JP6340348B2 - 内部構造が改善された吸水性樹脂の製造方法 - Google Patents

内部構造が改善された吸水性樹脂の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、内部構造が改善された吸水性樹脂、およびその製造方法に関するものであり、詳細には、紙おむつや生理ナプキン、いわゆる失禁パッド等の衛生材料などに好適に用いることができる吸水性樹脂および吸水体、並びに吸水性樹脂の製造方法に関するものである。
従来、紙おむつ、生理用ナプキン、失禁パッド等の衛生材料に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構成材料とする吸水体が幅広く利用されている。この吸水体は、紙おむつ、生理用ナプキン、失禁パッド等の衛生材料に体液を吸収させるために用いられる。
近年、これら衛生材料には利便性向上のため薄型化が要求されている。そのため、吸水体において、かさ比重の小さい親水性繊維の比率を低くし、吸水性に優れ、かつ、かさ比重の大きい吸水性樹脂の比率を高めている。これによって、吸水体中における吸水性樹脂の使用量を高め吸水量などの物性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、親水性繊維の比率を低下させたとしても必要最低限の量は必要であるため、さらに衛生材料を薄型化するためには、吸水性樹脂の物性を向上させる必要がある。吸水性樹脂の物性としては、例えば、遠心分離機保持容量、食塩水流れ誘導性、加圧下での吸収力、固定された高さ吸収、質量平均粒子径、水可溶分量などの物性があり、実際に使用する上で、吸水性樹脂はそれらの物性を兼ね備えていることが要求される。
これらの諸物性を向上させる方法としては、4種類の方法がある。1つ目は吸水性樹脂の内部構造の改善によるもの、2つ目は表面架橋処理の改善によるもの、3つ目は通液性向上剤などの添加剤によるもの、4つ目は粒子形状や粒度分布の調整によるものである。
本発明は、これらの中でも1つ目に挙げた吸水性樹脂の内部構造の改善を目的とした。その理由としては、内部構造の改善によって、それ単体の効果だけでなく、表面架橋処理の改善効果や添加剤の効果までもが、相乗効果によって大きくなるためである。
内部構造の改善を目的とした技術としては、例えば、特許文献1には、特定の粒度分布、特定のCRCs、特定のAAPs、そして特定の化学架橋指数(または加圧下化学架橋指数)を有する吸水性樹脂が開示されている。また、特定の重合方法により得られた高度に架橋されてかつ、保持容量が高く、ゲル層膨潤圧が35.0kdyne/cm以上である吸水性樹脂を、さらに特定の粒度分布(850μm未満で106μm以上の粒子が全体の95重量%以上、粒度分布の対数標準偏差fが0.25〜0.45)に制御した後、表面架橋を行い、液透過性向上剤を混合する製法が開示されている。この技術は、化学架橋点を相対的に増やすことで、ゲル強度を向上させる技術である。
また、特許文献2には、アルカリ金属シリケートを含水ゲルの乾燥前に添加する方法が開示されている。
また、特許文献3には、2種の架橋剤を併用する方法が開示されている。
また、特許文献4には、部分的に中和されたモノエチレン性不飽和の、酸基含有モノマー、任意的である該モノマーと共重合可能な他のモノマー、及びグラフトベースとして適する任意的であるポリマーからなる、水性液体用超吸収性架橋重合物が開示されている。
本発明とは課題が異なる類似技術として、重合後の含水ゲルに過硫酸塩などの添加剤を混合する技術がある。これらは、吸水性樹脂の残存モノマーの低減を課題としており、本発明とは技術思想が異なるものである。これらの技術では、残存モノマーの低減は達成されているものの、添加剤量が異なるなどの理由で吸水性樹脂の内部構造の改善まではなされていなかった。これらの技術の例を挙げると、例えば、特許文献5には、含水ゲルに重合開始剤や還元剤と共に吸水性樹脂の微粒子を混合する方法が開示されている。また、特許文献6には、含水ゲルの細分化時に過硫酸塩などの重合開始剤と共に吸水性樹脂の微粒子を混合する方法が開示されている。また、特許文献7には、含水ゲルに過硫酸塩を混合する方法が開示されている。また、特許文献8には、微粒子を造粒する際に過硫酸塩を混合する方法が開示されている。
国際公開第2005/27986号パンフレット 欧州特許第1137678B1号 米国特許出願公開第2004/0014901号明細書 国際公開第97/019116号パンフレット 特開平05−43610号公報 特開2001−79829号公報 欧州特許第1358224B1号 欧州特許第1690887A号
しかしながら、上記従来の技術では、吸水性樹脂の諸物性を満足した吸水性樹脂を提供することができないという問題点を有する。
具体的には、吸水性樹脂を実際に使用する上で、遠心分離機保持容量、食塩水流れ誘導性、加圧下での吸収力、固定された高さ吸収、質量平均粒子径、液拡散性などの物性を良好な値にて兼ね備えていることが吸水性樹脂に要求されるものの、従来の技術ではこれらの物性を十分満たすには至っていない。その一要因として、吸水性樹脂において重要な物性である遠心分離機保持容量と食塩水流れ誘導性とは、一方の物性が向上すれば他方の物性が低下する関係にあり、これらの物性を両立させ難いことが挙げられる。
また、添加剤を用いた重合方法や内部架橋剤の変更はそれらによって、吸水性樹脂の物性を向上できるが、本質的な吸水性樹脂の構造として最適であるかは別の問題である。最適な吸水性樹脂の構造を達成することで、根本的な諸物性の向上が達成でき、さらに従来技術との組み合わせによって、相乗効果も期待することができるのである。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は吸水性樹脂の内部構造を改善することで、根本的な性能を向上させることで、高い諸物性を兼ね備えた吸水性樹脂、並びに吸水性樹脂の製造方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、液の取り込み速度に優れる吸水体を提供することにある。
本発明の吸水性樹脂の製造方法は、上記課題を解決するために、内部架橋構造を有し、水溶性不飽和単量体を重合して得られる吸水性樹脂の製造方法であって、水溶性不飽和単量体を重合する工程である重合工程と、以下の式で表される熱分解性ラジカル開始剤含有指数が40〜100である含水ゲルを、100〜250℃で乾燥する工程を含む吸水性樹脂の製造方法である。
熱分解性ラジカル開始剤含有指数 = (Ci/Mi)/(Cm/Mm)×105
ここで、Ci、Mi、Cm、Mmは以下のとおりである。
Ci:乾燥工程直前の含水ゲルを5%塩化ナトリウム水溶液中で1時間攪拌することによって抽出される熱分解性ラジカル開始剤量(質量%)
Mi:抽出された熱分解性ラジカル開始剤のモル平均分子量(g/mol)
Cm:含水ゲルを180℃で8時間乾燥することによって求められる含水ゲルの固形分量(質量%)
Mm:重合されたモノマーのモル平均分子量(g/mol)
含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤含有指数をこの範囲に調整し、特定温度で乾燥することで、吸水性樹脂の内部構造が改善される。この理由としては、おそらく乾燥時にゲル中に含まれる特定量の熱分解性ラジカル開始剤が、吸水性樹脂中のポリマー鎖に作用することで、吸水性樹脂の内部構造が改善され、ゲル強度や前記の諸物性が改善されたと考えられる。
また、本発明の吸水性樹脂の製造方法は、上記水溶性不飽和単量体は、内部架橋剤を0.06〜5mol%含むことが好ましい。
特定の範囲の架橋剤量を用いて重合を行い、前記の熱分解性ラジカル開始剤含有指数の範囲の含水ゲルを、特定の温度範囲で乾燥することで、吸水性樹脂の内部構造が改善される。この理由としては、おそらく乾燥時にゲル中に含まれる特定量の熱分解性ラジカル開始剤が、吸水性樹脂中のポリマー鎖に作用することで、吸水性樹脂の内部構造が改善され、ゲル強度や前記の諸物性が改善されたと考えられる。
本発明の吸水性樹脂は、上記課題を解決するために、内部架橋構造を有し、水溶性不飽和単量体を重合して得られる吸水性樹脂であって、下記処理後の、重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)が7.3(dL/g)以下の吸水性樹脂である。上記処理とは、該吸水性樹脂50mgを10gの0.1mol/lの水酸化ナトリウム水溶液中で、80℃条件下3週間静置するという処理である。また、重量平均分子量(Mw)および固有粘度(IV)は、当該処理をした後、測定されるものである。
内部構造が改善された吸水性樹脂の特徴として、溶解後のポリマーの、特定の分子量領域の固有粘度が低下する。この理由としては、おそらく乾燥時にゲル中に含まれる特定量の熱分解性ラジカル開始剤が、吸水性樹脂中のポリマー鎖に作用することで、吸水性樹脂の内部構造が改善され、その結果、特定の分子量領域の固有粘度が低下する。このような特徴を持った吸水性樹脂とすることで、ゲル強度や前記の諸物性に優れた吸水性樹脂を提供できる。
本発明の吸水性樹脂は、上記課題を解決するために、アクリル酸および/またはその塩を90mol%含む水溶性不飽和単量体を主鎖の繰り返し単位とし、内部架橋構造を有する吸水性樹脂であって、下記に記載の加水分解条件2での処理後の重量平均分子量(Mw)が36万〜100万(daltons)であって、かつ下記に記載の加水分解条件2での処理後の固有粘度(IV)が2.1〜6.0(dL/g)である吸水性樹脂である。
加水分解条件2での処理とは、該吸水性樹脂20mgを10gの0.1mol/lの水酸化ナトリウム水溶液中で、80℃条件下3週間静置するという処理である。また、重量平均分子量(Mw)および固有粘度(IV)は、当該処理をした後、測定されるものである。
上記加水分解条件2での処理後の重量平均分子量(Mw)および固有粘度(IV)を上記範囲とすることにより、より内部構造が改善された吸水性樹脂を得ることができる。
本発明によれば、内部構造が改善された吸水性樹脂とその製法を提供できる。また、好ましくは本発明によれば、吸水性樹脂の吸収容量を示す遠心分離機保持容量(CRC)および/または通液性を示す食塩水流れ誘導性(SFC)に優れる吸水性樹脂を得ることで、吸水体への液の取り込み速度に優れる吸水性樹脂とその製法を提供できる。また、好ましくは本発明によれば、4.83kPaの圧力に対する吸収力(AAP)に優れる吸水性樹脂を得ることで、吸水体に圧力が加わった際の液の戻り(通称リウェット:Re−Wetといわれる)が少ない吸水性樹脂とその製法を提供できる。
また、本発明によれば、吸水体に使用した際、液の取り込み速度に優れる吸水性樹脂を提供することができる。
また、本発明によれば、加水分解後の重量平均分子量(Mw)が大きいため、実使用時に多少の加水分解が起こっても高い吸水性能を維持できる吸水性樹脂を提供することができる。
本実施例に係るSFCの測定装置を示す概略図である。 本実施例に係る実施例で得られた吸水性樹脂と、比較例で得られた比較吸水性樹脂のCRC−SFCの関係をプロットしたものである。 AAPの測定に用いる測定装置を示す概略図である。
以下、本発明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。また、本発明では重量および質量、重量%および質量%は同様の意味であり、文中での使用は質量および質量%に統一する。
<略号>
まず、以下で使用する略語について定義する。
CRC(Centiruge Retension Capacity)は遠心分離機保持容量
SFC(Saline Flow Conductivty)は食塩水流れ誘導性
AAP(Absorbency against Presuure)は4.83kPaの圧力に対する加圧下吸収力
FHA(Fixed Height Absorbency)は固定された高さ吸収
LDV(Liquid Distribution Velocity)は液拡散速度
D50(Distribution)は質量平均粒子径
σζは粒度分布の対数標準偏差
食塩水は塩化ナトリウム水溶液(0.9%ないし0.69%)
1ppmは0.0001質量%
本発明の一実施形態について以下に説明する。
<重合>
本発明の吸水性樹脂は、内部架橋構造を有し、水溶性不飽和単量体(以下、単量体とも言う)を重合して得られる吸水性樹脂である。本実施の形態で用いられる吸水性樹脂は水溶性不飽和単量体を重合して得ることができる水不溶性水膨潤性ヒドロゲル形成性重合体(以下、吸水性樹脂とも言う)である。なお、本発明では吸水性樹脂を主成分(50〜100重量%)、さらには70〜100%、特に90〜100%として樹脂、特に樹脂粒子に一体化されている限り、少量の添加剤や第3成分を含むものも吸水性樹脂と呼ぶ。また、水不溶性とは水溶性重合体である水可溶分(以下、水可溶成分とも言う。)量が必須に0〜50%以下、さらには25%以下、特に15%以下のものをさす。
水可溶成分とは、吸水性樹脂に含まれる水に可溶な成分のことである。水可溶成分は、例えば、後述の<水可溶分(水可溶成分)量>に記載されている測定方法によって定量することができる。
前記吸水性樹脂に含まれる水に可溶な成分とは、例えば、吸水性樹脂を水中(食塩水中、好ましくは0.9質量%食塩水中)で16時間攪拌し、その水中に溶出されるポリマー成分のことである。
水不溶性水膨潤性ヒドロゲル形成性重合体の具体例としては、部分中和架橋ポリアクリル酸重合体(米国特許第4625001号明細書、米国特許第4654039号明細書、米国特許第5250640号明細書、米国特許第5275773号明細書、欧州特許第456136号明細書等)、架橋されて部分的に中和された澱粉−アクリル酸グラフトポリマー(米国特許第4076663号明細書)、イソブチレン−マレイン酸共重合体(米国特許第4389513号明細書)、酢酸ビニル−アクリル酸共重合体のケン化物(米国特許第4124748号明細書)、アクリルアミド(共)重合体の加水分解物(米国特許第3959569号明細書)、アクリロニトリル重合体の加水分解物(米国特許第3935099号明細書)等が挙げられる。
本実施の形態に係る吸水性樹脂は、アクリル酸および/またはその塩を含む単量体を重合して得られるポリアクリル酸(塩)系架橋重合体からなる吸水性樹脂であることが好ましい。本実施の形態においてポリアクリル酸(塩)系架橋重合体とは、アクリル酸および/またはその塩を50モル%以上、好ましくは70モル%以上、より好ましくは90モル%以上含む単量体を重合して得られる架橋重合体である。
また、架橋重合体中の酸基は、その50モル%以上90モル%以下が中和されていることが好ましく、60モル%以上80モル%が中和されていることがより好ましい。ポリアクリル酸塩としてはナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩などを例示することができる。好ましくはナトリウム塩である。塩を形成させるための中和は重合前に単量体の状態で行っても良いし、あるいは重合途中や重合後に重合体の状態で行っても良いし、それらを併用してもよい。
本実施の形態に係る吸水性樹脂として好ましく用いることができるポリアクリル酸(塩)系架橋重合体としては、主成分として用いられる単量体(アクリル酸および/またはその塩)に併用して、必要により他の単量体を共重合させたものであってもよい。他の単量体の具体例としては、メタアクリル酸、マレイン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、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などのアニオン性不飽和単量体およびその塩;アクリルアミド、メタアクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−n−プロピル(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、2−ヒドロキシプロピル(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モノ(メタ)アクリレート、ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、N−アクリロイルピペリジン、N−アクリロイルピロリジン、N−ビニルアセトアミドなどのノニオン性の親水基含有不飽和単量体;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−ジメ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)アクリルアミドおよびそれらの四級塩などのカチオン性不飽和単量体などを挙げることができる。これらアクリル酸および/またはその塩以外の単量体の使用量は、全単量体中0モル%以上30モル%以下であることが好ましく、より好ましくは0モル%以上10モル%以下である。
本実施の形態で用いられる吸水性樹脂は、内部架橋構造を有する架橋重合体である。上記吸水性樹脂に内部架橋構造を導入する方法として、架橋剤を使用しない自己架橋によって導入する方法、1分子中に2個以上の重合性不飽和基および/または2個以上の反応性基を有する内部架橋剤を共重合または反応させて導入する方法等を例示することができる。好ましくは、内部架橋剤を共重合または反応させて導入する方法である。
これらの内部架橋剤の具体例としては、例えば、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、トリメチロールプロパンジ(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テトラ(メタ)アクリレート、ジ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、1,4−ブタンジオール、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などの多価アルコール類;エチレンジアミン、ポリエチレンイミン、グリシジル(メタ)アクリレートなどを挙げることができる。
これらの内部架橋剤は1種のみを用いてもよいし、2種以上を使用してもよい。中でも、得られる吸水性樹脂の吸水特性などから、好ましくは、2個以上の重合性不飽和基を有する内部架橋剤、さらに好ましくは(メタ)アクリレート基、アリル基、(メタ)アクリルアミド基を合計2個以上有する内部架橋剤、特に好ましくは(メタ)アクリレート基を有する内部架橋剤が用いられる。これらの架橋剤は好ましくは水溶性(溶解度0.1g以上、さらには1g以上/25℃の水100g)であり、さらには、(EO)構造単位、特に2−100のEOを有する。
本発明では、吸水性樹脂の内部構造を改善するために、重合工程前の全単量体に対して0.06〜5モル%の内部架橋剤が使用される。0.06モル%以下の使用量では、乾燥時に熱分解性ラジカル開始剤が作用した際、未架橋のポリマーが多量に発生し、水可溶分量の上昇およびゲル強度の低下が引き起こされる可能性があるためである。
内部架橋剤のより好ましい使用量としては0.07〜3モル%、さらに好ましい使用量としては0.08〜1モル%、最も好ましくは0.09〜0.5モル%である。
重合工程に際しては、澱粉−セルロース、澱粉−セルロースの誘導体、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸(塩)、ポリアクリル酸(塩)架橋体等の親水性高分子を例えば0〜30重量%(対単量体)や、次亜リン酸(塩)等の連鎖移動剤を例えば0〜1重量%(対単量体)を添加してもよい。
また、上記したアクリル酸および/またはその塩を主成分とする単量体を重合する工程である重合工程では、バルク重合、逆相懸濁重合、または沈澱重合を行うことも可能であるが、性能面や重合の制御の容易さから、単量体の水溶液または水分散液を用いて水溶液重合を行うことが好ましい。かかる重合方法は、例えば、米国特許第4625001号明細書、米国特許第4769427号明細書、米国特許第4873299号明細書、米国特許第4093776号明細書、米国特許第4367323号明細書、米国特許第4446261号明細書、米国特許第4683274号明細書、米国特許第4690996号明細書、米国特許第4721647号明細書、米国特許第4738867号明細書、米国特許第4748076号明細書、米国特許出願公開2002/40095号明細書などに記載されている。
上記重合工程を行うにあたり、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、t−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化水素、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩等のラジカル重合開始剤、紫外線や電子線などの活性エネルギー線等を用いることができる。
また、ラジカル重合開始剤を用いる場合、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、硫酸第一鉄、L−アスコルビン酸等の還元剤を併用してレドックス重合としても良いが、好ましくは、アゾ化合物や過酸化物から選ばれる熱分解性ラジカル開始剤が使用され、水溶性(溶解度1g以上、さらには10g以上/25℃の水100g)の重合開始剤が使用される。
上記ラジカル開始剤は、重合工程の反応系に添加されることが好ましい。上記「重合工程の反応系」は、水溶性不飽和単量体の重合が起こりうる反応系であって、含水ゲルを生じることができる反応系を意味する。それゆえ「重合工程の反応系」の構成としては、水溶性不飽和単量体を含んでいれば、特に限定されず、内部架橋剤、連鎖移動剤、またはα−ヒドロキシカルボン酸(塩)等を含んでいても良い。
前記ラジカル重合開始剤を添加する時期としては、前記重合工程前および/または重合工程途中であり、重合工程後は含まれない。
なお、本明細書中において、「重合工程前」とは、水溶性不飽和単量体の重合が開始される前を意味する。また、「重合工程途中」とは、水溶性不飽和単量体の重合が開始されてから終了するまでの期間を意味する。また、「重合工程後」とは、水溶性不飽和単量体の重合が終了した時以降を意味する。
水溶性不飽和単量体の重合が開始したかどうかは、重合によって生じる重合体の温度上昇から判断することができる。具体的には、温度上昇が、3℃以上(好ましくは5℃以上)であれば水溶性不飽和単量体の重合が開始したと判断することができる。
また、水溶性不飽和単量体の重合が終了したかどうかは、重合時の温度上昇がピークに到達すること、および残存単量体の量が5質量%以下になること等から判断することができる。
前記ラジカル重合開始剤を、前記重合工程前および/または重合工程途中に重合工程の反応系に添加することにより、含水ゲル内部に特定量のラジカル開始剤を残存させることができる。また、当該含水ゲルを乾燥した場合に、上記特定量のラジカル開始剤が吸水性樹脂中のポリマー鎖に作用することで、吸水性樹脂の内部構造を改善することができる。
これらのラジカル重合開始剤の使用量(特に熱分解性ラジカル開始剤)は、全単量体に対して、0.051〜1.000モル%以下が好ましく、より好ましくは0.054〜0.2000モル%であり、最も好ましくは0.058〜0.1000モル%である。
本発明では、重合がα−ヒドロキシカルボン酸(塩)の存在下に行われることが好ましい。これにより、吸水性樹脂の着色防止効果が得られる。ヒドロキシカルボン酸とは、分子内にヒドロキシル基を併せ持つカルボン酸のことで、乳酸、グリコール酸、リンゴ酸、グリセリン酸、酒石酸、クエン酸、イソクエン酸、サリチル酸、マンデル酸、没食子酸、メバロン酸、キナ酸、シキミ酸、β−ヒドロキシプロピオン酸等がある。
これらのうち、本発明で使用するα−ヒドロキシカルボン酸は、前記化合物のうち、分子内のα位の炭素にヒドロキシル基が結合しているカルボン酸のことを指し、好ましくは非高分子α−ヒドロキシカルボン酸であり、その重量平均分子量(Mw)は40〜2000、さらには60〜1000、特に100〜500の範囲であり、水溶性であることが好ましい。かかるα−ヒドロキシカルボン酸として、乳酸(塩)、クエン酸(塩)、リンゴ酸(塩)、イソクエン酸(塩)、グリセリン酸(塩)、ポリα−ヒドロキシアクリル酸(塩)等が例示される。
特に好ましく使用されるα−ヒドロキシカルボン酸は、乳酸または、分子内にカルボキシル基を2個以上、好ましくは2〜10個、より好ましくは2〜6個、さらには2〜4個有するα−ヒドロキシ多価カルボン酸が用いられる。最も好ましくは吸水特性や着色改善から、リンゴ酸(塩)、クエン酸(塩)が用いられる。
また、本発明でα−ヒドロキシカルボン酸が塩である場合は、水に対する溶解度の観点から好ましくは一価の塩でありリチウムやカリウム、ナトリウム等のアルカリ金属塩やアンモニア塩や一価のアミン塩などが好ましく用いられる。また、α−ヒドロキシ多価カルボン酸を塩として用いる場合、すべてのカルボキシル基を塩としてもよく、一部のみを塩としてもよい。
本発明で使用するα−ヒドロキシカルボン酸、好ましくはα−ヒドロキシ多価カルボン酸の使用量は吸水特性や着色防止効果から、前記水溶性不飽和単量体ないしその重合体に対して通常0.01〜10質量%、好ましくは0.05〜5質量%、特に好ましくは0.1〜3質量%、最も好ましくは0.2〜3質量%である。
本発明では、重合開始(温度上昇、粘度上昇、白濁で規定)から重合体の温度が最高値を示すまでの時間が、好ましくは20分以内、より好ましくは15分以内である。この範囲とすることで、容易に熱分解性ラジカル開始剤含有指数を好ましい範囲とすることが出来る。
本発明では、重合体の温度が最高値を示してから、乾燥されるまでの時間を任意に調整し、熱分解性ラジカル開始剤含有指数を好ましい範囲とすることが出来る。また、その間の雰囲気温度についても、任意に調整し、熱分解性ラジカル開始剤含有指数を好ましい範囲とすることが出来る。
<含水ゲル>
本発明では、乾燥工程直前の含水ゲルを5%塩化ナトリウム水溶液中で1時間攪拌することによって抽出される熱分解性ラジカル開始剤量(質量%)(Ci)、抽出された熱分解性ラジカル開始剤のモル平均分子量(g/mol)(Mi)、含水ゲルを180℃で8時間乾燥することによって求められる含水ゲルの固形分量(質量%)(Cm)、重合されたモノマーのモル平均分子量(g/mol)(Mm)から、以下の式で計算される熱分解性ラジカル開始剤含有指数が40〜100の範囲に調整される。熱分解性ラジカル開始剤含有指数のさらに好ましい範囲は41〜80であり、最も好ましい範囲は42〜80である。
熱分解性ラジカル開始剤含有指数 = (Ci/Mi)/(Cm/Mm)×105
Ci:乾燥工程直前の含水ゲルを5%塩化ナトリウム水溶液中で1時間攪拌することによって抽出される熱分解性ラジカル開始剤量(質量%)
Mi:抽出された熱分解性ラジカル開始剤のモル平均分子量(g/mol)
Cm:含水ゲルを180℃で8時間乾燥することによって求められる含水ゲルの固形分量(質量%)
Mm:重合されたモノマーのモル平均分子量(g/mol)
含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤含有指数をこの範囲に調整し、特定温度で乾燥することで、吸水性樹脂の内部構造が改善され、諸物性が飛躍的に向上することを見出し、本発明を完成するに至った。上記指数値が40未満の場合は、吸水性樹脂の内部のポリマー鎖に起こる変化が小さく、そのため十分な改善効果が得られないと考えられ、そのため諸物性の向上効果が見られないおそれがある。また、上記指数値が100を超える場合には、吸水性樹脂の内部のポリマー鎖に必要以上の変化が起こってしまい、かえってダメージを与えてしまう。この結果、水可溶分量の上昇が起こり、諸物性の向上効果も見られないおそれがある。
熱分解性ラジカル開始剤としては、上記のラジカル開始剤が好ましいが、最も好ましくは過硫酸塩である。
乾燥工程直前の含水ゲルをサンプリングした際には、必要により粒径5mm、さらには3mm以下として、直ちに−25℃の雰囲気下に置き、急速に冷却してから、前記数値の測定を行う。これは、熱分解性ラジカル開始剤の分解を防ぐためである。
本発明の吸水性樹脂樹脂は、好ましくは、前記処理後の溶解度と処理前の溶解度の差が10〜100重量%、さらには30〜95重量%、50〜90重量%である。また、処理後の溶解度が50〜100重量%、70〜100重量%、特に90〜100重量%である。
本発明の重合後、乾燥前の含水ゲルの含水ゲルに含まれる未反応のモノマーは好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは7質量%以下、最も好ましくは5質量%以下である。これにより、未反応のモノマーによって、乾燥時に起こる吸水性樹脂の内部構造の改善効果が阻害されにくくなると考えられる。なお、未反応のモノマーの下限は0.01%程度、さらには0.1%程度で十分である。
本発明の重合後、乾燥前の含水ゲルの固形分(後述の測定方法で測定される)は好ましくは10〜80質量%であり、さらに好ましくは20〜70質量%、最も好ましくは30〜60質量%である。
本発明の重合後、乾燥前の含水ゲルは前記α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を含むことが好ましい。
<乾燥>
上記架橋重合体が水溶液重合で得られたものでゲル状である場合、すなわち含水ゲル状架橋重合体(以下、含水ゲルとも言う)である場合、該架橋重合体は、乾燥し、乾燥の前および/または後で通常粉砕されて吸水性樹脂とする。なお、本発明で乾燥とはゲル状物が粉末状を示すまでの固形分の上昇操作であり、通常90%以上、さらには93%以上まで、95%以上とされ、上限は99%程度で十分である。乾燥は重合と同時に行ってもよく、重合時の乾燥と併用してもよいが、好ましくは、重合後に乾燥工程(乾燥装置)が設けられる。
本発明では、乾燥は100℃〜250℃の範囲で50%以上、特に実質すべて行われる。100℃未満の温度では、吸水性樹脂の内部のポリマー鎖に起こる変化が小さく、そのため十分な改善効果が得られないと考えられ、そのため諸物性の向上効果が見られないおそれがある。また、250℃以上では、吸水性樹脂にダメージを与えてしまい。この結果、水可溶分量の上昇が起こり、諸物性の向上効果も見られないおそれがある。なお、乾燥温度は熱媒温度で規定するが、マイクロ波など熱媒温度で規定できない場合、材料温度で規定する。好ましい乾燥方法として、上記範囲ならば特に制限はなく、無風乾燥、減圧乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥などが例示されるが、好ましくは熱風乾燥が適用される。乾燥風量は好ましくは0.01〜10m/sec、さらに好ましくは0.1〜5m/secの範囲である。
乾燥温度の範囲はさらに好ましくは130℃〜220℃、最も好ましくは150℃〜200℃の温度範囲で行われ、一定温度でもよく変化させてもよいが、実質、すべて乾燥工程は上記温度でなされることが好ましい。
乾燥時間は、重合体の表面積、含水率、および乾燥機の種類に依存し、目的とする含水率になるよう選択される。乾燥時間は、好ましくは10〜120分、さらに好ましくは20〜90分、最も好ましくは30〜60分である。10分未満の時間では、吸水性樹脂の内部のポリマー鎖に起こる変化が小さく、そのため十分な改善効果が得られないと考えられ、そのため諸物性の向上効果が見られないおそれがある。また、120分以上では、吸水性樹脂にダメージを与えてしまい。この結果、水可溶分量の上昇が起こり、諸物性の向上効果も見られないおそれがある。
本発明では、乾燥後の吸水性樹脂の固形分(後述の測定方法で測定される)は好ましくは90質量%以上であり、最も好ましくは95質量%以上である。固形分が少なくなってしまうと、流動性が悪くなり製造し支障をきたすばかりか、吸水性樹脂が粉砕できなくなったり、特定の粒度分布に制御できなくなったりしてしまう恐れがある。また、吸水性樹脂の内部のポリマー鎖に起こる変化が小さく、そのため十分な改善効果が得られないおそれもある。
<粉砕、分級>
前記、吸水性樹脂の製造方法で得られた乾燥物は粉砕機によって粉砕される。粉砕機は特に限定されないが、例えばロールミルのようなロール式粉砕機、ハンマーミルのようなハンマー式粉砕機、衝撃式粉砕機、カッターミル、ターボグラインダー、ボールミル、フラッシュミルなどが用いられる。この中でも、粒度分布を制御するためにはロールミルが好ましい。粒度分布を制御するため連続して2回以上粉砕しても良いが、好ましくは3回以上である。2回以上粉砕する場合には、それぞれの粉砕機は同じであっても違っていても良い。違う種類の粉砕機を組み合わせて使うことも可能である。
前記、粉砕された吸水性樹脂を特定の粒度分布に制御するため、特定の目開きの篩で分級しても良い。分級機は特に限定されないが、たとえば振動篩(アンバランスウェイト駆動式、共振式、振動モータ式、電磁式、円型振動式など)、面内運動篩(水平運動式、水平円−直線運動式、3次元円運動式など)、可動網式篩、強制攪拌式篩、網面振動式篩、風力篩、音波篩などが用いられ、好ましくは振動篩、面内運動篩が用いられる。好ましくは篩の目開きは1000μm〜300μm、より好ましくは900μm〜400μm、最も好ましくは710μm〜450μmの範囲である。これらの範囲から外れると目的の粒度分布が得られない可能性がある。
本発明の吸水性樹脂を特定の粒度分布に制御するため、さらに分級することで、特定の粒子径未満の、粒子の一部またはすべてを除去しても良い。本工程において分級機は特に限定されないが、たとえば前記で例示されたものが好ましく用いられ、他には微粉型分級装置(遠心力式、慣性力式など)などが用いられる。本工程において、好ましくは粒子径が200μm未満、より好ましくは150μm未満、最も好ましくは106μm未満の粒子径である粒子の、一部またはすべてが除去される。
上記の重合により得られた吸水性樹脂の形状は、一般には、不定形破砕状、球状、繊維状、棒状、略球状、偏平状等の一次粒子(single particle)または造粒粒子であるが、不定形破砕状であれば、例えば吸水体に使用した際に容易に固定化できるため好ましい。
<表面架橋>
本実施の形態に係る吸水性樹脂は、その表面近傍が表面架橋剤である有機表面架橋剤および/または水溶性無機表面架橋剤によって表面架橋されていることが好ましい。すなわち、本発明の吸水性樹脂の製造方法は、乾燥後の吸水性樹脂を表面架橋する工程を含むことが好ましい。
吸水性樹脂はその表面近傍が、表面架橋剤によって架橋されていることで、膨潤した吸水性樹脂に圧力をかけた際に生じる液の戻り量を減少させることができる。そのため、AAPやSFCを高めることができる。その結果として、吸水性樹脂が吸水体に使用された際、圧力が加わった際の液の戻り(通称Re−Wet)が少なく、また吸水体への液の取り込み速度に優れる吸水体を得ることが出来る。
表面架橋処理に用いることのできる表面架橋剤としては、吸水性樹脂の有する官能基、特に、カルボキシル基と反応し得る官能基を2個以上有する有機表面架橋剤および/または水溶性無機表面架橋剤が挙げられる。好ましくは水溶性有機表面架橋剤を用いることができる。
例えば、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;エチレングリコールジ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、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、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等の多価アミン化合物や、それらの無機塩ないし有機塩(例えば、アゼチジニウム塩等);2,4−トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の多価イソシアネート化合物;1,2−エチレンビスオキサゾリン等の多価オキサゾリン化合物;尿素、チオ尿素、グアニジン、ジシアンジアミド、2−オキサゾリジノン等の炭酸誘導体;1,3−ジオキソラン−2−オン、4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,3−ジオキサン−2−オン、4−メチル−1,3−ジオキサン−2−オン、4,6−ジメチル−1,3−ジオキサン−2−オン、1,3−ジオキソパン−2−オン等のアルキレンカーボネート化合物;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、および、その多価アミン付加物(例えばハーキュレス製カイメン:登録商標);γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤;3−メチル−3−オキセタンメタノール、3−エチル−3−オキセタンメタノール、3−ブチル−3−オキセタンメタノール、3−メチル−3−オキセタンエタノール、3−エチル−3−オキセタンエタノール、3−ブチル−3−オキセタンエタノール、3−クロロメチル−3−メチルオキセタン、3−クロロメチル−3−エチルオキセタン、多価オキセタン化合物などのオキセタン化合物;等が挙げられる。
これら表面架橋剤は、1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。中でも多価アルコールは、安全性が高く、吸水性樹脂表面の親水性を向上させることができる点で好ましい。
上記表面架橋剤の使用量は、吸水性樹脂の固形分100質量部に対して0.001質量部以上5質量部以下が好ましい。
表面架橋剤と吸水性樹脂との混合の際には水を用いてもよい。水の使用量は、吸水性樹脂の固形分100質量部に対して、0.5質量部を越え、10質量部以下が好ましく、1質量部以上5質量部以下の範囲内がより好ましい。
表面架橋剤またはその水溶液と吸水性樹脂とを混合する際には、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。
親水性有機溶媒の使用量は、吸水性樹脂の種類や粒径、含水率等にもよるが、吸水性樹脂の固形分100質量部に対して、10質量部以下が好ましく、0質量部以上5質量部以下の範囲内がより好ましい。
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しても良いが、表面架橋後に吸水性樹脂の吸水性能を低下させないものが好ましい。本実施の形態に係る吸水性樹脂は、沸点が100℃以下の親水性有機溶媒を含まない表面架橋剤と混合、加熱により架橋されたものであることが好ましい。吸水性樹脂が沸点100℃以下の親水性有機溶媒を含む場合、親水性有機溶媒の気化により表面架橋剤の吸水性樹脂表面での存在状態が変化し、SFCなどの物性が十分に満たされないおそれがある。
吸水性樹脂と表面架橋剤とをより均一に混合するため、水溶性無機塩(好ましくは、過硫酸塩)を、吸水性樹脂と表面架橋剤とを混合する際に共存させることが好ましい。水溶性無機塩の使用量は、吸水性樹脂の種類や粒径等にもよるが、吸水性樹脂の固形分100質量部に対して0.01質量部以上1質量部以下の範囲内が好ましく、0.05質量部以上0.5質量部以下の範囲内がより好ましい。すなわち、上記吸水性樹脂に対して0.01質量%以上1.0質量%以下の水溶性無機塩好ましくは過硫酸塩を含む有機表面架橋剤および/または水溶性無機表面架橋剤との混合、加熱によって架橋されたものであることが好ましい。
吸水性樹脂と表面架橋剤とを混合する混合方法は特に限定されないが、例えば、吸水性樹脂を親水性有機溶剤に浸漬し、必要に応じて水および/または親水性有機溶媒に溶解させた表面架橋剤を混合する方法、吸水性樹脂に直接、水および/または親水性有機溶媒に溶解させた表面架橋剤を噴霧若しくは滴下して混合する方法等が例示できる。
吸水性樹脂と表面架橋剤とを混合した後、通常、加熱処理を行い、架橋反応を遂行させることが好ましい。上記加熱処理温度(熱媒温度)は、用いる表面架橋剤にもよるが、40℃以上250℃以下が好ましく、150℃以上250℃以下がより好ましい。加熱処理温度が40℃未満の場合には、AAPやSFC等の吸収特性が十分に改善されないおそれがある。加熱処理温度が250℃を越える場合には、吸水性樹脂の劣化を引き起こし、各種物性が低下する場合があり注意を要する。加熱処理時間は、好ましくは1分以上2時間以下、より好ましくは5分以上1時間以下である。
また、好ましくは表面架橋が前記α−ヒドロキシカルボン酸(塩)の存在下に行われることが好ましい。これにより、吸水性樹脂の着色防止効果が得られる。
<多価金属塩などの添加剤>
本発明の吸水性樹脂の製造方法は、多価金属塩を吸水性樹脂に添加(好ましくは粒子表面に添加)する工程、特に表面架橋時または表面架橋後に添加することが好ましい。多価金属塩の添加量は、吸水性樹脂に対し、好ましくは0.001質量%以上5質量%以下、より好ましくは0.01質量%以上1質量%以下である。
本発明の吸水性樹脂は多価金属塩(好ましくは3価の水溶性多価金属塩)を添加することで、吸水性樹脂の4.83kPaの圧力に対する吸収力(AAP)、固定された高さ吸収(FHA)を大きく低下させることなく、食塩水流れ誘導性(SFC)を向上させることができる。
本発明で使用することができる多価金属塩の具体例としては、例えば、Zn、Be、Mg、Ca、Sr、Al、Fe、Mn、Ti、Zr、Ce、Ru、Y、Crなどから選ばれる金属の硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、リン酸塩、有機酸塩、ハロゲン化物(塩化物等)などを挙げることができ、さらに、特開2005−11317号公報に記載されている多価金属塩なども挙げることができる。
また、多価金属塩の中でも3価の水溶性金属塩を用いることが最も好ましい。3価の水溶性多価金属塩の具体例としては、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸カリウムアルミニウム、硫酸ナトリウムアルミニウム、カリウムミョウバン、アンモニウムミョウバン、ナトリウムミョウバン、アルミン酸ナトリウム、塩化鉄(III)、塩化セリウム(III)、塩化ルテニウム(III)、塩化イットリウム(III)、塩化クロム(III)などを例示することができる。
また、尿などの吸収液の溶解性の点からもこれらの結晶水を有する塩を使用することが好ましい。特に好ましいのは、アルミニウム化合物、中でも、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、ビス硫酸カリウムアルミニウム、ビス硫酸ナトリウムアルミニウム、カリウムミョウバン、アンモニウムミョウバン、ナトリウムミョウバン、アルミン酸ナトリウムが好ましく、硫酸アルミニウムが特に好ましく、硫酸アルミニウムの水溶液(好ましくは、硫酸アルミニウム濃度が飽和濃度の90%以上の濃度の溶液)は最も好適に使用することが出来る。これらは1種のみ用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
本発明の吸水性樹脂の製造方法は、好ましくは上記α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を添加する工程を含むことが好ましい。これにより、吸水性樹脂の着色防止効果が得られる。また、吸水性樹脂に添加されるα−ヒドロキシカルボン酸(塩)量は吸水性樹脂に対して0.1〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.15〜3質量%、最も好ましくは0.2〜3質量%である。前記範囲外のα−ヒドロキシカルボン酸(塩)量の場合、吸水特性(特にSFC)と着色防止効果の両立が困難となる。
上記多価金属塩および/または上記α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を混合する際には、水溶液として混合することが好ましい。多価金属塩を含む水溶液中における水溶性多価金属塩の濃度は、吸水性樹脂内部への浸透・拡散を防ぐために、飽和濃度に対して、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上である。もちろん、飽和濃度で用いてもよい。また、少なくとも多価金属塩を含む水溶液中に前記の親水性有機溶媒や乳酸(またはその塩)などの有機酸(またはその塩、特に好ましくは上記α−ヒドロキシカルボン酸(塩))を共存させても良い。この場合、少なくとも多価金属塩の吸水性樹脂内部への浸透・拡散が抑制され、混合性も向上するためより好ましい。
<吸水性樹脂>
本発明の吸水性樹脂は、内部架橋構造を有し、水溶性不飽和単量体を重合して得られる吸水性樹脂であって、下記処理後の、重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)が7.3(dL/g)以下、さらに好ましくは7.25(dL/g)以下、最も好ましくは、7.2(dL/g)以下の吸水性樹脂である。固有粘度(IV)の下限は好ましくは、4(dL/g)以上、さらに好ましくは5(dL/g)以上、最も好ましくは6(dL/g)以上である。上記処理とは、該吸水性樹脂50mgを10gの0.1mol/lの水酸化ナトリウム水溶液中で、80℃条件下3週間静置するという処理である。また、重量平均分子量(Mw)および固有粘度(IV)は、当該処理をした後、測定されるものである。測定方法は後述で詳細に説明される。
本発明の吸水性樹脂は、前記処理後の重量平均分子量(Mw)の対数値(Log(Mw))が好ましくは5.7〜6.5であり、さらに好ましくは5.8〜6.3であり、最も好ましくは5.9〜6.2である。上記の範囲を外れた場合、前記の固有粘度によって表現される特徴が現れにくくなる恐れがある。すなわち、重量平均分子量(Mw)の対数値(Log(Mw))が上記の範囲のものであることで、より吸水性樹脂内部の構造改善効果が現れやすくなる。
また、本発明の吸水性樹脂は、アクリル酸および/またはその塩を90mol%含む水溶性不飽和単量体を主鎖の繰り返し単位とし、内部架橋構造を有する吸水性樹脂であって、下記に記載の加水分下記条件2での処理後の重量平均分子量(Mw)が、36万〜100万(daltons)、より好ましくは37万〜70万(daltons)、最も好ましくは38万〜50万(daltons)であって、かつ下記に記載の加水分下記条件2での処理後の固有粘度(IV)が2.1〜6.0(dL/g)、好ましくは2.15〜4.0(dL/g)、より好ましくは2.2〜3.0(dL/g)、最も好ましくは2.25〜2.6(dL/g)である吸水性樹脂である。
加水分解条件2での処理とは、該吸水性樹脂20mgを10gの0.1mol/lの水酸化ナトリウム水溶液中で、80℃条件下3週間静置するという処理である。また、重量平均分子量(Mw)および固有粘度(IV)は、当該処理をした後、測定されるものである。測定方法を、後述で詳細に説明する。上記加水分解条件2での処理後の重量平均分子量(Mw)および固有粘度(IV)を上記範囲とすることにより、より内部構造が改善された吸水性樹脂を得ることができる。
本発明の前記加水分下記条件2での処理後の分子量分布(Mw/Mn)は、2.0〜3.0であることが好ましく、2.1〜2.8であることがより好ましく、2.2〜2.6であることが最も好ましい。上記の範囲とすることで、より内部構造が改善された吸水性樹脂を得ることができる。
本発明の吸水性樹脂のCRCは、好ましくは5(g/g)以上であり、より好ましくは15(g/g)以上であり、さらに好ましくは25(g/g)以上であり、特に好ましくは28(g/g)以上である。CRCの上限値は、特に限定されないが、好ましくは50(g/g)以下であり、より好ましくは45(g/g)以下であり、さらに好ましくは40(g/g)以下である。CRCが5(g/g)未満の場合、吸水性樹脂を吸水体に用いた場合、吸収量が少なすぎ、オムツ等の衛生材料の使用に適さない。また、CRCが50(g/g)よりも大きい場合、吸水性樹脂が吸水体に使用された場合、吸水体への液の取り込み速度に優れる吸水性樹脂を得ることができなくなるおそれがある。
本発明の吸水性樹脂のSFCは、好ましくは10(10−7・cm・s・g−1)以上であり、より好ましくは30(10−7・cm・s・g−1)以上であり、さらに好ましくは50(10−7・cm・s・g−1)以上、さらに好ましくは70(10−7・cm・s・g−1)以上であり、最も好ましくは100(10−7・cm・s・g−1)以上である。SFCが10(10−7・cm・s・g−1)未満の場合、通液性が低く、吸水性樹脂が吸水体に使用された場合に、吸水体への液の取り込み速度に優れる吸水性樹脂を得ることができなくなるおそれがある。
本発明にかかる吸水性樹脂は、CRCおよびSFCのバランスに優れているものが好ましい。すなわち、CRCが5(g/g)以上25(g/g)未満の範囲ではSFCが好ましくは100(10−7・cm・s・g−1)以上、さらに好ましくは150(10−7・cm・s・g−1)以上、最も好ましくは300(10−7・cm・s・g−1)以上、CRCが25(g/g)以上30(g/g)未満の範囲では、SFCが好ましくは30(10−7・cm・s・g−1)以上、さらに好ましくは70(10−7・cm・s・g−1)以上、最も好ましくは100(10−7・cm・s・g−1)以上、CRCが30(g/g)以上50(g/g)未満の範囲ではSFCが好ましくは10(10−7・cm・s・g−1)以上、さらに好ましくは30(10−7・cm・s・g−1)以上、最も好ましくは、50(10−7・cm・s・g−1)である吸水性樹脂が好ましい。
本発明の吸水性樹脂は、吸水性樹脂の遠心分離機保持容量(CRC)が26(g/g)〜32(g/g)であり、質量平均粒子径(D50)が300〜500μmであって、遠心分離機保持容量(CRC)と食塩水流れ誘導性(SFC)との関係が、以下の式で表される吸水性樹脂であることが好ましい。
SFC ≧ −20×CRC+K
Kは、定数であって、好ましくは670、より好ましくは680、最も好ましくは690である。
上記CRCおよびSFCのバランスを満たす場合には、吸水性樹脂が吸水体に使用された際に、通液性が低くとも吸収量がそれを補うことができる。また、通液性が高い場合は吸収量が少なくても、液が吸水性樹脂において拡散するため、より広い面積で吸収を行うことができる。これらの理由で吸水体への液の取り込み速度に優れる吸水性樹脂を得ることができる。
本発明の吸水性樹脂のAAPは、8(g/g)以上、好ましくは16(g/g)以上であり、より好ましくは20(g/g)以上であり、さらに好ましくは22(g/g)以上であり、最も好ましくは24(g/g)以上である。AAPの上限値は、特に限定されないが、好ましくは30(g/g)以下である。AAPが20(g/g)未満の場合、吸水性樹脂が吸水体に使用された場合、上記吸水性樹脂に圧力が加わった際の液の戻り(通称リウェット:Re−Wet)が少ない吸水性樹脂を得ることができなくなるおそれがある。
本発明の吸水性樹脂は、水可溶分(水可溶成分)量が好ましくは0〜35質量%以下であり、より好ましくは25質量%以下であり、さらに好ましくは15質量%以下である。水可溶分(水可溶成分)量が35質量%を超える場合、ゲル強度が弱く、通液性に劣ったものとなることがある。また吸水性樹脂が吸水体に使用された場合、吸水体に圧力が加わった際の液の戻り(通称リウェット:Re−Wet)が少ない吸水性樹脂を得ることができなくなるおそれがある。
本発明の吸水性樹脂は、水可溶成分の重量平均分子量(Mw)が、15万〜50万(daltons)であることが好ましく、17万〜40万(daltons)であることがより好ましく、18万〜30万(daltons)であることが最も好ましい。
本発明の吸水性樹脂は、水可溶成分の固有粘度(IV)が1.0〜2.0(dL/g)であることが好ましく、1.1〜1.9(dL/g)であることがより好ましく、1.2〜1.8(dL/g)であることが最も好ましい。
本発明の吸水性樹脂は、水可溶成分の分子量分布(Mw/Mn)が、2.0〜3.0であることが好ましく、2.1〜2.8であることがより好ましく、2.2〜2.7であることが最も好ましい。
水可溶成分の重量平均分子量(Mw)、固有粘度(IV)、および分子量分布(Mw/Mn)を上記の範囲とすることにより、AAPやSFCに優れる吸水性樹脂を得ることができる。また、上記吸水性樹脂を吸水体に使用した際に、液の取り込み速度に優れる吸水体を得ることができる。
上記吸水性樹脂に含まれる重合開始剤は0〜5ppm、さらには0〜2ppm、ND(検出限界以下)である。
上記吸水性樹脂は、生じる粉塵量が少ないものであるが、粉塵量としては、後述のホイバッハ・ダストメータによって測定した粉塵量が0〜300ppm以下であることが好ましい。この範囲である場合、吸水性樹脂の製造の際、吸水性樹脂に含まれる微粒子が飛散することによる安全衛生上の問題が生じ難く、吸水体の物性低下が生じ難い。
上記吸水性樹脂はゲル層膨潤圧が高いことが特徴である。
本発明の吸水性樹脂は、質量平均粒子径(D50)が200〜600μmであることが好ましい。より好ましくは300〜500μmである。吸水性樹脂の質量平均粒子径(D50)が200〜600μmの範囲を外れた場合、通液性・拡散性が著しく低下、または吸収速度が大幅に低下し得る。このような吸水性樹脂を、例えば、オムツに用いた場合、液の漏れなどを引き起こすおそれがある。
本発明の吸水性樹脂は、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.50であることが好ましく、さらに好ましくは0.30〜0.40以下である。この範囲を外れると通液性が低下し、吸水体への液の取り込み速度が著しく悪化するおそれがある。
本発明の吸水性樹脂は、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合、および850μm以上の粒子の割合が0〜5質量%であることが好ましい。さらに、0〜3質量%であることがより好ましい。150μm未満の範囲の吸水性樹脂が用いられることで、得られる吸水性樹脂の粉塵量を抑制することができる。そのため、吸水性樹脂の製造の際に吸水性樹脂に含まれる微粒子の飛散によって安全衛生上の問題を防止でき、得られる吸水性樹脂の物性が低下することを抑制することができる。なお、上記割合が5質量%を超えた場合、吸水性樹脂の製造の際に粉塵が発生し易くなるので、安全衛生上の問題が生じ得る、または吸水体の物性低下を招くなどのおそれがある。
本発明の吸水性樹脂は、20倍の生理食塩水に対する吸収速度(FSR)が0.2g/g/s以上、より好ましくは0.3g/g/s以上、さらに好ましくは0.5g/g/s以上、特に好ましくは0.7g/g/s以上である。上限値は特に限定されないが、好ましくは10g/g/s以下、より好ましくは5g/g/s以下である。吸収速度(FSR)が0.2g/g/sよりも小さいと、例えば、おむつに用いた場合に、尿が十分に吸収されずに漏れてしまうおそれがある。
本発明の吸水性樹脂は表面および表面近傍の少なくとも何れか一方に、多価金属塩を該吸水性樹脂に対し、好ましくは0.001質量%以上5質量%以下、より好ましくは0.01質量%以上1質量%以下含んでいる。このように、上記吸水性樹脂は上記多価金属塩(好ましくは3価の水溶性多価金属塩)を含むことで、吸水性樹脂の4.83kPaの圧力に対する吸収力(AAP)、固定された高さ吸収(FHA)を大きく低下させることなく、食塩水流れ誘導性(SFC)を向上させることができる。多価金属塩の具体例については、前記のものが好ましく挙げられる。
本発明の吸水性樹脂は、前記α−ヒドロキシカルボン酸(塩)を含むことが好ましい。また、吸水性樹脂に含まれるα−ヒドロキシカルボン酸(塩)量は吸水性樹脂に対して0.1〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.15〜3質量%、最も好ましくは0.2〜3質量%である。前記範囲外の粒子状吸水性樹脂中のα−ヒドロキシカルボン酸(塩)量の場合、吸水特性(特にSFC)と着色防止効果の両立が困難となる。
<吸水体>
本実施の形態に係る吸水体は、上記吸水性樹脂を含むものである。上記吸水体を適当な素材と組み合わせることにより、たとえば、衛生材料の吸収層として好適な吸水体とすることができる。以下、吸水体について説明する。
吸水体とは、血液や体液、尿などを吸収する、紙おむつ、生理用ナプキン、失禁パッド、医療用パッド等の衛生材料に用いられる、吸水性樹脂とその他の素材からなる成形された組成物のことである。用いられる素材の例としては、セルロース繊維が挙げられる。セルロース繊維の具体例としては、木材からのメカニカルパルプ、ケミカルパルプ、セミケミカルパルプ、溶解パルプ等の木材パルプ繊維、レーヨン、アセテート等の人工セルロース繊維等を例示できる。好ましいセルロース繊維は木材パルプ繊維である。これらセルロース繊維はナイロン、ポリエステル等の合成繊維を一部含有していてもよい。本実施の形態に係る吸水性樹脂を吸水体の一部として使用する際には、吸水体中に含まれる上記吸水性樹脂の質量が、好ましくは20質量%以上、より好ましくは30質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上、特に60重量%以上の範囲である。吸水体中に含まれる本発明における吸水性樹脂の質量が、20質量%未満になると、十分な効果が得られなくなるおそれがある。
本実施の形態に係る吸水性樹脂とセルロース繊維から吸水体を得るには、たとえば、セルロース繊維からなる紙やマットに上記吸水性樹脂を散布し、必要によりこれらで挟持する方法、セルロース繊維と吸水性樹脂を均一にブレンドする方法、など吸水体を得るための公知の手段を適宜選択できる。好ましくは、吸水性樹脂とセルロース繊維を乾式混含した後、圧縮する方法である。この方法により、セルロース繊維からの吸水性樹脂の脱落を著しく抑えることが可能である。圧縮は加熱下に行うことが好ましく、その温度範囲は、たとえば50℃以上200℃以下である。
本実施の形態に係る吸水性樹脂は、吸水体に使用された場合、諸物性に優れるため、液の取り込みが早く、また、吸水体表層の液の残存量が少ない、非常に優れた吸水体が得られる。
本実施の形態に係る吸水性樹脂は、優れた吸水特性を有しているため、種々の用途の吸水保水剤として使用できる。例えば、紙おむつ、生理用ナプキン、失禁パッド、医療用パッド等の吸収物品用吸水保水剤;水苔代替、土壌改質改良剤、保水剤、農薬効力持続剤等の農園芸用保水剤;内装壁材用結露防止剤、セメント添加剤等の建築用保水剤;リリースコントロール剤、保冷剤、使い捨てカイロ、汚泥凝固剤、食品用鮮度保持剤、イオン交換カラム材料、スラッジまたはオイルの脱水剤、乾燥剤、湿度調整材料等で使用できる。また、本実施の形態に係る吸水性樹脂は、紙おむつ、生理用ナプキンなどの、糞、尿または血液の吸収用衛生材料に特に好適に用いられる。
吸水体は、紙おむつ、生理用ナプキン、失禁パッド、医療用パッド等の衛生材料に用いられる場合、(a)着用者の体に隣接して配置される液体透過性のトップシート、(b)着用者の身体から遠くに、着用者の衣類に隣接して配置される、液体に対して不透過性のバックシート、および(c)トップシートとバックシートの間に配置された吸水体、を含んでなる構成で使用されることが好ましい。吸水体は二層以上であっても良いし、パルプ層などとともに用いても良い。
〔実施例〕
以下に、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下では、便宜上、「質量部」を単に「部」と、「リットル」を単に「L」と記すことがある。また、「質量%」を「wt%」と記すことがある。
吸水性樹脂の諸性能は、以下の方法で測定した。特に記載が無い限り下記の測定は室温(20〜25℃)、湿度50RH%の条件下で行われたものとする。
なお、衛生材料などの最終製品として使用された吸水性樹脂の場合は、吸水性樹脂は吸湿しているので、適宜、吸水性樹脂を最終製品から分離して減圧低温乾燥後(例えば、1mmHg以下、60℃で12時間)に測定すればよい。また、本実施例および比較例において使用された吸水性樹脂の固形分はすべて94質量%以上であった。
<遠心分離機保持容量(CRC)>
遠心分離機保持容量(CRC)は0.90質量%食塩水に対する無加圧下で30分の吸収倍率を示す。なお、CRCは、無加圧下吸収倍率と称されることもある。
吸水性樹脂0.200g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質量%食塩水(塩化ナトリウム水溶液)中に浸漬した。30分後に袋を引き上げ、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edana ABSORBENCY II 441.1−99に記載の遠心力(250G)で3分間水切りを行った後、袋の質量W1(g)を測定した。また、同様の操作を、吸水性樹脂を用いずに行い、その時の質量W0(g)を測定した。そして、これらW1、W0から、次式に従って遠心分離機保持容量(CRC)(g/g)を算出した。
遠心分離機保持容量(CRC)(g/g)
=(W1(g)−W0(g))/(吸水性樹脂の質量(g))−1
<4.83kPaの圧力に対する吸収力(AAP)>
圧力に対する吸収力(AAP)は0.90質量%食塩水に対する4.83kPaで60分の吸収倍率を示す。なお、AAPは、4.83kPaでの加圧下吸収倍率と称されることもある。図3は、AAPの測定装置10を示す断面図である。
図3に示す測定装置10を用い、内径60mmのプラスチックの支持円筒100の底に、ステンレス製400メッシュの金網101(目の大きさ38μm)を融着させ、室温(20℃以上25℃以下)、湿度50RH%の条件下で、金網101上に吸水性樹脂0.900gを均一に散布し、その上に、試験体102である吸水性樹脂に対して4.83kPa(0.7psi)の荷重を均一に加えることができるよう調整された、外径が60mmよりわずかに小さく支持円筒100との隙間が生じず、かつ上下の動きが妨げられないピストン103と荷重104とをこの順に載置し、この測定装置10の全体の質量Wa(g)を測定した。
直径150mmのペトリ皿105の内側に直径90mmのガラスフィルター106(株式会社相互理化学硝子製作所社製、細孔直径:100〜120μm)を置き、0.90質量%食塩水108(20℃以上25℃以下)をガラスフィルター106の上面と同じ液面になるように加えた。その上に、直径90mmの濾紙107(ADVANTEC東洋株式会社、品名:(JIS P 3801、No.2)、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)を1枚載せ、表面が全て濡れるようにし、かつ過剰の液を除いた。
上記測定装置10の一式を前記湿った濾紙上に載せ、液を荷重下で吸収させた。1時間後、測定装置10の一式を持ち上げ、その質量Wb(g)を測定した。そして、Wa、Wbから、下記の式に従って4.83kPaの圧力に対する吸収力(AAP)(g/g)を算出した。
4.83kPaの圧力に対する吸収力(AAP)
=(Wb(g)−Wa(g))/(吸水性樹脂の質量(0.900g))
<食塩水流れ誘導性(SFC)>
食塩水流れ誘導性(SFC)は吸水性樹脂の膨潤時の液透過性を示す値である。SFCの値が大きいほど、吸水性樹脂は、高い液透過性を有することとなる。本実施例においては、米国特許第5849405号明細書記載のSFC試験に準じて行った。図1は、SFCの測定装置30を示す概略図である。
図1に示す測定装置30において、タンク31にはガラス管32が挿入されており、ガラス管32の下端は、0.69質量%食塩水33をセル41中のゲル44の底部から、5cm上の高さに維持できるように配置されている。また、タンク31中の0.69質量%食塩水33は、コック35付きL字管34を通じてセル41へ供給されるよう構成されている。セル41の下には、透過した液を捕集する捕集容器48が配置されており、捕集容器48は上皿天秤49の上に設置されている。セル41の内径は6cmであり、下部の底面にはNo.400ステンレス製金網(目開き38μm)42が設置されていた。ピストン46の下部には液が透過するのに十分な穴47があり、底部には吸水性樹脂あるいはその膨潤ゲルが、穴47へ入り込まないように透過性の良いガラスフィルター45が取り付けてあった。セル41は、セル41を乗せるための台の上に置かれ、セル41と接する台の面は、液の透過を妨げないステンレス製の金網43の上に設置した。
人工尿(1)は、塩化カルシウムの2水和物0.25g、塩化カリウム2.0g、塩化マグネシウムの6水和物0.50g、硫酸ナトリウム2.0g、りん酸2水素アンモニウム0.85g、りん酸水素2アンモニウム0.15g、および、純水994.25gを加えたものを用いた。
図1に示す測定装置30を用い、容器40に均一に入れた吸水性樹脂(0.900g)を人工尿(1)中で2.07kPa(0.3psi)の加圧下、60分間膨潤させゲル44とした。その後、ゲル44のゲル層の高さを記録し、次に2.07kPa(0.3psi)の加圧下、0.69質量%の食塩水33を、一定の静水圧でタンク31から膨潤したゲル層を通液させた。このSFC試験は室温(20℃以上25℃以下)で行った。試験ではコンピューターと天秤とを用い、時間の関数として、20秒間隔でゲル層を透過する液体量を10分間記録した。膨潤したゲル44(の主に粒子間)を透過する流速Fs(T)は増加質量(g)を増加時間(s)で割ることによりg/sの単位で決定した。一定の静水圧と安定した流速が得られた時間をTsとし、Tsと10分間の間に得たデータだけを流速計算に使用して、Tsと10分間の間に得た流速を使用してFs(T=0)の値、つまりゲル層を通る最初の流速を計算した。Fs(T=0)はFs(T)対時間の最小2乗法の結果をT=0に外挿することにより計算した。
食塩水流れ誘導性(SFC)
=(Fs(t=0)×L0)/(ρ×A×ΔP)
=(Fs(t=0)×L0)/139506
ここで、Fs(t=0):g/sで表した流速、L0:cmで表したゲル層の高さ、ρ:NaCl溶液の密度(1.003g/cm)、A:セル41中のゲル層上側の面積(28.27cm)、ΔP:ゲル層にかかる静水圧(4920dyne/cm)およびSFC値の単位は(10−7・cm・s・g−1)である。
<固定された高さ吸収(FHA)>
米国特許出願公開2005/0003191A1号公報に記載されている方法に従って測定を行った。なお本発明においては測定時の高さは20cmで行った。
<質量平均粒子径(D50)および粒度分布の対数標準偏差(σζ)>
国際公開第2004/69915号パンフレット記載の質量平均粒子径(D50)および粒度分布の対数標準偏差(σζ)試験に準じて行った。
<液拡散速度(LDV)>
液拡散速度(LDV)は、特開平5−200068号(EP532002)に記載の吸い上げ指数測定装置を用いて測定した。なお、測定に際して、トラフ・シートはSUS304のステンレス鋼グレード2B仕上げにて作成した。
まず、20℃の角度で設置したトラフ・シートのトラフ溝に吸水性樹脂1.00g±0.005gを0〜20cmの目盛り間に均等に散布した。さらに、へらを用いて吸水性樹脂をより均等に分散させた。
吸い上げに使用する液は、1Lの0.9重量%の食塩水(塩化ナトリウム水溶液)に対して食用青色1号(商品名、東京化成工業株式会社)0.01gの割合で着色した液を用いた。
貯液槽の液面がトラフの最も低い位置から0.5cm上になるように調整した後、ステンレス鋼のスクリーンメッシュ(400メッシュ)が液と接触すると同時に液吸い上げ時間(WT)の測定を開始した。液吸い上げ時間(WT)は、液体が10cm目盛り位置まで吸い上げられた時間(sec)を表す。なお、貯液槽中の液とステンレス鋼のスクリーンメッシュとがトラフの最も低い位置から0.5cm上まで浸漬する速度は、液面から垂直方向に1.35〜1.40mm/sの速度であった。液拡散速度(LDV)は、次式により算出される。
LDV(mm/s)=100(mm)/WT(s)
<目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合>
前記、質量平均粒子径(D50)および粒度分布の対数標準偏差(σζ)の測定方法と同様の分級操作を行い、目開き150μmの篩を通過した量から目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合(質量%)を求めた。
<水可溶分(水可溶成分)量>
250ml容量の蓋付きプラスチック容器に0.90質量%食塩水184.3gをはかり取り、その水溶液中に吸水性樹脂1.00gを加え16時間、スターラーを回転させ攪拌することにより樹脂中の水可溶分を抽出した。この抽出液を濾紙1枚(ADVANTEC東洋株式会社、品名:(JIS P 3801、No.2)、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)を用いて濾過することにより得られた濾液の50.0gを測り取り測定溶液とした。
はじめに0.90質量%食塩水だけを、まず、0.1NのNaOH水溶液でpH10まで滴定を行い、その後、0.1NのHCl水溶液でpH2.7まで滴定して空滴定量([bNaOH]ml、[bHCl]ml)を得た。
同様の滴定操作を測定溶液についても行うことにより滴定量([NaOH]ml、[HCl]ml)を求めた。
例えば既知量のアクリル酸とそのナトリウム塩からなる吸水性樹脂の場合、そのモノマーの重量平均分子量(Mw)と上記操作により得られた滴定量をもとに、吸水性樹脂中の水可溶分量を以下の計算式により算出することができる。未知量の場合は滴定により求めた中和率を用いてモノマーの重量平均分子量(Mw)を算出する。
水可溶分量(質量%)=0.1×(重量平均分子量(Mw))×184.3×100×([HCl]−[bHCl])/1000/1.0/50.0
中和率(mol%)=(1−([NaOH]−[bNaOH])/([HCl]−[bHCl]))×100
<粉塵量(粉塵性)>
下記の条件で所定時間にガラス繊維濾紙に吸引され捕捉されたダストの質量増をもって、吸水性樹脂の粉塵量を測定した。測定装置としては独国Heubach Engineering GmbH製 ホイバッハ・ダストメータ(Heubach DUSTMETER)、測定モードTypeIで実施した。測定時の雰囲気の温度湿度は25℃(±2℃),相対湿度20〜40%,常圧で行った。測定方法は以下のように行った。
(1)回転ドラム200に、測定サンプルの吸水性樹脂100.00g入れる。
(2)保留粒子径0.5μm(JIS P3801)で、直径50mmのガラス繊維濾紙(例えばADVANTEC製、GLASS FIBER,GC−90ないしその相当品を直径50mmに加工)の質量を0.00001g単位まで測定する([Da]g)。
(3)回転ドラム200に大型粒子分離機201を取り付け、ガラス繊維濾紙204を装着したフィルターケース202を取り付ける。
(4)ダストメータにおける制御部203の測定条件を、下記のように設定し測定する。ドラム回転数:30R/min、吸引風量:20L/min、Time(測定時間):30分。
(5)所定時間後、ガラス繊維濾紙204の質量を、0.00001g単位まで測定する([Db])。
粉塵量は、以下のようにして算出する。
粉塵量[ppm]=([Db]−[Da])/100.00×1000000
<ペイントシェーカーテスト>
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、吸水性樹脂30g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、800cycle/min(CPM)で振盪するものであり、装置詳細は特開平9−235378号公報に開示されている。
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とする。
浸透後、目開き2mmのJIS標準篩でガラスビーズを除去し、ダメージを与えられた吸水性樹脂が得られる。
<吸水性樹脂の固形分>
吸水性樹脂において、180℃で揮発しない成分が占める割合を表す。含水率との関係は以下の様になる。
固形分(質量%)=100−含水率(質量%)
固形分の測定方法は、以下のように行った。
底面の直径が約5cmのアルミカップ(質量W0)に、約1gの吸水性樹脂を量り取り(質量W1)、180℃の無風乾燥機中において3時間静置し、乾燥させる。乾燥後のアルミカップ+吸水性樹脂の質量(W2)を測定し、以下の式より固形分を求めた。
固形分(質量%)=((W2−W0)/W1)×100
<含水ゲルの固形分>
前記、吸水性樹脂の固形分と同様の方法で、約5gの含水ゲルを用いて、静置乾燥の時間を8時間に変更して測定を行った。
<重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)および重量平均分子量(Mw)>
(試料調整)
ポリプロピレン製の試験管(内径1.8cm、長さ15〜18cm)に吸水性樹脂50mgおよび、0.1mol/l水酸化ナトリウム水溶液(和光純薬社製、容量分析用)10gを入れ、ポリプロピレン製の栓をした。この試験管を遮光し、80℃で3週間静置するという処理を行った。こうして得られた溶液を以下の溶媒で6倍に希釈し、フィルター(ジーエルサイエンス社製、GLクロマトディスク、水系25A、孔径0.2μm)を通過させた。この溶液を以下の測定条件で測定を行った。
(測定条件)
ビスコテック社製TDA302(登録商標)を用いて、測定を行った。装置構成としては、サイズ排除クロマトグラフィー、屈折率検出器、光散乱検出器、およびキャピラリー粘度計を搭載した装置である。
測定装置及び測定条件は以下の通りとした。
ポンプ・オートサンプラー:ビスコテック社製GPCmax
ガードカラム:SHODEX GF−7B
カラム:TOSOH GMPWXLを2本直列につないで使用
検出器:ビスコテック社製TDA302(系内温度は30℃で保持)
溶媒:リン酸2水素ナトリウム2水和物60mM・リン酸水素2ナトリウム12水和物20mM水溶液
流速:0.5ml/min
注入量:100μl
装置校正はポリオキシエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)22396、示差屈折率(dn/dc)=0.132、溶媒屈折率1.33)を標準サンプルとして用いて行った。
吸水性樹脂がアクリル酸および/またはその塩を99モル%以上含む単量体を重合して得られたものである場合には、分析対象となるポリマーの示差屈折率(dn/dc)は0.12として測定を行った。また、アクリル酸および/またはその塩以外の単量体が1モル%よりも多く共重合された吸水性樹脂の場合には、その高分子に固有の上記溶媒中での示差屈折率(dn/dc)を測定し、その数値を用いることができる。
屈折率、光散乱強度、粘度のデータ収集および解析は、Viscotek OmniSEC3.1(登録商標)ソフトウェアで行った。屈折率および光散乱強度から得られたデータより、重量平均分子量(Mw)を計算した。また、屈折率、光散乱強度および粘度計から得られたデータより、X軸をLog(Mw)(重量平均分子量(Mw))、Y軸をLog(IV)(固有粘度)としたMark−Houwink−Sakuradaプロットを行った。このプロットした線より、Log(Mw)=6.1の時のLog(IV)を読み取り、その値から固有粘度(IV)を算出した。
<熱分解性ラジカル開始剤含有指数>
熱分解性ラジカル開始剤含有指数は含水ゲル中のポリマーのモノマーユニット数と熱分解性ラジカル開始剤のモル比で表される数値であり、以下の数式で計算される。
熱分解性ラジカル開始剤含有指数 = (Ci/Mi)/(Cm/Mm)×105
Ci:乾燥工程直前の含水ゲルを5%塩化ナトリウム水溶液中で1時間攪拌することによって抽出される熱分解性ラジカル開始剤量(質量%)
Mi:抽出された熱分解性ラジカル開始剤のモル平均分子量(g/mol)
Cm:含水ゲルを180℃で8時間乾燥することによって求められる含水ゲルの固形分量(質量%)
Mm:重合されたモノマーのモル平均分子量(g/mol)
(含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)の測定)
容量260mlの蓋つきポリプロピレン製容器に、乾燥工程直前の含水ゲル10gおよび、5%塩化ナトリウム水溶液170g(ゲルが膨潤して攪拌できない場合、塩濃度または水溶液の量は適宜調整される)を入れ、室温下に、遮光して攪拌した。1時間後、溶液を取り出しフィルター(ジーエルサイエンス社製、GLクロマトディスク、水系25A、孔径0.45μm)を通過させた。その溶液をスクリューキャップつきカラス製サンプル瓶(容量50ml、直径35mm、高さ約80mm)に4.00g入れ、さらに5%塩化ナトリウム水溶液を6.00g入れた。その後、直ちに44質量%ヨウカカリウム水溶液を1.00g加えて、室温下に、遮光して攪拌した。1時間後、その溶液をプラスチック製の1cmセルに移し、分光光度計(日立レシオビーム分光光度計U−1100形)を用いて、350nmの波長の吸光度を測定した(純水の吸光度を0とした)。こうして得られた吸光度の値から含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)を計算した。
熱分解性ラジカル開始剤を0.0005、0.0010、0.0015、0.0020質量%含む5%塩化ナトリウム水溶液を、ぞれぞれ、前記と同様の操作を行って測定した吸光度から検量線を作成した。この検量線と、前記の吸光度から含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)を計算した。
検量線の数式を 熱分解性ラジカル開始剤量(質量%)=a×(吸光度)+b(a,bは定数)とした場合、含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は以下の式で表される。
熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)
=(a×(吸光度)+b)×((170+10)/10)×((6+4)/4)
(含水ゲルの固形分量Cm(質量%))
前記の方法で測定される。
<加水分解条件2での処理後における重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分子量分布(Mw/Mn)>
(試料調製)
ポリプロピレン製の試験管(内径1.8cm、長さ15〜18cm)に吸水性樹脂20mg、および0.1mol/l水酸化ナトリウム水溶液(和光純薬社製、容量分析用)10gを入れ、ポリプロピレン製の栓をした。この試験管を遮光し、80℃で3週間静置するという処理を行った。3週間後、吸水性樹脂は加水分解され溶液状になっていた。また、加水分解後の吸水性樹脂の不溶成分は通常50質量%以下であり、好ましくは10質量%以下であり、さらに好ましくは0質量%である。
こうして得られた溶液を以下の溶媒で4倍に希釈し、フィルター(ジーエルサイエンス社製、GLクロマトディスク、水系25A、孔径0.2μm)を通過させた。この溶液を以下の測定条件で測定を行った。
(GPC測定条件)
ビスコテック社製TDA302(登録商標)を用いて、測定を行った。装置構成としては、サイズ排除クロマトグラフィー、屈折率検出器、光散乱検出器、およびキャピラリー粘度計を搭載した装置である。
測定装置及び測定条件は以下の通りとした。
ポンプ・オートサンプラー:ビスコテック社製GPCmax
ガードカラム:OHpak SB−G(昭和電工株式会社製)
カラム:OHpak SB−806MHQ(昭和電工株式会社製)を2本直列につないで使用
検出器:ビスコテック社製TDA302(系内温度は30℃で保持)
溶媒:リン酸2水素ナトリウム2水和物60mM・リン酸水素2ナトリウム12水和物20mM・アジ化ナトリウム400ppm水溶液(pH6.35〜6.38)
流速:0.5ml/min
注入量:100μl
本測定に使用する純水は、十分に不純物を取り除いたものが使用される。また、測定は十分な量の溶媒を装置に流し、検出値のベースラインが安定した状態で行う。特に、光散乱検出器でのノイズピークが無い状態で測定を行う。
装置校正はポリオキシエチレングリコール(重量平均分子量(Mw)22396、分子量分布(Mw/Mn=1.0)、示差屈折率(dn/dc)=0.132、溶媒屈折率1.33)を標準サンプルとして用いて行った。
吸水性樹脂がアクリル酸および/またはその塩を99モル%以上含む単量体を重合して得られたものである場合には、分析対象となるポリマーの示差屈折率(dn/dc)は0.12、溶媒屈折率は1.33として測定を行った。また、アクリル酸および/またはその塩以外の単量体が1モル%よりも多く共重合された吸水性樹脂の場合には、その高分子に固有の上記溶媒中での示差屈折率(dn/dc)を測定し、その数値を用いることができる。
測定結果のチャートを確認し、光散乱強度測定結果のピークにノイズが多く含まれる場合には、再度測定を行った。
屈折率、光散乱強度、粘度のデータ収集および解析は、Viscotek OmniSEC3.1(登録商標)ソフトウェアで行った。屈折率(RI)および光散乱強度(角度7°)LALS、粘度計(DP)から得られたデータより、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分子量分布量(Mw/Mn)、固有粘度(IV)を計算した。なお、本明細書において、固有粘度(IV)は極限粘度(IV)と同義である。
<水可溶成分の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分子量分布(Mw/Mn)>
(試料調製)
上記<水可溶分(水可溶成分)量>で得られたろ液を用いた。試料濃度が高い場合はポリマー成分の濃度が、0.5mg/ml程度となるように適宜GPC溶液を用いて希釈した。
(測定条件)
上記GPC測定条件と同様の条件で測定を行った。
(実施例1)
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸436.4g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液4617.9g、純水373.8g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量(Mw)523)11.40gを溶解させて反応液とした。次にこの反応液を窒素ガス雰囲気下で、20分間脱気した。続いて、反応液に10質量%過硫酸ナトリウム水溶液36.33gおよび0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液24.22gを攪拌しながら添加したところ、およそ25秒後に重合が開始した。そして、生成したゲルを粉砕しながら、25℃以上95℃以下で重合を行い、重合が開始して30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。このとき、重合が開始してから最高温度に達するまでの時間は15分以内であった。得られた含水ゲル(含水ゲル状架橋重合体)は、その径が約5mm以下に細分化されていた。
この含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0547質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は40.9質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は49.7であった。これらの結果を表1に示す。
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45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、さらに分級操作によって目開き710μmのJIS標準篩を通過した粒子を、さらに目開き175μmのJIS標準篩で分級し、通過した微粒子を除去することにより、質量平均粒子径(D50)341μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.33の不定形破砕状の吸水性樹脂(1)を得た。吸水性樹脂(1)の遠心分離機保持容量(CRC)は34.4(g/g)、水可溶分量は7.6質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.7質量%であった。吸水性樹脂(1)の重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)および重量平均分子量(Mw)を前記方法に従って測定した結果を表3に示す。
得られた吸水性樹脂(1)100質量部に1,4−ブタンジオール0.38質量部、プロピレングリコール0.63質量部、純水2.74質量部の混合液からなる表面架橋剤を均一に混合した後、混合物を212℃で加熱処理した。混合物の加熱時間を25分、35分、40分としたものをそれぞれ作製した。その後、得られた粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、解砕された粒子に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を得た。加熱時間25分のものを吸水性樹脂(1−25)、加熱時間35分のものを吸水性樹脂(1−35)、加熱時間40分のものを吸水性樹脂(1−40)とした。吸水性樹脂(1−35)、(1−40)の重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)および重量平均分子量(Mw)を前記方法に従って測定した結果を表3に示す。
表面が架橋された吸水性樹脂(1−25)、(1−35)、(1−40)の100質量部それぞれに、硫酸アルミニウム27.5質量%水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)0.40質量部、乳酸ナトリウム60質量%水溶液0.134質量部、プロピレングリコール0.002質量部からなる混合液を添加した。添加後、無風条件下、60℃で1時間乾燥した後、これらの粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、これら粒子に前記ペイントシェーカーテスト2を行った。こうして、得られた粒子をそれぞれ、吸水性樹脂(1−25)から得られたものを吸水性樹脂(1−25A)、吸水性樹脂(1−35)から得られたものを吸水性樹脂(1−35A)、吸水性樹脂(1−40)から得られたものを吸水性樹脂(1−40A)とした。
得られた上記吸水性樹脂(1−25A)・(1−35A)・(1−40A)についてCRC、AAP、SFC、D50、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合について測定した結果を表2に示した。
(実施例2)
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸436.4g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液4617.9g、純水377.5g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量(Mw)523)10.13gを溶解させて反応液とした。次にこの反応液を窒素ガス雰囲気下で、20分間脱気した。続いて、反応液に10質量%過硫酸ナトリウム水溶液33.91gおよび0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液24.22gを攪拌しながら添加したところ、およそ25秒後に重合が開始した。そして、生成したゲルを粉砕しながら、25℃以上95℃以下で重合を行い、重合が開始して30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。このとき、重合が開始してから最高温度に達するまでの時間は15分以内であった。得られた含水ゲル(含水ゲル状架橋重合体)は、その径が約5mm以下に細分化されていた。
この含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0504質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は41.2質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は45.5であった。これらの結果を表1に示す。
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45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、さらに分級操作によって目開き710μmのJIS標準篩を通過した粒子を、さらに目開き175μmのJIS標準篩で分級し、通過した微粒子を除去することにより、質量平均粒子径(D50)340μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.33の不定形破砕状の吸水性樹脂(2)を得た。吸水性樹脂(2)の遠心分離機保持容量(CRC)は34.7(g/g)、水可溶分量は7.5質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.6質量%であった。
得られた吸水性樹脂(2)100質量部に1,4−ブタンジオール0.38質量部、プロピレングリコール0.63質量部、純水3.39質量部、過硫酸ナトリウム0.1質量部の混合液からなる表面架橋剤を均一に混合した後、混合物を212℃で加熱処理した。混合物の加熱時間を35分、40分、45分としたものをそれぞれ作製した。その後、得られた粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、解砕された粒子に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を得た。加熱時間35分のものを吸水性樹脂(2−35)、加熱時間40分のものを吸水性樹脂(2−40)、加熱時間45分のものを吸水性樹脂(2−45)とした。
表面が架橋された吸水性樹脂(2−35)、(2−40)、(2−45)の100質量部それぞれに、硫酸アルミニウム27.5質量%水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)0.40質量部、乳酸ナトリウム60質量%水溶液0.134質量部、プロピレングリコール0.002質量部からなる混合液を添加した。添加後、無風条件下、60℃で1時間乾燥した後、これらの粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、これら粒子に前記ペイントシェーカーテスト2を行った。こうして、得られた粒子をそれぞれ、吸水性樹脂(2−35)から得られたものを吸水性樹脂(2−35A)、吸水性樹脂(2−40)から得られたものを吸水性樹脂(2−40A)、吸水性樹脂(2−45)から得られたものを吸水性樹脂(2−45A)とした。
得られた上記吸水性樹脂(2−35A)・(2−40A)・(2−45A)についてCRC、AAP、SFC、D50、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合について測定した結果を表2に示した。
(実施例3)
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸436.4g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液4617.9g、純水372.6g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量(Mw)523)10.13gを溶解させて反応液とした。次にこの反応液を窒素ガス雰囲気下で、20分間脱気した。続いて、反応液に10質量%過硫酸ナトリウム水溶液38.76gおよび0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液24.22gを攪拌しながら添加したところ、およそ25秒後に重合が開始した。そして、生成したゲルを粉砕しながら、25℃以上95℃以下で重合を行い、重合が開始して30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。このとき、重合が開始してから最高温度に達するまでの時間は15分以内であった。得られた含水ゲル(含水ゲル状架橋重合体)は、その径が約5mm以下に細分化されていた。
この含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0591質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は41.4質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は53.1であった。これらの結果を表1に示す。
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45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、さらに分級操作によって目開き710μmのJIS標準篩を通過した粒子を、さらに目開き175μmのJIS標準篩で分級し、通過した微粒子を除去することにより、質量平均粒子径(D50)339μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.33の不定形破砕状の吸水性樹脂(3)を得た。吸水性樹脂(3)の遠心分離機保持容量(CRC)は34.8(g/g)、水可溶分量は7.3質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.7質量%であった。
得られた吸水性樹脂(3)100質量部に1,4−ブタンジオール0.38質量部、プロピレングリコール0.63質量部、純水3.39質量部、過硫酸ナトリウム0.1質量部の混合液からなる表面架橋剤を均一に混合した後、混合物を212℃で加熱処理した。混合物の加熱時間を40分、45分、50分としたものをそれぞれ作製した。その後、得られた粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、解砕された粒子に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を得た。加熱時間40分のものを吸水性樹脂(3−40)、加熱時間45分のものを吸水性樹脂(3−45)、加熱時間50分のものを吸水性樹脂(3−50)とした。
表面が架橋された吸水性樹脂(3−40)、(3−45)、(3−50)の100質量部それぞれに、硫酸アルミニウム27.5質量%水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)0.40質量部、乳酸ナトリウム60質量%水溶液0.134質量部、プロピレングリコール0.002質量部からなる混合液を添加した。添加後、無風条件下、60℃で1時間乾燥した後、これらの粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、これら粒子に前記ペイントシェーカーテスト2を行った。こうして、得られた粒子をそれぞれ、吸水性樹脂(3−40)から得られたものを吸水性樹脂(3−40A)、吸水性樹脂(3−45)から得られたものを吸水性樹脂(3−45A)、吸水性樹脂(3−50)から得られたものを吸水性樹脂(3−50A)とした。
得られた上記吸水性樹脂(3−40A)・(3−45A)・(3−50A)についてCRC、AAP、SFC、D50、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合について測定した結果を表2に示した。
(実施例4)
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸436.4g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液4617.9g、純水362.9g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量(Mw)523)10.13gを溶解させて反応液とした。次にこの反応液を窒素ガス雰囲気下で、20分間脱気した。続いて、反応液に10質量%過硫酸ナトリウム水溶液48.45gおよび0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液24.22gを攪拌しながら添加したところ、およそ25秒後に重合が開始した。そして、生成したゲルを粉砕しながら、25℃以上95℃以下で重合を行い、重合が開始して30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。このとき、重合が開始してから最高温度に達するまでの時間は15分以内であった。得られた含水ゲル(含水ゲル状架橋重合体)は、その径が約5mm以下に細分化されていた。
この含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0826質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は41.2質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は74.6であった。これらの結果を表1に示す。
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45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、さらに分級操作によって目開き710μmのJIS標準篩を通過した粒子を、さらに目開き175μmのJIS標準篩で分級し、通過した微粒子を除去することにより、質量平均粒子径(D50)341μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.33の不定形破砕状の吸水性樹脂(4)を得た。吸水性樹脂(4)の遠心分離機保持容量(CRC)は34.8(g/g)、水可溶分量は7.8質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.8質量%であった。
得られた吸水性樹脂(4)100質量部に1,4−ブタンジオール0.38質量部、プロピレングリコール0.63質量部、純水3.39質量部、過硫酸ナトリウム0.1質量部の混合液からなる表面架橋剤を均一に混合した後、混合物を212℃で加熱処理した。混合物の加熱時間を35分、40分、45分としたものをそれぞれ作製した。その後、得られた粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、解砕された粒子に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を得た。加熱時間35分のものを吸水性樹脂(4−35)、加熱時間40分のものを吸水性樹脂(4−40)、加熱時間45分のものを吸水性樹脂(4−45)とした。
表面が架橋された吸水性樹脂(4−35)、(4−40)、(4−45)の100質量部それぞれに、硫酸アルミニウム27.5質量%水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)0.40質量部、乳酸ナトリウム60質量%水溶液0.134質量部、プロピレングリコール0.002質量部からなる混合液を添加した。添加後、無風条件下、60℃で1時間乾燥した後、これらの粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、これら粒子に前記ペイントシェーカーテスト2を行った。こうして、得られた粒子をそれぞれ、吸水性樹脂(4−35)から得られたものを吸水性樹脂(4−35A)、吸水性樹脂(4−40)から得られたものを吸水性樹脂(4−40A)、吸水性樹脂(4−45)から得られたものを吸水性樹脂(4−45A)とした。
得られた上記吸水性樹脂(4−35A)・(4−40A)・(4−45A)についてCRC、AAP、SFC、D50、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合について測定した結果を表2に示した。
(実施例5)
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸436.4g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液4617.9g、純水378.7g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量(Mw)523)8.87gを溶解させて反応液とした。次にこの反応液を窒素ガス雰囲気下で、20分間脱気した。続いて、反応液に10質量%過硫酸ナトリウム水溶液33.91gおよび0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液24.22gを攪拌しながら添加したところ、およそ25秒後に重合が開始した。そして、生成したゲルを粉砕しながら、25℃以上95℃以下で重合を行い、重合が開始して30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。このとき、重合が開始してから最高温度に達するまでの時間は15分以内であった。得られた含水ゲル(含水ゲル状架橋重合体)は、その径が約5mm以下に細分化されていた。
この含水ゲルの含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0510質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は40.7質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は46.6であった。これらの結果を表1に示す。
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45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、さらに分級操作によって目開き710μmのJIS標準篩を通過した粒子を、さらに目開き175μmのJIS標準篩で分級し、通過した微粒子を除去することにより、質量平均粒子径(D50)340μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.33の不定形破砕状の吸水性樹脂(5)を得た。吸水性樹脂(5)の遠心分離機保持容量(CRC)は36.9(g/g)、水可溶分量は9.2質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.7質量%であった。
得られた吸水性樹脂(5)100質量部に1,4−ブタンジオール0.38質量部、プロピレングリコール0.63質量部、純水2.74質量部の混合液からなる表面架橋剤を均一に混合した後、混合物を212℃で加熱処理した。混合物の加熱時間を40分、45分としたものをそれぞれ作製した。その後、得られた粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、解砕された粒子に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を得た。加熱時間40分のものを吸水性樹脂(5−40)、加熱時間45分のものを吸水性樹脂(5−45)とした。
表面が架橋された吸水性樹脂(5−40)、(5−45)の100質量部それぞれに、硫酸アルミニウム27.5質量%水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)0.40質量部、乳酸ナトリウム60質量%水溶液0.134質量部、プロピレングリコール0.002質量部からなる混合液を添加した。添加後、無風条件下、60℃で1時間乾燥した後、これらの粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、これら粒子に前記ペイントシェーカーテスト2を行った。こうして、得られた粒子をそれぞれ、吸水性樹脂(5−40)から得られたものを吸水性樹脂(5−40A)、吸水性樹脂(5−45)から得られたものを吸水性樹脂(5−45A)とした。
得られた上記吸水性樹脂(5−40A)・(5−45A)についてCRC、AAP、SFC、D50、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合について測定した結果を表2に示した。
(比較例1)
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸436.4g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液4617.9g、純水381.0g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量(Mw)523)11.40gを溶解させて反応液とした。次にこの反応液を窒素ガス雰囲気下で、20分間脱気した。続いて、反応液に10質量%過硫酸ナトリウム水溶液29.07gおよび0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液24.22gを攪拌しながら添加したところ、およそ25秒後に重合が開始した。そして、生成したゲルを粉砕しながら、25℃以上95℃以下で重合を行い、重合が開始して30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。このとき、重合が開始してから最高温度に達するまでの時間は15分以内であった。得られた含水ゲル(含水ゲル状架橋重合体)は、その径が約5mm以下に細分化されていた。
この含水ゲルの含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0381質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は40.9質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は34.6であった。これらの結果を表1に示す。
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45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、さらに分級操作によって目開き710μmのJIS標準篩を通過した粒子を、さらに目開き175μmのJIS標準篩で分級し、通過した微粒子を除去することにより、質量平均粒子径(D50)342μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.33の不定形破砕状の比較吸水性樹脂(1)を得た。比較吸水性樹脂(1)の遠心分離機保持容量(CRC)は33.3(g/g)、水可溶分量は7.4質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.7質量%であった。比較吸水性樹脂(1)の重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)および重量平均分子量(Mw)を前記方法に従って測定した結果を表3に示す。
得られた比較吸水性樹脂(1)100質量部に1,4−ブタンジオール0.38質量部、プロピレングリコール0.63質量部、純水2.74質量部の混合液からなる表面架橋剤を均一に混合した後、混合物を212℃で加熱処理した。混合物の加熱時間を25分、30分、35分としたものをそれぞれ作製した。その後、得られた粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、解砕された粒子にペイントシェーカーテスト1を行った。こうして、表面が架橋された比較吸水性樹脂を得た。加熱時間25分のものを比較吸水性樹脂(1−25)、加熱時間30分のものを比較吸水性樹脂(1−30)、加熱時間35分のものを比較吸水性樹脂(1−35)とした。比較吸水性樹脂(1−25)、(1−35)の重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)および重量平均分子量(Mw)を前記方法に従って測定した結果を表3に示す。
表面が架橋された比較吸水性樹脂(1−25)、(1−30)、(1−35)の100質量部それぞれに、硫酸アルミニウム27.5質量%水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)0.40質量部、乳酸ナトリウム60質量%水溶液0.134質量部、プロピレングリコール0.002質量部からなる混合液を添加した。添加後、無風条件下、60℃で1時間乾燥した後、これらの粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、これら粒子に前記ペイントシェーカーテスト2を行った。こうして、得られた粒子をそれぞれ、比較吸水性樹脂(1−25)から得られたものを吸水性樹脂(1−25A)、比較吸水性樹脂(1−30)から得られたものを吸水性樹脂(1−30A)、比較吸水性樹脂(1−35)から得られたものを吸水性樹脂(1−35A)、とした。
得られた上記比較吸水性樹脂(1−25A)・(1−30A)・(1−35A)についてCRC、AAP、SFC、D50、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合について測定した結果を表2に示した。
(比較例2)
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸436.4g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液4617.9g、純水385.9g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量(Mw)523)11.40gを溶解させて反応液とした。次にこの反応液を窒素ガス雰囲気下で、20分間脱気した。続いて、反応液に10質量%過硫酸ナトリウム水溶液24.22gおよび0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液24.22gを攪拌しながら添加したところ、およそ25秒後に重合が開始した。そして、生成したゲルを粉砕しながら、25℃以上95℃以下で重合を行い、重合が開始して30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。このとき、重合が開始してから最高温度に達するまでの時間は15分以内であった。得られた含水ゲル(含水ゲル状架橋重合体)は、その径が約5mm以下に細分化されていた。
この含水ゲルの含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0319質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は40.8質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は29.1であった。これらの結果を表1に示す。
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45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、さらに分級操作によって目開き710μmのJIS標準篩を通過した粒子を、さらに目開き175μmのJIS標準篩で分級し、通過した微粒子を除去することにより、質量平均粒子径(D50)340μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.33の不定形破砕状の比較吸水性樹脂(2)を得た。比較吸水性樹脂(2)の遠心分離機保持容量(CRC)は33.2(g/g)、水可溶分量は7.4質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.6質量%であった。比較吸水性樹脂(2)の重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)および重量平均分子量(Mw)を前記方法に従って測定した結果を表3に示す。
得られた比較吸水性樹脂(2)100質量部に1,4−ブタンジオール0.38質量部、プロピレングリコール0.63質量部、純水2.74質量部の混合液からなる表面架橋剤を均一に混合した後、混合物を212℃で加熱処理した。混合物の加熱時間を30分、40分、45分としたものをそれぞれ作製した。その後、得られた粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、解砕された粒子にペイントシェーカーテスト1を行った。こうして、表面が架橋された比較吸水性樹脂を得た。加熱時間30分のものを比較吸水性樹脂(2−30)、加熱時間40分のものを比較吸水性樹脂(2−40)、加熱時間45分のものを比較吸水性樹脂(2−45)とした。
表面が架橋された比較吸水性樹脂(2−30)、(2−40)、(2−45)の100質量部それぞれに、硫酸アルミニウム27.5質量%水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)0.40質量部、乳酸ナトリウム60質量%水溶液0.134質量部、プロピレングリコール0.002質量部からなる混合液を添加した。添加後、無風条件下、60℃で1時間乾燥した後、これらの粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、これら粒子に前記ペイントシェーカーテスト2を行った。こうして、得られた粒子をそれぞれ、比較吸水性樹脂(2−30)から得られたものを吸水性樹脂(2−30A)、比較吸水性樹脂(2−40)から得られたものを吸水性樹脂(2−40A)、比較吸水性樹脂(2−45)から得られたものを吸水性樹脂(2−45A)、とした。
得られた上記比較吸水性樹脂(2−30A)・(2−40A)・(2−45A)についてCRC、AAP、SFC、D50、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合について測定した結果を表2に示した。
(比較例3)
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸436.4g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液4617.9g、純水382.3g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量(Mw)523)10.13gを溶解させて反応液とした。次にこの反応液を窒素ガス雰囲気下で、20分間脱気した。続いて、反応液に10質量%過硫酸ナトリウム水溶液29.07gおよび0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液24.22gを攪拌しながら添加したところ、およそ25秒後に重合が開始した。そして、生成したゲルを粉砕しながら、25℃以上95℃以下で重合を行い、重合が開始して30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。このとき、重合が開始してから最高温度に達するまでの時間は15分以内であった。得られた含水ゲル(含水ゲル状架橋重合体)は、その径が約5mm以下に細分化されていた。
この含水ゲルの含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0403質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は41.4質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は36.2であった。これらの結果を表1に示す。
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45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、さらに分級操作によって目開き710μmのJIS標準篩を通過した粒子を、さらに目開き175μmのJIS標準篩で分級し、通過した微粒子を除去することにより、質量平均粒子径(D50)341μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.33の不定形破砕状の比較吸水性樹脂(3)を得た。比較吸水性樹脂(3)の遠心分離機保持容量(CRC)は34.7(g/g)、水可溶分量は7.1質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.7質量%であった。
得られた比較吸水性樹脂(3)100質量部に1,4−ブタンジオール0.38質量部、プロピレングリコール0.63質量部、純水3.39質量部、過硫酸ナトリウム0.1質量部の混合液からなる表面架橋剤を均一に混合した後、混合物を212℃で加熱処理した。混合物の加熱時間を35分、40分、45分としたものをそれぞれ作製した。その後、得られた粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、解砕された粒子にペイントシェーカーテスト1を行った。こうして、表面が架橋された比較吸水性樹脂を得た。加熱時間35分のものを比較吸水性樹脂(3−35)、加熱時間40分のものを比較吸水性樹脂(3−40)、加熱時間45分のものを比較吸水性樹脂(3−45)とした。
表面が架橋された比較吸水性樹脂(3−35)、(3−40)、(3−45)の100質量部それぞれに、硫酸アルミニウム27.5質量%水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)0.40質量部、乳酸ナトリウム60質量%水溶液0.134質量部、プロピレングリコール0.002質量部からなる混合液を添加した。添加後、無風条件下、60℃で1時間乾燥した後、これらの粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、これら粒子に前記ペイントシェーカーテスト2を行った。こうして、得られた粒子をそれぞれ、比較吸水性樹脂(3−35)から得られたものを吸水性樹脂(3−35A)、比較吸水性樹脂(3−40)から得られたものを吸水性樹脂(3−40A)、比較吸水性樹脂(3−45)から得られたものを吸水性樹脂(3−45A)、とした。
得られた上記比較吸水性樹脂(3−35A)・(3−40A)・(3−45A)についてCRC、AAP、SFC、D50、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合について測定した結果を表2に示した。
(比較例4)
シグマ型羽根を2本有する内容積10リットルのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸436.4g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液4617.9g、純水384.8g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量(Mw)523)7.60gを溶解させて反応液とした。次にこの反応液を窒素ガス雰囲気下で、20分間脱気した。続いて、反応液に10質量%過硫酸ナトリウム水溶液29.07gおよび0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液24.22gを攪拌しながら添加したところ、およそ25秒後に重合が開始した。そして、生成したゲルを粉砕しながら、25℃以上95℃以下で重合を行い、重合が開始して30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。このとき、重合が開始してから最高温度に達するまでの時間は15分以内であった。得られた含水ゲル(含水ゲル状架橋重合体)は、その径が約5mm以下に細分化されていた。
この含水ゲルの含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0384質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は41.1質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は34.7であった。これらの結果を表1に示す。
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45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、さらに分級操作によって目開き710μmのJIS標準篩を通過した粒子を、さらに目開き175μmのJIS標準篩で分級し、通過した微粒子を除去することにより、質量平均粒子径(D50)341μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.33の不定形破砕状の比較吸水性樹脂(4)を得た。比較吸水性樹脂(4)の遠心分離機保持容量(CRC)は39.5(g/g)、水可溶分量は12.1質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.6質量%であった。
得られた比較吸水性樹脂(4)100質量部に1,4−ブタンジオール0.38質量部、プロピレングリコール0.63質量部、純水2.74質量部の混合液からなる表面架橋剤を均一に混合した後、混合物を212℃で加熱処理した。混合物の加熱時間を45分、50分としたものをそれぞれ作製した。その後、得られた粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、解砕された粒子にペイントシェーカーテスト1を行った。こうして、表面が架橋された比較吸水性樹脂を得た。加熱時間45分のものを比較吸水性樹脂(4−45)、加熱時間50分のものを比較吸水性樹脂(4−50)とした。
表面が架橋された比較吸水性樹脂(4−45)、(4−50)の100質量部それぞれに、硫酸アルミニウム27.5質量%水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)0.40質量部、乳酸ナトリウム60質量%水溶液0.134質量部、プロピレングリコール0.002質量部からなる混合液を添加した。添加後、無風条件下、60℃で1時間乾燥した後、これらの粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、これら粒子に前記ペイントシェーカーテスト2を行った。こうして、得られた粒子をそれぞれ、比較吸水性樹脂(4−45)から得られたものを吸水性樹脂(4−45A)、比較吸水性樹脂(4−50)から得られたものを吸水性樹脂(4−50A)とした。
得られた上記比較吸水性樹脂(4−45A)・(4−50A)についてCRC、AAP、SFC、D50、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合について測定した結果を表2に示した。
Figure 0006340348
表1に示すように、本発明の実施例で得られた含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤含有指数は40〜100の範囲内である。これに対し、比較例で得られた含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤含有指数は29.1〜36.2の範囲であり、本発明の範囲外である。すなわち、内部架橋剤を0.06〜5mol%含む水溶性不飽和単量体を重合する工程である重合工程と、
熱分解性ラジカル開始剤含有指数が40〜100である含水ゲルを、100〜250℃で乾燥する工程を含むことで諸物性に優れる吸水性樹脂を提供することができる。これにより、本発明の吸水性樹脂が吸水体に使用された場合、液の取り込み速度に優れ、高性能な吸水体を提供することができる。
Figure 0006340348
表2に示すように、本発明の実施例で得られた吸水性樹脂は、比較例で得られた比較吸水性樹脂と比べて、CRCとSFCのバランスに優れている。図2に示したグラフからも明らかである。これにより、本発明の吸水性樹脂が吸水体に使用された場合、液の取り込み速度に優れ、高性能な吸水体を提供することができる。
Figure 0006340348
表3に示すように、本発明の実施例で得られた吸水性樹脂の前記処理後の重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)は7.3(dL/g)以下であるのに対し、比較例で得られた比較吸水性樹脂はすべて7.3(dL/g)以上である。この差が吸水性樹脂の内部構造の改善効果を示唆していると考えられる。すなわち、表2および表3の結果より、前記処理後の重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)は7.3(dL/g)以下の吸水性樹脂を用いることで、諸物性に優れる吸水性樹脂を提供することができる。これにより、本発明の吸水性樹脂が吸水体に使用された場合、液の取り込み速度に優れ、高性能な吸水体を提供することができる。
(実施例6)
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258.8g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量(Mw)523)1.78g(0.0095mol%)、および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を混合し溶液(A)を調製した。
48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液210.6g、および32℃に調温したイオン交換水212.8gを混合し溶液(B)を調製した。その後、マグネチックスターラーを用いて攪拌しながら、上記溶液(A)に溶液(B)を開放系ですばやく加えて混合し単量体水溶液を調製した。混合の過程で中和熱および溶解熱が発生し、当該単量体水溶液の液温が約102℃になるまで上昇した。
得られた単量体水溶液の温度が95℃になったときに、3.75質量%の過硫酸ナトリウム水溶液14.37gを加え数秒間攪拌した。その後、内面にテフロン(登録商標)を貼り付けたステンレス製バット型容器内に開放系で注いだ。なお、上記ステンレス製バット型容器の表面温度を、ホットプレート(NEO HOTPLATE H1−1000、(株)井内盛栄堂製)を用いて、予め100℃まで加熱した。
上記ステンレス製バット型容器のサイズは、底面250mm×250mm、上面640mm×640mm、および高さ50mmである。また、上記ステンレス製バット型容器の中心断面は、台形であり上面が開放されている。
単量体水溶液が上記ステンレス製バット型容器に注がれて間もなく重合が開始された。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分以内に終了した。3分間重合容器内に保持した後、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)により解砕し、細分化された含水ゲル状架橋重合体を得た。このとき、ゲル投入量は約340g/min、ゲル投入と平行して脱イオン水を48g/minで添加しながら解砕を行った。
この含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0698質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は50.75質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は50.7であった。これらの結果を表4に示す。
この細分化された含水ゲル状架橋重合体を60メッシュの金網上に広げ、180℃で35分間熱風乾燥を行った。
乾燥物を、ロールミルを用いて粉砕した。次に分級操作によって目開き710μmのJIS標準篩を通過した粒子を、さらに目開き175μmのJIS標準篩で分級し、通過した微粒子を除去した。その結果、質量平均粒子径(D50)342μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.32の不定形破砕状の吸水性樹脂(6)を得た。
吸水性樹脂(6)の遠心分離機保持容量(CRC)は31.1(g/g)、水可溶分量は6.3質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.5質量%であった。
得られた吸水性樹脂(6)100質量部に1,4−ブタンジオール0.31質量部、プロピレングリコール0.49質量部、純水2.4質量部の混合液からなる表面架橋剤を均一に混合した後、混合物を212℃で35分間加熱処理した。その後、得られた粒子に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(6−35)を得た。
表面が架橋された吸水性樹脂(6−35)の100質量部それぞれに、硫酸アルミニウム27質量%水溶液(酸化アルミニウム換算で8質量%)0.80質量部、乳酸ナトリウム60質量%水溶液0.134質量部、プロピレングリコール0.016質量部からなる混合液を添加した。その後、得られた粒子をそれぞれ目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。次に、解砕された粒子にペイントシェーカーテスト2を行った。こうして、吸水性樹脂(6−35A)を得た。
(実施例7)
実施例6の3.75質量%の過硫酸ナトリウム水溶液の濃度を4.50%に変更して同様の操作を行った。
得られた含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0851質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は51.02質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は61.4であった。これらの結果を表4に示す。
さらに得られた含水ゲルに実施例6と同様の操作を行い、質量平均粒子径(D50)342μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.32の不定形破砕状の吸水性樹脂(7)を得た。
吸水性樹脂(7)の遠心分離機保持容量(CRC)は30.0(g/g)、水可溶分量は5.6質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.4質量%であった。
さらに、吸水性樹脂(7)に実施例6と同様の操作を行い、吸水性樹脂(7−35A)を得た。
(比較例5)
実施例6の3.75質量%の過硫酸ナトリウム水溶液の濃度を3.00%に変更して同様の操作を行った。
得られた含水ゲルの熱分解性ラジカル開始剤量Ci(質量%)は0.0495質量%であった。含水ゲルの固形分量Cm(質量%)は50.35質量%であった。熱分解性ラジカル開始剤含有指数は36.2であった。これらの結果を表4に示す。
Figure 0006340348
さらに得られた含水ゲルに実施例6と同様の操作を行い、質量平均粒子径(D50)342μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)0.32の不定形破砕状の比較吸水性樹脂(5)を得た。
比較吸水性樹脂(5)の遠心分離機保持容量(CRC)は30.6(g/g)、水可溶分量は5.6質量%、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合は1.6質量%であった。
さらに、比較吸水性樹脂(5)に実施例6と同様の操作を行い、吸水性樹脂(5−35A)を得た。
得られた上記吸水性樹脂(6−35A)、(7−35A)、比較吸水性樹脂(5−35A)についてCRC、AAP、SFC、D50、目開き150μmのふるいを通過できる大きさの粒子の割合について測定した結果を表5に示した。
Figure 0006340348
(比較例6)
2004年12月に入手した「リフレ はくパンツ うす型長時間 サイズLL」(ロット番号40623)の下層部分(バックシートに近い方)から吸水性樹脂を取り出した。そして、当該吸水性樹脂を比較吸水性樹脂(6)として用いた。
(比較例7)
2006年4月に入手した「GOO.N はじめての肌着 サイズL」(ロット番号7026281519)から吸水性樹脂を取り出した。この吸水性樹脂を1mmHg以下、60℃で12時間減圧乾燥を行い、比較吸水性樹脂(7)を調製した。
(比較例8)
2006年6月に入手した「HUGGIES Ultra ComfortサイズL」(ロット番号2005.11.26.TJ0430541128)から吸水性樹脂を取り出した。この吸水性樹脂を1mmHg以下、60℃で12時間減圧乾燥を行い、比較吸水性樹脂(8)を調製した。
(比較例9)
2006年6月に入手した「Pampers Let’s go サイズ4maxi」(ロット番号POL02/02/06 6033 4518 09 22:15)から吸水性樹脂を取り出した。この吸水性樹脂を1mmHg以下、60℃で12時間減圧乾燥を行い、比較吸水性樹脂(9)を調製した。
上記で得られた吸水性樹脂(1−40A)、吸水性樹脂(2−45A)、吸水性樹脂(3−50A)、吸水性樹脂(4−45A)、吸水性樹脂(5−45A)、吸水性樹脂(6−35A)、吸水性樹脂(7−35A)、比較吸水性樹脂(1−30A)、比較吸水性樹脂(2−40A)、比較吸水性樹脂(3−40A)、比較吸水性樹脂(4−50A)、比較吸水性樹脂(5−35A)、比較吸水性樹脂(6)、比較吸水性樹脂(7)、比較吸水性樹脂(8)、および比較吸水性樹脂(9)の加水分解条件2における重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分子量分布(Mw/Mn)を測定した。その結果を表6に示す。
Figure 0006340348
上記で得られた吸水性樹脂(1−40A)、(2−45A)、(3−50A)、(4−45A)、(5−45A)、(6−35A)、および(7−35A)の水可溶成分の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分子量分布(Mw/Mn)を測定した結果を表7に示す。
Figure 0006340348
(実施例8)
吸水性樹脂(1−40A)、(2−45A)、(3−50A)、(4−45A)、(5−45A)、(6−35A)、および(7−35A)をそれぞれ用いて以下の操作を行った。
吸水性樹脂50重量部と、木材粉砕パルプ50重量部とを、ミキサーを用いて乾式混合した。次いで、得られた混合物を、120mm×350mmの大きさのウエブに成形した。さらに、このウエブを圧力2kg/cmで5秒間プレスすることにより、坪量が約500g/mの吸水体を得た。
続いて、液不透過性のポリプロピレンからなり、いわゆるレッグギャザーを有するバックシート(液不透過性シート)、上記の吸水体、および、液透過性のポリプロピレンからなるトップシート(液透過性シート)を、両面テープを用いてこの順に互いに貼着すると共に、この貼着物に2つのいわゆるテープファスナーを取り付けることにより、吸収性物品(つまり、紙オムツ)を得た。この吸収性物品の重量は44gであった。
上記吸収性物品を机上に平面状に固定し、その上に12×40cmの20メッシュの金網、同じサイズのアクリル板(中央部分に液注入のための直径70mmの円筒が具備されている)および、荷重を載せて吸水体にかかる荷重を20g/cmとした。
37℃に調整した0.9質量%塩化ナトリウム水溶液75mlを円筒の中にすばやく注ぎ、液が吸収されるまで時間(AT)を測定した。さらにこれらの操作を計4回、60分毎に繰り返した。
1回目から4回目までのそれぞれの液が吸収されるまで時間(AT1)〜(AT4)を合計した値をAT(sec)とした。この値から以下の式で液の取り込み速度(AR)を計算した。
AR(ml/sec) = 300/AT
それぞれの吸水性樹脂で作成した吸収性物品のAT(sec)、液の取り込み速度(AR)の測定結果を表8に示した。
Figure 0006340348
(比較例10)
比較吸水性樹脂(1−30A)、(2−40A)、(3−40A)、(4−50A)、(5−35A)、(6)、(7)、(8)、(9)をそれぞれ用いて実施例8と同様の操作を行った。それぞれの比較吸水性樹脂で作成した吸収性物品のAT(sec)、液の取り込み速度(AR)の測定結果を表8に示した。
表8より、本願の実施例の吸水性樹脂は吸水体に使用された際、優れた液の取り込み速度を示すことがわかる。
本発明は、以下のように表すこともできる。
〔1〕内部架橋構造を有し、アクリル酸および/またはその塩を90mol%以上含む水溶性不飽和単量体を重合して得られる吸水性樹脂の製造方法であって、上記水溶性不飽和単量体の水溶液または水分散液を重合する工程である重合工程と、以下の式で表される熱分解性ラジカル開始剤含有指数が40〜100である含水ゲルを、上記重合工程と同時または重合工程後に100〜250℃で乾燥する乾燥工程とを含む吸水性樹脂の製造方法。
熱分解性ラジカル開始剤含有指数 = (Ci/Mi)/(Cm/Mm)×105
Ci:乾燥工程直前の含水ゲルを5%塩化ナトリウム水溶液中で1時間攪拌することによって抽出される熱分解性ラジカル開始剤量(質量%)
Mi:抽出された熱分解性ラジカル開始剤のモル平均分子量(g/mol)
Cm:含水ゲルを180℃で8時間乾燥することによって求められる含水ゲルの固形分量(質量%)
Mm:重合されたモノマーのモル平均分子量(g/mol)
〔2〕上記水溶性不飽和単量体は、内部架橋剤を0.06〜5mol%含む〔1〕に記載の吸水性樹脂の製造方法。
〔3〕前記熱分解性ラジカル開始剤は、前記重合工程前および/または重合工程途中に重合工程の反応系に添加される〔1〕または〔2〕に記載の吸水性樹脂の製造方法。
〔4〕上記熱分解性ラジカル開始剤が過硫酸塩である〔1〕〜〔3〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂の製造方法。
〔5〕上記含水ゲルに含まれる未反応のモノマーが10質量%以下である〔1〕〜〔4〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂の製造方法。
〔6〕上記含水ゲルの固形分が10〜80質量%であり、乾燥後の固形分が90質量%以上である〔1〕〜〔5〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂の製造方法。
〔7〕さらに、乾燥後の吸水性樹脂を表面架橋する工程を含む〔1〕〜〔6〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂の製造方法。
〔8〕さらに、多価金属塩を吸水性樹脂に添加する工程を含む〔1〕〜〔7〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂の製造方法。
〔9〕アクリル酸および/またはその塩を90mol%以上含む水溶性不飽和単量体を主鎖の繰り返し単位とし、内部に架橋構造を有する吸水性樹脂であって、下記処理後の、重量平均分子量Log(Mw)=6.10における固有粘度(IV)が7.3(dL/g)以下の吸水性樹脂。上記処理とは、該吸水性樹脂50mgを10gの0.1mol/lの水酸化ナトリウム水溶液中で、80℃条件下3週間静置するという処理であり、重量平均分子量(Mw)および固有粘度(IV)は、当該処理をした後、測定されるものである。〔10〕上記処理後の重量平均分子量の対数値(Log(Mw))が5.7〜6.5である〔9〕に記載の吸水性樹脂。
〔11〕上記処理後の溶解度と処理前の溶解度の差が10〜100重量%、処理後の溶解度が50〜100重量%である〔9〕または〔10〕に記載の吸水性樹脂。
〔12〕さらに、上記吸水性樹脂の表面および表面近傍の少なくとも何れか一方に、多価金属塩を上記吸水性樹脂に対し、0.001質量%以上5質量%以下含む〔9〕〜〔11〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂。
〔13〕遠心分離機保持容量(CRC)が5(g/g)以上25(g/g)未満であり、かつ、食塩水流れ誘導性(SFC)が100(10−7・cm・s・g−1)以上である〔9〕〜〔12〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂。
〔14〕遠心分離機保持容量(CRC)が25(g/g)以上30(g/g)未満であり、かつ、食塩水流れ誘導性(SFC)が30(10−7・cm・s・g−1)以上である〔9〕〜〔12〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂。
〔15〕遠心分離機保持容量(CRC)が30(g/g)以上50(g/g)未満であり、かつ、食塩水流れ誘導性(SFC)が10(10−7・cm・s・g−1)以上である〔9〕〜〔12〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂。
〔16〕4.83kPaの圧力に対する吸収力(AAP)が20(g/g)以上30(g/g)以下である〔9〕〜〔15〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂。
〔17〕吸水性樹脂の粒子径が、質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、目開き150μmのふるいを通過できる大きさの粒子の割合が0〜5質量%、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.50である〔9〕〜〔16〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂。
〔18〕上記吸水性樹脂に含まれる粉塵量が、吸水性樹脂の質量に対し300ppm以下である〔9〕〜〔17〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂。
〔19〕アクリル酸および/またはその塩を90mol%含む水溶性不飽和単量体を主鎖の繰り返し単位とし、内部架橋構造を有する吸水性樹脂であって、下に記載の加水分解条件2での処理後の重量平均分子量(Mw)が36万〜100万(daltons)であって、かつ下に記載の加水分解条件2での処理後の固有粘度(IV)が2.1〜6.0(dL/g)である吸水性樹脂。
上記加水分解条件2での処理とは、該吸水性樹脂20mgを10gの0.1mol/lの水酸化ナトリウム水溶液中で、80℃条件下3週間静置するという処理であり、重量平均分子量(Mw)および固有粘度(IV)は、当該処理をした後、測定されるものである。
〔20〕上記加水分解条件2での処理後の分子量分布(Mw/Mn)が、2.0〜3.0である〔19〕に記載の吸水性樹脂。
〔21〕さらに、水可溶成分の重量平均分子量(Mw)が、15万〜50万(daltons)である〔19〕または〔20〕に記載の吸水性樹脂。
〔22〕さらに、水可溶成分の固有粘度(IV)が1.0〜2.0(dL/g)である〔19〕〜〔21〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂。
〔23〕さらに、水可溶成分の分子量分布(Mw/Mn)が、2.0〜3.0である〔19〕〜〔22〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂。
〔24〕吸水性樹脂の質量平均粒子径(D50)が200〜600μm、目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合が、0〜5質量%、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.50である〔19〕〜〔23〕の何れか1つに記載の吸水性樹脂。
本発明に係る吸水性樹脂および吸水体、並びに吸水性樹脂の製造方法にて得られる吸水性樹脂は、優れた吸水特性等を有し、かつ、粉塵が生じ難いため、種々の用途の吸水保水剤として使用できる。
例えば、紙おむつ、生理用ナプキン、失禁パッド、医療用パッド等の吸収物品用吸水保水剤;水苔代替、土壌改質改良剤、保水剤、農薬効力持続剤等の農園芸用保水剤;内装壁材用結露防止剤、セメント添加剤等の建築用保水剤;リリースコントロール剤、保冷剤、使い捨てカイロ、汚泥凝固剤、食品用鮮度保持剤、イオン交換カラム材料、スラッジまたはオイルの脱水剤、乾燥剤、湿度調整材料等で使用できる。
また、本発明における吸水性樹脂は、紙おむつ、生理用ナプキンなどの、糞、尿または血液の吸収用衛生材料に特に好適に用いられる。
31 タンク
32 ガラス管
33 0.69質量%食塩水
34 コック付きL字管
35 コック
40 容器
41 セル
42 ステンレス製金網
43 ステンレス製の金網
44 ゲル
45 ガラスフィルター
46 ピストン
47 穴
48 捕集容器
49 上皿天秤

Claims (6)

  1. アクリル酸および/またはその塩を全単量体の量に対して90mol%以上含む水溶性不飽和単量体を主鎖の繰り返し単位とし、内部架橋構造を有する吸水性樹脂の製造方法であって、
    上記水溶性不飽和単量体を重合する工程である重合工程と、上記重合工程によって生成した含水ゲル状架橋重合体を乾燥させる乾燥工程とを含み、
    上記重合工程において、ラジカル重合開始剤である熱分解ラジカル開始剤の使用量が、全単量体の量に対して0.058〜0.1000モル%であり、
    上記重合工程において、内部架橋剤を、全単量体の量に対して0.06〜5モル%使用し、
    上記内部架橋剤が、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、トリメチロールプロパンジ(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テトラ(メタ)アクリレート、ジ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、1,4−ブタンジオール、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、ポリエチレンイミン、およびグリシジル(メタ)アクリレートからなる群より選ばれる少なくとも一種の内部架橋剤であり、
    上記重合工程において、重合開始から重合体および未反応の単量体を含む反応系の温度が最高値を示すまでの時間が20分以内であり、
    上記乾燥工程における乾燥温度が、100〜250℃であり、
    上記吸水性樹脂の質量平均粒子径(D50)が、300〜500μmであり、
    上記含水ゲル状架橋重合体は、45.5〜74.6のラジカル開始剤含有指数を備える、
    下に記載の加水分解条件2での処理後の重量平均分子量(Mw)が36万〜100万(daltons)であって、かつ、
    下に記載の加水分解条件2での処理後の固有粘度(IV)が2.1〜6.0(dL/g)である吸水性樹脂の製造方法。
    上記加水分解条件2での処理とは、該吸水性樹脂20mgを10gの0.1mol/lの水酸化ナトリウム水溶液中で、80℃条件下、3週間静置するという処理であり、重量平均分子量(Mw)および固有粘度(IV)は、当該処理をした後、測定されるものである。
  2. 上記吸水性樹脂の上記加水分解条件2での処理後の分子量分布(Mw/Mn)が、2.0〜3.0である請求項1に記載の吸水性樹脂の製造方法。
  3. さらに、上記吸水性樹脂の水可溶成分の重量平均分子量(Mw)が、15万〜50万(daltons)である請求項1または2に記載の吸水性樹脂の製造方法。
  4. さらに、上記吸水性樹脂の水可溶成分の固有粘度(IV)が1.0〜2.0(dL/g)である請求項1〜3の何れか1項に記載の吸水性樹脂の製造方法。
  5. さらに、上記吸水性樹脂の水可溶成分の分子量分布(Mw/Mn)が、2.0〜3.0である請求項1〜4の何れか1項に記載の吸水性樹脂の製造方法。
  6. 上記吸水性樹脂の目開き150μmの篩を通過できる大きさの粒子の割合が、上記吸水性樹脂全体の質量に対して0〜5質量%、かつ粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.50である請求項1〜5の何れか1項に記載の吸水性樹脂の製造方法。
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