さは20m以下が好ましく、10m以下がより好ましい。さらに両者の比(Lb/La)は、10以上が好ましく、20以上がより好ましく、30以上がさらに好ましい。これらの範囲とすることで、低コスト及び高生産性が達成される。
また、装置26において、第一ループ32の全長をLc、第二ループ34の全長をLdとした場合、それらの比(Ld/Lc)は10以上が好ましく、20以上がより好ましく、30以上がさらに好ましい。前記比(Ld/Lc)をこの範囲とすることで、低コスト及び高生産性が達成される。
(中和工程;ケース1〜3に共通)
本発明における中和工程は、図1又は図2に示した中和系で行われ、前述した単量体を含む液(混合液)と塩基性水溶液が連続的に供給される。また、上記混合液は、モノマーの状態(常温で固体状態又は液体状態)に関わりなく水溶液とすることが、取り扱いの観点から好ましい。なお、本発明においては、「常温」とは20〜30℃の温度範囲をいう。
したがって、上記混合液は、好ましくは10〜99質量%のモノマー水溶液であり、より好ましくは50〜100質量%のアクリル酸水溶液である。また、上記混合液温度は、0〜50℃が好ましく、25〜50℃がより好ましい。
さらに、アクリル酸と他のモノマーを併用する場合、アクリル酸を主成分とすることが好ましい。この場合、モノマー全量に対するアクリル酸の含有率は、50モル%以上が好ましく、80モル%以上がより好ましく、95モル%以上がさらに好ましい(上限は100モル%である)。
本発明において、晶析工程及び/又は蒸留工程によって得られた精製アクリル酸を、上記中和系に供給することが好ましい。その際、粒子状吸水性樹脂中の残存モノマー量の低減及び粒子状吸水性樹脂の着色防止の観点から、上記アクリル酸の晶析工程及び/又は蒸留工程後96時間以内に供給するのが好ましく、72時間以内に供給するのがより好ましく、48時間以内に供給するのがさらに好ましく、24時間以内に供給するのが特に好ましく、12時間以内に供給するのが最も好ましい。
本発明においては、酸基含有モノマーとしてアクリル酸の製造設備と上記中和系の設備とが隣接して建設され、配管(パイプライン)で直結されていることが好ましい。パイプラインの長さとしては、特に制限されないが、30km以内が好ましく、10km以内がより好ましく、5km以内がさらに好ましい。パイプラインの途中に、必要により、アクリル酸の貯蔵タンクを設けてもよい。従来、アクリル酸の製造設備内での貯蔵や輸送に一定時間を有していたため、アクリル酸の製造後、上記中和系に供給されるまで、1週間前後〜数十日間も要し、粒子状吸水性樹脂の着色の原因にもなっていた。しかし、上記パイプラインにより、短時間でアクリル酸を上記中和系に供給することが可能となり、粒子状吸水性樹脂の着色を防止することができる。
また、上記パイプラインによる輸送時及び貯蔵時のアクリル酸の温度は、低温であることが好ましく、具体的には30℃以下が好ましく、融点〜25℃の範囲がより好ましい。なお、必要により貯蔵する場合、貯蔵タンクの大きさは生産量で適宜決定され、例えば、1〜500mである。
また、前記塩基性水溶液は、上記モノマーと中和反応し、塩(例えば、ナトリウム、リチウム、カリウム、アンモニウム、アミン類等の塩)を生成するものであれば、特に限定されないが、得られる粒子状吸水性樹脂の性能及びコスト面から、ナトリウム塩を生成するものがよく、具体的には水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。
また、上記塩基性水溶液は、塩基性物質の状態(常温で固体状態又は液体状態)に関わりなく水溶液とすることが、取り扱いの観点から好ましい。したがって、上記塩基性水溶液の濃度は、5〜80質量%が好ましく、10〜50質量%がより好ましい。また、上記塩基性水溶液の温度は、0〜50℃が好ましく、25〜50℃がより好ましい。
本発明において、中和系に供給された各種の酸基含有モノマー、特にアクリル酸の全量が中和される必要はなく、通常、アクリル酸の一部が中和せずに残存することとなる。つまり、中和系に存在する混合液には、未中和のアクリル酸と、アクリル酸塩とが含まれることになる。本発明においては、未中和のアクリル酸及び中和によって生じた塩の両方を合わせて、モノマー成分と称する。
本発明において、アクリル酸の中和率は、10〜90モル%が好ましく、20〜80モル%がより好ましく、25〜75モル%がさらに好ましい。アクリル酸の中和率を上記範囲に制御することで、粒子状吸水性樹脂中の残存モノマー量の低減が図れるほか、白色度に優れた粒子状吸水性樹脂を得ることができる。
本発明において、中和系に存在する混合液のモノマー成分濃度(以下、「モノマー濃度」と称することもある。)は、30〜70質量%が好ましく、30〜65質量%がより好ましく、45〜65質量%がさらに好ましい。モノマー濃度を上記範囲内に制御することで、優れた生産性が達成され、吸水性樹脂の白色度の向上に寄与する。
本発明において、中和系に存在する混合液の液温は、20〜60℃が好ましく、30〜50℃がより好ましい。上記液温を上記範囲内に制御することで、重合反応の抑制及び不純物の生成を抑制することができる。
本発明において、中和系における混合液の滞留時間(V/F)は、0.1〜10時間が好ましく、0.1〜5時間がより好ましく、0.1〜2時間がさらに好ましく、0.1〜1.7時間が特に好ましい。上記滞留時間を、上記範囲内に制御することで、白色度の高い粒子状吸水性樹脂が得られ、さらに、粒子状吸水性樹脂中の残存モノマー量を低減することができる。
本発明において、重合系に供給する混合液の流量Fは、30〜30000[kg/hr]が好ましく、100〜25000[kg/hr]がより好ましく、2000〜20000[kg/hr]がさらに好ましい。上記流量を上記範囲内に制御することで、白色度に優れた粒子状吸水性樹脂が得られ、さらに優れた生産性が達成される。
また、本発明では、後述する重合工程において、さらに中和処理を行ってもよい。この場合、重合系に供給された混合液は、ラインミキサー8で、さらに塩基性水溶液が供給される。この操作により、中和率が高められるが、酸基含有モノマーの中和率としては、30〜90モル%が好ましい。なお、重合系における中和処理を、本発明では「2段中和」と称する。
〔3〕ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法(ケース1〜3に共通)
以下に一般的な、あるいは本発明に有利なポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法を示す。ケース3の発明の構成要件であるカチオン性ポリマーの添加工程は、(3−7)に示す。従って、(3-1)から(3-6)までは、ケース1〜3に共通する。
また、ケース2およびケース3の発明の構成要件である蟻酸は、〔2〕アクリル酸(塩)で示したように単量体水溶液中に含まれている、および/または、以下の(3−1)〜(3−8)の工程のいずれか1つないし複数の工程で添加されるが、好ましくは、蟻酸は単量体水溶液に含まれているか、(3−2)ゲル細粒化工程、または(3−7)カチオン性ポリマーの添加工程で添加され、特に好ましくは、単量体水溶液に含まれているか、(3−7)カチオン性ポリマーの添加工程で添加される。なお、(3−7)カチオン性ポリマーの添加工程において、カチオン性ポリマーであるポリビニルアミン(ポリ(N−ビニルホルムアミド)の未加水分解物を含んでいても良い)と蟻酸を同時に添加できるため、プロセスが簡便になり、有利である。
蟻酸の添加量は、単量体水溶液に含まれている場合については上述したが、以下、(3−1)〜(3−8)の工程で添加される場合においては、カチオン性ポリマーの使用量によるが、吸水性樹脂(あるいは含水ゲル状架橋重合体の固形分)に対して、0.01〜5質量%、さらには後述の範囲である。
(3−1)重合工程
本発明の粒子状吸水性樹脂に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。好ましくは、この吸水性樹脂は、アクリル酸由来の構成単位を主成分として有している。この吸水性樹脂の製法は特に限定されないが、好ましくは、この吸水性樹脂は、アクリル酸および/またはその塩を主成分とする単量体成分を重合して得られる。なお、上記単量体由来の構成単位とは、例えば、重合反応によって、各単量体の重合性二重結合が開いた構造に相当する。重合性二重結合が開いた構造とは、例えば、炭素間の二重結合(C=C)が単結合(−C−C−)となった構造である。
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価塩が通常用いられ、好ましくはアクリル酸のアルカリ金属塩が用いられ、より好ましくはアクリル酸のナトリウム塩あるいはカリウム塩である。また、水膨潤性を有する範囲でカルシウム塩、アルミニウム塩等の多価金属塩が併用されてもよい。
本発明において得られる吸水性樹脂の中和率は、好ましくは部分中和であり、酸基に対して10モル%以上、90モル%未満であり、より好ましくは酸基に対して40モル%以上、80モル%未満、より好ましくは酸基に対して50モル%以上、74モル%未満である。中和率が10モル%未満の場合、吸収性能、特に吸水倍率が著しく低下する場合があり好ましくなく、また、中和率が100モル%、さらには90モル%以上の場合、吸収性能、特に加圧下吸水倍率の高い吸水性樹脂が得られないことや、経時着色が低下することがあり好ましくない。また、経時着色や吸収性能の観点から中和率を74モル%未満、さらには72モル%未満とすることが特に好ましい。
この中和は重合前の単量体成分に対して行っても良いし、重合中や重合後に重合体に対して行っても良い。さらには、単量体成分の中和と重合体の中和とが併用されても良い。好ましくは単量体成分としてのアクリル酸で中和される。
本発明において得られる吸水性樹脂の含水率は、後述の乾燥工程等を経て10質量%以下、好ましくは5質量%以下に調整されることが好ましい。
単量体としては、アクリル酸および/またはその塩(以下、アクリル酸(塩)と称する)を前記の範囲で使用するが、その他の単量体が併用されてもよい。単量体としてアクリル酸(塩)以外を用いる場合には、アクリル酸(塩)以外の単量体は、全単量体(主成分として用いられるアクリル酸(塩)の合計量を主成分とする単量体)に対して、その他の単量体が0〜50モル%であればよく、好ましくは0〜30モル%、より好ましくは0〜10モル%の割合で用いられる。その他の単量体を上記割合で使用することにより、最終的に得られる吸水性樹脂(および吸水性樹脂組成物)の吸収特性がより一層向上すると共に、吸水性樹脂(および吸水性樹脂組成物)をより一層安価に得ることができる。
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る。具体的には例えば、併用される単量体として水溶性または疎水性の不飽和単量体等が挙げられる。水溶性または疎水性の不飽和単量体としては、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)アクリレート等が挙げられる。 本発明に係る重合体には、上記された水溶性または疎水性の不飽和単量体を共重合成分とするものも含まれる。
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方法が好ましい。
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、(ポリオキシエチレン)グリセロールトリ(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、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ブタンジール、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、ポリエチレングリコール等の内部架橋剤の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、2個以上の重合性不飽和基を有する化合物を重合時に必須に用いることが好ましい。
内部架橋剤の使用量は、前記単量体に対して、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%である。上記内部架橋剤の使用量が0.005モル%よりも少ない場合、または、2モル%よりも多い場合には、所望の吸収特性が得られない恐れがある。
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で、単量体成分を水溶液とする場合、この水溶液(以下、単量体水溶液と称する)中の単量体成分の濃度は、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。また、上記水溶液重合または逆相懸濁重合を行う際には、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。
なお、重合に際し、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質量%、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、重合に際し、単量体に対して各種の発泡剤(炭酸塩、アゾ化合物、気泡等)、界面活性剤、キレート剤、連鎖移動剤等を、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。なお、重合時の上記水溶性樹脂または吸水性樹脂の使用は、グラフト重合体または吸水性樹脂組成物を与えるが、本発明では、澱粉−アクリル酸重合体やPVA−アクリル酸重合体等もポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂と総称する。
上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、水溶液重合または逆相懸濁重合により行われることが好ましい。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、窒素やアルゴン等の不活性気体雰囲気(例えば、酸素1容積%以下)で行われ、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1[mg/L]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、高生産性で高物性の吸水性樹脂を得るための、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(米国特許第4893999号、同第6241928号や米国特許出願公開第2005/215734号等に記載)、連続またはバッチニーダー重合(米国特許第6987151号や同第6710141号等に記載)が挙げられる。
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、米国特許第4625001号、同第4873299号、同第4286082号、同第4973632号、同第4985518号、同第5124416号、同第5250640号、同第5264495号、同第5145906号、同第5380808号等の米国特許や、欧州特許第0811636号、同第0955086号、同第0922717号、同第1178059号、同第1711541号、同第1799721号等の欧州特許に記載されている。これらの特許に記載の単量体、架橋剤、重合開始剤、およびその他添加剤も本発明では適用できる。
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、米国特許第4093776号、同第4367323号、同第4446261号、同第4683274号、同第5244735号等の米国特許に記載されている。
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黄変防止を達成するため、単量体成分を調製した時点から重合開始時までの合計時間は、短いほど好ましく、これらの合計時間は、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時間以内である。工業的には大量にタンクで中和や単量体成分の調製を行うため、滞留時間、即ち上記合計時間が24時間を越えることも通常であるが、単量体成分を調製後および/またはアクリル酸を中和後の時間(上記合計時間)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見出された。よって、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。
水溶液重合方法の中では、不飽和単量体水溶液の重合開始温度が40℃以上、さらには50℃以上、よりさらに60℃以上、特に70℃以上の高温重合が好ましい。かかる高温重合(高温開始重合)で得られた含水ゲル状架橋重合体に対して本発明を適用すると、本発明の効果が最大限に発揮できる。なお、上限は水溶液の沸点以下、好ましくは105℃以下である。
また、重合温度のピーク温度が95℃以上、より好ましくは100℃以上、さらには105℃以上の高温重合(沸騰重合)が好ましい。かかる沸騰重合で得られた含水ゲルに対して本発明を適用すると、粒度制御を含め本発明の効果が最大限に発揮できる。なお、上限は沸点以下、好ましくは130℃以下、さらには120℃以下で十分である。
なお、重合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、反応温度等に応じて適宜決定すればよいが、通常0.5分〜3時間、好ましくは1分〜1時間である。
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、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩、t−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化水素等のハイドロパーオキサイド、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩等のアゾ化合物、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と、さらに、これら重合開始剤の分解を促進するL−アスコルビン酸等の還元剤とを併用したレドックス系開始剤等が用いられる。重合開始剤の使用量は単量体に対して通常0.001〜1モル%、さらには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、紫外線等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、放射線、電子線、紫外線等の活性エネルギー線と重合開始剤とが併用されてもよい。
また、後述のキレート剤を重合時または重合途中の単量体水溶液に添加し重合することが本発明の効果をより発揮できる点で好ましい。
(3−2)ゲル細粒化工程
重合で得られた含水ゲル状架橋重合体はそのまま乾燥を行っても良いが、必要によりゲル粉砕機等を用いて細断された後乾燥される。本発明の色安定性吸水性樹脂粒子の形状は、特に制限なく、例えば、顆粒状・粉末状・フレーク状・繊維状等、任意の形態とすることができる。
従って細断は種々の方法で行われるが、例えば、任意形状の多孔構造を有するスクリュー型押出機から押し出して粉砕する方法を例示できる。押し出し粉砕にあたり、後述のキレート剤を水溶液の形態で添加することで、色変化をさらに低減させることも可能である。
(3−3)乾燥工程
本発明において好適に使用される乾燥温度は特に制限されないが、例えば、50〜300℃の範囲(100℃以下の場合は減圧下で行うことが好ましい)、好ましくは100〜250℃、さらに好ましくは150〜200℃で行われる。特にアクリル酸が上記重合不活性有機化合物を含有する場合、上記の温度範囲での乾燥、特に高温乾燥(好ましくは100〜250℃、さらに好ましくは150〜200℃)によって、重合不活性有機化合物を吸水性樹脂から除去できるため、より好ましい。
乾燥方法としては、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、流動床乾燥、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。好ましい態様として露点が40〜100℃、より好ましくは露点が50〜90℃の気体との接触乾燥を例示できる。
(3−4)粉砕ないし分級工程
乾燥により得られた本発明の経時色安定性吸水性樹脂粒子は、その目的に応じ必要により粒経制御のため粉砕、分級、調合等の工程を経ても良い。これらの方法については例えば、国際公開第2004/69915号に記載されている。
重合後の含水ゲル状架橋重合体を乾燥することで、乾燥物が得られる。乾燥物はそのまま乾燥粉末(好ましくは固形分80質量%以上)として使用してもよく、また、必要により乾燥後に粒度を調整してもよい。乾燥後の吸水性樹脂は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、粉砕、分級、造粒、微粉回収等で適宜調整できる。また、表面架橋工程を含む場合、好ましくは表面架橋工程後に同様の分級工程を含んでもよい。なお、上記乾燥工程後の分級工程を第1分級工程、表面架橋工程後の分級工程を第2分級工程と称する。
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、特に好ましくは350〜450μm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(さらには710μm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。また、本発明では好ましくは850〜150μmの割合、さらには710〜150μmの割合が95質量%以上さらには98質量%以上(上限100質量%)で表面架橋される。粒度分布の対数標準偏差(σζ)は0.25〜0.45、好ましくは0.30〜0.40、好ましくは0.32〜0.38とされる。これらの測定方法については、標準篩を用いて、例えば、国際公開第2004/69915号やEDANA−ERT420.2−02に記載されている。上記表面架橋前の粒度は好ましくは表面架橋後さらには最終製品(別称;吸水剤ないし粒子状吸水性樹脂)にも適用される。
(3−5)微粉リサイクル工程
本発明で好ましくは微粉リサイクルされ、上記分級工程後の吸水性樹脂微粉を乾燥工程以前にリサイクルする工程をさらに含む。微粉がリサイクルされることで、粒度制御ないし吸水速度や通液性の向上に寄与できる。微粉リサイクル量は粉砕物中の0.1〜40質量%、さらには1〜30質量%、特に5〜25質量%の範囲で適宜決定される。
微粉リサイクル法としては公知の方法が用いられ、単量体にリサイクル(例えば、米国特許第5455284号、同第5342899号、同第5264495号、米国特許出願公開第2007/0225422号)、含水ゲル状架橋重合体にリサイクル(米国特許出願公開第2008/0306209号、米国特許第5478879号、同第5350799号)、造粒工程にリサイクル(米国特許第6228930号、同第6458921号)、ゲル化工程にリサイクル(米国特許第4950692号、同第4970267号、同第5064582)等が挙げられるが、これらの中では重合工程ないし(必要により造粒ないし水和させて)乾燥工程にリサイクルすることが好ましい。
(3−6)表面架橋工程
本発明で得られる経時色安定性吸水性樹脂粒子は、上記工程後に、従来から知られている表面架橋処理工程を経て、より衛生材料向けに好適な経時色安定性吸水性樹脂とすることができる。なお、表面架橋は乾燥と同時に行ってもよいが、好ましくは乾燥工程後、さらに好ましくは分級工程後に行われる。表面架橋とは、吸水性樹脂の表面層(表面近傍:吸水性樹脂表面から通常数10μm前後)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、表面架橋剤との架橋反応等で形成できる。
本発明で用いることの出来る表面架橋剤としては、種々の有機または無機架橋剤を例示できるが、物性や取り扱い性の観点から、カルボキシル基と反応しうる架橋剤が好ましく使用できる。例えば、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、オキセタン化合物、環状尿素化合物等を例示できる。
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−オキサゾリジノン等のオキサゾリジノン化合物;エチレンカー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が、特に限定されるものではない。
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、吸水性樹脂粒子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、表面架橋剤に合わせて水が使用され得る。この際、使用される水の量は、吸水性樹脂粒子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ることも可能である。
この際、使用される親水性有機溶媒の量は、吸水性樹脂粒子100質量部に対し、0〜10質量部、好ましくは0〜5質量部の範囲である。また吸水性樹脂粒子への架橋剤溶液の混合に際し、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米国特許第7473739号に例示されている。
上記表面架橋剤溶液の混合に用いられる混合装置としては、種々の混合機が使用できるが、好ましくは、高速攪拌型混合機、特に高速攪拌型連続混合機が好ましく、例えば、商品名タービュライザ(日本のホソカワミクロン社製)や商品名レディゲミキサー(ドイツのレディゲ社製)等を例示できる。
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、必要によりその後の冷却処理される。加熱温度は70〜300℃、好ましくは120〜250℃、より好ましくは150〜250℃であり、加熱時間は、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。本発明の粒子状吸水性樹脂の製造方法における表面処理は、吸水性樹脂表面の架橋密度を高めるための表面架橋反応する工程であり、本発明の粒子状吸水性樹脂の性能を得るため、150℃以上、250℃以下の温度範囲で行われることが好ましい。150℃未満の場合、粒子状吸水性樹脂の表面架橋が十分でなく、加圧下吸水倍率や食塩水流れ誘導率が低くなる。また、250℃より高い場合、粒子状吸水性樹脂が着色する場合があり好ましくない。
これらの表面架橋処理方法は、欧州特許第0349240号、同第0605150号、同第0450923号、同第0812873号、同第0450924号、同第0668080号等の各種欧州特許や、日本国特開平7−242709号、同7−224304号等の各種日本特許、米国特許第5409771号、同第5597873号、同第5385983号、同第5610220号、同第5633316号、同第5674633号、同第5462972号等の各種米国特許、国際公開第99/42494号、同第99/43720号、同第99/42496号等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。また表面架橋処理工程において、上記架橋反応の後、さらに硫酸アルミニウム水溶液のような水溶性多価金属塩を添加しても良い。これらの方法については国際公開第2004/69915号、同第2004/69293号等にも記載されており、本発明に適用できるものである。
また、表面架橋と同時あるいは表面架橋後に後述の多価金属および/あるいはカチオン性ポリマーを添加しても良い。
(3−7)カチオン性ポリマーの添加工程(ケース3のみ)
ケース3の発明の製造方法はカチオン性ポリマーの添加工程、特に吸水性樹脂粉末の表面へのカチオン性ポリマーの添加工程を含んでいる。ここで、添加されたカチオン性ポリマーは吸水性樹脂の表面被覆ないし表面架橋に作用して、吸水性樹脂の通液性や形態保持性などを向上させる。カチオン性ポリマーは、架橋体でもよく、ホモポリマーでもよく、共重合体でもよく、一部または全部が水膨潤性や水不溶性でもよいが、好ましくは水溶性のカチオン性ポリマーが使用される。なお、上記「水溶性」とは、25℃の水100gにカチオン性ポリマーが1g以上、さらには10g以上、特に50g以上、溶解することをいう。
上記カチオン性ポリマーは、乾燥工程以降の吸水性樹脂に、好ましくは表面架橋工程の前、途中(同時)または後の吸水性樹脂に、より好ましくは表面架橋と同時または表面架橋後の吸水性樹脂に、特に好ましくは表面架橋後の吸水性樹脂に添加される。かかるカチオン性ポリマーの添加において、カチオン性ポリマーは吸水性樹脂の表面を被覆ないし反応するが、ケース3の発明では好ましくは蟻酸がさらに吸水性樹脂の表面にも添加される。かかる蟻酸とカチオンポリマーで吸水性樹脂の表面を被覆することで、通液性や形態保持性のみならず、カチオン性ポリマーで問題となりやすい吸水性樹脂の着色(経時着色)が飛躍的に改善し、紙オムツ中で着色もなく高い濃度で吸水性樹脂を使用することができる。
上記カチオン性ポリマーは、蟻酸と同時に、あるいは別々に添加してもよく、また、それらを併用してもよいが、本発明の効果の面から、カチオン性ポリマーと蟻酸との混合物が吸水性樹脂に混合されるのが好ましい。同時に混合することで、カチオン性ポリマー由来の着色が効率的に防止されると推定される(この機構は本発明を制限しない)。
(混合溶媒)
かかるカチオン性ポリマーと蟻酸はそのまま混合してもよいが、均一な混合性による物性向上の観点から、好ましくは溶液、さらに好ましくは水溶液として吸水性樹脂に混合される。使用する水やその他溶媒(好ましくは親水性溶媒、特に低級アルコール)の量は、カチオン性ポリマーの種類や使用量で適宜決定されるが、好ましくは、水が0.01〜20質量部、さらには0.1〜10質量部、特に0.5〜8質量部で使用される。混合時の水溶液濃度も適宜決定され、例えば、1〜100質量%、さらには5〜80質量%、10〜60質量%である。
(混合量)
カチオン性ポリマーの混合量は、重合体100質量部に対して、0.01〜5質量部であり、好ましくは0.05〜4.5質量部、より好ましくは0.1〜4質量部、さらに好ましくは0.3〜3.5質量部の範囲内で適宜決定される。
また、蟻酸の混合量は、重合体100質量部に対して、0.0001〜5質量部であり、好ましくは0.001〜4.5質量部、より好ましくは0.01〜4質量部、さらに好ましくは0.1〜3.5質量部の範囲内で適宜決定される。
カチオン性ポリマーと蟻酸との混合物における質量比も適宜決定されるが、カチオン性ポリマー:蟻酸として、好ましくは1:20〜20:1、より好ましくは1:10〜10:1、さらに好ましくは1:5〜5:1、特に好ましくは1:3〜3:1、最も好ましくは1:2〜2:1の範囲内である。
なお、上記の蟻酸量は前記の蟻酸、すなわち重合時に必要により700ppm以下で含有(好ましくは1〜700ppm)の蟻酸も含めた全蟻酸量で規定される。また、蟻酸の塩は蟻酸に質量換算する(例;HCOONa(分子量68)はHCOOH(分子量46))ことで規定する。
(混合方法)
カチオン性ポリマーと蟻酸の混合は、表面架橋に使用される混合機、加熱処理機、冷却機、あるいは表面架橋とは別の混合機等で混合でき、必要により混合後に加熱ないし溶解を乾燥、好ましくは20〜150℃、さらには50〜120℃で加熱ないし乾燥してもよい。
(添加時期)
蟻酸が重合時の単量体に上記の濃度で含有されている場合、さらに、重合時の蟻酸含有量を超える量の蟻酸とカチオン性ポリマーとの混合物を吸水性樹脂に混合する。好ましいカチオン性ポリマーはポリビニルアミン、または、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物であるが、後述のカチオン性ポリマーも使用ないし併用できる。カチオン性ポリマーとして、蟻酸を所定量含有させたポリ(N−ビニルホルムアミド)の完全加水分解物または部分加水分解物、好ましくは部分加水分解物の使用はケース3の発明において好ましい方法の一つである。蟻酸の使用量は吸水性樹脂に対し重合時およびカチオン性ポリマーの添加時および合計量で上記範囲である。この工程での蟻酸の添加は重合工程や乾燥工程における蟻酸の蒸散がないため、蟻酸由来の酸臭の問題も少なく、重合工程や乾燥工程以前に蟻酸を加える場合と比べてロスが少なく、使用量に対して経時着色の抑制効果が高い。また、単量体水溶液に700ppmより多く蟻酸が含まれると、蟻酸の添加量以上に水可溶分が増加するが、重合工程以降はこのような水可溶分の問題は起らない。
すなわち、カチオン性ポリマーを使用する場合、着色防止効果の観点から蟻酸はカチオン性ポリマーとの混合物、特に混合物水溶液で添加される。さらに、臭気の観点から蟻酸は塩型(アルカリ金属塩またはカチオン性ポリマー塩)で添加される。蟻酸とカチオン性ポリマーが別々に混合される場合、カチオン性ポリマー由来の着色に対して蟻酸が均一に添加されないため、着色防止効果が劣ったり、また、カチオン性ポリマーと別に存在する吸水性樹脂表面の蟻酸が臭気の原因となったりすることもある。
(カチオン性ポリマー)
上記カチオン性ポリマーとして、好ましくはポリビニルアミン、または、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物である。その他のカチオン性ポリマーとしては、第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基およびそれらの塩、および第4級アルキルアンモニウム塩から選ばれる少なくとも1種を含むポリマーが好ましく使用される。この場合、アミノ基の塩とは、アミノ基窒素が無機酸あるいは有機酸で中和されるか、または、アミノ基窒素と求電子試薬との反応により得られたものである。中和に使用可能な無機酸としては、例えば、炭酸;ホウ酸;塩酸、フッ化水素酸等の水素酸;硫酸、亜硫酸、硝酸、亜硝酸、リン酸、次亜リン酸、亜リン酸、オルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸等のポリリン酸、トリポリリン酸、ウルトラリン酸(酸性メタリン酸)、過塩素酸等の酸素酸;上記酸素酸の塩;等をあげることができ、有機酸としては、例えば、カルボン酸、スルフィン酸、スルホン酸、フェノール酸、エノール(カルボニル化合物の互変異性体)、メルカプタン、イミド(酸イミド)、オキシム、スルホンアミド等の酸性の官能基を有する化合物が挙げられ、具体的には、蟻酸、酢酸、プロピオン酸グリコール酸、乳酸、トリクロロ乳酸、グリセリン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、タルトロン酸、没食子酸等のオキシ酸;アスパラギン酸等のアミノ酸;p−トルエンスルホン酸、等を例示できる。求電子試薬として使用可能なものとしては、例えば、ヨードメタン、ヨードエタン、2−ヨードプロパン、ベンジルヨージド、ブロモメタン、ブロモエタン、2−ブロモプロパン、ベンジルブロミド、クロロメタン、クロロエタン、2−クロロプロパン、ベンジルクロライド等のアルキルハライド;ジエチル硫酸、ジメチル硫酸等のアルキル硫酸等を挙げることができる。上記の無機酸、有機酸、求電子試薬はそれぞれ単独で使用されたり、2種以上併用されたりする。
カチオン性ポリマーの具体例としては、例えば、ポリエチレンイミン、エチレンイミンのグラフトにより変成された変性ポリアミドアミン、プロトン化ポリアミドアミン、ポリアミドアミンとエピクロルヒドリンの縮合物、アミン類とエピクロルヒドリンの縮合物、ポリ(ビニルベンジルジアルキルアンモニウム)、ポリ(ジアリルアルキルアンモニウム)、ポリ(2−ヒドロキシ−3−メタクリロイルオキシプロピルジアルキルアミン)、ポリエーテルアミン、ポリビニルアミン、変性ポリビニルアミン、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物、ポリ(N−ビニルアルキルアミド)の部分加水分解物、(N−ビニルホルムアミド)−(N−ビニルアルキルアミド)共重合体の部分加水分解物、ポリアルキルアミン、ポリビニルイミダゾール、ポリビニルピリジン、ポリビニルイミダゾリン、ポリビニルテトラヒドロピリジン、ポリジアルキルアミノアルキルビニルエーテル、ポリジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、ポリアリルアミン、ポリアミジン、澱粉やセルロースのカチオン化物および、これらの塩もしくは求電子試薬との反応物等のカチオン性高分子電解質である。ここでいうポリアミジンとは、分子内にアミジン環を有する高分子のことであり、N−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルを共重合後、酸処理することにより得られたものがより好ましい。ポリアミジンの具体例としては、特許第2624089号に記載されている、アミジン構造を有するカチオン性高分子等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
これらの中でも本発明の効果の面から、ポリアミジンまたはその塩、ポリビニルアミンまたはその塩、ポリビニルアミン−ポリ(N−ビニルホルムアミド)の共重合体またはその塩、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物またはその塩から選ばれる少なくとも1種を含むカチオン性ポリマー、さらには、ポリビニルアミンまたはその塩、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物またはその塩が好適であり、これらのカチオン性ポリマーは0〜30モル%、さらには0〜10モル%程度の他の繰り返し単位を含んでもでもよい。これらのカチオン性ポリマーの製造方法は問わないが、特にポリ(N−ビニルホルムアミド)を加水分解する方法ではアミン基を持つカチオン性ポリマーと蟻酸(塩)が生成し、この部分加水分解物またはその塩と蟻酸の混合物の使用はカチオン性ポリマーと蟻酸の添加を同時に行うことが出来るので、プロセスの簡略化の点から好ましい。なお、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物の製造に当たっては蟻酸が所定量残存するように、精製しない、または蟻酸が除かれないような精製方法をとるべきである。
ポリ(N−ビニルホルムアミド)の完全または部分加水分解物(好ましくは部分加水分解物)またはその塩の加水分解率は10〜100モル%、さらには20〜95モル%、特に30〜90モル%が好ましい。なお、加水分解率は、加水分解前のホルムアミド基(モル数)に対し、加水分解してできたアミン基(モル数)の割合(%)を示す。ここで100モル%加水分解物はポリビニルアミンないしその塩に該当する。
(分子量)
カチオン性ポリマーは、好ましくは重量平均分子量が2000以上であり、より好ましくは数平均分子量が2000以上であり、さらに好ましくは重量平均分子量が5000以上、最も好ましくは重量平均分子量が10000以上かつ数平均分子量が5000以上である。重量平均分子量が2000未満であると期待する効果が得られなくなるおそれがある。なお、平均分子量の測定は、数平均分子量は粘度法によって測定し、重量平均分子量は平衡沈降法によって測定される。また、その他ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、静的光散乱法等によっても測定できる。コスト面から、上限は重量平均分子量が500万程度、さらには100万程度で十分である。
(架橋されたカチオン性ポリマー)
架橋されてなるカチオン性ポリマーを得る方法としては、対応するカチオン性基を含有する単量体を重合する際に他の共重合性架橋剤と共重合して架橋重合体としたり、カチオン性ポリマーをその官能基(たとえばアミノ基)と反応しうる基を2個以上有する架橋剤で架橋したりする等、従来公知の方法でカチオン性ポリマーに架橋構造を導入することができる。これらカチオン性ポリマー架橋体を水膨潤性として、200質量部以下の範囲で、ポリアクリル酸系吸水性樹脂、特に低中和ないし未中和のポリアクリル酸系吸水性との組成物して、酸塩基型の吸水性樹脂組成物としてもよい。
架橋剤としては、その官能基がアミノ基である場合には、例えば、エポキシ基、ケトン基、アルデヒド基、アミド基、ハロゲン化アルキル基、イソシアネート基、カルボキシル基、酸無水物基、酸ハライド基、アミド結合部分、エステル結合部分、活性二重結合等を1分子あたり2個以上有する、従来一般に用いられている化合物を使用できる。このような架橋剤としては、例えば、ビスエポキシ化合物、エピクロロヒドリン、ハロヒドリン類、ジブロモエチレン等のジハロゲン化物、ホルマリン、グリオキサール等のジアルデヒド化合物、(ポリ)エチレングリコール類のジグリシジルエーテル、(ポリ)プロピレングリコール類のジグリシジルエーテル、ネオペンチルアルコール等のジアルコールのジグリシジルエーテル類、グリセロールのポリジグリシジルエーテル類、メチレンビスアクリルアミド、ジアクリレート化合物等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
(カチオン密度)
また、本発明のカチオン性ポリマーはカチオン密度が2[mmol/g]以上であることが好ましく、4[mmol/g]以上であることがさらに好ましく、6[mmol/g]以上であることが最も好ましい。カチオン密度が2[mmol/g]未満であると、吸水性樹脂とカチオン性ポリマーを混合して得られた吸水性樹脂における、膨潤後の吸水性樹脂集合体の保型性が十分でなくなるおそれがある。上限は繰り返し単位で適宜決定されるが、30[mmol/g]以下、さらには25[mmol/g]以下である。
(3−8)その他添加剤を添加する工程(ケース1〜3に共通)
(a)キレート剤
本発明の粒子状吸水性樹脂の製造方法は、さらなる着色防止や劣化防止から、キレート剤の添加工程を含む。本発明のキレート剤としては、効果の面から高分子または非高分子、中でも非高分子が好ましく、アミノ多価カルボン酸、有機多価燐酸、アミノ多価燐酸から選ばれる化合物、特に非高分子化合物であることが好ましい。好適なキレート剤は欧州特許第940148号に例示されている。
上記キレート剤の分子量は、効果の面から100〜5000が好ましく、さらには200〜1000である。ここで、多価とは1分子中に複数の該官能基を有し、好ましくは2〜30、さらには3〜20、4〜10個の該官能基を有する。
本発明の粒子状吸水性樹脂中に含まれるキレート剤は、0.001〜0.1質量%の範囲が好ましく、より好ましくは0.002〜0.05質量%、さらにより好ましくは0.003〜0.04質量%、特に好ましくは0.004〜0.02質量%の範囲である。キレート剤が0.001質量%未満の場合、粒子状吸水性樹脂の経時着色が大きくなるため好ましくない。キレート剤が0.1質量%より多い場合、粒子状吸水性樹脂の初期色調が悪化するため好ましくない。なお、経時着色とは、高温、高湿度下長期に保存した場合等の粒子状吸水性樹脂の着色を言い、初期色調とは、製造し得られた時点での粒子状吸水性樹脂の色調ないし着色度合いを言う。
(b)無機還元剤
本発明の製造方法では、さらなる着色防止や劣化防止、残存モノマー低減から、無機還元剤を好ましくは添加する工程を含む。本発明の無機還元剤としては、硫黄原子を含む無機還元剤、リン原子を含む無機還元剤が挙げられる。無機還元剤は酸型でもよいが、好ましくは塩型であり、塩としては1価〜多価金属塩、さらには1価塩である。好適な無機還元剤は米国特許出願公開第2006/074160号に例示され、亜硫酸(水素)塩等が好ましくは使用される。
本発明の吸水性樹脂中に含まれる無機還元剤は0.01〜1.5質量%、さらには0.05〜1.0質量%の範囲が好ましく、特に好ましくは0.05〜0.5質量%の範囲である。無機還元剤が0.01質量%未満の場合、本願発明の粒子状吸水性樹脂が経時着色が大きくなるため好ましくない。無機還元剤が1.5質量%より多い場合、粒子状吸水性樹脂の臭気が強くなるため好ましくなく、特に粒子状吸水性樹脂が水性液を吸収した後の臭気が強くなるため好ましくない。
本発明の無機還元剤は、臭気の観点より表面架橋処理工程の後に添加される。無機還元剤を表面架橋処理工程、あるいはその前に添加される場合、得られた粒子状吸水性樹脂が異臭を有する場合があり好ましくなく、特に得られた粒子状吸水性樹脂が水性液を吸収した後、異臭を発生するので好ましくない。かかる臭気は単なる無機還元剤の臭気に限らず、表面架橋工程、特に高SFCや高AAPを目指す表面架橋工程で副生する臭気と推定される。
(c)α−ヒドロキシカルボン酸化合物
本発明の粒子状吸水性樹脂は、さらなる着色防止等から、α−ヒドロキシカルボン酸化合物を含むことが好ましい。本発明のα−ヒドロキシカルボン酸化合物とは、分子内にヒドロキシル基を併せ持つカルボン酸またはその塩のことで、α位ヒドロキシル基を有するヒドロキシカルボン酸化合物である。
α−ヒドロキシカルボン酸化合物は非高分子α−ヒドロキシカルボン酸類が好ましく、添加のしやすさ、添加効果の点から分子量は40〜2000、さらには60〜1000、特に100〜500の範囲であり、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類として、グリコール酸、酒石酸、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)、ポリα−ヒドロキシアクリル酸(塩)等が挙げられる。中でも、乳酸(塩)、リンゴ酸(塩)が好ましく、乳酸(塩)がより好ましい。
これらα−ヒドロキシカルボン酸化合物の使用量は、コストパーフォーマンスの観点から、粒子状吸水性樹脂中に0.05〜1.0質量%の範囲が好ましく、より好ましくは0.05〜0.5質量%、さらに好ましくは0.1〜0.5質量%の範囲である。また、特定範囲のp−メトキシフェノール、キレート剤および無機還元剤と含む本発明の粒子状吸水性樹脂がさらにα−ヒドロキシカルボン酸化合物を含むことで本願発明の前述の効果をより高めることができる。
(d)多価金属塩
本発明の粒子状吸水性樹脂は、通液性(SFC)向上等から、多価金属塩を含むことが好ましい。なお、ケース3の発明では、多価金属塩に変えてカチオン性ポリマーを用いるので、多価金属塩を使用しなくてもよいが、0〜1質量部で併用してもよい。
本発明の多価金属塩としては、多価金属の有機酸塩または無機酸塩であり、アルミニウム、ジルコニウム、鉄、チタン、カルシウム、マグネシウム、亜鉛等多価金属塩が好ましい。多価金属塩は水溶性、非水溶性のいずれでも良いが、水溶性多価金属塩が好ましく、25℃の水に2質量%以上、さらには5質量%以上、溶解する水溶性多価金属塩が使用できる。具体的には、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、硝酸ジルコニウム等の無機酸塩、それら多価金属の乳酸塩、酢酸塩等の有機酸塩を例示することができる。また、尿等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。
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水塩等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い。
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。
本発明の粒子状吸水性樹脂中に含まれる多価金属塩は0〜5質量%、さらには0.001〜3質量%、より好ましくは0.01〜2質量%の範囲である。多価金属塩が5質量%より多い場合、吸収性能、特に吸水倍率が著しく低下する場合があり好ましくなく、また、着色を引き起こす場合があり好ましくない。
(e)界面活性剤
本発明では好ましくはさらに界面活性剤が混合される。界面活性剤の吸水性樹脂表面への混合さらには存在によって、より物性が向上ないし安定化する。界面活性剤は好ましくは乾燥工程後の吸水性樹脂、さらには、表面架橋工程の前、途中(同時)または後の吸水性樹脂に対して、さらには、カチオン性ポリマーの混合と同時または混合後に添加される。
使用できる界面活性剤は米国特許第6107358号等に例示され、その使用量は吸水性樹脂100質量部に対して0〜1質量部、さらには0.0001〜0.5質量部、特に0.001〜0.1質量部の範囲である。界面活性剤の使用量が多いと、コスト面で不利であるだけでなく、吸水性樹脂の表面張力の低下による紙オムツでの戻り量増大も引き起こすことがあり、好ましくない場合がある。
(f)水不溶性無機微粒子
本発明では好ましくはさらに水不溶性無機微粒子が混合される。水不溶性無機界面活性剤の吸水性樹脂表面への混合さらには存在によって、より物性が向上ないし安定化する。界面活性剤は好ましくは乾燥工程後の吸水性樹脂、さらには、表面架橋工程の前、途中(同時)または後の吸水性樹脂に対して、添加される。ケース3では、カチオン性ポリマーの混合と同時または混合後、特にカチオン性ポリマーの混合後に添加される。
(g)その他添加剤
さらに、その目的機能に応じて、種々の機能を付与させるため、リン原子を含む化合物、酸化剤、有機還元剤、金属石鹸等の有機粉末、消臭剤、抗菌剤、パルプや熱可塑性繊維等が、0〜3質量%、好ましくは0〜1質量%添加されても良い。なお、界面活性剤としては、国際公開第2005/075070号記載の界面活性剤が好ましく例示される。
(好適な物性;ケース1〜3に共通)
本発明の製造方法は、着色との両立が困難であった、高いCRC、高い通液性(SFC)の吸水性樹脂の製造方法に好適に適用される。得られる吸水性樹脂は、CRCが25[g/g]以上、AAPが20[g/g]以上、SFCが50[×10−7・cm・s・g−1]以上である。さらには後述のAAP、SFCの範囲、さらにはその他後述の物性を示す吸水性樹脂の製造方法に好適に適用できる。
〔4〕粒子状吸水性樹脂の物性
(4−1;ケース2の製造方法で得られる吸水性樹脂の物性)
ケース2の製造方法では、着色の少ない優れた吸水性樹脂として、蟻酸を1〜500ppm含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を提供する。好ましい蟻酸の範囲は上記のとおりである。
また、ケース2の製造方法で得られる吸水性樹脂は着色の少ない優れた吸水性樹脂として、重合時の単量体を主な由来として、蟻酸を1〜500ppm含んでおり、さらには上記の範囲である。また好ましくは重合時の単量体を主な由来として、フェノール系化合物(特にp−メトキシフェノール)を1〜200ppm含んでおり、さらには上記の範囲である。また、中和に用いた塩基を主な由来として、好ましくは、ケース2の吸水性樹脂は鉄(Fe)が2ppm以下(Fe換算で約2.8ppm)、さらには1.5ppm以下、特に1ppm以下、0.5ppm以下で含まれており、さらに下限は0.001ppm、さらには0.01ppmである。(例えば、NaOHにFeが10ppm(*55.85*2/158.7)の場合、得られるポリアクリル酸ナトリウムには中和率75%で約33%のFeが残存するため、約2ppmのFe量となる)。所定量の鉄は使用後に廃棄する際の吸水性樹脂の分解を促進するが、過剰の鉄は使用時の劣化や使用前の着色の原因となり好ましくない。
ケース2の製造方法で得られる吸水性樹脂は着色物質である鉄やメトキシフェノールを含んでいても、蟻酸を用いることで、着色が少ない。さらに、好ましくはケース2の吸水性樹脂は着色および通液性に優れた吸水性樹脂として、多価金属塩またはカチオン性ポリマーを上記範囲で含む。さらに、好ましくはケース2の吸水性樹脂は着色および通液性に優れた吸水性樹脂として、キレート剤および/またはヒドロキシカルボン酸(特に乳酸)を上記範囲で含む。
(4−2;ケース3の製造方法で得られる吸水性樹脂の物性)
一方、ケース3の製造方法では、吸水性樹脂の鉄分含有量が2ppm以下、蟻酸含有量が1〜50000ppm、および重合体100質量部に対してカチオン性ポリマー含有量が0.01〜5質量部であるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を提供する。かかる吸水性樹脂は、蟻酸を乾燥工程後に添加する場合、好ましくは、吸水性樹脂の表面が蟻酸およびカチオン性ポリマーで被覆されてなる。さらに、重合時に蟻酸が含有される場合、吸水性樹脂の内部にも蟻酸がさらに含有することによって、より着色が防止される。
ケース3においては、好ましいカチオン性ポリマーおよびその含有量や質量比は上記範囲であり、好ましくは、カチオン性ポリマーがポリビニルアミンまたはその塩、または、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物またはその塩である。例えば、上記カチオン性ポリマーと蟻酸の混合物における質量比は1:20〜20:1の範囲であることが好ましく、さらには上記の範囲である。
ケース3においても、重合の安定化のみならず、得られた吸水性樹脂の耐光性から、p−メトキシフェノール系化合物の含有量が1〜200ppmであり、さらには上記範囲であることが好ましい。
ケース3の製造方法により得られる吸水性樹脂は上記課題を解決するために、好ましくは、CRCが25[g/g]以上、AAPが20[g/g]以上、SFCが50[×10−7・cm・s・g−1]以上である。また、好ましくは、界面活性剤を上記範囲で含有する。好ましくはカチオン性ポリマーと蟻酸の質量比が1:20〜20:1の範囲であり、好ましくは水不溶性無機微粒子を上記範囲で含有する。
ケース3の吸水性樹脂にもケース2と同様に、中和に用いた塩基を主な由来として、鉄分が含まれる。その含有量としては2ppm(Fe換算で約2.8ppm)以下であり、好ましくは1.5ppm以下、より好ましくは1ppm以下、さらに好ましくは0.5ppm以下である。また、鉄分含有量の下限値としては、0.001ppm以上であり、好ましくは0.01ppm以上である。なお、Feとしての含有量が10ppmであるNaOHで中和する場合、中和率75モル%のアクリル酸ナトリウム中の鉄分含有量は、約3ppmとなる((10×55.85×2/159.7)×40/88.55=約3ppm)。かかる所定量の鉄は、使用後に廃棄する際の吸水性樹脂の分解を促進するが、過剰の鉄は使用時の劣化や使用前の着色の原因となり好ましくない。
鉄量の制御は、中和に用いる塩基(特に苛性ソーダ)の制御で主に行われ、その他、原料(アクリル酸、架橋剤、水等)の微量鉄の制御、さらには重合装置やモノマー配管等の各種吸水性樹脂の装置や配管の樹脂コート、ガラスコート、ステンレス鋼制御等で行える。なお、塩基中や吸水性樹脂中の鉄量は、例えば、JIS K1200−6に記載のICP発光分光分析方法で定量でき、定量方法の参考文献として、国際公開第2008/090961号を参照することができる。
ケース3の吸水性樹脂も、着色物質である鉄やメトキシフェノールを含んでいても、蟻酸を用いることで、着色が少ない。さらに、好ましくはケース3の吸水性樹脂は着色および通液性に優れた吸水性樹脂として、多価金属塩またはカチオン性ポリマーを上記範囲で含む。さらに、好ましくはケース3の吸水性樹脂は着色および通液性に優れた吸水性樹脂として、キレート剤および/またはヒドロキシカルボン酸(特に乳酸)を上記範囲で含む。
(4−3;ケース1〜3に共通する吸水性樹脂の物性)
本発明のケース1,ケース2,ケース3の各製造方法で得られる吸水性樹脂は、次の物性を達成することが好ましい。衛生材料、特に紙オムツを目的とする場合、上記重合や表面架橋をもって、下記(a)〜(k)の少なくとも1つ、さらにはAAPを含め2つ以上、特に3つ以上に制御されることが好ましい。下記を満たさない場合、後述の高濃度オムツでは十分な性能を発揮しないことがある。
本発明の各製造方法は下記の吸水性樹脂の製造方法に好適に適用できるが、好ましくは、通液性(SFC)や吸水速度(FSR)の制御および向上に適用できる。なお、下記および実施例の物性は断りのない限りEDNA法で規定される。
(a)加圧下吸水倍率(AAP)
AAPは20[g/g]以上、好ましくは22[g/g]以上であり、より好ましくは23[g/g]以上であり、さらに好ましくは24[g/g]以上であり、最も好ましくは25[g/g]以上である。AAPの上限値は特に限定されないが、好ましくは30[g/g]以下である。AAPが20[g/g]未満の場合、粒子状の吸水性樹脂が吸水体に使用された場合、吸水体に圧力が加わった際の液の戻り(通称リウェット:Re−Wetといわれる)が少ない吸水性樹脂を得ることができなくなるおそれがある。AAPは、例えば、上記表面架橋、特に粒度制御後の表面架橋で調整できる。
(b)通液性(SFC)
SFCは、好ましくは30[×10−7・cm・s・g−1]以上であり、より好ましくは50[×10−7・cm・s・g−1]以上であり、さらに好ましくは70[×10−7・cm・s・g−1]以上であり、特に好ましくは80[×10−7・cm・s・g−1]以上である。
SFCが30[×10−7・cm・s・g−1]未満の場合、液透過性が向上せず、粒子状吸水性吸水剤が吸水体に使用された場合に、吸水体への液の取り込み速度に優れる吸水性樹脂を得ることができなくなるおそれがある。SFCの上限は特に指定されないが、好ましくは3000[×10−7・cm・s・g−1]以下であり、より好ましくは2000[×10−7・cm・s・g−1]以下である。SFCが3000[×10−7・cm・s・g−1]よりも大きい場合、粒子状吸水性樹脂が使用された場合に、吸水体での液漏れが発生する場合がある。SFCは上記の表面架橋や粒度、上記)の多価金属塩やカチオン性ポリマー等で制御できる。中でもSFCは例えば粒度制御後の下記CRCまでの表面架橋で調整でき、さらにはカチオン性ポリマーが使用される。
(c)無加圧下吸水倍率(CRC)
無加圧下吸水倍率(CRC)は、好ましくは5[g/g]以上であり、より好ましくは15[g/g]以上であり、さらに好ましくは25[g/g]以上である。CRCの上限値は、特に限定されないが、好ましくは70[g/g]以下であり、より好ましくは50[g/g]以下であり、さらに好ましくは40[g/g]以下である。
CRCが5[g/g]未満の場合、粒子状の吸水性樹脂を吸水剤に用いた場合、吸収量が少なすぎ、紙オムツ等の衛生材料の使用に適さない。また、CRCが70[g/g]よりも大きい場合、粒子状の吸水性樹脂が紙オムツ等吸水体に使用された場合、吸水体への液の取り込み速度に優れる吸水性樹脂を得ることができなくなる場合がある。CRCは上記の内部架橋剤や表面架橋剤等で制御できる。CRCが上記範囲から外れると、SFCやAAPも上記(a)(b)の範囲を満たさなくなる恐れがあり、よって、好ましくは表面架橋で上記CRCの範囲まで架橋すればよい。
(d)水可溶分
水可溶分は好ましくは35質量%以下であり、より好ましくは25質量%以下であり、さらに好ましくは15質量%以下である。
水可溶分が35質量%を超える場合、ゲル強度が弱く、液透過性に劣ったものとなることがある。また粒子状吸水性吸水剤が吸水体に使用された場合、吸水体に圧力が加わった際の液の戻り(通称リウェット:Re−Wet)が少ない吸水性樹脂を得ることができなくなるおそれがある。水可溶分は上記の内部架橋剤等で制御できる。
(e)残存モノマー
本発明にかかる粒子状の吸水性樹脂は、安全性の観点より、残存モノマーは0〜500ppm、好ましくは0〜400ppm、より好ましくは0〜300ppmに制御される。
(f)吸水速度(FSR)
20gの生理食塩水に対する吸水性樹脂1gでの吸水速度(FSR)は好ましくは0.1[g/g/sec]以上であり、より好ましくは0.15[g/g/sec]以上であり、さらに好ましくは0.20[g/g/sec]以上、最も好ましくは0.25[g/g/sec]以上である。FSRの上限値は特に限定されないが、好ましくは5.0[g/g/sec]以下であり、より好ましくは3.0[g/g/sec]以下である。かかるFSRの測定法は国際公開第2009/016055号で規定できる。
FSRが0.05[g/g/sec]未満の場合、例えば粒子状の吸水性樹脂が吸水体に使用された場合、液が十分に吸収されずに液漏れを生じてしまうおそれがある。FSRは上記の粒度や発泡重合等で制御できる。
(g)粒度
上記範囲である。
(h)その他添加剤
さらに、その目的機能に応じて、種々の機能を付与させるため、界面活性剤、リン原子を含む化合物、酸化剤、有機還元剤、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、パルプや熱可塑性繊維などが、0〜3質量%、好ましくは0〜1質量%添加されても良い。なお、界面活性剤としては、国際公開第2005/075070号記載の界面活性剤が好ましく例示される。
(i)含水率
吸水性樹脂の含水率は10質量%以下、好ましくは0質量%を超えて10質量%以下、より好ましくは1〜10質量%、より好ましくは2〜8質量%、より好ましくは2〜7質量%、より好ましくは2〜6質量%、特に好ましくは2〜5質量%とされる。含水率が外れると、粉体特性(流動性、搬送性、耐ダメージ)に劣った吸水性樹脂となる。
(j)初期色調
本発明にかかる粒子状の吸水性樹脂は、紙オムツ等の衛生材料向けに好適に使用できるものであり、白色粉末であることが好ましい。本発明にかかる粒子状の吸水性樹脂は、吸水性樹脂製造後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88、さらには89以上、好ましくは90以上を示すことが好ましい。なお、L値の上限は通常100であるが、88以上ならば衛生材料等の製品において色調による問題が発生しない。また、b値は0〜12、好ましくは0〜10、さらに好ましくは0〜9、a値は−3〜3、好ましくは−2〜2、さらに好ましくは−1〜1とされる。
なお、初期色調とは、粒子状吸水性吸水剤製造後の色調であるが、一般的には工場出荷前に測定される色調とされる。また、例えば、30℃以下、相対湿度50%RHの雰囲気下での保存であれば、製造後1年間以内に測定される値である。
(k)経時着色
本発明にかかる粒子状の吸水性樹脂は、紙オムツ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ことが好ましい。
前記長期貯蔵状態は、長期貯蔵色安定性促進試験として、粒子状の吸水性樹脂を温度70±1℃、相対湿度65±1%RHの雰囲気に7日間曝露した後の吸水性樹脂の分光式色差計によるハンターLab表色系のL値(Lightness)を測定することで調べることができる。
本発明にかかる吸水性樹脂は、前記長期貯蔵色安定性促進試験後の吸水性樹脂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80以上、さらには81以上、よりさらには82以上、特に83以上を示すことが好ましい。なお、L値の上限は通常100であるが、促進試験後のL値が80以上であれば、高い湿度や温度条件下での長期貯蔵状態においても実質問題が発生しないレベルである。また、b値は0〜15、好ましくは0〜12、さらには0〜10、a値は−3〜3、好ましくは−2〜2、さらには−1〜1とされる。
〔5〕用途
本発明の吸水性樹脂の用途は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、従来、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。
この吸収性物品中の、任意に他の吸収性材料(パルプ繊維等)を含む吸収体における吸水性樹脂の含有量(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、本発明の吸水性樹脂を前記濃度で、特に吸収体上層部に使用した場合、高通液性(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、紙オムツ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。
〔実施例〕
以下、実施例および比較例にしたがって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定され解釈されるものではなく、異なる実施例に開示されたそれぞれの技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施例についても、本願発明の範囲に含まれるものとする。また、便宜上、「リットル」を「L」、「質量%」を「wt%」と記すことがある。
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、本発明で得られる吸水性樹脂の、特許請求の範囲や実施例に記載した諸物性は、特に記載のない限り、室温(20〜25℃)、湿度50RH%の条件下で、以下の測定例にしたがって求めた。
〔物性の測定方法〕
[AAP(加圧下吸水倍率)]
ERT442.2−02に従って測定した。なお、本発明においては、荷重条件を4.83kPa(0.7psi)に変更して測定した。
[SFC]
米国特許第5669894号明細書に記載されたSFC試験方法に準じて測定した。
[CRC(無加圧下吸水倍率)]
ERT441.2−02に従って測定した。
[水可溶分]
ERT470.2−02に従って測定した。
[Residual Monomers(残存モノマー)]
ERT410.2−02に従って測定した。
[PSD(粒子径)]
粒径の分布および質量平均粒子径(D50)は、以下で説明するように、試料を標準篩にかけることにより測定した。
吸水性樹脂(重合体)の粒径分布の測定方法については、吸水性樹脂(重合体)10.0gを、室温(20〜25℃)、湿度50RH%の条件下で、目開き2000μm、1400μm、1000μm、850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm、45μmのJIS標準篩(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、5分間、分級を行った。
質量平均粒子径(D50)は、米国特許第5051259号等にあるように、一定目開きの標準篩で粒子全体の50質量%に対応する標準篩の粒子径のことである。上記粒径分布の測定法により得られた、吸水性樹脂の粒径分布を用いて、各粒子径の残留百分率(R)を対数確率紙にプロットした。これにより、R=50%に相当する粒子径から質量平均粒子径(D50)を読み取った。
[含水率]
吸水性樹脂(重合体)1gを直径6cmのアルミ皿に薄く広げて、180℃の無風オーブンで3時間乾燥することで、その乾燥前の質量と乾燥後の質量を測定し、下記式1に代入することにより含水率(質量%)を測定した。なお、固形分(質量%)は、(100−含水率)(質量%)で規定される。なお、カチオン性ポリマーの固形分についても吸水性樹脂の固形分と同様に測定、計算した。
Figure 0005731390
[色調]
(a)初期色調
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・ペースト用容器が用いられ、標準として粉末・ペースト用標準丸白板No.2が用いられ、30Φ投光パイプが用いられた。備え付けの粉末・ペースト用容器に約5gの吸水性樹脂を充填した。
(b)経時色調
吸水性樹脂を高温高湿下(70℃、65%RHで7日間放置後の色)に放置したのち、上記(a)の手法で色を測定した。
[実施例1−1]
晶析法により精製されたアクリル酸(AA1−1)の水分量をカールフィッシャー法水分計(株式会社三菱化学アナリティック製 KF−200型)により測定した結果、64ppmであった。このアクリル酸を循環式タンクで一週間、常温で貯蔵した。なお、このときのタンク充填率は75容積%であった。
p−メトキシフェノール含有量を70ppmに調整した水分64ppmの上記アクリル酸(AA1−1)35.2質量部、48質量%水酸化ナトリウム水溶液29.4質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均n数9)0.23質量部、1質量%ジエチレントリアミン5酢酸3ナトリウム(略称:DTPA・3Na)水溶液0.22質量部、脱イオン水33.6質量部を混合して作成した溶液に、4質量%過硫酸ナトリウム水溶液1.38質量部を加えて重合した。過硫酸ナトリウム添加時の単量体水溶液温度は、95℃であった。重合は速やかに進み、含水ゲル状架橋重合体(1−1)を得た。
次に、上記含水ゲル状架橋重合体(1−1)を、カッターミル((有)吉工製 RC250型)で1〜2mm程度に細分化した。この細分化されたゲルを、通気式乾燥機((株)佐竹化学機械工業 71−S6型)で、180℃で20分間乾燥し、乾燥重合体(1−1)を得た。得られた乾燥重合体(1−1)をロールミルで粉砕した後、ロータップで分級して、粒径が150μm以上850μm未満の吸水性樹脂粉体(1−1)を得た。
得られた吸水性樹脂粉体(1−1)100質量部に対して、1,4−ブタンジオール0.5質量部および水3.0質量部の混合液からなる表面架橋剤を添加し、通気式乾燥機(71−S6型(株)佐竹化学機械工業)で、200℃で60分間加熱処理した。次いで、目開きが850μmの篩いを通過させることにより、表面架橋された粒子状の吸水性樹脂(SAP1−1)を得た。粒子状吸水性樹脂(SAP1−1)のCRCは26.2[g/g]であった。粒子状吸水性樹脂(SAP1−1)の初期色調および経時色調を表1に記載する。
[実施例1−2]
実施例1−1のアクリル酸(AA1−1)に水を添加することで、水分量を291ppmとしたアクリル酸(AA1−2)を用いた以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、表面架橋された粒子状の吸水性樹脂(SAP1−2)を得た。得られた粒子状吸水性樹脂(SAP1−2)の初期色調および経時色調を表1に記載する。
[実施例1−3]
実施例1−1のアクリル酸(AA1−1)に水を添加することで、水分量を594ppmとしたアクリル酸(AA1−3)を用いた以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、表面架橋された粒子状の吸水性樹脂(SAP1−3)を得た。得られた粒子状吸水性樹脂(SAP1−3)の初期色調および経時色調を表1に記載する。
[実施例1−4]
実施例1−1のアクリル酸(AA1−1)に水を添加することで、水分量が966ppmとしたアクリル酸(AA1−4)を用いた以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、表面架橋された粒子状の吸水性樹脂(SAP1−4)を得た。得られた粒子状吸水性樹脂(SAP1−4)の初期色調および経時色調を表1に記載する。
[比較例1−1]
実施例1−1のアクリル酸(AA1−1)に水を添加することで、水分量が6794ppmとした比較アクリル酸(比較AA1−1)を用いた以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、表面架橋された粒子状の比較吸水性樹脂(比較SAP1−1)を得た。得られた比較粒子状吸水性樹脂(比較SAP1−1)の初期色調および経時色調を表1に記載する。
[実施例1−5]
晶析法の条件を変更することにより、実施例1−2と同じ水分量(291ppm)のアクリル酸(AA1−5)を得た以外は、実施例1−2と同様の操作を行い、表面架橋された粒子状吸水性樹脂(SAP1−5)を得た。得られた粒子状吸水性樹脂(SAP1−5)の初期色調および経時色調を表1に記載する。
[比較例1−2]
国際公開第02/085959号の実施例に準じて、80質量%アクリル酸水溶液を用い、単量体水溶液中のアクリル酸濃度が実施例1−1と同じになるように脱イオン水量を調整した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、表面架橋された粒子状の比較吸水性樹脂(比較SAP1−2)を得た。得られた比較粒子状吸水性樹脂(比較SAP1−2)の初期色調および経時色調を表1に記載する。
[比較例1−3]
米国特許第4507438号の比較例に準じて、純度99.8質量%のアクリル酸を用い、単量体水溶液中のアクリル酸濃度が実施例1−1と同じになるように脱イオン水量を微調整した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、表面架橋された粒子状の比較吸水性樹脂(比較SAP1−3)を得た。得られた比較粒子状吸水性樹脂(比較SAP1−3)の初期色調および経時色調を表1に記載する。
[比較例1−4]
実施例1−1の晶析法により精製されるアクリル酸(AA1−1)に、p−メトキシフェノールを添加せず、実施例1−1と同様の操作を行おうとしたが、アクリル酸の貯蔵工程でアクリル酸が重合したため、吸水性樹脂を得ることができなかった。
Figure 0005731390
[実施例1−6]
図2に示される構造を有する装置を用意した。この装置は、容量が300Lである中和槽を有する。この中和槽に、水分量64ppmのアクリル酸及び濃度が19.6質量%である水酸化ナトリウム水溶液を連続的に供給し、第一ループ及び第二ループによって循環させて混合液を得た。単位時間当たりの供給量は、以下の通りである。
アクリル酸水溶液 :164.5[kg/hr]
水酸化ナトリウム水溶液:118.5[kg/hr]
なお、供給量が変動することもあるが、この場合は、中和系が稼働している間に供給される液の総量を稼働時間で除して、上記供給量を算出する。
中和槽における混合液では、モノマー濃度は62.7質量%であり、中和率は25.5モル%であった。この混合液を、中和系から重合系に向けて供給した。この混合液に、ラインミキサーにて水酸化ナトリウム水溶液と内部架橋剤ポリエチレングルコールジアクリレート0.05モル%とを添加した。この混合液に、さらに重合開始剤を混合し、重合機に搬送した。重合機に投入される直前の混合液では、モノマー濃度は54.4質量%であり、中和率は70.0モル%であり、温度は97℃であった。この混合液を、ベルト型の重合機に連続的に投入した。重合機のエンドレスベルトの温度は、60℃から70℃であった。この重合機で混合液を加熱し、かつ、混合液に紫外線を照射して、含水ゲル状架橋重合体(1−6)を得た。この含水ゲル状架橋重合体(1−6)を乾燥し、さらに粉砕して吸水性樹脂粉体(1−6)を得た。
得られた吸水性樹脂粉体(1−6)に、1,4−ブタンジオール、プロピレングリコールおよび水を混合した液を噴霧し、該吸水性樹脂粉体(1−6)の表面を架橋して、表面架橋された粒子状の吸水性樹脂(SAP1−6)を得た。得られた粒子吸水性樹脂(SAP1−6)の初期色調およびX1を表2に記載する。なお、実施例1−6における製造方法では、中和系に存在する液の量V1は350kgであり、中和系から重合系に向けて供給される液の単位時間当たりの流量F1は283[kg/hr]、中和系に存在する液とこの中和系との接触面積A1は16.3mであり、よって、X1は20となる。
[実施例1−7]
各水溶液の単位時間当たりの供給量を下記の通りとし、流量F2を21.9[kg/hr]とした他は実施例1−6と同様にして、含水ゲル状架橋重合体(1−7)を得た。この含水ゲル状架橋重合体(1−7)を、実施例1−6と同様の乾燥処理、粉砕処理及び表面架橋処理に供して、粒子状の吸水性樹脂(SAP1−7)を得た。得られた粒子吸水性樹脂(SAP1−7)の初期色調およびX1を表2に記載する。
アクリル酸 :12.7[kg/hr]
水酸化ナトリウム水溶液: 9.2[kg/hr]
なお、実施例1−7における製造方法では、中和系に存在する液の量V1は350kgであり、中和系から重合系に向けて供給される液の単位時間当たりの流量F1は21.9[kg/hr]であり、中和系に存在する液とこの中和系との接触面積A1は16.3mであり、よって、X1は260となる。
[実施例1−8]
図2に示される構造を有する装置を用意した。この装置は、容量が4000Lである中和槽を有する。この中和槽に、上記水分量64ppmのアクリル酸及び濃度が14.4質量%である水酸化ナトリウム水溶液を連続的に供給し、第一ループ及び第二ループによって循環させて混合液を得た。単位時間当たりの供給量は、以下の通りである。
アクリル酸 :3038.5[kg/hr]
水酸化ナトリウム水溶液:4317.5[kg/hr]
なお、供給量が変動することもあるが、この場合は、中和系が稼働している間に供給される各液の総量を稼働時間で除して、上記供給量を算出する。
中和槽における混合液では、モノマー濃度は45.9質量%であり、中和率は36.8モル%であった。この混合液を、中和系から重合系に向けて供給した。この混合液に、ラインミキサーにて水酸化ナトリウム水溶液と内部架橋剤とを添加した。この混合液に、さらに重合開始剤を混合し、重合機に搬送した。重合機に投入される直前の混合液では、モノマー濃度は43.1質量%であり、中和率は73.0モル%であり、温度は93℃であった。この混合液を、ベルト型の重合機に連続的に投入した。重合機のエンドレスベルトの温度は、60℃から70℃であった。この重合機で混合液を加熱し、かつ、混合液に紫外線を照射して、含水ゲル状架橋重合体(1−8)を得た。この含水ゲル状架橋重合体(1−8)を、実施例1−6と同様の乾燥処理、粉砕処理及び表面架橋処理に供して、表面架橋された粒子状吸水性樹脂(SAP1−8)を得た。得られた粒子吸水性樹脂(SAP1−8)の初期色調およびX1を表2に記載する。なお、実施例1−8における製造方法では、中和系に存在する液の量V1は3680kgであり、中和系から重合系に向けて供給される液の単位時間当たりの流量F1は7356[kg/hr]であり、中和系に存在する液とこの中和系との接触面積は122mであった。
[実施例1−9]
図1で示される構造を有する装置を用意した。この装置は容量4000Lである中和槽を有する。この中和槽に、水分量が67ppmであるアクリル酸及び濃度が14.2質量%である水酸化ナトリウム水溶液を連続的に供給し、第一ループによって循環させて混合液を得た。単位時間当たりの供給量は、以下の通りである。
アクリル酸 : 895[kg/hr]
水酸化ナトリウム水溶液:1272[kg/hr]
なお、供給量が変動することもあるが、この場合は、中和系が稼動している間に供給される各液の総量を稼働時間で除して、上記供給量を算出する。
中和槽における混合液では、モノマー濃度は45.9質量%であり、中和率は36.8モル%であった。この混合液を、中和系から重合系に向けて供給した。この混合液に、ラインミキサーにて水酸化ナトリウム水溶液と内部架橋剤ポリエチレングリコールアクリレートとを添加した。この混合液に、さらに重合開始剤を混合し、重合機に搬送した。重合機に投入される直前の混合液では、モノマー濃度は43.1質量%であり、中和率は73.0モル%であり、温度は93℃であった。この混合液を、ベルト型の重合機に連続的に投入した。重合機のエンドレスベルトの温度は、60℃から70℃であった。この重合機で混合液を加熱し、かつ、混合液に紫外線を照射して、含水ゲル状架橋重合体(1−9)を得た。この含水ゲル状架橋重合体(1−9)を乾燥し、さらに粉砕して吸水性樹脂粉体(1−9)を得た。
得られた吸水性樹脂粉体(1−9)に、1,4−ブタンジオール、プロピレングリコールおよび水を混合した液を噴霧し、該吸水性樹脂粉体(1−9)の表面を架橋して、表面架橋された粒子状の吸水性樹脂(SAP1−9)を得た。得られた粒子吸水性樹脂(SAP1−9)の初期色調およびX1を表2に記載する。なお、実施例1−9における製造方法では、中和系に存在する液の量Vは3620kgであり、中和系から重合系に向けて供給される液の単位時間当たりの流量Fは2167[kg/hr]であり、中和系に存在する液とこの中和系との接触面積は113mであった。
Figure 0005731390
(まとめ)
表1、表2に示されるように、各実施例の製造方法(ケース1)で得られた吸水性樹脂は、比較例の製造方法で得られた含水ゲル状架橋重合体に比べて白色度が高い。この評価結果から、ケース1の発明の優位性は明らかである。また、着色は、アクリル酸中の水分量が影響することがわかる。
[実施例2−1]
石油由来の精製アクリル酸に禁止剤としてメトキノンを添加し、晶析を繰り返すことで、蟻酸をND(検出限界0.1ppm)および水分64ppmとしたのち、メトキノン量を70ppmに調製した。この蟻酸を含まないアクリル酸99.68gに蟻酸0.0012gを混合することで、蟻酸含有量が約12ppmのアクリル酸を調製した。
次いで、該蟻酸含有量が約12ppmのアクリル酸99.68g、および、48.5質量%苛性ソーダ85.57g、純水154.91g、10質量%ポリエチレングリコールジアクリレート(n=9)3.61gを混合し、単量体水溶液を調製した。なお、苛性ソーダは含有する鉄(Fe換算)が3ppm(測定値)であった。このとき蟻酸は単量体に対し10ppm含まれていた。この単量体水溶液を窒素で脱気したのち、3質量%過硫酸ナトリウム5.533g、続いて1質量%L−アスコルビン酸0.69gを加え、重合し、含水ゲル状架橋重合体(2−1)を得た。
得られた含水ゲル状架橋重合体(2−1)をミートチョッパー(平賀工作所製)でゲル粉砕し、通気式静置乾燥機(商品名「通気流回分式乾燥機71−S6型」、(株)佐竹化学機械工業製)で170℃20分の条件で乾燥した。
得られた乾燥物をロールミルで粉砕し、さらに目開きが850μmと150μmの標準篩で分級して吸水性樹脂粉体(SAP2−1)を得た。
この吸水性樹脂粉体(SAP2−1)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を吸水性樹脂粉体(SAP2−1)の物性とともに表3に示す。
[実施例2−2]
実施例2−1において、蟻酸の添加量を0.012g(対アクリル酸で約120ppm、対単量体で100ppm)とした以外は実施例2−1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粉体(SAP2−2)を得た。この吸水性樹脂粉体(SAP2−2)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を吸水性樹脂粉体(SAP2−2)の物性とともに表3に示す。
[実施例2−3]
実施例2−1において、蟻酸の添加量を0.06g(対アクリル酸で約600ppm、対単量体で500ppm)とした以外は実施例2−1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粉体(SAP2−3)を得た。この吸水性樹脂粉体(SAP2−3)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を吸水性樹脂粉体(SAP2−3)の物性とともに表3に示す。
[比較例2−1]
実施例2−1において、蟻酸を添加しなかった以外は実施例2−1と同様の操作を行い、比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−1)を得た。
この比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−1)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−1)の物性とともに表3に示す。
[実施例2−4]
比較例2−1の比較吸水性樹脂(比較SAP2−1)100質量部に対し、30質量%エチレンカーボネート水溶液3質量部を混合して、200℃で30分加熱した。さらに比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−1)100質量部に対し、硫酸アルミウム14−18水和物/乳酸ナトリウム/蟻酸=0.9質量部/0.1質量部/0.01質量部からなる組成液を混合し、吸水性樹脂粉体(SAP2−4)を得た。
この吸水性樹脂粉体(SAP2−4)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を吸水性樹脂粉体(SAP2−4)の物性とともに表3に示す。
[比較例2−2]
実施例2−4において、蟻酸を添加しなかった以外は実施例2−4と同様の操作を行い、比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−2)を得た。
この比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−2)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−2)の物性とともに表3に示す。
[実施例2−5]
比較例2−1において、石油由来のアクリル酸の代わりに植物由来のアクリル酸を用いた以外は比較例2−1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粉体(SAP2−5)を得た。なお、このアクリル酸は植物油脂からグリセリンを経てアクリル酸としたものである。アクリル酸の精製は蒸留法で行い、アクリル酸には蟻酸が10ppm含まれていた。また、単量体水溶液には単量体に対し蟻酸が8ppm含まれていた。
この吸水性樹脂粉体(SAP2−5)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を吸水性樹脂粉体(SAP2−5)の物性とともに表3に示す。
[比較例2−3]
実施例2−2において、特許文献20〜23に例示の酢酸を100ppm使用して、比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−3)を得た。
この比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−3)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−3)の物性とともに表3に示す。
[比較例2−4]
実施例2−2において、蟻酸の代わりに特許文献20〜23に例示のプロピオン酸を100ppm使用して、比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−4)を得た。
この比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−4)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−4)の物性とともに表3に示す。
[比較例2−5]
実施例2−2において、蟻酸の代わりに特許文献20〜23に例示の酪酸を100ppm使用して、比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−5)を得た。
この比較吸水性樹脂(比較SAP2−5)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−5)の物性とともに表3に示す。
[比較例2−6]
実施例2−2において、特許文献20〜23に好ましく例示の安息香酸を100ppm使用して、比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−6)を得た。
この比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−6)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−6)の物性とともに表3に示す。
[比較例2−7]
実施例2−3において、特許文献20〜23に好ましく例示の安息香酸を1000ppm使用して、比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−7)を得た。
この比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−7)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−7)の物性とともに表3に示す。
[比較例2−8]
実施例2−1において、特許文献46(米国特許4698404号)の実施例1に記載の蟻酸量を用いて、比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−8)を得た。
この比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−8)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−8)の物性とともに表3に示す。
[比較例2−9]
特許文献50〜52(国際公開第2008/092842号、同第2008/092843号、同第2007/121937号)に準じて、乳酸アルミニウムを100ppm添加して、比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−9)を得た。
この比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−9)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−9)の物性とともに表3に示す。
[比較例2−10]
比較例2−1において、pHを5.5以下に下げて経時着色を防止する技術を開示する特許文献6に準じて、そのために使用する酸として蟻酸を単量体に対し5質量%添加して、比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−10)を得た。なお、重合後に得られる含水ゲル状架橋重合体には、粘着性があった。
この比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−10)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を比較吸水性樹脂粉体(比較SAP2−10)の物性とともに表3に示す。
[実施例2−6]
実施例2−1において、NaOH中のFeが10ppmの苛性ソーダに変更して、吸水性樹脂粉体(SAP2−6)を得た。
この吸水性樹脂粉体(SAP2−6)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を吸水性樹脂粉体(SAP2−6)の物性とともに表3に示す。
[実施例2−7]
実施例2−1において、アクリル酸に対して特許文献53に記載の重合不活性有機溶媒(トルエン)を100ppm添加して同様に重合を行って、吸水性樹脂粉体(SAP2−7)を得た。
この吸水性樹脂粉体(SAP2−7)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を吸水性樹脂粉体(SAP2−7)の物性とともに表3に示す。
[実施例2−8]
実施例2−1において、アクリル酸に対して特許文献53に記載の重合不活性有機溶媒(ジフェニルエーテル)を10ppm添加して同様に重合を行って、吸水性樹脂粉体(SAP2−8)を得た。
この吸水性樹脂粉体(SAP2−8)について、上記長期貯蔵色安定性促進試験を行った。この結果を吸水性樹脂粉体(SAP2−8)の物性とともに表3に示す。
Figure 0005731390
(まとめ)
表3に示されるように、各実施例の製造方法(ケース2)で得られた吸水性樹脂は、比較例の製造方法で得られた吸水性樹脂に比べて白色度が高い。この評価結果から、ケース2の発明の優位性は明らかである。
[実施例3−1]
石油由来の精製アクリル酸に、重合禁止剤としてp−メトキシフェノールを添加し、晶析を複数回行うことで、蟻酸をND(検出限界0.1ppm)および水分64ppm(カールフィッシャー法で測定)としたのち、p−メトキシフェノールを70ppmに調製した(アクリル酸(3−1))。この蟻酸を含まないアクリル酸(3−1)100質量部に蟻酸0.037質量部を混合して、蟻酸を含むアクリル酸を調製した(アクリル酸(3−2))。
水酸化ナトリウムに対し鉄分が0.70ppm(Fe換算で1ppm)含まれる48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液を用意した。
上記アクリル酸(3−2)(蟻酸370ppm(対アクリル酸))と上記48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液およびイオン交換水を冷却しながら混合して中和率75モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液5500質量部(単量体濃度:37.2質量%)を作成した。ここで、中和後の単量体中の蟻酸は300ppm(対単量体)であり、Fe量は約0.24ppm(対単量体)である。
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鋼製双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器に、中和率75モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液5500質量部(単量体濃度:37.2質量%)と、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が9)0.10モル%(対単量体)とを投入し、溶解させて反応液とした。次に、この反応液を窒素ガス雰囲気下で30分間脱気した。続いて、10質量%過硫酸ナトリウム水溶液27.7g、および1質量%L−アスコルビン酸水溶液2.31gを、それぞれ別個に上記反応液を攪拌しながら添加したところ、およそ20秒後に重合が開始した。重合開始3分後、重合物の劣化防止、着色防止のためにキレート剤として2質量%エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)5ナトリウム水溶液を20.5g(対単量体で200ppm)を系内に添加した。そして、生成した含水ゲル状架橋重合体(3−1)を粉砕しながら重合を行い、14分後に重合ピーク温度95℃を示した。重合が開始して30分後に粒子状の含水ゲル状架橋重合体(3−1)を取り出した。得られた粒子状の含水ゲル状架橋重合体(3−1)の質量平均粒子径(D50)は約1500μmであり、固形分は41質量%であった。
上記含水ゲル状架橋重合体(3−1)を通気式静置乾燥機(商品名「通気流回分式乾燥機71−S6型」、(株)佐竹化学機械工業製)で180℃45分の条件で乾燥した。次いで得られた乾燥物をロールミルで粉砕し、目開き850μm、150μmのJIS標準篩で分級調合することにより、質量平均粒径(D50)が390μm、150μm未満の粒子の割合が全体の2質量%の乾燥された吸水性樹脂粉体(3−1)を得た。
上記乾燥された吸水性樹脂粉体(3−1)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質量部からなる表面架橋剤を噴霧混合し、さらに、210℃、40分で加熱処理して表面架橋された粒子状の吸水性樹脂(3−1)を得た。
上記表面架橋された粒子状吸水性樹脂(3−1)100質量部に対して、40質量%ポリアリルアミン・塩酸塩水溶液(重量平均分子量約1万、日東紡績(株)製)をイオン交換水で4倍に薄めた上で5質量部添加、混合した。さらに90℃で1時間加熱して粒子状吸水性樹脂(SAP3−1)を得た。該粒子状吸水性樹脂(SAP3−1)中の蟻酸濃度、吸水物性、および経時色調を表4に示す。
[実施例3−2]
実施例3−1において、蟻酸とカチオン性ポリマーと同時に水溶液で添加した。すなわち、実施例3−1で使用した蟻酸を含むアクリル酸(3−2)を、蟻酸を含まないアクリル酸(3−1)に変更し、ポリアリルアミン塩酸塩をポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物(固形分9質量%、重量平均分子量約40000、加水分解率約50モル%)および蟻酸の混合物水溶液に変更した以外は実施例3−1と同様に操作し、粒子状吸水性樹脂(SAP3−2)を得た。
なお、粒子状吸水性樹脂(SAP3−2)に添加した混合物中の固形分は、表面架橋された吸水性樹脂100質量部に対して、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物0.4質量部および蟻酸は0.103質量部であった。粒子状吸水性樹脂(SAP3−2)中の蟻酸濃度、吸水物性、および経時色調を表4に示す。
[実施例3−3]
実施例3−1において、アクリル酸の晶析を行った後、水分の調整を行い水分2000ppmのアクリル酸(3−3)とした以外は、実施例3−1と同様に操作し、粒子状吸水性樹脂(SAP3−3)を得た。該粒子状吸水性樹脂(SAP3−3)中の蟻酸濃度、吸水物性、および経時色調を表4に示す。
[比較例3−1]
実施例3−1において、蟻酸を含むアクリル酸(3−2)の代わりに蟻酸を含まないアクリル酸(3−1)を用いた以外は実施例1と同様に操作し、粒子状の比較吸水性樹脂(比較SAP3−1)を得た。比較粒子状吸水性樹脂(比較SAP3−1)中の蟻酸濃度、吸水物性、および経時色調を表4に示す。
[比較例3−2]
実施例3−2において、特許文献19の比較例3を参考にポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物の代わりに硫酸アルミニウム組成液を用いた以外は実施例3−2と同様に操作し、粒子状の比較吸水性樹脂(比較SAP3−2)を得た。比較粒子状吸水性樹脂(比較SAP3−2)中の蟻酸濃度、吸水物性、および経時色調を表4に示す。
なお、この硫酸アルミニウム組成液は、水道用液体硫酸アルミニウム50質量%溶液(浅川化学工業(株)製)1.0質量部、60質量%乳酸ナトリウム水溶液((株)武蔵野化学研究所製)0.3質量部、プロピレングリコール0.025質量部からなり、添加量は表面架橋された吸水性樹脂100質量部に対して、1.26質量部であった。また、上記硫酸アルミニウム組成液を表面架橋された吸水性樹脂に添加した後、60℃で1時間加熱した。
[比較例3−3]
比較例3−2において、特許文献19の実施例17を参考にして、比較例3−2の表面架橋工程と硫酸アルミニウム組成液を添加する工程の間に40質量%リン酸二水素ナトリウム水溶液を添加し、さらに60℃で30分加熱する工程を加えた。添加量は表面架橋された吸水性樹脂100質量部に対し、0.76質量部(リン酸二水素ナトリウムとしては0.31質量部)であった。上記以外は比較例3-2と同様に操作し、粒子状の比較吸水性樹脂(比較SAP3−2)を得た。比較粒子状吸水性樹脂(比較SAP3−2)中の蟻酸濃度、吸水物性、および経時色調を表4に示す。
[比較例3−4]
実施例3−1において、表面架橋された吸水性樹脂にカチオン性ポリマーを添加しなかった実施例3−1と同様に操作し、粒子状の比較吸水性樹脂(比較SAP3−4)を得た。比較粒子状吸水性樹脂(比較SAP3−4)中の蟻酸濃度、吸水物性、および経時色調を表4に示す。
[比較例3−5]
実施例3−1において48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液の鉄分が水酸化ナトリウムに対し10.5ppm(Fe換算で15ppm)である水酸化ナトリウム水溶液を用いた以外は実施例3−1と同様に操作し、粒子状の比較吸水性樹脂(比較SAP3−5)を得た。比較粒子状吸水性樹脂(比較SAP3−5)中の蟻酸濃度、吸水物性、および経時色調を表4に示す。
Figure 0005731390
(まとめ)
表4は、本発明のケース3の製造方法で得られた吸水性樹脂の物性を示した表である。実施例3−1と比較例3−1の比較から、蟻酸が所定量吸水性樹脂中に存在することにより、経時着色を低減(L,a,bの向上)していることが分かる。また、実施例3−1、3−2と比較例3−2、3−3を比較したとき、SFCは同等で、カチオン性ポリマーを添加した方が、硫酸アルミニウム組成物を添加するより経時色調が優れていることが分かる。さらに、実施例3−1、3−2と比較例3−4の比較から、比較例3−4は、経時色調は優れているものの、通液性向上剤を使用していないので通液性(SFC)が不足していることが分かる。さらに実施例3−1と比較例3−5の比較から、塩基性組成物中のFe量が着色に大きな影響を与えることが分かる。
本発明に係る製造方法で得られた吸水性樹脂は、紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パット等の衛生材料に適している。さらにこの吸水性樹脂は、農業資材、土木資材等にも用いられ得る。
2,26 装置
3 中和槽
4 ポンプ
6 熱交換器
8 ラインミキサー
10 重合機
12 第一配管
14 第二配管
16 第三配管
18 第四配管
20 第五配管
30 第六配管
22 入口
24 出口
32 第一ループ
34 第二ループ

Claims (44)

  1. アクリル酸を貯蔵あるいは製造する工程、重合禁止剤を含むアクリル酸と、水と、架橋剤と、必要により塩基性組成物とを混合および/または中和して単量体水溶液を調製する工程、該単量体水溶液を重合する工程、得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する工程、必要により表面架橋する工程を順次含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、
    上記重合禁止剤を含むアクリル酸中の蟻酸含有量が1〜700ppm(質量基準。以下同じ)であることを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法。
  2. 上記重合禁止剤を含むアクリル酸中の水分量が1000ppm(質量基準)以下である請求項1に記載の製造方法。
  3. 上記塩基性組成物中の鉄分が0.007〜7ppmである、請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 乾燥工程以降に、重合体100質量部に対して、カチオン性ポリマー0.01〜5質量部を混合する、請求項1〜3の何れか1項に記載の製造方法。
  5. 重合時の単量体および/または重合後の重合体100質量部に対して、蟻酸0.0001〜5質量部を存在させるおよび/または混合する、請求項1〜4の何れか1項に記載の製造方法(但し、重合時の単量体中の蟻酸存在量は0〜700ppm(対単量体))。
  6. 上記単量体水溶液の調製工程において、予め蟻酸を含有するアクリル酸を使用する請求項1〜の何れか1項に記載の製造方法。
  7. 上記アクリル酸の水分量が1〜100ppmである、請求項1〜の何れか1項に記載の製造方法。
  8. 上記アクリル酸中の重合禁止剤としてのメトキシフェノール類が180ppm以下である、請求項1〜の何れか1項に記載の製造方法。
  9. 上記アクリル酸が植物由来である、請求項1〜の何れか1項に記載の製造方法。
  10. 上記アクリル酸および/または単量体水溶液が、貯蔵槽内および/または中和槽内で循環されてなる、請求項1〜の何れか1項に記載の製造方法。
  11. 上記中和前または中和後のアクリル酸および/または単量体水溶液の循環が、貯蔵槽内または中和槽とこの貯蔵槽内または中和槽に取り付けられた閉流路とによってなされる請求項10に記載の製造方法。
  12. 単量体が中和されてなり、且つアクリル酸と塩基性物質との中和反応によって得られたアクリル酸塩を含む混合液を、中和槽を備える中和系において循環させる工程を含む、請求項10または11に記載の製造方法。
  13. 上記アクリル酸と塩基性物質との中和反応によって得られた塩を含む混合液を、中和槽を備える中和系において循環させる工程および循環中の上記混合液の一部を重合系に連続的に供給する工程、を含んでおり、
    下記式1で算出される値X1が300以下である、請求項1〜12の何れか1項に記載の製造方法。
    Figure 0005731390
    式1において、V1[kg]は、上記中和系に存在する混合液の量であり、F1[kg/hr]は、上記重合系に供給する混合液の流量であり、A1[m]は、上記中和系に存在する混合液とこの中和系を構成する機器及び配管との接触面積である。
  14. 上記アクリル酸を貯蔵槽において循環させる工程および循環中の上記アクリル酸の一部を重合系に連続的に供給する工程、を含んでおり、下記式2で算出される値X2が300以下である、請求項10〜13の何れか1項に記載の製造方法。
    Figure 0005731390
    式2において、V2[kg]は、上記中和前のアクリル酸の量であり、F2[kg/hr]は、上記中和系に供給するアクリル酸の流量であり、A2[m]は、上記アクリル酸と機器及び配管との接触面積である。
  15. 中和温度が70℃以下での連続中和工程を含む、請求項1〜14の何れか1項に記載の製造方法。
  16. 中和槽を備える中和系において、循環工程に次いで、重合工程前にさらに第2中和工程を含み、該第2中和工程の直後における上記液の中和率が30〜90モル%である請求項1〜15の何れか1項に記載の製造方法。
  17. アクリル酸の製造工程と吸水性樹脂の製造工程をアクリル酸の貯蔵工程をはさんでパイプラインで連結させる、請求項1〜16の何れか1項に記載の製造方法。
  18. 上記吸水性樹脂の製造に用いる装置内面および/または原料接触面がステンレス鋼である、請求項1〜17の何れか1項に記載の製造方法。
  19. 生産量が100[kg/hr]以上の連続製造である、請求項1〜18の何れか1項に記載の製造方法。
  20. 晶析又は蒸留によるアクリル酸の精製後、96時間以内に、このアクリル酸を上記中和系に供給する、請求項1〜19の何れか1項に記載の製造方法。
  21. 上記単量体水溶液中の単量体濃度が30〜70質量%である、請求項1〜20の何れか1項に記載の製造方法。
  22. 上記単量体水溶液中の、アクリル酸に対する溶解度パラメータが1.0×10〜2.5×10[(Jm−31/2]である重合不活性有機化合物の含有量が、単量体に対して1〜1000ppmである、請求項1〜21の何れか1項に記載の製造方法。
  23. 上記単量体水溶液の調製が終了した時点から重合開始までの合計時間が1秒〜24時間である、請求項1〜22の何れか1項に記載の吸水性樹脂の製造方法。
  24. カチオン性ポリマーと蟻酸との混合物をポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂に混合する、請求項4〜23の何れか1項に記載の製造方法。
  25. カチオン性ポリマーと蟻酸との上記混合物における質量比が1:20〜20:1の範囲である、請求項24に記載の製造方法。
  26. 蟻酸が重合時の単量体に含有され、さらに、重合時の単量体の蟻酸含有量を超える量の蟻酸とカチオン性ポリマーとの混合物を吸水性樹脂に混合する、請求項4〜25の何れか1項に記載の製造方法。
  27. 上記カチオン性ポリマーがポリビニルアミンまたはその塩、またはポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物またはその塩である、請求項4〜26の何れか1項に記載の製造方法。
  28. 上記カチオン性ポリマーの重量平均分子量が2000以上である、請求項4〜27の何れか1項に記載の製造方法。
  29. キレート剤、無機還元剤、α−ヒドロキシカルボン酸(塩)の何れかの添加工程を含む、請求項1〜28の何れか1項に記載の製造方法。
  30. さらに界面活性剤を混合する、請求項1〜29の何れか1項に記載の製造方法。
  31. さらに水不溶性無機微粒子を混合する、請求項1〜30の何れか1項に記載の製造方法。
  32. 得られるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂のCRCが25[g/g]以上、AAPが20[g/g]以上、SFCが50[×10−7・cm・s・g−1]以上である、請求項1〜31の何れか1項に記載の製造方法。
  33. 蟻酸含有量が1〜500ppmであ(但し、重合体100質量部中、カチオン性ポリマー含有量が0.01〜5質量部含まれている場合は、吸水性樹脂の鉄分含有量が2ppm以下および蟻酸含有量が1〜50000ppmである)、さらに、多価金属塩またはカチオン性ポリマーを含有することを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。
  34. フェノール系化合物の含有量が1〜200ppmである、請求項33に記載の吸水性樹脂。
  35. 鉄分の含有量が2ppm以下である、請求項33または34に記載の吸水性樹脂。
  36. 上記吸水性樹脂の表面が蟻酸およびカチオン性ポリマーで被覆されてなる、請求項33〜35の何れか1項に記載の吸水性樹脂。
  37. 上記吸水性樹脂の内部にも蟻酸をさらに含有する、請求項33〜36の何れか1項に記載の吸水性樹脂。
  38. 上記カチオン性ポリマーがポリビニルアミンまたはその塩、またはポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物またはその塩である、請求項33〜37の何れか1項に記載の吸水性樹脂。
  39. p−メトキシフェノール系化合物の含有量が1〜200ppmである、請求項33〜38の何れか1項に記載の吸水性樹脂。
  40. CRCが25[g/g]以上、AAPが20[g/g]以上、SFCが50[×10−7・cm・s・g−1]以上である、請求項33〜39の何れか1項に記載の吸水性樹脂。
  41. さらに界面活性剤を含有する、請求項33〜40の何れか1項に記載の吸水性樹脂。
  42. さらに水不溶性無機微粒子を含有する、請求項33〜41の何れか1項に記載の吸水性樹脂。
  43. 蟻酸とカチオン性ポリマーとの質量比が1:20〜20:1の範囲である、請求項33〜42の何れか1項に記載の吸水性樹脂。
  44. 重合禁止剤としてのp−メトキシフェノール10〜160ppmを含み、水分量が1000ppm以下、および/または、蟻酸含有量が0.5〜700ppmであるアクリル酸の吸水性樹脂の重合への使用。
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