JP6320968B2 - 粒子状吸水剤及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、紙オムツや生理ナプキン等のいわゆる失禁パッド等の衛生材料等に好適に用いられる粒子状吸水剤とその製法に関するものである。
紙オムツや生理用ナプキン等のいわゆる失禁パッド等の衛生材料には、体液を吸収させることを目的として、パルプ等の親水性繊維と吸水性樹脂とをその構成材料とする吸収体が幅広く利用されている。
近年、これらの衛生材料は、高機能且つ薄型化が進み、衛生材料一枚あたりの吸水性樹脂の使用量や、吸水性樹脂と親水性繊維とからなる吸収体全体に対する吸水性樹脂の比率が増加する傾向にある。つまり、嵩比重の低い親水性繊維の使用量を減らし、逆に、吸水性に優れ、且つ嵩比重の高い吸水性樹脂の使用量を増加させることで、吸収体における吸水性樹脂の比率を高め、吸収量を低下させることなく衛生材料の薄型化を図っている。
しかしながら、上記高機能且つ薄型化を目的とした紙オムツ等の衛生材料等を製造するには、吸湿性の高い吸水性樹脂を親水性繊維に組み込む必要があり、その作業環境や気象条件によって、吸水性樹脂同士が貯蔵ホッパーや輸送ライン中でブロッキングしたり、装置や配管等に付着したりする。このため、安定的な製造ができないという問題が生じている。
そこで、吸湿時の流動性に優れる吸水剤を得るため、吸水性樹脂に非晶質二酸化ケイ素やカオリン等の無機物質等を添加する技術が開示されている(特許文献1〜4)。しかしながら、特許文献1〜4の技術では、吸水剤の加圧下吸水倍率が低下するという問題があった。
また、ポリシロキサンや特定の界面活性剤等を吸水性樹脂の表面に被覆する技術も開示されている(特許文献5〜8)。しかしながら、これらの技術も吸水性樹脂を過度に疎水性化したり、表面張力を低下させたりするため、紙オムツでの戻り量(Re−Wet)を増加させるという問題を有している。さらには、特許文献1〜15で得られる吸水性樹脂は、吸湿時の流動性(耐ブロッキング性)に加えて、一般に含水率が低く、粒子としての耐衝撃安定性が弱い等の問題を有している。
また、特許文献9に記載の技術では、金属石鹸が疎水性のため、粒子状吸水剤の吸水速度が低下するという問題が生じ、該粒子状吸水剤を用いた吸収物品は十分な吸水性能を発揮することができなかった。また、金属石鹸は粉体状で取り扱うため、粉塵による作業環境の悪化や粉塵爆発の危険性が高い等、安全衛生上の問題があった。さらには、特許文献11、12に記載の技術では、近年の高物性(例えば、高加圧下吸水倍率)の粒子状吸水剤を得るには不十分な面があり、特許文献15に記載の技術では、粒度制御に対して収率や生産性の低下という問題があった。
そこで、耐衝撃安定性の向上や粉塵防止等を目的として、表面架橋後の吸水性樹脂に少量(数重量%)の水を添加する技術が開示されている(特許文献16〜20)。しかしながら、これらの改良技術であっても、水添加による粒子間粘着力の発生によって、混合装置の負荷が増大し停止する頻度が高くなったり、混合助剤(例えば、無機塩)の添加によって、吸水性樹脂の物性(例えば、加圧下吸水倍率)が低下したりする問題を有していた。
すなわち、「耐衝撃安定性」と「吸水性能(CRC、AAP)や吸湿時の流動性」は相反する性能であり、従来技術においては、これら両性能を共に向上させることが非常に困難であった。
このような吸水剤又は吸水性樹脂に望まれる特性として、高い自由膨潤倍率(CRC)や加圧下吸水倍率(AAP)、高い通液性(SFCやGBP等)、高い吸水速度(FSRやVortex)、高いゲル強度、低い可溶成分(Extr)等が挙げられる。しかしながら、吸水特性は架橋密度に影響を受けるため、架橋密度が大きくなるとゲル強度は増加するが吸水量が低下する等、特性間の関係は必ずしも正の相関を示さない。このような現象を緩和し、吸水倍率が高く、且つ吸収速度等も比較的良好な吸水剤を得るために、吸水性樹脂粒子の表面を界面活性剤や非揮発性炭化水素によりコーティングする方法がある。この方法では、初期に吸収する水の分散性は改良されるが、粒子個々の吸収速度や吸引力の向上という面では効果が十分でない。
そこで、吸水性樹脂に対して、内部架橋に加えて表面にも架橋構造を付与する方法(吸水性樹脂の表面架橋)が提案されている。このような方法として、有機表面架橋剤又は無機表面架橋剤を用いて吸水性樹脂の表面の架橋密度を高める方法が開示されている(特許文献21〜23)。
このような方法で用いられる架橋剤としては、多価アルコール類、オキサゾリジノン、アルキレンカーボネート、多価グリシジルエーテル類、ハロエポキシ化合物類、多価アルデヒド類、多価アミン類、多価金属塩類等が知られている。しかし、これらの表面架橋剤を使用すると、架橋形成反応に高温あるいは長持間を要し、未反応架橋剤が残存してしまう等の問題があった。
このため、低温又は室温で反応し得る多価金属イオン架橋による表面処理方法も知られている(特許文献23)。しかしながら、多価金属を表面架橋剤にすると一般に加圧下吸水倍率(AAP)等の物性が低く、また、他の表面処理方法と多価金属とを併用すると、加圧下吸水倍率(AAP)が低下するという問題もあった。また、一般に表面架橋反応は多価アルコールを表面架橋剤とする脱水反応等、加熱処理が必要であり、吸水性樹脂の含水率を過度に低下させたり、着色を引き起こしたりするものであった。さらには、表面架橋による含水率の低下は、粉体特性(耐衝撃性)を低下させるという問題を有していた。
そこで、上記特許文献21〜23等の表面架橋剤を用いる表面架橋に代わって、ラジカル重合開始剤を用いる表面架橋方法(特許文献24、29、30)や、吸水性樹脂の表面において単量体を重合する表面架橋方法(特許文献25〜28)が提案されている。具体的には、例えば、過酸化物ラジカル開始剤を含む水溶液を樹脂に接触させ、該樹脂を加熱してラジカル開始剤の分解を通じて樹脂の表面近傍部の重合体分子鎖に架橋を導入する方法が知られている(特許文献24)。
また、吸水性樹脂に、水溶性エチレン性不飽和単量体を含浸及び重合させ、加熱によって吸水性樹脂の粒子表面の近傍が粒子内部よりも高い架橋密度を有するように改良された吸水性樹脂を製造する方法もある(特許文献25)。さらに、吸水性樹脂の表面で単量体を重合する方法において、吸水性樹脂にラジカル重合性化合物を添加後、活性エネルギー線(好ましくは紫外線)照射による表面処理方法(特許文献26〜28)も提案されている。また、吸水性樹脂をラジカル重合開始剤で表面架橋する方法において、活性エネルギー線(好ましくは紫外線)照射による表面処理方法(特許文献29、30)も提案されている。さらには、紫外線照射による表面処理方法において、Ag,Fe,Cr,Ce等の遷移金属を用いる方法(特許文献31)も提案されている。
これらの特許文献23〜31の方法では、低温又は室温で架橋が行え、含水率も高い表面架橋された吸水性樹脂が得られる。しかしながら、一般に加圧下吸水倍率(AAP)、特に高荷重下での加圧下吸水倍率(AAP0.7)が向上し難いという問題を有していた。
また、前記特許文献21〜30に記載の表面架橋方法において、表面架橋後の吸水性樹脂は一般に含水率が低く、粒子としての耐衝撃安定性等の問題を有していた。耐衝撃安定性や粉塵防止等のために、表面架橋後の吸水性樹脂に数%程度の水を添加する技術(特許文献16〜17、20)が提案されているが、水やその助剤(例;無機塩)の添加で吸水性樹脂の物性(例えば、加圧下吸水倍率)が低下するという問題を有していた。また、表面架橋によって残存モノマーが増加するという問題もあった(特許文献32)。
また、従来、紙オムツ向けを中心に、加圧下吸水倍率(AAP)や吸水倍率(CRC)や通液性(GBP、SFC)等、多くの物性を制御した吸水性樹脂が提案(特許文献17、20、33〜43)されており、また、含水率の高い吸水性樹脂も特許文献17、20、32等知られている。何れの吸水性樹脂も紙オムツに使用した場合、戻り量(Re−wet)や漏れが多い等、十分な性能を発揮するものではなかった。
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本発明が解決しようとする課題は、吸湿時の流動性に優れ且つ加圧下吸水倍率、耐衝撃安定性、吸水速度に優れる粒子状吸水剤及びその製造方法を提供することにある。
また、水添加時の混合装置の負荷を低減し、一定量の水を含有し、物性を維持向上させた粒子状吸水剤及びその製造方法を提供することにある。
さらには、粉塵による作業環境の悪化や粉塵爆発の発生を伴うことなく容易に、且つ効率的に粒子状吸水剤を製造する方法を提供することにある。
これらの粒子状吸水剤を提供することにより、紙おむつの吸収体に使用する際の吸水剤濃度が20〜100重量%、より好ましくは25〜90重量%、特に好ましくは30〜80重量%で戻り量(Re−Wet)や尿の取り込み等に優れた吸収物品を提供することができる。特に、吸収体の製造装置による吸水剤のダメージの影響を受けないため、装置の影響を受けず、漏れの無い優れたパフォーマンスの吸収体を提供することができる。すなわち、実際に即した吸収体で優れたパフォーマンスを発揮することができる。
上記課題を解決するために、本発明は下記第一〜第四の吸水剤を提供する。また、上記課題を解決するため、さらには下記第一〜第四の吸水剤を提供するために、本発明は下記吸水剤の製造方法その1〜その3を提供する。
なお、本発明の吸水剤の製造方法その1〜その3は、吸水性樹脂を主成分とし、多価金属カチオン及び所定量の水を含む、粒子状吸水剤の製造方法である。本発明の第一〜第四の吸水剤はかかる製造方法その1〜その3によって例えば得られ、吸水性樹脂を主成分とし、多価金属カチオン及び所定量の水を含む、粒子状吸水剤である。さらに、これら第一〜第四の吸水剤及びその製造方法その1〜その3は共通の課題及び効果を有する。
<第一の吸水剤>
本発明の粒子状吸水剤(第一の吸水剤)は、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、多価金属を(表面に)含み、下記(1)〜(4)の要件
(1)吸水剤に対する多価金属カチオン量が0.001〜5重量%
(2)無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、且つ加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上
(3)加圧下吸水倍率及び無加圧下吸水倍率が、77≦加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)+1.8×無加圧下吸水倍率(CRC)≦100
(4)吸水剤の含水率が5〜20重量%
を満たすことを特徴としている。
かかる第一の吸水剤において、好ましくは、多価金属カチオンは金属石鹸又は水溶性多価金属塩である。
<第二の吸水剤>
本発明の粒子状吸水剤(第二の吸水剤)は、吸水性樹脂粒子と金属石鹸(多価金属の有機酸塩)、水、分散安定剤を含むことを特徴としている。
<第三の吸水剤>
本発明の粒子状吸水剤(第三の吸水剤)は、吸水性樹脂と金属石鹸(多価金属の有機酸塩)とを含み、含水率が5〜20重量%であることを特徴としている。
<第四の吸水剤>
本発明の粒子状吸水剤(第四の吸水剤)は、表面処理されたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、下記(2)、(4)及び(5)の要件を満たす。
(2)無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上である
(4)含水率が5〜20重量%である
(5)加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)が15g以上である
かかる第四の吸水剤において、好ましくは、多価金属カチオンとして水溶性多価金属塩を含む。
上記第二〜第四の吸水剤は好ましくは多価金属カチオン量が0.001〜5重量%を含む。また、好ましくは、加圧下吸水倍率及び無加圧下吸水倍率が、77≦加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)+1.8×無加圧下吸水倍率(CRC)≦100を満たす。
<吸水剤の製造方法その1>
本発明の粒子状吸水剤の製造方法(吸水剤の製造方法その1)は、吸水性樹脂に、金属石鹸(多価金属の有機酸塩)及び分散安定剤を含有する水分散体を混合することを特徴としている。
<吸水剤の製造方法その2>
本発明の粒子状吸水剤の製造方法(吸水剤の製造方法その2)は、吸水性樹脂に、金属石鹸(多価金属の有機酸塩)及び水を添加する工程を含み、吸水剤の含水率を5〜20重量%に調整することを特徴としている。
<吸水剤の製造方法その3>
本発明の粒子状吸水剤の製造方法(吸水剤の製造方法その3)は、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、
(a)吸水性樹脂に対し、酸基含有ラジカル重合性単量体と多価金属化合物と水とを混合する工程と、
(b)該酸基含有ラジカル重合性単量体を重合する工程と、
を含む表面処理方法によって、吸水性樹脂の表面処理を行うことを特徴としている。
<吸水剤と吸水剤の製造方法の関係>
上記吸水剤の製造方法は、上記製造方法に限定されないが、例えば、上記吸水剤は、上記製造方法その1〜その3を一例として得ることができる。
すなわち、上記第二の吸水剤は例えば、上記吸水剤の製造方法その1で得ることができる。
上記第三の吸水剤は、例えば、吸水剤の製造方法その2で得ることができる。
また、上記第一及び第四の吸水剤は、例えば、かかる吸水剤の製造方法その1〜3において、好ましくは、多価金属化合物又は金属石鹸(多価金属の有機酸塩)を混合して得られた粒子状吸水剤が下記(1)(2)及び(4)の要件を満たすように制御することで、上記第一及び四の吸水剤を得ることができる。下記物性への制御は吸水剤の製造方法その1〜3の上記従属請求項やその他、明細書の記載に従い、適宜行うことができる。
(1)粒子状吸水剤に対する多価金属カチオン量が0.001〜5重量%
(2)無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、且つ加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上
(4)粒子状吸水剤の含水率が5〜20重量%
本発明、即ち、これら第一〜第四の吸水剤及びその製造方法その1〜その3によれば、吸湿時の流動性(吸湿ブロッキング率)や加圧下吸水倍率(AAP)、耐衝撃安定性(粉化率)、吸水速度に優れる粒子状吸水剤及びその製造方法を提供することができる。すなわち、「耐衝撃安定性(粉化率;Dusting Rate)」と「吸湿時の流動性(吸湿ブロッキング率)、加圧下吸水倍率(AAP)」という、相反する性能を共に向上させることができる極めて優れた、一定量の水を含有する粒子状吸水剤及びその製造方法を提供することができる。
さらに、本発明の粒子状吸水剤を紙オムツ等の衛生材料に使用する場合、衛生材料の製造時に粒子状吸水剤へのダメージによる破壊を抑止することができるため、極めて優れた吸水性能を発揮することができる。
図1は、実施例1、6及び比較例1、3、4における水添加開始後の経過時間と攪拌トルクの関係を示したグラフである。 図2は、吸水性樹脂の物性の一つであるAAP(加圧下吸水倍率)を測定する装置を模式的に示す側面図である。
以下、本発明に係る粒子状吸水剤及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。具体的には、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書において、「質量」と「重量」とは同義であるものとする。
〔1〕用語の定義
(1−1)「吸水性樹脂」、「吸水性樹脂粉末」、「吸水性樹脂前駆体」、「吸水性樹脂粒子」
本発明における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤を意味する。ここで、「水膨潤性」とは、ERT441.2−02で規定するCRC(遠心分離機保持容量)が5[g/g]以上であることをいい、「水不溶性」とは、ERT470.2−02で規定するExt(水可溶分)が0〜50重量%であることをいう。
前記吸水性樹脂は、その用途に応じて適宜設計可能であり、特に限定されるものではないが、カルボキシル基を有する不飽和単量体を架橋重合させた、親水性架橋重合体であることが好ましい。また、全量(100重量%)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内において、表面架橋されたものや添加剤等を含んだ組成物であってもよい。
また、本発明では、上記親水性架橋重合体を粉砕し粉末状とした吸水性樹脂であって、表面処理又は表面架橋を行う前の吸水性樹脂を「吸水性樹脂粉末」又は「吸水性樹脂前駆体」(別称ベースポリマー)と称し、表面処理又は表面架橋を行った後の吸水性樹脂を「吸水性樹脂粒子」と称する。さらに、本発明では、各工程で得られる形状が異なる吸水性樹脂であっても、添加剤等を含んだ吸水性樹脂組成物であっても、「吸水性樹脂」と総称する。
(1−2)「粒子状吸水剤」、「硬化物」
本発明における「粒子状吸水剤」とは、吸水性樹脂を主成分とする水性液のゲル化剤を意味する。なお、該水性液としては、水に限らず、尿、血液、糞、廃液、湿気や蒸気、氷、水と有機溶媒及び/又は無機溶媒との混合物、雨水、地下水等であってもよく、水を含めば特に制限されるものではない。これらの中でも、尿、特に人尿がより好ましい。
本発明に係る粒子状吸水剤に含まれる吸水性樹脂の含有量は、粒子状吸水剤の重量全体に対して、好ましくは60〜95重量%であり、より好ましくは75〜94重量%であり、さらに好ましくは85〜93重量%である。吸水性樹脂以外のその他の成分としては、後述の多価金属化合物や金属石鹸及び水(5〜20重量%)が好ましくは含まれており、好ましくはさらに分散安定剤、さらには必要によりその他後述の成分が含まれる。
なお、吸水性樹脂に多価金属化合物や多価金属カチオン(水溶性多価金属塩)、金属石鹸、水、任意に分散安定剤を添加したものも、本発明では「粒子状吸水剤」と称する。
特に、後述する第一〜第三の実施形態や吸水剤の製造方法その1〜3においては、金属石鹸の水分散体や水のみを添加した直後の吸水性樹脂粉末は、粉末表面のみが水(例えば前記3〜25重量%の水)で湿潤したり、粉末表面のみが水でゲル化したりすることで、いわゆる流動性の乏しいWetな粉末であるが、一定時間を経過すると粉末表面の水が粉末内部に拡散し吸収されるため、流動性を有する乾燥粉末となる。本発明では金属石鹸の水分散液を添加後、湿潤状態の吸水性樹脂粉末について、水の内部への拡散を促進するため、一定時間そのまま放置してもよく、含水率を保持したまま加熱してもよく、一部を乾燥してもよい。
なお、水で添加によって湿潤状態となった吸水性樹脂粉末(Wetな粉末)は粒子表面から内部への水の拡散又は乾燥によって、粒子表面が乾燥し粒子同士が軽く凝集することもある。粒子同士が凝集する場合、凝集の程度にもよるが、軽く凝集した吸水性樹脂粉末は必要により破砕(機械的に凝集をほぐす操作)し分級すればよい。破砕や分級は任意であり、必要に応じて行われるが、使用できる破砕装置や分級装置は、米国特許第4734478号や米国特許第5369148号の造粒方法に例示されている。
また、所定時間の放置又は加熱によって粒子表面が乾燥し粒子同士が軽く凝集することを略して「硬化」又は「硬化工程」と称することもある。なお、硬化後の乾燥(Dry)吸水性樹脂粉末の流動性は、ERT450.2−02で規定されるFlow−Rateで規定でき、軽く凝集した吸水性樹脂粉末は必要により破砕し分級することで、例えば、30[g/sec]以下、さらには20[g/sec]以下、15[g/sec]以下の吸水性樹脂粉末(粒子状吸水剤)とされることが好ましく、水分散液を添加後の湿潤状態の吸水性樹脂粉末について、かかるFlow−Rateの範囲となるまで、所定時間放置又は加熱(又は加熱乾燥)、さらには必要により破砕し分級すればよい。
凝集の程度は硬化方法に依存し、適宜決定されるが、一般に金属石鹸の水分散体や水のみを添加した直後の吸水性樹脂粉末を攪拌すれば凝集は少なく、無攪拌で放置又は加熱すれば粒子全体でブロック状に凝集する。なお、硬化前の金属石鹸の水分散体を添加した直後の吸水性樹脂粉末は流動性の乏しいWetな状態であり、そのFlow−Rateは一般に測定不能又は300秒以上となるが、本発明でFlow−Rateは特に限定されない。
(1−3)「粒子」
本発明における「粒子」とは、流動性のある粉末を指し、好ましくは、Flow Rate(ERT450.2−02)が測定可能である状態、あるいは、ふるい分級(ERT420.2−02)が可能である状態の粉末をいう。従って、上記(1−1)に記載した「吸水性樹脂粉末」も本定義に照らせば、「粒子」となるが、本発明では表面架橋の有無を区別するため、異なった表現を採用する。
(1−4)「ポリアクリル酸(塩)」
本発明における「ポリアクリル酸(塩)」とは、任意にグラフト成分を含み、繰り返し単位として、アクリル酸及び/又はその塩(以下、アクリル酸(塩)と称する)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%、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。
(1−5)「EDANA」及び「ERT」
「EDANA」は、欧州不織布工業会(European Disposables and Nonwovens Assoiations)の略称であり、「ERT」は、欧州標準(略世界標準)である吸水性樹脂の測定方法(EDANA Recommended Test Metods)の略称である。なお、本発明においては、特に断りのない限り、ERT原本(公知文献:2002年改定)に準拠して測定している。
(a)「CRC」(ERT441.2−02)
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、無加圧下吸水倍率(以下、「吸水倍率」と称することもある)を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.2gについて、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する30分間の自由膨潤後さらに遠心分離機で水切りした後の吸水倍率(単位;[g/g])である。
(b)「AAP」(ERT442.2−02)
「AAP」は、Absorption Against Pressureの略称であり、加圧下での吸水倍率を意味する。具体的には、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する1時間、2.06kPa(0.3psi)での荷重下膨潤後の吸水倍率(単位;[g/g])である。なお、ERT442.2−02では、Absorption Under Pressureと表記されているが、実質的に同一内容である。また、荷重条件のみを4.83kPa(0.7psi)に変更して測定することもある。
(c)「Ext」(ERT470.2−02)
「Ext」は、Extractablesの略称であり、水可溶分(水可溶成分量)を意味する。具体的には、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液200gに対して、吸水性樹脂1gを500rpmで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;重量%)である。
(d)「PSD」(ERT420.2−02)
「PSD」とは、Particle Size Disributionの略称であり、ふるい分級により測定される粒度分布を意味する。なお、重量平均粒子径(D50)及び粒子径分布幅は、国際公開第2004/69915号パンフレットに記載された「(1) Average Particle Diameter and Distribution of Particle Diameter」と同様の方法で測定する。
(1−6)「表面処理」及び「表面架橋」
本発明における表面処理とは、表面架橋を含む、表面架橋の上位概念であり、吸水性樹脂粉末(吸水性樹脂前駆体、ベースポリマー)の表面に添加混合する処理、被覆処理、不飽和単量体等を重合することによるコア―シェル構造を形成する処理や、表面架橋剤による吸水性樹脂粉末の表面を架橋する処理を言う。
例えば、吸水性樹脂粉末の表面に、無機微粒子や界面活性剤等の添加剤を混合することにより、添加剤を吸着させる処理(物理的結合)又は被覆処理することや、下位概念としての表面架橋、すなわち、吸水性樹脂粉末の表面で不飽和単量体を重合する処理における重合開始剤によるラジカル架橋、不飽和単量体が重合することにより生じた吸水性樹脂粉末表面の物理的架橋(ポリマー鎖同士の絡み)、表面架橋剤による共有結合架橋又はイオン結合架橋を行うこと言う。
また、本発明における表面架橋とは、前記表面処理のうち、表面架橋剤による共有結合架橋又はイオン結合架橋や、活性エネルギー線の照射やラジカル開始剤等による吸水性樹脂粉末表面を構成するポリマー鎖同士の架橋を言う。
(1−7)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、重量の単位である「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「重量ppm」を意味し、「(メタ)アクリル」とは、「アクリル及び/又はメタクリル」を意味する。
〔2〕本発明の粒子状吸水剤(第一〜第四の吸水剤)
前記課題を解決するために、本発明は下記第一〜第四の吸水剤を提供する。
(第一の吸水剤)
本発明の粒子状吸水剤(第一の吸水剤)は、表面に多価金属が存在し、下記(1)〜(4)の要件
(1)吸水剤に対する多価金属カチオン量が0.001〜5重量%
(2)無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、且つ加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上
(3)加圧下吸水倍率及び無加圧下吸水倍率が、77≦加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)+1.8×無加圧下吸水倍率(CRC)≦100
(4)吸水剤の含水率が5〜20重量%
を満たすことを特徴としている。
(第二の吸水剤)
本発明の粒子状吸水剤(第2の吸水剤)は、吸水性樹脂粒子と金属石鹸(多価金属の有機酸塩)、水、分散安定剤を含むことを特徴としている。
(第三の吸水剤)
本発明の粒子状吸水剤(第3の吸水剤)は、吸水性樹脂と金属石鹸(多価金属の有機酸塩)とを含み、含水率が5〜20重量%であることを特徴としている。
(第四の吸水剤)
本発明の粒子状吸水剤(第4の吸水剤)は、表面処理されたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、下記(2)(4)及び(5)の要件を満たす。
(2)無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上であり、
(5)加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)が15g以上であり、且つ、
(4)含水率が5〜20重量%である。
上記第二〜第四の吸水剤は好ましくは多価金属カチオン量が0.001〜5重量%を含む。また、好ましくは、加圧下吸水倍率及び無加圧下吸水倍率が、77≦加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)+1.8×無加圧下吸水倍率(CRC)≦100を満たす。
<さらに好ましい粒子状吸水剤>
本発明の第一の粒子状吸水剤は、表面に多価金属が存在し、吸水剤に対する多価金属カチオン量が0.001〜5重量部、無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、且つ加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上であり、加圧下吸水倍率及び無加圧下吸水倍率が、77≦加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)+1.8×無加圧下吸水倍率(CRC)≦100であり、含水率が5〜20重量%であることを特徴とする吸水剤である。
<多価金属カチオン>
本発明の第一の粒子状吸水剤は、必須に表面に多価金属が存在し、吸水剤に対する多価金属カチオン量は0.001〜5重量%、好ましくは0.005〜3重量%、特に好ましくは0.005〜2重量%、最も好ましくは0.1〜2重量%である。吸水剤の表面に存在する多価金属を前記範囲の多価金属カチオン量に制御することで、紙おむつ等への使用に際しての最適な粉体特性(粉体摩擦)によるパルプ等との混合性向上や、耐衝撃特性向上効果を発揮させることができる。多価金属カチオン量が0.001重量%を下回る場合は、前記効果が得られず、また、5重量%を超える場合は、吸水特性(CRCやAAP等)の低下を引き起こすため好ましくない。前記第二〜四の吸水剤も好ましくは上記範囲の多価金属カチオン(金属石鹸ないし多価金属化合物に由来の多価金属カチオン)を含有する。なお、第一の粒子状吸水剤において、多価金属カチオンの特定存在量が重要であり、そのカンターのアニオン種は特に限定されない。例えば、多価金属カチオンのカウンターアニオンとして、吸水性樹脂のアニオン性官能基、特にポリアクリル酸系吸水性樹脂の場合はカルボキシアニオンであってもよく、また、後述の金属石鹸や多価金属化合物のカウンターアニオンであってもよい。
なお、本発明の第一〜第四の実施態様の粒子状吸水剤(第一〜第四の吸水剤)において、その多価金属カチオン量は蛍光X線で確認することができる。また、蛍光X線による多価金属カチオン量の測定条件等は必要に応じて、例えば、粒子状吸水剤の粉砕や摩砕等の前処理などを行い、適宜条件を選択して測定することができる。さらに、粒子状吸水剤の表面又は表面近傍の多価金属カチオン量についても、研磨機等で粒子表層部を剥離研磨し、剥離物を蛍光X線測定することで多価金属カチオン量を確認することができる。
<CRC>
本発明の、第一〜第四の粒子状吸水剤のCRCは、第一の吸水剤及び第四の吸水剤では必須に28g/g以上であるが、第二、第三の吸水剤及び製造方法その1〜3においては、好ましくは10(g/g)以上、より好ましくは15(g/g)以上、18g/g以上さらに好ましくは20(g/g)以上、さらにより好ましくは25(g/g)以上でもよい。28g/g以上の第一〜第四の粒子状吸水剤では、特に好ましくは30(g/g)以上、最も好ましくは33(g/g)以上である。上限値は特に限定されないが、好ましくは60(g/g)以下であり、より好ましくは50(g/g)以下であり、さら好ましくは45(g/g)以下、特に好ましくは40(g/g)以下である。CRCが10(g/g)以上の場合、吸水量を確保でき、紙オムツ等の衛生材料の使用に適する。また、CRCが60(g/g)以下の場合、ゲル強度を確保でき、加圧下吸水倍率において高い性能を得ることができる。CRCの値は、実施例に記載の方法で測定される値を採用する。
<AAP>
本発明の、第一〜第四の粒子状吸水剤の加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)は10(g/g)以上、より好ましくは15(g/g)以上、特に好ましくは20(g/g)以上、最も好ましくは25(g/g)以上である。加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)の上限は特にないが、他の物性とのバランスから40(g/g)以下、さらには35(g/g)以下程度である。加圧下吸水倍率の値は、実施例に記載の方法で測定される値を採用する。それゆえ、AAPは10〜40g/g、15〜35g/g、20〜30g/g、23〜30g/g、25〜30g/gで制御される。AAPは表面架橋又は表面処理で制御でき、本発明の吸水剤の製造方法その1〜その3は、多価金属カチオンを含んでも、AAPの低下も少なく(実質的に低下が生じない)、従来による高物性の吸水剤が得られる。
<CRCとAAPとの関係>
さらに、前記CRCとAAPとの関係においては、加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)+1.8×無加圧下吸水倍率(CRC)が、77〜100(g/g)、好ましくは77〜90(g/g)、より好ましくは77〜85(g/g)である。前記範囲に制御することにより、紙おむつの吸収体に使用する際、特に30〜80重量%で戻り量(Re−Wet)や尿の取り込み性能に優れた効果を発揮する。なお、前記範囲外の場合は戻り量等、所望の紙おむつの性能が得られないおそれがあるため好ましくない。
CRCとAAPの関係は、例えば吸水剤の製造方法その1〜3において、好ましくは、多価金属化合物ないし金属石鹸(多価金属の有機酸塩)を混合して得られた粒子状吸水剤が下記(1)(2)及び(4)の要件を満たすように制御することで、前記第一、第四の吸水剤を得ることができる。
(1)粒子状吸水剤に対する多価金属カチオン量が0.001〜5重量%
(2)無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、且つ加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上
(4)粒子状吸水剤の含水率が5〜20重量%
<含水率>
本発明の、第一〜第四の粒子状吸水剤の含水率は5〜20重量%であり、好ましくは5〜18重量%、より好ましくは6〜18重量%、さらに好ましくは7〜15重量%、特に好ましくは8〜13重量%の範囲である。含水率が5%未満の場合は、十分な耐衝撃安定性が得られず、さらに、吸湿時の流動性が低下するため取り扱い性が低下するため好ましくない。また、含水率が20重量%を超える場合は、吸水物性(AAPやCRC等)が低下し、吸湿時の流動性が低下するため好ましくない。
かかる含水率は第二及び第三の吸水剤も好ましくは満足する。
<粒度>
本発明の、第一〜第四の粒子状吸水剤の粒度は、全粒子に対して、好ましくは106μm以上850μm未満の粒子径を有する粒子状吸水剤が90〜100重量%であり、300μm以上の粒子径を有する粒子状吸水剤が60重量%以上である。
このうち、より好ましくは、106μm以上850μm未満の粒子径を有する粒子状吸水剤の割合は、全粒子に対して、95〜100重量%以上であり、特に98〜100重量%であることが好ましい。
また、300μm以上の粒子径を有する粒子状吸水剤が、全粒子に対して、65〜100重量%が好ましく、70〜100重量%がより好ましく、特に75〜100重量%が好ましい。
また、第一〜第四の粒子状吸水剤の重量平均粒子径(D50)は、好ましくは200〜700μmであり、さらに好ましくは300〜600μmであり、特に好ましくは400〜500μmである。さらに、粒子状吸水剤の粒度分布について、均一性の指標となる対数標準偏差(σζ値)は、0〜0.40が好ましく、より好ましくは0〜0.35であり、最も好ましくは0〜0.30である。
粒子径が850μm以上の粒子状吸水剤が、全粒子に対して10重量%を超えると、紙オムツ等の衛生材料を製造した場合、異物感や手触りが悪くなる等、使用者に対して不快感を与えることになる。また、粒子径が106μm未満の粒子状吸水剤が、全粒子に対して10重量%を超える場合や、上記対数標準偏差σζが0.40を超える場合には、加圧下吸水倍率の大幅な低下や吸湿流動性の低下、紙オムツ等の衛生材料の製造作業中に粉塵が発生することによる作業環境の劣悪化、幅広い粒度分布を有することによる偏析の増大等の多くの問題が発生するため、好ましくない。
<VDAUP>
本発明では、新規なパラメーター物性である加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)が紙オムツに重要であることが見出された。すなわち、加圧下吸水倍率(AAP)や吸水倍率(CRC)や通液性(GBP、SFC)等多くの物性を制御した吸水性樹脂が提案されており、かかるパラメーターで評価できない特性として、オムツ物性と相関の高い加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)を見出した。
本発明の、第四の粒子状吸水剤の加圧下垂直拡散吸水量VDAUPは好ましくは15g以上、より好ましくは20g以上、さらに好ましくは25g以上、さらにより好ましくは30g以上、特に好ましくは33g以上、最も好ましくは35g以上である。他の物性とのバランスから上限は100g以下、さらには80g以下程度である。加圧下垂直拡散吸水量の値は、実施例に記載の方法で測定される値を採用する。特に上限値を超える場合、CRCが著しく低下するため、所望の性能が得られず、おむつの実使用に耐えないため好ましくない。かかるVDAUPは第一〜第三の吸水剤にも好適に適用される。VDAUPを満たす吸水剤は例えば、本発明の製造方法その1〜3で得ることができる。
上述した本発明には、下記(A)〜(D)の好ましい実施形態が含まれる。
(A)第一の実施形態(第二の吸水剤)
吸水性樹脂と金属石鹸、水、分散安定剤を含む吸水剤。
(B)第二の実施形態(吸水剤の製造方法その1)
吸水性樹脂に、金属石鹸及び分散安定剤を含有する水分散体を混合することにより得られた吸水剤、もしくは、吸水性樹脂に金属石鹸及び分散安定剤を含有する水分散体を混合することを特徴とする粒子状吸水剤の製造方法。
(C)第三の実施形態(吸水剤の製造方法その2)
吸水性樹脂と金属石鹸とを含み、含水率が5〜20重量%である粒子状吸水剤、もしくは、吸水性樹脂に金属石鹸及び水を添加する工程を含み、吸水剤の含水率を5〜20重量%に調整することを特徴とする粒子状吸水剤の製造方法。
(D)第四の実施形態(吸水剤の製造方法その3)
ポリアクリル酸(塩)系架橋重合体である吸水性樹脂に対し、酸基含有ラジカル重合性単量体と多価金属化合物と水とを混合する工程と、該酸基含有ラジカル重合性単量体を重合する工程とを含む、吸水性樹脂の表面処理方法により得られた吸水剤。
第一〜第三の実施形態においては、水添加時の粗大粒子の発生を抑止及び混合装置の負荷を低減した上で、一定量の水を含有し、且つ、より一層の吸収物性(AAP、CRC等)を向上させることができる。すなわち、本発明の方法では、水添加時の混合装置への負荷が著しく低減し、連続生産の面で極めて好適であり、金属石鹸を水分散体の状態で取り扱うことから、粉塵発生等の心配がなく、安全衛生の面でも極めて好適である。
なお、第四の実施形態(吸水剤の製造方法その3)においては、高温加熱が必要な表面架橋剤を必須とすることなく、低温且つ短時間で表面処理を行うことができる。また、ラジカル重合性化合物の重合と多価金属のイオン架橋による異なる2つの表面処理方法を併用することによって得られた『表面処理された吸水性樹脂』は、従来と比較して優れた加圧下吸水倍率(AAPやVDAUP)等の吸水特性を有する。さらに、このような手法で得られた表面処理された吸水性樹脂は、紙オムツ等、吸収性物品での実使用時、従来になく優れた吸収能を発揮する。
本発明の粒子状吸水剤における好ましい実施形態である、第一〜第四の実施形態について、以下さらに詳細に説明する。
〔3〕第一〜第四の吸水剤、及び吸水剤の製造方法その1〜その3に使用する吸水性樹脂の製造方法
なお、〔3〕の(3−1)〜(3−4)に記載する内容は、第一〜第四の吸水剤及び上記製造方法その1〜その3において、吸水性樹脂粉末(吸水性樹脂前駆体、ベースポリマー)の実施形態である。
(3−1)重合工程
本工程は、不飽和単量体を含む水溶液を重合して、含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称する)を得る工程である。
(a)不飽和単量体(架橋剤を除く)
本発明における吸水性樹脂として、例えば、ポリアクリル酸(塩)系架橋重合体、デンプン−アクリロニトリルグラフト重合体の加水分解物、デンプン−アクリル酸グラフト重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体のケン化物、アクリロニトリル共重合体若しくはアクリルアミド共重合体の加水分解物又はこれらの架橋体、カルボキシル基含有架橋ポリビニルアルコール変性物、架橋イソブチレン−無水マレイン酸共重合体等を挙げることができ、これらの1種を用いてもよく、2種以上を併用することもできる。つまり、本発明に係る吸水性樹脂粒子を得るために用いる不飽和単量体としては、所望する物性を得ることができる単量体を選択すればよい。なお、得られる吸水性樹脂粒子の物性の観点から、吸水性樹脂としては、ポリアクリル酸(塩)系架橋重合体(同義語:ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂)を用いることが特に好ましい。
上記ポリアクリル酸(塩)系架橋重合体を用いる場合、不飽和単量体として、アクリル酸(塩)を主成分として使用すればよいが、アクリル酸(塩)以外の単量体(以下、「他の単量体」と称する)を共重合成分として用いてもよい。これによって、最終的に得られる粒子状吸水剤に対して、抗菌や消臭等の吸水性能とは別の性能を付与することができ、粒子状吸水剤をより安価に製造することができる。かかるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は任意にグラフト成分(例えば、澱粉、ポリビニルアルコールなど)を0〜50重量%、さらには0〜40重量%で含んでいてもよく、かかるグラフト重合体もポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂と総称する。
上記他の単量体としては、特に限定されないが、例えば、メタクリル酸、(無水)マレイン酸、フマール酸、クロトン酸、イタコン酸、ビニルスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリロキシアルカンスルホン酸及びそのアルカリ金属塩若しくはアンモニウム塩、N−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニルアセトアミド、(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、イソブチレン、ラウリル(メタ)アクリレート等の水溶性又は疎水性の不飽和単量体を挙げることができる。
また、これら他の単量体の使用量は、不飽和単量体全体の総モル数に対して、0〜50モル%、好ましくは0〜30モル%、より好ましくは0〜10モル%、さらに好ましくは0〜5モル%である。換言すれば、主成分としてのアクリル酸(塩)の使用量は、70〜100モル%が好ましく、90〜100モル%がより好ましく、95〜100モル%がさらに好ましいが、得られる粒子状吸水剤の吸水性能(AAP等)の観点から実質的に100モル%が最も好ましい。
なお、不飽和単量体(上記他の単量体を含む)として、酸基を有する単量体を用いる場合、該不飽和単量体の塩として、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩を用いればよい。これらのうち、得られる粒子状吸水剤の性能、不飽和単量体塩の工業的な入手容易性、安全性等の観点から一価塩、特に一価金属塩、中でもナトリウム塩又はカリウム塩を用いることが好ましい。
また、不飽和単量体としてアクリル酸(塩)を用いる場合、アクリル酸とアクリル酸塩との比率は、アクリル酸0〜50モル%及びアクリル酸塩100〜50モル%(但し、両者の合計は100モル%以下)が好ましく、アクリル酸10〜40モル%及びアクリル酸塩90〜60モル%がより好ましい。すなわち、アクリル酸及びアクリル酸塩の合計量に対するアクリル酸塩のモル比である「中和率」は、50〜100モル%が好ましく、60〜90モル%がより好ましい。
上記アクリル酸塩を形成するには、重合前の単量体状態でのアクリル酸を中和する、重合途中や重合後に重合体の状態で中和する、あるいは、これらの操作を併用することが挙げられる。また、アクリル酸及びアクリル酸塩を混合することで、アクリル酸(塩)を形成してもよい。
(b)内部架橋剤
本発明における吸水性樹脂は、上記(1−1)に記載した水膨潤性及び水不溶性を有していれば、内部架橋構造を有していると考えることができる。従って、内部架橋剤を用いずに不飽和単量体の自己架橋によって得られるものであってもよいが、好ましくは、不飽和単量体と内部架橋剤とを共重合又は反応させて得られるものがよい。なお、該内部架橋剤としては、一分子内に2以上の重合性不飽和基や2以上の反応性基を有するものが挙げられる。
内部架橋剤として具体的には、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリンアクリレートメタクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルホスフェート、トリアリルアミン、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、グリセロールジグリシジルエーテル、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ポリエチレンイミン、グリシジル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
これらの内部架橋剤は1種のみを単独で用いてもよく、適宜2種類以上を混合して用いてもよい。また、上記内部架橋剤は、反応系に一括して添加してもよく、分割して添加してもよい。さらに最終的に得られる粒子状吸水剤の吸水性能等を考慮して、2以上の重合性不飽和基を有する内部架橋剤を重合時に用いることが好ましい。
上記内部架橋剤の使用量は、吸水性樹脂の良好な物性を得る観点から、架橋剤を除く上記単量体に対して、0.001〜2モル%が好ましく、0.005〜0.5モル%がより好ましく、0.01〜0.2モル%がさらに好ましく、0.03〜0.15モル%が特に好ましい。上記内部架橋剤の使用量が、0.001モル%未満の場合や、2モル%を超える場合、吸水性樹脂の十分な吸水性能が得られない可能性があるため、好ましくない。
上記内部架橋剤を用いて、内部架橋構造を吸水性樹脂内部に導入する場合には、上記内部架橋剤を、上記不飽和単量体の重合前もしくは重合途中、又は重合後、あるいは中和後に反応系に添加するようにすればよい。
(c)重合開始剤
上記重合工程において使用される重合開始剤は、重合形態によって適宜選択され、特に限定されないが、例えば、光分解型重合開始剤、熱分解型重合開始剤、レドックス系重合開始剤等を例示することができる。
上記光分解型重合開始剤として、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、アゾ化合物等が挙げられる。また、上記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(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)等を例示することができる。さらに、上記レドックス系重合開始剤としては、上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等の還元性化合物を併用し、両者を組み合わせた系を例示することができる。また、上記光分解型開始剤と熱分解型重合開始剤とを併用することも、好ましい形態として挙げることができる。
これらの重合開始剤の使用量は、上記単量体に対して、0.001〜2モル%が好ましく、0.01〜0.1モル%がより好ましい。重合開始剤の使用量が2モル%を超える場合、重合の制御が困難となるため、好ましくない。また、重合開始剤の使用量が0.001モル%未満の場合、残存モノマー量を増加させるおそれがあるため、好ましくない。
(d)重合方法
上記重合工程において、上記不飽和単量体を重合するに際して、バルク重合や沈殿重合を行うことも可能ではあるが、得られる吸水性樹脂の性能や重合制御の容易性、さらには含水ゲルの吸水性能等の観点から、上記不飽和単量体を水溶液として重合を行う水溶液重合や逆相懸濁重合が好ましく採用される。なお、該不飽和単量体には、上述した他の単量体、内部架橋剤を含むものとする。
上記不飽和単量体を水溶液とする場合、該水溶液中の単量体濃度としては、水溶液の温度や単量体の種類によって決まり、特に限定されるものではないが、10〜70重量%が好ましく、20〜60重量%がより好ましい。
上記不飽和単量体の重合は、上記重合開始剤の添加、紫外線や電子線、γ線等の活性エネルギー線の照射、あるいはこれらの併用によって開始する。なお、重合反応における反応温度としては、使用する重合開始剤や活性エネルギー線の種類に応じて適宜選択すればよく、特に限定されないが、15〜130℃が好ましく、20〜120℃がより好ましい。該反応温度が上記範囲を外れると、得られる吸水性樹脂の残存モノマー量の増加や、自己架橋反応が過度に進行し、吸水性樹脂の吸水性能が低下するおそれがあるため、好ましくない。
なお、上記逆相懸濁重合とは、単量体水溶液を疎水性有機溶媒に懸濁させて重合を行う方法であって、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号等に開示されている。
また、上記水溶液重合とは、分散溶媒を用いずに単量体水溶液を重合する方法であって、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号等や、欧州特許第0811636号、同第0955086号、同第0922717号等に開示されている。なお、水以外の溶媒を必要に応じて併用してもよく、その種類等は特に限定されない。
従って、上記の不飽和単量体や重合開始剤等を上記各特許文献に開示された重合方法に適用することで、本発明に係る吸水性樹脂を得ることができる。
(3−2)乾燥工程
本工程は、上記重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体(含水ゲル)を乾燥する工程である。なお、重合工程が水溶液重合である場合には、含水ゲルの乾燥前及び/又は乾燥後に、通常、粉砕化処理を行う。
上記乾燥は、目的の含水率とすることができれば、特に限定されず、種々の手法を採用することができる。具体的には、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、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を用いればよい。これらの中で熱風乾燥を行う場合、その熱風温度としては、通常60〜250℃であり、好ましくは100〜220℃、より好ましくは120〜200℃である。また、乾燥時間としては、含水ゲルの表面積や含水率、乾燥装置の種類に依存するため、目的とする含水率となるように、例えば、1分間〜5時間の範囲内で適宜選択すればよい。
なお、逆相懸濁重合によって得られる含水ゲルは、特に粉砕化処理を行うことなく、以下の手順で乾燥することができる。すなわち、例えば、ヘキサン等の炭化水素系の有機溶媒中に含水ゲルを分散させた状態で共沸脱水をし、含水ゲルの含水率を40重量%以下、好ましくは30重量%以下とする。その後、デカンテーションあるいは蒸発によって、有機溶媒と含水ゲルとを分離することで、本発明に係る吸水性樹脂が得られる。この場合でも、必要に応じてさらに乾燥処理を行ってもよい。なお、これら乾燥工程中に、乾燥と同時に表面架橋を行ってもよい。
乾燥工程後の含水率[重量%]は乾燥減量(粉末もしくは粒子1gを180℃で3時間加熱)から求められ、乾燥後の樹脂固形分(100−含水率)は、好ましくは80重量%以上、より好ましくは85〜99重量%、さらに好ましくは90〜98重量%の範囲に調整され、乾燥重合体を得ることができる。
(3−3)粉砕工程、分級工程
本工程は、上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を、粉砕及び/又は分級して、吸水性樹脂粉末を得る工程であり、粉砕工程後に得られる吸水性樹脂を粉砕物と称することもある。
なお、逆相懸濁重合においては、分散重合時に粒子径の制御が行われるため粉砕工程は任意であるが、必要により、粉砕あるいは凝集物を解砕(凝集をほぐす操作)を行ってもよい。また、水溶液重合においても、重合時や重合後のゲル細分化の程度によって、乾燥後の粉砕工程を省略することも可能ではあるが、さらに粉砕及び分級を行うことが好ましい。
すなわち、上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を、そのまま吸水性樹脂粉末とすることもできるが、本発明の粒子状吸水剤を得るため、好ましくは粉砕及び分級によって、特定粒度に制御することが好ましい。粒度制御は、本粉砕工程、分級工程に限らず、重合工程、微粉回収工程、造粒工程等で適宜実施することができる。以下、粒度は標準篩(JIS Z8801−1(2000))で規定する。
(3−4)表面架橋工程
以上のように、架橋重合及び乾燥処理が施され、必要に応じて粉砕されて本発明に係る吸水性樹脂粉末が得られる。その後、さらに、該吸水性樹脂粉末の表面に架橋(二次架橋)処理を施して吸水性樹脂粒子とすることによって、表面近傍の架橋密度を高めて、吸水性樹脂粉末の諸物性の改良を行うことが好ましい。
以下、吸水剤の製造方法その1、製造方法その2において、好適に使用される表面処理組成(表面架橋原料)について述べる。なお、本発明の製造方法その3(後述)では表面処理として表面重合がなされるが、任意に表面架橋を併用してもよい。
吸水剤の製造方法その1、その2(さらにはその3)において、上記表面架橋工程で使用される表面架橋剤として、得られる吸水性樹脂粒子の物性を良好なものとするものであれば、特に限定されないが、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、多価アミン化合物とハロエポキシ化合物との縮合物、オキサゾリン化合物、モノオキサゾリジノン化合物、ジオキサゾリジノン化合物、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1種又は2種以上を併用することが好ましい。
より具体的には、米国特許第6228930号、同第6071976号、同第6254990号等に開示されている表面架橋剤を用いることができる。すなわち、モノエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、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等を挙げることができる。
また、上記表面架橋剤に加えて、イオン結合性表面架橋剤、多価金属塩やポリアミンポリマーを使用してもよい。また、上記有機表面架橋剤以外に無機表面架橋剤を使用して通液性等を向上させてもよい。使用される無機表面架橋剤は2価以上、好ましくは3価もしくは4価値の多価金属の塩(有機塩もしくは無機塩)又は水酸化物が例示できる。使用できる多価金属としてはアルミニウム、ジルコニウム等が挙げられ、乳酸アルミニムや硫酸アルミニムが挙げられる。
これら無機表面架橋は有機表面架橋剤と同時又は別途に使用される。多価金属による表面架橋は、国際公開第2007/121037号、同第2008/09843号、同第2008/09842号、米国特許第7157141号、同第6605673号、同第6620889号、米国特許出願公開第2005/0288182号、同第2005/0070671号、同第2007/0106013号、同第2006/0073969号等に例示されている。
また、上記有機表面架橋剤以外にポリアミンポリマー、特に重量平均分子量5000〜100万程度のポリアミンポリマーを同時又は別途で使用して、通液性等を向上させてもよい。使用されるポリアミンポリマーは、例えば、米国特許第7098284号、国際公開第2006/082188号、同第2006/082189号、同第2006/082197号、同第2006/111402号、同第2006/111403号、同第2006/111404号等に例示されている。
これらの表面架橋剤のうち、吸水性樹脂粒子の各種特性をできるだけ良好なものとするために、共有結合性の表面架橋剤、さらには、表面処理時の含水率低下を防ぐために(吸水性樹脂粒子の耐衝撃安定性を高めるために)、低温で反応可能なエポキシ化合物、ハロエポキシ化合物、オキサゾリジノン化合物、さらには少なくとも、エポキシ化合物、ハロエポキシ化合物を用いることが好ましい。
なお、アルキレンカーボネート、多価アルコールから選ばれる脱水反応性表面架橋剤を使用して高温で表面架橋を行う場合、表面架橋後に適宜さらに水を添加して後述の含水率に調整する。脱水反応性表面架橋剤に多価アルコールを使用する場合は、該多価アルコールとして、炭素数2〜10、好ましくは炭素数3〜8の多価アルコールを用いることが好ましい。
上記表面架橋剤の使用量は、用いる表面架橋剤の種類や、吸水性樹脂前駆体と表面架橋剤との組み合わせ等にもよるが、吸水性樹脂粉末100重量部に対して、0.001〜10重量部が好ましく、0.01〜5重量部がより好ましい。
上記表面架橋処理に際しては、上記表面架橋剤とともに、水を用いることが好ましい。このときに使用される水の量は、使用する吸水性樹脂粉末の含水率にもよるが、通常、吸水性樹脂粉末100重量部に対して、0.5〜20重量部、好ましくは0.5〜10重量部の水を用いることが好ましい。
表面架橋剤やその水溶液を混合する際には、親水性有機溶媒や、第三物質を混合助剤として用いてもよい。
親水性有機溶媒を用いる場合には、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール等の低級アルコール類;アセトン等のケトン類;ジオキサン、テトラヒドロフラン、メトキシ(ポリ)エチレングリコール等のエーテル類;ε−カプロラクタム、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、2,2,4−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、1,3−ブタンジオール、1,4−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、1,2−シクロヘキサノール、トリメチロールプロパン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリオキシプロピレン、オキシエチレン−オキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール等が挙げられる。
なお、多価アルコールは、吸水性樹脂と反応する条件の場合、表面架橋剤に分類され、反応しない場合、親水性有機溶媒に分類される。反応の有無は多価アルコールの残存量やエステル(IR分析等)の増加で容易に判別できる。
親水性有機溶媒の使用量は、吸水性樹脂粉末の種類や粒径、含水率等にもよるが、吸水性樹脂粉末の固形分100重量部に対して、10重量部以下が好ましく、0.1〜5重量部がより好ましい。また、第三物質として、欧州特許第0668080号明細書に示された無機酸、有機酸、ポリアミノ酸等を存在させてもよい。これらの混合助剤は表面架橋剤として作用させてもよいが、表面架橋後の吸水性樹脂粒子の吸水性能を低下させないものが好ましい。特に沸点が150℃未満の揮発性アルコール類は表面架橋処理時に揮発してしまうので、残存物が残存せず望ましい。
吸水性樹脂粉末と表面架橋剤とをより均一に混合するため、非架橋性の水溶性無機塩基類(好ましくは、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、アルカリ金属水酸化物、及び、アンモニアあるいはその水酸化物)や、非還元性アルカリ金属塩pH緩衝剤(好ましくは炭酸水素塩、リン酸二水素塩、リン酸水素塩等)を、吸水性樹脂粉末と表面架橋剤とを混合する際に共存させてもよい。これらの使用量は、吸水性樹脂粉末の種類や粒径等にもよるが、吸水性樹脂粉末の固形分100重量部に対して、0.005〜10重量部が好ましく、0.05〜5重量部がより好ましい。
(表面架橋剤の添加方法)
上記表面架橋剤の添加は、種々の手法で行うことができる。例えば、吸水性樹脂粉末が水溶液重合で得られる場合には、乾燥工程中又は乾燥工程後の吸水性樹脂粉末に、表面架橋剤を必要に応じて水及び/又は親水性有機溶媒と予め混合して、吸水性樹脂粉末に滴下混合する方法が好ましく、噴霧する方法がより好ましい。噴霧される液滴の大きさは、平均液滴径として0.1〜300μmが好ましく、1〜200μmがより好ましい。
上記吸水性樹脂粉末、表面架橋剤、水や親水性有機溶媒を混合する際に用いられる混合装置としては、これらの化合物を均一に且つ確実に混合するために、大きな混合力を備えているものが好ましい。このような混合装置としては、例えば、円筒型混合機、二重壁円錐型混合機、高速攪拌型混合機、V字型混合機、リボン型混合機、スクリュー型混合機、双腕型ニーダー、粉砕型ニーダー、回転式混合機、気流型混合機、タービュライザー、バッチ式レディゲミキサー、連続式レディゲミキサー等が好適に用いられる。
上記表面架橋剤と吸水性樹脂粉末とを混合した後、好ましくは加熱処理が施される。上記加熱処理を行う際の条件として、吸水性樹脂粉末の温度若しくは加熱処理に用いる熱媒の温度が、好ましくは60〜250℃であり、より好ましくは60〜150℃、さらには80〜120℃であるとよい。また、上記加熱処理の加熱時間は、好ましくは1分〜2時間の範囲である。上記加熱温度と加熱時間との組み合わせの好適例として、180℃で0.1〜1.5時間、100℃で0.1〜1時間を挙げることができる。
なお、表面架橋剤にアルキレンカーボネートや多価アルコールを使用する場合は、吸水性樹脂粉末の温度若しくは加熱処理に用いる熱媒の温度が、好ましくは100〜250℃であり、より好ましくは150〜250℃、さらには170〜210℃であるとよい。表面架橋剤にアルキレンカーボネートや多価アルコールを使用し、該温度範囲で加熱する場合は、表面架橋後、後述する粒子状吸水剤の含水率に調整する。
また、吸水性樹脂粉末が逆相懸濁重合で得られる場合には、重合終了後の共沸脱水途中及び/又は共沸脱水終了後等の、例えば、含水ゲルの含水率が50重量%以下、好ましくは40重量%以下、より好ましくは30重量%以下(下限は好ましくは5重量%以上さらに好ましくは10重量%以上、特に好ましくは15重量%以上)であるときに、逆相懸濁重合で用いられる疎水性有機溶媒中に上記表面架橋剤、好ましくはグリシジルエーテル化合物を分散させることにより、表面架橋された吸水性樹脂粒子を得ることができる。
(表面架橋後の含水率)
これら表面架橋、特に脱水反応性表面架橋剤(脱水反応性架橋剤)や高温表面架橋(例;150〜250℃)では、得られた吸水性樹脂が高物性(特に、高AAP4.83kPa)ではあるが、乾燥工程後に存在する吸水性樹脂中の水や、架橋剤の溶媒として吸水性樹脂中の加えた水の殆どが除去される。このため、表面架橋反応後の吸水性樹脂の含水率は通常0〜5重量%、0〜3重量%、0〜1重量%と低くなる。そのため、一般に高温表面架橋が必要な高物性と高い含水率とは両立しない。
それゆえ、従来技術では高温表面後に水を添加する技術も提案されているが、生産プロセスにおいて安定的に吸水剤を生産することが困難であった。
すなわち、かかる低い含水率の吸水性樹脂では耐衝撃安定性の問題があり、表面架橋後の吸水性樹脂に数%程度の水を添加する技術(特許文献15〜20)が提案されている。しかし、水添加時に粒子間で粘着力が発生し、添加水量が多くなると、混合機の負荷が増大し、たびたび混合装置が停止する問題や、混合助剤(例;無機塩)の添加で吸水性樹脂の物性(例えば、加圧下吸水倍率)が低下する問題を有していた。かかる問題を解決するために、本発明の製造方法では、金属石鹸の水分散体として水を添加して、吸水性樹脂を所定含水率(5〜20重量%)とすることを特徴としている。よって、本発明では低含水率(0〜5重量%、0〜3重量%、0〜1重量%)の表面架橋された吸水性樹脂への水の添加でも、表面架橋後の物性を実質低下させることがないため好ましい。
〔4〕吸水剤の製造方法1〜3における好ましい吸水性樹脂粒子の物性
吸水剤の製造方法その1〜3において、好ましくは下記物性の吸水性樹脂粒子が使用、特に製造方法その1及びその2において下記物性に表面架橋されてなることで、本発明の第一〜第四の吸水剤を得ることが好ましい。
(4−1)粒度
必要に応じて表面架橋処理を施されてなる、本発明に係る吸水性樹脂粒子は、吸湿時の流動性を確保し、機械的衝撃力による吸水性能や吸湿時の流動性の低下を抑制するために、特定の粒度に調整される。具体的には、吸水性樹脂粒子の重量平均粒子径(D50)が、好ましくは200〜700μm、より好ましくは300〜600μm、さらに好ましくは400〜500μmに調整される。
また、本発明の粒子状吸水剤に含まれる全吸水性樹脂粒子に対して、粒子径が106μm以上850μm未満の範囲内である吸水性樹脂粒子の割合は、90〜100重量%が好ましく、95〜100重量%がより好ましく、98〜100重量%がさらに好ましい。また、粒子径が300μm以上である吸水性樹脂粒子の割合は、60〜100重量%が好ましく、65〜100重量%がより好ましく、70〜100重量%がさらに好ましく、75〜100重量%が特に好ましい。さらに、吸水性樹脂粒子の粒度分布について、均一性の指標となる対数標準偏差(σζ)は、0〜0.40が好ましく、0〜0.35がより好ましく、0〜0.30が最も好ましい。
従って、粒子径が850μm以上である吸水性樹脂粒子の割合が、粒子状吸水剤に含まれる全吸水性樹脂粒子に対して10重量%を超える場合、紙オムツ等の衛生材料において異物感が発生し、手触りが悪くなる等、使用者に対して不快感を与えるため、好ましくない。また、粒子径が106μm未満である吸水性樹脂粒子の割合が、粒子状吸水剤に含まれる全吸水性樹脂粒子に対して10重量%を超える場合や、上記対数標準偏差(σζ)が0.40を超える場合では、加圧下における吸水倍率の大幅な低下や吸湿時の流動性低下、粉塵発生による作業環境の悪化、幅広い粒度分布を有することによる偏析の増大等、多くの問題が発生し好ましくない。
なお、上記重量平均粒子径(D50)や所定の粒子径成分量の調整は、重合工程(特に逆相懸濁重合)、粉砕及び分級工程、造粒工程、微粉回収工程等で表面処理前の吸水性樹脂の粒度として適宜調整できる。また表面処理後の吸水性樹脂に対しても、例えば、所定の粒子径成分量に調整するために、解砕工程(表面処理時の凝集をほぐす工程)、整粒工程(篩等による分級操作や各粒子径成分の調合操作)、造粒工程、微粉回収工程等、適宜操作をしてもよい。なお、所定の粒度調整の工程としては、例えば、米国特許出願公開第2004/181031号や同第2004/242761号、同第2006/247351号等に記載の工程が採用される。
(4−2)CRC
本発明に係る吸水性樹脂粒子は、遠心分離機保持容量(CRC)が、好ましくは10[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]以上であり、特に好ましくは28[g/g]以上、さらに特に好ましくは30[g/g]以上、最も好ましくは33[g/g]以上である。である。上限値は、特に限定されないが、好ましくは60[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45[g/g]以下であり、特に好ましくは40[g/g]以下である。遠心分離機保持容量(CRC)が10[g/g]未満の場合、吸水量が少なすぎ、紙オムツ等の衛生材料の使用に適さない。また、遠心分離機保持容量(CRC)が60[g/g]よりも大きい場合、吸収体に使用された時に、吸収体への液の取り込み速度に優れる粒子状吸水剤を得ることができなくなるおそれがある。なお、本発明において、CRCが28[g/g]以上である第一又は第四の吸水剤を得る場合、用いる吸水性樹脂のCRCも通常は28[g/g]以上のものが適宜選択される。
(4−3)AAP4.83kPa
本発明に係る吸水性樹脂粒子は、4.83kPaの圧力下(荷重下)での加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10[g/g]以上であり、好ましくは15[g/g]以上、より好ましくは18[g/g]以上、さらに好ましくは20[g/g]以上、さらに好ましくは25[g/g]以上、特に好ましくは28[g/g]以上、最も好ましくは30[g/g]以上である。
かかるAAPは、例えば、上記粒度の吸水性樹脂粒子を表面架橋、特に所定のCRC値に制御するように表面架橋することで得ることができるが、特に限定されない。
(4−4)含水率
本発明に係る吸水性樹脂(吸水性樹脂前駆体、ベースポリマー、表面架橋後の吸水性樹脂粒子)の含水率は、特に限定されないが、本発明の粒子状吸水剤を得るために室温でも流動性を示す粉体となるように、含水率を制御することが好ましい。従って、吸水性樹脂粒子の含水率は、0を超えて20重量%、好ましくは0を超えて10重量%、より好ましくは0.1〜7重量%、特に好ましくは0.1〜5重量%であり、表面架橋後の吸水性樹脂粒子については、0〜5重量%、より好ましくは0〜3重量%、特に好ましくは0〜1重量%とされる。
なお、後述するが、吸水剤の製造方法その1又は2によって得られる、すなわち、吸水性樹脂粒子に金属石鹸を添加して得られる本発明の粒子状吸水剤(第三の吸水剤)の含水率は特定の範囲、すなわち、5〜20重量%であり、好ましくは5〜18重量%、より好ましくは6〜18重量%である。
また、吸水剤の製造方法その3によって得られる本発明の粒子状吸水剤(第四の吸水剤)も含水率は特定の範囲、すなわち、5〜20重量%であり、好ましくは5〜18重量%、より好ましくは6〜18重量%である。
また、本発明の粒子状吸水剤に関する特定範囲の含水率の調整方法についても後述する。
〔5〕第一〜第四の吸水剤に関する粒子状吸水剤の製造方法
(a)製造方法
(吸水剤の製造方法その1)
本発明の粒子状吸水剤の製造方法(吸水剤の製造方法その1)は、吸水性樹脂に、金属石鹸(多価金属の有機酸塩)及び分散安定剤を含有する水分散体を混合することを特徴としている。
(吸水剤の製造方法その2)
本発明の粒子状吸水剤の製造方法(吸水剤の製造方法その2)は、吸水性樹脂に、金属石鹸(多価金属の有機酸塩)及び水を添加する工程を含み、吸水剤の含水率を5〜20重量%に調整することを特徴としている。
(第二の吸水剤)
本発明の粒子状吸水剤(第二の吸水剤)は、吸水性樹脂粒子と金属石鹸(多価金属の有機酸塩)、水、分散安定剤を含むことを特徴としている。
(第三の吸水剤)
本発明の粒子状吸水剤(第三の吸水剤)は、吸水性樹脂と金属石鹸(多価金属の有機酸塩)とを含み、含水率が5〜20重量%であることを特徴としている。
上記吸水剤は上記製造方法に限定されないが、例えば、上記製造方法その1〜その3を一例として得ることができる。すなわち、上記第2の吸水剤は例えば、上記吸水剤の製造方法その1で得ることができる。上記第3の吸水剤は例えば、吸水剤の製造方法その1で得ることができる。
また、上記第一及び第四の吸水剤は、例えば、かかる吸水剤の製造方法その1〜3において、好ましくは、多価金属化合物ないし金属石鹸(多価金属の有機酸塩)を混合して得られた粒子状吸水剤が下記(1)(2)及び(4)の要件を満たすように制御することで、上記第一及び第四の吸水剤を得ることができる。
(1)粒子状吸水剤に対する多価金属カチオン量が0.001〜5重量%
(2)無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、且つ加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上
(4)粒子状吸水剤の含水率が5〜20重量%
本発明に係る粒子状吸水剤の製造方法(製造方法その3)においては、上記吸水性樹脂(吸水性樹脂粉末又は吸水性樹脂粒子)に金属石鹸及び水を添加することで得られ、該粒子状吸水剤の含水率を5〜20重量%に調整することを特徴とする。
また、上記金属石鹸及び水の添加方法については、特に限定されず、例えば、下記の製造方法a〜gに挙げる手法を採用することができる。
なお、本発明の粒子状吸水剤に含まれる吸水性樹脂としては、表面架橋が施されていない吸水性樹脂粉末であっても、表面架橋が施されている吸水性樹脂粒子であってもよく、特に限定されない。
(製造方法a)
吸水性樹脂粉末に金属石鹸を添加した後に、表面架橋処理を施して吸水性樹脂粒子を得、その後、水を添加して、本発明の粒子状吸水剤を製造する。
(製造方法b)
吸水性樹脂粉末に表面架橋処理を施して吸水性樹脂粒子を得た後、金属石鹸を添加し、その後、水を添加して、本発明の粒子状吸水剤を製造する。
(製造方法c)
吸水性樹脂粉末に表面架橋処理を施して吸水性樹脂粒子を得た後、金属石鹸の水分散体を添加して、本発明の粒子状吸水剤を製造する。
(製造方法d)
吸水性樹脂粉末に表面架橋処理を施して吸水性樹脂粒子を得た後、水を添加し、その後、金属石鹸を添加して、本発明の粒子状吸水剤を製造する。
(製造方法e)
吸水性樹脂粉末に表面架橋処理を施す際、表面架橋剤と金属石鹸とを同時に添加して、本発明の粒子状吸水剤を製造する。
(製造方法f)
乾燥前の含水ゲル(含水率としては10〜80重量%、好ましくは20〜70重量%である含水ゲル)に金属石鹸を粉末又は金属石鹸の水分散体で添加した後に乾燥し、本発明の粒子状吸水剤を製造する。
(製造方法g)
上記製造方法fにおいて、乾燥前の含水ゲルに金属石鹸を粉末又は金属石鹸の水分散体を添加し乾燥した後に、乾燥物又は、表面処理と同時又は表面処理後に、さらに、金属石鹸を粉末又は金属石鹸の水分散体を添加し、本発明の粒子状吸水剤を添加する。
上記吸水剤の製造方法その1、その2において、製造方法a〜gによって金属石鹸を添加後、最終製品として含水率を前記の範囲、すなわち、5〜20重量%であり、好ましくは5〜18重量%、より好ましくは6〜18重量%に調整することにより、本発明の第三の粒子状吸水剤が得られる。
上記製造方法a〜g以外にも、例えば、(i)粉体状の金属石鹸を吸水性樹脂に直接混合するドライブレンド方法や、(ii)粉体状の金属石鹸を、分散安定剤を用いて水中に分散させ、金属石鹸の水分散体として吸水性樹脂と混合する方法等が挙げられる。これらの中でも、粉塵による作業環境の悪化や粉塵爆発の危険性があるドライブレンド法よりも、金属石鹸の水分散体で添加する方法が、本発明では特に好ましい。
上記製造方法a〜gにおいて金属石鹸を水分散体で添加する場合、金属石鹸と水とが同時に添加されることとなり、効率的に吸水性樹脂表面に金属石鹸が付着し、吸水性樹脂間の粘着力が低減するため、より高いレベルで本願の課題が解決される。
添加する金属石鹸水分散体は、後述する量の水、分散安定剤(好ましくは界面活性剤)を含むことが好ましく、該範囲を含む吸水剤とされる。また、金属石鹸水分散体の添加後又は添加前の吸水性樹脂は、必要に応じて水や分散安定剤を乾燥したり、別途、水や分散安定剤を添加したりしてもよいが、好ましくは、金属石鹸と同時に添加された水や分散安定剤(界面活性剤)はそのまま後述する範囲で吸水剤に含有されて、使用される。
また、本発明で使用される金属石鹸及び分散安定剤を含有する水分散体にはその他成分として、後述の添加剤(例えば、キレート剤、消臭剤、着色防止剤等)を後述の範囲で溶解又は分散させて、さらに吸水剤を改質してもよい。また、金属石鹸水分散体を添加することで造粒や微粉低減(微粉としては、例えば、粒径150μm未満の吸水性樹脂)を行ってもよい。
造粒する場合、上記混合物を加熱して、必要により破砕して、必須に分級すればよい。また、造粒する場合は、金属石鹸水分散体の添加前に比べて粒子状吸水剤の重量平均粒子径が、好ましくは1.01〜10倍、より好ましくは1.02〜2倍、特に好ましくは1.05〜1.5倍となるように行う。なお、造粒とは複数の吸水性樹脂が表面で結着する状態を指す。造粒は吸水剤の製造方法その3において、また、第一〜第四の吸水剤においても好適に適用できる。
本発明の、第二及び第三(さらには第一及び第四)の粒子状吸水剤に含有する、及び/又は、吸水性樹脂に添加される、金属石鹸、水、分散安定剤の含有量及び/又は添加量は、吸水性樹脂100重量部に対して決定される。金属石鹸については、0.001〜5重量部が好ましく、0.001〜3重量部がより好ましく、0.01〜3重量部がさらに好ましい。金属石鹸の含有量及び/又は添加量を上記範囲内とすることで、吸湿流動性が飛躍的に向上し、且つ、水添加時の混合機の負荷が大幅に低減されるため、好ましい。また、水については、3〜25重量部が好ましく、3〜20重量部がより好ましく、5〜10重量部がさらに好ましい。さらに同時又は別途に添加する分散安定剤については、0.0001〜1重量部が好ましく、0.001〜1重量部がより好ましく、0.002〜0.5重量部が特に好ましい。分散安定剤の含有量及び/又は添加量を上記範囲内とすることで、吸水速度が飛躍的に向上するため、好ましい。
よって、本発明の第二及び第三(さらには第一及び第四)の粒子状吸水剤を、吸水性樹脂に金属石鹸と水とを添加して得る場合、好ましい添加量としては、吸水性樹脂100重量部に対して、金属石鹸を0.001〜5重量部、且つ、水を3〜25重量部である。
また、本発明において、金属石鹸を水分散体として添加する場合、水分散体に含まれる金属石鹸の濃度は、1〜90重量%が好ましく、1〜60重量%がより好ましく、1〜40重量%がさらに好ましく、且つ、水分散体に含まれる分散安定剤の濃度は、0を超え10重量%以下が好ましく、0を超え5重量%以下がより好ましく、0を超え3重量%以下がさらに好ましい。さらに、水分散体に含まれる金属石鹸、分散安定剤、水の添加量が吸水性樹脂100重量部に対して上記範囲内となるようにする。このように、水及び金属石鹸、又は金属石鹸の水分散体を上記範囲内で添加し、さらに後述の含水率となるように調整することにより、耐衝撃安定性や粉化率(Dusting Rate)が飛躍的に向上する。
また、本発明の製造方法その1(さらには製造方法その2)では水分散液添加後の攪拌トルク(実施例の測定法で規定)が低く、結果的に、混合時の水添加による過度の負荷もなく、吸水性樹脂の粒子破壊もないため、高物性で且つ粉塵の発生増加もない。攪拌トルクは1.5[N・m]以下、好ましくは1.0[N・m]以下、さらには0.70[N・m]以下である。
また、金属石鹸の水分散体を使用する本発明の製造方法その1(さらには製造方法その2)では、吸水性樹脂粉末に水を添加しても粗大粒子(凝集粒子、過剰凝集粒子)が殆ど発生せず、得られた吸水性樹脂には粗大粒子が殆ど含まれない。具体的には、吸水性樹脂中の粗大粒子の含有量は、0〜5重量%以下、さらには2重量%以下、特に1重量%以下であり、粗大粒子の廃棄や分離に伴うコストアップ、粗大粒子の粉砕に伴う吸水剤の物性低下もない。なお、ここで、粗大粒子は水添加前の吸水性樹脂粉末及び添加後に得られた吸水剤について、JIS標準篩目開き850μmのon品量(篩上の残留量)を測定して、水添加の前後で増加した850μm−onの粒子量(目開き850μm篩上の残留粒子量)[重量%]で規定できる。
本発明において、上記金属石鹸又は金属石鹸の水分散体と吸水性樹脂とを混合する装置としては、特に限定されないが、例えば、円筒型混合機、スクリュー型混合機、スクリュー型押出機、タービュライザー、ナウター型混合機、V型混合機、リボン型混合機、双腕型ニーダー、流動式混合機、気流型混合機、回転円盤型混合機、ロールミキサー、転動式混合機、レディゲミキサー等が挙げられる。その混合方法としては、バッチ式、連続式、これらの併用を採用することができるが、工業的生産効率の観点から、連続式混合がより好ましい。
本発明の粒子状吸水剤の製造方法その1(さらには製造方法その2)において、吸水性樹脂と金属石鹸又は金属石鹸の水分散体とを混合する際の混合条件は以下の通りである。
すなわち、上記混合装置としては、回転式混合機が一般的ではあるが、その回転数については、吸水性樹脂がダメージを受けない程度であれば特に制限されない。具体的には、5〜3000rpmが好ましく、10〜500rpmがより好ましく、15〜300rpmがさらに好ましい。上記回転数が3000rpmを超える場合、吸水性樹脂の粉塵が発生し、吸水性能が低下するため、好ましくない。また、上記回転数が5rpmを下回る場合、混合性が不十分となり、目的とする吸湿流動性の向上効果が得られないため、好ましくない。
また、金属石鹸又は金属石鹸の水分散体との混合前の吸水性樹脂の粉温は、特に限定されないが、室温〜120℃が好ましく、50〜100℃がより好ましく、50〜80℃がさらに好ましい。吸水性樹脂の粉温が120℃以上の場合、添加した水が蒸発し、目的とする含水率を得るために大量の水を添加する必要があり、さらに混合装置の負荷も増大するため、好ましくない。
また、吸水性樹脂と金属石鹸又は金属石鹸の水分散体との混合時間は、特に制限されないが、1秒間〜20分間が好ましく、10秒間〜10分間がより好ましく、20秒間〜5分間がさらに好ましい。上記混合時間が20分を超える場合、それに見合った効果を得ることができず、逆に吸水性樹脂の粉化を引き起こし、微粉末量(目開き150μmの篩を通過する微細な粒子)や粉塵量が増加するため、好ましくない。
以上から、本発明の粒子状吸水剤を得るための最も好ましい混合条件は、吸水性樹脂の粉温が50〜80℃、混合装置の回転数が30〜300rpm、混合時間が20秒間〜5分間である。この混合条件下で得られた粒子状吸水剤は、取り扱い性に優れ、付着や凝集等の問題を引き起こすことがない。よって、取り扱い性を向上させるための乾燥工程を必要としない。
(b)金属石鹸
第二及び第三(さらには第一,第四)の吸水剤、及び吸水剤の製造方法その1,2(さらには、製造方法その3)において、本発明で用いることができる金属石鹸は、有機酸多価金属塩を指し、炭素数7以上の、脂肪酸、石油酸、高分子酸等の、アルカリ金属塩以外の金属塩をいう。用いられる金属石鹸は一般には多価金属カチオンを含有し、水に不溶性又は難溶性である。吸水剤の製造方法その1,2では金属石鹸を使用するが、得られた吸水剤は金属石鹸又は多価金属化合物由来の多価金属カチオンを所定量含有することなる。ここで、金属石鹸や後述の水溶性多価金属化合物は吸水剤中にそのまま残存してもよく、吸水性樹脂と反応するなどして変化してもよいが、得られた吸水剤中には金属石鹸や水溶性多価金属化合物由来の多価金属カチオンが含有、通常はほぼ全量が含有されることになる。例えば、多価金属カチオンの量は0.001〜5重量%、さらには0.005〜3重量%であり、これらは後述の方法で容易に定量できる。
上記金属石鹸を構成する有機酸としては、多価金属と塩を形成する有機酸であればよく、特に限定されないが、有機カルボン酸、有機スルホン酸、有機スルフィン酸が好ましく、分子内にカルボキシル基を有する有機カルボン酸が特に好ましい。
また、該有機酸の炭素数は7以上が好ましく、7〜20がより好ましく、12〜20がさらに好ましい。炭素数が7未満の有機酸の場合、金属石鹸の水への溶解度が高くなり、紙オムツや吸収体等の使用時に金属石鹸が尿や血液等に溶出するおそれがあるため、好ましくない。また、例えば、シュウ酸やクエン酸のような酸を用いた場合、これらの多価金属塩の硬度が高いため、機械的衝撃力を受けた場合に吸水特性の低下を招くおそれがある。さらに、シュウ酸を用いた場合には、安全性の観点から好ましくない。また、炭素数が20を超える有機酸の場合、容易に入手することが困難であり、高価であるため、好ましくない。
上記有機カルボン酸としては、飽和又は不飽和の脂肪族カルボン酸や芳香族カルボン酸であればよく、カルボン酸以外の置換基、例えば、水酸基、ハロゲン等を有してもよい。また、一分子内に複数のカルボキシル基を有する多価カルボン酸であってもよいが、モノカルボン酸がより好ましい。具体的には、オクチル酸、オクチン酸、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸、牛脂肪酸、ヒマシ硬化脂肪酸等の直鎖又は分枝鎖の脂肪酸;安息香酸、ナフテン酸、ナフトエ酸、ナフトキシ酢酸等の石油酸;ポリ(メタ)アクリル酸、ポリスルホン酸等の高分子酸を挙げることができる。
これらの中でも、オクチル酸、オクチン酸、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸、牛脂肪酸、ヒマシ硬化脂肪酸等の長鎖脂肪酸が好ましく、オクチル酸、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等の分子内に不飽和結合を有しない長鎖飽和脂肪酸がより好ましく、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等の炭素数12〜20の分子内に不飽和結合を有しない長鎖飽和脂肪酸が最も好ましい。
なお、上記有機カルボン酸として不飽和結合を有する脂肪酸を用いた場合、本発明の粒子状吸水剤が貯蔵時に熱や酸化を受けると、色調悪化や臭気の発生等の問題が生じるため、好ましくない。
上記金属石鹸を構成する金属塩としては、アルカリ金属塩以外の金属塩、すなわち多価金属塩であればよく、アルカリ土類金属塩、遷移金属塩等であれば特に限定されないが、入手容易性の観点から、バリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、亜鉛塩が好ましく、カルシウム塩、マグネシウム塩、亜鉛塩、アルミニウム塩がより好ましい。
従って、上記金属石鹸として、具体的には、ラウリン酸カルシウム、ラウリン酸マグネシウム、ラウリン酸亜鉛、ラウリン酸アルミニウム、ミリスチン酸カルシウム、ミリスチン酸マグネシウム、ミリスチン酸亜鉛、ミリスチン酸アルミニウム、パルミチン酸カルシウム、パルミチン酸マグネシウム、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウムを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、任意の有機酸と金属塩とを組み合わせることができる。また、該金属石鹸は、1種又は2種以上を併用してもよい。
また、上記金属石鹸は、その一部が水酸化物等であってもよく、具体的には、(有機酸)n+(OH)n−x等で表される塩構造を有していてもよい。なお、Mn+はn価の金属イオン種を示し、xは1〜nまでの整数、nは2以上の整数を表す。
本発明に係る金属石鹸は、すべての酸基を塩とする必要はなく、少量の有機酸が含まれていても、過剰の多価金属が含まれていてもよいが、酸基(カルボキシル基)の90モル%以上が中和された塩であることが好ましく、より好ましくは95〜105モル%、さらに好ましくは98〜102モル%、特に好ましくは99〜101モル%が中和された中和塩である。
なお、上記有機酸として、ポリアクリル酸等の高分子酸を用いる場合には、該高分子酸の酸基(カルボキシル基)の95モル%以上が多価金属と塩を形成した中和塩であることが好ましく、より好ましくは98モル%以上、さらに好ましくは99モル%以上が中和塩であることが好ましい。また、該高分子酸の分子量としては、重量平均分子量で10,000〜5,000,000が好ましく、50,000〜1,000,000がより好ましい。
また、上記金属石鹸は粉末状であり、その粒子径は特に限定されないが、通常、吸水性樹脂粒子の重量平均粒子径(D50)よりも小さいものが好ましい。具体的には、本発明の粒子状吸水剤に含まれる金属石鹸の粒子径は、メジアン径で0を超え100μm未満が好ましく、0.01μm以上50μm未満がより好ましく、0.01μm以上10μm未満がさらに好ましい。なお、メジアン径とは、積算分布曲線の50%に相当する粒子径であり、粒子体全体をひとつの集団としてその全体積を100%とした際の累積曲線を求め、累積曲線が50%となる粒子径(累積平均径)である。該メジアン径は、金属石鹸をメタノール等の溶媒に分散させ、粒度分布測定装置LS−920(株式会社堀場製作所)等を用いて測定することができる。
本発明において上記金属石鹸の融点は、20〜250℃が好ましく、40〜250℃がより好ましく、50〜250℃がさらに好ましく、60〜250℃がさらにより好ましく、70〜250℃が特に好ましく、80〜250℃が最も好ましい。上記金属石鹸の融点が250℃を超える場合、吸水性樹脂の表面への金属石鹸の付着性が低下し、吸水性樹脂から脱落する金属石鹸が増加するおそれがある。また、金属石鹸の融点が20℃未満の場合、得られる粒子状吸水剤の流動性が低下し、取り扱い性が低下するため、好ましくない。以上のことから、粒子状吸水剤を工業的に取り扱う場合には、該粒子状吸水剤が吸湿することを防止するため、粒子状吸水剤や吸水性樹脂を貯蔵するホッパーや、輸送配管、定量フィーダー等を加熱保温する手法が採用される。この場合、通常30〜80℃に維持(加熱あるいは保温)される。
従来、吸湿時又は含水率0〜20重量%の粉体特性の改善、特に流動性の改善に使用されているポリエチレングリコールや界面活性剤等の添加物は、一般的に融点又はガラス転移温度の低いものが多い。そのため、室温における粒子状吸水剤の流動性が優れていても、粒子状吸水剤や紙オムツ等の製造時等には、製造装置や輸送ライン等の加温によって、上記添加物が溶融し、粒子状吸水剤の粉体としての流動性が低下し、取り扱い性が低下するという問題があった。しかしながら、本発明では、上記の融点を有する金属石鹸を用いるため、加温時の粒子状吸水剤の工業的な取り扱い性が低下することはない。
なお、上記金属石鹸の融点については、実測しても、あるいは、化学大辞典(化学大辞典編集委員会編、共立出版株式会社発行)等に記載されている値を採用してもよい。例えば、前記化学大辞典には、ステアリン酸亜鉛は128〜130℃であり、ステアリン酸アルミニウムは103℃であり、ステアリン酸カルシウムは180℃であり、ステアリン酸マグネシウムは200℃との記載がある。そのため、これらの金属石鹸は、本発明の粒子状吸水剤として用いる場合に最適な融点を有するため、好適に用いられる。また、用いる金属石鹸を適宜選択すれば、広範囲に融点を調整することも可能である。但し、実際の使用にあたっては、本発明の粒子状吸水剤が使用される温度以上の融点を有する金属石鹸を選択して使用することが好ましい。
また、上記金属石鹸は、25℃での脱イオン水に対する溶解度が、難溶性又は不溶性であることが好ましく、例えば、脱イオン水1000mLに対して、0〜10[g/L]が好ましく、0〜5[g/L]がより好ましく、0〜2[g/L]がさらに好ましい。上記金属石鹸の溶解度が10[g/L]を超える場合、前述したように、尿や血液等に金属石鹸が溶出する可能性があるので好ましくない。
本発明を実施するに当たって、金属石鹸及び水の添加は、金属石鹸の水分散体として添加することが好ましい。ここでいう水分散体とは金属石鹸を後述する分散安定剤を使用して水に均一分散させたものであり、流動性を有するものである。好ましい形態としては、粘度の上限としては、10000cps(25℃)のものであり、低粘度であるものは本発明に支障はないが、実質的に水の粘度と同等のものまで使用できる。例えば、スラリー状物、懸濁液状物、乳化液状物等も本発明における水分散体に含まれる。また、金属石鹸が水分散体の状態で製造される場合には、乾燥させずにそのまま、あるいはある程度濃縮もしくは希釈させた状態で使用できる。
(c)分散安定剤
本発明の、第二及び第三(さらには第一及び第四)の吸水剤、及び吸水剤の製造方法その1、その2(さらには、製造方法その3)において、金属石鹸を水分散体として使用する場合、該金属石鹸を水中で凝集させることなく安定的に分散させるため、特に水中で金属石鹸をコロイド状で安定させるために、分散安定剤を用いることが好ましい。また、得られる吸水剤の物性向上のため、分散安定剤は金属石鹸と別途添加してもよい。
上記分散安定剤として、従来から水不溶性微粒子を水中に安定的に分散させるために使用されているものであれば、特に限定されず、例えば、後述する水溶性高分子、親水性有機溶媒、界面活性剤等を挙げることができ、好ましくは界面活性剤が使用される。また吸水剤の製造方法その1、その2(さらには、製造方法その3)において、これら使用する分散安定剤は得られた吸水剤の表面に所定量で残存又は含有されるため、得られた吸水剤の物性(例えば、耐衝撃性、搬送性)をさらに向上させる。
(c−1)水溶性高分子
本発明の、第二及び第三(さらには第一及び第四)の吸水剤、及び吸水剤の製造方法その1、その2(さらには、製造方法その3)において、金属石鹸の分散安定剤として使用する水溶性高分子としては、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、デンプン、(カルボキシ)メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリル酸(塩)等を挙げることができる。これらの水溶性高分子は、水(25℃)に対して好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上、さらに好ましくは10重量%以上溶解するものが用いられ、その分子量は、500〜5000万が好ましく、1000〜500万がより好ましく、1万〜100万がさらに好ましい。
(c−2)親水性有機溶媒
本発明の、第二及び第三(さらには第一及び第四)の吸水剤、及び吸水剤の製造方法その1、その2(さらには、製造方法その3)において、金属石鹸の分散安定剤として使用する親水性有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、前述の表面架橋処理で併用される親水性有機溶媒等が挙げられる。具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、2,2,4−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、1,3−ブタンジオール、1,4−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、1,2−シクロヘキサノール、トリメチロールプロパン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリオキシプロピレン、オキシエチレン−オキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール類が好ましく、炭素数2〜10の多価アルコールがより好ましく、炭素数3〜8の多価アルコールがさらに好ましい。また、これらの多価アルコールは、水酸基の一部がアルコキシ化されていてもよい(例えば、メトキシポリエチレングリコール)。
上記多価アルコールのなかでも、エチレングリコール、プロピレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパンが好ましい。これらは1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
(c−3)界面活性剤
本発明の、第二及び第三(さらには第一及び第四)の吸水剤、及び吸水剤の製造方法その1、その2(さらには、製造方法その3)において、金属石鹸の分散安定剤として使用する界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルエーテル;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル;ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンステアリルアミノエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルアミノエーテル;ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート等のソルビタン脂肪酸エステル;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等のポリオキシアルキレンソルビタン脂肪酸エステル;ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のポリアルキレングリコール脂肪酸エステル;ラウリン酸モノグリセライド、ステアリン酸モノグリセライド、オレイン酸モノグリセライド等のグリセリン脂肪酸エステルに代表される非イオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸カリウム、ラウリル硫酸アンモニウム等の硫酸エステル塩;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム等のスルホン酸塩;アルキルリン酸カリウム等のリン酸エステル塩に代表される陰イオン性界面活性剤;ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド等の四級アンモニウム塩に代表される陽イオン性界面活性剤等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これら界面活性剤の中でも、非イオン性界面活性剤あるいは陰イオン性界面活性剤を用いることが好ましい。
金属石鹸の分散安定剤としては、界面活性剤を使用することが好ましい。界面活性剤を分散安定剤として使用した金属石鹸の水分散体の製造方法は、例えば、日本国公開特許公報「特開昭59−219400号」、日本国公表特許公報「特公平4−7260号」に記載されている方法でもよい。また、ジンクステアレートN(日油株式会社製)、ハイドリン Z−7−30、ハイドリン O−128(中京油脂株式会社製)、エフコディスパーZD、エフコディスパーC(ADEKAケミカルサプライ株式会社製)等、市販の分散体をそのまま使用してもよい。
(d)含水率の調整
本発明の、上記第二及び第三(さらには第一及び第四)に係る粒子状吸水剤は、上記方法により金属石鹸及び水を吸水性樹脂に添加し、所定の含水率へ調整することによって得ることができる。上記所定の含水率としては、5〜20重量%であり、好ましくは5〜18重量%、より好ましくは6〜17重量%、さらに好ましくは7〜15重量%、特に好ましくは8〜13重量%の範囲である。
上記含水率の調整方法としては、特に限定されないが、例えば、使用する吸水性樹脂の含水率に応じて、水又は金属石鹸の水分散体の添加量を適宜調整してもよく、そのまま所定量の水を粒子状吸水剤に残してもよい。
別の調整法としては、上記範囲の添加量の水又は金属石鹸の水分散体を吸水性樹脂に添加した後に、加熱乾燥又は減圧乾燥することにより含水率を調整してもよい。
水又は金属石鹸の水分散体を吸水性樹脂に添加した後に、必要により加熱したり乾燥したりしてもよい。含水率を加熱乾燥等で調整する場合、吸水性樹脂への水の浸透が促進されて、表面が乾燥して迅速に粒子状となり得る。
その他の方法として、水とともに金属石鹸を含水ゲルに添加する場合や、金属石鹸の水分散体を含水ゲルに添加する場合は、乾燥工程や表面架橋工程等の加熱条件等を適宜選択し、所定の粒子状吸水剤の含水率に調整する。
粒子状吸水剤の含水率を上記範囲に調整することにより、吸湿時の流動性向上、吸水性能(AAP)の向上、且つ耐衝撃性(耐磨耗性)に優れた粒子状吸水剤とすることができる。さらに粒子状吸水剤の帯電を抑制することが可能となり、粉体の取り扱いが著しく改善する。
加熱乾燥により調整する場合の加熱温度は30〜100℃が好ましく、50〜90℃がより好ましく、60〜80℃がさらに好ましい。加熱時間についても1秒〜3時間が好ましく、さらには1分〜1時間で適宜決定される。必要により、加熱されることで、粒子状となった吸水剤はそのまま使用してもよく、さらに必要により解砕、分級や造粒してもよい。
(e)粒度調整工程(造粒工程、整粒工程、微粉回収工程)
本発明の、上記第二及び第三(さらには第一及び第四)の粒子状吸水剤は、必要に応じて、後述の所定粒度に調整するために、整粒工程、造粒工程、微粉回収工程等、適宜操作をしてもよい。なお、所定の粒度調整の工程としては、例えば、米国特許出願公開第2004/181031号や同第2004/242761号、同第2006/247351号等に記載の工程が採用される。
(f)粒子状吸水剤に含まれるその他の成分
本発明の、上記第二及び第三(さらには第一及び第四)の粒子状吸水剤には、上記した成分(吸水性樹脂、有機酸多価金属塩、内部架橋剤、重合開始剤、表面架橋剤等)の他に、さらに各種の性能を付与するために、無機粉末等の不溶性微粒子や水等の親水性溶媒を添加して、吸水性樹脂等の造粒を行ってもよい。
上記無機粉末として具体的には、例えば、二酸化珪素や酸化チタン等の金属酸化物、天然ゼオライトや合成ゼオライト等の珪酸(塩)、カオリン、タルク、クレー、ベントナイト等が挙げられる。このうち、二酸化珪素及び珪酸(塩)がより好ましく、コールターカウンター法により測定された平均粒子径が200μm以下の二酸化珪素及び珪酸(塩)が好ましい。
上記無機粉末の添加量は、粒子状吸水剤に含まれる各種成分と無機粉体との組み合わせにもよるが、吸水性樹脂100重量部に対して、0〜6重量部であればよく、0.001〜5重量部がより好ましく、0.01〜3重量部が特に好ましい。上記無機粉末の添加量が上記の範囲を超えると、金属石鹸による衝撃吸収能力を超えてしまい、衝撃力を受けたときの吸水性能の低下を防止することが困難となるおそれがある。
吸水性樹脂と無機粉体との混合は、特に限定されるものではなく、金属石鹸水分散体と同時に行ってもよく、別途でもよい。例えば、粉体同士を混合するドライブレンド法、湿式混合法等を採用することができるが、ドライブレンド法がより好ましい。
また、本発明の粒子状吸水剤には、さらに、必要に応じて、消臭剤、抗菌剤、香料、発泡剤、顔料、染料、可塑剤、粘着剤、界面活性剤、肥料、酸化剤、還元剤、水、塩類、キレート剤、殺菌剤、ポリエチレングリコールやポリエチレンイミン等の親水性高分子、パラフィン等の疎水性高分子、ポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、ポリエステル樹脂やユリア樹脂等の熱硬化性樹脂等を、金属石鹸水分散体と同時又は別途に添加する等、種々の機能を付与するために種々の添加剤を添加する工程を含んでいてもよい。これらの添加剤の添加量は、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、0〜30重量部であればよく、好ましくは0〜10重量部であり、より好ましくは0〜1重量部である。
〔6〕第一〜第三の実施形態に関する第一〜第三(さらには第四)の粒子状吸水剤の物性
<含水率及び多価金属カチオン>
本発明の上記第三(さらには第一、第二、第四)の粒子状吸水剤は吸水性樹脂と金属石鹸とを含み、含水率が5〜20重量%、好ましくは5〜18重量%、より好ましくは6〜18重量%である粒子状の吸水剤であり、優れた吸湿流動性とAAP、さらには耐衝撃安定性を示す。
<粒度>
さらに、本発明の粒子状吸水剤の製造においては、水の添加に際しては粒子間の結合(硬化物の850μm以上粒子径成分の割合等)が非常に少なく、所望の粒子径制御も容易である。金属石鹸や分散安定剤(界面活性剤)の含有は吸水性樹脂の内部又は表面、好ましくは、少なくとも粒子表面に含有される。
具体的には、本発明の粒子状吸水剤は、全粒子に対して、106μm以上850μm未満の粒子径を有する粒子状吸水剤の割合が90〜100重量%であり、300μm以上の粒子径を有する粒子状吸水剤が60重量%以上であり、加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10[g/g]以上であり、吸湿流動性が0〜10重量%である。さらに好ましくは、上記の加圧下吸水倍率(4.83kPa)及び吸湿流動性を示し、且つ、粉化率が好ましくは0〜1.0重量%、さらには下記範囲である。
加圧下吸水倍率と耐衝撃安定性とは相反する物性であり、一方を向上させると他方は低下する。すなわち、耐衝撃安定性を向上させると、加圧下吸水倍率が低下し、吸湿流動性が著しく低下する。また逆に、加圧下吸水倍率を向上させると、耐衝撃安定性が損なわれる。従来技術では、これら相反する物性をともに向上させることができなかったが、本発明の製造方法によれば、これら相反する物性をともに向上させることができる。
以下、本発明の、第一〜第三(さらには第四)の粒子状吸水剤の好ましい物性について示す。
(6−1)加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)
上記製造方法では金属石鹸の添加で大きな物性変化がないため、上記加圧下吸水倍率の高い粒子状吸水剤が得られる。本発明の上記第二、第三(さらには第一、第四)の粒子状吸水剤は、前記の範囲である。
4.83kPaの圧力に対する吸水力(AAP)が10[g/g]未満の場合、吸収体に使用された時に、吸収体に圧力が加わった際の液の戻り(通称Re−Wet、リウエットといわれる)が少ない吸水剤を得ることができなくなるおそれがある。
なお、4.83kPaの荷重下での加圧下吸水倍率を用いたのは、本発明の粒子状吸水剤を紙オムツ等の衛生材料として使用した場合に、乳幼児の寝ている状態及び座った状態で、粒子状吸水剤に付与される荷重を想定したためである。
(6−2)吸湿流動性
本発明における「吸湿流動性」とは、粒子状吸水剤を気温25℃及び相対湿度90%RHの条件下に放置した際のブロッキング、ケーキング、又は粉体としての流動性について評価したものであり、「吸湿ブロッキング率」で判断する。
具体的な吸湿ブロッキング率の測定(評価)方法は後述するが、本発明の上記第一〜第四の粒子状吸水剤の吸湿ブロッキング率は、0〜10重量%が好ましく、0〜5重量%がより好ましく、0〜2重量%がさらに好ましい。上記吸湿ブロッキング率が10重量%を超える場合、多湿の環境下において、粒子状吸水剤の取り扱い性が悪く、衛生材料向けの薄型吸収体の製造時等、製造プラントの移送配管内での凝集及び詰まりの発生や、親水性繊維と均一に混合できないという問題が生じるおそれがある。
吸湿ブロッキング率は吸水性樹脂の粒度を制御したうえで、金属石鹸や後述の金属化合物の使用により、上記の吸湿ブロッキング率が達成される。
(6−3)CRC及び水可溶分(Ext)
本発明の、上記第一〜第四の粒子状吸水剤の遠心保持容量(CRC)は、好ましくは上記した吸水性樹脂粒子の範囲内である。
遠心分離機保持容量(CRC)が10[g/g]未満の場合、吸水量が少なすぎ、紙オムツ等の衛生材料の使用に適さない。また、遠心分離機保持容量(CRC)が60[g/g]よりも大きい場合、吸収体に使用された時に、吸収体への液の取り込み速度に優れる粒子状吸水剤を得ることができなくなるおそれがある。
上記CRCとすることで、好適な吸収物品を提供する。上記製造方法では金属石鹸の添加で大きなCRC変化がないため、上記粒度の粒子状吸水剤が得られるが、その際に必要により分級や造粒してもよい。
また、吸水性樹脂のERT470.1−02で規定される可溶分(Extr)は50重量%以下、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下である。
(6−4)粉化率(DustingRate)
本発明の、上記第一〜第四の粒子状吸水剤の粉化率とは、粒子状吸水剤の製造工程、輸送工程で発生する微粉量について評価したものである。
上記の粉化率は、本発明の粒子状吸水剤では、0〜1.0重量%であり、好ましくは0〜0.8重量%であり、より好ましくは0〜0.5重量%である。粉化率が1.0重量%を超える場合は、粒子状吸水剤の製造工程、輸送工程で発生する粉塵により作業環境の悪化という問題が生じるおそれがある。
(6−5)粒度
本発明の、上記第一〜第四の粒子状吸水剤の粒度は、全粒子に対して、106μm以上850μm未満の粒子径を有する粒子状吸水剤が90〜100重量%であり、300μm以上の粒子径を有する粒子状吸水剤が60重量%以上である。
このうち、好ましくは、106μm以上850μm未満の粒子径を有する粒子状吸水剤の割合は、全粒子に対して、95〜100重量%以上であり、特に98〜100重量%であることが好ましい。また、300μm以上の粒子径を有する粒子状吸水剤が、全粒子に対して、65〜100重量%であることが好ましく、70〜100重量%がより好ましく、特に75〜100重量%が好ましい。
また、粒子状吸水剤の重量平均粒子径(D50)は、好ましくは200〜700μmであり、さらに好ましくは300〜600μmであり、特に好ましくは400〜500μmである。さらに、粒子状吸水剤の粒度分布について、均一性の指標となる対数標準偏差(σζ値)は、0〜0.40が好ましく、より好ましくは0〜0.35であり、最も好ましくは0〜0.30である。
粒子径が850μm以上の粒子状吸水剤が、全粒子に対して10重量%を超えると、紙オムツ等の衛生材料を製造した場合、異物感や手触りが悪くなる等、使用者に対して不快感を与えることになる。また、粒子径が106μm未満の粒子状吸水剤が、全粒子に対して10重量%を超える場合や、上記対数標準偏差σζが0.40を超える場合には、加圧下吸水倍率の大幅な低下や吸湿流動性の低下、紙オムツ等の衛生材料の製造作業中に粉塵が発生することによる作業環境の劣悪化、幅広い粒度分布を有することによる偏析の増大等の多くの問題が発生するため、好ましくない。
(6−6)粒子状吸水剤の含水率
本発明の第一〜第三の実施形態における上記第一、第三、第四(さらには第二)の粒子状吸水剤の含水率は5〜20重量%であり、好ましくは5〜18重量%、より好ましくは6〜18重量%、さらに好ましくは7〜15重量%、特に好ましくは8〜13重量%の範囲である。含水率が5%未満の場合は、十分な耐衝撃安定性が得られず、さらに、吸湿時の流動性が低下するため取り扱い性が低下するため好ましくない。また、含水率が20重量%を超える場合は、吸水物性(AAPやCRC等)が低下と吸湿時の流動性が低下するため好ましくない。
〔7〕第四の実施形態
本発明の第四の実施形態は、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、(a)吸水性樹脂に対し、酸基含有ラジカル重合性単量体と多価金属化合物と水とを混合する工程と、(b)該酸基含有ラジカル重合性単量体を重合する工程とを含む表面処理方法によって、吸水性樹脂の表面処理を行うことを特徴とする、粒子状吸水剤の製造方法(吸水剤の製造方法その3)である。
好ましくは以下の通りである。
(1)前記工程(b)は、前記工程(a)で得られた混合物に活性エネルギー線を照射する工程、及び/又は得られた混合物を加熱する工程である製造方法。
(2)前記酸基含有ラジカル重合性単量体の中和率が0〜60モル%である製造方法。
(3)前記酸基含有ラジカル重合性単量体が(メタ)アクリル酸(塩)である製造方法。
(4)前記酸基含有ラジカル重合性単量体が多官能性有機架橋剤をさらに含む製造方法。
(5)前記工程(a)において、吸水性樹脂に対して、過硫酸塩、過酸化水素及び水溶性アゾ化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種のラジカル重合開始剤をさらに混合する製造方法。
(6)前記工程(a)において、吸水性樹脂に対して、光重合開始剤をさらに混合する製造方法。
(7)前記吸水性樹脂が、(メタ)アクリル酸(塩)を主成分とする単量体を重合して得られる粉末状ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂である製造方法。
(8)前記多価金属化合物が典型元素の水溶性多価金属塩である製造方法。
(9)前記多価金属化合物が無機又は有機の水溶性アルミニウム塩である製造方法。
(10)前記吸水性樹脂に対して、水5〜20重量%の存在下で重合させる製造方法。
(11)前記吸水性樹脂100重量部に対して、前記酸基含有ラジカル重合性単量体0.1〜20重量部と、多価金属化合物0.01〜10重量部と、水1〜50重量部とを混合する製造方法。
(12)表面処理されたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上であり、加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)が20g以上であり、且つ、含水率が5〜20重量%である吸水剤。
(13)さらに、前記(12)の吸水剤において、表面が多価金属で処理されてなる吸水剤。
(14)さらに前記(12)又は(13)の吸水剤において、表面が多価金属(金属石鹸を除く)で処理された吸水剤。
(15)さらに、前記(12)〜(14)の何れか1つの吸水剤において、表面が水溶性アルミニウム塩で処理された吸水剤。
(16)さらに、前記(12)〜(15)の何れか1つの吸水剤において、残存モノマー量が500ppm以下である吸水剤。
(17)さらに、前記(12)〜(16)の何れか1つの吸水剤において、粉末の形状が不定形破砕状である吸水剤。
以下、本発明に係る吸水性樹脂の表面処理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して実施し得る。
〔7−A〕第四の実施形態における原料(吸水剤の製造方法その3)
吸水剤の製造方法その3によって、上記第4の吸水剤、さらには第1〜第3の吸水剤を得ることもできる。以下、吸水剤の製造方法その3、及び、第3の吸水剤について述べる。
(1)吸水性樹脂
本発明の第四の実施形態における吸水性樹脂とは、前記用語での定義である、表面処理前又は表面架橋前の吸水性樹脂である吸水性樹脂粉末(吸水性樹脂前駆体、ベースポリマー)と、表面架橋後の吸水性樹脂粒子とを含む。
なお、吸水性樹脂粉末(別称;ベースポリマー)は、前記〔3〕における(3−1)〜(3−3)に記載の方法で製造される。また、吸水性樹脂粒子は前記〔3〕における(3−4)に記載の方法で製造され、吸水性樹脂粒子の好ましい性能は〔4〕に記載したとおりである。
(2)ラジカル重合性化合物(吸水性樹脂の表面処理剤)
(2−1)酸基含有不飽和単量体
本発明の製造方法その3において、酸基を含有しているラジカル重合性単量体(酸基含有不飽和単量体)を必須に用いる。ラジカル重合性単量体の中でも酸基を含有する単量体は、吸水特性の点で非常に優れる。該酸基としては、カルボキシル基、スルホン基、リン酸基等が挙げられる。
本発明で吸水性樹脂と混合する酸基含有ラジカル重合性単量体としては、好ましくは前述したエチレン性不飽和単量体のうち、酸基を含有する単量体である。具体的には、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸及び/又はその塩が挙げられる。中でも、吸水特性の点で、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸がより好ましく、アクリル酸が特に好ましい。アクリル酸(塩)の割合は、好ましくは全単量体の50〜100モル%、さらに好ましくは70〜100モル%、特に好ましくは90〜100モル%である。酸基含有ラジカル重合性単量体は、単独で使用されてもよく、2種以上の混合物で使用されてもよい。
本発明の製造方法その3において、酸基含有ラジカル重合性単量体の中和率は低い方が好ましい。吸水性樹脂の中和率に比べて単量体の中和率の比は後述の範囲(好ましくは、表面処理前の吸水性樹脂の中和率に対して、0.8倍以下、0.6倍以下、0.4倍以下、0.2倍以下)である。
また、単量体の中和率は好ましくは0〜80モル%、より好ましくは0〜60モル%、さらに好ましくは0〜40モル%、さらに好ましくは0〜25モル%、特に好ましくは0〜15モル%、最も好ましくは0〜10モル%である。
酸基含有ラジカル重合性単量体の中和率が低い方が、後の活性エネルギー線照射及び/又は加熱による表面処理の反応速度が向上し、吸水特性が優れた吸水性樹脂を低温、短時間で得ることができる。例えば、商業スケールの1000[kg/hr]の大規模生産時(好ましくは連続生産時)には大きな経済効果をもたらす。
混合する酸基含有ラジカル重合性単量体の中和率は、表面処理前の吸水性樹脂の中和率に対して、80モル%以下の数値割合(言い換えれば、吸水性樹脂の中和率の8/10以下)であることが好ましく、60モル%以下(6/10以下)がより好ましく、40モル%以下(4/10以下)がさらに好ましく、20モル%以下(2/10以下)が特に好ましく、10モル%以下(1/10以下)が最も好ましい。
なお、中和率とは、酸基含有ラジカル重合性単量体の全酸基に対する中和された酸基の比率を指す。「酸基含有ラジカル重合性単量体の全酸基」及び「中和された酸基」は、酸基含有ラジカル重合性単量体が2種以上である場合、それぞれ各酸基ラジカル重合性化合物中の酸基及び中和された酸基の合計を指す。例えば、酸基含有ラジカル重合性化合物として、アクリル酸とアクリル酸ナトリウムとを1:1のモル比で用いた場合には、酸基含有ラジカル重合性化合物の中和率は50モル%である。すなわち、かかる手法によって、本発明では好ましくは、ポリアクリル酸(塩)吸水性樹脂粉末の内部の中和率より表面の中和率が低い吸水性樹脂を提供する。
酸基含有ラジカル重合性単量体が中和されている場合(塩の形態の場合)、当該化合物はアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩から選ばれる1価塩であることが好ましい。より好ましくはアルカリ金属塩であり、特に好ましくは、ナトリウム塩、リチウム塩、カリウム塩から選ばれる塩である。
使用する酸基含有ラジカル重合性単量体の量は特に制限されないが、吸水性樹脂100重量部に対し、好ましくは0.1〜20重量部、より好ましくは0.5〜15重量部、さらに好ましくは1〜10重量部、特に好ましくは1.5〜8重量部、最も好ましくは2〜7重量部である。酸基含有ラジカル重合性単量体の量が、このような範囲にあると、本発明の効果が顕著に現れる。酸基含有ラジカル重合性単量体の量が0.1重量部以上の場合、吸水性樹脂の加圧下吸水性能が十分に向上し、一方、酸基含有ラジカル重合性単量体の量が20重量部以下の場合、得られる表面処理された吸水性樹脂の吸水倍率を大きく低下させることはない。
(2−2)単量体
本発明の製造方法その3において、使用できる、酸基含有ラジカル重合性単量体以外のエチレン性不飽和単量体としては、上記吸水性樹脂(ベースポリマー)の重合に使用できる不飽和単量体、具体的には、(メタ)アクリルアミド、N−置換(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、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、等のノニオン性親水基含有単量体;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、等のアミノ基含有不飽和単量体やそれらの4級化物;等が挙げられる。
このような場合のエチレン性不飽和単量体の量は、所望の性質によって適宜選択できるが、酸基含有ラジカル重合性単量体の100重量%に対して、好ましくは0〜100重量%、より好ましくは1〜50重量%である。
また、吸水性樹脂と混合するラジカル重合性化合物を適宜選択することにより、表面処理された吸水性樹脂粒子表面に親水性、疎水性、接着性、生体親和性等の様々な性質を付与することができる。吸水性樹脂粒子表面に親水性を付与するエチレン性不飽和単量体としては、前記特許文献30に示されている。
(2−3)架橋剤
本発明の製造方法その3において、好ましくは、単量体(特にアクリル酸)と共重合する架橋剤又は反応する架橋剤(例えば、カルボキシル基と反応する架橋剤)が使用される。すなわち、アクリル酸との架橋性不飽和単量体、及び/又は反応性架橋剤(非重合成架橋剤)が使用される。
アクリル酸と共重合できる架橋性不飽和単量体としては、アクリレート基、アクリルミド基、アリル基等を分子内に複数、特に2〜10個有する架橋剤が使用できる。また、アクリル酸と反応できる架橋剤として、エポキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基等を分子内に複数、特に2〜10個有する架橋剤が使用できる。これらは表面架橋剤として使用できる。また、両者の特性を併せ持った架橋剤として、ヒドロキシエチルアクリレート等分子内に重合性基と反応性基を併せ持った架橋剤が例示される。
架橋性不飽和単量体としては、特に制限されないが、前記吸水性樹脂の重合に使用できる架橋剤、具体的には、吸水性樹脂の製造において内部架橋剤として使用する単量体が挙げられる。これらのうち、平均エチレンオキサイド数が2〜50のポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、グリセリンアクリレートメタクリレート等が好ましく使用される。架橋性不飽和単量体が吸水性樹脂表面においてエチレン性不飽和単量体と効率よく共重合するためには、吸水性樹脂との混合工程における架橋性不飽和単量体とエチレン性不飽和単量体の吸水性樹脂への拡散挙動が類似していることが望ましい。そのためには架橋性不飽和単量体(重合性架橋剤)が、分子量や親水性の面で、用いるエチレン性不飽和単量体と類似していることが望ましい。また、表面架橋剤として例示された、多価アルコールや多価グリシジル化合物、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセロールグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル等の非重合性架橋剤を挙げることができる。
これらの内部架橋剤は2種以上を併用してもよい。用いる内部架橋剤(好ましくは架橋性不飽和単量体)の量は、所望の性質によって適宜選択できるが、ラジカル重合性化合物の100重量%に対して、好ましくは0〜20重量%、より好ましくは0.1〜10重量%、最も好ましくは0.5〜5重量%である。内部架橋剤(特に好ましくは架橋性不飽和単量体)を併用することにより、加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)や加圧下吸水倍率(AAP)をより向上せしめることができる。VDAUPやAAPが向上する理由は明確ではないが、該水溶性エチレン性不飽和単量体が重合時に架橋構造を形成し、これが吸水性樹脂の表面に導入されるためと推察される。
なお、この際、モル組成比はベースポリマーとしての吸水性樹脂と同一であっても異なっていてもよいが、好ましくはベースポリマーとしての吸水性樹脂の組成と比較して、エチレン不飽和単量体に対して相対的に多くの架橋性単量体を、例えば、モル%の比で1.01〜1000倍含むようにする。
架橋性不飽和単量体の使用量は、エチレン性不飽和単量体の全量に対して好ましくは0.001〜100モル%であり、より好ましくは0.01〜50モル%であり、さらに好ましくは0.05〜30モル%であり、特に好ましくは0.1〜20モル%であり、最も好ましくは0.5〜10モル%である。特に、エチレン性不飽和単量体としてアクリル酸(塩)を主成分とし、これに架橋性不飽和単量体を併用すると、吸水特性に優れる点で好ましい。なお、上記架橋性不飽和単量体の代わりに、1分子内に2個以上のビニル基以外の重合性不飽和基及び/又は2個以上の反応性官能基を有する化合物を用いることもできる。
(2−4)その他の単量体、その他の成分
本発明の製造方法その3において、酸基含有ラジカル重合性単量体以外のラジカル重合性化合物を含んでいてもよい。酸基含有ラジカル重合性単量体以外のラジカル重合性化合物としては、好ましくは前述したエチレン性不飽和単量体(単量体)、及び架橋性不飽和単量体(架橋剤)が挙げられる。
また、上記(a)で記載した吸水性樹脂を製造するのに使用されるエチレン性不飽和単量体及び内部架橋剤とは異なる化合物として、上記ラジカル重合性化合物中に、窒素、硫黄、リン、ケイ素、及びホウ素からなる群より選択される少なくとも1つの酸素以外のヘテロ原子を含むエチレン性不飽和単量体を用いてもよい。
使用するラジカル重合性化合物の量は特に制限されないが、吸水性樹脂100重量部に対し、好ましくは0.1〜20重量部、より好ましくは0.5〜15重量部、さらに好ましくは1〜10重量部、特に好ましくは1.5〜8重量部、最も好ましくは2〜7重量部である。
(3)多価金属化合物
本発明の製造方法その3における多価金属化合物とは、2価以上の原子価を有する金属原子を含む化合物であり、好ましくは、典型元素の水溶性多価金属塩であり、さらに好ましくは、無機又は有機の水溶性アルミニウム塩である。例えば、硫酸アルミニウム(Al(SO)は3価の原子価を有するアルミニウム(Al)を含む化合物であることから多価金属化合物である。
本発明の製造方法その3において、これら多価金属化合物の使用が多価金属カチオンを含む吸水剤を提供することは前述の金属石鹸を用いる吸水剤の製造方法その2,3と同じである。多価金属化合物として多価金属の酸化物(例えばAl)は水不溶性であり、水中でカチオンとはなり得ないため、本発明では多価金属化合物として多価金属の水酸化物又は塩、特に塩が使用され、後述の無機塩又は有機塩、特に水溶性の無機塩又は有機塩(有機酸の多価金属塩)、さらには水溶性の無機塩(無機酸の多価金属塩)が使用される。
本発明の製造方法その3に用いることができる、多価金属化合物における多価金属成分は、典型金属及び族番号が4〜11の遷移金属の中から選ばれる少なくとも一つ以上の金属(多価金属カチオン)を含むことが好ましい。その多価金属成分の中でもMg,Ca,Ti,Zr,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Pd,Cu,Zn,Cd,Alを含むことがより好ましく、Mg,Ca,Zn,Alがさらに好ましく、Alが特に好ましい。遷移金属は比較的毒性の高い多価金属成分も存在するため、使用しない方が好ましい。
また、多価金属化合物は水溶性であることが好ましい。本発明における水溶性とは、水100g(25℃)に、1g以上、好ましくは10g以上溶解する化合物を指す。
本発明に用いることができる多価金属化合物としては、例えば、酢酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、アクリル酸アルミニム、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等の水溶性アルミニウム塩、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、硝酸マグネシウム等の水溶性アルカリ土類金属塩、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛、硫酸銅、塩化コバルト、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遷移金属塩が挙げられる。
有機酸の多価金属塩を用いる場合、特に好ましいアニオンは、以下の酸、アニス酸、安息香酸、ギ酸、吉草酸、クエン酸、グリコール酸、グリセリンリン酸、グルタル酸、クロロ酢酸、クロロプロピオン酸、けい皮酸、コハク酸、酢酸、酒石酸、乳酸、ピルビン酸、フマル酸、プロピオン酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、マロン酸、マレイン酸、酪酸、イソ酪、イミジノ酢酸、リンゴ酸、イソチオン酸、メチルマレイン酸、アジピン酸、イタコン酸、クロトン酸、シュウ酸、サリチル酸、グルコン酸、没食子酸、ソルビン酸、グルコン酸、脂肪酸、特にステアリン酸、アジピン酸、p−ヒドロキシ安息香酸、の対応する塩基である。これらの塩基のうち、酒石酸塩及び乳酸塩が好ましく、乳酸アルミニムや乳酸カルシウム等の乳酸塩が最も好ましい。
また、溶解性の点から、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、すなわち、アルミニウムの水溶性無機酸又は水溶性有機酸塩であり、中でも、硫酸アルミニウムが好ましく、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できる。
ここで、多価金属化合物は吸水剤中にそのまま残存してもよく、吸水性樹脂と反応するなどして変化してもいよいが、得られた吸水剤中には多価金属化合物由来の多価金属カチオン(例えば、アルミニウムカチオン)が、通常はほぼ全量含有されることになる。例えば、多価金属カチオンの量は0.001〜5重量%、さらには0.005〜3重量%であり、これらは後述の方法で容易に定量できる。
多価金属化合物の使用量は、吸水性樹脂組成物の固形分100重量部に対して0.001〜20重量部の範囲が好ましく、0.01〜10重量部の範囲がより好ましく、0.05〜5重量部の範囲が特に好ましい。多価金属化合物の使用量が0.001重量部以上の場合、加圧下吸水倍率等の吸水特性が改善され、10重量部以下の場合、自由膨潤倍率(CRC)が大きく低下することはない。
(4)ラジカル重合開始剤
本発明の製造方法その3では、吸水性樹脂、酸基含有ラジカル重合性単量体、多価金属化合物及び水の混合工程(a)において、好ましくはラジカル重合開始剤を使用する。ラジカル重合開始剤を使用することで、工程(b)における活性エネルギー線の照射及び加熱時間を著しく短縮することができる。ラジカル重合開始剤としては特に限定されるものではないが、具体的には上記吸水性樹脂の重合に使用される熱分解性ラジカル重合開始剤や光重合開始剤が挙げられる。
(4−1)熱分解性ラジカル重合開始剤
本発明の製造方法その3において、熱分解性ラジカル重合開始剤の使用量に制限はないが、本発明では、吸水性樹脂100重量部に対し、0.01〜20重量部の範囲が好ましく、より好ましくは0.05〜10重量部の範囲、さらに好ましくは0.1〜5重量部の範囲である。ラジカル重合開始剤がこのような範囲にあれば、吸水特性に優れる吸水性樹脂が得られるとともに、表面処理反応速度が向上するため、生産性に優れる。また、ラジカル重合開始剤は、1種単独で使用しても、2種以上併用してもよい。
熱分解性ラジカル重合開始剤とは、加熱によりラジカルを発生する化合物であり、中でも10時間半減期温度が0〜120℃のものが好ましく、20〜100℃のものがより好ましく、40〜80℃のものが特に好ましい。10時間半減期温度が0℃(下限値)以上では、貯蔵時に分解することが少なく、120℃(上限値)以下では、効率良く反応が進行し、生産性を向上させることができる。
熱分解性ラジカル重合開始剤は、光重合開始剤として市販されている化合物と比べて比較的安価で、厳密な遮光が必ずしも必要でないため製造プロセス、製造装置を簡略化できる。代表的な熱分解性ラジカル重合開始剤としては、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩;過酸化水素;2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−2(−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)等のアゾ化合物が挙げられる。中でも、10時間半減期温度が40〜80℃である、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、及び2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−2(−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)等のアゾ化合物が好ましい。これらの中でも、特に過硫酸塩を使用すると、加圧下吸水倍率、通液性、自由膨潤倍率が何れも優れる点で好ましい。過硫酸塩は1種類だけでなく対イオンの異なる2種類以上を併用できる。
(4−2)その他の重合開始剤
本発明の製造方法その3においては、油溶性のベンゾイン誘導体、ベンジル誘導体、アセトフェノン誘導体等の光重合開始剤、また油溶性のケトンパーオキサイド、パーオキシケタール、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、パーオキシエステル、パーオキシカルボネート等の油溶性有機過酸化物を使用してもよい。かかる光重合開始剤は市販品でもよく、チバ・スペシャルティケミカルズの商品名イルガキュア(登録商標)184(ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン)、イルガキュア(登録商標)2959(1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン)等が例示できる。光重合開始剤の使用量は、吸水性樹脂100重量部に対して、0.0001〜1重量部であることが好ましく、0.001〜0.5重量部であることがより好ましく、0.005〜0.1重量部であることがさらに好ましい。
本発明で用いられるラジカル重合開始剤は、油溶性と水溶性の何れも用いることができる。油溶性ラジカル重合開始剤は、水溶性ラジカル重合開始剤と比較して分解速度がpHやイオン強度の影響を受けにくいという特徴がある。しかし、吸水性樹脂は親水性なので、吸水性樹脂への浸透性を考慮すると、水溶性のラジカル重合開始剤を使用することがより好ましい。なお、水溶性とは、水(25℃)に1重量%以上溶解するものを指し、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上溶解するものである。
水溶性ラジカル重合開始剤としては、好ましくは、過硫酸塩、過酸化水素、及びアゾ化合物からなる群から選択されるラジカル重合開始剤が挙げられる。具体的には、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩;過酸化水素;2,2’−アゾビス−2−アミジノプロパン二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−2(−イミダゾリン−2−イル)プロパン]2塩酸塩等の水溶性アゾ化合物等が挙げられる。これらの中でも、特に過硫酸塩を使用すると、表面処理後の吸水性樹脂の加圧下吸水倍率、通液性、自由膨潤倍率が何れも優れる点で好ましい。
前記のラジカル重合開始剤に加えて、又は上記のラジカル重合開始剤に代えて、過炭酸ナトリウム等の過炭酸塩;過酢酸、過酢酸ナトリウム等の過酢酸塩等を、さらに使用してもよい。
本発明において、必要により、熱分解性ラジカル重合開始剤に、光重合開始剤等のそれ以外のラジカル重合開始剤を併用する場合、後者の使用量は吸水性樹脂100重量部に対して0〜20重量部、好ましくは0〜15重量部、特には0〜10重量部であり、その使用比率は該熱分解性ラジカル重合開始剤よりも少ない量、例えば該熱分解性ラジカル重合開始剤の重量比の1/2以下、さらには1/10以下、特には1/50以下である。
〔7−B〕第四の実施形態の製造方法(吸水剤の製造方法その3)
(1)吸水性樹脂、ラジカル重合性単量体、多価金属化合物、及び水の混合工程(工程(a))
本発明の製造方法その3において、本発明に係る表面処理方法では、工程(a)において、吸水性樹脂に対し、酸基含有ラジカル重合性単量体と多価金属化合物と水とを混合する。
工程(a)において、ラジカル重合性単量体と、多価金属化合物と、水と、必要に応じて添加されるラジカル重合開始剤とを吸水性樹脂に混合する際の混合順序には限定がない。従って、それぞれ単独で吸水性樹脂と混合してもよく、予めラジカル重合性単量体と多価金属化合物とラジカル重合開始剤とを含む水溶液を調製し、これを吸水性樹脂に混合してもよい。しかしながら、ラジカル重合性単量体等を吸水性樹脂の表面に均一に分散されるためには、ラジカル重合性単量体と多価金属化合物とラジカル重合開始剤とを含む水溶液を予め調製し、この水溶液と吸水性樹脂とを混合することが好ましい。なお、ラジカル重合性単量体と多価金属化合物とラジカル重合開始剤と吸水性樹脂とを混合した後に、得られた混合物を水と混合してもよい。
但し、多価金属化合物の吸水性樹脂への添加を、”酸基含有ラジカル重合性単量体を重合する工程(後述する工程(b))”の後に行った場合、本発明の範囲外である。またその際、加圧下吸水倍率(AAP)は向上しない、あるいは低下する。
ラジカル重合性単量体と、多価金属化合物と、必要に応じて添加されるラジカル重合開始剤とを溶解させる溶媒としては、水のほかに、これらの溶解性を損なわない範囲で他の溶媒を含んでいてもよいが、水のみを使用することが好ましい。即ち、ラジカル重合性単量体及び/又は多価金属化合物及び/又はラジカル重合開始剤を、疎水性有機溶媒の非存在下で、水溶液の形態で使用することが好ましい。
(2)水の使用量
混合工程(a)において吸水性樹脂と混合される水の混合量は、吸水性樹脂100重量部(固形分100重量%に換算したもの)に対し、好ましくは1〜50重量部、より好ましくは3〜30重量部、さらに好ましくは5〜20重量部、特に好ましくは6〜15重量部である。水をこのような範囲で混合すると、活性エネルギー線照射処理及び/又は加熱処理による表面処理反応の速度が高まり、また活性エネルギー線照射処理及び/又は加熱処理した後に乾燥工程で多くのエネルギーを必要とせず、さらに吸水性樹脂が分解するおそれが低いため、好ましい。ラジカル重合性単量体等を水溶液の形態で混合する場合、用いられる水溶液における水の量は、得られる吸水剤(特に第4の吸水剤やさらには第1の吸水剤)における水の量が上述した範囲となるように調節することができる。
なお、吸水性樹脂への水の混合形態は、必ずしもラジカル重合性単量体等を含む水溶液の形態で混合される場合に限られない。例えば、ラジカル重合性単量体と、多価金属化合物と、必要に応じて添加されるラジカル重合開始剤と、吸水性樹脂とを混合した後に、水が混合されてもよい。従って、単量体成分を重合して得た含水ゲル状架橋重合体を、得られる吸水剤における水の量が上述した範囲となるような含水率になるまで乾燥したものに、ラジカル重合性化合物と、多価金属化合物と、必要に応じて添加されるラジカル重合開始剤とを直接混合して、吸水剤を得てもよい。
(3)混合助剤
一方、吸水性樹脂組成物の混合性を向上させるため、吸水性樹脂組成物に対して混合助剤を添加することが好ましい。この際、混合助剤として、水は含まない。また、混合助剤の添加時期は特に制限されないが、混合助剤を、工程(a)と同時に又は当該工程(a)の前に添加することが好ましい。ここで、水以外の混合助剤は、ラジカル重合性単量体、多価金属化合物、又はラジカル重合開始剤以外の、水溶性又は水分散性の化合物であり、吸水性樹脂の水による凝集を抑制し、水溶液と吸水性樹脂との混合性を向上できるものであれば特に制限されないが、水溶性又は水分散性の化合物であることが好ましい。
このような水溶性又は水分散性の化合物としては、具体的には、特許文献30に例示の界面活性剤、水溶性高分子、親水性有機溶媒、水溶性無機化合物、無機酸、無機酸塩、有機酸及び有機酸塩が使用できる。水以外の混合助剤を添加することによって、吸水性樹脂の水による凝集を抑制して、水溶液と吸水性樹脂とを均一に混合できるため、次工程で活性エネルギー線照射処理及び/又は加熱処理する際に、吸水性樹脂全体を均一に表面処理することが可能になる。好適には前記吸水剤の製造方法その1、その2で例示の分散助剤が、製造方法その3でも混合助剤として使用される。
また、混合助剤の添加量は、上記したように、吸水性樹脂の水による凝集を抑制し、水溶液と吸水性樹脂との混合性を向上できるものであれば特に制限されないが、例えば、吸水性樹脂100重量部に対して、0.001〜40重量部、より好ましくは0.01〜10重量部、特に好ましくは0.05〜5重量部の量で添加されることが好ましい。または、本発明では、混合助剤は、水溶液全量に対して、好ましくは0〜40重量%、より好ましくは0.01〜20重量%、さらに好ましくは0.05〜10重量%の量で使用されてもよい。
特許文献30等に例示の混合助剤を使用する場合の、混合助剤の使用形態は特に制限されず、粉末の形態で使用しても、あるいは溶液中に溶解、分散若しくは懸濁させて使用してもよいが、水溶液の形態で使用することが好ましい。
また、混合助剤を使用する場合の、混合助剤の添加順序も特に制限されず、吸水性樹脂に予め混合助剤を加えた後、これに水溶液を添加して混合する方法や、混合助剤を水溶液に溶解して吸水性樹脂と同時に混合する方法等、どのような方法も使用できる。
(4)混合条件
本発明に係る工程(a)において、吸水性樹脂、ラジカル重合性単量体、多価金属化合物、水、ならびに必要により添加されるラジカル重合開始剤及び混合助剤の混合条件は、特に制限されない。例えば、工程(a)における混合温度は、0〜150℃、10〜120℃、20〜100℃の順で好ましい。この際、混合温度が150℃以下であれば、吸水性樹脂の熱による劣化を抑制できる。逆に、混合温度が0℃以上であると、水の結露といったトラブルなく運転を安定して行うことができる。
なお、混合工程を高温で行う場合には、ラジカル重合開始剤が熱により、少ない照射量でも作用する。このような場合には、混合/照射系を密閉等することにより水蒸気の過剰な漏れを抑えることが好ましい。
また、工程(a)前の吸水性樹脂及び水の温度も特に制限されないが、例えば、工程(a)前の吸水性樹脂の温度は、0〜150℃、10〜120℃、20〜100℃の順で好ましい。この際、工程(a)前の吸水性樹脂の温度が150℃以下であれば、吸水性樹脂の熱による劣化を抑制できる。逆に、混合温度が0℃以上であると、水の結露といったトラブルなく運転を安定して行うことができる。
また、工程(a)前の水の温度は、好ましくは5〜80℃、より好ましくは10〜60℃、特に好ましくは20〜50℃である。この際、工程(a)前の水の温度が80℃以下であれば、混合工程(a)前に水の過度の蒸発を防ぐことで十分な量の水を吸水性樹脂と混合でき、本発明の効果が得られる。逆に5℃以上であると、水の結露といったトラブルなく運転を安定して行うことができる。
さらに、工程(a)における混合時間は、これらが均一に混合できる時間であれば特に制限されない。具体的には、混合時間は、好ましくは0.1秒〜60分、より好ましくは1秒〜30分、さらに好ましくは2秒〜20分、最も好ましくは5秒〜10分である。この際、混合時間が下限を下回ると、吸水性樹脂、ラジカル重合性単量体、多価金属化合物、水等が均一に混合しない可能性がある。逆に、混合時間が上限を超えて必要以上に長くなると、吸水性樹脂内部に過剰な水が浸透していくため、活性エネルギー線照射処理及び/又は加熱処理による表面処理が進行しにくくなる可能性がある。
なお、吸水性樹脂、ラジカル重合性単量体、多価金属化合物及び水を混合して吸水性樹脂組成物を得る方法としては、通常の混合機、例えば、V型混合機、リボン型混合機、スクリュー型混合機、回転円板型混合機、気流型混合機、バッチ式ニーダー、連続式ニーダー、パドル型混合機、鋤型混合機等を用いて混合する方法が挙げられる。
(5)酸基含有ラジカル重合性化合物を重合する工程(工程(b))
本発明は、吸水性樹脂に混合した酸基含有ラジカル重合性単量体を、活性エネルギー線の照射及び/又は加熱といったラジカル発生手段を用いて、好ましくは吸水性樹脂の表面及び/又はその近傍で重合する工程を含む。
前記重合により、吸水性樹脂の内部より表面近傍の架橋密度が高まり、加圧下吸水倍率等吸水性樹脂の実使用時に望まれる特性が高くなる。
以下、重合方法h及びiとして、(5−1)活性エネルギー線の照射、(5−2)加熱の2通りについて述べる。
(5−1)活性エネルギー線の照射(吸水剤の製造方法その3での重合方法h)
本発明において、活性エネルギー線の照射は、吸水性樹脂、ラジカル重合性単量体、多価金属化合物、及び水の混合中に行ってもよく、これらの2つ以上を混合した後に照射してもよい。しかしながら、均一な表面処理を行える点で、好ましくは、吸水性樹脂、ラジカル重合性単量体、多価金属化合物、水を含む吸水性樹脂組成物を得た後、得られた吸水性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射する。
活性エネルギー線としては、紫外線、電子線、ガンマー線の1種又は2種以上が挙げられる。好ましくは、紫外線、電子線である。活性エネルギー線の人体への影響を考慮すると、紫外線がより好ましく、さらに好ましくは波長300nm以下、特に好ましくは波長180〜290nmの紫外線である。照射条件は、紫外線を用いる場合には、好ましくは、照射強度が3〜1000[mW/cm]、照射量が100〜10000[mJ/cm]である。
紫外線を照射する装置としては、高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ等を例示することができる。紫外線が照射される限り、好ましくは300nm以下の紫外線が照射される限り、他の放射線や波長を含んでもよく、その手法は特に限定されるものではない。なお、電子線を用いる場合には、好ましくは加速電圧を50〜800kV、吸収線量を0.1〜100Mradとする。
活性エネルギー線を照射する時間は、処理する吸水性樹脂の量に依存するが、後述する実施例に記載の方法の場合、好ましくは0.1分以上60分未満でよく、より好ましくは0.5分以上20分未満、さらに好ましくは0.5分以上5分未満、特に好ましくは1分以上3分未満である。従来の、表面架橋剤を使用する場合では60分を越えることもある等、同一架橋密度で比較すると、本発明に係る方法では表面処理時間を短縮することができる。
本発明では、活性エネルギー線を照射して表面処理する際には、加温する必要はない。但し、該活性エネルギー線の照射を、加熱下で行うこともできる。これによって、吸水特性に優れる吸水性樹脂が得られる。加熱温度は、好ましくは0〜150℃、より好ましくは10〜120℃、さらに好ましくは室温〜100℃、特に好ましくは50〜100℃の範囲である。
なお、活性エネルギー線を照射すると輻射熱が発生する場合がある。この場合には、活性エネルギー線の照射が加熱下で行われることになる。本発明では、活性エネルギー線を照射して表面処理を行うため、加熱は補助的なものであり、したがって、従来の表面処理温度よりも処理温度を低く設定することができる。なお、加熱する方法としては、活性エネルギー線照射装置内に加熱された気体を導入する方法、活性エネルギー線照射装置の周りをジャケット等で加熱する方法、活性エネルギー線を照射する際の輻射熱により加熱する方法、予め加熱された吸水性樹脂に活性エネルギー線を照射する方法が挙げられる。
活性エネルギー線の照射の際には、吸水性樹脂を撹拌することが好ましい。撹拌によって吸水性樹脂、ラジカル重合性単量体、多価金属化合物、及び水を含む吸水性樹脂組成物に、活性エネルギー線を均一に照射することができる。活性エネルギー線の照射の際に吸水性樹脂を撹拌できる装置としては、振動型混合機、振動フィダー、リボン型混合機、円錐型リボン型混合機、スクリュー型混合押出機、気流型混合機、バッチ式ニーダー、連続式ニーダー、パドル型混合機、高速流動式混合機、浮上流動式混合機等が挙げられる。
また、筒状又は箱状等の形状を有する装置中で吸水性樹脂組成物を流動させ、当該装置の周囲から活性エネルギー線を照射してもよい。この際、混合物を流動させるためには、粉体の空気輸送に用いられるように空気等の気体の圧力を利用してもよい。空気を利用する場合には、吸水性樹脂組成物の乾燥を防ぐために空気を加湿することが好ましい。活性エネルギー線の照射は、多方向から行うと短時間で均一に表面処理することができる。なお、上記装置を構成する材料は、吸水性樹脂組成物への活性エネルギー線の照射を阻害しない材料であれば特に制限されないが、例えば、石英ガラス等が例示される。
一般に、ラジカルを活性種とする反応は、酸素によって阻害されることが知られている。しかし、本発明の製造方法においては、系中に酸素が存在していても表面処理された吸水性樹脂の物性は低下しなかった。このことから、活性エネルギー線の照射の際には、雰囲気を不活性雰囲気にすることは必ずしも必要ではない。
但し、活性エネルギー線照射の際の雰囲気を不活性雰囲気にすること、及び/又は工程(a)で吸水性樹脂と混合する処理剤中の溶存酸素を除くことにより、活性エネルギー線の照射時間を短縮することができる。その結果、高生産性及び低コストを達成でき、好ましい。さらには、これにより、表面処理された吸水性樹脂中に残存するラジカル重合性単量体量を低減することができ、衛生材分野で紙オムツ等に好適に用いることができる。また、これは、(5−2)で述べる加熱による表面処理(吸水剤の製造方法その3での重合方法i)においても同様の効果が得られる。
(5−2)加熱(吸水剤の製造方法その3での重合方法i)
上述した通り、吸水性樹脂に対して混合する酸基含有ラジカル重合性単量体を加熱により重合することができる。重合を加熱単独で行う場合、活性エネルギー線の照射装置を別途設けることが不要となり、製造装置の設計面において優れる。また、低コストで、且つ安全な手法により、得られる表面処理された吸水性樹脂の吸水特性(特に、加圧下吸水倍率)を向上させることが可能となる。
前記(a)工程で得られる混合物は、上述した活性エネルギー線の照射時と同様の条件で調製すればよく、ラジカル重合開始剤は必須成分ではない。酸基含有ラジカル重合性単量体、多価金属化合物、水、ラジカル重合開始剤を吸水性樹脂に対して特定の量で混合することが好ましい。そして、特定の温度条件下にて混合物を加熱することが好ましい。
前記(b)工程が得られた混合物を加熱する工程である場合、前記(a)工程で得られる混合物は、上述した活性エネルギー線の照射時と異なる条件で調製することでラジカル発生を制御できる。以下に加熱の際の好ましい形態について説明する。
本発明の好ましい形態においては、吸水性樹脂を、酸基含有ラジカル重合性単量体、多価金属化合物、及びラジカル重合開始剤を含む水溶液(以下、「処理液」とも称する)と混合して、混合物である吸水性樹脂組成物を得る。そして、当該吸水性樹脂組成物に加熱処理を施す。これにより、吸水性樹脂の表面に架橋構造が導入されると推測される。但し、このような形態のみに本発明の技術的範囲が制限されることはなく、ラジカル重合性単量体、多価金属化合物、水、ラジカル重合開始剤が別々に吸水性樹脂(ベースポリマー)に添加されてもよいし、加熱処理を施しながらこれらを吸水性樹脂(ベースポリマー)に添加してもよい等、反応系に存在する各成分の添加順序や、各成分の添加と加熱処理とのタイミングに特に制限はない。
本発明において、酸基含有ラジカル重合性単量体を重合する工程(以下、「表面処理工程」とも称する)の前後での含水率の増減については特に制限されないが、含水率が表面処理工程の前後で減少しないことが好ましく、増加することがより好ましい。
(5−2−1)加熱温度
加熱処理は、80℃を超えて250℃以下の温度で行われることが好ましく、より好ましくは90〜180℃、さらに好ましくは100〜150℃である。加熱処理の温度が80℃以上であれば、効率的に表面処理が進行する。一方、加熱処理の温度が250℃以下であれば、熱による吸水性樹脂の劣化が防止され得る。このように吸水性樹脂を加熱することで、低コストで、且つ安全な手法により、吸水特性(特に、加圧下吸水倍率及び通液性)に優れる、表面処理された吸水性樹脂を製造することが可能となる。
加熱により吸水性樹脂を表面処理するには、上述した各成分を含む吸水性樹脂を加熱すればよい。このような加熱処理時の雰囲気の具体的な条件について特に制限はないが、比較的高湿度の雰囲気下において加熱を行うことが好ましい。具体的には、飽和水蒸気中や過熱水蒸気中で加熱を行うことが好ましい。100℃以上の温度で加熱する場合の雰囲気は過熱水蒸気で満たされていることが好ましく、過熱水蒸気を用いて直接吸水性樹脂を加熱することがより好ましい。
(5−2−2)圧力
また、加熱処理時の雰囲気の圧力は、減圧・常圧・加圧の何れでもよく、特に制限されないが、好ましくは1013〜43030hPaであり、より好ましくは1013〜14784hPaであり、さらに好ましくは1013〜10498hPaであり、特に好ましくは1013〜4906hPaである。さらに、雰囲気の相対湿度は、好ましくは50〜100%RHであり、より好ましくは70〜100%RHであり、さらに好ましくは90〜100%RHであり、特に好ましくは95〜100%RHであり、最も好ましくは100%RH(飽和水蒸気)である。
また、加熱処理時の雰囲気中の酸素濃度は、好ましくは0〜25体積%であり、より好ましくは0〜15体積%であり、さらに好ましくは0〜10体積%であり、さらにより好ましくは0〜5体積%であり、特に好ましくは0〜1体積%であり、最も好ましくは0〜0.5体積%である。このように雰囲気中の酸素濃度が比較的低濃度に調節されると、加熱時の吸水性樹脂の酸化劣化が防止され得るため、好ましい。
(5−2−3)加熱時間、活性エネルギー線照射の具体的態様
加熱処理を行う際の加熱時間も特に制限されないが、好ましくは1〜90分間であり、より好ましくは2〜60分間であり、さらに好ましくは3〜30分間である。加熱時間が1分間以上であれば、吸水性樹脂の表面に架橋構造が導入され、一方、加熱時間が90分間以下であれば、加熱による吸水性樹脂の劣化が防止され得る。
また、本発明に係る表面処理方法の表面処理工程において、上述した加熱処理に加えて、放射線や電子線、紫外線、電磁線等の活性エネルギー線を照射する処理を併用してもよい。
加熱処理により吸水性樹脂を表面処理する場合の加熱処理に用いられる装置に特に制限はなく、公知の乾燥機が用いられ得る。例えば、伝導伝熱型、輻射伝熱型、熱風伝熱型、誘電加熱型の乾燥機が好ましく用いられ、具体的には、ベルト式、溝型撹拌式、流動層式、気流式、回転型、捏和型、赤外線型、電子線型の乾燥機が好ましく用いられ得る。
(6)その他の処理
吸水剤の製造方法その3での上記重合方法iだけでなく、上記重合方法hにおいても、活性エネルギー線の照射後には、乾燥等のために、必要に応じて、吸水性樹脂を50〜250℃の温度で加熱処理してもよい。
また、活性エネルギー線照射及び/又は加熱後に、従来周知の多価アルコール、多価エポキシ化合物、アルキレンカーボネート等の表面架橋剤を使用して、表面架橋を形成させてもよい。
その他、添加剤として、吸水性樹脂100重量部に対して、0.001〜20重量部、より好ましくは0.01〜10重量部、特に好ましくは0.1〜5重量部の、親水性のアモルファスシリカのような水不溶性微粒子や、還元剤、抗菌剤、消臭剤、キレート剤、多価金属化合物等を添加してもよい。
〔7−C〕第四の実施形態の粒子状吸水剤(第四の吸水剤)
本発明では、酸基含有ラジカル重合性単量体を重合することによる表面処理方法と多価金属化合物による表面処理方法を吸水性樹脂に併用することで、表面処理された新規な吸水性樹脂を製造することができ、得られた吸水性樹脂の加圧下吸水倍率(AAP)のみならず、新規なパラメーターである加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)が向上する。
すなわち、上記した吸水性樹脂に対して水5〜20重量%存在下で重合させる場合等を製法の一例として、特に吸水倍率も高く、含水率も高い新規な吸水性樹脂、特に加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)の高い高含水率の粒子状吸水剤を提供することができる。
第四の吸水剤は下記VDAUPを満たすが、好ましくは、上記第一〜第四の吸水剤も下記VDAUPを満たす。新規なパラメーターであるVDAUPは例えば上記吸水剤の製造方法その1〜3において、好ましくは、多価金属化合物ないし金属石鹸(多価金属の有機酸塩)を混合して得られた粒子状吸水剤が下記(1)(2)及び(4)の要件を満たすように制御することで、上記第1,4の吸水剤を得ることができる。
(1)粒子状吸水剤に対する多価金属カチオン量が0.001〜5重量%
(2)無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、且つ加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上
(4)粒子状吸水剤の含水率が5〜20重量%
本発明は、(好ましくは多価金属化合物、特に好ましくは水溶性アルミニウム塩で)表面処理されたポリアクリル酸(塩)系吸水剤であって、CRC≧28[g/g](好ましくはCRC≧30[g/g])、AAP(4.83kPa)≧10[g/g](好ましくはAAP(4.83kPa)≧15[g/g])、VDAUP≧15g(好ましくはVDAUP≧25g)を示し、かつ、含水率が5〜20重量%の吸水剤を提供する。また、当該吸水剤は、AAP(2.07kPa)≧28[g/g]であることが好ましい。
かかるポリアクリル酸(塩)吸水性樹脂の内部の中和率より表面の中和率が低い方が好ましい。なお、吸水性樹脂の粒子内部及び表面の中和率については、国際公開第2009/048160号や米国特許出願公開第2008/0027180号に記載の方法で求めることができる。
(加圧下垂直拡散吸水量VDAUP)
本発明では、新規なパラメーター物性である加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)が紙オムツに重要であることが見出された。従来、紙オムツ向けを中心に、加圧下吸水倍率(AAP)や吸水倍率(CRC)や通液性(GBP、SFC)等多くの物性を制御した吸水性樹脂が提案されており、かかるパラメーターで評価できない特性として、オムツ物性と相関の高い加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)を見出し、本発明の粒子状吸水剤を開発した。
すなわち、第四の吸水剤(さらには第一〜第三の吸水剤)において、加圧下垂直拡散吸水量VDAUPは好ましくは15g以上、より好ましくは20g以上、さらに好ましくは25g以上、さらにより好ましくは30g以上、特に好ましくは33g以上、最も好ましくは35g以上である。他の物性とのバランスから上限は100g以下、さらには80g以下程度である。加圧下垂直拡散吸水量の値は、実施例に記載の方法で測定される値を採用する。
本発明における加圧下垂直拡散吸収量(Vertical Diffusion Absorbency Under Pressure;VDAUP)は新規な思想に基づくパラメーターであり、おむつでの戻り量(Re−Wet)や絶対吸収量とよく相関することが見出された。
上記加圧下吸収倍率(AAP)の測定では吸水性樹脂0.900gの吸収液に対する質量比で規定(吸水倍率(g/g))するのに対して、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)の測定では、AAPの測定法において、吸水性樹脂10.000gを使用しての吸収液量(絶対量(g))を測定する。
このため、VDAUPは単位面積あたり11倍以上(=10.0/0.9)の吸水性樹脂の坪量での測定であるため、試料全体に均一に液が吸収されるためには、膨潤ゲル層間の液拡散性及び通液性が大きく影響することとなる。すなわち、この加圧下垂直拡散吸収量は、加圧下での試料あたりの吸収量(g)を表わすのみならず、実際の吸収体、特に吸水性樹脂濃度が高い吸収体における液拡散性、通液性を表わす指標となる。VDAUPがおむつでの物性とよく相関する事実は後述の実施例でも示される。
(含水率)
また、本発明で得られる、表面処理された吸水性樹脂では、表面処理工程の前後で吸水性樹脂の含水率が増加することが好ましい。特に飽和水蒸気を用いて加熱処理を施すことが好ましい。
吸水剤の製造方法その3によって、例えば得られる第四の実施形態の粒子状吸水剤(第四の吸水剤)、すなわち、表面処理された吸水性樹脂の含水率は、前記〔6〕(6−6)に記載と同じ範囲である。
第一、第三、第四(さらには第二)の、粒子状吸水剤の含水率は5〜20重量%であり、好ましくは5〜18重量%、より好ましくは6〜18重量%、さらに好ましくは7〜15重量%、特に好ましくは8〜13重量%の範囲である。含水率が5%未満の場合は、十分な耐衝撃安定性が得られず、さらに、吸湿時の流動性が低下し、取り扱い性が低下するため好ましくない。また、含水率が20重量%を超える場合は、吸水物性(AAPやCRC等)が低下し、吸湿時の流動性が低下するため好ましくない。
また、表面処理工程前後での含水率の増加量は特に制限されないが、含水率の値の絶対値として、好ましくは0.1〜40重量%増加し、より好ましくは0.5〜30重量%増加し、さらに好ましくは1〜20重量%増加し、特に好ましくは2〜15重量%増加する。
粒子状吸水剤の含水率や含水率の増加量が上記範囲の下限値以上であれば、本発明の作用効果が十分に発揮され、また耐衝撃性(特許文献17、20、32)が十分に改善される。特許文献17、20、32と異なり、本発明では、高い加圧下吸水倍率(AAP)や吸水速度(Vortex)で、所定量の水分(好ましくは0.01〜20重量%以下)を有する吸水性樹脂を提供することができる。その結果、加圧下吸水倍率や通液性等の吸水性能に優れた、表面処理された粒子状吸水剤が得られる。一方、これらの値が上記範囲の上限値以下であれば、含水率の増加に伴う吸水特性の低下が防止され得る。
(残存モノマー)
従来、特許文献33に示すように、第四の吸水剤(さらには第一〜第三の吸水剤)において、表面架橋によって残存モノマーが増加することもあったが、本発明では相反する、高物性と低残存モノマーとを両立することができる。すなわち、本発明で得られる、表面処理された吸水性樹脂では、特に活性エネルギー線照射を施した場合に残存する酸基含有ラジカル重合性化合物が大幅に低減される。好ましくは吸水性樹脂に対して500ppm以下、より好ましくは300ppm以下、さらに好ましくは200ppm以下、特に好ましくは100ppm以下に低減され、衛生材分野で紙オムツ等に好適に用いることができる。
(加圧下吸水倍率AAP)
第四の実施形態の粒子状吸水剤(第四の吸水剤)、すなわち、表面処理された吸水性樹脂のAAP4.83kPaは、前記〔6〕(6−1)に記載と同じ範囲である。
なお、第四(さらには第一〜三)の吸水剤の加圧下吸水倍率AAP2.03kPaは好ましくは25[g/g]以上、さらには28[g/g]以上、特に30[g/g]以上である。加圧下吸水倍率AAP4.83kPaやAAP2.03kPaの上限は特にないが、他の物性とのバランスから40[g/g]以下、さらには35[g/g]以下程度である。加圧下吸水倍率の値は、実施例に記載の方法で測定される値を採用する。
(CRC)
第四の実施形態の粒子状吸水剤(第四の吸水剤)、すなわち、表面処理された吸水性樹脂のCRCは、前記〔6〕(6−3)に記載と同じ範囲である。
(粒子径)
第四の実施形態の粒子状吸水剤(第四の吸水剤)、すなわち、表面処理された吸水性樹脂の含水率は、前記〔6〕(6−5)に記載と同じ範囲である。
粉末の形状は、球状、(上記水溶液重合後の粉砕工程で得られる)不定形破砕状、略球状やその造粒物(結合物)等で得られるが、吸水速度から(上記水溶液重合後の粉砕工程で得られる)不定形破砕状が好適である。
(その他)
本発明の方法では、吸水性樹脂の表面処理時に、吸水性樹脂の製造時に発生する微粉を造粒する効果がある。このため、表面処理前の吸水性樹脂に微粉が含まれていても、本発明に係る表面処理方法を行うと、含まれる微粉が造粒されるため、得られる表面処理された吸水性樹脂に含まれる微粉量を低減させることができる。
また、本発明によれば、吸水性樹脂を表面処理するにあたって、条件次第で室温付近の反応温度でも十分に表面処理可能であり、しかも、得られる、表面処理された吸水性樹脂は、吸水倍率、通液性、吸収速度、ゲル強度、吸引力等吸水性樹脂に望まれる特性が極めて高いレベルにある。しかも、残存する単量体等の不純物が少ない。従って、本発明によって得られる吸水性樹脂は、戻り量(Re−wet)や漏れが少ない生理綿、紙おむつ、あるいはその他の体液を吸収する衛生材料としても最適なものである。
〔8〕吸収体、吸収物品
本発明の粒子状吸水剤は、吸水を目的とした用途に用いられ、吸収体や吸収物品として広く使用されるが、特に、尿や血液等の体液を吸収するための衛生材料として、好適に用いられる。本発明の粒子状吸水剤を吸収体や吸収物品に使用することで、耐衝撃性に優れ、且つ、吸収性能(AAPやCRC等)が高いため、本来吸水剤に固有の性能を吸収体で十分に発揮するだけでなく、パルプ等の繊維との混合性に優れるため、吸収体の戻り量や吸収速度に優れた効果を発揮する。
本発明の吸収体や吸収物品は、本発明の粒子状吸水剤を含んでなるものである。
ここで、上記吸収体とは、粒子状吸水剤と親水性繊維とを主成分して成型された吸収材をいう。上記吸収体中の粒子状吸水剤と親水性繊維との合計重量に対する粒子状吸水剤の含有量(コア濃度)は、20〜100重量%、より好ましくは25〜90重量%、特に好ましくは30〜80重量%、最も好ましくは40〜80重量%がさらに好ましい。上記吸収体中のコア濃度が高いほど、吸収体や吸収物品等の製造時における粒子状吸水剤の吸水性能の影響をより受けるものとなる。
また、上記吸収物品とは、上記吸収体、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てなるものである。上記吸収性物品は、例えば、親水性繊維等の繊維基材と粒子状吸水剤とをブレンド又はサンドイッチして吸収体(吸収コア)を製造し、該吸収コアを、液透過性を有する表面シートと液不透過性を有する背面シートでサンドイッチする。その後、必要に応じて、弾性部材、拡散層、粘着テープ等を装備することにより、大人用紙オムツや生理用ナプキン等の吸収物品が得られる。なお、このとき、上記吸収コアは、密度0.06〜0.50[g/cm3]、坪量0.01〜0.20[g/cm]の範囲に圧縮成形される。また、用いられる繊維基材としては、例えば、粉砕された木材パルプ等の親水性繊維、コットンリンターや架橋セルロース繊維、レーヨン、綿、羊毛、アセテート、ビニロン等が挙げられる。これらの繊維基材は、好ましくはエアレイドしてなるものがよい。
本発明に係る粒子状吸水剤は、以下に示すものでもあり得る。
[1]ポリアクリル酸(塩)系架橋重合体である吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、
上記吸水性樹脂は表面架橋処理されており、多価金属として金属石鹸及び/又は水溶性多価金属塩を含み、下記(1)〜(5)の要件を満たすことを特徴とする粒子状吸水剤。
(1)粒子状吸水剤に対する多価金属カチオン量が0.001〜5重量%
(2)無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、且つ加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上
(3)加圧下吸水倍率及び無加圧下吸水倍率が、77≦加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)+1.8×無加圧下吸水倍率(CRC)≦100
(4)粒子状吸水剤の含水率が5〜20重量%
(5)粉化率が0〜1.0重量%
[2]加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)が15g以上である、[1]に記載の粒子状吸水剤。
[3]無加圧下吸水倍率(CRC)が28〜60(g/g)であり、加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10〜35(g/g)であり、かつ、加圧下吸水倍率及び無加圧下吸水倍率が、77≦加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)+1.8×無加圧下吸水倍率(CRC)≦90である、[1]または[2]に記載の粒子状吸水剤。
[4]粒子状吸水剤が下記(A)〜(C)の何れか1つを満たす、[1]〜[3]の何れか1つに記載の粒子状吸水剤。
(A)吸水性樹脂に、金属石鹸及び分散安定剤を含有する水分散体を混合することにより得られた粒子状吸水剤
(B)吸水性樹脂に金属石鹸及び水を添加する工程と、吸水剤の含水率を5〜20重量%に調整する工程とを含む方法により得られた粒子状吸水剤
(C)ポリアクリル酸(塩)系架橋重合体である吸水性樹脂に対し、酸基含有ラジカル重合性単量体と多価金属化合物と水とを混合する工程と、該酸基含有ラジカル重合性単量体を重合する工程とを含む、吸水性樹脂の表面処理方法を行うことにより得られた粒子状吸水剤
[5]前記吸水性樹脂100重量部に対して、金属石鹸を0.001〜5重量部含む、[1]〜[4]の何れか1つに記載の粒子状吸水剤。
[6]吸湿ブロッキング率が0〜10重量%である、[1]〜[5]の何れか1つに記載の粒子状吸水剤。
[7]吸水性樹脂粒子が造粒されてなる[1]〜[6]の何れか1つに記載の粒子状吸水剤。
[8]粒子状吸水剤に対する多価金属カチオン量が0.005〜3重量%である、[1]〜[7]の何れか1つに記載の粒子状吸水剤。
[9][1]〜[8]の何れか1つに記載の粒子状吸水剤を含む、吸収物品。
以下に、実施例及び比較例によって本発明をより具体的に説明する。実施例及び比較例において使用する電気機器等は、全て100V、60Hzの条件で使用した。さらに、特に記載がない限り、室温(25℃±2℃)、相対湿度50%RHの条件下で、各物性を測定した。
なお、本発明の粒子状吸水剤の各物性については以下に示す各評価方法により定義される。また、便宜上、「重量部」を「部」と、「重量%」を「wt%」と、「リットル」を「L」と記すことがある。
[評価方法1]遠心分離機保持容量(CRC)
吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤0.200g(重量W0[g]とする)を不織布製(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)の袋(85mm×60mm)に均一に入れてヒートシールした後、室温で大過剰(通常500ml程度)の0.90重量%塩化ナトリウム水溶液中に浸漬した。30分経過後、袋を引き上げ、遠心分離機(株式会社コクサン社製、遠心機:型式H−122)を用いて、ERT441.2−02に記載の遠心力(250G)で3分間水切りを行った。その後、袋の重量W1[g]を測定した。
また、同様の操作を、吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤を入れずに行い、そのときの袋の重量W2[g]を測定した。得られたW0[g]、W1[g]、W2[g]から次式にしたがって、遠心分離機保持容量(CRC)を算出した。
[評価方法2]加圧下吸水倍率(AAP 4.83kPa)
ERT442.2−02に準じて、加圧下吸水倍率(AAP 4.83kPa)の測定を実施した。
吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤0.9g(重量W3[g]とする)を測定装置に投入し、測定装置一式の重量W4[g]を測定した。次に、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液を4.83kPaの加圧下で該吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤に吸収させた。1時間経過後、測定装置一式の重量W5[g]を測定した。得られたW3[g]、W4[g]、W5[g]から次式にしたがって、加圧下吸水倍率(AAP 4.83kPa)を算出した。(装置は図2を参照。)
加圧下吸水倍率(AAP 2.07kPa)は、吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤に対して加える荷重を2.07kPaに変更して同様に測定した。
[評価方法3]重量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ)
国際公開第2004/069404号に開示された測定方法に準じて、重量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ)の測定を実施した。
吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤を目開き850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm、106μm、45μmのJIS標準ふるい(JIS Z8801−1(2000))あるいは相当する篩で篩い分けし、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%に相当する粒子径を重量平均粒子径(D50)として読み取った。
また、粒度分布の対数標準偏差(σζ)は次式で表され、この値が小さいほど粒度分布が狭いことを意味する。なお、本発明においては、上記JIS標準篩は必須で使用して測定することにより定義する。
但し、X1はR=84.1重量%、X2は15.9重量%に相当するそれぞれの粒子径を指す。
[評価方法4]粗大粒子(凝集粒子)の発生量
水添加前の吸水性樹脂粉末及び水添加後に得られた吸水剤について、JIS標準篩850μm−on量を測定して、水添加の前後で増加した850μm−onの粒子量[重量%]を粗大粒子(凝集粒子)の発生量[重量%]とした。
[評価方法5]含水率
含水率とは、吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤に含まれる水分量を規定したものであって、吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤1gを180℃で3時間乾燥させた際の減量を測定し、乾燥前の重量に対する比率(重量%)で表したものをいう。
測定は、吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤1g(重量W6[g]とする)を底面の直径が約5cmのアルミカップ(重量W7[g]とする)に入れ、180℃の無風乾燥機中で静置させ乾燥させた。3時間経過後、アルミカップと吸水性樹脂との合計重量(W8[g]とする)を測定し、次式によって含水率を求めた。
[評価方法6]ペイントシェーカーテスト(PS)
ペイントシェーカーテスト(PS)とは、直径6cm、高さ11cmのガラス製容器に、直径6mmのガラスビーズ10gと、吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤30gとを入れてペイントシェーカー(東洋製機製作所 製品No.488)に取り付け、800[cycle/min](CPM)で30分間振盪するものであり、装置の詳細は特開平9−235378号公報に開示されている。振盪後、目開き2mmのJIS標準篩でガラスビーズを除去し、ダメージが与えられた吸水性樹脂粒子又は粒子状吸水剤が得られる。
なお、特に、振盪時間を30分間としたものをペイントシェーカーテスト1、10分間としたものをペイントシェーカーテスト2とも称するが、特に断りがなく、単にペイントシェーカーテストと記載する場合は振盪時間が30分間のペイントシェーカーテスト1のことを指す。
[評価方法7]吸湿流動性(吸湿ブロッキング率)
吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤約2gを、直径52mmのアルミカップに均一に散布した後、温度25℃、相対湿度90±5%RH下の恒温恒湿機(PLATINOUS LUCIFERPL−2G;タバイ エスペック社製)中で1時間静置した。1時間経過後、上記アルミカップに入った吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤を、目開き2000μm(JIS 8.6メッシュ)のJIS標準篩(The IIDA TESTINGSIEVE:内径80mm)の上に静かに移し、ロータップ型ふるい振盪機(株式会社飯田製作所製ES−65型ふるい振盪機;回転数230rpm、衝撃数130rpm)を用いて、室温(20〜25℃)、相対湿度50%RHの条件下で5秒間分級した。上記JIS標準篩上に残存した吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤の重量(W9[g])及び該JIS標準篩を通過した吸水性樹脂粒子あるいは粒子状吸水剤の重量(W10[g])を測定し、次式にしたがって、吸湿流動性(吸湿ブロッキング率)を算出した。なお、吸湿流動性の値が低いほど、吸湿流動性に優れている。
[評価方法8]粉化率(Dusting Rate)
測定例6のペイントシェーカーテスト(PS)において、粒子状吸水剤について、振盪時間を60分間としてダメージを与えた。
このとき発生した、粒子径が150μm以下の粒子成分量の割合を粉化率として評価した。すなわち、粉化率が低いほど、耐衝撃安定性に優れることを示す。
[評価方法9]攪拌トルク評価
本発明における「攪拌トルク評価」とは、吸水性樹脂に水又は金属石鹸の水分散体を添加した際の混合機の負荷について評価するものである。
具体的には、容量600mLのパックエース容器に吸水性樹脂50gを投入した後、該容器を、4枚攪拌羽根を有するHAAKEトルクレオメーターにセットした。回転数128rpmで攪拌させながら、所定量の水又は金属石鹸の水分散体を約10秒間で添加、混合し、このときの攪拌トルクを記録計に出力させた。水又は金属石鹸の水分散体を添加した後、2秒間隔で30秒間の攪拌トルクを読み取り、混合機の負荷を評価した。
[評価方法10]固形分
評価方法5で得られる含水率を用いて、以下の式に基づいて、固形分を求めた。
[評価方法11]水可溶分(Ext)
容量250mL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184.3gを量り取り、その水溶液中に粒子状吸水剤1.00gを加え、16時間攪拌を行い、粒子状吸水剤中の水可溶分を抽出した。この抽出液を濾紙(ADVANTEC東洋株式会社、品名:JIS P 3801、No.2、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)1枚を用いて濾過し、得られた濾液50.0gを測定用液とした。
上記測定用液を、pH10となるまで0.1NのNaOH水溶液で滴定し、次いで、pH2.7となるまで0.1NのHCl水溶液で滴定し、滴定量([NaOH]mL、[HCl]mL)を求めた。また、同様の操作を、0.90wt%塩化ナトリウム水溶液のみに対して行い、空滴定量([bNaOH]mL、[bHCl]mL)を求めた。
上記操作により得られた滴定量及びモノマーの平均分子量とから下記数8にしたがって、Ext(水可溶分)を算出した。なお、モノマーの平均分子量が未知の場合、下記数9にしたがって算出される中和率を用いて、モノマーの平均分子量を算出した。
[評価方法12]吸水速度(Vortex)
JIS K7224−1996に準拠して測定を行った。但し、試験液(0.9重量%塩化ナトリウム水溶液)の温度を30±1℃に調整し、スターラーチップの長さを40mmのものを使用した。
[評価方法13]VDAUP(加圧下垂直拡散吸水量)
吸水性樹脂に対して加える荷重を4.83kPaにし、吸水性樹脂の重量を10.000gにしたこと、及び計算式として次式を用いたこと以外は、前記AAPと同様の手法により、加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)[g]を求めた。
[評価方法14]残存モノマー量
前記[評価方法11]において得られた濾液を、UV検出器を備えた液体クロマトグラフィーで分析することで、吸水性樹脂の残存単量体量(重量ppm対吸水性樹脂)を測定した。
[評価方法15]吸収体性能評価1
後述する吸水性樹脂(又は粒子状吸水剤)を、吸収体として性能評価するために吸収体を作製し戻り量評価を行った。
(評価用の吸収体の作製方法)
後述する吸水性樹脂(又は粒子状吸水剤)2質量部と、木材粉砕パルプ2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(2[kgf/cm])で1分間プレスすることにより、坪量が約0.06[g/cm]の評価用吸収体を得た。
(戻り量評価の方法)
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、4.8kPaの荷重が吸収体に均等にかかるように調整されたピストンとおもりを置いた。このピストンとおもりは、中心部分に直径5mmの液投入口を装備しているものを使用した。次いで、生理食塩水(0.90重量%の塩化ナトリウム水溶液)25mlを該評価用吸収体の中心部に注ぎ入れ、吸液させた。30分後、さらに生理食塩水(0.90重量%の塩化ナトリウム水溶液)25mlを該評価用吸収体の中心部に注ぎ入れ、さらに30分間吸液させた。30分後、4.8kPaの荷重が吸収体に均等にかかるように調整されたピストンとおもりを取り除き、予め総重量(W11[g])を測定した外径90mmφの濾紙(トーヨー濾紙(株)製、No.2)30枚を評価用吸収体の上に、さらに外径90mmφで上記吸収体、不織布及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)を濾紙上に素早く置き、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(W12[g])測定し、以下の計算式から10分戻り量を測定した。
[評価方法16]吸収体性能評価2
(吸収体の吸収速度(コア・アクイジション)・戻り量の評価方法)
測定すべき吸収体は、下記の方法により作製した。即ち、先ず、吸収剤(又は吸水性樹脂)50重量部と、木材粉砕パルプ50重量部とを、ミキサーを用いて、超音波加湿器により10秒間加湿後、吸収剤及び木材粉砕パルプを混合した。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バッチ型空気抄造装置を用いて空気抄造することにより、120mm×400mmの大きさのウェブに成形した。さらに、このウェブを圧力2kg/cm(196.14kPa)で1分間プレスすることにより、坪量が約0.047g/cmの吸収体を得た。
一方、尿素1.9重量%、NaCl0.8重量%、CaCl0.1重量%、及び、MgSO0.1重量%の組成(残りは水)を有する水溶液、即ち、人工尿を調製した。
そして、上記の吸収体全体に、50g/cm (4.9kPa)の荷重を均一に加えると共に、該吸収体の中心部分に、直径30mm、高さ120mmの円筒を押し当て、該円筒を垂直に立てた。次いで、該円筒内に25℃の人工尿50gを素早く(一気に)注ぎ、人工尿を注ぎ始めた時点から、該人工尿が吸収体に全て吸収されるまでの時間を測定し、1回目の吸収速度(秒)とした。その後、上記測定に用いた吸収体を用いて、50分間隔で同様の測定を2回繰り返し、2回目の吸収速度(秒)、及び3回目の吸収速度(秒)を測定した。3回目の人工尿を入れた後、30分後、吸収性物品から荷重を外して、ペーパータオル(製造元:王子製紙株式会社、キッチンタオル エキストラドライ、120mm×450mmに裁断して30枚重ねたもの)を吸収性物品にのせ、その上に、50g/cm(4.9kPa)の荷重を1分間放置した。ペーパータオルの重量変化を測定することで、ペーパータオルが吸収した液量を求め、これを戻り量(g)とした。
(パルプとのブレンド性の評価方法)
パルプ50重量部を仕込んだミキサー中に、超音波加湿器で加湿しながら、吸水性樹脂(又は吸水剤)50重量部を添加していき、全量添加した後さらに1分間攪拌する。その際のパルプと吸水剤(又は吸水性樹脂)のブレンド性を以下のように評価した。
◎:ブレンド性良好(パルプから分離した吸水剤なし)
○:パルプと分離した吸水剤が若干あり
×:パルプから多くの吸水剤が分離
××: 吸水剤の凝集した塊が存在
[各実施例と本発明の吸水剤及び製造方法の関係]
下記の実施例1〜7、実施例8〜14及び[表1]〜[表4]は、本発明の吸水剤の製造方法その1,2の具体例である。かかる吸水剤の製造方法その1,2によって、本発明の第1〜第3(さらには第4)の吸水剤を得る具体例である。
下記の実施例15〜23及び[表5]〜[表7]は、本発明の吸水剤の製造方法その1,2の具体例である。かかる吸水剤の製造方法その1,2によって、本発明の第1〜第3(さらには第4)の吸水剤を得る具体例である。
上記第1〜第4の吸水剤は下記のように、例えば、上記製造方法その1〜その3を一例として得ることができるが、これら製造方法その1〜その3に限定されない。すなわち、上記第2の吸水剤は、例えば、上記吸水剤の製造方法その1で得ることができる。
上記第3の吸水剤は、例えば、吸水剤の製造方法その2で得ることができる。また、上記第1,4の吸水剤は、例えば、かかる吸水剤の製造方法その1〜3で得ることができる。
(吸水剤の製造方法その1)
本発明の粒子状吸水剤の製造方法(吸水剤の製造方法その1)は、吸水性樹脂に、金属石鹸(多価金属の有機酸塩)及び分散安定剤を含有する水分散体を混合することを特徴としている。
(吸水剤の製造方法その2)
本発明の粒子状吸水剤の製造方法(吸水剤の製造方法その2)は、吸水性樹脂に、金属石鹸(多価金属の有機酸塩)及び水を添加する工程を含み、吸水剤の含水率を5〜20重量%に調整することを特徴としている。
(吸水剤の製造方法その3)
本発明の粒子状吸水剤の製造方法(吸水剤の製造方法その3)は、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、
(a)吸水性樹脂に対し、酸基含有ラジカル重合性単量体と多価金属化合物と水とを混合する工程と、
(b)該酸基含有ラジカル重合性単量体を重合する工程と、
を含む表面処理方法によって、吸水性樹脂の表面処理を行うことを特徴としている。
[製造例1]
中和率75モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液5500g(単量体濃度35重量%)に、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8)2.8g(0.025モル%:対アクリル酸)を溶解させ反応液とした後、窒素ガス雰囲気下で30分間脱気した。
次いで、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製双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器に、上記反応液を供給し、反応液の液温を30℃に保ちながら反応器内を窒素ガス置換した。続いて、過硫酸ナトリウム2.46g及びL−アスコルビン酸0.10gを、それぞれ別個に上記反応液を攪拌させながら添加したところ、およそ1分後に重合が開始した。そして、生成した含水ゲル状架橋重合体を粉砕しながら、30℃〜90℃で重合を行い、重合が開始して60分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。
得られた含水ゲル状架橋重合体は、その径が約5mm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50メッシュ(目開き300μm)の金網上に広げ、180℃で35分間熱風乾燥し、乾燥物とした。
次いで、得られた乾燥物を、ロールミルを用いて粉砕した後、目開きが850μmと150μmのJIS標準篩で分級することにより、重量平均粒子径が360μmの不定形破砕状の吸水性樹脂粉体(a)を得た。吸水性樹脂粉体(a)の遠心分離機保持容量(CRC)は49.0[g/g]、固形分は5.1重量%であった。
得られた吸水性樹脂粉体(a)100重量部に、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル0.02重量部、プロピレングリコール1.0重量部、水3重量部からなる表面処理剤を均一に混合した後、100℃で45分間加熱処理をし、表面架橋された吸水性樹脂粒子(a)を得た。
上記加熱処理後、目開きが850μmのJIS標準篩を通過するまで吸水性樹脂粒子(a)を解砕した。次に、この粒子に上記ペイントシェーカーテストを行った。こうして、表面が架橋された吸水性樹脂粒子(A)を得た。吸水性樹脂粒子(A)の遠心分離機保持容量(CRC)は39.9[g/g]、含水率は5.2重量%であった。
[実施例1]
ステアリン酸カルシウム水分散体として、市販の水分散体(商品名;エフコディスパー C;ADEKAケミカルサプライ株式会社製;固形分50重量%、ポリオキシエチレントリデシルエーテル1〜2重量%を含む)を水で薄め、固形分6重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を得た。
製造例1で得られた吸水性樹脂粒子(A)100重量部に、上記固形分6重量%のステアリン酸カルシウム水分散体5重量部(実質添加量;ステアリン酸カルシウム0.3重量部、水4.7重量部)を撹拌しながら添加し、1分間混合した。この時の攪拌トルク評価は、添加開始30秒後の攪拌トルクが0.70[N・m]であった。添加開始後の経過時間と攪拌トルクとの関係を図1に示す。
得られた混合物を60℃で1時間硬化させた。得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して0.1重量%であった。得られた硬化物を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、粒子状吸水剤(1)を得た。
[実施例2]
固形分6重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を5重量部添加する代わりに、固形分3重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を10重量部(実質添加量;ステアリン酸カルシウム0.3重量部、水9.7重量部)添加したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(2)を得た。
添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.83[N・m]であった。また、得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して0.1重量%であった。
[製造例2]
製造例1で得られた吸水性樹脂粉体(a)100重量部に、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.015重量部、プロピレングリコール1.0重量部、水3.0重量部の混合液からなる表面処理剤を均一に混合した後、混合物を80℃で60分間加熱処理した。次に、加熱後の混合物を、目開きが850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、表面が架橋された吸水性樹脂粒子(B)を得た。吸水性樹脂粒子(B)の遠心分離機保持容量(CRC)は43.0[g/g]、含水率は5.5重量%であった。
[実施例3]
製造例2で得られた吸水性樹脂粒子(B)100重量部に、市販品(商品名;エフコディスパー C)を水で薄め作製した、固形分2重量%のステアリン酸カルシウム水分散体15重量部(実質添加量;ステアリン酸カルシウム0.3重量部、水14.7重量部)を撹拌しながら添加し、1分間混合した。添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.93[N・m]であった。得られた混合物を60℃で1時間硬化させた。得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して0.4重量%であった。得られた硬化物を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、粒子状吸水剤(3)を得た。
[実施例4]
固形分6重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を5重量部添加する代わりに、固形分10重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を3.3重量部(実質添加量;ステアリン酸カルシウム0.3重量部、水3.0重量部)を添加したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(4)を得た。
添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.69[N・m]であった。また、得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して0.1重量%であった。
[実施例5]
固形分6重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を5重量部添加する代わりに、固形分1重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を10重量部(実質添加量;ステアリン酸カルシウム0.1重量部、水9.9重量部)を添加したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(5)を得た。
添加開始30秒後の攪拌トルクは、1.22[N・m]であった。また、得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して0.3重量%であった。
[実施例6]
製造例1で得られた吸水性樹脂粒子(A)100重量部とステアリン酸亜鉛粉体(関東化学株式会社製)0.5重量部とを、レディゲミキサー(レディゲ社製、タイプ:M5R)に投入し、330rpmで15秒間攪拌して、吸水性樹脂粒子とステアリン酸亜鉛との混合物を得た。該混合物に水5重量部を撹拌しながら添加し、1分間混合した。この時の攪拌トルク評価で、添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.47[N・m]であった。得られた混合物を60℃で1時間硬化させた。得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して0.4重量%であった。得られた硬化物を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、粒子状吸水剤(6)を得た。
[実施例7]
ステアリン酸亜鉛粉体の添加量を0.1重量部、水の添加量を10重量部に変更したこと以外は、実施例6と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(7)を得た。
添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.87[N・m]であった。また、得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して4.7重量%であった。
[比較例1]
製造例1で得られた吸水性樹脂粒子(A)100重量部に、水5.0重量部を撹拌しながら添加したところ、添加開始後14秒で攪拌機が過負荷で停止した。この時の経過時間と攪拌トルクとの関係を図1に示す。
次に、得られた混合物の塊を60℃で1時間硬化させ、比較吸水剤(1)を得た。得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して9.1重量%であった。
[比較例2]
特許文献19に準じて、ステアリン酸亜鉛を用いる代わりに、親水性二酸化珪素(商品名:アエロジル200、日本アエロジル株式会社製)0.5重量部を使用したこと以外は、実施例6と同様の操作を行い、比較吸水剤(2)を得た。
水添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.56[N・m]であった。また、得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して20.4重量%であった。
[比較例3]
特許文献18に準じて、ステアリン酸亜鉛を用いる代わりに、10重量%ナトリウム明礬(和光純薬工業株式会社製)水溶液5.0重量部を使用したこと以外は、実施例6と同様の操作を行い、比較吸水剤(3)を得た。
ナトリウム明礬水溶液の添加開始後24秒で攪拌機が過負荷で停止した。また、得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して56.9重量%であった。
[比較例4]
固形分6重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を5重量部添加する代わりに、固形分0.33重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を30重量部(実質添加量;ステアリン酸カルシウム0.1重量部、水29.9重量部)を添加したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較吸水剤(4)を得た。
ステアリン酸カルシウム水分散体の添加開始後20秒で攪拌機が過負荷で停止した。また、得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して25.1重量%であった。
[製造例3]
製造例1で得られた吸水性樹脂粉体(a)100重量部に、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.03重量部、プロピレングリコール0.5重量部、1,4−ブタンジオール0.3重量部、及び水3重量部の混合液からなる表面処理剤を均一に混合した後、混合物を200℃で40分間加熱処理した。次に、この粒子に上記ペイントシェーカーテストを行った。こうして、表面が架橋された吸水性樹脂粒子(C)を得た。吸水性樹脂粒子(C)の遠心分離機保持容量(CRC)は37.4[g/g]、含水率は2.4重量%であった。
[実施例8]
吸水性樹脂粒子(A)の代わりに吸水性樹脂粒子(C)を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(8)を得た。
添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.65[N・m]であった。また、得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して0.1重量%であった。
[実施例9]
ステアリン酸カルシウム水分散体の代わりに、ステアリン酸亜鉛水分散体(市販品(商品名:エフコディスパーZD、ADEKAケミカルサプライ株式会社製、固形分42.5重量%、界面活性剤を含む)を水で薄め作製)を添加したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(9)を得た。
添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.60[N・m]であった。また、得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して0.3重量%であった。
[実施例10]
ステアリン酸亜鉛(関東化学株式会社製)20重量部とポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム(製品名:エマール20C、花王株式会社性、固形分25重量%)8重量部と水72重量部とを混合し、ステアリン酸亜鉛水分散体(a)を得た。
製造例3で得られた吸水性樹脂粒子(C)100重量部に、上記ステアリン酸亜鉛水分散体(a)5.0重量部(実質添加量;ステアリン酸亜鉛1.0重量部、水3.6重量部、分散安定剤0.1重量部)を撹拌しながら添加し、1分間混合した。添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.42[N・m]であった。得られた混合物を60℃で1時間硬化させた。得られた硬化物の、850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して0.1重量%であった。得られた硬化物を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、粒子状吸水剤(10)を得た。
[実施例11]
ステアリン酸亜鉛(関東化学株式会社製)20重量部とドデシル硫酸ナトリウム(関東化学株式会社製)2重量部と水78重量部とを混合し、ステアリン酸亜鉛水分散体(b)を得た。
ステアリン酸亜鉛水分散体として、上記ステアリン酸亜鉛水分散体(b)を用いたこと以外は、実施例10と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(11)を得た。
吸水性樹脂粒子(C)100重量部に対する実質添加量は、ステアリン酸亜鉛1.0重量部、水3.6重量部、分散安定剤0.1重量部であった。また、添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.45[N・m]であった。また、得られた硬化物の850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して0.1重量%であった。
[比較例5]
製造例2で得られた吸水性樹脂粒子(C)100重量部に、水1.4重量部を撹拌しながら添加し、1分間混合した。添加開始30秒後の攪拌トルクは、0.84[N・m]であった。得られた混合物を60℃で1時間硬化させた。得られた硬化物における、850μm以上の粒子径を有する吸水性樹脂の割合は、全吸水剤に対して2.3重量%であった。
その後、得られた硬化物を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、得られた解砕物とステアリン酸亜鉛(関東化学株式会社製)0.6重量部とをそれぞれレディゲミキサー(レディゲ社製、タイプ:M5R)に投入し、330rpmで15秒間攪拌した。こうして、比較吸水剤(5)を得た。
吸水性樹脂粒子(A)〜(C)、粒子状吸水剤(1)〜(11)、比較吸水剤(1)〜(5)の各種物性を表1に示す。すなわち、表1は本発明の吸水剤の製造法その1、2、及び、得られた本発明の第1〜第4の吸水剤と従来技術との対比を示している。
なお、表1中の各略語は下記のことを意味している。
StCa sus.:ステアリン酸カルシウム水分散体(懸濁液)
StZn :ステアリン酸亜鉛粉体
StZn sus.:ステアリン酸亜鉛水分散体(懸濁液)
[実施例12]
製造例1で得られた吸水性樹脂粒子(A)を連続式高速撹拌混合機(ホソカワミクロン株式会社製タービュライザー)に120[kg/h]で連続供給するとともに、実施例1で使用した固形分6重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を6.0[kg/h](実質添加量;吸水性樹脂粒子(A)に対して、ステアリン酸カルシウム0.3重量%、水4.7重量%)でスプレーにより噴霧し、連続的に混合した。
この連続混合を10時間行ったところ、10時間後でも混合装置のモーター負荷は一定であり、撹拌混合機の内部に付着は全く認められなかった。また、得られた混合物を60℃で30分間、パドルドライヤーにより連続的に加熱硬化した。さらに、篩い分け装置で850μm通過物を分級し、850μm非通過物は再度ロールグラニュレーターで粉砕した後、上記850μm通過物と混合することで、全量が850μm通過物である整粒された粒子状吸水剤(12)を得た。この篩い分け装置、及びロールグラニュレーターは、10時間後もモーター負荷は一定であった。
[実施例13]
固形分6重量%のステアリン酸カルシウム水分散体の代わりに、実施例3で使用した固形分2重量%のステアリン酸カルシウム水分散体を18.0[kg/h](実質添加量;吸水性樹脂粒子(A)に対して、ステアリン酸カルシウム0.3重量%、水14.7重量%)で添加したこと以外は、実施例12と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(13)を得た。
この連続混合を10時間行ったが、10時間後でも混合装置のモーター負荷は一定であり、撹拌混合機の内部に付着は全く認められなかった。また、篩い分け装置、及びロールグラニュレーターについても、10時間後もモーター負荷は一定であった。
[実施例14]
製造例1で得られた吸水性樹脂粒子(A)とステアリン酸亜鉛(関東化学株式会社製)とをそれぞれ120[kg/h]、0.6[kg/h]で連続レディゲミキサー(レディゲ社製)に投入し、連続攪拌混合した後、得られた混合物を、続けて連続式高速撹拌混合機(ホソカワミクロン株式会社製タービュライザー)に投入し、水を6.0[kg/h](実質添加量;吸水性樹脂粒子(A)に対して、水5.0重量%)でスプレーにより噴霧し、連続的に混合した。以後の工程は、実施例12と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(14)を得た。
この連続混合を10時間行ったが、10時間後でも混合装置のモーター負荷は一定であり、撹拌混合機の内部に付着は全く認められなかった。また、篩い分け装置、及びロールグラニュレーターについても、10時間後もモーター負荷は一定であった。
[比較例5]
固形分6重量%のステアリン酸カルシウム水分散体の代わりに、水を6.0[kg/h](実質添加量;吸水性樹脂粒子(A)に対して、水5.0重量%)添加したこと以外は、実施例12と同様の操作を行ったところ、水添加開始直後から混合装置のモーターの負荷が徐々に上昇し、5分後に過負荷で停止した。撹拌混合機を停止後、混合機の内部を確認したところ、混合装置の撹拌軸の周りに加湿物が多く付着しており、さらに撹拌翼と胴体との間が吸水性樹脂によって部分的に閉塞されていた。
[比較例6]
ステアリン酸亜鉛の代わりに、親水性二酸化珪素(商品名:アエロジル200、日本アエロジル株式会社製)を0.6[kg/h](実質添加量;吸水性樹脂粒子(A)に対して、0.5重量%)を添加したこと以外は、実施例14と同様の操作行い、比較吸水剤(6)を得た。
この連続混合を6時間行ったが、6時間後でも混合装置のモーター負荷は一定であり、撹拌混合機の内部に付着は全く認められなかった。しかし、篩い分け装置、及びロールグラニュレーターについては、850μm以上の吸水性樹脂粒子が多いため、徐々にモーター負荷が上昇し、6時間後にロールグラニュレーターが過負荷で停止した。
[比較例7]
固形分6重量%のステアリン酸カルシウム水分散体の代わりに、比較例3で使用した10重量%のナトリウム明礬水溶液を6.0[kg/h]で添加したこと以外は、実施例12と同様の操作を行ったところ、水添加開始直後から混合装置のモーターの負荷が徐々に上昇し、21分後にモーターが過負荷で停止した。撹拌混合機停止後、内部を確認したところ、混合装置の撹拌軸の周りに加湿物が多く付着しており、さらに撹拌翼と胴体との間で吸水性樹脂が部分的に閉塞していた。
粒子状吸水剤(12)〜(14)、比較吸水剤(6)の各種物性を表2に記す。なお、表2中の「AAP+1.8CRC」とは、「加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)+1.8×無加圧下吸水倍率(CRC)」を意味し、後述する他の表においても同義である。
すなわち、表2は、本発明の吸水剤の製造法その1、その2によって得られた本発明の第1の吸水剤と従来技術の対比を示す。
(表1、表2、図1のまとめ)
表1に示すように、吸水性樹脂(A)又は(B)に、金属石鹸及び水を添加して、含水率5〜15重量%に調整した粒子状吸水剤(1)〜(11)は、加圧下吸水倍率(AAP)、吸湿時の流動性(吸湿ブロッキング率)、粉化率(耐衝撃安定性)に優れ、且つ水添加時の混合機負荷(攪拌トルク)が低く、水添加時に850μm以上の粗大粒子ができにくいことがわかる。
また、図1の実施例1、比較例1、3、4に示すように、水添加時の混合機負荷が実施例1では時間が経過してもほとんど変化しないのに対して、比較例1、3、4では時間の経過とともに混合機負荷が著しく増加することがわかる。
さらに、実施例12〜14で示すように、水添加時の混合機負荷(攪拌トルク)が低く、水添加時に850μm以上の粗大粒子が少ない吸水剤(12)〜(14)は、長時間の連続運転でも安定的且つ効率的に吸水剤を製造できる。
特許文献17に準じて、吸水性樹脂粒子(A)に親水性二酸化珪素を混合した比較吸水剤(2)は加圧下吸水倍率(AAP)が大きく(約4〜5g/g)低下し、さらに、比較例6で示すように目的の粒子径の吸水剤を得るためには、水添加時に大量に生成する850μm以上の粗大粒子を粉砕する必要があり、その結果、粉砕機の負荷が高いために連続運転性に乏しく、粉砕することにより加圧下吸水倍率(AAP)はさらに低下する。
また、特許文献16に準じて、吸水性樹脂粒子(A)にナトリウム明礬水溶液を混合した比較吸水剤(3)も同様に、加圧下吸水倍率(AAP)が大きく(約4〜5g/g)低下することに加え、混合時の機械的負荷が高いため、連続運転性に乏しい。
特許文献14〜17と異なり、本発明では、高い加圧下吸水倍率(AAP)で、耐衝撃安定性に優れる吸水剤であって、水添加時の混合機負荷・整粒負荷が低く、長時間の連続生産が可能な吸水剤を提供することが確認された。
(吸収体評価結果)
実施例1、実施例3、実施例10、比較例1、比較例4及び比較例5で得られた吸水剤それぞれについて、パルプとのブレンド性の評価、吸収体の戻り量の評価、吸収体の吸収速度(コア・アクイジション)の測定を行った。これら測定あるいは評価の方法は、前述した評価方法15に記載の吸収体性能評価2に従って測定した。結果を表3に示す。
表3に記載された結果から明らかなように、実施例1、3、10の吸水剤のように、請求項1の要件を満たすことにより、比較例1、4、5の吸水剤と比較して、耐衝撃安定性、パルプとの混合性を向上させることができ、吸収体の戻り量、及び、吸収速度を向上させることができることが確認された。
[製造例4]
断熱材である発泡スチロールで覆われた、内径80mm、容量1リットルのポリプロピレン製容器に、アクリル酸257.6g、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)0.84g(0.045モル%:対アクリル酸)、及び、1.0質量%ジエチレントリアミン5酢酸・5ナトリウム水溶液1.58gを混合した溶液(A)と、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液215.2gと50℃に調温したイオン交換水210.4gとを混合した溶液(B)とを、マグネチィックスターラーで攪拌しながら溶液(A)に溶液(B)を開放系で素早く加えて混合した。これによって、中和熱と溶解熱で液温が約102℃まで上昇した単量体水溶液が得られた。
得られた単量体水溶液が95℃になるまで待って、3質量%の過硫酸ナトリウム水溶液14.30gを加え、数秒攪拌した後に、ホットプレート(NEO HOTPLATE H1−1000、(株)井内盛栄堂製)により表面温度が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た。
単量体水溶液をバットに注いで間もなく重合が開始した。水蒸気を発生して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、含水重合体を取り出した。
得られた含水重合体を、ダイス径9.5mmのミートチョッパー(ROYAL MEAT CHOPPER VR400K、飯塚工業株式会社製)により粉砕し、細分化された含水重合体を得た。このときゲル投入量は約340g/min、ゲル投入と並行して脱イオン水を48g/minで添加しながら解砕を行った。解砕後のゲルの不揮発分量は50〜55質量%であった。
この細分化された含水ゲル状架橋重合体を50メッシュの金網上に広げ、180℃で35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、質量平均粒子径360μmの不定形破砕状の吸水性樹脂(D)を得た。吸水性樹脂(D)の遠心分離機保持容量(CRC)は36.0g/g、水可溶分は12.0質量%であった。
得られた吸水性樹脂(D)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、純水3.0質量部の混合液からなる表面処理剤を均一に混合した後、混合物を200℃で30分間加熱処理した。さらに、その粒子を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、この粒子に前記ペイントシェーカーテスト1を行った。こうして、表面が架橋された吸水性樹脂粒子(D)を得た。
[実施例15]
20質量部のステアリン酸亜鉛(関東化学株式会社製)と8質量部のポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム(製品名:エマール20C、花王株式会社性、固形分25質量%)と72質量部の水とを混合し、ステアリン酸亜鉛水分散体を得た。
吸水性樹脂粒子(D)100質量部に上記ステアリン酸亜鉛水分散体5.0質量部を撹拌下均一に混合し、60℃で1時間乾燥させた。得られた乾燥物を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、吸水剤(15)を得た。
[実施例16]
20質量部のステアリン酸亜鉛(関東化学株式会社製)と2質量部のドデシル硫酸ナトリウム(関東化学株式会社製)と78質量部の水とを混合し、ステアリン酸亜鉛水分散体を得た。
吸水性樹脂粒子(D)100質量部に上記ステアリン酸亜鉛水分散体5.0質量部を撹拌下均一に混合し、60℃で1時間乾燥させた。得られた乾燥物を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、吸水剤(16)を得た。
[比較例8]
特許文献9に準じて、吸水性樹脂粒子(D)100質量部と、0.6質量部のステアリン酸亜鉛(関東化学株式会社製)とをそれぞれレディゲミキサー(レディゲ社製、タイプ:M5R)に投入し、330rpmで15秒間攪拌した。こうして、比較吸水剤(8)を得た。
[比較例9]
特許文献9に準じて、吸水性樹脂粒子(D)100質量部と、1.0質量部のステアリン酸亜鉛(関東化学株式会社製)とをそれぞれレディゲミキサー(レディゲ社製、タイプ:M5R)に投入し、330rpmで15秒間攪拌した。こうして、比較吸水剤(9)を得た。
[比較例10]
吸水性樹脂粒子(D)100質量部に水1.4質量部を撹拌下均一に混合し、60℃で1時間乾燥させた。得られた乾燥物を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、得られた解砕物とステアリン酸亜鉛(関東化学株式会社製)0.6質量部とをそれぞれレディゲミキサー(レディゲ社製、タイプ:M5R)に投入し、330rpmで15秒間攪拌した。こうして、比較吸水剤(10)を得た。
[比較例11]
特許文献1〜4に準じて、ステアリン酸亜鉛を用いる代わりに、親水性二酸化珪素(商品名:アエロジル200、日本アエロジル株式会社製)を0.5質量部使用したこと以外は、比較例8と同様の操作を行い、比較吸水剤(11)を得た。
[比較例12]
特許文献1〜4に準じて、ステアリン酸亜鉛を用いる代わりに、親水性二酸化珪素(商品名:アエロジル200、日本アエロジル株式会社製)を1.0質量部使用したこと以外は、比較例8と同様の操作を行い、比較吸水剤(12)を得た。
吸水性樹脂粒子(D)、吸水剤(15)及び(16)、比較吸水剤(8)〜(12)の各種物性を表4に記す。すなわち、表4は、本発明の吸水剤の製造法その1、その2、及び、得られた本発明の第1〜第4の吸水剤と従来技術との対比を示す。
(まとめ)
表4に示すように、吸水性樹脂粒子(D)に、金属石鹸及び分散安定剤を含有する水分散体を混合した吸水剤(15)及び(16)は、加圧下吸水倍率(AAP)、吸湿時の流動性(耐ブロッキング)に優れ、且つ優れた吸水速度(Vortex)を有していることがわかる。
特許文献9に準じて、吸水性樹脂粒子(D)に金属石鹸を混合した比較吸水剤(8)、(9)は吸水速度(Vortex)が大きく(約10秒)低下する。また、金属石鹸と水とを別々に混合した比較吸水剤(10)も同様に吸水速度(Vortex)が大きく(約10秒)低下する。
また、特許文献1〜4に準じて、吸水性樹脂粒子(D)に親水性二酸化珪素を混合した比較吸水剤(11)及び(12)は加圧下吸水倍率(AAP)が大きく(約4〜5g/g)低下する。特許文献14〜16と異なり、本発明では、高い加圧下吸水倍率(AAP)や吸水速度(Vortex)で、所定量の水分(好ましくは0.01〜20重量%以下)を有する吸水剤を提供することができる。
上記は吸水剤の製造方法その1、その2の実施例1〜14であるが、以下、吸水剤の製造方法その3の具体例を実施例15〜22で示す。
(吸水剤の製造方法その3)
本発明の粒子状吸水剤の製造方法(吸水剤の製造方法その3)は、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、
(a)吸水性樹脂に対し、酸基含有ラジカル重合性単量体と多価金属化合物と水とを混合する工程と、
(b)該酸基含有ラジカル重合性単量体を重合する工程と、
を含む表面処理方法によって、吸水性樹脂の表面処理を行うことを特徴としている。
[製造例5]
2本のシグマ型ブレードを備えたニーダーに、アクリル酸ナトリウム、アクリル酸、及び水からなるアクリル酸塩系単量体水溶液(単量体濃度:38重量%、中和率:75モル%)を調製し、内部架橋剤としてのポリエチレングリコールジアクリレート(平均エチレンオキサイドユニット数:n=9)を前記単量体に対して0.023モル%となるように溶解させた。
次に、この水溶液に窒素ガスを吹き込むことで、水溶液中の酸素濃度を低減させるとともに、反応容器内全体を窒素置換した。続いて、2本のシグマ型ブレードを回転させながら、重合開始剤として、0.05モル%(対単量体)の過硫酸ナトリウム及び0.0006モル%(対単量体)のL−アスコルビン酸を添加し、ニーダー内で攪拌重合を行い、40分後に、平均粒子径2mmの含水ゲル状重合体を得た。
得られた含水ゲル状重合体を170℃に設定した熱風乾燥機中で45分間乾燥させた後、乾燥物をロールミル粉砕機で粉砕し、目開き500μmの篩で分級して、粒径が500μmよりも大きい粒子を除去し、さらには目開き125μmの篩で分級して、粒径が125μmよりも小さい粒子を除去することにより、ベースポリマーとしての吸水性樹脂(E)を得た。
得られたベースポリマーとしての吸水性樹脂(E)の粒度分布を表5に示す。また、得られたベースポリマーとしての吸水性樹脂(E)の各種評価結果を表6に示す。
[製造例6]
分級による小さい粒子を除去する工程を除いたこと以外は製造例5と同様にして、ベースポリマーとしての吸水性樹脂(F)を得た。
得られたベースポリマーとしての吸水性樹脂(F)の粒度分布を表5に示す。また、得られたベースポリマーとしての吸水性樹脂(F)の各種評価結果を表7に示す。
[製造例7]
大きい粒子を除去する篩を目開き850μmの篩に、また、小さい粒子を除去する篩を180μmの篩に変更したこと以外は製造例5と同様にして、ベースポリマーとしての吸水性樹脂(G)を得た。得られたベースポリマーとしての吸水性樹脂(G)の粒度分布を表5に示す。また、得られたベースポリマーとしての吸水性樹脂(G)の各種評価結果を表7に示す。なお、粒子形状は全て不定形破砕状であった。
なお、表5中、(Aμm以上)は分級操作後に目開きAμmの篩の上に残存した粒子状吸水性樹脂を示す。(Bμm以下)は分級操作後に目開きBμmの篩を通過した粒子状吸水性樹脂を示す。(C〜Dμm)は分級操作後に目開きCμmの篩を通過し、目開きDμmの篩の上に残存した粒子状吸水性樹脂を示す。
[実施例17]
ベースポリマーとしての吸水性樹脂(E)30gを500mLの石英製セパラブルフラスコに加え、撹拌羽根で撹拌下、グリセリンジメタクリレート(新中村化学工業株式会社製、NKエステル701)0.033g、アクリル酸0.90g、水2.10g、イルガキュア(登録商標)2959(チバ・スペシャルティケミカルズ株式会社製)0.003g、及び硫酸アルミニウム14〜18水和物0.09gを予め混合した処理液を加えた。10分間撹拌を続けた後、メタルハライドランプ(ウシオ電機製、UVL−1500M2−N1)を取り付けた紫外線照射装置(同、UV−152/1MNSC3−AA06)を用いて、照射強度65[mW/cm](石英製セパラブルフラスコの壁面のUVランプに最も近い位置で、ウシオ電機製紫外線積算光量計UIT−150、受光部UVD−S254を用いて測定)で合計1.5分間室温下において紫外線を照射し、粒子状吸水剤(17)として、表面処理された吸水性樹脂を得た。
得られた粒子状吸水剤(17)の各種評価結果を表6に示す。なお、本実施例及び本実施例以降の実施例、比較例の吸収体評価は、前記評価方法15における吸収体性能評価1に従って測定した。
[実施例18]
アクリル酸の使用量を1.20gとしたこと以外は実施例17と同様にして、粒子状吸水剤(18)として、表面処理された吸水性樹脂を得た。得られた粒子状吸水剤(18)の各種評価結果を表6に示す。また、粒子状吸水剤(18)の吸収体性能評価結果を表8に示す。
[実施例19]
アクリル酸の使用量を1.50gとしたこと以外は実施例17と同様にして、粒子状吸水剤(19)として、表面処理された吸水性樹脂を得た。得られた粒子状吸水剤(19)の各種評価結果を表6に示す。
[実施例20]
硫酸アルミニウム14〜18水和物の使用量を0.15gとしたこと以外は実施例17と同様にして、粒子状吸水剤(20)として、表面処理された吸水性樹脂を得た。得られた粒子状吸水剤(20)の各種評価結果を表6に示す。
[実施例21]
ベースポリマーとしての吸水性樹脂(F)30gを使用し、処理液中の硫酸アルミニウム14〜18水和物の使用量を0.30gとしたこと以外は実施例18と同様にして、粒子状吸水剤(21)として、表面処理された吸水性樹脂を得た。得られた粒子状吸水剤(21)の各種評価結果を表7に示す。
[実施例22]
処理剤中の水の使用量を4.20gとしたこと以外は実施例21と同様にして、粒子状吸水剤(22)として、表面処理された吸水性樹脂を得た。得られた粒子状吸水剤(22)の各種評価結果を表7に示す。
[実施例23]
ベースポリマーとしての吸水性樹脂(C)30gを使用したこと以外は実施例18と同様にして、粒子状吸水剤(23)として、表面処理された吸水性樹脂を得た。得られた粒子状吸水剤(23)の各種評価結果を表7に示す。
[比較例13]
処理液から硫酸アルミニウム14〜18水和物を除いたこと以外は実施例17と同様にして、比較吸水剤(13)を得た。得られた比較吸水剤(13)の各種評価結果を表6に示す。
[比較例14]
処理液中の硫酸アルミニウム14〜18水和物の代わりにポリエチレングリコールモノメチルエーテル(Aldrich製、CH(OCHCHOH、数平均分子量Mn:2000)を用いたこと以外は実施例17と同様にして、比較吸水剤(14)を得た。得られた比較吸水剤(14)の各種評価結果を表6に示す。
[比較例15]
アクリル酸の使用量を1.20gとしたこと以外は比較例14と同様にして、比較吸水剤(15)を得た。得られた比較吸水剤(15)の各種評価結果を表6に示す。また、比較吸水剤(15)の吸収体性能評価結果を表8に示す。
[比較例16]
比較例13で得られた比較吸水剤(13)30gに、硫酸アルミニウム14〜18水和物の50重量%水溶液と60重量%乳酸ナトリウム水溶液とを重量比10対3の割合で混合した溶液0.39gを添加することで、比較吸水剤(16)を得た。得られた比較吸水剤(16)の各種評価結果を表6に示す。
[比較例17]
ベースポリマーとして吸水性樹脂(F)30gを使用したこと以外は比較例15と同様にして、比較吸水剤(17)を得た。得られた比較吸水剤(17)の各種評価結果を表7に示す。
[比較例18]
処理剤中の水の使用量を4.20gとしたこと以外は比較例17と同様にして、比較吸水剤(18)を得た。得られた比較吸水剤(18)の各種評価結果を表7に示す。
なお、表6〜8に示す各吸水剤の粒子形状は全て不定形破砕状であった。
なお、表6及び表7中、各略語は以下のことを意味する。
701 :NKエステル701(新中村化学株式会社製、グリセリンジメタクリレート)
AA :アクリル酸
W :純水
イルガキュア:イルガキュア2959(チバ・スペシャルティケミカルズ株式会社製)
ASH :硫酸アルミニウム14〜18水和物
PEGOMe:ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(Aldrich製、CH(OCHCHOH、数平均分子量Mn:2000)
Res.M :残存モノマー量
本発明に係る吸水剤の製造方法は、高物性の吸水性樹脂を主成分とする吸水剤の製造に適しており、本発明の吸水剤は、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。
100 プラスチックの支持円筒
101 ステンレス製400メッシュの金網
102 膨潤ゲル
103 ピストン
104 荷重(おもり)
105 ペトリ皿
106 ガラスフィルター
107 濾紙
108 0.90重量%塩化ナトリウム水溶液

Claims (7)

  1. 表面処理されたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、水溶性多価金属塩を含み、下記(2)、(4)及び(5)の要件を満たす粒子状吸水剤。
    (2)無加圧下吸水倍率(CRC)が28(g/g)以上であり、加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)が10(g/g)以上
    (4)含水率が5〜20重量%
    (5)加圧下垂直拡散吸水量(VDAUP)が15g以上
  2. 上記水溶性多価金属塩が水溶性アルミニウム塩である、請求項1に記載の粒子状吸水剤。
  3. 残存モノマー量が500ppm以下である、請求項1又は2に記載の粒子状吸水剤。
  4. 粉末の形状が不定形破砕状である、請求項1〜3の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  5. さらに、(1)粒子状吸水剤に対する水溶性多価金属塩の量が0.001〜5重量%である、請求項1〜4の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  6. さらに、(3)加圧下吸水倍率及び無加圧下吸水倍率が、77≦加圧下吸水倍率(AAP4.83kPa)+1.8×無加圧下吸水倍率(CRC)≦100である、請求項1〜5の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載の粒子状吸水剤を含む、吸収物品。
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