JP6441211B2 - 吸水性樹脂の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、水溶性エチレン性不飽和単量体を重合させて吸水性樹脂を製造するための製造装置に関する。

吸水性樹脂は、紙おむつ、生理用品などの衛生材料、ペットシートなどの日用品、食品用吸水シート、ケーブル用止水材、および結露防止材などの工業材料、緑化、農業、および園芸用の保水剤、土壌改良剤などに幅広く用いられている。吸水性樹脂は、上記の用途のうち、特に衛生材料として用いられている。

このような吸水性樹脂は、通常、軽度に架橋された高分子である。吸水性樹脂としては、たとえば、澱粉−アクリロニトリルグラフト共重合体の加水分解物（特許文献１参照）、澱粉−アクリル酸グラフト共重合体の中和物（特許文献２参照）などの澱粉系吸水性樹脂、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体のケン化物（特許文献３参照）、およびポリアクリル酸部分中和物（特許文献４，５，６参照）などが知られている。

吸水性樹脂は、水溶性エチレン性不飽和単量体を水性液媒体（水を含む液媒体）中で重合させて製造することができるが、重合反応中に重合熱が発生するので、この重合熱を除去する必要がある。重合熱を除去する方法としては、水溶性エチレン性不飽和単量体の重合反応が行われる重合反応器の外側や内部に、水などの冷媒体が流れるジャケットやコイルを設置する方法、重合反応器に熱交換構造体（還流凝縮器）などの冷却器を接続する方法（特許文献７参照）、重合液の蒸発潜熱を利用する方法などが挙げられる。

特公昭４９−４３３９５号公報 特開昭５１−１２５４６８号公報 特開昭５２−１４６８９号公報 特開昭６２−１７２００６号公報 特開昭５７−１５８２０９号公報 特開昭５７−２１４０５号公報 特開平４−３７２６０３号公報

吸水性樹脂を重合反応によって製造するときに、上記のいずれの重合熱除去方法を採用したとしても、重合熱の除去による重合液（吸水性樹脂を含有する液媒体）のゲル化、重合体の析出が発生してしまう。

特に、重合反応器に熱交換構造体などの冷却器を接続する方法では、重合反応器内の気体が接触する部分における重合体の析出が大きなトラブルの原因となる。熱交換構造体などの冷却器は、重合反応器内の熱せられた気体と熱交換流体との間の熱交換によって前記気体を冷却し、その冷却された気体を重合反応器内に流入させるように構成されている。このような冷却器を用いて重合熱を除去する場合、重合反応器と冷却器との間に接続される、気体が流れる配管の内壁面などに、気体が凝縮し、さらには固化した重合体が付着し、その付着物が核となって塊状物に成長する。

配管の内壁面に塊状物が付着すると、配管の閉塞を引き起こしてしまう。また、配管の内壁面に付着した塊状物の少なくとも一部が剥離すると、その剥離した塊状物の断片が気体に同伴して配管を介して重合反応器に流入するおそれがあり、その結果、重合反応器内における重合反応により生成される吸水性樹脂の均質性が低下してしまう問題が発生する。

本発明の目的は、重合反応器と、重合反応器内における重合反応中に発生する重合熱を除去するための冷却器とを備える吸水性樹脂の製造装置において、重合反応器から導出される気体が接触する配管などの内壁面に重合体が付着することを抑制することができる吸水性樹脂の製造装置を提供することである。

本発明は、水溶性エチレン性不飽和単量体を液媒体中で重合反応させて吸水性樹脂を生成する重合反応器であって、
水溶性エチレン性不飽和単量体と液媒体とを、上部に気相部分を残して収容する反応器本体と、
前記反応器本体に接続され、前記気相部分の気体を、該反応器本体から導出する気体導出部と、を備える重合反応器と、
前記気体導出部に接続され、該気体導出部によって前記反応器本体から導出された前記気体が流れる第１流路を有する第１流路部と、
前記第１流路部の温度を、該第１流路部の前記第１流路を流れる前記気体が凝縮しないように、少なくとも加温または保温することによって予め定める温度範囲に調整する第１流路部用温度調整部と、
前記気体を冷却する冷却器であって、
前記第１流路部に接続され、該第１流路部の前記第１流路を流れる前記気体が流入し、その流入した気体を冷却する冷却器本体と、
前記冷却器本体に接続され、該冷却器本体で冷却して得られた冷却流体を、該冷却器本体から導出する冷却流体導出部と、を備える冷却器と、
前記冷却流体導出部に接続され、該冷却流体導出部によって前記冷却器本体から導出された前記冷却流体が、前記反応器本体に向けて流れる第２流路を有する第２流路部と、を備えることを特徴とする吸水性樹脂の製造装置である。

また本発明の吸水性樹脂の製造装置は、前記反応器本体の温度を、前記気体が凝縮しない予め定める温度範囲に調整する重合反応器用温度調整部を、さらに備えることが好ましい。

また本発明の吸水性樹脂の製造装置において、前記第１流路部用温度調整部によって調整される前記第１流路部の温度範囲、および、前記重合反応器用温度調整部によって調整される前記反応器本体の温度範囲は、３０［℃］以上１５０［℃］以下であることが好ましい。

また本発明の吸水性樹脂の製造装置において、前記第１流路部用温度調整部によって調整される前記第１流路部の温度範囲、および、前記重合反応器用温度調整部によって調整される前記反応器本体の温度範囲は、前記反応器本体内の前記気相部分の気体の温度をＴ［℃］とした場合、（Ｔ−２０）［℃］以上、Ｔ［℃］以下であることが好ましい。

本発明によれば、吸水性樹脂の製造装置は、重合反応器、第１流路部、第１流路部用温度調整部、冷却器、および第２流路部を備える。重合反応器は、水溶性エチレン性不飽和単量体を液媒体中で重合反応させて吸水性樹脂を生成するものであり、反応器本体と気体導出部とを有する。反応器本体には、水溶性エチレン性不飽和単量体と液媒体とが、上部に気相部分を残して収容される。気体導出部は、反応器本体の気相部分に存在する気体を、反応器本体から導出する。

第１流路部は、気体導出部によって反応器本体から導出された気体が流れる第１流路を有する。第１流路部用温度調整部は、第１流路部の温度を、第１流路を流れる気体が凝縮しないように、少なくとも加温または保温することによって予め定める温度範囲に調整する。

冷却器は、気体を冷却するものであり、冷却器本体と冷却流体導出部とを有する。冷却器本体は、第１流路を流れる気体が流入し、その流入した気体を冷却する。冷却流体導出部は、冷却器本体で冷却して得られた冷却流体を、冷却器本体から導出する。なお、冷却流体には、冷却器本体に流入してきた気体が、冷却されて凝縮された液体、および、冷却された気体が含まれる。

第２流路部は、冷却流体導出部によって冷却器本体から導出された冷却流体が、反応器本体に向けて流れる第２流路を有する。

上記のように構成された本発明に係る吸水性樹脂の製造装置では、反応器本体内での重合反応に伴う重合熱によって熱せられた気体は、第１流路部の第１流路を流れて冷却器本体に流入して冷却され、その冷却によって得られた冷却流体が、第２流路部の第２流路を流れて反応器本体に流入する。これによって、反応器本体内の重合熱を除去することができ、反応器本体内における重合反応の安定化を図ることができる。

さらに、本発明に係る吸水性樹脂の製造装置では、第１流路部用温度調整部が第１流路部の温度を、第１流路を流れる気体が凝縮しない予め定める温度範囲に調整するので、反応器本体から導出された気体が接触する、第１流路を形成する第１流路部の内壁面に、重合体（気体が凝縮し、さらには固化したもの）が付着することを抑制することができる。その結果、第１流路部において、気体が流れる第１流路の閉塞を防止することができる。また、第１流路部の内壁面に重合体が付着することが抑制されるので、第１流路部、冷却器、および第２流路部を介して付着物の断片が、気体に同伴して反応器本体内に流入することを防止することができる。その結果、反応器本体内における重合反応により生成される吸水性樹脂の均質性が低下することを防止することができる。

本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。

本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂の製造装置５００の構成を示す図である。 製造装置５００に備えられる熱交換構造体１００，１１０の構成を示す図である。

以下図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂の製造装置５００の構成を示す図である。吸水性樹脂は、水溶性エチレン性不飽和単量体を重合反応させて製造することができる。水溶性エチレン性不飽和単量体の重合方法は特に限定されず、代表的な重合方法である水溶液重合法、乳化重合法、逆相懸濁重合法などが用いられる。

水溶液重合法では、たとえば、水溶性エチレン性不飽和単量体の水溶液、内部架橋剤および水溶性ラジカル重合開始剤を、必要に応じて撹拌しながら、加熱することにより重合が行われる。この水溶液重合法では、水が液媒体として扱われ、水溶性エチレン性不飽和単量体を水溶液状態にして重合反応が行われる。

また、逆相懸濁重合法では、たとえば、水溶性エチレン性不飽和単量体の水溶液、界面活性剤、疎水性高分子系分散剤、水溶性ラジカル重合開始剤および内部架橋剤を石油系炭化水素分散媒中、撹拌下で加熱することにより重合が行われる。この逆相懸濁重合法では、水と石油系炭化水素分散媒とが液媒体として扱われ、水溶性エチレン性不飽和単量体の水溶液を、石油系炭化水素分散媒中に添加することで重合反応が行われる。

本実施形態においては、精密な重合反応制御と広範な粒子径の制御が可能な観点から、逆相懸濁重合法が好ましい。以下では、本発明の実施形態の一例として、逆相懸濁重合法によって吸水性樹脂を製造する製造装置５００について説明する。

吸水性樹脂の製造装置５００は、冷却器として機能する熱交換構造体１００と、重合反応器２００と、濃縮器３００と、乾燥機４００とを含んで構成される。

重合反応器２００は、水溶性エチレン性不飽和単量体を液媒体中で重合反応させて吸水性樹脂を生成するものであり、容器状に形成される反応器本体２００Ａを有する。この反応器本体２００Ａには、水溶性エチレン性不飽和単量体と液媒体とが、上部に気相部分を残して（上部に気相部分が形成されるように）収容され、この反応器本体２００Ａ内で重合反応が行われる。そして、反応器本体２００Ａには、気体導出部として機能する気体導出開口部２０６Ａと、冷却流体流入開口部２０６Ｂとが上部に設けられ、重合反応液導出開口部２０４が底部に設けられている。

詳細については後述するが、重合反応器２００において、反応器本体２００Ａ内での重合反応に伴う重合熱によって熱せられた、気相部分に存在する気体は、気体導出開口部２０６Ａを介して反応器本体２００Ａから導出されて第１配管２０２内を流れ、その第１配管２０２を介して熱交換構造体１００に流入して冷却される。その熱交換構造体１００での冷却によって得られた冷却流体は、第２配管２０３内を流れて、冷却流体流入開口部２０６Ｂを介して反応器本体２００Ａ内に流入する。これによって、反応器本体２００Ａ内の重合熱を除去することができる。また、反応器本体２００Ａ内における重合反応によって得られた重合反応液Ｒ１は、重合反応液導出開口部２０４を介して反応器本体２００Ａから導出される。

重合反応器２００を構成する材料としては、銅、チタン合金、およびＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼などを挙げることができるが、生成される吸水性樹脂の付着が抑制されるという観点から、内壁面にフッ素樹脂加工などの表面加工が施されていることが好ましい。

吸水性樹脂の原料に用いられる水溶性エチレン性不飽和単量体としては、たとえば、（メタ）アクリル酸〔「（メタ）アクリル」とは「アクリル」および「メタクリル」を意味する。以下同じ〕、２−（メタ）アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、マレイン酸などの酸基を有する単量体およびそれらの塩；（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、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミドなどのノニオン性不飽和単量体；ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリレートなどのアミノ基含有不飽和単量体およびそれらの四級化物などが挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

なお、酸基を有する単量体を中和して塩とする場合に用いられるアルカリ性化合物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウムなどの化合物が挙げられる。より詳しくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウムなどが挙げられる。

水溶性エチレン性不飽和単量体の中で、好ましいものとしては工業的に入手が容易である観点から、（メタ）アクリル酸およびその塩が挙げられる。

なお、酸基を有する単量体を中和する場合、その中和度は、水溶性エチレン性不飽和単量体の酸基の３０〜９０モル％であることが好ましい。中和度が３０モル％以上であることにより、酸基がイオン化されやすく、吸水能が低くなることを抑制することができる。中和度が９０モル％以下であることにより、衛生材料として使用される場合、安全性などに問題が生じることを抑制することができる。

本実施形態において、水溶性エチレン性不飽和単量体は、水溶液として使用される。水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の単量体濃度は、２０質量％〜飽和濃度であることが好ましい。

水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液には、必要に応じて、連鎖移動剤、増粘剤などが含まれていてもよい。連鎖移動剤としては、たとえば、チオール類、チオール酸類、第２級アルコール類、次亜リン酸、亜リン酸などの化合物が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。増粘剤としては、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、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸中和物、ポリアクリルアミドなどが挙げられる。

石油系炭化水素分散媒としては、たとえば、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、２−メチルヘキサン、３−メチルヘキサン、２，３−ジメチルペンタン、３−エチルペンタン、ｎ−オクタンなどの炭素数６〜８の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、ｔｒａｎｓ−１，２−ジメチルシクロペンタン、ｃｉｓ−１，３−ジメチルシクロペンタン、ｔｒａｎｓ−１，３−ジメチルシクロペンタンなどの脂環族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素などが挙げられる。これらの中でも、工業的に入手が容易であることと、安全性の観点から、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、２−メチルヘキサン、３−メチルヘキサン、ｎ−オクタンなどの炭素数６〜８の脂肪族炭化水素；シクロヘキサン、メチルシクロペンタン、およびメチルシクロヘキサンなどの炭素数６〜８の脂環族炭化水素がより好適に用いられる。これらの石油系炭化水素分散媒は、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

さらに、これらの石油系炭化水素分散媒の中でも、逆相懸濁の状態が良好で、好適な粒子径が得られやすく、工業的に入手が容易かつ品質が安定している観点から、ｎ−ヘプタン、シクロヘキサンが好適に用いられる。また、上記炭化水素の混合物の例として、市販されているエクソールヘプタン（エクソンモービル社製：ｎ−ヘプタンおよび異性体の炭化水素７５〜８５％含有）などを用いても好適な結果が得られる。

石油系炭化水素分散媒の使用量は、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を均一に分散し、重合温度の制御を容易にする観点から、通常、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液１００質量部に対して、５０〜６００質量部が好ましく、５０〜４００質量部がより好ましく、５０〜２００質量部がさらに好ましい。

逆相懸濁重合においては、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を石油系炭化水素分散媒に分散させて、より安定した重合粒子を得るために、界面活性剤や要すれば疎水性高分子系分散剤を用いる。重合を異常なく安定的に完了させるという観点から、界面活性剤や疎水性高分子系分散剤は、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を重合させる前に存在させて、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を石油系炭化水素分散媒中に充分に分散させ、その液滴を安定化させた後に重合を行うことができれば、それぞれ添加する時期は特に限定はされない。既存の技術を鑑みると一部例外はあるが、界面活性剤や疎水性高分子系分散剤は、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を添加する前に、予め石油系炭化水素分散媒に溶解または分散させておくことが一般的である。

重合時の分散安定性を保つために用いる界面活性剤としては、たとえば、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脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピルアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、アルキルグルコシド、Ｎ−アルキルグルコンアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、およびポリオキシエチレンアルキルアミンなどのノニオン系界面活性剤、脂肪酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルメチルタウリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルスルホン酸およびその塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸およびその塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸およびその塩などのアニオン系界面活性剤が挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

これらの界面活性剤の中でも、単量体水溶液の分散安定性の観点から、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステルおよびソルビタン脂肪酸エステルからなる群より選ばれた少なくとも１種が好ましい。

使用される界面活性剤の添加量は、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液１００質量部に対して０．０１〜５質量部が好ましく、０．０５〜３質量部がより好ましい。界面活性剤の添加量が０．０１質量部以上であることにより、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の分散安定性が低くなることを抑制することができ、５質量部以下であることにより、経済的に有利となる。

重合時の分散安定性をより高めるために、疎水性高分子系分散剤を界面活性剤と併用してもよい。疎水性高分子系分散剤は、使用する石油系炭化水素分散媒に対し、溶解または分散するものを、選択して使用することが好ましく、たとえば、粘度平均分子量として２００００以下、好ましくは１００００以下、さらに好ましくは５０００以下のものが挙げられる。具体的には、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン共重合体、無水マレイン酸・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン・プロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、酸化型ポリエチレン、酸化型ポリプロピレン、酸化型エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、エチルセルロース、無水マレイン化ポリブタジエン、無水マレイン化ＥＰＤＭ（エチレン／プロピレン／ジエン三元共重合体）などが挙げられる。

これらの中では無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン共重合体、無水マレイン酸・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン・プロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、酸化型ポリエチレン、酸化型ポリプロピレンおよび酸化型エチレン・プロピレン共重合体からなる群より選ばれた少なくとも１種が好ましい。

疎水性高分子系分散剤の添加量は、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液１００質量部に対して０〜５質量部が好ましく、０．０１〜３質量部がより好ましく、０．０５〜２質量部がさらに好ましい。疎水性高分子系分散剤の添加量が５質量部以下であることにより、経済的に有利である。

水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を、重合反応器２００内に予め充填された石油系炭化水素分散媒に添加して分散させる際、撹拌部２０１によって分散させるが、この撹拌部２０１による撹拌条件については、所望の分散液滴径により異なるので、一概に決定することはできない。分散液滴径は、撹拌部２０１の撹拌翼の種類、翼径、回転数などにより調節することができる。撹拌翼としては、たとえば、プロペラ翼、パドル翼、アンカー翼、タービン翼、ファウドラー翼、リボン翼、フルゾーン翼（神鋼パンテック株式会社製）、マックスブレンド翼（住友重機械工業株式会社製）、スーパーミックス（サタケ化学機械工業株式会社製）などを使用することが可能である。

重合反応器２００の反応器本体２００Ａ内では、石油系炭化水素分散媒に所定の添加速度で添加された水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を、界面活性剤存在下、石油系炭化水素分散媒中で、撹拌部２０１により充分撹拌して分散させ、液滴を安定化させる。そして、反応器本体２００Ａ内を充分に窒素置換した後、必要により内部架橋剤の存在下にて、水溶性ラジカル重合開始剤により逆相懸濁重合を行い、含水ゲル状架橋重合体の懸濁液を得る。

本実施形態で使用される水溶性ラジカル重合開始剤としては、たとえば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウムなどの過硫酸塩；過酸化水素などの過酸化物；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［Ｎ−（２−カルボキシエチル）−２−メチルプロピオンジアミン］四水塩、２，２’−アゾビス（１−イミノ−１−ピロリジノ−２−メチルプロパン）二塩酸塩、２，２’−アゾビス［２−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−プロピオンアミド］などのアゾ化合物などが挙げられる。

これらの中では、入手が容易で取り扱いやすいという観点から、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウムおよび２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩が好ましい。

なお、水溶性ラジカル重合開始剤は、亜硫酸塩、アスコルビン酸などの還元剤と併用してレドックス重合開始剤として用いてもよい。

水溶性ラジカル重合開始剤の使用量は、通常、水溶性エチレン性不飽和単量体１００質量部あたり、０．０１〜１質量部である。０．０１質量部以上であることにより、重合率が低くなることを抑制することができ、１質量部以下であることにより、急激な重合反応が起こることを抑制することができる。

水溶性ラジカル重合開始剤の添加時期は特に制限されないが、予め水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に添加しておくことが好ましい。

必要に応じて使用される内部架橋剤としては、たとえば、（ポリ）エチレングリコール〔「（ポリ）」とは「ポリ」の接頭語がある場合とない場合を意味する。以下同じ〕、１，４−ブタンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパンなどのポリオール類、ポリオール類とアクリル酸、メタクリル酸などの不飽和酸とを反応させて得られる二個以上のビニル基を有するポリ不飽和エステル類、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドなどのビスアクリルアミド類、（ポリ）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トリグリシジルエーテル、（ポリ）グリセリンジグリシジルエーテル、（ポリ）グリセリントリグリシジルエーテル、（ポリ）プロピレングリコ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などの二個以上のグリシジル基を含有するポリグリシジル化合物などが挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

内部架橋剤の添加量は、水溶性エチレン性不飽和単量体１００質量部に対して、０〜３質量部が好ましく、０〜１質量部がより好ましく、０．００１〜０．１質量部がさらに好ましい。添加量が３質量部以下であることにより、架橋が過度になることが抑制され、吸水性能が低くなりすぎることを抑制することができる。内部架橋剤は、予め水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に添加しておくのが好ましい。

重合反応器２００の反応器本体２００Ａ内における逆相懸濁重合の際の反応温度は、使用する重合開始剤の種類や量によって異なるので一概には決定することができないが、好ましくは３０〜１００℃、より好ましくは４０〜９０℃である。反応温度が３０℃以上であることにより、重合率が低くなることを抑制することができ、また、反応温度が１００℃以下であることにより、急激な重合反応が起こることを抑制することができる。

このようにして得られた、含水ゲル状架橋重合体Ｒ２を含有する重合反応液Ｒ１（含水ゲル状架橋重合体Ｒ２の懸濁液）を１段目の重合とし、以降、幾度か水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を添加して重合を繰り返す「多段重合」を行ってもよい。特に衛生材用途での使用においては、得られる吸水性樹脂粒子の大きさと生産効率の観点から、２段重合を行うことが好ましい。

１段目の水溶性エチレン性不飽和単量体の重合で得られる粒子の大きさは、多段重合において、適度な凝集粒径を得る観点から、中位粒子径２０〜２００μｍが好ましく、３０〜１５０μｍがより好ましく、４０〜１００μｍがさらに好ましい。なお、１段目の重合粒子の中位粒子径は、前記１段目の重合が終了した後、脱水、乾燥することで測定できる。

２段重合を行う場合、後述の方法に従うことで、１段目の重合にて得られた粒子を凝集し、衛生材料用途に適した比較的平均粒径の大きな吸水性樹脂を得ることができる。

このとき、２段目重合に用いられる水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液が、独立した液滴を形成しないよう界面活性剤の作用を低下させる必要がある。たとえば、１段目の重合終了後に冷却し、界面活性剤が少なくとも一部析出する温度で２段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を添加することにより、前記凝集した粒子を得ることができる。

なお、２段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の添加により、凝集粒子が得られる方法であれば、前記方法に限定されるものでない。

また、上記のように界面活性剤の界面活性作用を低下させた上で、２段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の添加を行うことにより、吸水性樹脂への石油系炭化水素分散媒の残存量は更に低減することができる。

２段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体としては、１段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体として例示したものと同様なものが使用できるが、単量体の種類、中和度、中和塩および単量体水溶液濃度は、１段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体と同じであっても異なっていてもよい。

２段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に添加される重合開始剤についても、１段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体として例示したものから選択して使用することができる。

また、２段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液にも、必要に応じて、内部架橋剤、連鎖移動剤などを添加してもよく、１段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体として例示したものから選択して使用することができる。

１段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体１００質量部に対する２段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体の添加量は、適度な凝集粒子を得る観点から、５０〜３００質量部が好ましく、１００〜２００質量部がより好ましく、１２０〜１６０質量部が最も好ましい。

２段目の逆相懸濁重合における、撹拌部２０１による撹拌は、全体が均一に混合されればよい。凝集粒子径は、界面活性剤の析出状態や１段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体に対する２段目重合の水溶性エチレン性不飽和単量体の量によって、変更できる。なお、衛生材料用途に好適な吸水性樹脂の凝集粒子径としては、２００〜６００μｍが好ましく、２５０〜５００μｍがさらに好ましく、３００〜４５０μｍが最も好ましい。

２段目の逆相懸濁重合における反応温度についても、重合開始剤の種類や量によって異なるので一概には決定することができないが、好ましくは３０〜１００℃、より好ましくは４０〜９０℃である。２段以上の多段重合を行う場合、以後２段目重合を３段目、４段目と読み換えて実行することができる。

本実施形態の吸水性樹脂の製造装置５００において、重合反応器２００の反応器本体２００Ａには、第１流路部として機能する第１配管２０２を介して熱交換構造体１００が接続されている。第１配管２０２は、一端部が反応器本体２００Ａの気相部分に連通するように、反応器本体２００Ａの上部に設けられる気体導出開口部２０６Ａに接続され、他端部が熱交換構造体１００の気体流入開口部５１に接続されている。また、第１配管２０２には、配管内の流路を開閉する第１バルブ２０２Ａが設けられている。第１バルブ２０２Ａが開放された状態となると、反応器本体２００Ａの気相部分に存在する気体が、気体導出開口部２０６Ａを介して反応器本体２００Ａから導出されて第１配管２０２内を流れ、気体流入開口部５１を介して熱交換構造体１００に流入する。

熱交換構造体１００は、反応器本体２００Ａ内の熱せられた気体と熱交換流体との間の熱交換によって前記気体を冷却し、その冷却によって得られた冷却流体を、冷却流体導出部として機能する冷却流体導出開口部５２を介して外部に導出する。なお、冷却流体導出開口部５２を介して導出される冷却流体には、反応器本体２００Ａから熱交換構造体１００に流入してきた気体が、冷却されて凝縮（液化）された液体、および、冷却された気体が含まれる。

この冷却流体導出開口部５２と、反応器本体２００Ａの冷却流体流入開口部２０６Ｂとの間には、第２流路部として機能する第２配管２０３が接続されている。第２配管２０３には、配管内の流路を開閉する第２バルブ２０３Ａが設けられている。第２バルブ２０３Ａが開放された状態となると、熱交換構造体１００内の冷却流体が、冷却流体導出開口部５２を介して熱交換構造体１００から導出されて第２配管２０３内を流れ、冷却流体流入開口部２０６Ｂを介して反応器本体２００Ａ内に流入する。なお、熱交換構造体１００の構成の詳細については、後述する。

吸水性樹脂の製造装置５００では、熱交換構造体１００において、反応器本体２００Ａ内の熱せられた気体と熱交換流体との間の熱交換によって前記気体を冷却し、その冷却された冷却流体が、第２配管２０３を介して反応器本体２００Ａ内に流入されるので、反応器本体２００Ａ内の重合熱を除去することができ、水溶性エチレン性不飽和単量体の重合反応の安定化を図ることができる。

反応器本体２００Ａの底部には、重合反応終了後の反応器本体２００Ａから、含水ゲル状架橋重合体Ｒ２を含有する重合反応液Ｒ１を導出するための重合反応液導出開口部２０４が設けられている。重合反応液導出開口部２０４を介して反応器本体２００Ａから導出された重合反応液Ｒ１は、濃縮器３００に流入する。

本実施形態の吸水性樹脂の製造装置５００は、特徴的な構成として、第１流路部用温度調整部として機能する第１配管用温度調整部７１、および重合反応器用温度調整部７２を備えている。

第１配管用温度調整部７１は、第１配管２０２の温度を、第１配管２０２内を流れる気体が凝縮しない予め定める温度範囲（以下、「所定温度範囲」という）に調整する。第１配管用温度調整部７１は、第１配管２０２を外方から加熱する、または保温することによって、第１配管２０２の温度を所定温度範囲に調整する。

本実施形態において「加熱」とは、積極的に熱を与えることをさす。したがって、第１配管用温度調整部７１が第１配管２０２を加熱することによって第１配管２０２の温度を所定温度範囲に調整する方法としては、（１）第１配管２０２に外方から熱を与えて一定温度になるまで昇温し、その後は熱を与えないようにする方法、（２）第１配管２０２に外方から恒常的に熱を与える方法、などが挙げられる。第１配管２０２に外方から熱を与える方法としては、第１配管２０２を取り囲むように加熱部材を設ける（第１配管２０２を取り囲むように加熱部材を接触させて配置する）方法、第１配管２０２に熱風を吹付ける方法、などが挙げられる。

一方、本実施形態において「保温」とは、熱は与えないで熱を逃しにくくすること、すなわち温度を下がりにくくすることをさす。したがって、第１配管用温度調整部７１が第１配管２０２を保温することによって第１配管２０２の温度を所定温度範囲に調整する方法としては、ロックウールなどからなる保温材（断熱材）を第１配管２０２に巻き付けるなどして熱を逃げにくくする方法が挙げられる。

なお、本実施形態では、第１配管用温度調整部７１が、第１配管２０２を加熱および保温することによって第１配管２０２の温度を所定温度範囲に調整するように構成されていてもよい。この場合には、第１配管２０２に保温材を巻き付けて第１配管２０２を保温しつつ、その第１配管２０２に直接、外方から熱を積極的に与えて加熱するようにすればよい。

本実施形態の吸水性樹脂の製造装置５００によれば、第１配管用温度調整部７１が第１配管２０２の温度を、第１配管２０２内を流れる気体が凝縮しない所定温度範囲に調整するので、反応器本体２００Ａから導出された気体が接触する、第１配管２０２の内壁面に、重合体（気体が凝縮し、さらには固化したもの）が付着することを抑制することができる。その結果、第１配管２０２において、気体が流れる流路の閉塞を防止することができる。また、第１配管２０２の内壁面に重合体が付着することが抑制されるので、第１配管２０２、熱交換構造体１００、および第２配管２０３を介して付着物の断片が、気体に同伴して反応器本体２００Ａ内に流入することを防止することができる。その結果、反応器本体２００Ａ内における重合反応により生成される吸水性樹脂の均質性が低下することを防止することができる。

重合反応器用温度調整部７２は、反応器本体２００Ａの少なくとも上部の温度を、反応器本体２００Ａの気相部分に存在する気体が凝縮しない予め定める温度範囲（所定温度範囲）に調整する。重合反応器用温度調整部７２は、反応器本体２００Ａの少なくとも上部を外方から加熱する、または保温することによって、反応器本体２００Ａの温度を所定温度範囲に調整する。

重合反応器用温度調整部７２が反応器本体２００Ａを加熱することによって反応器本体２００Ａの温度を所定温度範囲に調整する方法、および、重合反応器用温度調整部７２が反応器本体２００Ａを保温することによって反応器本体２００Ａの温度を所定温度範囲に調整する方法としては、前述した第１配管用温度調整部７１と同様の方法が挙げられる。

本実施形態の吸水性樹脂の製造装置５００によれば、重合反応器用温度調整部７２が反応器本体２００Ａの温度を、反応器本体２００Ａの気相部分に存在する気体が凝縮しない所定温度範囲に調整するので、反応器本体２００Ａの上部における気体が接触する内壁面に、重合体が付着することを抑制することができる。その結果、付着物の断片が反応器本体２００Ａ内に混入することを防止することができ、反応器本体２００Ａ内における重合反応により生成される吸水性樹脂の均質性が低下することを防止することができる。

また、第１配管用温度調整部７１によって調整される第１配管２０２の温度範囲、および、重合反応器用温度調整部７２によって調整される反応器本体２００Ａの温度範囲は、３０℃以上１５０℃以下であることが好ましく、４０℃以上９０℃以下であることがさらに好ましく、５０℃以上８０℃以下であることが特に好ましい。第１配管２０２および反応器本体２００Ａの温度が３０℃未満である場合には、重合体の付着抑制効果が十分に発揮されないおそれがある。また、第１配管２０２および反応器本体２００Ａの温度が１５０℃を超える場合には、１５０℃以下の温度に比べて、顕著な重合体の付着抑制効果が得られず、そのような高温にすることは経済的に不利である。

また、第１配管用温度調整部７１によって調整される第１配管２０２の温度範囲、および、重合反応器用温度調整部７２によって調整される反応器本体２００Ａの温度範囲は、反応器本体２００Ａの気相部分の気体の温度をＴ［℃］とした場合、（Ｔ−２０）［℃］以上Ｔ［℃］以下、特には（Ｔ−１０）［℃］以上Ｔ［℃］以下に設定するようにしてもよい。これによって、第１配管２０２および反応器本体２００Ａの内壁面に、重合体が付着することをより効果的に抑制することができる。

本実施形態の吸水性樹脂の製造装置５００において、反応器本体２００Ａの底部には、前述したように、重合反応終了後の反応器本体２００Ａから、含水ゲル状架橋重合体Ｒ２を含有する重合反応液Ｒ１を放出するための重合反応液導出開口部２０４が設けられている。重合反応液導出開口部２０４を介して反応器本体２００Ａから導出された重合反応液Ｒ１は、濃縮器３００に流入する。

濃縮器３００は、重合反応液Ｒ１から液体成分を留去するものであり、容器状に形成される濃縮器本体３００Ａを有する。この濃縮器本体３００Ａには、重合反応液Ｒ１が、上部に気相部分を残して（上部に気相部分が形成されるように）収容され、この濃縮器本体３００Ａ内で液体成分の留去が行われる。そして、濃縮器本体３００Ａには、重合反応液流入開口部３０８、気体導出開口部３０９Ａ、および分散媒流入開口部３０９Ｂが上部に設けられ、濃縮液導出開口部３０５が底部に設けられている。

反応器本体２００Ａの重合反応液導出開口部２０４と、濃縮器本体３００Ａの重合反応液流入開口部３０８との間には、第３配管２０５が接続されている。第３配管２０５には、配管内の流路を開閉する第３バルブ２０５Ａが設けられている。第３バルブ２０５Ａが開放された状態となると、反応器本体２００Ａから重合反応液導出開口部２０４を介して導出された、含水ゲル状架橋重合体Ｒ２を含有する重合反応液Ｒ１が、第３配管２０５内を流れ、重合反応液流入開口部３０８を介して濃縮器本体３００Ａ内に流入する。

濃縮器３００は、濃縮器本体３００Ａ内において、重合反応液Ｒ１から液体成分を留去する。濃縮器３００を構成する材料としては、銅、チタン合金、およびＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼などを挙げることができるが、含水ゲル状架橋重合体Ｒ２の付着が抑制されるという観点から、内壁面にフッ素樹脂加工などの表面加工が施されていることが好ましい。

濃縮器３００における重合反応液Ｒ１からの液体成分の留去処理は、常圧下でも減圧下でも行ってよく、液体成分の留去効率を高めるために、窒素等の気流下で行ってもよい。また、本実施形態では、濃縮器３００の濃縮器本体３００Ａ内には撹拌部３０１が配置されており、この撹拌部３０１によって重合反応液Ｒ１を撹拌しながら液体成分の留去処理が行われる。

濃縮器３００による留去処理を常圧下で行う場合、濃縮器本体３００Ａの設定温度は７０〜２５０℃が好ましく、８０〜１８０℃がより好ましく、８０〜１４０℃がさらに好ましく、９０〜１３０℃が最も好ましい。また、濃縮器３００による留去処理を減圧下で行う場合、濃縮器本体３００Ａの設定温度は６０〜１００℃が好ましく、７０〜９０℃がより好ましい。

また、たとえば濃縮器本体３００Ａにおける重合反応液Ｒ１からの液体成分の留去処理中に、水溶性エチレン性不飽和単量体由来の官能基と反応性を有する官能基を２個以上含有する後架橋剤を添加することが好ましい。重合後に架橋剤を添加し反応させることにより、吸水性樹脂粒子の表面層の架橋密度が高まり、加圧下吸水能、吸水速度、ゲル強度などの諸性能を高めることができ、衛生材料用途として好適な性能が付与される。

前記架橋反応に用いられる後架橋剤としては、重合に用いた水溶性エチレン性不飽和単量体由来の官能基と反応しうるものであれば特に限定されない。

使用される後架橋剤としては、たとえば、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリグリセリンなどのポリオール類；（ポリ）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トリグリシジルエーテル、（ポリ）グリセリンジグリシジルエーテル、（ポリ）グリセリントリグリシジルエーテル、（ポリ）プロピレングリコ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などのポリグリシジル化合物；エピクロルヒドリン、エピブロムヒドリン、α−メチルエピクロルヒドリンなどのハロエポキシ化合物；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などのイソシアネート化合物などの反応性官能基を２個以上有する化合物；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などのオキセタン化合物、１，２−エチレンビスオキサゾリンなどのオキサゾリン化合物、エチレンカーボネートなどのカーボネート化合物などが挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

これらの中でも、反応性に優れている観点から（ポリ）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トリグリシジルエーテル、（ポリ）グリセリンジグリシジルエーテル、（ポリ）グリセリントリグリシジルエーテル、（ポリ）プロピレングリコ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などのポリグリシジル化合物が好ましい。

前記後架橋剤の添加量は、重合に付された水溶性エチレン性不飽和単量体の総量１００質量部に対して、好ましくは０．０１〜５質量部、より好ましくは０．０２〜３質量部である。後架橋剤の添加量が０．０１質量部以上であることにより、得られる吸水性樹脂の加圧下吸水能、吸水速度、ゲル強度等の諸性能を高めることができ、５質量部以下であることにより、吸水能が低くなりすぎることを抑制することができる。

さらに、後架橋剤の添加方法は、後架橋剤をそのまま添加しても水溶液として添加してもよいが、必要に応じて、溶媒として親水性有機溶媒を用いた溶液として添加してもよい。この親水性有機溶媒としては、たとえば、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およびプロピレングリコールなどの低級アルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、ジエチルエーテル、ジオキサン、およびテトラヒドロフランなどのエーテル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどのアミド類、並びに、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類などが挙げられる。これら親水性有機溶媒は、それぞれ単独で使用してもよいし、２種類以上を併用してもよい。

前記後架橋剤の添加時期は、重合終了後であればよく、特に限定されない。後架橋反応は、濃縮器３００の濃縮器本体３００Ａにおける重合反応液Ｒ１からの液体成分の留去処理中において、吸水性樹脂１００質量部に対して、１〜２００質量部の範囲の水分存在下に実施されるのが好ましく、５〜１００質量部の範囲の水分存在下に実施されるのがさらに好ましく、１０〜５０質量部の水分存在下に実施されるのがよりさらに好ましい。このように、後架橋剤添加時の水分量を調整することによって、より好適に吸水性樹脂の粒子表面層における後架橋を施すことができ、優れた吸水性能を発現することができる。

後架橋反応における温度は、５０〜２５０℃が好ましく、６０〜１８０℃がより好ましく、６０〜１４０℃がさらに好ましく、７０〜１２０℃が最も好ましい。

また、濃縮器３００による留去処理を常圧下で行う場合、共沸により系外に留出した液体成分のうち、石油系炭化水素分散媒だけを還流させることにより、脱水を進めることができる。このような、濃縮器３００における石油系炭化水素分散媒の還流を実現するための構成として、本実施形態では、濃縮器本体３００Ａには、第４配管３０２を介して熱交換構造体１１０が接続されている。第４配管３０２は、一端部が濃縮器本体３００Ａの気相部分に連通するように、濃縮器本体３００Ａの上部における気体導出開口部３０９Ａに接続され、他端部が熱交換構造体１１０の気体流入開口部５１に接続されている。また、第４配管３０２には、配管内の流路を開閉する第４バルブ３０２Ａが設けられている。第４バルブ３０２Ａが開放された状態となると、濃縮器本体３００Ａの気相部分に存在する気体（重合反応液Ｒ１中の液体成分の蒸気）が、気体導出開口部３０９Ａを介して第４配管３０２内を流れ、気体流入開口部５１を介して熱交換構造体１１０に流入する。

熱交換構造体１１０は、濃縮器本体３００Ａ内の熱せられた気体と熱交換流体との間の熱交換によって前記気体を冷却し、その冷却によって得られた冷却流体を、冷却流体導出開口部５２を介して外部に導出する。この冷却流体導出開口部５２と濃縮器本体３００Ａの分散媒流入開口部３０９Ｂとの間には、第５配管３０３が接続されている。第５配管３０３には、油水分離装置３０７と、配管内の流路を開閉する第５バルブ３０３Ａとが設けられている。第５バルブ３０３Ａが開放された状態となると、油水分離装置３０７にて冷却流体から分離された石油系炭化水素分散媒が、第５配管３０３内を流れ、分散媒流入開口部３０９Ｂを介して濃縮器本体３００Ａ内に流入する。また、油水分離装置３０７から分岐する第６配管３０４が設けられており、油水分離装置３０７にて冷却流体から分離された水溶液は、第６バルブ３０４Ａが開放されることにより分離回収器４０１に回収される。

なお、本実施形態では、第５配管３０３に配置される第５バルブ３０３Ａを閉鎖状態にし、油水分離装置３０７を稼動させないことによって、熱交換構造体１１０の冷却流体導出開口部５２から放出された冷却流体を、分離回収器４０１に回収することもできる。また、回収した石油系炭化水素分散媒に代えて、新しい石油系炭化水素分散媒を濃縮器本体３００Ａに添加してもよい。

濃縮器本体３００Ａの底部には、濃縮終了後の濃縮器本体３００Ａから、所定量の液体成分が留去されて濃縮された重合反応液Ｒ１の濃縮液を導出するための、濃縮液導出開口部３０５が設けられている。濃縮液導出開口部３０５を介して濃縮器本体３００Ａから導出された濃縮液は、乾燥機４００に流入する。

濃縮液導出開口部３０５と乾燥機４００との間には、第７配管３０６が接続されている。第７配管３０６には、配管内の流路を開閉する第７バルブ３０６Ａが設けられている。第７バルブ３０６Ａが開放された状態となると、濃縮器本体３００Ａから濃縮液導出開口部３０５を介して導出された濃縮液が、第７配管３０６内を流れて、乾燥機４００内に流入する。

乾燥機４００は、水分率が好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１０質量％以下となるように濃縮液を加熱し、乾燥された吸水性樹脂を得る。乾燥機４００により得られた吸水性樹脂は、その流動性などの種々の特性を向上させるために、非晶質シリカ粉末などの種々の添加物が添加されてもよい。なお、前記留去処理は、直接乾燥機４００にて濃縮および乾燥を行ってもよく、留去処理の代わりにデカンテーション、ろ過、遠心分離機により、生成粒子を分離し、次いで洗浄、乾燥してもよい。

気体の凝縮によって重合体が付着するという問題は、重合反応器２００の反応器本体２００Ａに接続される第１配管２０２、および反応器本体２００Ａの内壁面に限られるものではなく、重合反応液Ｒ１を収容する濃縮器本体３００Ａを有する濃縮器３００においても発生する。

そこで、本実施形態の吸水性樹脂の製造装置５００は、前述した第１配管２０２に設けられている第１配管用温度調整部７１と同様に構成される温度調整部が、第４配管３０２に設けられていることが好ましく、反応器本体２００Ａに設けられている重合反応器用温度調整部７２と同様に構成される温度調整部が、濃縮器本体３００Ａに設けられていることが好ましい。

第４配管３０２に設けられる温度調整部（以下、「第４配管用温度調整部」という）は、第４配管３０２の温度を、第４配管３０２内を流れる気体が凝縮しない予め定める所定温度範囲に調整する。第４配管用温度調整部は、第４配管３０２を外方から加熱する、または保温することによって、第４配管３０２の温度を所定温度範囲に調整する。

第４配管用温度調整部が第４配管３０２を加熱することによって第４配管３０２の温度を所定温度範囲に調整する方法、および、第４配管用温度調整部が第４配管３０２を保温することによって第４配管３０２の温度を所定温度範囲に調整する方法としては、前述した第１配管用温度調整部７１と同様の方法が挙げられる。

本実施形態の吸水性樹脂の製造装置５００によれば、第４配管用温度調整部が第４配管３０２の温度を、第４配管３０２内を流れる気体が凝縮しない所定温度範囲に調整するので、濃縮器本体３００Ａから導出された気体が接触する、第４配管３０２の内壁面に、重合体が付着することを抑制することができる。その結果、第４配管３０２において、気体が流れる流路の閉塞を防止することができる。また、第４配管３０２の内壁面に重合体が付着することが抑制されるので、第４配管３０２、熱交換構造体１１０、および第５配管３０３を介して付着物の断片が、気体に同伴して濃縮器本体３００Ａ内に流入することを防止することができる。その結果、濃縮器本体３００Ａ内に収容される重合反応液Ｒ１を濃縮して生成される吸水性樹脂の均質性が低下することを防止することができる。

濃縮器本体３００Ａに設けられる温度調整部（以下、「濃縮器用温度調整部」という）は、濃縮器本体３００Ａの少なくとも上部の温度を、濃縮器本体３００Ａの気相部分に存在する気体が凝縮しない予め定める所定温度範囲に調整する。濃縮器用温度調整部は、濃縮器本体３００Ａの少なくとも上部を外方から加熱する、または保温することによって、濃縮器本体３００Ａの温度を所定温度範囲に調整する。

濃縮器用温度調整部が濃縮器本体３００Ａを加熱することによって濃縮器本体３００Ａの温度を所定温度範囲に調整する方法、および、濃縮器用温度調整部が濃縮器本体３００Ａを保温することによって濃縮器本体３００Ａの温度を所定温度範囲に調整する方法としては、前述した第１配管用温度調整部７１と同様の方法が挙げられる。

本実施形態の吸水性樹脂の製造装置５００によれば、濃縮器用温度調整部が濃縮器本体３００Ａの温度を、濃縮器本体３００Ａの気相部分に存在する気体が凝縮しない所定温度範囲に調整するので、濃縮器本体３００Ａの上部における気体が接触する内壁面に、重合体が付着することを抑制することができる。その結果、付着物の断片が濃縮器本体３００Ａ内に混入することを防止することができ、濃縮器本体３００Ａ内に収容される重合反応液Ｒ１を濃縮して生成される吸水性樹脂の均質性が低下することを防止することができる。

また、第４配管用温度調整部によって調整される第４配管３０２の温度範囲、および、濃縮器用温度調整部によって調整される濃縮器本体３００Ａの温度範囲は、３０℃以上１５０℃以下であることが好ましく、４０℃以上９０℃以下であることがさらに好ましく、５０℃以上８０℃以下であることが特に好ましい。第４配管３０２および濃縮器本体３００Ａの温度が３０℃未満である場合には、重合体の付着抑制効果が十分に発揮されないおそれがある。また、第４配管３０２および濃縮器本体３００Ａの温度が１５０℃を超える場合には、１５０℃以下の温度に比べて、顕著な重合体の付着抑制効果が得られず、そのような高温にすることは経済的に不利である。

また、第４配管用温度調整部によって調整される第４配管３０２の温度範囲、および、濃縮器用温度調整部によって調整される濃縮器本体３００Ａの温度範囲は、濃縮器本体３００Ａの気相部分の気体の温度をＴ［℃］とした場合、（Ｔ−２０）［℃］以上Ｔ［℃］以下、特には（Ｔ−１０）［℃］以上Ｔ［℃］以下に設定するようにしてもよい。これによって、第４配管３０２および濃縮器本体３００Ａの内壁面に、重合体が付着することをより効果的に抑制することができる。

次に、図面を参照しながら熱交換構造体１００，１１０について説明する。図２は、製造装置５００に備えられる熱交換構造体１００，１１０の構成を示す図である。

熱交換構造体１００，１１０は、水溶性エチレン性不飽和単量体の重合体である吸水性樹脂を含有する重合反応液Ｒ１が収容された反応器本体２００Ａおよび濃縮器本体３００Ａとそれぞれ接続され、反応器本体２００Ａおよび濃縮器本体３００Ａ内の気体を冷却する。以下では、重合反応液Ｒ１が収容された反応器本体２００Ａと濃縮器本体３００Ａとを、「収容器」と総称する。

熱交換構造体１００，１１０は、収容器から導出された気体が流れる流路となる複数の内部配管１１と外殻２とを含む。外殻２は、複数の内部配管１１を外方から覆うように筒状（本実施形態では円筒状）に形成される胴部２１と、該胴部２１の軸線Ｓ方向一端部に連なる第１蓋部２２と、胴部２１の軸線Ｓ方向他端部に連なる第２蓋部２３とを含んで構成される。

胴部２１内には、複数の内部配管１１が管束１になって設けられている。また胴部２１には、内部配管１１内を流れる気体との間の熱交換によって気体を冷却する熱交換流体を胴部２１内に供給するための開口を形成する熱交換流体供給開口部６１と、熱交換流体を外部に導出するための開口を形成する熱交換流体導出開口部６２とが形成されている。なお、本実施形態では、熱交換流体供給開口部６１は、胴部２１における軸線Ｓ方向他端部側（第２蓋部２３が設けられる側）に設けられ、熱交換流体導出開口部６２は、胴部２１における軸線Ｓ方向一端部側（第１蓋部２２が設けられる側）に設けられている。胴部２１内には、熱交換流体が、熱交換流体供給開口部６１から熱交換流体導出開口部６２に向けて流れるようになっている。

また、胴部２１内には、複数の邪魔板３が設けられている。邪魔板３は、胴部２１内を流れる熱交換流体の流れ方向を規則的に変化させるように構成されている。複数の邪魔板３は、軸線Ｓ方向に一定間隔をあけて軸線Ｓに直交して設けられている。邪魔板３には、挿通孔が形成されており、この挿通孔に内部配管１１が挿通されている。このような邪魔板３が胴部２１内に設けられることによって、熱交換流体が、邪魔板３に案内されて、蛇行するように流れ方向Ｂを変化させながら胴部２１内を流れるので、胴部２１に囲繞された内部配管１１内を流れる気体と熱交換流体との間の熱交換効率を上げることができる。

第１蓋部２２は、胴部２１の軸線Ｓ方向一端部に連なる筒状（本実施形態では円筒状）の第１周壁部２２ａと、該第１周壁部２２ａの一端部を塞ぐ天板２２ｂとを含んで構成される。第１蓋部２２には、収容器から導出された気体を、第１蓋部２２を介して内部配管１１内に流入させるための流入開口を形成する気体流入開口部５１が形成されている。本実施形態では、気体流入開口部５１は、第１蓋部２２の第１周壁部２２ａに設けられている。

第２蓋部２３は、胴部２１の軸線Ｓ方向他端部に連なる筒状（本実施形態では円筒状）の第２周壁部２３ａと、該第２周壁部２３ａの一端部を塞ぐ底板２３ｂとを含んで構成される。第２蓋部２３には、内部配管１１内を流れる気体が冷却されて生成された冷却流体を、第２蓋部２３を介して外部に導出させるための導出開口を形成する冷却流体導出開口部５２が形成されている。本実施形態では、冷却流体導出開口部５２は、第２蓋部２３の底板２３ｂに設けられている。

また、外殻２内には、第１隔壁４１と第２隔壁４２とが配置されている。第１隔壁４１は、第１蓋部２２と胴部２１とを仕切るものである。第１隔壁４１は、胴部２１の軸線Ｓ方向一端部に周縁部が固定されている。具体的には、第１隔壁４１は、胴部２１の軸線Ｓ方向一端部の内周面に周縁部の外周面が接合されて固定されている。また、第１隔壁４１は、胴部２１の軸線Ｓ方向一端部の端面に周縁部の底面が接合されて固定されていてもよい。この第１隔壁４１には、内部配管１１の一端部が挿通される挿通孔が形成されている。

第２隔壁４２は、第２蓋部２３と胴部２１とを仕切るものである。第２隔壁４２は、胴部２１の軸線Ｓ方向他端部に周縁部が固定されている。具体的には、第２隔壁４２は、胴部２１の軸線Ｓ方向他端部の内周面に周縁部の外周面が接合されて固定されている。また、第２隔壁４２は、胴部２１の軸線Ｓ方向他端部の端面に周縁部の上面が接合されて固定されていてもよい。この第２隔壁４２には、内部配管１１の他端部が挿通される挿通孔が形成されている。

本実施形態の熱交換構造体１００，１１０では、収容器から導出された気体は、第１蓋部２２に形成された気体流入開口部５１を介して、第１蓋部２２と第１隔壁４１とで囲まれた空間に流入する。このように、第１蓋部２２と第１隔壁４１とで囲まれた空間に流入した気体は、筒状の胴部２１で囲繞された複数の内部配管１１内を流れる。内部配管１１内を流れる気体は、胴部２１内を流れる熱交換流体との間で熱交換が行われて冷却される。このようにして冷却された冷却流体は、第２蓋部２３と第２隔壁４２とで囲まれた空間に流入する。第２蓋部２３と第２隔壁４２とで囲まれた空間に流入した冷却流体は、第２蓋部２３に形成された冷却流体導出開口部５２を介して外部に導出される。このようにして、熱交換構造体１００，１１０は、収容器から導出された気体を冷却することができる。

以下、本発明の実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す製造装置５００を使用して、逆相懸濁重合法による吸水性樹脂の製造を行った。実施例１における吸水性樹脂の製造においては、水溶性エチレン性不飽和単量体を、石油系炭化水素分散媒中で、分散安定剤の存在下にラジカル重合開始剤を用いて、逆相懸濁重合法により２段の重合反応を行った。

重合反応器２００の反応器本体２００Ａには、第１配管２０２を介して熱交換構造体１００が接続されており、反応器本体２００Ａ内の気体が接触する第１配管２０２および反応器本体２００Ａの上部に、保温材（ロックウール、厚さ：４０ｍｍ）を設置した。この保温材が、第１配管用温度調整部７１および重合反応器用温度調整部７２として機能する。

また、濃縮器３００の濃縮器本体３００Ａには、第４配管３０２を介して熱交換構造体１１０が接続されており、濃縮器本体３００Ａ内の気体が接触する第４配管３０２および濃縮器本体３００Ａの上部に、保温材（ロックウール、厚さ：４０ｍｍ）を設置した。この保温材が、第４配管用温度調整部および濃縮器用温度調整部として機能する。

１段目の重合に際し、反応器本体２００Ａ内に、石油系炭化水素分散媒として２５℃の温度に保持されたｎ−ヘプタンを９０００ｋｇ、分散安定剤としてポリグリセリン脂肪酸エステル（商品名：サンソフトＱ−１８５Ｓ、太陽化学株式会社製）の１０質量％ｎ−ヘプタン溶液３５１ｋｇを仕込んだ。

次いで、撹拌部２０１により反応器本体２００Ａ内を撹拌しながら、反応器本体２００Ａ内の内容物を９０℃になるまで加熱し、分散安定剤を溶解した。次いで、反応器本体２００Ａ内の内容物を５０℃になるまで冷却した。

一方、別の容器に、水溶性エチレン性不飽和単量体として８０質量％アクリル酸水溶液３５０５ｋｇを加え、冷却しながら、アルカリ性中和剤として３０質量％水酸化ナトリウム水溶液を３８９０ｋｇ滴下して、中和度が水溶性エチレン性不飽和単量体の酸基の７５モル％となるように中和を行った。次いで、ラジカル重合開始剤として過硫酸カリウムを３．５ｋｇ、架橋剤としてＮ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドを０．７ｋｇ、水を１９０８ｋｇ加えて溶解し、１段目の重合用の単量体を水溶液として調製した。

上記のようにして別の容器で調製した、１０℃の温度に保持された１段目の重合用の単量体水溶液の全量を反応器本体２００Ａに加え、反応器本体２００Ａの内容物を３０℃とし、系内を窒素で十分に置換した。

次いで、撹拌部２０１により反応器本体２００Ａ内を撹拌しながら、反応器本体２００Ａ内の内容物を５５℃になるまで加熱し、重合を開始させた。重合開始後、重合熱により反応器本体２００Ａの内容物が昇温し、内容物が８０℃に到達した時点から８０℃で３０分間重合を行った後、反応器本体２００Ａの内容物を１３℃になるまで冷却し、１段目の反応混合物を得た。

一方、別の容器に、２段目の重合用の単量体水溶液を調製した。具体的には、別の容器に、水溶性エチレン性不飽和単量体として８０質量％アクリル酸水溶液３５０５ｋｇを加え、冷却しながら、アルカリ性中和剤として３０質量％水酸化ナトリウム水溶液を３８９０ｋｇ滴下して、中和度が水溶性エチレン性不飽和単量体の酸基の７５モル％となるように中和を行った。次いで、ラジカル重合開始剤として過硫酸カリウムを３．５ｋｇ、架橋剤としてＮ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドを０．７ｋｇ、水を１９０８ｋｇ加えて溶解し、２段目の重合用の単量体水溶液を調製した。

上記のようにして別の容器で調製した、１３℃の温度に保持された２段目の重合用の単量体水溶液の全量を、前記の１段目の反応混合物が収容された反応器本体２００Ａ内に投入し、系内を窒素で十分に置換した。

次いで、撹拌部２０１により反応器本体２００Ａ内を撹拌しながら、反応器本体２００Ａ内の内容物を５５℃になるまで加熱し、重合を開始させた。重合開始後、重合熱により反応器本体２００Ａの内容物が昇温し、内容物が８０℃に到達した時点から８０℃で３０分間重合を行った後、２段目の反応混合物を得た。

当該２段目の反応混合物を濃縮器本体３００Ａに移送し、撹拌部３０１により濃縮器本体３００Ａ内を撹拌しながら、濃縮器本体３００Ａ内の内容物を９０℃になるように加熱し、ｎ−ヘプタンと水との共沸蒸留によりｎ−ヘプタンと水を分離し、ｎ−ヘプタンは濃縮器本体３００Ａ内へ戻し、７４３１ｋｇの水を系外へ抜き出した。次いで、架橋剤としてＮ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドを２．８ｋｇ加えて、濃縮器本体３００Ａ内の内容物を９０℃で反応させ、表面架橋された反応混合物を得た。

当該表面架橋された反応混合物を乾燥機４００に移送し、さらに加熱することで、所定量の水およびｎ−ヘプタンを系外へ抜き出し、乾燥された吸水性樹脂を、目開き８５０μｍの篩で篩い、改質された実施例１の吸水性樹脂を７５６７ｋｇ得た。

上記のようにして吸水性樹脂を製造する実施例１では、目開き８５０μｍの篩に対する篩未通過物である粒子径異常の吸水性樹脂は存在せず、粒子径異常の吸水性樹脂の発生率は０％であった。このように、粒子径異常の吸水性樹脂の発生率を低減することができたのは、反応器本体２００Ａ内の気体が接触する第１配管２０２および反応器本体２００Ａの上部、濃縮器本体３００Ａ内の気体が接触する第４配管３０２および濃縮器本体３００Ａの上部に、保温材を設置したので、第１配管２０２、反応器本体２００Ａ、第４配管３０２および濃縮器本体３００Ａの内壁面に対する重合体の付着が抑制され、その結果、反応器本体２００Ａおよび濃縮器本体３００Ａに付着物の断片が流入することが抑制されたからである。

（比較例１）
第１配管２０２、反応器本体２００Ａの上部、第４配管３０２、および濃縮器本体３００Ａの上部に保温材を設置しないようにしたこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１の吸水性樹脂を得た。

比較例１では、目開き８５０μｍの篩に対する篩未通過物である粒子径異常の吸水性樹脂が存在し、粒子径異常の吸水性樹脂の発生率は７．７％であった。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

１ 管束
２ 外殻
３ 邪魔板
１１ 内部配管
２１ 胴部
２２ 第１蓋部
２３ 第２蓋部
４１ 第１隔壁
４２ 第２隔壁
５１ 気体流入開口部
５２ 冷却流体導出開口部
６１ 熱交換流体供給開口部
６２ 熱交換流体導出開口部
７１ 第１配管用温度調整部
７２ 重合反応器用温度調整部
１００，１１０ 熱交換構造体
２００ 重合反応器
２００Ａ 反応器本体
２０１，３０１ 撹拌部
２０２ 第１配管
２０２Ａ 第１バルブ
２０３ 第２配管
２０３Ａ 第２バルブ
２０４ 重合反応液導出開口部
２０５ 第３配管
２０５Ａ 第３バルブ
２０６Ａ，３０９Ａ 気体導出開口部
２０６Ｂ 冷却流体流入開口部
３００ 濃縮器
３００Ａ 濃縮器本体
３０２ 第４配管
３０２Ａ 第４バルブ
３０３ 第５配管
３０３Ａ 第５バルブ
３０４ 第６配管
３０４Ａ 第６バルブ
３０５ 濃縮液導出開口部
３０６ 第７配管
３０６Ａ 第７バルブ
３０７ 油水分離装置
３０８ 重合反応液流入開口部
３０９Ｂ 分散媒流入開口部
４００ 乾燥機
４０１ 分離回収器
５００ 製造装置

Claims (4)

1. 水溶性エチレン性不飽和単量体を液媒体中で重合反応させて吸水性樹脂を生成する重合反応器であって、
   水溶性エチレン性不飽和単量体と液媒体とを、上部に気相部分を残して収容する反応器本体と、
   前記反応器本体に接続され、前記気相部分の気体を、該反応器本体から導出する気体導出部と、を備える重合反応器と、
   前記気体導出部に接続され、該気体導出部によって前記反応器本体から導出された前記気体が流れる第１流路を有する第１流路部と、
   前記第１流路部の温度を、該第１流路部の前記第１流路を流れる前記気体が凝縮しないように、少なくとも加温または保温することによって予め定める温度範囲に調整する第１流路部用温度調整部と、
   前記気体を冷却する冷却器であって、
   前記第１流路部に接続され、該第１流路部の前記第１流路を流れる前記気体が流入し、その流入した気体を冷却する冷却器本体と、
   前記冷却器本体に接続され、該冷却器本体で冷却して得られた冷却流体を、該冷却器本体から導出する冷却流体導出部と、を備える冷却器と、
   前記冷却流体導出部に接続され、該冷却流体導出部によって前記冷却器本体から導出された前記冷却流体が、前記反応器本体に向けて流れる第２流路を有する第２流路部と、を備えることを特徴とする吸水性樹脂の製造装置。
2. 前記反応器本体の温度を、前記気体が凝縮しない予め定める温度範囲に調整する重合反応器用温度調整部を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の吸水性樹脂の製造装置。
3. 前記第１流路部用温度調整部によって調整される前記第１流路部の温度範囲、および、前記重合反応器用温度調整部によって調整される前記反応器本体の温度範囲は、３０［℃］以上１５０［℃］以下であることを特徴とする請求項２に記載の吸水性樹脂の製造装置。
4. 前記第１流路部用温度調整部によって調整される前記第１流路部の温度範囲、および、前記重合反応器用温度調整部によって調整される前記反応器本体の温度範囲は、前記反応器本体内の前記気相部分の気体の温度をＴ［℃］とした場合、（Ｔ−２０）［℃］以上、Ｔ［℃］以下であることを特徴とする請求項２に記載の吸水性樹脂の製造装置。

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