JP6727301B2 - 吸水剤の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、吸水剤の製造方法に関する。更に詳しくは、物性に優れた吸水剤を効率よく製造する方法に関する。
吸水性樹脂(SAP/Super Absorbent Polymer)は、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤であり、紙オムツや生理用ナプキン等の吸収性物品、農園芸用の保水剤、工業用の止水剤等、様々な分野で多用されている。
上記吸水性樹脂には、その原料として多くの単量体や親水性高分子が使用されているが、吸水性能の観点から、アクリル酸及び/又はその塩を単量体として用いたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂が、工業的に最も多く生産されている。
上記吸水性樹脂には、主用途である紙オムツの高性能化に伴い、様々な機能が求められている。具体的には、基本物性である無加圧下吸水倍率や加圧下吸水倍率等の吸水性能が吸水性樹脂に対して要求されている。
このような吸水性樹脂は、シート状、繊維状、フィルム状等、様々な形状とすることができるが、一般的には、粉末状又は粒子状とすることが多い。粉末状又は粒子状の吸水性樹脂では、その粒子径や粒度分布等によって吸水性能や取扱性、使用感が変動することが知られている。更に、吸水性樹脂が紙オムツ等の吸収性物品の吸収体として使用される場合、市場の高いニーズとして、尿漏れや肌かぶれ等の改善や外観性(色調)の向上が求められている。
上記粉末状又は粒子状の吸水性樹脂の主な製造方法として、水溶液重合法又は逆相懸濁重合法が挙げられる。いずれの製造方法においても、重合により得られる含水ゲル状架橋重合体を乾燥する必要がある。乾燥には多くのエネルギーと時間とを必要とするため、乾燥工程の効率化は、吸水性樹脂の生産性向上のために重要である。更に、乾燥工程では粒子状含水ゲル状架橋重合体が加熱されて、熱劣化することがある。その結果、得られる吸水性樹脂の物性、特に外観性(色調)に悪影響が生じることが多い。そのため、乾燥工程の効率化は、吸水性樹脂の物性にとっても重要である。
そこで、乾燥工程を効率化する技術が提案されている。例えば、粒子状含水ゲル状架橋重合体に界面活性剤を添加して乾燥させる方法(特許文献1)、乾燥工程の実施前及び/又は実施中に付着防止加工助剤を使用する方法(特許文献2)、特定の物性を有する2種類の乾燥助剤(低融点乾燥助剤、高融点乾燥助剤)を混合して静置乾燥させる方法(特許文献3)、含水ゲルと乾燥助剤とを混合して浮遊乾燥させる方法(特許文献4)、乾燥前の含水ゲル状重合体に無機微粒子及び界面活性剤を混合して乾燥させる方法(特許文献5)、及びベルト乾燥の前に界面活性剤等の分離剤を噴霧する方法(特許文献6)が提案されている。
特開平8−134134号公報 特開2016−30832号公報 特開2006−160774号公報 特開2007−071415号公報 特開2001−213914号公報 国際公開WO2000/22017号パンフレット
上記従来技術の乾燥工程における改良は未だ不十分である。例えば、従来の乾燥工程では、含水ゲル状架橋重合体の凝集又は塊状化により、得られる乾燥重合体がブロック状となる場合がある。そのため、乾燥後の粉砕工程での負荷が大きくなるだけでなく、粉砕工程で目的外の微粉が大量に発生するという問題を有していた。そこで、乾燥時の凝集や塊状化を抑制することを目的に乾燥助剤を添加することが提案されているが、特許文献1〜6に記載の乾燥方法では、添加された乾燥助剤が、表面架橋後の吸水性樹脂の物性を低下させることが判明した。市場で要望される物性に優れた吸水性樹脂を、より高い効率で製造する方法は、未だ提案されていない。
また、含水ゲル状架橋重合体は含水率が高いため、その乾燥には多くのエネルギーと時間とを要する。また、長時間の加熱及び攪拌は、含水ゲル状架橋重合体に熱的及び物理的なダメージを与えうる。よって、当該含水ゲル状架橋重合体の乾燥工程は、生産性及び最終製品としての吸水剤の品質を低下させる要因となっている。
本発明の課題は、物性に優れた吸水性樹脂を、効率良く製造する方法を提供することにある。
上記課題を解決するため種々の検討をおこなった結果、本発明者等は、特定の化合物(乾燥助剤)を、特定量含有する含水ゲル状架橋重合体を乾燥させることで、表面架橋後の吸水剤の高い物性(品質)を維持しつつ、乾燥効率を高めることができることを見出し、本発明の製造方法を完成するに至った。すなわち、本発明者等は、後述される特定の乾燥助剤を含水ゲル状架橋重合体に添加することにより、乾燥時の含水ゲル状架橋重合体同士の凝集及び/又は塊状化が抑制され、乾燥効率が向上することを見出した。なお、本願明細書では、含水ゲル状架橋重合体同士の凝集及び/又は塊状化を抑制する効果を、「ゲル分散性」と称する。上記特定の乾燥助剤によれば、少ない添加量で高いゲル分散性が発揮されるため、当該添加に起因する吸水剤の物性低下を効果的に抑制できることが分かった。
つまり、上記課題を解決するため、本発明者等は、乾燥助剤を含有する粒子状含水ゲル状架橋重合体を乾燥させる乾燥工程を含む、吸水剤の製造方法であって、上記乾燥助剤が、(a)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第4級窒素及び1個の酸基を有し且つベタイン構造を有する化合物、及び/又は、(b)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第3級窒素及び1個以上の酸基を有する化合物であり、上記乾燥助剤の添加量が、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体のゲル固形分に対して、0.001質量%〜0.5質量%であり、上記乾燥工程を経て得られる吸水性樹脂粉末を表面架橋する、吸水剤の製造方法を提供する。
また、粒子状含水ゲル状架橋重合体に上記乾燥助剤を含有させた吸水性樹脂の中間体組成物を乾燥することにより、該粒子状含水ゲル状架橋重合体の乾燥効率が向上し、乾燥工程における熱的及び物理的な負荷が低減される。結果として、当該吸水性樹脂の中間体組成物を経て製造される最終製品としての吸水剤の生産性及び品質を改善できることが分かった。
つまり、上記課題を解決するため、本発明者等は、(a)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第4級窒素及び1個の酸基を有し且つベタイン構造を有する化合物、及び/又は、(b)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第3級窒素及び1個以上の酸基を有する化合物からなる乾燥助剤と、粒子状含水ゲル状架橋重合体とを含み、上記乾燥助剤の含有量が、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体のゲル固形分に対して、0.001質量%〜0.5質量%である、吸水性樹脂の中間体組成物を提供する。
本発明に係る製造方法によれば、特定の構造を有する少量の乾燥助剤により、粒子状含水ゲル状架橋重合体の凝集及び/又は塊状化が効果的に抑制される。よって、乾燥工程における乾燥効率が向上する。さらに、粉砕工程における粉砕時の負荷が低減され、目的外の微粉発生が効果的に抑制される。その結果、最終的に得られる吸水剤等の製造物の物性(品質)が向上する。
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、以下に例示する以外にも、本発明の趣旨を損なわない範囲内で適宜変更して、実施することが可能である。また、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。複数の実施形態についてそれぞれ開示された技術的手段を、適宜組み合わせて得られる他の実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
〔1〕用語の定義
〔1−1〕「吸水性樹脂」「吸水性樹脂粉末」「吸水性樹脂粒子」「吸水剤」
本願における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤を指し、下記の物性を満たすものをいう。即ち、水膨潤性としてERT441.2−02で規定されるCRC(遠心分離機保持容量)が5g/g以上であり、かつ、水不溶性としてERT470.2−02で規定されるExt(水可溶分)が50質量%以下である、高分子ゲル化剤を指す。
上記吸水性樹脂は、その用途・目的に応じた設計が可能である。カルボキシル基を有する不飽和単量体を架橋重合させた親水性の架橋重合体が好ましい。また、上記吸水性樹脂の全量が、架橋重合体である形態には限定されない。上記の各物性(CRC、Ext)が上記数値範囲を満たす限り、上記吸水性樹脂が、添加剤等を含んだ組成物であってもよい。
上記吸水性樹脂は、「その内部のみが架橋された重合体、つまり、該吸水性樹脂の内部と表層部の架橋密度が実質的に同じである重合体」、及び、「その内部と表層部が架橋された重合体、つまり、該吸水性樹脂の表層部における架橋密度が内部の架橋密度に対して相対的に高い重合体」を含む。なお、本願では、内部のみが架橋された重合体を「吸水性樹脂粉末」と、内部と表層部とが架橋された重合体を「吸水性樹脂粒子」と便宜上、表記する。なお、上記「表層部」とは、吸水性樹脂の表面から内部に数10μmまでの部分のことをいう。
本願における「吸水剤」とは、最終製品として出荷可能な状態にある吸水性樹脂のことを指す。上記「吸水性樹脂粉末」や上記「吸水性樹脂粒子」をそのまま最終製品として出荷する場合には、これらの吸水性樹脂粉末や吸水性樹脂粒子が「吸水剤」となる。なお、吸水性樹脂粉末や吸水性樹脂粒子に添加剤を加えた組成物であっても、これらがそのまま最終製品として出荷される場合には「吸水剤」と称する。
〔1−2〕「ポリアクリル酸(塩)」
本願における「ポリアクリル酸(塩)」とは、ポリアクリル酸及び/又はその塩を意味する。詳細には、「ポリアクリル酸(塩)」とは、主成分としてアクリル酸及び/又はその塩(以下、「アクリル酸(塩)」と称する)を繰り返し単位として含み、任意成分としてグラフト成分を含む架橋重合体を意味する。
上記「主成分」とは、重合反応に関与する単量体全体に対して、アクリル酸(塩)の使用量(含有量)が、好ましくは50モル%〜100モル%、より好ましくは70モル%〜100モル%、更に好ましくは90モル%〜100モル%、特に好ましくは実質100モル%であることを意味する。
架橋重合体としての「ポリアクリル酸塩」は、好ましくは一価の塩、より好ましくはアルカリ金属塩又はアンモニウム塩、更に好ましくはアルカリ金属塩、特に好ましくはナトリウム塩を含む。
〔1−3〕「EDANA」及び「ERT」
「EDANA」は、European Disposables and Nonwovens Associationsの略称であり、「ERT」は、EDANA Recommended Test Methodsの略称である。ERTは、吸水性樹脂の物性測定方法に関する欧州標準である。本願では、特に断りのない限り、ERT原本(2002年改定)に準拠して、吸水性樹脂の物性の測定を行う。
〔1−3−1〕「CRC」(ERT441.2−02)
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacityの略称であり、無加圧下での吸水性樹脂の吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.2gを不織布製の袋に入れた後、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して自由膨潤させ、その後、遠心分離機(250G)を用いて3分間、脱水した後の吸水倍率(単位;g/g)のことをいう。
〔1−3−2〕「AAP」(ERT442.2−02)
「AAP」は、Absorption Against Pressureの略称であり、加圧下での吸水性樹脂の吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.9gを大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液に対して、1時間、2.06kPa(21g/cm、0.3psi)の荷重下で膨潤させた後の吸水倍率(単位;g/g)のことをいう。なお、ERT442.2−02には、Absorption Under Pressureと表記されているが、実質的には同一内容である。
〔1−3−3〕「Ext」(ERT470.2−02)
「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1.0gを0.9質量%塩化ナトリウム水溶液200mlに入れ、500rpmで16時間攪拌した後、水溶液に溶解した物質の量(単位;質量%)のことをいう。水可溶分の測定には、pH滴定が用いられる。
〔1−3−4〕「Moisture Content」(ERT430.2−02)
「Moisture Content」は、吸水性樹脂の含水率を意味する。具体的には、吸水性樹脂4.0gを105℃で3時間乾燥した際の乾燥減量から算出した値(単位;質量%)のことをいう。なお、吸水性樹脂の量を1.0gに、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更して測定する場合もある。
〔1−3−5〕「PSD」(ERT420.2−02)
「PSD」とは、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。なお、質量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、米国特許第7638570号に記載された方法で測定される。
〔1−4〕その他
本願において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上、Y以下」を意味する。また、特に注釈のない限り、質量の単位である「t(トン)」は「Metric ton(メトリック
トン)」を意味し、「ppm」は「質量ppm」又は「重量ppm」を意味する。更に、「質量」と「重量」、「質量部」と「重量部」、「質量%」と「重量%」は、それぞれ同義語として扱う。また、「〜酸(塩)」は「〜酸及び/又はその塩」、「(メタ)アクリル」は「アクリル及び/又はメタクリル」をそれぞれ意味する。
〔2〕吸水剤の製造方法
以下、本発明に係る吸水剤の好ましい製造方法について、各製造工程を説明する。
〔2−1〕単量体水溶液の調製工程
本工程は、アクリル酸(塩)を主成分として含む水溶液(以下、「単量体水溶液」と称する)を調製する工程である。上記「主成分」とは、アクリル酸(塩)の使用量(含有量)が重合反応に供される単量体全体に対して、通常50モル%以上、好ましくは70モル%以上、より好ましくは80モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上(上限は100モル%)であることをいう。なお、最終製品として得られる吸水剤の吸水性能が低下しない範囲内で、単量体のスラリー液を使用することもできるが、本項では便宜上、単量体水溶液について説明を行う。
(単量体)
本発明に係る吸水剤の製造方法において、使用される単量体としては、重合して吸水性樹脂となり得る化合物であればよく、例えば、(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、ビニルスルホン酸、アリルトルエンスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸、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、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルフォスフェート等のアニオン性官能基含有不飽和単量体又はその塩;(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等のアミド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)アクリルアミド等のアミノ基含有不飽和単量体;メルカプト基含有不飽和単量体;フェノール性水酸基含有不飽和単量体;N−ビニルピロリドン等のラクタム基含有不飽和単量体等が挙げられる。
これらの中でも、得られる吸水剤の吸水性能の観点から、使用される単量体は、好ましくはアニオン性官能基含有不飽和単量体又はその塩、より好ましくは(メタ)アクリル酸(塩)、(無水)マレイン酸(塩)、イタコン酸(塩)、ケイ皮酸(塩)、更に好ましくはアクリル酸(塩)である。
アニオン性官能基としてカルボキシル基等の酸基を有する単量体(以下、「酸基含有単量体」と称する)が使用される場合、得られる吸水剤の吸水性能の観点から、該酸基の一部が中和された部分中和塩であることが好ましい。この場合、塩として、好ましくはアルカリ金属塩、アンモニウム塩及びアミン塩から選ばれる少なくとも1種の一価塩、より好ましくはアルカリ金属塩、更に好ましくはナトリウム塩、リチウム塩及びカリウム塩から選ばれる少なくとも1種の塩、特に好ましくはナトリウム塩である。
上記部分中和塩の中和率は、得られる吸水剤の吸水性能の観点から、酸基含有単量体の酸基に対して、好ましくは40モル%以上、より好ましくは40モル%〜80モル%、更に好ましくは45モル%〜78モル%、特に好ましくは50モル%〜75モル%である。
上記中和率の調整は、酸基含有単量体の重合反応開始前に行ってもよいし、酸基含有単量体の重合反応中で行ってもよいし、酸基含有単量体の重合反応終了後に得られる含水ゲル状架橋重合体に対して行ってもよい。また、重合反応開始前、重合反応中又は重合反応終了後のいずれか一つの段階を選択して中和率を調整してもよいし、複数の段階で中和率を調整してもよい。なお、最終製品である吸水剤を、紙オムツ等の吸収性物品等、人体に直接接触する可能性のある用途に使用する場合、重合反応終了後に中和率を調整しない方法が好ましい。
本発明に係る製造方法では、上記例示した単量体のいずれかを単独で使用してもよく、任意の2種以上の単量体を適宜混合して使用してもよい。また、本発明の目的が達成される限り、更に他の単量体を混合することもできる。
(内部架橋剤)
本発明に係る吸水剤の製造方法において、単量体水溶液は、必要に応じて内部架橋剤を含んでもよい。該内部架橋剤は、公知のものが使用できる。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、トリメチルロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリンアクリレートメタクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルホスフェート、トリアリルアミン、ポリ(メタ)アリロキシアルカン、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、1,4−ブタンジオール、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ポリエチレンイミン、グリシジル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。これらの中から、反応性を考慮して、1種又は2種以上を使用することができる。中でも、一分子中に2個以上の重合性不飽和基を有する化合物を使用することが好ましい。
また、内部架橋剤を2種以上併用する場合、その官能基の反応性を変えることで内部架橋構造を変化させることができる。そのため、アミド化合物、(メタ)アクリレート化合物、アリル化合物、アミン化合物、イミン化合物、アルコール化合物、カーボネート化合物、グリシジル化合物等、上記の化合物の中から異なる官能基を有する内部架橋剤を選択して使用することが好ましい。
上記内部架橋剤の使用量は、単量体全体に対して、好ましくは0.001モル%〜5モル%、より好ましくは0.005モル%〜3モル%である。また、内部架橋剤を2種以上併用する場合は、それぞれの内部架橋剤の使用量が、単量体全体に対して、好ましくは0.001モル%〜5モル%、より好ましくは0.005モル%〜3モル%である。
上記内部架橋剤の使用量を上記範囲内とすることで、所望する吸水性能を有する吸水剤が得られる。逆に当該範囲外の使用量は、ゲル強度の低下に伴う水可溶分の増加や吸水倍率の低下をもたらすため、好ましくない。
上記内部架橋剤の使用方法としては、上記内部架橋剤を単量体水溶液の調製時に予め添加しておき、重合反応と同時に架橋反応(架橋重合)させる方法が好ましく採用される。しかしながら本手法に限らず、単量体水溶液に内部架橋剤を添加せずに重合反応を開始し、その重合反応中又は重合反応終了後に内部架橋剤を添加して架橋する方法が採用されてもよい。また、これらの方法が併用されてもよい。
(その他、単量体水溶液に添加される物質)
得られる吸水剤の物性向上の観点から、下記の物質を上述した単量体水溶液の調製時や架橋重合中、架橋重合後の何れか1箇所以上で添加することができる。当該物質として、例えば、澱粉、澱粉誘導体、セルロース、セルロース誘導体、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や、炭酸塩、アゾ化合物、気泡等の発泡剤、界面活性剤、キレート剤、連鎖移動剤等の化合物が挙げられる。
上記親水性高分子の添加量は、上記単量体水溶液に対して、好ましくは50質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%以下(下限値は0質量%)である。また、上記化合物の添加量は、上記単量体水溶液に対して、好ましくは5質量%以下、より好ましくは1質量%以下、更に好ましくは0.5質量%以下(下限値は0質量%)である。
なお、上記親水性高分子として水溶性樹脂又は吸水性樹脂を添加する場合、反応生成物として、グラフト重合体又は吸水性樹脂組成物(例えば、澱粉−アクリル酸重合体、PVA−アクリル酸重合体等)が得られるが、これらのグラフト重合体や吸水性樹脂組成物も本発明の範疇とする。
(単量体水溶液中の単量体濃度)
本工程では、上述した各物質を目的に応じて種々選択し、上記範囲内を満たす所定量を、水又は水と親水性溶媒との混合溶媒に溶解することによって、単量体水溶液が調製される。上記アクリル酸(塩)を主成分とする単量体等の物質を、水に溶解して得られる単量体水溶液が好ましい。上記単量体水溶液における単量体の濃度は、吸水剤の物性の観点から、好ましくは10質量%〜80質量%、より好ましくは20質量%〜75質量%、更に好ましくは30質量%〜70質量%である。
上記単量体の濃度は下記(数式1)から算出される。下記(数式1)において、単量体水溶液の質量には、グラフト成分や吸水性樹脂、逆相懸濁重合における疎水性有機溶媒の質量は含まれない。
単量体の濃度(質量%)=(単量体の質量)/(単量体水溶液の質量)×100 ・・・ (数式1)
〔2−2〕重合工程
本工程は、上記単量体水溶液の調製工程で得られた単量体水溶液を重合させて、含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称する)を得る工程である。
(重合開始剤)
上記単量体水溶液は、重合開始剤を含んでいてもよい。この重合開始剤として、熱分解型重合開始剤、光分解型重合開始剤、又はこれらの重合開始剤の分解を促進する還元剤を併用したレドックス系重合開始剤が挙げられる。例えば、米国特許第7265190号等に記載された重合開始剤が適用される。これらの中から重合形態等を考慮して、1種又は2種以上の重合開始剤が選択される。重合開始剤の取扱性や吸水剤の物性の観点から、好ましくは過酸化物又はアゾ化合物、より好ましくは過酸化物、更に好ましくは過硫酸塩が選択される。
上記重合開始剤の使用量は、単量体全体に対して、好ましくは0.001モル%〜1モル%、より好ましくは0.001モル%〜0.5モル%である。また、上記還元剤を使用する場合、その使用量は、単量体全体に対して、好ましくは0.0001モル%〜0.02モル%である。重合開始剤及び還元剤の使用量を当該範囲内とすることで、所望する吸水性能を有する吸水剤が得られる。
上記重合開始剤に代えて、放射線、電子線、紫外線等の活性エネルギー線の照射によって、重合反応を開始させてもよい。また、上記活性エネルギー線が、上記重合開始剤と併用されてもよい。
(重合形態)
重合工程における重合形態として、水溶液重合、逆相懸濁重合、噴霧重合、バルク重合、沈殿重合等が挙げられる。重合の制御性、吸水剤の吸水性能及び生産性等の観点から、水溶液重合又は逆相懸濁重合が好ましい。
水溶液重合として、より好ましくは連続水溶液重合が選択される。連続水溶液重合として、具体的には米国特許第4893999号等に記載された連続ベルト重合や、米国特許第6987151号等に記載された連続ニーダー重合が挙げられる。これらの連続水溶液重合によって、吸水剤を高生産性で製造することができる。
上記連続水溶液重合の好ましい形態として、「高温開始重合」、「高濃度重合」、「発泡重合」等が挙げられる。これらの重合形態はそれぞれ単独で行うこともできるし、2以上を併用することもできる。なお、「高温開始重合」とは、重合開始時の単量体水溶液の温度を好ましくは30℃以上、より好ましくは35℃以上、更に好ましくは40℃以上、特に好ましくは50℃以上(上限値は単量体水溶液の沸点)とする重合形態のことを指す。「高濃度重合」とは、重合開始時の単量体水溶液の単量体の濃度を好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、更に好ましくは40質量%以上、特に好ましくは45質量%以上(上限値は飽和濃度)とする重合形態のことを指す。「発泡重合」とは、単量体水溶液に気泡(特に下記不活性ガス)を分散させて重合を行う形態のことを指す。
逆相懸濁重合は、疎水性有機溶媒中に、上記単量体水溶液を粒子径0.01mm〜1mmの液滴で懸濁させた状態で重合する重合方法のことであり、バッチ式と連続式とがある。逆相懸濁重合には、重合と同時に製品粒径の粒子状含水ゲル状架橋重合体(以下、粒子状含水ゲルと称する場合がある)が得られる利点がある。なお、米国特許第4093776号等に記載された逆相懸濁重合を、本発明に適用することもできる。
上記の各重合形態は、いずれも空気雰囲気下で実施可能である。しかし、得られる吸水剤の着色防止の観点から、好ましくは窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下(例えば、酸素濃度が1容積%以下)で、重合工程が実施される。より好ましくは、単量体水溶液中の溶存酸素も、予め、不活性ガスで十分に置換(例えば、溶存酸素量が1mg/L未満)される。
(重合率)
本工程で得られる含水ゲルの重合率は、乾燥工程における粒子状含水ゲル状架橋重合体の凝集抑制や、得られる吸水剤の物性の観点から、好ましくは70質量%以上、以下順に、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、98質量%以上、99質量%以上が好ましく、99.5質量%以上が最も好ましい(上限値は100質量%)。含水ゲルの重合率を上記範囲内とすることで、乾燥工程での粒子状含水ゲル状架橋重合体の凝集及び/又は塊状化を抑制することができる。なお、本工程における重合時間は、含水ゲルの重合率を指標として調整される。
〔2−3〕ゲル粉砕工程
本工程は、上記重合工程で得られた含水ゲルをゲル粉砕して、粒子状含水ゲルを得る工程である。当該「ゲル粉砕」とは、ニーダー、ミートチョッパー、カッターミル等のゲル粉砕機を用いて含水ゲルを粒子状にすることをいう。ゲル粉砕の実施形態や条件等については、例えば、国際公開第2011/126079号等に記載された内容が本発明に適用されうる。
なお、重合形態としてニーダー重合が選択される場合、重合工程においてゲル粉砕が実施される。重合形態として逆相懸濁重合が選択される場合、重合過程において粒子状の含水ゲルが生成される。そのため、ニーダー重合又は逆相懸濁重合による重合工程後に、ゲル粉砕工程が実施されない場合がある。この場合、ニーダー重合又は逆相懸濁重合により得られる含水ゲルが、粒子状含水ゲルとして、後述する乾燥工程に供される。
したがって、上記重合工程での重合形態に関わらず、乾燥工程に供給される含水ゲルを、本発明では、「粒子状含水ゲル状架橋重合体」又は「粒子状含水ゲル」と称する。
(粒子状含水ゲルの形状)
乾燥工程に供給される粒子状含水ゲルの形状は、限定されない。例えば、ゲル粉砕工程を含む一連の工程を経て得られる粒子状含水ゲル及びニーダー重合により得られる粒子状含水ゲルは、ゲル粉砕によって形成された破断面を有する。一方、逆相懸濁重合で得られる粒子状含水ゲルの形状は、球形状又はその凝集物(造粒物)である。
(ゲル固形分)
乾燥工程に供給される粒子状含水ゲルのゲル固形分は、乾燥コストの観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは30質量%以上、特に好ましくは35質量%以上である。また、ゲル分散性の観点から、上記ゲル固形分は、好ましくは70質量%以下、より好ましくは60質量%以下、更に好ましくは50質量%以下である。上記ゲル固形分が上記範囲内の粒子状含水ゲルを後述の乾燥工程に供給することによって、本発明の効果が顕著となる。なお、「ゲル固形分」とは、乾燥減量(試料2.0gを180℃で24時間乾燥した際の質量変化)から算出される値を意味する。
(ゲルExt)
乾燥工程に供給される粒子状含水ゲルのゲルExt(含水ゲルの水可溶分)は、上記ゲル固形分に対して、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。上記ゲルExtが上記範囲内の粒子状含水ゲルを後述の乾燥工程に供給することによって凝集及び/又は塊状化が抑制され、本発明の効果が顕著となる。なお、ゲルExtは、吸水性樹脂のExtの測定方法に準じて測定される。
(ゲル粒子径)
乾燥工程に供給される粒子状含水ゲルの粒子径(以下、「ゲル粒子径」と称する)は、乾燥効率の観点から、好ましくは2000μm以下、より好ましくは1800μm以下、更に好ましくは1500μm以下である。また、得られる吸水剤の物性の観点から、ゲル粒子径は、好ましくは25μm以上、より好ましくは50μm以上、更に好ましくは75μm以上である。上記範囲内であるゲル粒子径は、乾燥助剤を含有する粒子状含水ゲルのゲル分散性を向上させ、攪拌等によって流動化しやすくする。その結果、乾燥効率が向上するため、上記範囲内であるゲル粒子径が好ましい。
なお、上記ゲル粒子径は、乾燥工程が始まる直前の粒子状含水ゲルの粒子径を意味する。よってこのゲル粒子径は、乾燥前に測定される。ゲル粉砕工程が存在する場合には、当該ゲル粉砕工程後、乾燥工程前にゲル粒子径が測定される。また、粒子状含水ゲルが複数の粒子の凝集体である場合、その凝集体を形成する個々の粒子(以下、一次粒子と称する)のゲル粒子径が測定される。
上記ゲル粒子径は、次のように測定される。粒子状含水ゲルを光学顕微鏡(KH−3000、株式会社ハイロックス製)で撮影する。撮影された画像から、任意の一次粒子をn粒選択し、その短径と長径とを測定する。以下の計算式にしたがって、平均値を求める。当該平均値を上記粒子状含水ゲルのゲル粒子径とする。なお、nは任意の自然数であり、適宜選択すればよい。好ましくは、nは10〜1000である。
ゲル粒子径(μm)=Σ[(長径(μm)+短径(μm))/2]/n
(ゲル温度)
乾燥工程に供給される粒子状含水ゲルの温度(以下、「ゲル温度」と称する)は、好ましくは30℃以上であり、以下順に、40℃以上、50℃以上が好ましく、55℃以上が最も好ましい。またゲル温度は、好ましくは120℃以下であり、以下順に、100℃以下、90℃以下、80℃以下が好ましく、70℃以下が最も好ましい。上記ゲル温度を上記の温度範囲内とすることで、乾燥助剤の混合性や粒子状含水ゲルのゲル分散性や流動性が向上するため、本発明の攪拌乾燥がより効率的に実施される。なお、上記ゲル温度は、粒子状含水ゲルが乾燥工程に供給される直前に、接触温度計のセンサー部を粒子状含水ゲルに接触させることで測定される。当該ゲル温度は、安定した時点の温度を指す。
〔2−4〕乾燥工程
本工程は、上述した工程を経て得られる粒子状含水ゲルを乾燥させて、所望する固形分の乾燥重合体を得る工程である。なお、当該「固形分」とは、乾燥減量(試料1.0gを180℃で3時間乾燥した際の質量変化)から算出される値を意味する。
本発明において、上記乾燥重合体の固形分は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは85質量%〜99質量%、特に好ましくは90質量%〜99質量%、最も好ましくは92質量%〜99質量%である。
(乾燥助剤)
本発明に係る吸水剤の製造方法は、乾燥助剤を含有する粒子状含水ゲル状架橋重合体を乾燥させる乾燥工程を含む。上記乾燥助剤は、(a)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第4級窒素及び1個の酸基を有し且つベタイン構造を有する化合物、及び/又は、(b)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第3級窒素及び1個以上の酸基を有する化合物である。なお、上記(a)及び(b)で規定される化合物の分子量は、いずれも好ましくは100〜800、より好ましくは100〜650、更に好ましくは100〜500である。本発明において、この乾燥助剤を含有する粒子状含水ゲル状架橋重合体を、「吸水性樹脂の中間体組成物」と称する。
本発明者等が鋭意検討した結果、上記乾燥助剤によるゲル分散性向上効果が、特に高いことが分かった。このため、上記乾燥助剤の存在下で粒子状含水ゲルを乾燥することにより、乾燥時の粒子状含水ゲル同士の凝集及び/又は塊状化が、極めて低い程度にまで抑制され、乾燥効率が大きく向上する。また、後述する粉砕工程における粉砕時の負荷が低減され、目的外の微粉発生が効果的に抑制される。更に、この乾燥助剤は、少量の添加量で、高いゲル分散性向上効果を発揮する。この乾燥助剤であれば、その添加量が低減できるため、得られる吸水剤の物性(品質)が、高い水準で維持されうる。
上記(a)及び/又は(b)で規定される化合物である乾燥助剤は、好ましくは、下記一般式(1)から(3)からなる群から選択される1以上の化合物である。
Figure 0006727301
ただし、式(1)及び(2)において、Rは飽和又は不飽和の炭素数が8以上20以下のアルキル基又は水酸基を有する炭素数が8以上20以下のアルキル基であり、mは1以上6以下の整数である。また、式(1)において、XはNH、炭素数が1以上4以下のアルキル基Rを有するNR、O又はSであり、xは0又は1であり、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1以上4以下のアルキル基又は末端に水酸基を有する炭素数1以上4以下のアルキル基であり、yは0又は1であり、YはCOO、SO、OPO(OR)O又はP(O)(OR)Oであり、Rは水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基である。また、式(2)において、X及びXは、それぞれ独立して、水素原子又はアルカリ金属、アンモニウム(但し、X及びXが共に水素原子である場合は除く)である。また、式(1)において、nは1以上6以下の整数である。また、式(3)において、nは1以上の整数であればよい。
のアルキル基として、炭素数が8以上20以下の直鎖、分岐状又は脂環式アルキル基が挙げられる。Rのアルキル基は、飽和であってもよいし、不飽和であってもよい。このアルキル基として、n−オクチル基、sec−オクチル基、tert−オクチル基、2−エチルヘキシル基、カプリル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ラウリル基、トリデシル基、ミリスチル基、ペンタデシル基、セチル基、ヘプタデシル基、ステアリル基等が挙げられる。ゲル分散性の観点から、Rは、直鎖アルキル基が好ましく、直鎖飽和アルキル基がより好ましい。
また、Rが水酸基を有する炭素数8以上20以下のアルキル基である場合、このアルキル基として、2−ヒドロキシデシル基、2−ヒドロキシウンデシル基、2−ヒドロキシラウリル基、2−ヒドロキシトリデシル基、2−ヒドロキシミリスチル基、2−ヒドロキシペンタデシル基、2−ヒドロキシセチル基、2−ヒドロキシヘプタデシル基、2−ヒドロキシステアリル基等が挙げられる。
ゲル分散性の観点から、Rのアルキル基の炭素数は、8以上が好ましく、10以上がより好ましく、12以上が更に好ましい。吸水剤の物性の観点から、Rのアルキル基の炭素数は、20以下が好ましく、19以下がより好ましく、18以下が更に好ましい。
及びRは、それぞれ独立して、炭素数1以上4以下のアルキル基又は末端に水酸基を有する炭素数1以上4以下のアルキル基である。このアルキル基として、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基又はtert−ブチル基が挙げられる。ゲル分散性の観点から、メチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。RとRとは、同じであってもよいし、異なっていても良い。
及びXは、それぞれ独立して、水素原子又はアルカリ金属、アンモニウム(但し、X及びXが共に水素原子である場合は除く)である。アルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム又はリチウムが挙げられる。ゲル分散性の観点から、X及び/又はX として、アルカリ金属を選択する場合、ナトリウム又はカリウムが好ましく、ナトリウムがより好ましい。
ゲル分散性の観点から、式(1)における整数nは、1以上6以下が好ましく、2以上5以下がより好ましく、3が更に好ましい。式(1)における整数mは、1以上6以下が好ましく、1以上4以下がより好ましく、1以上2以下が更に好ましく、1が特に好ましい。式(2)における整数mは、1以上6以下が好ましく、1以上4以下がより好ましく、1以上2以下が更に好ましく、1が特に好ましい。なお式(2)における2つのmは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。式(3)における整数nは、1以上であればよく特に限定されない。
上記一般式(1)から(3)に記載の化合物(乾燥助剤)は、界面活性剤として市販されている。なお、上記一般式(1)及び(3)に記載の化合物は両性界面活性剤に分類され、ベタイン型両性界面活性剤として市販されている。なお、上記「ベタイン」とは、ベタイン構造を有する化合物の総称である。「ベタイン構造」とは、正電荷と負電荷とを同一分子内の隣り合わない位置に有し、正電荷を有する原子には解離できる水素原子が結合しておらず、分子全体としては無電荷である構造を意味する。
上記式(1)において、Rがアルキル基、且つ、x及びyが共に0、mが1である場合の化合物の一般名として、アルキルジメチルアミノ酢酸ベタインが例示される(化学式としては、R−N(CH−CHCOO)。このアルキルジメチルアミノ酢酸ベタインの具体例として、カプリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ミリスチルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン等が挙げられる。ゲル分散性及び吸水剤の物性の観点から、カプリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン又はステアリルジメチルアミノ酢酸ベタインが好ましく、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインがより好ましい。
カプリルジメチルアミノ酢酸ベタインは、第一工業製薬株式会社製の「アモーゲン(登録商標)HB−C」等として市販されている。また、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインは、花王株式会社製の「アンヒトール(登録商標)20BS」、「アンヒトール(登録商標)24B」、日油株式会社製の「ニッサンアノン(登録商標)BL」、「ニッサンアノン(登録商標)BL−SF」、東邦化学工業株式会社製の「オバゾリン(登録商標)LB」、「オバゾリン(登録商標)LB−SF」、新日本理化株式会社製の「リカビオン(登録商標)A−100」、第一工業製薬株式会社製の「アモーゲン(登録商標)K」、「アモーゲン(登録商標)S−H」等として市販されている。また、上記ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタインは、花王株式会社製の「アンヒトール(登録商標)86B」等として市販されている。
上記式(1)において、XがNH、xが1、yが0、nが3、mが1である場合、この化合物の一般名として、アルキルアミドプロピルベタインが例示される(化学式としては、R−CO−NH(CH−N(CH−CHCOO)。このアルキルアミドプロピルベタインの具体例として、ラウリン酸アミドプロピルベタイン、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン、パーム核油脂肪酸アミドプロピルベタイン等が挙げられる。ゲル分散性及び吸水剤の物性の観点から、ラウリン酸アミドプロピルベタイン又はヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタインが好ましく、ラウリン酸アミドプロピルベタインがより好ましい。
ラウリン酸アミドプロピルベタインは、花王株式会社製の「アンヒトール(登録商標)20AB」、新日本理化株式会社製の「リカビオン(登録商標)B−300」、第一工業製薬株式会社製の「アモーゲン(登録商標)LB−C」、日油株式会社製の「ニッサンアノン(登録商標)BDL−SF」等として市販されている。また、上記ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタインは、花王株式会社製の「アンヒトール(登録商標)55AB」、東邦化学工業株式会社製の「オバゾリン(登録商標)CAB30」、新日本理化株式会社製の「リカビオン(登録商標)B−200」、第一工業製薬株式会社製の「アモーゲン(登録商標)CB−H」等として市販されている。
上記式(1)において、xが0、yが1、mが1である場合、この化合物の一般名として、アルキルヒドロキシスルホベタインが例示される(化学式としては、R−N(CH−CHCH(OH)CHSO )。このアルキルヒドロキシスルホベタインの具体例として、ラウリルヒドロキシスルホベタイン等が挙げられる。ゲル分散性及び吸水剤の物性の観点から、ラウリルヒドロキシスルホベタインが好ましい。上記ラウリルヒドロキシスルホベタインは、花王株式会社製の「アンヒトール(登録商標)20HD」等として市販されている。
上記式(2)に該当する化合物の一般名として、アルキルアミノジ酢酸モノアルカリ金属が例示される。このアルキルアミノジ酢酸モノアルカリ金属の具体例として、ラウリルアミノジ酢酸モノナトリウム、ラウリルアミノジ酢酸カリウム、ミリスチルアミノジ酢酸ナトリウム等が挙げられる。ゲル分散性及び吸水剤の物性の観点から、ラウリルアミノジ酢酸モノナトリウムが好ましい。上記ラウリルアミノジ酢酸モノナトリウムは、日油株式会社製の「ニッサンアノン(登録商標)LA」等として市販されている。
上記式(3)に該当する化合物の一般名として、アルキルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタインが例示される。このアルキルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタインの具体例として、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタインが挙げられる。ゲル分散性及び吸水剤の物性の観点から、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタインが好ましい。上記2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタインは、花王株式会社製の「アンヒトール(登録商標)20YB」、日油株式会社製の「ニッサンアノン(登録商標)GLM−R−LV」、東邦化学工業株式会社製の「オバゾリン(登録商標)552」等として市販されている。
本発明で使用される乾燥助剤は、上述したように、(a)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第4級窒素及び1個の酸基を有し且つベタイン構造を有する化合物、及び/又は、(b)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第3級窒素及び1個以上の酸基を有する化合物である。この乾燥助剤は、少量の添加量で、特異的に乾燥効率を向上させるだけでなく、表面架橋後の吸水剤の物性を向上させ、更に、乾燥後の粉砕工程における負荷を低減することができる。この機構として、吸水性樹脂のカルボキシル基(−COOH、−COONa)と乾燥助剤の窒素原子とがイオン的に結合(−COO −)して、粒子状含水ゲルの表面に、炭素数8以上の長鎖アルキル基を有する乾燥助剤が効率的に固定化されることにより、粒子状含水ゲル同士の凝集及び/又は塊状化が抑制されていると推定される。
本発明において、上記乾燥助剤は、単一の化合物を使用してもよい。また、上記式(1)〜(3)に属する複数の化合物を併用してもよい。
上記乾燥助剤の添加量(即ち、中間体組成物における乾燥助剤の含有量)は、上記粒子状含水ゲルのゲル固形分に対して、好ましくは0.001質量%〜0.5質量%、より好ましくは0.010質量%〜0.3質量%、更に好ましくは0.020質量%〜0.2質量%、特に好ましくは0.025質量%〜0.2質量%である。なお、上記乾燥助剤として複数の化合物を併用する場合には、その合計量が上記範囲内となっていればよい。上記乾燥助剤は、0.5質量%以下という少ない添加量で、乾燥時の粒子状含水ゲルの凝集及び/又は塊状化を効果的に抑制し、高いゲル分散性を発揮する。この結果、乾燥効率が向上する。また、この乾燥助剤を上記範囲内の添加量で含む粒子状含水ゲル(即ち、中間体組成物)を乾燥させた場合、最終的に得られる吸水剤の物性に対する乾燥助剤による影響が少ない。この吸水剤は、無加圧下吸水倍率及び加圧下吸水倍率が高く、良好な外観性(色調)を呈する。
好ましくは、上記乾燥助剤は、溶液又は分散液として添加される。均一混合の観点から、上記乾燥助剤が溶液(以下、「乾燥助剤溶液」と称する)として添加されることがより好ましい。乾燥助剤の溶液濃度は、乾燥助剤の種類に応じて適宜調整される。なお、上記乾燥助剤が、濃度既知の溶液として市販されている場合はその濃度のままで使用してもよく、好ましくは、希釈等により、所望する範囲内の溶液濃度に適宜調整したものを使用してもよい。乾燥助剤溶液の溶媒又は希釈液は、乾燥助剤の種類に応じて適宜選択されるが、好ましくは水又は親水性有機溶媒であり、より好ましくは水である。
この乾燥助剤は、乾燥工程において、粒子状含水ゲルの凝集及び/又は塊状化を抑制することができる時機に添加される。乾燥助剤は、例えば、重合工程に供される前の単量体水溶液に添加されてもよいし、重合工程後であって乾燥工程前の粒子状含水ゲルに添加されてもよいし、乾燥工程の途中で添加されてもよい。また、重合工程後にゲル粉砕工程がなされる場合、乾燥助剤は、当該ゲル粉砕工程前の含水ゲルに添加されてもよいし、当該ゲル粉砕工程後の粒子状含水ゲルに添加されてもよい。また、乾燥助剤は、異なる時機に、複数回に分けて、単量体水溶液又は含水ゲルに添加されてもよい。好ましくは、上記乾燥助剤は、ゲル粉砕工程中又はゲル粉砕工程後に添加される。上記時機に乾燥助剤が添加されることにより、乾燥助剤が粒子状含水ゲルの表面近傍に局在化して、乾燥時のゲル分散性が向上する。
なお、前述の通り、重合形態としてニーダー重合が選択される場合、重合工程においてゲル粉砕が実施される。一方、重合形態がニーダー重合ではない場合、重合工程とゲル粉砕工程とは別の工程であり、重合工程後にゲル粉砕工程が実施される。重合工程後になされたゲル粉砕工程で得られる粒子状含水ゲルの比表面積は、重合工程においてなされたゲル粉砕により得られる粒子状含水ゲルの比表面積よりも大きい。比表面積の大きな粒子状含水ゲルでは、添加された乾燥助剤が、その表面近傍に局在化する。乾燥助剤が粒子状含水ゲルの表面近傍に局在化することにより、乾燥時のゲル分散性が向上する。ゲル分散性向上の観点から、上記乾燥助剤は、ゲル粉砕工程後の粒子状含水ゲルに添加されることが好ましく、ゲル粉砕工程は、重合工程後に実施されることが好ましい。より好ましくは、ゲル粉砕工程は、重合工程とは別の工程として、実施されることが好ましい。また、重合形態が逆相懸濁重合の場合、重合工程後に比表面積が大きい粒子状含水ゲルが得られる。したがって、逆相懸濁重合で得られる粒子状含水ゲルに対して、上記乾燥助剤を添加して乾燥することにより、本発明の効果が奏される。
(乾燥温度及び乾燥時間)
本発明の乾燥工程における乾燥温度は、乾燥速度の観点から、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上、更に好ましくは140℃以上、特に好ましくは160℃以上である。また、該乾燥温度は、乾燥重合体の劣化や着色、及び、吸水剤の性能の観点から、好ましくは250℃以下、より好ましくは230℃以下、更に好ましくは200℃以下である。なお、この乾燥温度は、通常、熱媒の温度で規定される。例えば、熱風乾燥の場合は熱風の温度で規定される。しかし、熱媒温度では規定できないマイクロ波乾燥等の場合、乾燥温度は、粒子状含水ゲルの温度で規定される。また、当該乾燥温度は、乾燥工程を通して一定温度でもよいし、乾燥途中で適宜変更してもよい。
本発明の乾燥工程における乾燥時間は、好ましくは10分間〜120分間、より好ましくは20分間〜90分間、更に好ましくは20分間〜60分間である。乾燥助剤の存在下で乾燥させることで、乾燥温度を過度に高めることなく、乾燥時間を短縮することができる。よって、加熱による劣化が少ない高物性の吸水剤が得られる。
(乾燥形態)
上記粒子状含水ゲルの乾燥方法として、例えば、伝導伝熱乾燥、対流伝熱乾燥(熱風乾燥)、放射伝熱乾燥、減圧乾燥、疎水性有機溶媒との共沸脱水による乾燥、高温の水蒸気を用いた過熱水蒸気乾燥等が公知の方法として挙げられる。
また、乾燥中における被乾燥物(粒子状含水ゲル)の動きに着目して乾燥形態を区分けすると、材料攪拌型乾燥、材料静置型乾燥、材料移送型乾燥、熱風搬送型乾燥等が挙げらえる。中でも、乾燥時、粒子状含水ゲルの乾燥装置への付着や粒子状含水ゲル同士の凝集及び/又は塊状化を抑制し、乾燥効率を向上させるには、材料攪拌型乾燥が最も適している。したがって、本発明の乾燥形態には、材料攪拌型乾燥(以下、「攪拌乾燥」と称する)が採用される。
本発明の攪拌乾燥は、隣接する粒子が順次入れ替わるので、ある粒子は次々と新しい粒子に接触する。これにより、粒子状含水ゲルが乾燥助剤と均一に混合されると共に、直接伝熱及び/又は間接伝熱によって加熱される。上記乾燥助剤は、この順次起こる新たな粒子同士の接触に起因する凝集及び/又は塊状化を効果的に抑制し、攪拌による乾燥効果を更に高めるように作用する。よって、乾燥効率が向上する。
(乾燥装置)
本発明で使用される乾燥装置は、上記攪拌乾燥が可能な攪拌型乾燥装置であって、該乾燥装置内の被乾燥物が攪拌翼や回転円筒等の攪拌手段により流動される形態であればよい。この攪拌型乾燥装置として、例えば、一軸又は二軸のディスク型乾燥機、一軸又は二軸のパドル型乾燥機、ロータリードライヤー、ロータリーキルン、チューブドライヤ等が挙げられる。具体的には、ソリッドエアー(ホソカワミクロン株式会社製)、CDドライヤー(株式会社栗本鐵工所製)、パドルドライヤー(株式会社奈良機械製作所製)、スチームチューブドライヤー(月島機械株式会社製)、ロータリーキルン(株式会社栗本鐵工所製)、ロータリードライヤー(株式会社大川原製作所製)等の攪拌型乾燥装置を使用することができる。
上記攪拌型乾燥装置のひとつである一軸又は二軸パドル型乾燥機は、攪拌盤の回転によって粒子がかき混ぜられるので、粒子同士が置き換わり、伝熱面への接触も頻繁となるため、効率的に乾燥することができる。また、別の攪拌型乾燥装置であるロータリーキルン又はロータリードライヤーは、粒子状含水ゲルが円筒内に配置される。この円筒が回転することで、円筒内部の粒子状含水ゲルの移動が起こり、隣接する粒子同士が置換され、効率的に乾燥される。つまり、円筒の回転によって公転する粒子は、高い位置に移動した後、重力によって下方に落下する。この結果として、隣接する粒子の置換が起こる。
乾燥工程に使用されうる上記攪拌型乾燥装置の数は、1基のみでもよく、2基以上の複数でもよい。仕様又は形態の異なる複数の攪拌型乾燥装置を組み合わせて用いてもよい。また、上記攪拌型乾燥装置と、攪拌型乾燥装置に分類されない他の乾燥装置とを組み合わせて用いてもよい。複数の乾燥装置のうち、少なくとも1基が上記攪拌型乾燥装置であることが好ましく、この攪拌型乾燥装置と組み合わせる乾燥装置の種類及び数は、限定されない。
なお、複数の乾燥装置を使用する場合、被乾燥物の固形分を指標にして、各装置の切替のタイミングを決定することができる。例えば、該固形分を指標とする場合、第1段目の乾燥装置で固形分約70質量%まで乾燥し、その後、第2段目の乾燥装置に切り替えて所望する固形分まで乾燥する形態、更に第2段目の乾燥装置で固形分約85質量%まで乾燥し、その後、第3段目の乾燥装置に切り替えて所望する固形分まで乾燥する形態等が挙げられる。攪拌型乾燥装置と他の乾燥装置とを組み合わせる場合、固形分が少ない段階で、上記攪拌型乾燥装置を使用する形態が好ましい。
上記攪拌型乾燥装置が、アーム、羽根、パドル、カットディスク(CD)等の攪拌翼を具備した回転軸で被乾燥物(粒子状含水ゲル)を攪拌する機械攪拌型乾燥機である場合、その回転軸の回転数は、装置によって適宜設定されるが、通常、5rpm〜1000rpmである。ロータリーキルンのような円筒形の場合、その円筒の回転数は、装置の種類や大きさによって適宜設定されるが、通常、1rpm〜50rpmである。
上記攪拌型乾燥装置は、装置内を常圧、又は減圧状態とする機能を備えることもできる。減圧状態とする場合、大気圧に対する減圧度は、好ましくは0kPa超5kPa以下、より好ましくは0.1kPa〜2kPa、更に好ましくは0.1kPa〜0.5kPaである。上記減圧度を上記範囲内とすることで、効率的に乾燥させることができ、乾燥工程における粒子状含水ゲルの凝集や塊状化を低減することができる。なお、「大気圧に対する減圧度」とは、大気圧との差圧を意味し、大気圧より低い気圧を正(プラス)の値として表記する。例えば、大気圧が標準大気圧(101.3kPa)で大気圧に対する減圧度が10kPaである場合、装置内の気圧は91.3kPaとなる。
上記攪拌型乾燥装置は、装置内に、キャリアガスを導入する機能を備えることもできる。該キャリアガスとしては、例えば、空気(ドライエアーを含む)、窒素、水蒸気及びこれらの混合気体等が挙げられる。取扱性の観点から、好ましくは、ドライエアー、窒素、水蒸気及びこれらの混合気体が用いられる。なお、該キャリアガスの導入量は、単位時間当たりの水分蒸発量と、求める排気ガスの性状(露点、揮発成分量等)から任意に設定される。
また、上記キャリアガスとして高温の湿り混合気体(以下、「高湿混合気体」と称する)を用いることもできる。本願において、高湿混合気体とは、水蒸気を含む混合気体を意味する。好ましくは、該高湿混合気体を、上記攪拌型乾燥装置中に導入し、循環させて使用する。なお、該高湿混合気体の温度は、好ましくは105℃以上、より好ましくは120℃以上、更に好ましくは140℃以上である。上限としては、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下である。また、該高湿混合気体の露点は、好ましくは60℃以上、より好ましくは70℃以上、更に好ましくは80℃以上、特に好ましくは90℃以上である。
従来、酸素による吸水剤の物性劣化及び着色抑制のためには、粒子状含水ゲルを窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で乾燥させる必要があり、コストアップの原因となっていた。上記攪拌型乾燥装置内への上記高湿混合気体を導入により、不活性ガスの使用量を低減しても、又は不活性ガスを使用せずとも、該乾燥装置内を低酸素状態とすることができる。その結果として、吸水剤の物性向上と着色抑制が達成される。また、不活性ガスの使用によるコストアップが回避される。更に、高湿混合気体の導入は、乾燥中の粒子状含水ゲルの凝集及び/又は塊状化の抑制にも寄与するため、好ましい。
なお、上記「低酸素状態」とは、上記攪拌型乾燥装置内の酸素濃度が低い状態を意味し、特に、粒子状含水ゲルを収容する乾燥室内の雰囲気中の酸素濃度が低い状態を意味する。この酸素濃度は、好ましくは15容積%以下、より好ましくは10容積%以下、更に好ましくは5容積%以下、特に好ましくは1容積%以下である。下限値としては0容積%が好ましいが、0.1容積%程度でもよい。
〔2−5〕粉砕工程、分級工程
本工程は、上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を粉砕(粉砕工程)し、所望する範囲の粒度に調整(分級工程)して、吸水性樹脂粉末を得る、任意の工程である。なお、当該粉砕工程は、粉砕対象である乾燥重合体が乾燥工程を経ている点で、上記〔2−3〕のゲル粉砕工程とは異なる。なお、本発明は、粒子状含水ゲルに特定の乾燥助剤を添加して攪拌乾燥を行うため、乾燥後の粉砕工程や分級工程が不要となる場合もある。また、粉砕時の負荷が低減されるため、目的外の微粉発生を効果的に抑制することができる。
上記粉砕工程で使用される機器(粉砕機)は、例えば、ロールミル、ハンマーミル、スクリューミル、ピンミル等の高速回転式粉砕機や、振動ミル、ナックルタイプ粉砕機、円筒型ミキサー等が挙げられる。粒度分布の制御のし易さから、好ましくはロールミルが選択される。
上記分級工程での粒度調整は、好ましくはJIS標準篩(JIS Z8801−1(2000))を用いた篩分級や気流分級等で行われる。分級効率の観点から、好ましくは篩分級が選択される。より好ましくは、乾燥工程後の乾燥重合体だけではなく、最終製品の吸水剤、表面架橋工程前の吸水剤樹脂粉末、表面架橋工程後の吸水性樹脂粒子についても、粒度分布が後述の好ましい範囲を満たすように、本工程(粉砕工程、分級工程)が行われる。なお、当該粒度分布は、本工程(粉砕工程、分級工程)以外に、重合工程(特に逆相懸濁重合)や後述する造粒工程、微粉除去工程でも適宜調整することができる。
〔2−6〕表面架橋工程
本工程は、上記吸水性樹脂粉末の表層部において架橋反応を行う工程である。好ましくは、この表面架橋工程は、上記吸水性樹脂粉末の表層部(吸水性樹脂粉末の表面から内部に数10μmまでの部分)に、架橋密度の高い部分を更に設ける工程である。好ましくは、本工程は、熱処理工程を含む。より好ましくは、本工程は、混合工程、熱処理工程及び冷却工程を含む。当該表面架橋工程において、吸水性樹脂粉末の表層部でラジカル架橋、モノマー重合、表面架橋剤との架橋反応等が行われることで、表面架橋された吸水性樹脂(以下、「吸水性樹脂粒子」と称する)が得られる。
〔2−6−1〕混合工程
本工程は、上記乾燥工程、粉砕工程及び分級工程を経た吸水性樹脂粉末と表面架橋剤とを混合装置内で混合して、混合物を得る工程である。
(吸水性樹脂粉末の含水率)
この混合工程に供される吸水性樹脂粉末の含水率は、後述する表面架橋剤との混合性の観点から、好ましくは20質量%以下、より好ましくは1質量%〜15質量%、更に好ましくは1質量%〜10質量%、特に好ましくは1質量%〜8質量%である。吸水性樹脂粉末の含水率は、表面架橋工程の混合工程に供される直前に測定される。
(表面架橋剤)
上記表面架橋剤として、例えば、米国特許第7183456号等に記載された表面架橋剤が適用される。これらの中から反応性等を考慮して、1種又は2種以上の表面架橋剤が選択される。また、表面架橋剤の取扱性や吸水剤の吸水性能の観点から、好ましくは吸水性樹脂のカルボキシル基と反応して、共有結合を形成する官能基を2以上有する有機化合物が選択される。具体的には、多価アルコール化合物、エポキシ化合物、多価アミン化合物、多価アミン化合物とハロエポキシ化合物との縮合物、オキサゾリン化合物、オキサゾリジノン化合物、アルキレンカーボネート化合物、多価グリシジル化合物、オキセタン化合物、ビニルエーテル化合物、環状尿素化合物等が挙げられる。
上記表面架橋剤の使用量は、吸水性樹脂粉末100質量部に対して、好ましくは0.001質量部〜10質量部、より好ましくは0.005質量部〜5質量部である。表面架橋剤の使用量を当該範囲内とすることで、吸水性樹脂粉末の表層部に最適な架橋構造が形成され、高物性の吸水剤が得られる。なお、2種以上の表面架橋剤が使用される場合、その合計量が、上記範囲内であることが好ましい。
上記表面架橋剤は、水溶液(以下、「表面架橋剤溶液」と称する)として吸水性樹脂粉末に添加することが好ましい。この場合、水の使用量は、吸水性樹脂粉末100質量部に対して、好ましくは0.1質量部〜20質量部、より好ましくは0.3質量部〜15質量部、更に好ましくは0.5質量部〜10質量部である。水の使用量を上記範囲内とすることで、表面架橋剤溶液の取扱性が向上し、吸水性樹脂粉末に対して表面架橋剤を均等に混合することができる。
(混合方法)
上記吸水性樹脂粉末と表面架橋剤溶液との好ましい混合方法として、例えば、当該表面架橋剤溶液を吸水性樹脂粉末に対して噴霧する方法、又は当該表面架橋剤溶液を吸水性樹脂粉末に滴下する方法が挙げられる。より好ましくは噴霧して混合する方法が選択される。
上記混合工程を行う混合装置は、吸水性樹脂粉末と表面架橋剤とを均一かつ確実に混合するために、大きな混合力を備えていることが好ましい。当該混合装置として好ましくは高速攪拌型混合機、より好ましくは高速攪拌式連続混合機が挙げられる。具体的には、円筒型混合機、二重壁円錐型混合機、V字型混合機、リボン型混合機、スクリュー型混合機、流動型炉ロータリーディスク型混合機、気流型混合機、双腕型ニーダー、内部混合機、粉砕型ニーダー、回転式混合機、スクリュー型押出機、タービュライザー等が選択される。
上記混合工程に供給される吸水性樹脂粉末の温度は、表面架橋剤溶液との混合性、混合物の凝集性等の観点から、好ましくは35℃〜80℃、より好ましくは35℃〜70℃、更に好ましくは35℃〜60℃である。また、混合時間は、好ましくは1秒間〜1時間、より好ましくは5秒間〜10分間である。
〔2−6−2〕熱処理工程
本工程は、上記混合工程で得られた混合物を熱処理して、表面架橋された吸水性樹脂(以下、「吸水性樹脂粒子」と称する)を得る工程である。
(熱処理方法)
上記混合物を加熱する方法として、例えば、当該混合物を静置状態で加熱する方法、攪拌混合下で加熱する方法等が挙げられる。混合物全体が均等に加熱されるという観点から、攪拌混合下で加熱する方法が好ましい。なお、本工程で使用される装置として、好ましくはパドルドライヤー、マルチフィンプロセッサー、タワードドライヤー等が挙げられる。
本工程における加熱温度は、使用される表面架橋剤の種類や量、目的とする吸水剤の吸水性能等に応じて設定すればよい。この加熱温度は、熱媒の温度として、好ましくは150℃〜250℃、より好ましくは180℃〜210℃である。また、加熱時間は、好ましくは1分間〜2時間である。なお、加熱温度と加熱時間との組み合わせとしては、180℃で0.1時間〜1.5時間、200℃で0.1時間〜1時間等が例示される。
〔2−6−3〕冷却工程
本工程は、上記熱処理工程後に、必要に応じて設置される任意の工程である。本工程において、吸水性樹脂粒子が強制冷却されるため、その表層部で進行中の表面架橋反応が速やかに終了される。
(冷却方法)
上記吸水性樹脂粒子を冷却する方法として、例えば、当該吸水性樹脂粒子を静置状態で冷却する方法、攪拌混合下で冷却する方法等が挙げられる。吸水性樹脂粒子全体に均等に、速やかに冷却されるという観点から、攪拌混合下で冷却する方法が好ましい。なお、本工程で使用される装置として、好ましくはパドルドライヤー、マルチフィンプロセッサー、タワードドライヤー等が挙げられる。
本工程における冷却温度は、熱処理温度や目的とする吸水剤の吸水性能等に応じて設定すればよい。冷却温度は、冷媒の温度として、好ましくは40℃〜100℃、より好ましくは40℃〜90℃、更に好ましくは40℃〜70℃である。
上述の通り、上記乾燥助剤は、粒子状含水ゲルの表面に存在することで、乾燥工程におけるゲル分散性を高める。しかし、この乾燥助剤は、この表面処理工程によって変化する場合がある。例えば、この乾燥助剤は、上記熱処理工程での加熱により分解及び反応する場合がある。また、この乾燥助剤は、上記表面架橋剤と反応する場合がある。表面架橋工程により変化した乾燥助剤は、吸水性樹脂の物性に悪影響を与えうる。本発明に係る製造方法では、少量で高いゲル分散性を発揮する特定の乾燥助剤が使用されることにより、その添加量が低減されるため、吸水性樹脂の物性への悪影響が抑制される。その結果、表面架橋工程を経て得られる吸水剤の物性が向上する。
〔2−7〕添加工程
本工程は、吸水剤に様々な付加機能を付与することや、吸水性能の向上を目的として実施される、任意の工程である。この工程において、上記表面架橋工程で得られた吸水性樹脂粒子に、キレート剤、有機還元剤、無機還元剤、酸化剤、ヒドロキシカルボン酸化合物、界面活性剤、リン原子を有する化合物、金属石鹸等の有機粉末、消臭剤、抗菌剤、パルプや熱可塑性繊維、多価金属塩、カチオン性ポリマー、無機微粒子等の添加剤が添加される。当該添加剤は、添加効果の観点から、吸水性樹脂粒子の表面に存在させることが好ましい。したがって、この添加工程は、好ましくは、上記表面架橋工程と同時に、又は上記表面架橋工程後に実施される。より好ましくは、この添加工程は、上記表面架橋工程後に実施される。
〔2−8〕その他の工程
上述した工程以外に、必要に応じて、整粒、微粉除去、造粒、微粉リサイクル、除鉄等の工程を設けてもよい。また、輸送、貯蔵、梱包、保管等の工程から選ばれるすくなくとも1の工程を更に含むこともできる。
なお、上記「整粒」工程には、表面架橋工程以降の微粉除去工程や、吸水性樹脂が凝集して所望の大きさを超える場合に粉砕、分級を行う工程が含まれる。また、上記「微粉リサイクル」工程には、微粉をそのまま添加する形態や、微粉から大きな含水ゲルを形成して何れかの工程に添加する形態が含まれる。
〔3〕吸水剤の物性
本発明に係る製造方法で得られる吸水剤を、紙オムツ等の吸収性物品の吸収体用途に用いる場合、好ましくは、下記に掲げた物性のうち、〔3−1〕CRC(遠心分離機保持容量)、〔3−2〕AAP(加圧下吸水倍率)及び〔3−6〕色調(White Balance)を所望する範囲内に制御する。また、これらの物性を満たした上で、〔3−3〕Ext(水可溶分)、〔3−4〕粒度及び〔3−5〕Moisture Content(含水率)のうち少なくとも1、好ましくは2以上、より好ましくは全ての物性を、所望する範囲内に制御する。
これらの物性が下記の範囲を満たさない場合、高濃度紙オムツにおいて十分な性能を発揮しないおそれがある。なお、下記の物性は、特に断りのない限り、EDANA法に準拠して測定される。
〔3−1〕CRC(遠心分離機保持容量)
本発明の吸水剤のCRC(遠心分離機保持容量)は、通常は5g/g以上、好ましくは10g/g以上、より好ましくは20g/g以上、更に好ましくは25g/g以上である。また、他の物性とのバランスを考慮して、CRCは、好ましくは60g/g以下、より好ましくは55g/g以下、更に好ましくは50g/g以下である。
したがって、上記CRCの好ましい範囲は、上記範囲内で適宜選択すればよい。例えば、10g/g〜50g/g、25g/g〜60g/g、20g/g〜55g/g等が好ましい。
CRCが上記範囲内の吸水剤は、吸収量が多く、尿や血液等の体液の吸収速度が早いため、紙オムツ等の吸収性物品の吸収体として適している。なお、CRCは、内部架橋剤及び表面架橋剤等の種類又は量の変更により制御される。
〔3−2〕AAP(加圧下吸水倍率)
本発明の吸水剤のAAP(加圧下吸水倍率)は、好ましくは10g/g以上、より好ましくは20g/g以上、更に好ましくは30g/g以上である。また、他の物性とのバランスを考慮して、AAP2.06kPaは、好ましくは50g/g以下、より好ましくは45g/g以下、更に好ましくは40g/g以下である。
AAPが上記範囲内の吸水剤は、紙オムツ等の吸収性物品に圧力が加わった際の液の戻り量(以下、「Re−Wet(リウェット)」と称する場合がある)が少ないため、紙オムツ等の吸収性物品の吸収体として適している。なお、AAPは、吸水剤の粒度及び表面架橋剤の変更等により制御される。
〔3−3〕Ext(水可溶分)
本発明の吸水剤のExt(水可溶分)は、通常は50質量%以下、好ましくは35質量%以下、より好ましくは25質量%以下、更に好ましくは15質量%以下である。また、下限は特に限定されないが、Extは、好ましくは0質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上である。
したがって、上記Extの好ましい範囲は、上記範囲内で適宜選択すればよい。例えば、0質量%〜15質量%、0.1質量%〜50質量%、0.1質量%〜25質量%等が好ましい。
Extが上記範囲内の吸水剤は、ゲル強度が強く、液透過性に優れる。また、Re−Wet(リウェット)が少ないため、紙オムツ等の吸収性物品の吸収体として適している。なお、Extは、内部架橋剤等の種類又は量により制御される。
〔3−4〕粒度
本発明の吸水剤の粒度(PSD(粒度分布)、D50(質量平均粒子径)及びσζ(粒度分布の対数標準偏差)は、以下の範囲内であることが好ましい。
つまり、吸水剤に占める、粒子径が150μm未満である粒子の割合は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは1質量%以下である。加えて、吸水剤に占める、粒子径が850μm以上である粒子の割合は、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは1質量%以下である。なお、これらの粒子の割合の下限値としては、何れの場合でも少ないほど好ましく、0質量%が望まれるが、0.1質量%程度でもよい。上記範囲内のPSDは、吸水剤の物性向上に寄与する。
また、本発明の吸水剤のD50(質量平均粒子径)は、好ましくは200μm〜600μm、より好ましくは200μm〜550μm、更に好ましくは250μm〜500μm、特に好ましくは350μm〜450μmである。更に、本発明の吸水剤のσζ(粒度分布の対数標準偏差)は、好ましくは0.20〜0.50、より好ましくは0.25〜0.40、更に好ましくは0.27〜0.35である。
〔3−5〕Moisture Content(含水率)
本発明の吸水剤のMoisture Content(含水率)は、好ましくは0質量%を超えて15質量%以下、より好ましくは1質量%〜13質量%、更に好ましくは2質量%〜10質量%、特に好ましくは2質量%〜9質量%である。
Moisture Contentが上記範囲内である吸水剤は、粉体特性(例えば、流動性、搬送性、耐ダメージ性等)に優れる。なお、Moisture Contentは、乾燥工程や表面架橋工程、添加工程等で制御される。
〔3−6〕色調(White Balance)
本発明の吸水剤の色調(White Balance/以下、「WB」と略記する)は、好ましくは69以上、より好ましくは71以上、更に好ましくは73以上である。また、上限は85以下である。
したがって、上記色調(WB)の好ましい範囲は、上記範囲内で適宜選択すればよい。例えば、69〜85、71〜85、73〜85等が好ましい。
色調(WB)が上記範囲内である吸水剤は、白色パルプと複合化した際に着色による違和感のない紙オムツ等の吸収性物品が得られるため、好ましい。また、吸水剤は一般的には白色の粉末であるが、高湿度の環境下に曝されると、着色(黄色から茶色に変色)することがある。しかしながら、本発明に係る製造方法で得られる吸水剤は、このような着色を軽減することができるため、色調(WB)に優る。なお、色調(WB)は、吸水剤の粒子形状に影響されるため、粉砕や分級等により制御される。
〔4〕吸水剤の用途
本発明の吸水剤は、好ましくは紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パッド等の吸収性物品の吸収体、食品等のドリップシート等の包装用品、工業用の止水剤、農園芸用の保水剤等の用途に用いられる。
特に、原料由来の臭気、着色等が問題となっていた高濃度紙オムツ(紙オムツ1枚あたりの使用量が多いもの)の吸収体として使用することができる。上記吸収体の上層部に、本発明の吸水剤を使用することで、顕著な効果が期待できる。
また、上記吸収体として、吸水剤以外にパルプ繊維等の吸収性材料を使用することもできる。この場合、吸収体中の吸水剤の含有量(コア濃度)としては、好ましくは30質量%〜100質量%、より好ましくは40質量%〜100質量%、更に好ましくは50質量%〜100質量%、更により好ましくは60質量%〜100質量%、特に好ましくは70質量%〜100質量%、最も好ましくは75質量%〜95質量%である。
コア濃度が上記範囲内の吸収体を吸収性物品の上層部に使用した場合、吸収性物品が清浄感のある白色状態に保持される。更に、この吸収性物品は尿や血液等の体液等の拡散性に優れるため、効率的な液分配によって吸収量の向上が見込める。
以下の実施例、比較例にしたがって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの説明に限定解釈されるものではなく、各実施例に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施例も、本発明の範囲に含まれるものとする。
なお、実施例及び比較例で使用する電気機器(吸水性樹脂の物性測定用機器も含む)には、特に注釈のない限り、200V又は100Vの電源を使用した。また、吸水剤の諸物性は、特に注釈のない限り、室温(20℃〜25℃)、相対湿度50%RH±10%の条件下で測定された。また、便宜上、「リットル」を「l」又は「L」、「質量%」を「wt%」と表記することがある。
[吸水剤及び含水ゲルの物性測定]
以下、吸水剤及び含水ゲルの物性測定方法について記載する。なお、測定対象物が、乾燥重合体、吸水性樹脂粉末、吸水性樹脂粒子である場合には、それぞれ吸水剤を測定対象物に読み替えて適用する。
(a)CRC(遠心分離機保持容量)
吸水剤のCRC(遠心分離機保持容量)は、EDANA法(ERT441.2−02)に準拠して測定した。なお、乾燥重合体についても同様に測定した。
(b)AAP(加圧下吸水倍率)
吸水剤のAAP(加圧下吸水倍率)を、EDANA法(ERT442.2−02)に準拠して測定した。
(c)ゲルExt(含水ゲルの水可溶分)
ゲルExt(含水ゲルの水可溶分)を、EDANA法(ERT470.2−02)に準拠して測定した。なお、測定に当たり、試料の量を2.0gに変更し、測定値をゲル固形分で補正した。
(d)Moisture Content(含水率)
吸水剤の含水率を、EDANA法(ERT430.2−02)に準拠して測定した。なお、測定に当たり、試料の量を1.0g、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更した。
(e)固形分、ゲル固形分
吸水剤の固形分及び含水ゲルのゲル固形分は、EDANA法(ERT430.2−02)で規定される「Moisture Content(含水率)」を100から減ずることで求めた(単位;質量%)。なお、吸水剤の測定にあたり、試料量を1.0g、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更した。また、含水ゲルの測定に当たり、試料量を2.0g、乾燥温度を180℃、乾燥時間を24時間にそれぞれ変更したつまり、上記(100−含水率)で求められる値を、吸水剤については固形分(単位;質量%)、含水ゲルについてはゲル固形分(単位;質量%)とした。
(f)色調(WB)
吸水剤の色調(WB;White Balance)は、以下の手順にしたがって測定した。先ず、測定装置として、分光式色差計(日本電色工業株式会社製;SZ−Σ80)を用いた。また、測定条件として、反射測定を選択した。なお、上記分光式色差計には、粉末・ペースト試料用容器(内径30mm、高さ12mm)、粉末・ペースト試料用標準丸白板No.2及び30Φ(直径30mm)の投光パイプが備えられている。次に、上記粉末・ペースト試料用容器に、吸水剤5gを充填した後、室温(20℃〜25℃)、相対湿度50%RHの雰囲気下で、吸水剤の表面の色調(WB)を測定した。なお、吸水剤の色調(WB)は、製造後1週間以内に測定した。
(g)含水ゲルの重合率
含水ゲルの重合率は、以下の手順にしたがって測定した。先ず、脱イオン水1000gに含水ゲル1.00gを投入し、300rpmで2時間攪拌した。その後、濾過することで不溶分を取り除いた。この操作で得られた濾液中に抽出された単量体の量を、液体クロマトグラフを用いて測定した。得られたデータについて、下記(数式3)にしたがって、ゲル固形分補正によって、重合率C(単位;質量%)を算出した。
重合率C(質量%)=100×{1−m/(α・M/100)} ・・・ (数式3)
ここで、(数式3)中、mは単量体の質量(単位;g)、Mは含水ゲルの質量(単位;g)、αは含水ゲルのゲル固形分(単位;質量%)である。
[製造例1]
容量1L、内径80mmのポリプロピレン製の容器に、アクリル酸368g、48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液307g、脱イオン水303g、及び、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート0.8gを入れて混合し、単量体水溶液(1)を調製した。上記ポリエチレングリコールジアクリレートのエチレンオキシドの平均付加モル数nは9であり、添加量はアクリル酸に対して0.03モル%であった。
なお、上記単量体水溶液(1)は、中和率が73モル%、単量体濃度が45質量%であった。また、混合の過程で発生した中和熱及び溶解熱によって、単量体水溶液(1)は98℃まで上昇した。
その後、上記単量体水溶液(1)の攪拌を継続し、単量体水溶液(1)の温度が95℃となった時点で、重合開始剤として3.0質量%の過硫酸ナトリウム水溶液20gを加えて、約5秒間攪拌し、反応液(1)とした。
次に、上記反応液(1)をステンレス製バット型容器に、大気開放系で流し込んだ。なお、該ステンレス製バット型容器は、底面の大きさが250mm×250mm、上面の大きさが640mm×640mm、高さが50mm、中心断面が台形状であり、内面にシリコンシートを貼付したものであった。また、該ステンレス製バット型容器は、100℃に加熱されたホットプレート(株式会社井内盛栄堂製;NEO HOTPLATE H1−1000)上に載置し、プレヒートしておいた。
上記反応液(1)を上記ステンレス製バット型容器に流し込んだ後、重合反応が開始した。該重合反応は、水蒸気を発生しながら上方に向かって四方八方に膨張、発泡しながら進行した。その後、ステンレス製バット型容器の底面より若干大きいサイズにまで収縮した。なお、該重合反応(膨張、収縮)は約1分以内に終了したがその後3分間はステンレス製バット型容器内に保持した。該重合反応によって、板状の含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」という)(1)を得た。なお、製造例1における含水ゲルの重合率は99質量%であった。
次に、上記板状の含水ゲル(1)を裁断して、短冊状の含水ゲル(1)とした後、ミートチョッパー(レマコム株式会社製;HL−3225N)にてゲル粉砕し、粒子状の含水ゲル(1)を得た。なお、上記ミートチョッパーには、孔径が9.5mmΦ、孔数が24個の多孔板が備えられていた。得られた粒子状の含水ゲル(1)のゲル粒子径は、1300μmであった。また、ゲル固形分は50質量%、ゲルExtは8質量%であった。
[実施例1]
上記製造例(1)で得られた粒子状の含水ゲル(1)について、下記の乾燥を行った。なお、乾燥装置には、容量5Lの攪拌型乾燥機(株式会社栗本鐵工所製;CDドライヤー、型式;CD−80)を使用した。このCDドライヤーは、攪拌盤の回転軸及びジャケットの温度をそれぞれ180℃とし、回転数30rpmとした。
先ず、乾燥助剤溶液として、3.1質量%のラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)20BS)水溶液を準備した。続いて、上記粒子状の含水ゲル(1)に対して、アンヒトール20BS水溶液を添加しながら、1軸シャフトレススクリュー(株式会社クマエンジニアリング製;アキュレートフィーダー)を用いて、上記CDドライヤーに連続的に供給した。なお、乾燥助剤溶液を添加する直前の粒子状の含水ゲル(1)のゲル温度は、55℃であった。粒子状の含水ゲル(1)の処理量は4.5kg/hrであり、アンヒトール20BS水溶液の添加量は0.14kg/hrであった。また、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインは、含水ゲル(1)のゲル固形分に対して0.20質量%であった。
この乾燥操作によって、固形分が98.3質量%である粒子状の乾燥重合体(1)を得た。
なお、上記連続乾燥中、CDドライヤー内の雰囲気露点は85℃であり、酸素濃度9.0容積%であった。上記粒子状の含水ゲル(1)のCDドライヤー内での滞留量は1.1kgであり、平均滞留時間は35分間であった。
続いて、得られた粒子状の乾燥重合体(1)を、ロールミルを用いて粉砕した後、目開きが850μmと150μmのJIS標準篩を用いて分級した。この粉砕、分級によって、粒子径が150μm以上850μm未満の吸水性樹脂粉末(1)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(1)の含水率は、1.7質量%であった。
次に、上記吸水性樹脂粉末(1)100質量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.025質量部、1,4−ブタンジオール0.4質量部、プロピレングリコール0.6質量部及び脱イオン水3.0質量部からなる表面架橋剤溶液を添加し、均一となるように混合した。その後、190℃で30分間、加熱処理を行い、その後、60℃まで強制冷却した。
上記一連の操作によって、吸水剤(1)を得た。吸水剤(1)の諸物性を表1に示す。
[実施例2]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.0質量%のラウリン酸アミドプロピルベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)20AB)水溶液に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(2)及び吸水剤(2)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(2)の含水率は、2.0質量%であった。また、吸水剤(2)の諸物性を表1に示す。
[実施例3]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、4.0質量%の2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)20YB)水溶液に変更し、更にその添加量を0.08kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.15質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(3)及び吸水剤(3)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(3)の含水率は、2.0質量%であった。また、吸水剤(3)の諸物性を表1に示す。
[実施例4]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、2.7質量%のステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)86B)水溶液に変更し、更にその添加量を0.02kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.02質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(4)及び吸水剤(4)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(4)の含水率は、2.7質量%であった。また、吸水剤(4)の諸物性を表1に示す。
[実施例5]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.0質量%のヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)55AB)水溶液に変更し、更にその添加量を0.03kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.04質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(5)及び吸水剤(5)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(5)の含水率は、2.5質量%であった。また、吸水剤(5)の諸物性を表1に示す。
[実施例6]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.0質量%のラウリルヒドロキシスルホベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)20HD)水溶液に変更し、更にその添加量を0.03kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.04質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(6)及び吸水剤(6)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(6)の含水率は、2.5質量%であった。また、吸水剤(6)の諸物性を表1に示す。
[実施例7]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、2.8質量%のラウリルアミノジ酢酸モノナトリウム(日油株式会社製;ニッサンアノン(登録商標)LA)水溶液に変更し、更にその添加量を0.15kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(7)及び吸水剤(7)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(7)の含水率は、2.0質量%であった。また、吸水剤(7)の諸物性を表1に示す。
[比較例1]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、10.0質量%のトリメチルグリシン水溶液に変更し、更にその添加量を0.08kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物同士の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
[比較例2]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.0質量%の塩化セチルトリメチルアンモニウム(花王株式会社製;コータミン(登録商標)60W)水溶液に変更し、更にその添加量を0.14kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物同士の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
[比較例3]
実施例1において、アンヒトール20BSの添加量を、0.14kg/hrから0.75kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%から1.10質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較吸水性樹脂粉末(3)及び比較吸水剤(3)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(3)の含水率は、1.5質量%であった。また、比較吸水剤(3)の諸物性を表1に示す。
[実施例8]
上記製造例(1)で得られた粒子状の含水ゲル(1)について、下記の乾燥を行った。なお、乾燥装置には、容量110Lの攪拌型乾燥機(ホソカワミクロン株式会社製;ソリッドエアー、型式;SJS−10−6)を使用した。このソリッドエアーは、水平円筒状の乾燥機であり、その内径は0.25mであり、乾燥機の中心部にシャフト(直径0.1m)と、乾燥機外周にジャケットを備えており、それぞれ予め180℃に調温し、シャフト回転数600rpmとした。
先ず、乾燥助剤溶液として、3.1質量%のラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)20BS)水溶液を準備した。続いて、上記粒子状の含水ゲル(1)に対して、アンヒトール20BS水溶液を添加しながら、1軸シャフトレススクリュー(株式会社クマエンジニアリング製;アキュレートフィーダー)を用いて、上記ソリッドエアーに連続的に供給した。なお、乾燥助剤溶液を添加する直前の粒子状の含水ゲル(1)のゲル温度は、50℃であった。粒子状の含水ゲル(1)の処理量は45kg/hrであり、アンヒトール20BS水溶液の添加量は1.36kg/hrであった。また、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインは、含水ゲル(1)のゲル固形分に対して0.20質量%であった。
また、乾燥においては、180℃に加熱されたドライエアーを内容物の進行方向に対して向流に1.0m/minで上記ソリッドエアー内に吹き込み、連続的に乾燥した。この乾燥操作によって、固形分が94.0質量%である粒子状の乾燥重合体(8)を得た。
なお、上記粒子状の含水ゲル(1)のソリッドエアー内での滞留量は2kgであり、平均滞留時間は5分間であった。
続いて、得られた粒子状の乾燥重合体(8)を、ロールミルを用いて粉砕した後、目開きが850μmと150μmのJIS標準篩を用いて分級した。この粉砕、分級によって、粒子径が150μm以上850μm未満の吸水性樹脂粉末(8)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(8)の含水率は、6.0質量%であった。
次に、上記吸水性樹脂粉末(8)100質量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.025質量部、1,4−ブタンジオール0.4質量部、プロピレングリコール0.6質量部及び脱イオン水3.0質量部からなる表面架橋剤溶液を添加し、均一となるように混合した。その後、190℃で30分間、加熱処理を行い、その後、60℃まで強制冷却した。
上記一連の操作によって、吸水剤(8)を得た。吸水剤(8)の諸物性を表1に示す。
[実施例9]
実施例1において、アンヒトール20BSの添加量を、0.14kg/hrから0.36kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%から0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(9)及び吸水剤(9)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(9)の含水率は、1.3質量%であった。また、吸水剤(9)の諸物性を表1に示す。
[実施例10]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.4質量%のラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(日油株式会社製;ニッサンアノン(登録商標)BL)水溶液に変更し、更にその添加量を0.13kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(10)及び吸水剤(10)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(10)の含水率は、1.8質量%であった。また、吸水剤(10)の諸物性を表2に示す。
[実施例11]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.5質量%のラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(東邦化学工業株式会社製;オバゾリン(登録商標)LB−SF)水溶液に変更し、更にその添加量を0.13kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(11)及び吸水剤(11)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(11)の含水率は、1.8質量%であった。また、吸水剤(11)の諸物性を表2に示す。
[実施例12]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.5質量%のラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(日油株式会社製;ニッサンアノン(登録商標)BL−SF)水溶液に変更し、更にその添加量を0.13kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(12)及び吸水剤(12)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(12)の含水率は、1.9質量%であった。また、吸水剤(12)の諸物性を表2に示す。
[実施例13]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.1質量%のラウリン酸アミドプロピルベタイン(新日本理化株式会社製;リカビオン(登録商標)B−300)水溶液に変更し、更にその添加量を0.15kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(13)及び吸水剤(13)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(13)の含水率は、2.0質量%であった。また、吸水剤(13)の諸物性を表2に示す。
[実施例14]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、2.8質量%のラウリン酸アミドプロピルベタイン(日油株式会社製;ニッサンアノン(登録商標)BDL−SF)水溶液に変更し、更にその添加量を0.16kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(14)及び吸水剤(14)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(14)の含水率は、1.8質量%であった。また、吸水剤(14)の諸物性を表2に示す。
[比較例4]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、9.9質量%のステアリルアミンアセテート(花王株式会社製;アセタミン(登録商標)86)水溶液に変更し、更にその添加量を0.11kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着や、被乾燥物同士の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
[比較例5]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、10.0質量%のラウリルグリコールカルボン酸ナトリウム(三洋化成工業株式会社製;ビューライト(登録商標)SHAA)水溶液に変更し、更にその添加量を0.11kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物同士の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
[比較例6]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.5質量%のラウリルジメチルアミンオキサイド(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)20N)水溶液に変更し、更にその添加量を0.32kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
[比較例7]
実施例1において、アンヒトール20BSの添加量を、0.14kg/hrから0.51kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%から0.70質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較吸水性樹脂粉末(7)及び比較吸水剤(7)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(7)の含水率は、1.7質量%であった。また、比較吸水剤(7)の諸物性を表2に示す。
[比較例8]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、10.0質量%のポリエチレングリコール600(重量平均分子量570〜630)水溶液に変更し、更にその添加量を0.11kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
[比較例9]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、10.0質量%のポリエチレングリコール20000(重量平均分子量20000±5000)水溶液に変更し、更にその添加量を0.11kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較吸水性樹脂粉末(9)及び比較吸水剤(9)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(9)の含水率は、7.9質量%であった。また、比較吸水剤(9)の諸物性を表2に示す。なお、CDドライヤーから排出される比較乾燥重合体(9)中には、内部が未乾燥状態である粗大粒子(以下、「未乾燥物」という)が含まれていた。そのため、当該比較乾燥重合体(9)をロールミルで粉砕した際、未乾燥物がロールミルに付着してしまい、過負荷で停止することが頻繁に発生した。
[比較例10]
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、10.0質量%のポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート(花王株式会社製;レオドールスーパー(登録商標)S120V)水溶液に変更し、更にその添加量を0.11kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物同士の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
Figure 0006727301
Figure 0006727301
(まとめ)
表1及び2に示される通り、本願請求項1に規定する特定の構造を有する乾燥助剤が添加された実施例1−14では、添加量が少量でも高いゲル分散性が得られ、効率よく攪拌乾燥することができた。これに対して、比較例1が示すように、ベタインではあるが上記特定の構造を有していないトリメチルグリシンを添加しても、攪拌乾燥が困難になるほどゲル分散性は低く、乾燥できなかった。また、比較例2が示すように、第4級アンモニウム塩を添加した場合も、攪拌乾燥が困難になるほどゲル分散性は低く、乾燥できなかった。また、例えば実施例1の添加量は、比較例3に対して5分の1以下であるが、実施例1ではゲル分散性がよく、効率的に攪拌乾燥することができた。一方、添加量が0.5質量%を超える比較例3及び比較例7では、添加量が0.5質量%以下の実施例1及び9と比較して、表面架橋後の吸水剤の色調(WB)が大きく低下するだけではなく、加圧下吸水倍率(AAP)までが急激に低下した。
比較例4−6では、実施例1−14で用いた乾燥助剤と類似する構造の化合物を添加したが、上記特定の構造を有していないため、添加量0.5質量%ではゲル分散性が発揮されず、攪拌乾燥することができなかった。比較例8−10では、従来使用されているポリエチレングリコール類及び非イオン性界面活性剤を添加したが、添加量0.5質量%ではゲル分散性が発揮されないため、乾燥できないか、吸水性能の低い吸水剤しか得られなかった。
以上、実施例1から14及び比較例1から10に示される通り、特定の乾燥助剤を特定量含有した含水ゲル状架橋重合体(即ち、中間体組成物)の乾燥を行った後、得られる吸水性樹脂粉末の表面架橋を行う本発明の優位性(物性向上、乾燥効率向上、粉砕負荷低減等)は明らかである。本発明に係る製造方法によれば、効率よく、物性に優れた吸水剤を製造することができる。
本発明によって得られる吸水剤は、紙オムツ等の衛生用品の吸収体用途に適している。本発明に係る中間体組成物は、含水ゲル状架橋重合体を中間体として得られる吸水剤の生産性及び物性を高める。

Claims (7)

  1. 単量体水溶液を重合させて、含水ゲル状架橋重合体を得る重合工程と、この重合工程後に乾燥助剤を添加して得られる乾燥助剤を含有する粒子状含水ゲル状架橋重合体を乾燥させる乾燥工程を含む、吸水剤の製造方法であって、
    上記乾燥助剤が、(a)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第4級窒素及び1個の酸基を有し且つベタイン構造を有する化合物、及び/又は、(b)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第3級窒素及び1個以上の酸基を有する化合物であり、
    上記化合物(a)及び(b)が、下記一般式(1)から(3)からなる群から選択される1以上であり、
    Figure 0006727301
    ただし、式(1)及び(2)において、R は飽和又は不飽和の炭素数が8以上20以下のアルキル基又は水酸基を有する炭素数が8以上20以下のアルキル基であり、mは1以上6以下の整数である。また、式(1)において、X はNH、炭素数が1以上4以下のアルキル基R を有するNR 、O又はSであり、xは0又は1であり、R 及びR は、それぞれ独立して、炭素数1以上4以下のアルキル基又は末端に水酸基を有する炭素数1以上4以下のアルキル基であり、yは0又は1であり、YはCOO、SO 、OPO(OR )O又はP(O)(OR )Oであり、R は水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基である。また、式(2)において、X 及びX は、それぞれ独立して、水素原子又はアルカリ金属、アンモニウム(但し、X 及びX が共に水素原子である場合は除く)である。また、式(1)及び(3)において、nは1以上6以下の整数であり、
    上記乾燥助剤の添加量が、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体のゲル固形分に対して、0.001質量%〜0.5質量%であり、
    上記乾燥工程を経て得られる吸水性樹脂粉末を表面架橋することを特徴とする、吸水剤の製造方法。
  2. 上記乾燥工程に供給される上記粒子状含水ゲル状架橋重合体の粒子径が、25μm以上2000μm以下である、請求項1に記載の製造方法。
  3. 上記乾燥工程の前に、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕するゲル粉砕工程を更に含んでおり、
    上記乾燥助剤が、上記ゲル粉砕工程の後に添加される、請求項1又は2に記載の製造方法。
  4. 上記乾燥工程における乾燥方法が攪拌乾燥である、請求項1からのいずれか1項に記載の製造方法。
  5. 上記乾燥工程に供給される粒子状含水ゲル状架橋重合体の重合率が70質量%以上であり、且つ、該粒子状含水ゲル状架橋重合体のゲルExtが20質量%以下である、請求項1からのいずれか1項に記載の製造方法。
  6. (a)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第4級窒素及び1個の酸基を有し且つベタイン構造を有する化合物、及び/又は、(b)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第3級窒素及び1個以上の酸基を有する化合物からなる乾燥助剤と、粒子状含水ゲル状架橋重合体とを含み、
    上記粒子状含水ゲル状架橋重合体が、重合後のゲル粉砕により形成された破断面を有しており、上記乾燥助剤がこの破断面に付着しており、
    上記化合物(a)及び(b)が、下記一般式(1)から(3)からなる群から選択される1以上であり、
    Figure 0006727301
    ただし、式(1)及び(2)において、R は飽和又は不飽和の炭素数が8以上20以下のアルキル基又は水酸基を有する炭素数が8以上20以下のアルキル基であり、mは1以上6以下の整数である。また、式(1)において、X はNH、炭素数が1以上4以下のアルキル基R を有するNR 、O又はSであり、xは0又は1であり、R 及びR は、それぞれ独立して、炭素数1以上4以下のアルキル基又は末端に水酸基を有する炭素数1以上4以下のアルキル基であり、yは0又は1であり、YはCOO、SO 、OPO(OR )O又はP(O)(OR )Oであり、R は水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基である。また、式(2)において、X 及びX は、それぞれ独立して、水素原子又はアルカリ金属、アンモニウム(但し、X 及びX が共に水素原子である場合は除く)である。また、式(1)及び(3)において、nは1以上6以下の整数であり、
    上記乾燥助剤の含有量が、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体のゲル固形分に対して、0.001質量%〜0.5質量%であることを特徴とする、吸水性樹脂の中間体組成物。
  7. 上記粒子状含水ゲル状架橋重合体の粒子径が25μm以上2000μm以下である請求項に記載の中間体組成物。
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