JP6093747B2 - 粒子状吸水剤 - Google Patents

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Description

本発明は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤に関する。さらに詳しくは、実質白色の粒子状吸水剤であって、耐尿性(耐ゲル劣化防止特性)に優れ、粒子表面色が白色で清浄感を与え、かつ、高物性を有し且つ安全性に優れた粒子状吸水剤に関する。
近年、高度の吸水性を有する吸水剤が開発され、紙おむつ、生理用ナプキンなどの吸収物品、さらには、農園芸用保水剤、工業用止水材などとして、主に使い捨て用途に多用されている。このような吸水剤としては、原料として多くの単量体や親水性高分子が提案されているが、特に、アクリル酸および/またはその塩を単量体として用いたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂がその吸水性能の高さから工業的に最も多く用いられている。
従来から上記の吸水剤に望まれる吸水特性としては、無加圧下吸収倍率、加圧下吸収倍率、吸水速度、無加圧下通液性、加圧下通液性、耐衝撃性、耐尿性、流動性、ゲル強度、粒度など数多くの特性(パラメーター)が知られ、また、さらに同じ物性(例、無加圧下吸収倍率)の中でも種々の観点で数多くの規定(パラメーター測定法)が提案されている。
また、これら吸水剤の主用途はおむつや生理用ナプキンなどといった衛生材料であるため、粉末の吸水剤が白色のパルプと衛生材料中で複合化された際に、清浄感を与え着色による異物感を与えないように、工場から出荷時に吸水剤が白色であることが求められている。また、吸水剤は一般には白色粉末であるが、出荷後であっても、その保管や輸送中、さらには衛生材料に使用した際、吸水剤が経時的に着色(黄色から茶色に着色)することが知られており、吸収物品を長期間保管した際にも白色であることが求められている。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。
このような改善方法として、吸水性樹脂に有機リン酸化合物またはその塩を後添加する方法(特許文献1、2)、アクリル酸中のハイドロキノン及びベンゾキノンの合計量を0.2質量ppm以下に制御する方法(特許文献3)や、アクリル酸中のメトキシフェノール化合物を10〜160質量ppmに制御する方法(特許文献4)、吸水性樹脂に無機還元剤を添加する方法(特許文献5)、吸水性樹脂に有機カルボン酸又はその塩を添加する方法(特許文献6、7、8)、アクリル酸中の重合防止剤にトコフェロールを使用して重合する製法(特許文献9)や立体障害フェノール類を使用して重合する製法(特許文献10)、吸水性樹脂の製造において金属キレート剤を添加する製法(特許文献11、12)、アクリル酸モノマーおよび/またはその塩をヒドロキシパーオキシドと還元剤で重合後、シランカップリング剤で処理する方法(特許文献13)が提案されている。しかしながら、前記いずれの方法においても、特に吸水性樹脂の製造直後の着色改善が不十分であるのみならず、製造時の重合反応制御の問題や物性低下等の問題があった。
従来、アクリル酸などの不飽和単量体を取り扱う上で使用されているメトキシフェノール類は、保管や貯蔵時の安定性の観点から、通常約100〜200質量ppmで用いられるが、メトキシフェノール類に由来する吸水性樹脂の表面色が増大するため、着色状態の改善が極めて困難であった。また、吸水性樹脂の表面色改良のためにメトキシフェノール類を特定量の範囲で制御する技術が提案されているが、実際の製造設備で不飽和単量体から重合工程、乾燥工程等を経て粒子状吸水剤を製造する場合、所望の特性を製造するためには不十分であった。
特に、粒子状吸水剤の表面色を著しく改善するために、例えばメトキシフェノール類を20質量ppm未満で実際の製造設備で、安定的にかつ高物性の吸水性樹脂を生産することは極めて困難であった。
さらに、従来提案されている添加剤などによる方法では、粒子表面色の白度が向上させると、重合制御が困難になり残存モノマーや可溶分が増加するなどの問題があった。
具体的には、従来技術では吸収倍率の向上と残存モノマーを低減させた場合、可溶分が増加し、粒子状吸水剤の表面色が着色する。吸収倍率の向上と可溶分量を低減させた場合は、多少の表面色が改善されるものの不十分であり、さらに残存モノマー量が増加する。
上述のように、吸水特性(吸収倍率、水可溶分量、残存モノマー量)と粒子状吸水剤の表面色(特にb値で代表される黄色)のすべてを満足させるには、従来の手法であるラジカルのコントロールや、酸化剤や還元剤の添加、不純物量の制御等では達成できないものであった。また、従来提案されているキレート剤などの添加手法では、例えば、経年保存や高温高湿保管時の経時着色防止効果は発揮するものの、添加剤自身の色の影響もあるため、粒子状吸水剤自身の抜本的な表面色改善と吸水特性の両立には不十分であった。
そのため、吸水性樹脂ないし粒子状吸水剤の吸収体中に占める割合が10〜30質量%程度と低い場合は、問題が顕在化しなかったが、近年の吸水性樹脂の高濃度化(吸収体や紙おむつ中に占める割合が40〜100質量%)に伴い顕著な問題となってきた。
特開平5−86251号公報(1993年 4月 6日公開) 特開平1−275661号公報(1989年11月 6日公開) 米国特許6444744号公報(2002年 9月 3日登録) 国際公開2003/51940号公報(2003年 6月26日公開) 国際公開2000/55245号公報(2000年 9月21日公開) 特開2000−327926号公報(2000年11月28日公開) 特開2003−52742号公報(2003年 2月25日公開) 特開2005−186016号公報(2005年 7月14日公開) 国際公開2003/53482号公報(2003年 7月 3日公開) 国際公開2005/54356号公報(2005年 6月16日公開) 特開2003−206305号公報(2003年 7月22日公開) 特開2003−206381号公報(2003年 7月22日公開) 特開平4−331205号公報(1992年11月19日公開)
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、著しく表面色を改善し、かつ優れた吸収特性を有する粒子状吸水剤およびその製造方法を提供することである。すなわち、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤において従来相反する、優れた吸水特性(吸水倍率向上、水可溶分および残存モノマーの低減)と粒子表面色の白度向上(特に生産および出荷直後やユーザーへの納入時点での白度向上)という二つの特性の両立を実現することにある。
さらに、粒子状吸水剤が例えば、40〜100質量%、さらには50〜100質量%という高濃度で使用されるおむつや吸収体等の吸収物品において、極めて清浄感を有しかつ漏れやぬめり感、ウェット感のない優れた吸収物品を提供することにある。
本発明の粒子状吸水剤は、上記の課題を解決するために、ポリアクリル酸(塩)を主成分とする粒子状吸水剤であって、
粒子のハンターLab表面色系におけるb値が−5〜10であり、
下記式1及び3
式1;GEX=(GVs+17)/Ln(水可溶分量)
式3;CPI=(GEX/残存モノマー量)×100
(GVs:無加圧下吸収倍率,Ln(水可溶分量):水可溶分量の自然対数)
により規定される架橋体特性指数(CPI)が1〜100であり、
以下の(i)〜(iv)
(i)N−オキシル化合物を0.01〜10質量ppm含み、メトキシフェノール化合物を0以上20質量ppm以下含む、
(ii)メトキシフェノール化合物0.01〜20重量ppmおよびマンガン化合物0.01〜10質量ppm(Mn0換算)を含む、
(iii)非ラジカル重合性であるポリアルキレングリコールを0.01〜10質量%含み、鉄含有量が0.001〜5質量ppmである、
(iv)水溶性チオジアルキル化合物をポリアクリル酸(塩)100質量部に対して0.001〜10質量部含む、
の少なくとも1つを満たす。
本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。
本発明によれば、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤において従来相反する、優れた吸水特性(吸水倍率向上、水可溶分および残存モノマーの低減)と粒子表面色の白度向上という二つの特性の両立を実現することができるという効果を奏する。さらに、おむつや吸収体等の吸収物品において、極めて清浄感を有しかつ漏れやぬめり感、ウェット感のない優れた吸収物品を実現することができるという効果を奏する。
加圧下吸収倍率(AAP)の測定に用いる測定装置の概略構成を示す断面図である。
本発明の粒子状吸水剤は、ポリアクリル酸(塩)を主成分とし粒子のハンターLab表面色系におけるb値が−5〜10、より好ましくは−5〜5、特に好ましくは−3〜3であり、後述で規定される架橋体特性指数(CPI)が1〜100である粒子状吸水剤である。
さらに、本発明の粒子状吸水剤は、好ましくはLab表面色系におけるL値が90〜100ある。
また、好ましくは下記(a)〜(c)の少なくとも一つを満たす粒子状吸水剤である。
(a)150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40
(b)1.9kPaまたは4.8kPa下での0.90質量%塩化ナトリウム水溶液に対する60分間の加圧下吸収倍率(AAP)が少なくとも20(g/g)
(c)0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)が少なくとも5(cm・s・10−7/g)
本発明の粒子状吸水剤の好ましい達成手段としては、好ましくは下記(A)〜(D)により例示される。
(A)第一の実施形態
アクリル酸(塩)を主成分とする不飽和単量体水溶液を重合し、得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む粒子状吸水剤の製造方法において、N−オキシル化合物を不飽和単量体に対して0.01〜10質量ppm含む不飽和単量体水溶液を重合する製造方法、および該製造方法で得られた粒子状吸水剤。
(B)第二の実施形態
アクリル酸(塩)を主成分とする不飽和単量体水溶液を重合し、得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む吸水性樹脂の製造方法において、不飽和単量体に対してメトキシフェノール化合物0.01〜20質量ppmおよびマンガン化合物0.01〜10質量ppm(Mn0換算)含む不飽和単量体水溶液を重合する製造方法、および該製造方法で得られた粒子状吸水剤。
(C)第三の実施形態
重量平均分子量300〜50000のポリアルキレングリコールを0.01〜10質量%、および鉄0.001〜10質量ppmが、重合前または重合途中のアクリル酸を主成分とする不飽和単量体水溶液に添加または調整される製造方法および、該製造方法で得られた粒子状吸水剤。
(D)第四の実施形態
ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造工程に水溶性チオジアルキル化合物を添加する製造方法および、該製造方法で得られた粒子状吸水剤。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
(1)粒子状吸水剤
本発明の粒子状吸水剤は、ポリアクリル酸(塩)を主成分とし粒子のハンターLab表面色系におけるb値が−5〜5、より好ましくは−3〜3であり、架橋体特性指数(CPI)が1〜100である粒子状吸水剤である。さらに具体的には、本願新規パラメータの粒子状吸水剤は、達成手段の一例として、または上記課題の解決手段として、上述の第一から第四の実施形態の化合物ないし添加剤を含み、好ましくは、さらに多価金属塩、無機粉末などを含み、それらは吸水性樹脂と好ましくは一体化されてなる。
すなわち、本発明の第一の実施形態では、粒子状吸水剤中にN−オキシル化合物を0.01〜10質量ppm必須に含む。
本発明の第二の実施形態では、粒子状吸水剤中にマンガン化合物が、好ましくはMn0換算で0.01〜10質量ppm必須に含まれる。
本発明の第三の実施形態では、粒子状吸水剤中にポリアルキレングリコールが0.01〜10質量%必須に含まれ、さらに、鉄を0.001〜5質量ppm必須に含まれる。
本発明の第四の実施形態では、粒子状吸水剤中に水溶性チオジアルキル化合物が0.001〜10質量%必須に含まれる。
本発明で粒子状吸水剤は、好ましくは必須にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分として含む、水性液体の吸収固化剤(別称;ゲル化剤)のことを指す。水性液体としては、水に限られず、尿、血液、糞、廃液、湿気や蒸気、氷、水と有機溶媒ないし無機溶媒の混合物、雨水、地下水などが挙げられ、水を含めば特に制限されないが、好ましくは、本発明の粒子状吸水剤は、尿、特に人尿の吸収固化剤とされる。
本発明の粒子状吸水剤中に主成分として、必須に含まれるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の含有量は、好ましくは粒子状吸水剤全体に対して70〜99.9質量%であり、より好ましくは80〜99.7質量%であり、さらに好ましくは90〜99.5質量%である。吸水性樹脂以外のその他の成分としては、吸水速度や粉末(粒子)の耐衝撃性の観点から水が好ましく、必要により後述の添加剤が含まれる。
ポリアクリル酸塩系吸水性樹脂とは、好ましくは繰り返し単位中(架橋剤を除く)でアクリル酸(塩)を30から100モル%、好ましくは50〜100モル%、より好ましくは70〜100モル%、特に好ましくは90〜100モル%含む水膨潤性・水不溶性架橋剤重合体である。なお、水膨潤性とは後述の吸水倍率が5g/g以上、さらには10g/g以上を指し、水不溶性とは後述の水可溶成分が50%以下、さらには30%以下、特に20%以下を指す。
繰り返し単位としてのアクリル酸塩ないし酸基は一価塩、好ましくはアルカリ金属塩ないしアンモニウム塩、より好ましくはアルカリ金属塩、特にナトリウム塩として、0〜100モル%、好ましくは20〜100モル%、より好ましくは50〜99モル%、さらに好ましくは60〜90モル%の範囲で中和される。
なお、本発明では、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂以外の、他の吸水性樹脂樹脂を用いてもよく、また、併用してもよいが、好ましくは、吸水性樹脂としてポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂が50〜100質量%、さらには70〜100質量%、特に90〜100質量%であり、主成分として用いられる。使用される他の吸水性樹脂としては、ポリエチレンイミン架橋体、ポリアリルアミン架橋体などのポリアミン系吸水性樹脂、ポリアクリルアミド架橋体、ポリエチレンオキサイド架橋体などのノニオン系吸水性樹脂が例示され、これからの混合物も本発明ではポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂とする。
本発明の粒子状吸水剤には、その他のキレート剤、還元剤、酸化防止剤などが粒子状吸水性剤に対して0.0001〜2重量%、好ましくは0.001〜1質量%添加されていてもよい。
なお、粒子状吸水剤の原料(不飽和単量体、架橋剤など)は水溶性化合物が好ましい。本発明で水溶性とは常圧25±2℃の100mlのイオン交換水への溶解度が必須に1g以上、好ましくは5g以上、特に好ましくは10g以上の化合物を指す。
(2)単量体(不飽和単量体)
本発明の単量体(不飽和単量体)としては、得られる粒子状吸水剤の物性の観点から、好ましくは、アクリル酸、またはその塩、もしくはアクリル酸及びその塩(特に一価塩)を含む混合物である。単量体がアクリル酸及びその塩を含む場合、吸水性樹脂の繰り返し単位として単量体全モル数に対しアクリル酸が1〜50モル%含まれることが好ましい。また、吸水性樹脂の繰り返し単位としてアクリル酸塩が50〜99モル%含まれることが好適に使用される。なお、アクリル酸塩としての中和は、中和重合(重合前のアクリル酸単量体を中和して重合)してもよく、アクリル酸の重合後に中和(重合中や重合後のポリアクリル酸の中和)をしてもよく、それらを併用してもよい。また、アクリル酸塩としては、アクリル酸アルカリ金属塩ないしアンモニウム塩が挙げられる。アクリル酸塩として、より好ましくはアルカリ金属塩、特に好ましくはナトリウム塩が最も好適に使用される。粒子状吸水剤の用途や目的に応じて、アクリル酸(塩)以外の不飽和単量体を、単量体全モル数に対して0〜30モル%、好ましくは0〜10モル%、特に好ましくは0〜5モル%で使用しても良い。アクリル酸(塩)以外の使用できる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、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)アクリレート等の親水性モノマー類、並びにそれらの塩である。なお、酸基の中和は、重合前の単量体の状態で行ってもよく、重合時または重合後に行ってもよく、また、それらを併用してもよい。
本発明では、吸水特性の観点から、アクリル酸(塩)以外の前記不飽和単量体成分の他に、架橋剤を使用することが特に好ましい。使用できる架橋剤としては、例えば、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリオキシエチレン)トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(β−アクリロイルオキシプロピオネート)、トリメチロールプロパントリ(β−アクリロイルオキシプロピオネート)、ポリ(メタ)アリロキシアルカンなどの分子内に重合性2重結合を少なくとも2個有する化合物;ポリグリシジルエーテル(エチレングリコールジグリシジルエーテルなど)、多価アルコール(エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ソルビトールなど)などのカルボキシル基と反応して共有結合を形成し得る化合物;のうち1種または2種以上や、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸カルシウム、水酸化カルシウムや酸化亜鉛等の多価金属化合物を例示できる。ただし、多価金属化合物を内部架橋剤として使用する場合は、鉄、マンガン、銅などは後述の範囲で調整される。架橋剤を使用する場合には、得られる粒子状吸水剤の吸収特性等を考慮して、分子内に重合性2重結合を少なくとも2個有する化合物を必須に用いることが好ましい。架橋剤は、物性面から、単量体全モル数に対して0.0001〜5モル%、好ましくは0.005〜2モル%で使用される。
さらに、色安定性効果の観点から、アクリル酸は、プロトアネモニンおよび/またはフルフラールを含有する。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、好ましくは0〜10質量ppm、より好ましくは0〜5質量ppm、さらに好ましくは、特に好ましくは0〜1質量ppmの範囲である。さらに、本発明において用いられるアクリル酸は、フルフラール以外のアルデヒド分および/またはマレイン酸を含有していても良い。フルフラール以外のアルデヒド分および/またはマレイン酸は、その含量が少なければ少ないほど良く、アクリル酸に対して、好ましくは0〜5質量ppm、より好ましくは0〜3質量ppm、さらに好ましくは0〜1質量ppm、特に好ましくは0質量ppm(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、アセトアルデヒドなどが挙げられる。
また、特に本発明の第一から第四の実施形態、特に実施形態3、4においては、色安定性効果の観点から、不飽和単量体水溶液では、本願で規定される鉄量が、0〜10質量ppm、好ましくは0〜5質量ppm、さらに好ましくは0を超えて5質量ppm未満、より好ましくは0.001〜5質量ppm、特に好ましくは0.001〜4質量ppm、最も好ましくは0.005〜3質量ppmに制御される。かかる制御は、中和に使用されるアルカリ金属塩の純度を制御するなどして行なわれる。
これら単量体は、通常水溶液で重合され、その固形分濃度は通常10〜90質量%、好ましくは20〜80質量%、さらに好ましくは30〜70質量%、特に好ましくは40〜60質量%である。また、単量体を水溶液で重合するときには、界面活性剤、ポリアクリル酸(塩)や澱粉、ポリビニルアルコールなどの高分子化合物、各種キレート剤、各種添加剤を0〜30質量%(対単量体)添加して、併用してもよい。
(3)塩基性物質
本発明の製造方法においては、前記中和重合(単量体を予め中和)のアクリル酸1〜50モル%とアクリル酸(塩)50〜99モル%からなるアクリル酸(塩)、すなわち、中和率が50〜99モル%のアクリル酸を得るためには、前記アクリル酸を塩基性物質で中和処理されたアクリル酸(塩)が好ましい。中和に用いられる塩基性物質としては、好ましくは一価塩、さらにはアルカリ金属塩やアンモニウム塩、特に好ましくはアルカリ金属塩となるように、前記の範囲で鉄を含む水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属の水酸化物や炭酸(水素)ナトリウム、炭酸(水素)カリウムなどの炭酸(水素)塩等が好ましく、水酸化ナトリウムが特に好ましい。なお、これらの中和処理での好ましい条件等は、国際公開WO2006/522181公報に例示されており、該公報に記載の条件も本発明に適応され得る。
以下、第一から第四の実施形態について個別に(4)〜(8)で順次説明する。
(4)N−オキシル化合物(第一の実施形態)
本発明の好ましい第一の実施形態では、前記不飽和単量体に対してN−オキシル化合物を0.01〜10質量ppmで必須に含むことが好ましく、より好ましくは0.1〜5質量ppm、特に好ましくは0.1〜3質量ppmである。さらに、表面色を従来よりも一層向上させるために、第一の実施形態では、前記不飽和単量体中にメトキシフェノール化合物(例えばp−メトキシフェノールやジ−tert−ブチルヒドロキノンなど)や、その他従来から知られている重合禁止剤(例えばフェノチアジン等)を含有していてもよいが、その含有量が不飽和単量体に対して0以上10質量ppm以下、好ましくは0以上5質量ppm以下であり、0質量ppm(実質不存在下、検出限界以下)に制御されていることが最も好ましい。
第一の実施形態では、前記範囲外でN−オキシル化合物を使用した場合、重合制御が極めて困難であり、本発明の課題である高い吸水特性を維持しかつ、表面色の著しい改善された粒子状吸水剤が得られないため好ましくない。
例えば、不飽和単量体中にメトキシフェノール化合物のみを10質量ppm含む場合や、N−オキシル化合物を全く含まない場合は、重合反応が暴走するため著しい物性低下を引き起こす。
本発明で使用されるN−オキシル化合物としては、分子内にN−オキシル構造を1個以上有する高分子または非高分子化合物、好ましくは非高分子化合物であり、特に環状有機化合物、特に好ましくは、ピペリジン類のN−オキシド化合物である。また、その分子あたりのN−オキシル構造は、好ましくは1〜6個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1個である。また、その分子量は50〜5000、さらには60〜1000、特に70〜800の範囲であり、炭素数は1〜500、さらには2〜100、特に5〜50の範囲である。具体的には、N−オキシル化合物として、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、2,2,6,6−4−ヒドロキシ−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、2,2,6,6−テトラメチル−4オキソピペリジン−1−オキシル、4,4’,4’’−トリス(2,2,6,6−テトラピペリジノオキシル)フォスファイト等の環状有機化合物(特にピペリジン類)が挙げられ、特に好ましくは2,2,6,6,−テトラピペリジン−1−オキシルである。なお、前記N−オキシル化合物は、好ましくは、後述する第二の実施形態で使用されるマンガン化合物を特定量併用することでも、一層の吸水剤ないし吸水性樹脂表面色改善することができる。
(5)マンガン化合物(第二の実施形態)
本発明の好ましい第二の実施形態では、前記不飽和単量体に対して、特定量のメトキシフェノール化合物および特定量のマンガン化合物を必須として含む。
第二の実施形態で使用されるメトキシフェノール化合物は、好ましくは0.01〜20質量ppm、より好ましくは0.1〜10質量ppm、さらに好ましくは0.1〜5質量ppmであり、最も好ましくは0.1〜3質量ppmである。また、第二の実施形態で使用されるマンガン化合物量は好ましくはMn0換算で0.01〜10質量ppm、好ましくは0.01〜5質量ppm、より好ましくは0.01〜2質量ppm、最も好ましくは0.1〜1質量ppmである。
第二の実施形態では、前記範囲外でメトキシフェノール化合物およびマンガン化合物を前記量範囲外で使用した場合、重合制御が極めて困難であり、本発明の課題である高い吸水特性を維持しかつ、表面色の著しい改善された粒子状吸水剤が得られないため好ましくない。
第二の実施形態で使用されるメトキシフェノール化合物はp−メトキシフェノール、t−ブチルカテコール、ジ−t−ブチルヒドロキノン、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシトルエン、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシトルエン、2−t−ブチルフェノール、2−t−ブチル−4−メチルフェノール、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、4,6−ジ−t−ブチルレソルジン、3,6−ジ−t−ブチルブレンツカテキン、2−t−ブチルレソルジン等が挙げられ、これらの1種以上を併用しても良いが、特に好ましい化合物はp‐メトキシフェノールである。
第二の実施形態で使用されるマンガン化合物としては、過マンガン酸マンガン、二酸化マンガン、塩化マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガンなどの無機マンガン化合物、特に無機塩、特に水溶性無機塩も挙げられるが、不飽和単量体への溶解性等の観点からマンガンの有機酸塩、特に水溶性有機酸塩、水溶性飽和有機酸塩が好ましい。なお、本発明で水溶性とは常温の水に0.1%以上、さらには1%以上、10%以上の溶解性を示す。
本発明で好適に使用されるマンガンの有機酸塩としては蟻酸マンガン、酢酸マンガン、オクタン酸マンガン、ジアルキルジチオカルバミン酸マンガン(アルキル基はメチル、エチル、プロピル、ブチル)、ジフェニルジチオカルバミン酸マンガン、エチレンジアミン4酢酸マンガン等が挙げられ、これらの1種以上を併用しても良い。
第二の実施形態において、前記マンガン以外の遷移金属化合物は本発明の課題を達成する上で好ましくない。例えば、銅化合物の場合は重合制御の観点から従来使用されているが、重合後に得られる吸水性樹脂の表面色で特に赤色(ハンター白度測定におけるa値)を呈するために好ましくない。そのため、銅イオンないし銅化合物はCuO換算で、好ましくは0以上5質量ppm以下、さらに0以上1質量ppm以下であり、特に好ましくは銅イオンないし銅化合物を0以上0.3質量ppm以下、最も好ましくは0質量ppmに制御されることが好ましい。
(6)ポリアルキレングリコール(第三の実施形態)
本発明の好ましい第三の実施形態では必須にポリアルキレングリコールが用いられる。さらに、好ましくはポリアルキレングリコールの重量平均分子量300〜50000が好ましく、より好ましくは400〜30000、さらに好ましくは500〜20000である。なお、本願でポリアルキレングリコールとは、ポリアルキレンオキサイドを含む概念であり、それらは一種類の繰り返し単位からなるホモポリマー、または2種類以上の繰り返し単位であるブロックないしランダムコポリマーでもよい。アルキレン単位としてC1(メチレン)以上、好ましくはC2(エチレン)〜C10(デカン)、特に好ましくはC2(エチレン)〜C3(プロピレン)、最も好ましくはC2(エチレン)であるポリオキサイドまたはポリグリコールである。
第三の実施形態では、重量平均分子量が300未満の得られる粒子状吸水剤の所望の白度が得られず、着色防止効果が乏しい。また、分子量が50000を超える場合、重合方法によっては不飽和単量体を水溶液に調整する際の粘度の増加による重合温度の制御が困難になるケースもあるため好ましくない。
さらに、本発明の第三の実施形態では、ポリアルキレングリコールは非ラジカル重合性が好ましい。本発明でいう非ラジカル性とは、分子鎖にビニル基やアリル基のような不飽和結合を有しない化合物である。ポリアルキレングリコールの分子鎖に、ラジカル重合性のビニル基やアリル基のような不飽和結合を有する場合、使用するポリアルキレングリコール化合物によっては、本発明で主として用いる不飽和単量体であるアクリル酸の重合反応が制御できなくなる恐れがある。それゆえ所望の吸収特性が得られず、粒子状吸水剤の吸収特性が低下するため好ましくない。
前記の中でも分子鎖に1個以上の水酸基を有するポリアルキレングリコールが好ましく、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールのメトキシ変性物、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールのメトキシ変性物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等が例示され、これらの1種または2種以上が使用され得る。
前記ポリアルキレングリコールの中で、本発明の効果が顕著に発揮できる特に好ましい化合物は、ポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコールまたはその末端変性物であり、そのアルキレングリコール構造(特にポリエチレングリコール)の繰り返し単位が、1分子あたりに50重量%以上、好ましくは60重量%、特に好ましくは80重量%以上、さらに特に好ましくは90重量%であり、最も好ましい化合物はポリエチレングリコール、特に未変性ポリエチレングリコールである。
なお、本発明で使用され得るポリアルキレングリコールは、特開昭55−3863号、特開昭55−843034号、特開昭57−16307号、特開平1−92226号、特開平1−165615号、特開平3−20313号、特開平3−163119号、特開平5−239156号、特開2002−26511号、特開2003−51850号記載の例示化合物も本発明の粒子状吸水剤に使用することができる。
本発明の第三の実施形態においては、好ましい製造方法の一例として前記ポリアルキレングリコールは、後述の不飽和単量体に添加することが、本発明の効果を顕著に達成するためには好ましいとされる。
本発明の第三の実施形態では、粒子状吸水剤中に主成分として含まれる吸水性樹脂の含有量は、好ましくは粒子状吸水剤全体に対して70〜99.9質量%であり、より好ましくは80〜99.7質量%であり、さらに好ましくは90〜99.5質量%であり、ポリアルキレングリコールの含有量は、好ましくは0.01〜10質量%、より好ましくは0.05〜5質量%、最も好ましくは0.1〜5質量%である。
前記の使用量未満の場合は所望の粒子表面色の白度向上効果が得られず、前記範囲を超えて使用すると、特に不飽和単量体に添加混合して不飽和単量体水溶液を重合する場合、不飽和単量体水溶液が増粘されることによる重合反応の制御が困難となるため好ましくない。
前記ポリアルキレングリコールは均一な添加のために、ポリアルキレングリコールは溶液、さらには水溶液ないし水性液とされ、水溶液濃度は1〜50質量%程度でよい。さらには必要により界面活性剤などを用いてもよい。溶媒は必要により乾燥すればよい。
なお、本発明の好ましい第三の実施形態では、前記ポリアルキレングリコールおよび鉄の添加方法または調整方法として、例えば、下記吸水性樹脂の製造工程(a)〜(f)の一つまたは複数の工程で行われる。
工程(a):アクリル酸を主成分とする不飽和単量体を必要に応じて塩基性物質で中和調整し、アクリル酸および/またはその塩を主成分とする不飽和単量体水溶液を調整する工程。
工程(b):工程(a)で調整した不飽和単量体水溶液に、重合開始剤の添加または紫外線等の活性エネルギー線を照射し架橋重合する工程。
工程(c):単量体を含む不飽和単量体水溶液を架橋重合後、重合で得られた含水ゲル状重合体を粉砕し、必要に応じて粉砕と同時または粉砕後に塩基性物質で中和する工程。
工程(d):工程(a)〜(c)の後、含水ゲル状重合体を乾燥し、必要に応じて粉砕し、150μm未満の粒子が0〜20質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40の乾燥粉末を得る工程。
工程(e):工程(d)で得られた乾燥粉末を表面架橋し吸水性樹脂を得る工程。
工程(f):表面架橋後に必要に応じて添加剤を添加する工程。
これら製造方法の中でも、本発明の着色防止効果を一層高めるためには、特に好ましくは、工程(a)または工程(b)においてポリアルキレングリコールおよび鉄が添加または調整される。すなわち、重合前または重合途中の不飽和単量体水溶液にポリアルキレングリコールおよび鉄が添加または調整されることが好ましい。詳細は後述する。
本発明では第三の実施形態では吸水性樹脂の表面または内部に含有されればよいが、吸水特性および表面色(白度)向上の面から特に好ましくは、吸水性樹脂内部に均一に含有される。
(7)鉄(第一〜第四の実施形態、特に第三の実施形態)
本発明の好ましい第三の実施形態では、粒子状吸水剤は鉄を必須として含むものであり、鉄の含有量が0.001〜5質量ppmを得る方法としては、不飽和単量体の重合反応制御の観点から、下記方法(a)、(b)が好ましいとされる。
方法(a);市販の塩基性物質(例えばアルカリ金属の水酸化物)の中から、鉄の含有量が0.01〜10質量ppmのものを選択して使用し、粒子状吸水剤中の鉄含有量が0.001〜5質量ppmとなるように調整する。
方法(b);鉄の含有量が10質量ppm以上の塩基性化合物を、活性炭、キレ−トイオン交換樹脂、キレ−ト剤等で鉄を除去または低減した後、0.01〜10質量ppmの範囲となるように鉄を添加して調整する。
上記方法(b)においては、鉄を不飽和単量体および/または塩基性化合物に添加してもよい。また、前記方法(b)で使用する鉄は、酸化鉄、水酸化鉄、塩化鉄、硫酸鉄、硫化鉄等の第一塩や第二塩等が例示されこれらの1種または2種以上使用しても良い。
本発明での粒子状吸水剤中の好ましい鉄の範囲としては、鉄が、好ましくは0.001〜5質量ppm、さらに好ましくは0.01〜4質量ppm、より好ましくは0.1〜4質量ppm、特に好ましくは0.3〜3質量ppmに制御される。
鉄が実質不存在下の状態である場合、重合反応に影響を与えるために所望の物性が得られず、また、前記範囲を超える場合は粒子状吸水剤が着色するために好ましくない。
なお、本願では、本発明に使用する原料や不飽和単量体水溶液等の前記好ましい範囲内で鉄量を、製造条件に応じて適宜調整し、最終的に粒子状吸水剤中の鉄量を上記範囲内に制御される。
さらに、上記方法(a)または(b)の塩基性化合物以外に使用する吸水性樹脂原料である、不飽和単量体、水、内部架橋剤、表面架橋剤、多価金属化合物中の鉄含有量を調整してもよい。
これら前記の方法により粒子状吸水剤中の鉄含有量は制御され、前記の好ましい範囲に調整される。なお、前記の具体的な態様については後述する。
(8)水溶性チオジアルキル化合物(第四の実施形態)
本発明の好ましい第四の実施形態は、C−S−C構造を有する水溶性チオジアルキル化合物を吸水性樹脂ないし粒子状吸水剤の製造工程に使用して得られる。
第四の実施形態で使用される水溶性チオジアルキル化合物とは常温常圧の水100gに0.1g以上、好ましくは1g以上、さらに好ましくは10g以上溶解するチオジアルキル化合物であり、好ましくは、ヒドロキシル基ないしカルボキシル基を含有する高分子または非高分子のチオジアルキル化合物である。
1分子あたりの硫黄原子は好ましくは1〜10個、さらには1〜5個、特に1個である非高分子化合物であり、1分子あたりのヒドロキシル基ないしカルボキシル基は1個以上、好ましくは2〜5個であり、通常、分子量は50〜1000、さらには100〜500程度の化合物ないし炭素数が2〜100、さらには4〜50程度の化合物が使用される。なお、分子内に不飽和基やフェニル基などを有してもよいが、特に表面色の白度向上効果と吸水特性の両立の観点から飽和アルキル、さらには飽和(ポリないしジ)ヒドロキシアルキル、ないし飽和(ポリないしジ)カルボキシアルキル化合物が使用される。
本発明で用いられる水溶性チオジアルキル化合物として、例えば、2,2’−チオジエタノール、1−(2−ヒドロキシエチルチオ)−2−プロパノール、チオジプロピレングリコールなどのチオジアルキルアルコール類、2,2’−チオジ酢酸、2,2’−チオジグリコール酸、3,3’-ジチオビスヒドロ桂皮酸、などのチオジアルキル酸(カルボン酸)、およびその塩を挙げることができ、より好ましくは、効果の面から、チオジグリコールないしチオジグリコール酸(別称;チオジ酢酸)、チオジプロピオン酸である。また、チオジアルキル酸の塩として好ましいものは、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩を挙げることができる。
本発明の水溶性チオジアルキル化合物は前記吸水性樹脂100質量部対して0.001〜10質量部の範囲が好ましく、0.002〜1質量部の範囲がより好ましく、0.005〜0.5質量部の範囲が更に好ましい。0.001質量部未満の場合には色安定性効果が少なくなることがある。また10質量部よりも多く使用した場合には、重合の制御が困難となる場合があり、得られる粒子状吸水剤の物性も安定しないため好ましくない。
本発明の水溶性チオジアルキル化合物は吸水性樹脂の製造工程で添加される。添加は、重合モノマー溶液、重合反応中、重合反応の直後、ゲル粉砕工程、乾燥工程の後、表面処理工程の直前、表面架橋処理剤中、表面架橋工程の後等が挙げられる。これらのうち、水溶性チオジアルキル化合物を吸水性樹脂に均一に分布させる観点から、重合モノマー溶液、ゲル粉砕工程に添加することが好ましく、重合モノマー溶液に添加することがより好ましい。なお、水溶性チオジアルキル化合物の添加は、その化合物をそのまま添加しても良いが、水性液の溶液として添加することが好ましく、水溶液として添加することがより好ましい。また、溶液中の水溶性チオジアルキル化合物の濃度範囲は、0.1〜90質量%であることが好ましく、0.5〜50質量%であることがより好ましく、1〜20質量%であることがさらに好ましい。
以下、第一から第四の実施形態を含め、本発明で共通する原料または方法、物性および用途などについて(9)〜(20)で説明する。
(9)キレート剤(好ましくは水溶性有機キレート剤)
本発明の粒子状吸水剤は、例えばさらに色安定性(粒子状吸水剤を、高温高湿条件下で、長期間保存する場合の色安定性)の向上や耐尿性(ゲル劣化防止)の向上を目的とする場合は、好ましくはキレート剤が用いられる。
効果の面から好ましくは、キレート剤が水溶性有機キレート剤であり、さらに、好ましくは、窒素原子または燐原子を有する非高分子化合物有機キレート剤が用いられ、より好ましくは、アミノ多価カルボン酸系キレート剤またはアミノ多価燐酸系キレート剤が使用される。
本発明で用いられるキレート剤とは、遷移金属イオンなどの金属イオンを補足する化合物であるが、重合への影響や得られる吸水剤の物性への観点から、重量平均分子量が5000以下の非高分子系有機化合物が好ましく、より好ましくは分子量100〜1000である。分子量が5000を超える場合、重合方法によっては不飽和単量体を水溶液に調整する際の粘度の増加による重合温度の制御が困難になるケースもあるため好ましくない。
前記の中でも窒素原子または燐原子を有する化合物が好ましく、さらに好ましくはカルボキシル基を分子内に2個さらには3個以上、好ましくは3〜100個、さらには3〜20個、特に3〜10個を有する、アミノ多価カルボン酸(塩)またはリン酸基を有する有機リン酸(塩)化合物が好ましい。
2個以上のカルボキシル基を有するアミノ多価カルボン酸(塩)としては、イミノ二酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、ニトリロ三プロピオン酸、エチレンジアミン四酢酸、ヒドロキシエチレンジアミン三酢酸、ヘキサメチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、trans−1,2−ジアミノシクロヘキサン四酢酸、ビス(2−ヒドロキシエチル)グリシン、ジアミノプロパノール四酢酸、エチレンジアミン−2−プロピオン酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、ビス(2−ヒドロキシベンジル)エチレンジアミン二酢酸、エチレンジアミン二コハク酸、L−グルタミン酸二酢酸、3−ヒドロキシ−2,2’−イミノジコハク酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、メチルグリシン二酢酸およびこれらの塩等のアミノカルボン酸系金属キレート剤が例示される。これらのうちの1種又は2種以上が使用され得る。
有機リン酸(塩)化合物としてはリン酸基が分子内に2個のヒドロキシエチレン二リン酸などがあるが、より好ましくは分子内に3個以上、特に好ましくは3〜10個のリン酸基を有する有機多価リン酸化合物やアミノ基を有するアミノ多価リン酸化合物が好ましい。
分子内に3個以上のリン酸基を有する有機多価リン酸化合物またはアミノ多価有機リン酸化合物としては、エチレンジアミン−N,N’−ジ(メチレンホスフィン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスフィン酸)、ニトリロ酢酸−ジ(メチレンホスフィン酸)、ニトリロジ酢酸−(メチレンホスフィン酸)、ニトリロ酢酸−β−プロピオン酸−メチレンホスホン酸、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)、シクロヘキサンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミン−N,N’−ジ酢酸−N,N’−ジ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミン−N,N’−ジ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ポリメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、1−ヒドロキシエチリデンジホスホン酸、およびこれらの塩である。
前記3個以上のカルボキシル基を有するアミノカルボン酸(塩)または有機リン酸(塩)は1種または2種以上を併用してもよく、また、塩として好ましいものは、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩を挙げることができる。
前記キレート剤は、粒子状吸水剤中に好ましくは10〜5000質量ppm、より好ましくは10〜1000質量ppm、さらに好ましくは50〜1000質量ppm、特に好ましくは100〜1000質量ppm含むものである。前記の量未満の場合は所望の耐尿性や色安定性効果が得られず、前記範囲を超えると、特に不飽和単量体に添加混合して不飽和単量体水溶液を重合する場合、重合反応の制御が困難となるため好ましくない。前記量未満の場合は所望の耐尿性や色安定性効果が得られず、前記範囲を超えて使用すると、特に吸水性樹脂に添加する場合、吸収特性(吸収倍率、水可溶成分量)、表面張力の低下などを引き起こすため好ましくない。
本発明の粒子状吸水剤においては、好ましい製造方法の一例として前記キレート剤をアクリル酸を主成分とする不飽和単量体水溶液に添加することが、本発明の効果を顕著に達成するためには好ましいとされる。
(10)ヒドロキシカルボン酸化合物
さらには、色安定性効果のために、国際出願WO2007/JP/67348(国際出願日2007/08/30)例示の乳酸(塩)、クエン酸(塩)、リンゴ酸(塩)などヒドロキシカルボン酸、特に非高分子ヒドロキシカルボン酸(塩)などを単量体ないしその重合物に使用してもよい。
これら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、前記モノマーに対して1〜100000質量ppmの範囲、或いは吸水性樹脂固形分に対して1〜10000質量ppmの範囲で添加されるのが好ましい。
(11)不飽和単量体水溶液の調整
上記第一から第四の実施形態を含め、本発明での重合工程において逆相懸濁重合や水溶液重合を行う場合、不飽和単量体は必要により内部架橋剤を含む水溶液とされるが、この水溶液(以下、単量体水溶液と称する)中の不飽和単量体成分の濃度は、物性面から好ましくは10〜70質量%、より好ましくは15〜65質量%、さらに好ましくは30〜65質量%、特に好ましくは30〜60質量%、最も好ましくは35〜55質量%である。なお、水以外の溶媒を必要に応じて併用してもよく、併用して用いられる溶媒の種類は、特に限定されるものではない。
なお、本発明の第一〜第四の実施形態において、前記の特定化合物を吸水性樹脂ないし粒子状吸水剤に均一に分布させる観点から、不飽和単量体水溶液に調整する段階で存在することが好ましい。
すなわち、本発明の第一の実施形態では、不飽和単量体水溶液を調整後、前記のN−オキシル化合物を前記範囲の量を含む状態であることが好ましい。
本発明の第二の実施形態では不飽和単量体水溶液を調整後、前記のマンガン化合物を前記範囲の量を含む状態であることが好ましい。
本発明の第三の実施形態では、製造方法の一例として、単量体水溶液にポリアルキレングリコールまたは鉄を混合する場合、その混合方法については、特に限定されないが、好ましくは単量体ないし単量体水溶液に添加混合し不飽和単量体水溶液に調整される。
また、第三の実施形態における製造方法の一例として、好ましくは単量体水溶液に鉄を混合する場合は前記の塩基性物質で中和処理時に調整することで、不飽和単量体水溶液に調整される。
第三の実施形態において、不飽和単量体水溶液に対して鉄が0.01〜10質量ppm、好ましくは0.01〜5質量ppm、より好ましくは0.01〜3質量ppmに制御される。なお、第一、第二、および第四の実施形態においても鉄が前記範囲量に制御されることが好ましい。
本発明の第四の実施形態では、前記の水溶性チオジアルキル化合物が前記範囲の量を含む状態であることが好ましい。
さらに、不飽和単量体水溶液は、単量体に対して、澱粉、ポリアクリル酸(塩)、ポリエチレンイミンなどの水溶性樹脂ないし吸水性樹脂を例えば0〜50重量%、好ましくは0〜20質量%、特に好ましくは0〜10質量%、最も好ましくは0〜3質量%、各種の発泡剤(炭酸塩、アゾ化合物、気泡など)、界面活性剤や後述の添加剤等を例えば0〜5質量%、好ましくは0〜1質量%添加して、吸水性樹脂や粒子状吸水剤の諸物性を改善してもよい。
(12)重合工程(架橋重合工程)
重合方法は、性能面や重合の制御の容易さから、通常、水溶液重合または逆相懸濁重合、特に、従来重合の制御や着色改善が困難であった水溶液重合、さらには連続水溶液重合で行われる。特に1ラインで不飽和単量体水溶液を重合して含水ゲル状重合体を0.5t/日以上、さらには1t/日以上、よりさらには5t/日以上、特に10t/日以上の巨大スケールで製造する連続重合において好適に制御できる。好ましい連続重合として、連続ニーダー重合、連続ベルト重合が挙げられる。なお、連続重合では、高温開始(30℃以上、さらには40℃以上)、高単量体濃度(30重量%以上、特に40重量%以上)での重合が好ましい一例として例示でき、本発明の方法は、このような重合方法あるいは重合工程を含む製造方法に適応することで、より一層の着色が改善され、吸水特性を両立した粒子状吸水剤を提供する。
これらの重合は空気雰囲気下でも実施できるが、着色改善からも好ましくは、窒素やアルゴンなどの不活性気体雰囲気(例えば、酸素濃度1%以下)で行われ、また、単量体成分は、その単量体もしくは単量体を含む溶液中の溶解酸素が不活性気体で十分に置換(例えば、酸素1ppm未満)された後に重合に用いられることが好ましい。
なお、重合時の蒸発する水やアクリル酸は、必要により保集して、さらに吸水性樹脂の製造工程にリサイクルすることも好ましい。
逆相懸濁重合とは、単量体水溶液を疎水性有機溶媒に懸濁させる重合法であり、例えば、米国特許4093776号、同4367323号、同4446261号、同4683274号、同5244735号などの米国特許に記載されている。水溶液重合は分散溶媒を用いずに単量体水溶液を重合する方法であり、例えば、米国特許4625001号、同4873299号、同4286082号、同4973632号、同4985518号、同5124416号、同5250640号、同5264495号、同5145906号、同5380808号などの米国特許や、欧州特許0811636号、同0955086号,同0922717号、同1178059号などの欧州特許に記載されている。尚重合に際し、これらに記載の単量体、架橋剤、重合開始剤、その他添加剤も本発明では使用可能である。
本発明で使用される重合開始剤としては、重合の形態によって適宜選択される。このような重合開始剤としては例えば、光分解型重合開始剤や熱分解型重合開始剤、レドックス系重合開始剤等を例示できる。光分解型重合開始剤としては例えば、ベンゾイン誘導体、ベンジル誘導体、アセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、アゾ化合物を例示できる。また熱分解型重合開始剤としては例えば、過硫酸塩:過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム;過酸化物:過酸化水素、t−ブチルパーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシド);アゾ化合物:アゾニトリル化合物、アゾアミジン化合物、環状アゾアミジン化合物、アゾアミド化合物、アルキルアゾ化合物、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド等を例示できる。レドックス系重合開始剤としては、例えば、前記過硫酸塩や過酸化物に、L−アスコルビン酸や亜硫酸水素ナトリウムのような還元性化合物を併用し両者を組み合わせた系を例示できる。また本発明においては光分解型開始剤と熱分解型重合開始剤を併用することも好ましい態様として挙げることができる。重合開始剤の量は前記モノマーに対し、0.0001〜1モル%、好ましくは0.001〜0.5モル%の量使用される。
(13)ゲル細粒化工程
重合で得られた含水ゲル状重合体(含水ゲル状架橋重合体、以下含水ゲル)はそのまま乾燥を行っても良いが、必要により粉砕機などを用いてゲル粉砕され、粒子状にされる。ゲル粉砕時の含水ゲルの温度は物性面から、好ましくは40〜95℃、さらには50〜80℃に保温ないし加熱される。
含水ゲルの樹脂固形分は、特に限定されるものではないが、物性面から好ましくは10〜70質量%、より好ましくは15〜65質量%、さらに好ましくは30〜55質量%である。
ゲル粉砕は重合時または重合後に行われ、好ましくは、連続ニーダーや孔径0.3〜30mm、より好ましくは5〜30mm、さらに好ましくは5〜20mmの多孔構造から押し出して粉砕することが可能である。孔の形状としては、円形、正方形、長方形、などの四方形、三角形、六角形など、特に限定されないが、好ましくは、円形の孔から押し出される。なお、前記の孔径とは、目開き部の外周を円の外周に換算した場合の直径で規定できる。
多孔構造の孔径が0.3mmよりも小さいと、ゲルが紐状になったり、あるいはゲルを押出すことができなくなったりするおそれがある。多孔構造の孔径が30mmよりも大きいと、含水ゲルの乾燥が不十分となるため、本発明の効果を発揮することができないおそれがある。
押し出し粉砕装置としては、例えば、スクリュー型、回転ロール型によるもの等、含水ゲル状重合体をその供給口から多孔板に圧送できる形式のものが用いられる。スクリュー型押し出し機は、一軸あるいは多軸でもよく、通常、食肉、ゴム、プラスチックの押し出し成型に使用されるもの、あるいは、粉砕機として使用されるものでもよい。例えば、ミートチョッパーやドームグランが挙げられる。
前記押し出し粉砕装置を使用する場合、水や、多価アルコール、水と多価アルコールの混合液、水に多価金属を溶解した溶液あるいはこれらの蒸気等を添加しても良い。
本発明の第三の実施形態としては、ポリアルキレングリコールを含水ゲルの整粒(細分化)時に混合しても良い。
さらに、押し出し粉砕にあたり、前記のキレート剤やヒドロキシカルボン酸化合物を水溶液の形態で上記の範囲で添加することで、色変化を更に低減させることも可能である。
(14)乾燥工程
前記第一から第四の実施形態を含め、本発明の課題でもある残存モノマーの低減やゲル劣化防止(耐尿性)、黄変防止を達成するため、重合終了後に必要によりゲル粉砕工程を経て乾燥を開始するまでの時間も短いほど好ましい。すなわち、重合後の含水ゲル状架橋重合体は、好ましくは1時間以内、より好ましくは0.5時間以内、さらに好ましくは0.1時間以内に乾燥が開始(乾燥機に投入)される。また、残存モノマーの低減や低着色を達成するため、重合後から乾燥開始までの含水ゲル状架橋重合体の温度は好ましくは50〜80℃、さらに好ましくは60〜70℃に制御される。
その乾燥減量(粉末ないし粒子1gを180℃で3時間加熱)から求められる樹脂固形分が好ましくは80質量%以上、より好ましくは85〜99質量%、さらに好ましくは90〜98質量%、特に好ましくは92〜97質量%の範囲に調整され乾燥物を得る。また、乾燥温度は特に限定されるものではないが、好ましくは100〜300℃の範囲内、より好ましくは150〜250℃の範囲内とすればよい。乾燥方法としては、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、ドラムドライヤー乾燥、疎水性有機溶媒との共沸による脱水、高温の水蒸気を用いた高湿乾燥等、種々の方法を採用することができるが、好ましくは露点が40〜100℃、より好ましくは露点が50〜90℃の気体による熱風乾燥である。
(15)粉砕ないし分級工程(乾燥後の粒度および調整)
前述の含水ゲル状架橋重合体を乾燥する工程後、必要により乾燥後に粒度を調整してもよいが、後述の表面架橋での物性向上のため、好ましくは特定粒度にされる。粒度は重合(特に逆相懸濁重合)、粉砕、分級、造粒、微粉回収などで適宜調整できる。
表面架橋前の質量平均粒子径(D50)としては200〜600μm、好ましくは200〜550μm、より好ましくは250〜500μm、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以上の粒子が少ないほどよく、通常0〜5質量%、好ましくは0〜3質量%、特に好ましくは0〜1質量%に調整される。粒度分布の対数標準偏差(σζ)が好ましくは0.20〜0.40、好ましくは0.27〜0.37、好ましくは0.25〜0.35とされる。
これらの方法については例えば、WO2004/69915号に記載されている。
(16)表面架橋工程
本発明で得られる吸水性樹脂粒子は、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吸水性樹脂とすることができる。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反応や表面架橋重合、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等を例示できる。
より具体的には、米国特許6228930号、同6071976号、同6254990号などに例示されている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などの多価アルコール化合物;エチレングリコールジグリシジルエーテルやグリシドールなどのエポキシ化合物;エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミン、ポリアミドポリアミン等の多価アミン化合物;エピクロロヒドリン、エピブロムヒドリン、α−メチルエピクロロヒドリン等のハロエポキシ化合物;上記多価アミン化合物と上記ハロエポキシ化合物との縮合物;2−オキサゾリジノンなどのオキサゾリジノン化合物;エチレンカボネートなどのアルキレンカーボネート化合物;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。
また、この際、親水性有機溶媒を使用してもよく、またその量は、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国際出願番号WO2005JP1689 (国際出願日2005/02/04)に例示されている。
前記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ー(日本の細川ミクロン社製)や商品名レディゲミキサー(ドイツのレディゲ社製)などを例示できる。
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。本発明では、従来着色が激しかった高温過熱や空気(熱風)での乾燥でも、高度に白色の吸水性樹脂を提供する。
これらの表面架橋処理方法は、欧州特許0349240号、同0605150号、同0450923号、同0812873号、同0450924号、同0668080号などの各種欧州特許や、日本国特開平7−242709号、同7−224304号などの各種日本特許、米国特許5409771号、同5597873号、同5385983号、同5610220号、同5633316号、同5674633号、同5462972号などの各種米国特許、国際公開WO99/42494号、WO99/43720号、WO99/42496号などの各種国際公開特許にも記載されており、これらの表面架橋方法も本発明に適用できる。また表面架橋処理工程において、前記架橋反応の後、更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WO2004/69915号、WO2004/69293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。
(17)その他工程
上記以外に、必要により、造粒工程、微粉除去工程、微粉リサイクル工程などを設けてもよい。さらには、経時色安定性効果やゲル劣化防止等のために、後述の添加剤を単量体ないしその重合物に使用してもよい。
(18)粒子状吸水剤とその性状
本発明は、上記第一から第四の実施形態を含め、本発明での前記の好ましい達成手段により従来にない新規な粒子状吸水剤を提供する。すなわち、吸水特性(吸収倍率、可溶分量、残存モノマー量)と白度の向上を両立するものである。例えば衛生材料で望まれる加圧下吸収倍率(AAP)、無加圧下倍率(GVs)、水可溶分量、残存モノマー量に対してバランス良く高物性でかつ、表面色の向上(白度向上)などの着色防止効果を有する。
本発明の粒子状吸水剤は、ポリアクリル酸(塩)を主成分とし粒子のハンターLab表面色系におけるb値が−5から10、より好ましくは−5〜5、さらに好ましくは−4〜4、特に好ましくは−3〜3であり、特にさらに好ましくは−0.5〜3、最も好ましくは0〜3である。さらに、本発明の粒子状吸水剤は、粒子の分光式色差計によるハンターLab表色系測定において、L値(Lightness)が少なくとも85、さらには90〜100、好ましくは91〜100、92〜100、最も好ましくは95〜100である。また、a値は−2〜2、少なくとも−1〜1、好ましくは−0.5〜1、最も好ましくは0〜1である。
Lab値については、前記のL/a/bの好ましい範囲を1つ以上、好ましくは2つ以上を満たし、特に好ましくはL値が90〜100、a値が−1〜1、b値が−3〜3であり、最も好ましくはL値が90〜100、a値が0〜1、b値が0〜3とされる。
さらに、温度70±1℃、相対湿度65±1%の雰囲気に7日間曝露した粒子の分光式色差計によるハンターLab表色系測定において、L値(Lightness)が少なくとも70、さらには74〜100、好ましくは78〜100、特に好ましくは80〜100を示す、吸水性樹脂である。(なお、L値の上限は通常100であるが、上記条件で曝露した粒子が70以上を示すならば色の安定性において実質問題が発生しない)。
また、架橋体特性指数(CPI)は1〜100、好ましくは1〜50、さらに好ましくは1〜30、よりさらに好ましくは1〜20、特に好ましくは1〜10、より特に好ましくは2〜10、最も好ましくは3〜10の粒子状吸水剤である。
また、好ましくは下記(a)〜(c)の少なくとも一つを満たす粒子状吸水剤である。
(a)150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40
(b)1.9kPaまたは4.8kPa下での0.90質量%塩化ナトリウム水溶液に対する60分間の加圧下吸収倍率(AAP)が少なくとも20(g/g)
(c)0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)が少なくとも5(cm・s・10−7/g)
好ましい達成手段としての第一の実施形態では、アクリル酸(塩)を主成分とする粒子状吸水性樹脂であって、N−オキシル化合物を必須として含み、前記を満たす粒子状吸水剤である。
好ましい第二の実施形態では、アクリル酸(塩)を主成分とする粒子状吸水性樹脂であって、マンガン化合物を必須として含み、前記を満たす粒子状吸水剤である。
好ましい第三の実施形態では、本発明はポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂とポリアルキレングリコールおよび鉄を必須として含み、前記を満たす粒子状吸水剤である。
また、ポリアルキレングリコールおよび鉄の存在場所としては、粒子状吸水剤の表面または内部に含有されればよいが、吸水特性および表面色(白度)向上の面から特に好ましくは、粒子状吸水剤に均一に含有される。
好ましい第四の実施形態では、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂および水溶性チオジアルキル化合物を含み、前記を満たす粒子状吸水剤である。水溶性チオジアルキル化合物は吸水剤の表面ないし内部に含有されるが、好ましくは内部さらには内部に均一に含有される。
さらに、前記第一〜第四の実施形態において、粒子状吸水剤の経時での色安定性を向上するために、好ましくは前記のキレート剤を含む。
なお、本発明で粒子状吸水剤とは、水性液の吸収ゲル化剤(別称;固化剤)であり、水性液として固体、液体、気体の水を含めば水単独ないし水混合物で特に問わないが、尿、特に人尿の吸水に使用される。
なお、本願に記載の吸水剤または吸水性樹脂の色やその他物性は、吸収ゲル化前の未使用状態(例;粉末単体ないしその複合化物中の粉末)の色で規定される。すなわち、吸水性樹脂(吸水剤)粉末単体で、製造、販売ないし入手される場合、色やその他物性は粉末をそのまま測定すればよく、また、おむつや生理用ナプキンなど、他の基材(例:パルプなど)と複合化されている場合は分離し、必要に応じて所定の含水率(例;含水率10重量%以下、さらには4〜6重量%)とし、分離した粉末の表面色や諸物性を測定すればよい。
また、本願に記載の粒子状吸水剤または吸水性樹脂の色は、吸水剤(ないし吸水性樹脂)の製造直後、製造工場出荷時ないし衛生材料の製造日以降であっても、その間、例えばポリエチレン製などの包装材料やコンテナ内で密閉された(開封されていない)未使用状態の粒子状吸水剤(ないし吸水性樹脂)や、未使用の衛生材料等から取り出した粒子状吸水剤(ないし吸水性樹脂)を測定して確認することができる。
なお、未使用の衛生材料から取り出した粒子状吸水剤(ないし吸水性樹脂)が含水率10質量%を超える場合は、例えば室温から物性に影響を与えない程度の温度下で減圧乾燥することで、含水率を10重量%以下、好ましくは4〜6質量%に調整して色の測定を行うことが好ましい。
また、色はJISZ8719(1970年制定、2004年改定)で示されるハンター白度(L,a,b)の数値として求めることができる。
以下、本発明の粒子状吸水剤の特性について説明する。
(a)粒度
本発明の粒子状吸水剤は、下記の好ましくは特定粒度に制御される。これらの粒度は粉砕、分級、造粒、微粉回収などで適宜調整させる。
粒子状吸水剤の質量平均粒子径(D50)は200〜600μm、好ましくは250〜550μm、より好ましくは200〜500μm、特に好ましくは350〜450μmである。また、150μm未満の粒子が少ないほどよく、通常0〜5質量%、好ましくは0〜3質量%、特に好ましくは0〜1質量%に調整される。さらに、850μm以上の粒子が少ないほどよく、通常0〜5質量%、好ましくは0〜3質量%、特に好ましくは0〜1質量%に調整される。粒度分布の対数標準偏差(σζ)が好ましくは0.20〜0.40、好ましくは0.27〜0.37、好ましくは0.25〜0.35とされる。
これらの粒度分布から外れる場合、紙おむつ等の吸収物品として使用した場合の効果が低減する。
さらに、嵩比重(JIS K−3362で規定)は、好ましくは0.40〜0.90g/ml、より好ましくは0.50〜0.80g/mlの範囲に調整される。また、150μm〜600μmの間の質量平均粒子径を有する粒子が、全粒子の、好ましくは60〜100質量%、より好ましくは70〜100質量%、さらに好ましくは80〜100質量%とされる。
(b)加圧下吸収倍率(AAP,Absorbency against Pressure)
本発明の粒子状吸水剤は上記表面架橋を達成手段の一例として、1.9kPaの加圧下、または4.8kPaの加圧下での0.9質量%の塩化ナトリウム水溶液に対する吸収倍率(AAP)が好ましくは20(g/g)以上、よりに好ましくは25(g/g)以上に制御される。1.9kPaまたは4.8kPaの圧力に対する吸収力(AAP)が20(g/g)未満の場合、例えば、オムツに用いた場合、戻り量、いわゆるRe−wetが多くなり、赤ちゃんの肌あれを引き起こすことがあるため好ましくない。なお、上限は特にないが、他の物性とのバランスおよびコストから通常60g/g程度である。
(c)0.69%塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC/Saline Flow Conductivity)
本発明の粒子状吸水剤は、前記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(WO2004/069915号に規定)は1(cm・s・10−7/g)以上、好ましくは10(cm・s・10−7/g)以上、より好ましくは50(cm・s・10−7/g)以上、さらに好ましくは70(cm・s・10−7/g)以上、特に好ましくは100(cm・s・10−7/g)以上に制御される。
(d)粒子状吸水剤の表面色
本発明で得られる粒子状吸水剤は、紙おむつ等の衛生材料向けに好適に使用できるものであり、著しく清浄な白い状態を維持する。すなわち粒子状吸水剤の表面色の白度が高いことにより、実際吸収物品で使用する上で高い清浄感を与える。なお、ハンターLab表色系測定において前記の製法によって得られる粒子状吸水剤の好ましい表面色は、L値、a値、b値とも前記の範囲の値であり、著しい清浄な白い状態を示す。
(e)無加圧下吸収倍率(GVs)
本発明の粒子状吸水剤は上記重合を達成手段の一例として、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液に対する無加圧下吸収倍率(GVs)は、好ましくは10g/g以上であり、より好ましくは20g/g以上、さらに好ましくは25g/g以上、特に好ましくは30g/g以上に制御される。GVsは高いほど好ましく上限値は特に限定されないが、他の物性のバランスから、好ましくは50(g/g)以下、より好ましくは45(g/g)以下、さらに好ましくは40(g/g)以下である。
無加圧下吸収倍率(GVs)が10(g/g)未満の場合、吸収量が少なすぎ、オムツ等の衛生材料の使用に適さない。また、無加圧下吸収倍率(GVs)が50(g/g)よりも大きい場合、ゲル強度が弱く、通液性に優れた吸水剤を得ることができなくなる恐れがある。
(f)水可溶分量(可溶分)
本発明の粒子状吸水剤は上記重合を達成手段の一例として、その水可溶分量が好ましくは0〜35質量%以下、より好ましくは25質量%以下であり、さらに好ましくは15質量%以下、特に好ましくは10質量%以下である。水可溶分量が35質量%を超える場合、ゲル強度が弱く、通液性に劣ったものとなることがある。また、オムツ中で長時間使用した際に、吸収倍率(GVsやAAPなど)が経時的に低下することがある。
(g)残存モノマー
本発明の粒子状吸水剤は上記重合を達成手段の一例として、残存モノマー(残存単量体)量は好ましくは0〜400質量ppm、より好ましくは0〜300質量ppm、特に好ましくは0〜200質量ppmを示す。
(h)GEX値
GEX値とは、無加圧下吸収倍率値(GVs値)をy(g/g),水可溶分量をx(質量%)で表す時、GEX値を次式で定義するものであり、GVs値と可溶分量の関係において、GVs値の割に可溶分量が少ないのを良いとし、多いのを劣るとする評価を、一つのパラメータで表すためのものである。この値が大きいほど高性能であるが、他の物性(加圧下吸収倍率や加圧下通液性など)とのバランスや生産性の観点から15〜60、好ましくは18〜50、特に好ましくは18〜30に制御される。
式1:GEX値=(y+17)/ln(x),x>1
ln(x):xの自然対数
なお、x≦1の場合は下式で定義する。
式2:GEX値=(y)/(x)
本発明の粒子状吸水剤は上記重合を達成手段の一例として、GEX値は好ましくは18以上、より好ましくは20以上を示す。
(i)架橋体特性指数(CPI/Crosslinked polymer Property Index)
架橋体特性指数とは、下式で定義するものであり、さらに無加圧下吸収倍率値(GVs値)をy(g/g),水可溶分量をx(質量%)の関係を表すGEXと、残存モノマー量(質量ppm)の関係において、残存モノマーが少ないものを良いとし、多い場合は劣るとする評価を一つのパラメータで表すためのものである。
式3;CPI=(GEX/z)×100
ただし、zは残存モノマー量(単位: 質量ppm)
なお、残存モノマー量が20質量ppm未満の場合は下式で定義する。
式4;CPI=GEX−z
この値は高いほど好ましく上限値は特に限定されないが、他の物性(加圧下吸収倍率や加圧下通液性など)とのバランスや生産性の観点から、1〜100、好ましくは1〜50、さらに好ましくは1〜30、よりさらに好ましくは1〜20、特に好ましくは1〜10、より特に好ましくは2〜10、最も好ましくは3〜10とされる。
前記範囲外の場合は、SFCなどの加圧下通液特性等のバランスを崩す場合があり好ましくない。
(19)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、有機酸、酸化剤、亜硫酸(水素)塩などの還元剤、国際公開第2004/69915、2004/113452、2005/108472号パンフレット例示される多価金属化合物、シリカや金属石鹸等の水不溶性無機ないし有機粉末、消臭剤、抗菌剤、高分子ポリアミン、パルプや熱可塑性繊維などを吸水性樹脂中に0〜3質量%、好ましくは0〜1質量%添加されたものでも良い。
(20)用途
本発明の粒子状吸水剤の用途は特に限定されにないが、好ましくは、紙オムツ、生理ナプキン、失禁パット等の吸収性物品に使用され得る。特に、従来、粒子状吸水剤の原料由来の臭気、着色等が問題になっていた高濃度オムツ(1枚のオムツに多量の吸水性樹脂を使用したもの)に使用され、特に前記吸収性物品中の吸収体上層部に使用された場合に、特に優れた性能が発揮される。
本発明の吸収性物品は、粒子状吸水剤、必要に応じ親水性繊維をシート状に成形して得られる吸収体、液透過性を有する表面シート、及び液不透過性を有する背面シートを備える吸収性物品である。上記親水性繊維を使用しない場合の吸収体は、紙及び/又は不織布に粒子状吸水剤を固定させることにより構成される。また、繊維材料(パルプ)を使用する場合はサンドイッチないしブレンドされて成形され、用いられ得る繊維基材としては、粉砕された木材パルプ、コットンリンター及び架橋セルロース繊維、レーヨン、綿、羊毛、アセテート、ビニロン等の親水性繊維等が挙げられ、好ましくは、これらがエアレイドされたものがよい。
この吸収性物品中の吸収体における粒子状吸水剤の含有量(コア濃度)は、30〜100質量%、好ましくは40〜100質量%、より好ましくは50〜100質量%、さらに好ましくは60〜100質量%、特に好ましくは70〜100質量%、最も好ましくは75〜95質量%で本発明の効果が発揮される。例えば、本発明の粒子状吸水剤を前記濃度で、特に吸収体上層部に使用した場合、高通液性(加圧下通液性)のため、尿等の吸収液の拡散性に優れるために、紙おむつ等の吸収物品が効率的な液分配による吸収物品全体の吸収量の向上に加え、吸収体が衛生感のある白色状態を保つ吸収物品が提供できる。
また、上記吸収体は、密度が0.06g/cc以上0.50g/cc以下、坪量が0.01g/cm2 以上0.20g/cm2以下に圧縮成形されているのが好ましい。さらに、上記吸収体の厚みは30mm以下、好ましくは20mm以下と薄型化の紙おむつにとって好適な吸収物品が提供できる。
以上のように、本発明は、下記(A)〜(J)を提供する。
(A)ポリアクリル酸(塩)を主成分とする粒子状吸水剤であって、粒子のハンターLab表面色系におけるb値が−5〜10、より好ましくは−5〜5、特に好ましくは−3〜3であり、下式で規定される架橋体特性指数(CPI)が1〜100である粒子状吸水剤。
式1;GEX=(y+17)/Ln(x)
式3;CPI=(GEX/z)×100
xは水可溶分量(単位 重量%)、yは無加圧下吸収倍率(GVs 単位g/g)、zは残存モノマー量(単位 質量ppm)
(B)不飽和単量体としてアクリル酸(塩)を主成分とする不飽和単量体水溶液を重合し、得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む粒子状吸水剤の製造方法において、特定量のN−オキシル化合物を含む不飽和単量体水溶液を重合する粒子状吸水剤の製造方法。
(C)不飽和単量体としてアクリル酸(塩)を主成分とする不飽和単量体水溶液を重合し、得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む粒子状吸水剤の製造方法において、特定量のメトキシフェノール化合物とマンガン化合物とを含む不飽和単量体水溶液を重合する粒子状吸水剤の製造方法。
(D)ポリアクリル酸(塩)を主成分とする粒子状吸水剤であって、N−オキシル化合物を必須化合物として含み、粒子のハンターLab表面色系におけるL値が90〜100、a値が−1〜1、b値が−3〜3のいずれかである粒子状吸水剤。
(E)ポリアクリル酸(塩)を主成分とする粒子状吸水剤であって、マンガン化合物を必須化合物として含み、粒子のハンターLab表面色系におけるL値が90〜100、a値が−1〜1、b値が−3〜3のいずれかである粒子状吸水剤。
(F)また、ポリアクリル酸(塩)を主成分とする粒子状吸水剤の着色防止剤としてのN−オキシル化合物またはマンガン化合物の使用方法。
(G)ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とし、ポリアルキレングリコールを含み、鉄含有量が0.001〜10質量ppmである粒子状吸水剤。
(H)重量平均分子量300〜50000のポリアルキレングリコールを0.01〜10質量%、および鉄0.001〜10質量ppmが、重合前または重合途中のアクリル酸を主成分とする不飽和単量体水溶液に添加または調整される粒子状吸水剤の製造方法。
(I)ポリアクリル酸(塩)および水溶性チオジアルキル化合物を含む粒子状吸水剤。
(J)ポリアクリル酸(塩)の製造工程に水溶性チオジアルキル化合物を添加する粒子状吸水剤の製造方法。
本発明は、製造時の制御、特に重合反応における制御が容易であり、かつ著しく改善された表面色を有する粒子状吸水剤およびその製造方法を提供することができる。さらに、キレート剤、α−ヒドロキシ酸(塩)、還元剤から選ばれる少なくとも1種を含むことにより、物性を損なうことなく経時色安定性が飛躍的に向上しており、特に吸水性樹脂濃度の高い吸収体や紙おむつ等の衛生材料向けに好適に使用でき、高温多湿条件下での長期貯蔵状態においても清浄な白い状態を維持する。
本発明の粒子状吸水剤は、以上のように、ポリアクリル酸(塩)を主成分とする粒子状吸水剤であって、
粒子のハンターLab表面色系におけるb値が−5〜10であり、
下記式1及び3
式1;GEX=(GVs+17)/Ln(水可溶分量)
式3;CPI=(GEX/残存モノマー量)×100
(GVs:無加圧下吸収倍率,Ln(水可溶分量):水可溶分量の自然対数)
により規定される架橋体特性指数(CPI)が1〜100であることを特徴としている。
より具体的には、本発明は、以下の(i)〜(iv)の粒子状吸水剤を提供する。
(i) ポリアクリル酸(塩)を主成分とし、N−オキシル化合物を0.01〜10質量ppm含み、メトキシフェノール化合物が0以上20質量ppm以下、好ましくは10質量ppm以下、より好ましくは実質メトキシフェノール化合物を含まない(0質量ppm)粒子状吸水剤。
(ii) ポリアクリル酸(塩)を主成分とし、メトキシフェノール化合物0.01〜20重量ppmおよびマンガン化合物0.01〜10質量ppm(Mn0換算)含む粒子状吸水剤。
(iii) ポリアクリル酸(塩)を主成分とし、ポリアルキレングリコールを含み、鉄含有量が0.001〜5質量ppmである粒子状吸水剤。
(iv) ポリアクリル酸(塩)を主成分とし、水溶性チオジアルキル化合物を含む粒子状吸水剤。
また、本発明の粒子状吸水剤の製造方法は、上記の課題を解決するために、不飽和単量体としてアクリル酸(塩)を主成分とする不飽和単量体水溶液を重合し、得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む粒子状吸水剤の製造方法において、下記1)〜4)
1)N−オキシル化合物を不飽和単量体に対して0.01〜10質量ppm含む不飽和単量体水溶液を重合する、
2)メトキシフェノール化合物0.01〜20質量ppmおよびマンガン化合物0.01〜10質量ppm(Mn0換算)含む不飽和単量体水溶液を重合する、
3)重量平均分子量300〜50000のポリアルキレングリコールを0.01〜10質量%、および鉄0.001〜10質量ppmが、重合前または重合途中のアクリル酸を主成分とする不飽和単量体水溶液に添加または調整される、
4)水溶性チオジアルキル化合物を添加する、
のいずれかを満たすことを特徴としている。
これにより、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤において従来相反する、優れた吸水特性(吸水倍率向上、水可溶分および残存モノマーの低減)と粒子表面色の白度向上という二つの特性の両立を実現することができる。さらに、おむつや吸収体等の吸収物品において、極めて清浄感を有しかつ漏れやぬめり感、ウェット感のない優れた吸収物品を実現することができる。
なお、本発明は、以下の発明を包含する。
(1)ポリアクリル酸(塩)を主成分とする粒子状吸水剤であって、
粒子のハンターLab表面色系におけるb値が−5〜10であり、
下記式1及び3
式1;GEX=(GVs+17)/Ln(水可溶分量)
式3;CPI=(GEX/残存モノマー量)×100
ただし、残存モノマー量は、20質量ppm以上
(GVs:無加圧下吸収倍率,Ln(水可溶分量):水可溶分量の自然対数)
により規定される架橋体特性指数(CPI)が1〜10であり、
粒子のハンターLab表面色系におけるL値が90〜100である粒子状吸水剤。
(2)前記b値が−5〜5である(1)に記載の粒子状吸水剤。
(3)下記(a)〜(c)
(a)150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40
(b)1.9kPaまたは4.8kPa下での0.90質量%塩化ナトリウム水溶液に対する60分間の加圧下吸収倍率(AAP)が少なくとも20(g/g)
(c)0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)が少なくとも5(cm・s・10−7/g)
の少なくとも一つを満たす(1)または(2)に記載の粒子状吸水剤。
(4)(1)〜(3)の何れか1項に記載の粒子状吸水剤の製造方法であって、
アクリル酸(塩)を主成分とする不飽和単量体水溶液を重合し、得られた含水ゲル状重合体を乾燥する工程を含む粒子状吸水剤の製造方法において、下記1)〜4)のいずれかを含む粒子状吸水剤の製造方法。
1)N−オキシル化合物を不飽和単量体に対して0.01〜10質量ppm含む不飽和単量体水溶液を重合する。
2)メトキシフェノール化合物0.01質量ppm以上、10質量ppm未満および水溶性有機酸マンガン塩0.01〜10質量ppm(MnO換算)を含む不飽和単量体水溶液を重合する。
3)重量平均分子量300〜50000のポリアルキレングリコールを0.01〜10質量%、および鉄0.001〜10質量ppmが、重合前または重合途中のアクリル酸を主成分とする不飽和単量体水溶液に添加または調整される。
4)水溶性チオジアルキル化合物を添加する段階を含む。
(5)上記N−オキシル化合物が、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、2,2,6,6−4−ヒドロキシ−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、2,2,6,6−テトラメチル−4オキソピペリジン−1−オキシル、または4,4’,4’’−トリス(2,2,6,6−テトラピペリジノオキシル)フォスファイトである(4)に記載の粒子状吸水剤の製造方法。
(6)上記メトキシフェノール化合物が、p−メトキシフェノール、t−ブチルカテコール、ジ−t−ブチルヒドロキノン、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシトルエン、2−t−ブチルフェノール、2−t−ブチル−4−メチルフェノール、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、4,6−ジ−t−ブチルレソルジン、3,6−ジ−t−ブチルブレンツカテキン、および2−t−ブチルレソルジンからなる群から選択される1種類以上である(4)または(5)に記載の粒子状吸水剤の製造方法。
(7)上記水溶性有機酸マンガン塩が、蟻酸マンガン塩、酢酸マンガン塩、オクタン酸マンガン塩、ジメチルジチオカルバミン酸マンガン塩、ジエチルジチオカルバミン酸マンガン塩、ジプロピルジチオカルバミン酸マンガン塩、ジブチルジチオカルバミン酸マンガン塩、ジフェニルジチオカルバミン酸マンガン塩、およびエチレンジアミン4酢酸マンガン塩からなる群から選択される1種類以上である(4)〜(6)の何れか1項に記載の粒子状吸水剤の製造方法。
(8)上記水溶性チオジアルキル化合物が、2,2’−チオジエタノール、1−(2−ヒドロキシエチルチオ)−2−プロパノール、チオジプロピレングリコール、2,2’−チオジ酢酸、2,2’−チオジグリコール酸、3,3’-ジチオビスヒドロ桂皮酸、2,2’−チオジエタノール塩、1−(2−ヒドロキシエチルチオ)−2−プロパノール塩、チオジプロピレングリコール塩、2,2’−チオジ酢酸塩、2,2’−チオジグリコール酸塩、および3,3’−ジチオビスヒドロ桂皮酸塩からなる群から選択される1種類以上である(4)〜(7)の何れか1項に記載の粒子状吸水剤の製造方法。
(9)上記1)における上記不飽和単量体水溶液は、水溶性有機酸マンガン塩0.01〜10質量ppm(MnO換算)を含む(4)〜(8)の何れか1項に記載の粒子状吸水剤の製造方法。
(10)上記2)において、上記不飽和単量体水溶液は、上記メトキシフェノール化合物を0.1〜5質量ppm含む(4)〜(9)の何れか1項に記載の粒子状吸水剤の製造方法。
尚、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
以下、実施例に従って発明を説明するが、本発明は実施例に限定され解釈させるものではない。また、本発明の特許請求の範囲や実施例に記載の諸物性は、以下の測定法に従って求めた。なお、下記測定法は粒子状吸水剤について記述しているが、吸水性樹脂についても粒子状吸水剤を吸水性樹脂と読み替えて測定される。また、本願においては、質量と重量は同義語であり、重量%は質量%、重量ppmは質量ppm(ないし単にppm)と読み替えるものとする。
(a)粒度
WO2004/069404号に準じて、吸水性樹脂(または粒子状吸水剤)を850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm、106μm、45μmのJIS標準ふるい(JIS Z8801−1(2000))ないしその相当ふるいで篩い分けし、残留百分率Rを対数確率紙にプロットした。これにより、R=50重量%に相当する粒径を重量平均粒子径(D50)として読み取った。また、対数標準偏差(σζ)は下記の式5で表され、σζの値が小さいほど粒度分布が狭いことを意味する。
式5:σζ = 0.5 × ln(X2/X1)
(X1はR=84.1%、X2は15.9%に相当するそれぞれの粒径)
(b)加圧下吸収倍率(AAP)
国際公開WO2006/109844および国際出願WO2007/JP/56527号を参照し、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する加圧下(荷重下)の吸収倍率を測定した。
図1に示す装置を用い、内径60mmのプラスチックの支持円筒100の底に、ステンレス製400メッシュの金網101(目の大きさ38μm)を融着させ、金網101上に吸水性樹脂0.900gを均一に散布し、その上に、ピストン103と荷重104とをこの順に載置した。ピストン103及び荷重104は、それらの外径が60mmよりもわずかに小さくなっており、支持円筒100との隙間は、ピストン103及び荷重104の上下の動きが妨げられないように設計されている。そして、吸水性樹脂に対して1.9kPa(0.3psi)または4.8kPa(0.7psi)の荷重を均一に加えることができるよう調整されている。この測定装置一式の質量W3(g)を測定した。
直径150mmのペトリ皿105の内側に直径90mmのガラスフィルター106(株式会社相互理化学硝子製作所社製、細孔直径:100〜120μm)を置き、生理食塩水108(20℃〜25℃)をガラスフィルターの上面と同じレベルになるように加えた。その上に、直径90mmの濾紙107(ADVANTEC東洋株式会社、品名:(JIS P 3801、No.2)、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)を1枚載せ、表面が全て濡れるようにし、かつ過剰の液を除いた。
上記測定装置一式を前記湿った濾紙上に載せ、液を荷重下で吸収させた。1時間後、測定装置一式を持ち上げ、その質量W4(g)を測定した。そして、W3、W4から、下記の式に従って圧力に対する加圧下吸収倍率(g/g)を算出した。
式6:AAP=(W4−W3)/0.9
(c)無加圧下吸収倍率(GVs)
粒子状吸水剤0.2gを不織布製袋(60×60mm 南国パルプ工業(株)製、商品名:ヒートロンペーパー、型式:GSP−22)に均一に入れ、ヒートシールをして、25(±3)℃の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液(別称;生理食塩水)100gに浸漬した。60分後に袋を引き上げ、遠心分離機を用いて250Gで3分間水切りを行った後、前記不織布製袋の質量W1を測定した。同様の操作について粒子状吸水剤を用いないで行い、そのときの質量W2を求め、式7により吸収倍率を算出した。
式7:GVs=(W1−W2)/0.2−1
(d)水可溶性重合体量(可溶分量、可溶分とも略すことがある)
250ml容量の蓋付きプラスチック容器に、0.90重量%塩化ナトリウム水溶液の184.3gを測り取り、該水溶液中に粒子状吸水剤1.00gを加え16時間攪拌することにより樹脂中の可溶分を抽出した。この抽出液を濾紙1枚(ADVANTEC東洋株式会社、品名:(JIS P 3801、No.2)、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)を用いて濾過することにより得られた濾液の50.0gを、測り取り測定溶液とした。
はじめに生理食塩水だけを、まず、0.1NのNaOH水溶液でpH10まで滴定を行い、その後、0.1NのHCl水溶液でpH2.7まで滴定して空滴定量([bNaOH]ml、[bHCl]ml)を得た。同様の滴定操作を測定溶液についても行うことにより滴定量([NaOH]ml、[HCl]ml)を求めた。例えば既知量のアクリル酸とその塩からなる粒子状吸水剤の場合、そのモノマーの平均分子量と上記操作により得られた滴定量をもとに、粒子状吸水剤中の可溶分量(抽出された水溶性重合体が主成分)を下式8により算出することができる。未知量の場合は滴定により求めた中和率を用いてモノマーの平均分子量を算出する。
式8:可溶分(重量%)=0.1×(平均分子量)×184.3×100×([HCl]−[bHCl])/1000/1.0/50.0
式9:中和率(mol%)=(1−([NaOH]−[bNaOH])/([HCl]−[bHCl]))×100
(e)粒子状吸水剤の着色評価(表面色評価)
粒子状吸水剤の着色評価は、日本電色工業株式会社製の分光式色差計SZ−Σ80COLOR MEASURING SYSTEMを用いて行った。測定の設定条件は、反射測定が選択され、内径30mmで且つ高さ12mmである付属の粉末・ペースト用容器が用いられ、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の吸水性ポリマーを充填した。この充填は、備え付け粉末・ペースト用容器を約6割程度充填するものであった。室温(20〜25℃)及び湿度30〜50RH%の条件下で、上記分光式色差計にて表面のL値(Lightness:明度指数)を測定した。
また、同じ装置の同じ測定法によって、同時に他の尺度の物体色a、b(色度)ないしYI(黄色度)ないしWB(ホワイトバランス)も測定できる。WBは大きいほど、YI/a/bは小さいほど、低着色で実質白色に近づくことを示す。
なお、経時色安定性を評価する場合は、国際出願WO2007/JP/67348(国際出願日2007/08/30)に記載の評価方法、条件を用いて測定する。
(f)残存モノマー
粒子状吸水剤の残存モノマー(残存アクリル酸(塩))は、上記(d)において、別途、調整した2時間攪拌後の濾液を液体クロマトクラフィーでUV分析することで、粒子状吸水剤の残存モノマー量質量ppm(対粒子状吸水剤)も分析した。また、乾燥前の含水ゲルの残存モノマーは、樹脂固形分約500mg分を含む細分化された含水ゲルを16時間攪拌して、その濾液を同様に液体クロマトクラフィーでUV分析し、固形分補正することで求めた。
(g)GEX値およびCPI値
米国特許20060167198号記載に準じて、前記定義式に従いGEX値を算出した。また、GEX値および残存モノマー量から前記定義式に従いCPI値を算出した。
(h)固形分
粒子状吸水剤1.00gを底面の直径が約50mmのアルミカップに量り取り、粒子状吸水剤、およびアルミカップの総質量W8(g)を測定した。その後、雰囲気温度180℃のオーブン中に3時間静置して乾燥した。3時間後、オーブンから取り出した粒子状吸水剤、およびアルミカップをデシケーター中で十分に室温まで冷却した後、乾燥後の粒子状吸水剤、およびアルミカップの総質量W9(g)を求め、次式8に従って固形分を求めた。
式10:固形分(質量%)=100−((W8−W9)/(粒子状吸水剤の質量(g))×100)
(i)粒子状吸水剤中の鉄(Fe)量
白金るつぼに粒子状吸水剤1.000gを測りとり、電気炉(ヤマト科学(株)製、Muffle Furnace FO300)を用いて加熱し、白金るつぼ中で粒子状吸水剤を灰化させた。
電気炉から取り出した白金るつぼに硝酸水溶液(和光純薬工業(株)製の特級硝酸とイオン交換水を1:1で混合した水溶液)を約5ml加えて灰化物を溶解した後に、さらにイオン交換水を加えて約15mlの灰化物の水溶液を得た。
前記操作において、白金るつぼに粒子状吸水剤を入れないで行ったものをブランクとした。
前記操作で得られた水溶液をJISK1200−6に記載の、ICP発光分光分析方法でFe量を測定した。なお、ICP発光分光分析機装置は(株)堀場製作所製、ULTIMAを用いた。
また、本発明でのマンガン量、銅量についても同様の操作で定量した。
[製造例1]
気相接触酸化で得られた市販のアクリル酸(和光純薬、試薬特級;p−メトキシフェノール200質量ppm含有)を、無堰多孔板50段を有する高沸点不純物分離塔の塔底に供給して、還流比を1として蒸留し、さらに再蒸留することで、アクリル酸99%以上および微量の不純物(主に水)からなる精製アクリル酸(1)を得た。精製アクリル酸(1)中のp−メトキシフェノール量はND(1質量ppm未満)およびプロトアネモニン(protoanemonin)量、フルフラール量、βヒドロキシプロピオン酸量、アクリル酸ダイマー量はND(1質量ppm未満)であった。また、精製アクリル酸(1)中でフェノチアジンが0質量ppm、アルデヒド分、マレイン酸は1質量ppm以下、酢酸、プロピオン酸は各々200質量ppmであった。
続いて、精製アクリル酸(1)にp−メトキシフェノールを3.5質量ppmおよび酢酸マンガン0.5質量ppmを添加することにより、調整アクリル酸(1)を得た。
[製造例2]
製造例1において、精製アクリル酸(1)に2,2,6,6,−テトラピペリジン−1−オキシルを1質量ppm添加すること以外は同様の操作を行い調整アクリル酸(2)を得た。
[製造例3]
製造例1において、精製アクリル酸(1)にp−メトキシフェノールを100質量ppm添加する以外は同様の操作を行い調整アクリル酸(3)を得た。
[製造例4]
2本の滴下漏斗、pHメーター、温度計および攪拌羽根を備えた5Lの5つ口フラスコに、イオン交換水1598gを仕込んだ。また、別途、室温の実質アクリル酸からなる調整アクリル酸(1)1280gおよび室温の48質量%水酸化ナトリウム(Fe0.5質量ppm/Fe換算および銅N.D/CuO換算)水溶液1488gをそれぞれ2本の滴下漏斗に入れ、また、5Lフラスコは水冷バスに漬けた。次いで、5Lフラスコ内の中和反応系を35℃以下に保ち且つ攪拌しながら、48質量%水酸化ナトリウム水溶液および調整アクリル酸(1)をフラスコ内に同時に滴下した。調整アクリル酸(1)の滴下は約35分で終了し、48質量%水酸化ナトリウム水溶液の滴下は約45分で終了した。調整アクリル酸(1)の滴下終了後、100gのイオン交換水で滴下漏斗を洗浄して、洗浄水はすべてフラスコに入れた。さらに、48質量%水酸化ナトリウム水溶液の滴下終了後、同様に100gのイオン交換水で滴下漏斗を洗浄して、洗浄水はすべてフラスコに入れた。
すべての滴下終了後、20〜35℃に調整し、20分間の熟成を行い、熟成後、調整アクリル酸(1)をごく少量滴下して、pHを10(±0.1)に調整することで、濃度37質量%で中和率100モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液(1)を得た。
[製造例5、6]
製造例4において調整アクリル酸(1)を調整アクリル酸(2)、(3)に代える以外は同様の操作を行い、濃度37質量%で中和率100モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液(2)、(3)を得た。
[実施例1]
重合器として、内容積10Lの内面テフロン(登録商標)コーティングされたジャケット付ステンレス製双腕型ニーダーを用意した。該ニーダーは、回転径が120mmであるシグマ型羽根2本および系内を密封する蓋を備えている。調整アクリル酸(1)376.3g、および該中和物であるアクリル酸ナトリウム水溶液(1)3983g、イオン交換水640.7g、および内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数n=8.2)0.10モル%(対全単量体)を混合することで、濃度37質量%で中和率75モル%の単量体水溶液(1)を得た。
さらに、単量体水溶液(1)を22℃に保ち、シグマ型双腕ニーダーに仕込み、窒素ガスを吹き込んで系を溶存酸素1ppm以下に窒素置換した。次にジャケットに温水を通し、単量体水溶液(1)を攪拌しながら、重合開始剤として過硫酸ナトリウム(0.09g/mol)およびL−アスコルビン酸(0.005g/mol)を水溶液で添加して重合を開始させた。所定時間で重合が開始し、生成した重合ゲルを細分化しながら重合を進行させ、ピーク温度を迎えてからさらに20分間重合を行うことで、直径約1〜2mmの細分化された含水ゲル状架橋重合体(1)を得た。重合後即座に得られた含水ゲル状重合体(1)を850μm金網上に広げ、180℃で露点70℃にて90分間熱風乾燥した。次いで、乾燥物を振動ミルを用いて粉砕し、さらにJIS850μm標準篩を用いて分級し通過物である粒子状吸水剤(1)を得た。
[実施例2]
実施例1において、調整アクリル酸(2)およびアクリル酸ナトリウム水溶液(2)に代える以外は同様の操作を行い粒子状吸水剤(2)を得た。
[実施例3]
粒子状吸水剤(1)100質量部に1,4−ブタンジオール0.4質量部、プロピレングリコール0.6質量部、イオン交換水3.0質量部、イソプロパノール0.5質量部(対通過物の質量比)からなる表面架橋剤を噴霧混合し、さらに、210℃で40分間加熱処理することで、表面架橋された粒子状吸水剤(3)を得た。粒子状吸水剤(3)の物性は、GVs=34g/g、AAP1.9kPa=28g/g、AAP4.8kPa=25g/g、SFC=10(cm・s・10−7/g)であった。
[実施例4]
断熱材である発泡スチロールで覆われた、内径80mm、容量1リットルのポリプロピレン製容器に、調整アクリル酸(1)184.01g、及びポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)1.29gを混合した溶液(A)と、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液(Fe0.5質量ppm/Fe換算および銅N.D/CuO換算)153.74g、及び50℃に調温したイオン交換水145.15gを混合した溶液(B)とを作成した。マグネチックスターラーで攪拌した溶液(A)に、溶液(B)をすばやく加え混合することで単量体水溶液(C)を得た。単量体水溶液(C)は、中和熱と溶解熱により、液温が約100℃まで上昇した。
次に、この単量体水溶液(C)に攪拌下3質量%の過硫酸ナトリウム水溶液10.2gを加え、すぐにホットプレート(NEO HOTPLATE H1−1000、(株)井内盛栄堂製)により表面温度を100℃まで加熱された、内面にテフロン(登録商標)を貼り付けた底面250×250mmのステンレス製バット型容器中に開放系で注いだ。ステンレス製バット型容器は、そのサイズが底面250×250mm、上面640×640mm、高さ50mmであり、中心断面が台形で、上面が開放されている。
単量体水溶液(C)がバットに注がれて間もなく重合は開始した。水蒸気を発生し上下左右に膨張発泡しながら重合は進行し、その後、底面よりもやや大きなサイズにまで収縮した。この膨張収縮は約1分以内に終了し、4分間重合容器中に保持した後、含水重合体(含水ゲル)を取り出した。なお、これら一連の操作は大気中に開放された系で行った。
得られた含水重合体(含水ゲル)をミートチョッパーにより粉砕し、数mmに細分化された含水重合体(粉砕ゲル粒子)を得た。
この細分化された粉砕ゲル粒子を20メッシュ(目開き850μm)の金網上に広げ、180℃で30分間熱風乾燥を行い、乾燥物をロールミルを用いて粉砕し、さらに目開き850μmと目開き150μmのJIS標準篩で分級することにより、粒子状吸水剤(4)(固形分96質量%)を得た。
[比較例1]
実施例1において、調整アクリル酸(3)およびアクリル酸ナトリウム水溶液(3)に代える以外は同様の操作を行い比較粒子状吸水剤(1)を得た。
粒子状吸水剤(1)〜(4)および比較粒子状吸水剤(1)の結果を表1に示す。
[実施例5]
吸収体として性能評価するために吸収体を作成し、戻り量および吸収体の外観評価を行った。まず、評価用の吸収体の作成方法を以下に示した。
粒子状吸水剤(3)4質量部と、木材粉砕パルプ1質量部とを、ミキサーを用いて乾式混合した。次いで、得られた混合物を、400メッシュ(目の大きさ38μm)に形成されたワイヤースクリーン上に広げ、直径90mmφの大きさのウェブに成形した。さらに、このウェブを圧力196.14kPa(2kgf/cm)で1分間プレスすることにより、坪量が約0.05g/cmの評価用吸収体を得た。続いて、10分戻り量評価の方法を以下に示した。
内径90mmφのSUS製シャーレの底に上記評価用吸収体、その上に直径90mmφの不織布を敷いた。続いて生理食塩水(0.9質量%の塩化ナトリウム水溶液)30mlを該不織布の上から注ぎ、無荷重の状態で10分間吸液させた。その後、予め総重量(W7(g))を測定した外径90mmφの濾紙(トーヨー濾紙(株)製、No.2)30枚と、外径90mmφで上記吸収体、不織布および濾紙に均一に荷重がかかるピストンとおもり(ピストンとおもりの総和が20kg)を濾紙上に置き、5分間荷重をかけて上記濾紙に液の戻り分を吸液させた。その後、30枚の濾紙の重量(W8(g))測定し、以下の計算式から10分戻り量を測定したところ、3gであった。
式:2 10分戻り量(g)=W8(g)−W7(g)
また、外観を目視で評価したところ、白く清浄な印象のある吸収体であった。
[比較例2]
実施例5において比較粒子状吸水剤(1)に代える以外は同様の操作を行い吸収体評価を行ったところ、戻り量が6gであり、またその比較粒子状吸水剤(1)を用いた吸収体の外観は黄色い印象であった。
Figure 0006093747
〔製造例7〕 37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液(SA1)の調整方法。
2本の滴下漏斗、pHメーター、温度計および攪拌羽根を備えた5Lの4つ口フラスコに、イオン交換水1598gを仕込んだ。また、別途、室温のアクリル酸1280gおよび48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液(要薬品(株)製)1488gをそれぞれ2本の滴下漏斗に入れ、また、5Lフラスコは水冷バスに漬けた。なお、使用する48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液をJISK1200−6に記載の、ICP発光分光分析方法でFe量を測定したところ、0.35質量ppmであった。
次いで、5Lフラスコ内の中和反応系を45℃以下に保ち且つ攪拌しながら、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液およびアクリル酸をフラスコ内に同時に滴下した。アクリル酸の滴下は約35分で終了し、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液の滴下は約45分で終了した。アクリル酸の滴下終了後、100gのイオン交換水で滴下漏斗を洗浄して、洗浄水はすべてフラスコに入れた。さらに、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液の滴下終了後、同様に100gのイオン交換水で滴下漏斗を洗浄して、洗浄水はすべてフラスコに入れた。すべての滴下終了後、液温を20〜35℃に調整し、20分間の熟成を行い、熟成後、アクリル酸をごく少量滴下して、pHを10(±1)に調整することで、濃度37質量%で中和率100モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液(SA1)を得た。
〔製造例8〕 37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液(SA2)の調整方法。
製造例7において、使用する48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液中に硫酸鉄(FeSO・7HO、和光純薬工業(株)製)を加えて、JISK1200−6に記載の、ICP発光分光分析方法でFe量を測定したところ、1.58質量ppmであったものを用いた以外は、製造例7と同様にして、濃度37質量%で中和率100モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液(SA2)を得た。
〔製造例9〕 37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液(SA3)の調整方法。
製造例8において、硫酸鉄(FeSO・7HO)を加えて、JISK1200−6に記載の、ICP発光分光分析方法でFe量を測定したところ、10.01質量ppmであったものを用いた以外は、製造例7と同様にして、濃度37質量%で中和率100モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液(SA3)を得た。
〔製造例10〕 37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液(SA4)の調整方法。
製造例7において、使用する48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液を鶴見曹達(株)製CLEARCUT−S48%に代えた以外は、製造例7と同様にして、濃度37質量%で中和率100モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液(SA4)を得た。なお、鶴見曹達(株)製CLEARCUT−S48%を、JISK1200−6に記載のICP発光分光分析方法でFe量を測定したところ、5ppbであった。
〔実施例6〕
シグマ型羽根を2本有する内容積10Lのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸470.6g、製造例7で得られた37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液(SA1)4376.7g、純水576.6g、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)12.4g、ポリエチレングリコール20,000(平均分子量20,000、和光純薬工業(株)製)20.9gを溶解させて反応液とした。反応液中のp−メトキシフェノールは約50質量ppm、プロトアネモニン(protoanemonin)量、フルフラール量、βヒドロキシプロピオン酸量、アクリル酸ダイマー量はND(1質量ppm未満)であった。また、フェノチアジンが0質量ppm、アルデヒド分、マイレン酸は1質量ppm以下、酢酸、プロピオン酸は各々200質量ppmであった。
次に、この反応液を25℃に調整しながら窒素ガス雰囲気下で20分間脱気した。続いて、反応液に15質量%過硫酸ナトリウム水溶液19.0gおよび0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液23.7gを攪拌しながら添加したところ、およそ30秒後に重合が開始された。このときの重合開始温度は25.2℃であった。
そして、生成したゲルを粉砕しながら、25〜95℃で重合を行い、重合が開始して30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。得られた含水ゲル状架橋重合体は、その径が約10mm以下に細分化されていた。
この細分化された含水ゲル状架橋重合体を目開き850μmのステンレス金網上に広げ、180℃で45分間熱風乾燥を行い、乾燥物をロールミル(WML型ロール粉砕機、有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕し、さらに目開き600μmと目開き300μmのJIS標準篩で分級することにより、粒子状吸水剤(5)(固形分95質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(5)の諸物性を表2及び3に示す。
〔実施例7〕
実施例6において、製造例8で得られた37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液(SA2)を使用した以外は実施例6と同様にして、粒子状吸水剤(6)(固形分95質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(6)の諸物性を表2及び3に示す。
〔実施例8〕
容量1リットルのポリプロピレン製容器に、アクリル酸368.68g、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)1.48g、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液2.25gを混合した溶液(A)と、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液288.27gと50℃に調温したイオン交換水321.04gを混合した溶液(B)を作成した。マグネチックスターラーで攪拌した溶液(A)に、溶液(B)をすばやく加え混合することで単量体水溶液(C)を得た。なお、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液は、製造例7で使用した要薬品(株)製を用いた。単量体水溶液(C)中のp−メトキシフェノールは約50質量ppm、プロトアネモニン(protoanemonin)量、フルフラール量、βヒドロキシプロピオン酸量、アクリル酸ダイマー量はND(1質量ppm未満)であった。また、フェノチアジンが0質量ppm、アルデヒド分、マイレン酸は1質量ppm以下、酢酸、プロピオン酸は各々200質量ppmであった。
単量体水溶液(C)は、中和熱と溶解熱により、液温が102℃まで上昇した。この単量体水溶液(C)に攪拌下ポリエチレングリコール600(平均分子量600、和光純薬工業(株)製)9.00gを添加し単量体水溶液(D)を得た。
次に、この単量体水溶液(D)の温度が97℃に低下した時点で、単量体水溶液(D)に攪拌下3重量%の過硫酸ナトリウム水溶液13.81gを加え、すぐにホットプレート(NEO HOTPLATE H1−1000、(株)井内盛栄堂製)により表面温度を100℃まで加熱された、内面にテフロン(登録商標)を貼り付けた底面250×250mmのステンレス製バット型容器中に開放系で注いだ。ステンレス製バット型容器は、そのサイズが底面250×250mm、上面640×640mm、高さ50mmであり、中心断面が台形で、上面が開放されている。
単量体水溶液がバットに注がれて間もなく重合は開始した。水蒸気を発生し上下左右に膨張発泡しながら重合は進行し、その後、底面よりもやや大きなサイズにまで収縮した。この膨張収縮は約1分以内に終了し、3分間重合容器中に保持した後、含水重合体(含水ゲル)を取り出した。なお、これら一連の操作は大気中に開放された系で行った。
得られた含水重合体(含水ゲル)をミートチョッパーにより粉砕し、細分化された含水重合体(粉砕ゲル粒子)を得た。
この細分化された粉砕ゲル粒子を目開き850μmのステンレス金網上に広げ、180℃で30分間熱風乾燥を行い、乾燥物をロールミル(WML型ロール粉砕機、有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕し、さらに目開き600μmと目開き300μmのJIS標準篩で分級することにより、粒子状吸水剤(7)(固形分96質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(7)の諸物性を表2及び3に示す。
〔実施例9〕
実施例8において、単量体水溶液(C)に添加するポリエチレングリコールをポリエチレングリコール2,000(平均分子量2,000、和光純薬工業(株)製)とした以外は実施例8と同様にして、粒子状吸水剤(8)(固形分95質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(8)の諸物性を表2及び3に示す。
〔実施例10〕
実施例8において、単量体水溶液(C)に添加するポリエチレングリコールをポリエチレングリコール6,000(平均分子量6,000、関東化学(株)製)とした以外は実施例8と同様にして、粒子状吸水剤(9)(固形分96質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(9)の諸物性を表2及び3に示す。
〔実施例11〕
実施例10において、単量体水溶液(C)に添加するポリエチレングリコール6,000(平均分子量6,000、関東化学(株)製)添加量を0.45gとした以外は実施例10と同様にして、粒子状吸水剤(10)(固形分96質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(10)の諸物性を表2及び3に示す。
〔実施例12〕
実施例10において、単量体水溶液(C)に添加するポリエチレングリコール6,000(平均分子量6,000、関東化学(株)製)添加量を2.25gとした以外は実施例10と同様にして、粒子状吸水剤(11)(固形分96質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(11)の諸物性を表2及び3に示す。
〔実施例13〕
実施例10において、単量体水溶液(C)に添加するポリエチレングリコール6,000(平均分子量6,000、関東化学(株)製)添加量を18.00gとした以外は実施例10と同様にして、粒子状吸水剤(12)(固形分97質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(12)の諸物性を表2及び3に示す。
〔実施例14〕
実施例12において、単量体水溶液(C)に添加するポリエチレングリコール6,000(平均分子量6,000)をポリオキシエチレンアルキルエーテル((株)日本触媒製、商品名「ソフタノール500」)に変更した以外は実施例12と同様にして、粒子状吸水剤(13)(固形分95質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(13)の諸物性を表2及び3に示す。
〔実施例15〕
実施例12において、単量体水溶液(C)に添加するポリエチレングリコール6,000(平均分子量6,000)をメトキシポリエチレングリコール2,000(平均分子量2,000、シグマアルドリッチジャパン(株)製)に変更した以外は実施例12と同様にして、粒子状吸水剤(14)(固形分96質量%)を得た。得られた粒子状吸水剤(14)の諸物性を表2及び3に示す。
〔実施例16〕
実施例12で得られた粒子状吸水剤(11)100重量部に、1,4−ブタンジオール0.3重量部、プロピレングリコール0.5重量部、純水2.7重量部の混合液からなる表面処理剤溶液を均一に混合した。表面架橋剤溶液を混合した吸水剤を、攪拌翼を備えたジャケット付き加熱装置(ジャケット温度:210℃)で任意の時間加熱処理した。加熱処理後、得られた吸水剤をJIS600μm標準篩を通過せしめ、表面が架橋された粒子状吸水剤(15)を得た。得られた粒子状吸水剤(15)の諸物性を表4に示した。
〔実施例17〕
実施例6において、ロールミル(WML型ロール粉砕機、有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕された粒子を、JIS標準篩で分級調合することで、全粒子が850μm未満の粒子からなる、D50が461μmでかつ600μm以上850μm未満の粒子径を有する粒子の割合が28質量%、150μm未満の粒子径を有する粒子の割合が2.2質量%、対数標準偏差(σζ)が0.364、固形分96質量%である粒子状の吸水剤を得た。得られた吸水剤100重量部に、実施例16と同様にして、1,4−ブタンジオール0.3重量部、プロピレングリコール0.5重量部、純水2.7重量部の混合液からなる表面処理剤溶液を均一に混合した。表面架橋剤溶液を混合した吸水剤を、攪拌翼を備えたジャケット付き加熱装置(ジャケット温度:210℃)で任意の時間加熱処理した。加熱処理後、得られた吸水剤をJIS850μm標準篩を通過せしめ、表面が架橋された粒子状吸水剤(16)を得た。得られた粒子状吸水剤(16)の諸物性を表4に示した。
〔実施例18〕
実施例7において、ロールミル(WML型ロール粉砕機、有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕された粒子を用いた以外は、実施例17と同様にして、表面が架橋された粒子状吸水剤(17)を得た。得られた粒子状吸水剤(17)の諸物性を表4に示した。
〔比較例3〕
実施例6において、ポリエチレングリコール20,000(平均分子量20,000、和光純薬工業(株)製)を使用しないこと以外は、実施例6と同様にして、比較粒子状吸水剤(2)(固形分96質量%)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(2)の諸物性を表2及び3に示す。
〔比較例4〕
比較例3において、製造例9で得られた37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液(SA3)を使用した以外は比較例3と同様にして、比較粒子状吸水剤(3)(固形分96質量%)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(3)の諸物性を表2及び3に示す。
〔比較例5〕
比較例3において、製造例10で得られた37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液(SA4)を使用した以外は比較例3と同様にして重合を試みたが、過硫酸ナトリウム水溶液およびL−アスコルビン酸水溶液を添加後、30分が経過しても重合が開始せず、粒子状吸水剤を得る事ができなかった。
〔比較例6〕
実施例8において、ポリエチレングリコール600(平均分子量600、和光純薬工業(株)製)を使用しないこと以外は、実施例8と同様にして、比較粒子状吸水剤(4)(固形分95質量%)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(4)の諸物性を表2及び3に示す。
〔比較例7〕
実施例12において、単量体水溶液(C)に添加するポリエチレングリコール6,000(平均分子量6,000)をジエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)に変更した以外は実施例12と同様にして、比較粒子状吸水剤(5)(固形分96質量%)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(5)の諸物性を表2及び3に示す。
〔比較例8〕
比較例3において、ロールミル(WML型ロール粉砕機、有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕された粒子を用いた以外は、実施例17と同様にして、表面が架橋された比較粒子状吸水剤(6)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(6)の諸物性を表4に示した。
〔比較例9〕
比較例4において、ロールミル(WML型ロール粉砕機、有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕された粒子を用いた以外は、実施例17と同様にして、表面が架橋された比較粒子状吸水剤(7)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(7)の諸物性を表4に示した。
Figure 0006093747
Figure 0006093747
Figure 0006093747
(表2〜4の補足説明)
ポリオキシエチレン基を有する化合物を不飽和単量体水溶液中に添加して重合して得られた実施例6〜15の粒子状吸水剤(5)〜(14)は、比較粒子状吸水剤(2)、(3)、(4)、(5)に比べて、粒子の表面色(白度)を示すL値が高く、より白度が向上していることが分かる。
また、粒子状吸水剤(5)、(6)、(11)のGEXは比較粒子状吸水剤(2)、(3)のGEXよりも高く、物性も優れることが分かる。さらに、それらの表面架橋処理が施された粒子状吸水剤(15)、(16)、(17)は、比較粒子状吸水剤(6)、(7)よりも加圧下吸水倍率(AAP4.8kPa)に優れていることも分かる。
また、Fe量に関しては、比較例5のように少なすぎると重合が進行しないことや、比較例9のように多すぎると物性が低い。
分子量が小さいオキシエチレン基を有する化合物を用いた比較粒子状吸水剤(5)は白度が向上しなかった。
〔実施例19〕
断熱材である発泡スチロールで覆われた、内径80mm、容量1リットルのポリプロピレン製容器に、アクリル酸184.01g、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)1.29g、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液1.125g、および10質量%2,2’−チオジエタノール水溶液4.50gを混合した溶液(A)と、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液153.74gと50℃に調温したイオン交換水145.15gを混合した溶液(B)を作成した。マグネチックスターラーで攪拌した溶液(A)に、溶液(B)をすばやく加え混合することで単量体水溶液(C)を得た。単量体水溶液(C)は、中和熱と溶解熱により、液温が約100℃まで上昇した。単量体水溶液(C)中のp−メトキシフェノールは約70質量ppm、プロトアネモニン(protoanemonin)量、フルフラール量、βヒドロキシプロピオン酸量、アクリル酸ダイマー量はND(1質量ppm未満)であった。また、フェノチアジンが0質量ppm、アルデヒド分、マイレン酸は1質量ppm以下、酢酸、プロピオン酸は各々200質量ppmであった。
次に、この単量体水溶液(C)に攪拌下3質量%の過硫酸ナトリウム水溶液10.2gを加え、すぐにホットプレート(NEO HOTPLATE H1−1000、(株)井内盛栄堂製)により表面温度を100℃まで加熱された、内面にテフロン(登録商標)を貼り付けた底面250×250mmのステンレス製バット型容器中に開放系で注いだ。ステンレス製バット型容器は、そのサイズが底面250×250mm、上面640×640mm、高さ50mmであり、中心断面が台形で、上面が開放されている。
単量体水溶液がバットに注がれて間もなく重合は開始した。水蒸気を発生し上下左右に膨張発泡しながら重合は進行し、その後、底面よりもやや大きなサイズにまで収縮した。この膨張収縮は約1分以内に終了し、4分間重合容器中に保持した後、含水重合体(含水ゲル)を取り出した。なお、これら一連の操作は大気中に開放された系で行った。
得られた含水重合体(含水ゲル)をミートチョッパーにより粉砕し、数mmに細分化された含水重合体(粉砕ゲル粒子)を得た。
この細分化された粉砕ゲル粒子を20メッシュ(目開き850μm)の金網上に広げ、180℃で30分間熱風乾燥を行い、乾燥物をロールミルを用いて粉砕し、さらに目開き850μmと目開き150μmのJIS標準篩で分級することにより、粒子状吸水剤(18)(固形分96質量%)を得た。
得られた粒子状吸水剤(18)の諸物性を表5に示す。
〔比較例10〕
断熱材である発泡スチロールで覆われた、内径80mm、容量1リットルのポリプロピレン製容器に、アクリル酸184.01gとポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)1.29gを混合した溶液(A)と、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液153.74gと50℃に調温したイオン交換水145.15gを混合した溶液(B)を作成した。マグネチックスターラーで攪拌した溶液(A)に、溶液(B)をすばやく加え混合することで単量体水溶液(C)を得た。単量体水溶液(C)は、中和熱と溶解熱により、液温が約100℃まで上昇した。
次に、この単量体水溶液(C)に攪拌下3質量%の過硫酸ナトリウム水溶液10.2gを加え、すぐにホットプレート(NEO HOTPLATE H1−1000、(株)井内盛栄堂製)により表面温度を100℃まで加熱された、内面にテフロン(登録商標)を貼り付けた底面250×250mmのステンレス製バット型容器中に開放系で注いだ。ステンレス製バット型容器は、そのサイズが底面250×250mm、上面640×640mm、高さ50mmであり、中心断面が台形で、上面が開放されている。
単量体水溶液がバットに注がれて間もなく重合は開始した。水蒸気を発生し上下左右に膨張発泡しながら重合は進行し、その後、底面よりもやや大きなサイズにまで収縮した。この膨張収縮は約1分以内に終了し、4分間重合容器中に保持した後、含水重合体(含水ゲル)を取り出した。なお、これら一連の操作は大気中に開放された系で行った。
得られた含水重合体(含水ゲル)をミートチョッパーにより粉砕し、数mmに細分化された含水重合体(粉砕ゲル粒子)を得た。
この細分化された粉砕ゲル粒子を20メッシュ(目開き850μm)の金網上に広げ、180℃で30分間熱風乾燥を行い、乾燥物をロールミルを用いて粉砕し、さらに目開き850μmと目開き150μmのJIS標準篩で分級することにより、比較粒子状吸水剤(8)(固形分96質量%)を得た。
得られた比較粒子状吸水剤(8)の諸物性を表5に示す。
Figure 0006093747
(まとめ)
表5に示すように、本願の粒子状吸水剤およびその製造方法は、着色試験前(暴露前)の色(L)が高いだけでなく、着色試験後(暴露後)の色(L)も高く、十分実使用に耐える白色度を示す。さらに、水可溶や残存モノマーも改善されている。
〔実施例20〕
実施例5において、実施例16で得られた粒子状吸水剤(15)に代える以外は同じ操作を行い、吸収体での評価を行った。その結果、戻り量が3.2gであり、外観目視評価でも白く清浄感があった。
本発明により得られた粒子状吸水剤をおむつなどの薄型吸収体に高濃度で使用した場合、従来の吸収体に比べ、粒子表面色の白度向上により清浄感を与え、かつ従来にない優れた吸収能(優れた加圧下吸収特性)を提供することができる。

Claims (6)

  1. ポリアクリル酸(塩)を主成分とする粒子状吸水剤であって、
    粒子のハンターLab表面色系におけるb値が−5〜10であり、
    粒子のハンターLab表面色系におけるL値が90〜100であり、
    下記式1〜4
    式1;GEX=(GVs+17)/Ln(水可溶分量),水可溶分量>1
    式2:GEX=(GVs)/(水可溶分量),水可溶分量≦1
    残存モノマー量が20質量ppm以上の場合、式3;CPI=(GEX/残存モノマー量)×100
    残存モノマー量が20質量ppm未満の場合、式4;CPI=GEX−残存モノマー量
    (GVs:無加圧下吸収倍率,Ln(水可溶分量):水可溶分量の自然対数)
    により規定される架橋体特性指数(CPI)が1〜100であり、
    以下の(i)〜(iv)
    (i)N−オキシル化合物を0.01〜10質量ppm含み、メトキシフェノール化合物を0以上20質量ppm以下含む、
    (ii)メトキシフェノール化合物0.01質量ppm以上、10質量ppm未満およびマンガンの水溶性有機酸塩0.01〜10質量ppm(Mn0換算)を含む、
    (iii)非ラジカル重合性であるポリアルキレングリコールを0.01〜10質量%含み、鉄含有量が0.001〜5質量ppmである、
    (iv)水溶性チオジアルキル化合物をポリアクリル酸(塩)100質量部に対して0.001〜10質量部含む、
    の少なくとも1つを満たす粒子状吸水剤。
  2. 前記CPIが1〜50である請求項1に記載の粒子状吸水剤。
  3. 前記GEX値が15〜60である、請求項1または2に記載の粒子状吸水剤。
  4. 下記(a)〜(c)
    (a)150μm未満の粒子が0〜5質量%、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.40、
    (b)1.9kPaまたは4.8kPa下での0.90質量%塩化ナトリウム水溶液に対する60分間の加圧下吸収倍率(AAP)が少なくとも20(g/g)以上、
    (c)0.69質量%の塩化ナトリウム水溶液流れ誘導性(SFC)が少なくとも5(cm・s・10−7/g)以上、
    の少なくとも一つを満たす請求項1〜3のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤。
  5. さらに、キレート剤を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒子状吸収剤。
  6. さらに、ヒドロキシカルボン酸化合物を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の粒子状吸収剤。
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