JP6688276B2 - 粒子状吸水剤の充填方法および粒子状吸水剤充填物のサンプリング方法 - Google Patents
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Description
まず、本明細書中に記載される代表的な用語の定義について説明を行う。
本明細書において、「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤を意味し、以下の物性を有するものをいう。すなわち、吸水倍率(CRC/実施例で規定)が、必須に5(g/g)以上、好ましくは10〜100(g/g)、さらに好ましくは20〜80(g/g)であり、また、水可溶分(Extractables/ERT450.2−02(2002)で規定)が、好ましくは0〜50重量%、より好ましくは0〜30重量%、さらに好ましくは0〜20重量%、特に好ましくは0〜10重量%である高分子ゲル化剤をいう。なお、該吸水性樹脂は、全量(100%)が重合体である形態に限定されず、上記性能を維持する範囲において、後述する添加剤等を含んでいてもよい。
本明細書において、「ポリアクリル酸(塩)」とは、繰り返し単位として、アクリル酸(塩)を主成分とする重合体を意味する。具体的には、架橋剤を除く単量体として、アクリル酸(塩)を、好ましくは50〜100モル%、より好ましくは70〜100モル%、さらに好ましくは90〜100モル%、特に好ましくは、実質100モル%含む重合体を意味する。重合体としての塩は、好ましくは水溶性塩を含み、好ましくは一価塩、さらに好ましくはアルカリ金属塩あるいはアンモニウム塩である。その中でも特にアルカリ金属塩が好ましく、さらにはナトリウム塩が好ましい。
本明細書において、「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、前記水性液としては、水に限らず、尿、血液、糞、廃液、湿気や蒸気、氷、水と有機溶媒および/または無機溶媒との混合物、雨水、地下水等であってもよく、水を含めば特定に制限されるものではない。中でも前記水性液としては、より好ましくは、尿、特に人尿を挙げることができる。本発明における吸水性樹脂(ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂)の含有量は、全体に対して、好ましくは70〜99.9重量%であり、より好ましくは80〜99.7重量%であり、さらに好ましくは90〜99.5重量%である。吸水性樹脂以外のその他の成分としては、吸水速度や粉末(粒子)の耐衝撃性の観点から、水が好ましく、必要により後述の添加剤が含まれる。
「EDANA」は、European Disposables and Nonwovens Associationの略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)の吸水性樹脂の測定法(ERT/EDANA Recomeded Test Methods)の略称である。本明細書においては、特に断りのない限り、ERT原本(公知文献:2002年改定)を参照して、吸水性樹脂の物性を測定している。
本明細書において、「粒子」とは、篩分級で規定される粒径が5mm以下の流動性を有する固体を意味する。固体であれば、含水率(ERT430.2−02で規定)について特に制限されないが、通常、30重量%未満、さらに好ましくは20重量%以下である。また、粒径の下限としては、例えば、1nmである。さらに、粉体として一定の流動性を有していればよく、例えば、Flow Rate(ERT450.2−02)が測定可能な固体、あるいは(ERT420.2−02)で篩分級が可能な固体を意味する。固体の形状については、特に制限されず、不定形破砕状粒子、球状、略球状やそれらの造粒物(凝集物)が挙げられるが、好ましくは、不定形破砕状粒子が含まれる。本発明では、粒子状の吸水剤、すなわち、「粒子状吸水剤」が用いられる。
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離保持容量)の略称であり、吸水性樹脂の無加圧下吸水倍率(以下、「吸水倍率」と称することもある。また、「吸収倍率」と同義である。)を意味する。具体的には、不織布袋中の吸水性樹脂0.200gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に30分間浸漬(自由膨潤)させた後、遠心分離機で水切りした後の吸水倍率(単位;(g/g))である。
「AAP」は、Absorbency Against Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.900gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対して、2.06kPa(0.3psi,21(g/cm2))の荷重下で1時間膨潤させた後の吸水倍率(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、実質的にはAAPと同一内容である。また、荷重条件を4.83kPa(0.7psi,50(g/cm2))に変更して測定することもある。本発明の実施例では、荷重条件を4.83kPa(0.7psi、50(g/cm2))に変更して測定している。
「Ext」は、Extractablesの略称であり、吸水性樹脂の水可溶分(水可溶成分量)を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.000gを0.9重量%塩化ナトリウム水溶液200mlに添加し、500rpmで16時間攪拌した後の溶解ポリマー量(単位;重量%)である。溶解ポリマー量の測定はpH滴定で行う。
「PSD」は、Particle Size Distributionの略称であり、篩分級により測定される吸水性樹脂の粒度分布を意味する。また、吸水性樹脂の質量平均粒子径(D50)および粒度分布の対数標準偏差(σζ)は米国特許第7638570号に記載された「(3)Mass−Average Particle Diameter (D50) and Logarithmic Standard Deviation (σζ) of Particle Diameter Distribution」と同様の方法で測定する。
吸水速度「FSR」とは、Free Swell Rate の略称であり、吸水速度(自由膨潤速度)を意味する。具体的に「FSR」とは、吸水性樹脂1gが0.9重量%塩化ナトリウム水溶液20gを吸水するときの速度(単位;(g/g/s))をいう。具体的な測定方法は国際公開第2012/002455(段落「0248」〜「0253」)に記載されている。
吸水性樹脂の荷重下での通液性である。具体的な測定方法は特許文献13(段落「0139」〜「0141」)に記載されている。
また、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「トン(t)」は、「メトリック トン(Metoric ton)」を指す。また、本明細書において、「質量」と「重量」、「質量%」と「重量%」、および「質量部」と「重量部」は同義語であり、物性等の測定に関しては特に断りがない場合は室温(20〜25℃)/相対湿度40〜50%で測定する。
本発明において、充填される対象物は、粒子状吸水剤である。
上記粒子状吸水剤は、重合工程により得られた吸水性樹脂をベースとしている。重合工程では、重合により吸水性樹脂となりうる単量体(以下、モノマーとも称することもある)を重合させて重合ゲルを生成させる。用いられうる重合法としては、特に限定されるものではないが、例えば、バルク重合、噴霧重合、滴下重合、沈殿重合、水溶液重合(連続水溶液重合)、逆相懸濁重合、発泡重合等が挙げられる。性能面および重合制御の容易さから、モノマーが水溶液とされて用いられうる水溶液重合または逆相懸濁重合が好ましい。この製造方法は、水溶液重合により得られる吸水性樹脂において、本発明の効果(物性の安定化)を充分に発揮しうる。この観点から、水溶液重合、特に連続水溶液重合が好ましく使用される。連続水溶液重合においては、連続ベルト重合または連続ニーダー重合が好適に使用できる。
(特許文献15)米国特許第5154713号明細書
(特許文献16)米国特許第5314420号明細書
(特許文献17)米国特許第5399591号明細書
(特許文献18)米国特許第5451613号明細書
(特許文献19)米国特許第5462972号明細書
(特許文献20)国際公開第95/02002号パンフレット
(特許文献21)国際公開第2005/063313号パンフレット
(特許文献22)国際公開第94/022502号パンフレット
(特許文献23)米国特許第4703067号明細書
(特許文献24)国際公開第97/017397号パンフレット
(特許文献25)国際公開第00/052087号パンフレット
(特許文献26)米国特許第6107358号明細書
(特許文献27)米国特許第5856370号明細書
(特許文献28)米国特許第5985944号明細書
(特許文献29)国際公開第2009/062902号パンフレット
(特許文献30)欧州特許第1521601号明細書
(特許文献31)米国特許公開2007/0225422明細書
(特許文献32)国際公開第2011/126079号パンフレット
[乾燥工程]
乾燥工程により、前述の重合工程で得られた重合ゲル(別称;含水ゲル状重合体)が乾燥される。乾燥工程では、以下に限定されるものではないが、前述の重合工程で得られた含水率が15〜70重量%の重合ゲルを乾燥する。重合工程で得られた重合ゲルは、通常、0.1〜5mm程度の粒子状の状態にして、乾燥工程に供されることが好ましい。
粉砕方法については、特に制限はなく、従来公知の方法を採用することができる。粉砕方法は適宜選択され、米国特許出願公開第2006−024755号、国際公開第2011/034147号、同第2011/034146号等の粉砕方法が使用される。これらの中でも、粒度制御の面から、ロールミルまたはロールグラニュレーターが好適に使用でき、1段好ましくは多段、さらには2〜5段のロールミルまたはロールグラニュレーターで粉砕され、適用できる。
吸水性樹脂の分級工程は、任意の工程であり、表面架橋前のみならず表面架橋後でも行うことができる。したがって、好ましくは表面架橋前および/または表面架橋後、より好ましくは表面架橋前、さらには表面架橋後にも分級工程を適用することができる。なお、表面架橋後での分級を整粒工程とも称する。該分級方法は、特に制限されないが、米国特許第6164455号、国際公開第2006/074816号、同第2008/037672号、同第2008/037673号、同第2008/037675号、同第2008/123477号等に例示される。これらの中で、特に篩分級が適用され、篩の数は2〜5段程度で適宜決定される。
表面架橋工程は、前述の分級工程で得られた粒子状吸水性樹脂の表面近傍を、表面架橋剤を用いて架橋する工程である。この工程により、表面架橋がなされた粒子状吸水剤が得られる。粒子状吸水性樹脂は、水膨潤性架橋重合体であり、(粒子)内部に架橋構造を有するが、本発明で用いられうる吸水性樹脂(粒子)はさらに表面架橋され、その表面または表面近傍の架橋密度が内部より高められていることが好ましい。
冷却工程は、表面架橋後の任意の工程であり、例えば、前述の表面架橋工程で加熱されて表面近傍が架橋された粒子状吸水剤が、後述する整粒工程に投入される前に、冷却させられる工程である。冷却温度としては、特に限定されないが、好ましくは0〜100℃、より好ましくは30〜90℃、更に好ましくは30〜70℃に冷却されればよい。この冷却工程に用いられる冷却装置としては、特に制限はないが、冷却機は、特に制限されないが、米国特許第6378453号、国際公開第2011/024971号等に例示される。
添加工程において添加される添加剤としては、例えば下記の(A)消臭成分(好ましくは植物成分)、(B)多価金属塩、(C)無機粒子((D)複合含水酸化物を含む)、(E)その他の添加物等が挙げられる。添加量として、吸水性樹脂100質量部に対して0.001〜10質量部、好ましくは0.001〜5質量部、さらに好ましくは0.002〜3質量部の範囲である。
本発明の製造方法で得られる粒子状吸水剤は、消臭性を発揮させるために、消臭成分、好ましくは植物成分を配合することができる。植物成分としては、好ましくはポリフェノール、フラボンおよびその類、カフェインから選ばれる少なくとも1種の化合物であるのが好ましく、タンニン、タンニン酸、五倍子、没食子および没食子酸から選ばれる少なくとも1種の化合物であるのがさらに好ましい。
本発明の製造方法で得られる粒子状吸水剤には、通液性や粉体流動性、特に吸湿時の粉体流動性の向上の目的で、多価金属塩が配合されうる。この多価金属塩の好ましい量は上記のとおりである。
本発明の製造方法で得られる粒子状吸水剤は、吸湿時のブロッキング防止のために無機粒子、特に水不溶性無機粒子を配合することができる。本発明に使用される無機粒子としては、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、燐酸カルシウム、ハイドロタルサイト等が挙げられる。このうち二酸化珪素および珪酸(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0.001〜200μmの二酸化珪素および珪酸(塩)がさらに好ましい。
本発明の製造方法で得られた粒子状吸水剤には、必要に応じて、例えば、キレート剤、消毒剤、抗菌剤、香料、各種の無機粉末、発泡剤、顔料、染料、親水性短繊維、肥料、酸化剤、還元剤、水性塩類等が、本発明の効果を損なわない範囲で添加されうる。このその他の添加物の添加量は、例えば、粒子状吸水剤100質量部に対して、30質量部以下、さらには10質量部以下とすることができる。この添加により、種々の機能が付与されうる。
粒子状吸水剤は、ポリアミンポリマー、多価金属(塩)、水不溶性微粒子を、粒子状吸水剤100重量部に対して、0.001〜5重量部、さらには0.01〜3重量部の割合で含んでいてもよい。特に、粒子状吸水剤の表面に、ポリアミンポリマー、多価金属(塩)、水不溶性微粒子が存在すると好ましい。
本発明で用いられる粒子状吸水剤は、キレート剤を含んでもよい。キレート剤を混合する工程は特に限定されないが、前記単量体あるいは単量体溶液に、キレート剤を混合することが好ましい。上記キレート剤としては、高分子キレート剤または非高分子キレート剤が種々例示できるが、好ましくは、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)5ナトリウムなどの酸基含有非高分子キレート剤、さらに好ましくは、リン酸基含有非高分子キレート剤またはカルボン酸基含有非高分子キレート剤が用いられ、かかる酸基を分子中に2〜100個、さらには2〜50個、特に2〜10個含有する非高分子キレート剤が好ましく用いられる。また、キレート剤中に窒素を有するアミノカルボン酸やアミノリン酸が好ましく、例えば、米国特許6599989号公報や国際公開2008/090961号パンフレットに記載のキレート剤が挙げられる。粒子状吸水剤中におけるキレート剤の使用量は、好ましくは5〜10000質量ppm、より好ましくは10〜1000質量ppmである。キレート剤を含有することで、吸水性樹脂の着色防止の効果がある。
界面活性剤としては、米国特許第6107358号に記載の界面活性剤が本発明に適応できる。粒子状吸水剤中における界面活性剤の使用量は、好ましくは10〜1000質量ppmである。
さらに特許文献13に記載の整粒工程を含んでもよい。
さらに微粉回収工程や特許文献13に記載の造粒工程を含んでもよい。
[粒度分布](ERT420.2−02)
粒子状吸水剤のJIS標準篩分級により規定される質量平均粒子径(D50)は、前記(III)の段階での取り扱いおよび得られる吸収物品の装着感の観点で、好ましくは200〜800μm、より好ましくは200〜450μm、より好ましくは220〜430μm、さらに好ましくは250〜400μmである。
粒子状吸水剤の粒度分布は、本発明の効果を効率よく発揮するために、特定の範囲であることが好ましく、対数標準偏差(σζ)が0.20〜0.50であることが好ましく、より好ましくは0.25〜0.45であり、さらにより好ましくは0.30〜0.40である。このような範囲であると、効率よく充填を行うことができる。また、本発明のサンプリング方法の効果を発揮しやすい。また、物性としての通液性や吸水速度を向上させる上でも好ましい範囲といえる。なお、粒度分布の対数標準偏差や質量平均粒子径は、米国特許出願公開第2006−0204755号明細書で規定される。
粒子状吸水剤は、ERT442.2−02で規定される4.8kPa荷重下での生理食塩水の加圧下吸水倍率(AAP:Absorbency against Presure)は、好ましくは15(g/g)以上である。このような粒子状吸水剤が用いられたオムツ等の吸収性物品は、体液等をよく吸収する。粒子状吸水剤のAAPは、より好ましくは20(g/g)以上、さらに好ましくは22(g/g)以上、さらにより好ましくは23.5(g/g)以上で、特に好ましくは24(g/g)以上、最も好ましくは26(g/g)以上である。
食塩水流れ誘導性(SFC)は、粒子状吸水剤の膨潤時の液透過性を示す値である。この食塩水流れ誘導性は、通液性とも称される。この食塩水流れ誘導性(SFC)の値が大きいほど、粒子状吸水剤は高い液透過性を有することを示している。
粒子状吸水剤の生理食塩水に対する無加圧下吸水倍率(CRC)は5(g/g)以上であるのが好ましい。この無加圧下吸水倍率は、より好ましくは15(g/g)以上、更に好ましくは25(g/g)以上である。この無加圧下吸水倍率の上限は特に制限されないが、現実的には、60(g/g)、45(g/g)、あるいは、40(g/g)程度である。
粒子状吸水剤の吸水速度(FSR)は、0.20(g/g/s)以上であることが好ましく、0.24(g/g/s)以上であることがより好ましく、0.25(g/g/s)以上であることがさらに好ましく、0.30(g/g/s)以上であることが特に好ましい。このFSRの上限は特に制限されないが、現実的には、1.00(g/g/s)、0.50(g/g/s)あるいは0.45(g/g/s)程度である。
粒子状吸水剤(吸水性樹脂)の粒子形状は、真球(平均球形度=1.0)でないことが好ましく、球状、略球状、不定形破砕状やそれらの造粒物(凝集物)が好適であり、それら粒子の発泡体でもよい。なお、平均球形度は、国際公開第2008/009599号に記載の測定方法が参照される。
粒子状吸水剤の嵩比重(嵩密度)(JIS K 3362)は、通常、0.45〜0.75(g/ml)であり、好ましくは、0.50〜0.70(g/ml)であり、0.55〜0.65(g/ml)がより好ましい。0.50(g/ml)以上であれば、高吸収速度を有する粒子状吸水剤を生産することができる観点で好ましい。0.70(g/ml)以下であれば、望ましい吸収速度を得られるという観点で好適である。また、本発明の充填方法であれば、上記範囲において、輸送中の偏析抑制効果が顕著に表れるため好ましい。また、本発明の充填方法によれば、嵩比重が低い粒子状吸水剤を効率よく充填することができる。
<充填方法>
続いて、上記で説明した本発明の実施形態における「粒子状吸水剤」を、充填容器に充填する方法について説明する。 本発明の粒子状吸水剤の充填方法(本明細書中、単に「本発明の充填方法」とも称する)は、粒子状吸水剤を充填容器に充填する充填工程と、前記充填容器を前記充填容器外部から振動させる振動工程とを有し、前記充填工程の開始から終了までの間に、少なくとも一回の振動工程を施す、粒子状吸水剤の充填方法であって、
前記振動工程における振動条件が、下記(a)および(b)の条件を満たす、粒子状吸水剤の充填方法である。
(b)前記振動体の無荷重での全振幅および無荷重での振動数の設定が、下記式1−1および式2、または、式1−2および式2を満足する。
「充填工程の開始」とは、粒子状吸水剤を充填容器に入れ始めた時点、より正確には、充填容器の内部空間に粒子状吸水剤が初めて入った時点であり、「充填工程の終了」とは該容器の粒子状吸水剤が所定量(最終充填量W2)であることを確認できた時点である。
充填工程で供給される粒子状吸水剤の温度は、30℃以上が好ましく、35℃以上がより好ましい。適度な温度であれば、粒子同士の凝集が抑制され、振動効果が高まるが、粒子状吸水剤の物性を維持する観点から、90℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましい。よって、本発明の充填方法の好ましい形態によれば、振動工程における前記粒子状吸水剤の温度は、30〜70℃である。
前記充填容器16は、フレキシブルコンテナバッグ、コンテナ、可搬式サイロ、ペーパーバッグ等があり、例えば、国際公開第2005/077786号に例示されるサイロであってもよい。
充填工程を開始する前に、充填容器の内部にドライエアを充填した後、供給工程がなされるのが好ましい。本発明におけるドライエアとは、露点が−10℃以下の気体(空気等)をいう。粒子状吸水剤の優れた物性が安定に保持されかつブロッキングが防止されうるという観点から、露点が−10℃以下であるのが好ましく、−15℃以下であるのがより好ましく、−20℃以下であるのが特に好ましい。また、露点の下限値としては−100℃である。また、該ドライエアの温度は−10〜100℃、好ましくは0〜50℃、好ましくは10〜40℃、さらには20〜30℃(室温)程度である。
供給とは、粒子状吸水剤が充填容器内へ移動している状態を指し、1つの充填容器への供給は、一回でも複数回でもよい。なお、該供給、すなわち粒子状吸水剤の移動を生じさせる主たる力は、重力が好ましい。充填ホッパー等を補助的に振動させてもよいが、該補助的な振動は粒子状吸水剤の微粉化を引き起こす場合があり、充填ホッパー内の残渣を排出する場合等に限るのが好ましい。したがって、充填容器へと繋がる供給のためのラインは、粒子状吸水剤の安息角より大きな角度を有するように設定されているのが好ましい。
好ましい形態によれば、前記充填工程の開始から終了までの間に、該粒子状吸水剤の最終充填量W2に対する充填量W1の比率をW1/W2で表したときに、W1(該充填容器中の粒子状吸水剤)が、W2(最終充填量)に対して、10〜100重量%となっている時に、振動工程が施される。つまり、振動工程が、前記充填容器に対する前記粒子状吸水剤の最終充填量W2に対する、前記粒子状吸水剤の充填量W1の比率:W1/W2で表したときに、W1/W2=10〜100重量%の時に施される。ここで、10重量%未満の場合は、十分な重量が振動体の上に載っていないため、振動体が移動してしまったり、位置がずれてしまったりする虞がある。
(b)該振動体の無荷重での全振幅および無荷重での振動数の設定が、下記式1−1および式2、または、式1−2および式2を満足する
充填容器当たりの粒子状吸水剤の最終充填量:W2≧100kgの場合、
式1−1
1≦加速度(G)≦13
充填容器当たりの粒子状吸水剤の最終充填量:W2<100kgの場合、
式1−2
1≦加速度(G)≦15
式2
27.0≦振動指数≦44.0
なお、加速度および振動指数は、それぞれ下式3および下式4により算出される値である。
加速度(G)=無荷重での全振幅(mm)/2/1000×(2π×無荷重での振動数(Hz))2/9.8
式4
振動指数=42−0.29×無荷重での振動数(Hz)+1.24×加速度(G)
なお、上記振動数や全振幅、振動角は、シンフォニアテクノロジー社製のVチェッカー(形式VC2)で測定することができる。
本発明の機械(振動装置)は、好ましくは500(kg/時間)以上、さらに好ましくは1(トン/時間)以上、特に好ましくは1.5(トン/時間)以上の生産規模(上限は15(トン/時間)程度)の連続生産される粒子状吸水剤の充填に好適である。
続いて、本発明の粒子状吸水剤充填物をサンプリングする方法(本明細書中、単に「本発明のサンプリング方法」とも称する)についての説明を行う。
本発明においては、サンプリングする数をn(個)とするときに、
本発明においては、互いに隣り合う各サンプリング箇所間の距離をx(cm)とするときに、
結果、y=111.26/(3+1)=27.8となる。
続いて、本発明の粒子状吸水剤充填物についての説明を行う。
(a)無加圧下吸水倍率(CRC)の相対標準偏差が2%以下
(b)食塩水流れ誘導性(SFC)の相対標準偏差が6%以下
(c)加圧下吸水倍率(AAP)の相対標準偏差が1%以下
(d)吸水速度(FSR)の相対標準偏差が5%以下
である。好ましい形態によれば、少なくとも(a)と(b)、もしくは(a)と(c)を満たす、粒子状吸水剤充填物であることが好ましく、少なくとも(a)〜(c)を満たす、粒子状吸水剤充填物であることがより好ましく、(a)〜(d)のすべてを満たす、粒子状吸水剤充填物であることが好ましい。
3箇所以上サンプリングされた粒子状吸水剤の代表吸水物性値の一つである、ERT442.2−02で規定される4.8kPa荷重下での生理食塩水の加圧下吸水倍率(AAP:Absorbency against Presure)は、好ましくは15(g/g)以上である。このような粒子状吸水剤が用いられたオムツ等の吸収性物品は、体液等をよく吸収する。粒子状吸水剤のAAPは、より好ましくは20(g/g)以上、さらに好ましくは22(g/g)以上、さらにより好ましくは23.5(g/g)以上で、特に好ましくは24(g/g)以上、最も好ましくは26(g/g)以上である。一方、加圧下吸水倍率が高いほど吸収性物品は高物性が得られるので特にその上限に制限はないが、製造が困難となる上にコストが高騰するという観点から、この加圧下吸水倍率の上限は35(g/g)程度であると考えられる。なお、この4.8kPa荷重下での生理食塩水の加圧下吸水倍率は、本願においてAAP(4.8kPa)または単にAAPとも称される。
3箇所以上サンプリングされた粒子状吸水剤の代表吸水物性値の一つである、食塩水流れ誘導性(SFC)は、20(×10−7・cm3・s・g−1)以上、30(×10−7・cm3・s・g−1)以上、35(×10−7・cm3・s・g−1)以上、40(×10−7・cm3・s・g−1)以上、45(×10−7・cm3・s・g−1)以上、45.5(×10−7・cm3・s・g−1)以上の順で好ましくなる。ただし、後述するCRCを考慮すると、現実的には、1000(×10−7・cm3・s・g−1)以下程度である。このような粒子状吸水剤が用いられたオムツ等の吸収性物品は、体液等をよく吸収する。
3箇所以上サンプリングされた粒子状吸水剤の代表吸水物性値の一つである、生理食塩水に対する無加圧下吸水倍率(CRC)は、5(g/g)以上であることが好ましく、15(g/g)以上であることがより好ましく、25(g/g)以上であることがさらに好ましい。この無加圧下吸水倍率の上限は特に制限されないが、現実的には、60(g/g)、45(g/g)、あるいは、40(g/g)程度である。
3箇所以上サンプリングされた粒子状吸水剤の代表吸水物性値の一つである、吸水速度(FSR)は、0.20(g/g/s)以上であることが好ましく、0.24(g/g/s)以上であることがより好ましく、0.25(g/g/s)以上であることがさらに好ましく、0.30(g/g/s)以上であることが特に好ましい。このFSRの上限は特に制限されないが、現実的には、1.00(g/g/s)、0.50(g/g/s)あるいは0.45(g/g/s)程度である。
(e)CRCが5〜40(g/g)
(f)SFCが20(×10−7・cm3・s・g−1)以上
(g)AAPが20(g/g)以上
(h)FSRが0.25(g/g/s)以上である。
また、好ましい形態によれば、本発明の粒子状吸水剤充填物における、粒子状吸水剤の嵩比重は、通常0.45〜0.75(g/ml)、好ましくは0.50〜0.70(g/ml)、より好ましくは0.55〜0.65(g/ml)である。0.50(g/ml)以上であれば、高吸収速度を有する粒子状吸水剤を生産することができる観点で好ましい。0.70(g/ml)以下であれば、望ましい吸収速度を得られるという観点で好適である。
本発明によれば、本発明の粒子状吸水剤充填物の、保管方法または輸送方法が提供される。
本発明によれば、本発明の粒子状吸水剤充填物から、好ましくは0.1〜100g、より好ましくは1〜50g、更に好ましくは2〜20gに小分けされた粒子状吸水剤を含む、吸収性物品、特に紙オムツ、生理用ナプキン又は失禁パットが提供される。
重合工程、ゲル細粒化(解砕)工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程、表面架橋工程(表面架橋剤の噴霧工程、加熱工程)、冷却工程、整粒工程および製品貯蔵/充填工程のそれぞれを行う装置が輸送装置によって連結され、各工程を連続して行うことができる連続製造装置を用いて、国際公開第2011/126079に記載された実施例3を参考に同様の操作を行い、粒子状吸水剤の製造を行った。ただし、この際に表面架橋剤として用いられている1,4−ブタンジオールの代わりに炭酸エチレンを同量使用した。
特許文献13(国際公開第2009/113671号パンフレット)記載の粒子状吸水剤の製造例に従って、粒子状吸水剤(b−1)を作成した(AAP=23.0(g/g)、SFC=45.0(×10−7・cm3・s・g−1))。粒子状吸水剤(b−1)の吸水速度(FSR)を測定したところ、0.24(g/g/s)であった。
図1で示された充填装置を用いて、上記製造例1−1において得られた粒子状吸水剤(a)の充填を行った。なお、吊りベルト20の素材は、布であり、充填容器16と接触部に遊びを持たせ、吊り部22との接触部に遊びを持たせる構造を有する(以下、同様である)。
実験例1−1と同様の操作を、振動条件を以下のように変更して行った。
実験例1−1と同様の操作を、振動条件を以下のように変更して行った。
実験例1−1と同様の操作を、振動条件を以下のように変更して行った。
実験例1−1と同様の操作を、振動を行わずに実施した。
実験例1−1と同様の操作を、振動条件を以下のように変更して行った。
実験例1−1と同様の操作を、振動条件を以下のように変更して行った。
粒子状吸水剤の製造例1−1と同様にして粒子状吸水剤(a−2)を作製して、それを充填し、粒子状吸水剤充填物を作製した。なお、製造例1−1と同様に、充填後のフレコンバッグの形状は、粒子状吸水剤が充填されたことによってほぼ円筒形となり、その粒子状吸水剤充填物の高さは145cm、水平面の直径は約110cmのほぼ円形であった。
このフレコンバッグをトラックに積み、約5km輸送したのち、フレコンバッグの上部からサンプラーを用いてサンプリングを行った。サンプラーは全長150cmで、先端にサンプリング窓がついているSUS製の2重管である。挿入した深さはサンプリング窓の中心を基準として、深さ20cm、60cm、100cmであり、垂直方向に深さの異なる3箇所のサンプルを約150g採取した。また、サンプラーを挿入した箇所は、水平方向における、該断面積の中央および、外周方向に35cm外側の4か所(該4か所は90度毎に均等に配置し、便宜上、「前」「後」「右」「左」とした)とした。このようにして、フレコンバッグ内の異なる15箇所の粒子状吸水剤を得た。この操作を6袋のフレコンバッグに対して行った。得られた粒子状吸水剤の物性を表1〜6に示す。なお、表2〜表7における嵩比重に関しては、上部中央のみをサンプリングしている。それは、嵩比重は、吸水物性値ではなく、表1の結果から、上部中央のサンプルが全体を代表する値になるとみなせると判断されたためである。
実験例1−2において、振動工程を行わなかった以外は同様の操作を行い、15箇所の粒子状吸水剤を得た。得られた吸水剤の物性を表7に示す。また、表11には、実験例1−2〜実験例7−2の比較を示す。
実験例1−2〜6−2および実験例7−2のモデル検証実験として、引き続き以下の実験を行った。なお、実験操作中、ミクロ形電磁振動器での振動が、実験例1−2〜6−2における振動工程をモデル化した操作であり、大型ロータップ振盪機での振盪は実験例1−2〜7−2におけるトラック輸送時の容器への衝撃をモデル化した操作である。
実験例8−2と同様の操作を行い、シェーカーミキサーで撹拌後の充填容器を得た(つまり、最終充填量W2=1.5kg)。得られた充填容器を、ミクロ形電磁振動器(M−3T、筒井理化学器械株式会社製)に固定し、30秒間振動した。つまり、本発明の振動は、W1/W2=100の時に施された。
実験例9−2と同様の操作を行い、振動後の充填容器を得た。
実験例10−2において、ミクロ形電磁振動器での振動を行わずに、大型ロータップ振盪機で10分間の振盪を行ない、実験例8−2と同様にサンプル採取を行った。得られた吸水剤の物性を表8に示す。
国際公開第2009/113671号パンフレット記載の粒子状吸水剤の製造例に従って、粒子状吸水剤(b−2)を作成した。粒子状吸水剤(b−2)約1kgを十分に撹拌して均一化したのちに100g採取して測定した時の嵩比重は0.64(g/ml)であった。粒子状吸水剤(b−2)のAAP、SFC、FSRは、粒子状吸水剤(b−1)と同じであった。
実験例10−2において、用いる粒子状吸水剤を吸水剤(a−2)から吸水剤(b−2)に変えた以外は同様の操作を行い、サンプル採取を行った。得られた吸水剤の物性を表8に示す。
実験例11−2において、用いる粒子状吸水剤を吸水剤(a−2)から吸水剤(b−2)に変えた以外は同様の操作を行い、サンプル採取を行った。得られた吸水剤の物性を表8に示す。
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、73モル%の中和率を有するアクリル酸ナトリウムの水溶液5432.0g(単量体濃度39重量%)にポリエチレングリコールジアクリレート7.1g(0.06mol%)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、30分間脱気した。続いて、上記反応液に10重量%過硫酸ナトリウム水溶液29.36gおよび0.1重量%L−アスコルビン酸水溶液24.5gを攪拌しながら添加した。添加後およそ1分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、20〜95℃で重合を行い、重合が開始してから30分後に含水ゲル状架橋重合体を取り出した。得られた含水ゲル状架橋重合体は、粒子径が約5mm以下に細分化されていた。粉砕されて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50分間熱風乾燥した。ロールミルを用いて得られた吸水性樹脂を粉砕し、さらに目開き850μmおよび106μmのJIS標準篩で分級し、粒度分布を調整することにより、吸水性樹脂を得た。
実験例8−2において、用いる粒子状吸水剤を吸水剤(a−2)から吸水剤(c−2)に変えた以外は同様の操作を行い、サンプル採取を行った。得られた吸水剤の物性を表9に示す。なお、実験例14−2は、前記(I)の段階(つまり、輸送前)のモデルであるため、本発明の充填方法を使用しなくても、各物性の相対標準偏差が有意に小さいことが分かる。
実験例10−2において、用いる粒子状吸水剤を吸水剤(a−2)から吸水剤(c−2)に変えた以外は同様の操作を行い、サンプル採取を行った。得られた吸水剤の物性を表9に示す。
実験例15−2において、ミクロ形電磁振動器での振動を行わずに、大型ロータップ振盪機で10分間の振盪を行ない、実験例8−2と同様にサンプル採取を行った。得られた吸水剤の物性を表9に示す。
実験例7−2における、15点のSFCの値から任意にN個を選択した時の平均値と、標準偏差をそれぞれAve(N)、σ(N)とした時に、該15点の値のうちAve(N)±σ(N)の範囲外となる個数をOUT(N)とすると、以下の結果となった。
3≦OUT(11)≦6
3≦OUT(12)≦6
4≦OUT(13)≦5
4≦OUT(14)≦5
OUT(15)=5
OUT(N)の値が小さいということは母集団の分散を大きく見積もることになり、逆に大きいということは母集団の分散を小さく見積もることになる。つまり、Nが13未満では、充填容器中の性能のばらつきを本来のばらつきとは異なる評価とする可能性が高いことが分かる。
上記のように、式4は、下記:
4…ホッパー
6…中間部
8…排出制御部
10…載置部
12…振動発生器(10、12を併せて振動体という)
14…フレーム
16…充填容器(フレキシブルコンテナバッグ)
18…排出口
20…吊りベルト
22…吊り部
24…戴置部上面
26…パレット。
Claims (10)
- 同一充填物から3箇所以上サンプリングされた粒子状吸水剤の各吸水物性値の相対標準偏差が、以下の(a)および(d)の少なくとも1つを満たす、粒子状吸水剤充填物:
(a)無加圧下吸水倍率(CRC)の相対標準偏差が2%以下
(d)吸水速度(FSR)の相対標準偏差が5%以下 - さらに(b)食塩水流れ誘導性(SFC)の相対標準偏差が6%以下であることを満たす、請求項1に記載の粒子状吸水剤充填物。
- さらに(c)加圧下吸水倍率(AAP)の相対標準偏差が1%以下であることを満たす、請求項1または2に記載の粒子状吸水剤充填物。
- 3箇所以上サンプリングされた粒子状吸水剤の各吸水物性値の算術平均値が、以下の(e)〜(h)の少なくとも1つを満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤充填物。
(e)CRCが5〜40(g/g)
(f)SFCが20(×10−7・cm3・s・g−1)以上
(g)AAPが20(g/g)以上
(h)FSRが0.25(g/g/s)以上 - 粒子状吸水剤の嵩比重が、0.50〜0.70(g/ml)である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤充填物。
- 吸水性樹脂を含んで構成され、前記吸水性樹脂が、不定形破砕状粒子である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤充填物。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤充填物を保管することを含む、保管方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤充填物を輸送することを含む、輸送方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤充填物から、1〜100gに小分けされた粒子状吸水剤を含む、吸収性物品。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤充填物を準備する工程を経る、吸収性物品の製造方法。
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