JP6800998B2 - 吸水性樹脂粉末の製造方法、並びに粒子状含水ゲルの乾燥装置及び乾燥方法 - Google Patents
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Description
〔1−1〕「吸水性樹脂」
本発明における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤を指し、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。
本発明における「ポリ(メタ)アクリル酸(塩)」とは、ポリ(メタ)アクリル酸及び/又はその塩を指し、主成分として(メタ)アクリル酸及び/又はその塩(以下、「(メタ)アクリル酸(塩)」とも称する)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。
「EDANA」は、European Disposables and Nonwovens Associationsの略称である。また、「ERT」は、EDANA Recommended Test Methodsの略称であり、吸水性樹脂の測定方法を規定した欧州標準である。本発明では、特に断りのない限り、ERT原本(2002年改定)に準拠して、吸水性樹脂の物性を測定する。
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、吸水性樹脂の無加圧下での吸水倍率(「吸水倍率」と称する場合もある)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)で3分間、水切りした後の吸水倍率(単位;g/g)のことをいう。なお、重合後の含水ゲルについては後述の方法で測定時間を24時間に変更し且つ固形分補正して、CRCを求める。
「Ext」は、Extractablesの略称であり、吸水性樹脂の水可溶分(吸水性樹脂中の水可溶分ポリマー量)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に添加し、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。なお、重合後の含水ゲルについては含水ゲル5.0gを使用し測定時間を24時間に変更し且つ含水ゲルを固形分補正して、水可溶分ポリマー量を測定する。
「Moisture Content」は、吸水性樹脂の乾燥減量で規定される含水率を意味する。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、本発明において、乾燥後の吸水性樹脂については、吸水性樹脂1.0gの180℃、3時間の乾燥減量で規定され、乾燥前の含水ゲルについては、含水ゲル2.0gの180℃、24時間の乾燥減量で規定される。
「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。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と同様の方法で測定される。なお、本発明において含水ゲルの粒度分布(PSD)は後述の方法で湿式に篩分級することで規定される。さらに、含水ゲルの固形分換算の粒径(μm)は含水ゲルの粒径(μm)とその固形分率(%)から後述の計算方法で規定される。
「AAP」は、Absorption Against Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下における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/cm2、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。また、荷重条件を4.83kPa(49g/cm2、0.7psi)に変更して測定する場合もある。なお、重合後の含水ゲルについては後述の方法で測定時間を24時間に変更し且つ固形分補正して、CRCを求める。
本明細書において、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。
本発明に係る吸水性樹脂粉末の製造方法は、加熱装置を用いて、吸水性樹脂の原料である単量体から得られる粒子状含水ゲル状架橋重合体を乾燥する乾燥工程を有している。好ましくは、この製造方法は、重合工程、(重合と同時または別途の)ゲル粉砕工程、(乾燥と同時または別途の)表面架橋工程、冷却工程並びに(乾燥後の及び/又は表面架橋後の)整粒工程を有している。その他には、単量体水溶液の調整工程、各種添加剤の添加工程、微粉除去工程及び微粉リサイクル工程を含んでいるのが好ましい。更に、目的に応じて各種の公知の工程を含むことができる。後述のように、本発明の製造方法では、乾燥工程以降の少なくとも一部の工程をコンパクト化ないし省略することができる。このコンパクト化した製造工程のフローが、図9及び10に例示されている。図9及び10の詳細については後述する。
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。なお、得られる吸水性樹脂の吸水性能が低下しない範囲で、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。
アクリル酸以外の単量体としては、重合して吸水性樹脂となり得る化合物であればよい。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酸基含有不飽和単量体;(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。
重合に使用される単量体は、重合の安定性から、好ましくは少量の重合禁止剤を含む。好ましい重合禁止剤はp−メトキフェノールである。単量体(特にアクリル酸及びその塩)中に含まれる重合禁止剤の量は、通常1〜250ppm、好ましくは10〜160ppm、より好ましくは20〜80ppmである。
アクリル酸および上記単量体の中でカルボキシル基等の酸基を有する酸基含有不飽和単量体を用いる場合、該酸基の一部又は全部が中和された中和塩を用いることができる。この場合、酸基含有不飽和単量体の塩としては一価のカチオンとの塩であることが好ましく、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種であることがより好ましく、アルカリ金属塩であることが更に好ましく、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種であることがより更に好ましく、ナトリウム塩が特に好ましい。
上記酸基含有不飽和単量体を中和するために使用される中和剤としては、特に限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム等の無機塩や、アミノ基やイミノ基を有するアミン系有機化合物等の塩基性物質が適宜選択されて用いられる。中和剤として、2種以上の塩基性物質が併用されてもよい。なお、本発明における単量体は、特に断りのない限り、中和塩を含む概念である。
吸水性能の観点から、酸基含有不飽和単量体とその中和塩の合計モル数に対する中和塩のモル数(以下、「中和率」と称する)は、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。
吸水性樹脂粉末の製造方法において、好ましくは内部架橋剤が用いられる。該内部架橋剤によって、得られる吸水性樹脂の吸水性能や吸水時のゲル強度等が調整される。
本発明に係る製造方法において、本発明の目的が達成される範囲内で、以下に例示する物質(以下、「その他の物質」と称する)を単量体水溶液に添加することもできる。
本工程において、単量体組成物中の単量体濃度(=総単量体量/(総単量体量+総重合溶媒量(通常は水))は、吸水性樹脂の物性及び生産性の観点から、好ましくは10質量%〜90質量%、より好ましくは20質量%〜80質量%、更に好ましくは30質量%〜70質量%、特に好ましくは40〜60重量%である。以下、単量体濃度を「モノマー濃度」と称する場合がある。
本発明で使用される重合開始剤は、重合形態等によって適宜選択されるため、特に限定されないが、例えば、熱分解型重合開始剤、光分解型重合開始剤、若しくはこれらの併用、又は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等が挙げられる。具体的には、米国特許第7265190号に開示された重合開始剤のうち、1種又は2種以上が用いられる。なお、重合開始剤の取扱性や吸水性樹脂の物性の観点から、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使用される。
なお、重合前の単量体水溶液中の溶存酸素を、昇温又は不活性ガスとの置換により低減させることも好ましい。例えば、溶存酸素は、好ましくは5ppm以下、より好ましくは3ppm以下、特に好ましくは1ppm以下に低減される。
本工程は、前記単量体水溶液を重合して、含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称する場合がある)を得る工程である。
重合形態としては、特に限定されない。吸水特性や重合制御の容易性等の観点から、好ましくは気相中の液滴重合、水溶液重合、逆相懸濁重合(ここで疎水性有機溶媒中の液滴重合も逆相懸濁の一例に含む)、より好ましくは水溶液重合、逆相懸濁重合、更に好ましくは水溶液重合が挙げられる。中でも、連続水溶液重合が特に好ましく、連続ベルト重合、連続ニーダー重合の何れでも適用される。具体的な重合形態として、連続ベルト重合は米国特許第4893999号、同第6241928号、米国特許出願公開第2005/215734号等に、連続ニーダー重合は米国特許第6987151号、同第6710141号等に、それぞれ開示されている。これらの連続水溶液重合を採用することで、吸水性樹脂の生産効率が向上する。
重合工程で得られる含水ゲル状架橋重合体の重合率は、次の粉砕工程で得られる粒子状含水ゲル状架橋重合体の加熱処理中の凝集抑制や、得られる吸水剤中の残存モノマー低減の観点から、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95重量%以上、更に好ましくは98重量%以上、特に好ましくは99重量%以上である。重合率が低い場合、回転型加熱装置で乾燥中の含水ゲルが凝集ないし付着しやすい傾向にある。重合率の上限は特に限定されないが、100質量%が理想的であるが、高い重合率には長い重合時間や厳しい重合条件が必要であり、生産性や物性面の低下を招くこともあり、上限は99.95重量%、さらに99.9重量%、通常99.8重量%程度で十分である。代表的には98〜99.99質量%であり、さらに好ましくは上記範囲である。なお、生産性向上のため、重合率90%質量以下の含水ゲルを重合装置から取り出して乾燥する技術も知られていたが(例えばWO2006/103227)、本発明者らによって、粒子状含水ゲルの加熱装置による乾燥では重合率の調整が重要であることが見出された。
本工程は、上記重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体を、重合と同時及び/又は重合後に粉砕して細粒化する工程であり、例えば、ニーダー、ミートチョッパー等のスクリュー押出し機、カッターミル等の装置により粉砕して、粒子状含水ゲル状架橋重合体(以下、「粒子状含水ゲル」)を得る工程である。好ましい粒径は後述する範囲であり、後述する乾燥工程で得られる粒状乾燥物又は表面架橋工程において得られる表面架橋された粒状乾燥物の形状及び大きさが、目的とする製品粒度に近づくように実施される。
ゲル粉砕エネルギー(Gel Grinding Energy,GGE)とは、特許文献36に記載され、含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕する際、ゲル粉砕装置が必要とする単位重量(含水ゲル状架橋重合体の単位重量)あたりの機械的エネルギーを意味し、ゲル粉砕装置が三相交流電力で駆動する場合、下記(式1)により算出される。
ここで、力率及びモーター効率は、ゲル粉砕装置の稼働条件等によって変化する装置固有の値であり、0〜1までの値をとる。ゲル粉砕装置が単相交流電力で駆動する場合、上記式中の31/2を1に変更することで算出される。上記(式1)において、電圧の単位は[V]、電流の単位は[A]、含水ゲルの重量の単位は[g]である。本発明で適用される好ましいゲル粉砕エネルギー(GGE)は特許文献36の範囲が適用できるが、特に制限されない。
本発明に係る製造方法において、好ましくは、ゲル粉砕工程で、含水ゲル又はその粉砕物である粒子状含水ゲルに、ゲル流動化剤が添加される。ゲル流動化剤の添加は、後述する乾燥工程及び表面架橋時の加熱処理工程において、粒子状含水ゲルを処理する場合に特に有効である。
具体的には、ゲル流動化剤に用いられる界面活性剤として、(1)ショ糖脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、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、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、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レンブロックコポリマー、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、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルのリン酸エステル、及びポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルのリン酸エステルなどのノニオン性界面活性剤、(2)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のアルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン;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のアルキルアミドプロピルベタイン、ラウリルヒドロキシスルホベタイン等のアルキルヒドロキシスルホベタイン、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等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などの両性界面活性剤、(3)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のアルキルアミノジ酢酸モノアルカリ金属などのアニオン性界面活性剤、(4)長鎖アルキルジメチルアミノエチル4級塩などのカチオン性界面活性剤等が挙げられる。これらのうち、2種以上を併用してもよい。
本発明に係る製造方法において、本発明の目的が達成される範囲内で、以下に例示する高分子滑剤を、上記単量体水溶液や含水ゲルに添加することができる。
ゲル流動化剤の種類と添加量とは目的とする粒子状含水ゲルの流動性などを考慮して選択される。得られる吸水性樹脂の吸収性物品(おむつ)での実使用における戻り量等から、最終製品の吸水性樹脂の表面張力が過度に低下しない種類や量のゲル流動化剤が好ましい。例えば、吸水性樹脂の表面張力(生理食塩水中に吸水性樹脂を分散させた分散液の表面張力)が、好ましくは55mN/m以上、より好ましくは60mN/m以上、更に好ましくは65mN/m以上となるように、ゲル流動化剤の種類及び量が選択される。この表面張力はWO2015/129917に記載の方法で測定される。表面張力をかかる範囲内にできるゲル流動化剤としては、特許文献28のベタイン系界面活性剤が例示される。
本工程は、粒子状含水ゲル(好ましくはゲル流動化剤を含む)を所望する固形分率まで乾燥させることで粒状乾燥物を得る工程、好ましくは乾燥させるとともに、造粒して、粒状乾燥造粒物を得る工程である。なお、本工程に供される粒子状含水ゲルは、前述した水溶液重合により得た含水ゲルを粉砕して得られるものに限定されず、例えば、逆相懸濁重合により得られてもよい。また、「粒状乾燥造粒物」とは、複数の吸水性樹脂粒子同士が、物理的又は化学的に付着することで形成された粒子状の乾燥物を意味し、乾燥前後の平均粒子径の向上や電子顕微鏡写真等から確認することができる。例えば、本発明に係る製造方法の乾燥工程で得られる粒状乾燥造粒物の電子顕微鏡写真の一例が、図11に示されている。以下、粒状乾燥造粒物を「造粒物」と称する場合がある。当該「固形分率」とは、乾燥減量(試料1g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。
本発明に係る製造方法では、従来多用された静置乾燥機(特に非特許文献1および特許文献17〜22などに記載の通気バンド式乾燥機)に代えて、乾燥工程における乾燥装置として、加熱装置が用いられる。この加熱装置は、その内部に粒子状含水ゲルを収容して回転する回転容器と、この回転容器の内部に位置して、その軸方向に延在し、かつこの回転容器とともに回転する複数の加熱管とを備えている。本願明細書において、この構成を有する加熱装置を、「回転型加熱装置」又は「加熱管付き回転型加熱装置」と称する場合がある。より好ましくは、この加熱装置は、その回転容器の外周面に、更に他の加熱手段を備えている。この加熱装置では、回転容器に収容された粒子状含水ゲルが、この容器の回転によって攪拌され、複数の加熱管との接触又は加熱管からの熱伝導によって、加熱される。複数の加熱管の輻射熱等により回転容器内面も加熱されるが、必要に応じて、粒子状含水ゲルは、回転容器の外周面に位置する加熱手段により、さらに加熱される。この加熱装置では、必要により撹拌翼等他の攪拌手段も併用されるが、主として、粒子状含水ゲルを収容する回転容器の回転及びこの回転容器とともに回転する複数の加熱管の作用によって、粒子状含水ゲルが容器内で流動するため、被乾燥物である粒子状含水ゲルに対する機械的及び熱的ダメージが少ない。これにより、乾燥工程における微粉発生及び物性劣化が抑制される。さらに、この加熱装置では、加熱管からの間接伝熱により乾燥されるため、熱風による乾燥(通気バンド式乾燥機や通気加熱式ロータリーキルン)のような乾燥物の飛散もなく、大量の廃ガス処理も要しないという利点がある。また、この加熱装置では、主として回転容器の回転により被乾燥物が流動するため、撹拌翼等で撹拌する連続攪拌乾燥機のように、粘着性を有する粒子状含水ゲルの撹拌に大きなエネルギーを要することもなく、乾燥後の吸水性樹脂の物性低下(例;吸水速度の低下、可溶成分の増加)、微粉発生、乾燥時の凝集等が回避されるという利点もある。
本発明に係る製造方法において、加熱装置2が備える加熱管12の配置は特に限定されず、吸水剤の製造量等に応じて適宜設定される。図3に示されるように、複数の加熱管12が、回転容器10の回転軸を中心とする円周上に、間隔を空けて配置されてもよく、図4に示されるように、回転容器10の回転軸を中心とする2以上(多重)の同心円上に、間隔を空けて配置されてもよい。また、複数の加熱管12が、回転容器10の回転軸から径方向外側に向かって、放射状に間隔を空けて配置されてもよい。複数の加熱管12を円周沿って多重に配置する場合、その数は目的に応じて選択されるが、好ましくは2〜10重、より好ましくは2〜8重、さらに好ましくは2〜5重に設置される。多重に配置することで、より広い伝熱面を有することとなり、粒子状含水ゲルのより効率的な乾燥が可能となる。
本発明に係る製造方法では、乾燥工程に図1−2に示される基本構成を備えた加熱装置を用いることにより、粒子状含水ゲル状架橋重合体の固形分換算による単位時間当たりの処理量(kg/hr)が7kg/hr以上、好ましくは50Kg/hr以上、より好ましくは100Kg/hr以上、特に好ましくは500Kg/hrの連続乾燥が可能となる。連続乾燥時間は好ましくは12時間以上、さらには24時間以上、特に240時間以上、1200時間以上の連続乾燥である。
粒子状含水ゲルに添加される添加剤48の例としては、前述されたゲル流動化剤及び高分子滑剤の他に、後述される表面架橋剤が挙げられる。本発明の効果が阻害されない限り、粒子状含水ゲルに他の添加剤48を添加してもよい。表面架橋剤の乾燥前さらには乾燥途中の添加によって乾燥時の付着も低減でき、さらに一般的な乾燥後の表面架橋効果(例えば加圧下吸水倍率の向上)も示すため、乾燥後の表面架橋工程も省略できる。
本発明に係る乾燥装置及び乾燥方法は上記であるが、より好ましくは、上記乾燥装置は本発明の課題を解決するために下記構造を有する。
本発明に係る乾燥装置及び乾燥方法は上記であるが、本発明の課題を解決するためにより好ましい乾燥方法は、以下の通りである。かかる乾燥方法は連続乾燥に限らず、回分式乾燥(特に繰り返しの回分式乾燥)にも適用でき、またゲル粉砕した粒子状含水ゲル状架橋重合体に限らず、ゲル粉砕を行わないで得られた吸水性樹脂の粒子状含水ゲル状架橋重合体、代表的には逆相懸濁重合や気相での液滴重合や噴霧重合で得られた吸水性樹脂の粒子状含水ゲル状架橋重合体にも適用できる。
本発明に係る製造方法において、乾燥工程に供される粒子状含水ゲルの温度(以下、ゲル温度と称する)は50℃以上である。このゲル温度は、加熱装置に設置された前述の接触温度計にて、測定される。接触温度計として、例えば、熱電対、白金測温体ないしバイメタル温度計、特に熱電対(例えばK線シース熱電対)が挙げられる。代表的には、ゲル温度は、材料層(粒子状含水ゲルや粒状乾燥物)の中心部(例えば、材料の厚みが10cmの場合は5cm前後の位置)にて測定される。加熱装置の内部での粒子状含水ゲルの流動性の観点から、このゲル温度は60℃以上が好ましく、70℃以上がより好ましく、80℃以上がさらに好ましく、90℃以上が特に好ましい。また温度が高すぎる場合、被乾燥物の着色や性能低下が見られる場合もあるため、好ましくは、ゲル温度は130℃以下、より好ましくは110℃以下、さらに好ましくは105℃以下である。これらの温度は、重合後の含水ゲルの温度(重合装置から排出される時の温度)や、重合後の各工程での加熱、保温又は反応熱(例えば、重合後の中和熱やゲル粉砕時の粉砕エネルギーや加熱)により調整してもよく、乾燥工程前に、別途加熱工程を設けて調整してもよい。ゲル流動化剤が、前述したゲル粉砕工程において添加される場合、乾燥工程に供される前に、所定のゲル温度となるように調整される。
乾燥工程に供される粒子状含水ゲルの含水率(以下、ゲル含水率と称する)は、下記実施例に記載した測定方法によって求められる。粒子状含水ゲルの流動性の観点から、ゲル含水率は25質量%以上が好ましく、30質量%%以上がより好ましく、35質量%以上がさらに好ましく、40質量%以上がよりさらに好ましく、43質量%以上が特に好ましい。過度の高濃度重合は吸水性樹脂の物性を低下させる可能性があり、乾燥効率及び吸収性能の観点から、ゲル含水率は75質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましく、55質量%以下が特に好ましい。
乾燥前の粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(以下、ゲル粒子径と称する)は、乾燥工程又は熱処理工程後の粒子径が最終製品である吸水剤の粒子径とほぼ同じようになることが好ましい。例えば、紙オムツなどの衛生材料で用いられる場合のゲル粒子径d1は、固形分換算で、好ましくは800μm以下、より好ましくは500μm以下、さらに好ましくは50μm〜500μm、よりさらに好ましくは100μm〜400μm、特に好ましくは100〜300μm、極めて好ましくは100〜200μmである。上記ゲル粒子径d1を上記範囲内とすることで、得られる粒状乾燥物の吸水速度も向上し、さらに装置内部における粒子状含水ゲルの流動性が向上する結果、乾燥効率が向上するという利点が得られる。すなわち、本発明における乾燥工程は、粒子径の小さい粒子状含水ゲルの乾燥、特に乾燥造粒に適用される。
乾燥前の粒子状含水ゲルのCRC(遠心分離機保持容量)は、乾燥重量換算で、好ましくは5g/g〜80g/g、より好ましくは10g/g〜50g/g、更に好ましくは15g/g〜45g/g、特に好ましくは20g/g〜40g/gである。また、乾燥前の粒子状含水ゲルの水可溶分ポリマー量(Ext)は、乾燥重量換算で、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、特に好ましくは5質量%以下である。粒子状含水ゲルのCRCや可溶分が高い場合、乾燥時の撹拌によって凝集や付着が進行する場合がある。従って、乾燥前の粒子状含水ゲルの吸水倍率及び可溶分は、低いことが好ましい。例えば、比較的低吸水倍率かつ低可溶分の粒子状含水ゲルを加熱装置に投入し、十分に高い温度(好ましくは、150℃以上、より好ましくは180℃以上)で、所定時間(好ましくは、所定温度で10分以上)加熱することで、得られる粒状乾燥物の可溶分及び吸水倍率を向上させる実施形態が好ましい。このように乾燥によって吸水倍率及び可溶分を増加させる方法として、上記ポリアルキレン単位を有する内部架橋剤の使用が例示される。
乾燥工程に供される乾燥前の粒子状含水ゲルの重合率は、乾燥重量換算で、好ましくは、90質量%以上であり、より好ましくは95質量%以上であり、更に好ましくは、98〜99.99質量%であり、理想的には、100%である。重合率が低いと乾燥時に凝集や付着の問題が生じる。従来、生産性向上のため、重合率90%以下で重合装置より取り出して乾燥する技術も知られていたが(例えばWO2006/103227)、本発明者らによって、粒子状含水ゲルの回転型加熱装置による乾燥では重合率が重要であることが見出された。
乾燥後に得られる粒状乾燥物の水可溶分ポリマー量(Ext)は、好ましくは、乾燥前の粒子状含水ゲルの水可溶分ポリマー量より大きい。乾燥後に得られる粒状乾燥物の水可溶分ポリマー量は、乾燥重量換算で、好ましくは+0.5質量%以上増加、より好ましくは+1〜20質量%の範囲で増加、さらに好ましくは+2〜10質量%の範囲で増加するように、含水ゲルの架橋密度(特に内部架橋剤の種類や量)や加熱乾燥条件などが調整される。
本工程は、重合後の含水ゲルやその乾燥物に、吸水性樹脂の官能基(特にカルボキシル基)と反応する表面架橋剤を添加して架橋反応させる工程である。この架橋反応により、主として、吸水性樹脂粒子の表面から架橋される。表面架橋は、後架橋又は2次架橋とも称される。本発明に係る製造方法では、本工程において、粒子状含水ゲル及び/又は粒状乾燥物(以下、吸水性樹脂と総称する場合がある)に表面架橋剤を添加して反応させる。本工程は、表面架橋剤添加工程と熱処理工程とを有し、必要に応じて熱処理工程後に冷却工程を有していてもよい。
本工程は、粒子状含水ゲル及び/又は粒状乾燥物に、表面架橋剤を添加する工程である。表面架橋剤は、乾燥前あるいは乾燥途中の粒子状含水ゲルに対して、あるいは、乾燥後の粒状乾燥物、さらには整粒後の粒状乾燥物に対して添加される。
吸水性樹脂の「含水率」とは、下記実施例に記載した測定方法によって求められる値である。なお、吸水剤の「含水率」は、測定条件が異なるだけで、理論的な考え方は吸水性樹脂の「含水率」と同じである。
上記表面架橋剤として、吸水性樹脂の複数の官能基(好ましくは複数のカルボキシル基)と反応しうる表面架橋剤、好ましくは共有結合またはイオン結合、さらには共有結合しうる表面架橋剤が使用される。具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、2−ブテン−1,4−ジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,2−シクロヘキサノール、トリメチロールプロパン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリオキシプロピレン、オキシエチレン−オキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール化合物;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ポリグリシジルエーテル、グリシドール、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテ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及びこれらの無機塩又は有機塩;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;ポリアジリジン等のアジリジン化合物;1,2−エチレンビスオキサゾリン、ビスオキサゾリン、ポリ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及びこれらの多価アミン付加物;オキセタン化合物;γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノブロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤;亜鉛、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄、ジルコニウム等の水酸化物、塩化物、硫酸塩、硝酸塩又は炭酸塩等の多価金属化合物;等が挙げられる。これらのうち、2種以上を併用してもよい。上記表面架橋剤の中でも、乾燥後または乾燥途中に表面架橋する場合、多価金属イオン、エポキシ系化合物、オキサゾリン系化合物、アルキレンカーボネート化合物から選択された1又は2以上が好ましく、乾燥途中に表面架橋する場合、エポキシ系化合物が好ましい。
上記表面架橋剤の添加量は、乾燥途中または乾燥後の吸水性樹脂の固形分に対して好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。また、下限値としては好ましくは0.001質量%である。
表面架橋剤を添加する回数は、乾燥途中あるいは乾燥後に1回でも複数回でもよい。2回以上添加する場合には、少なくとも最初の1回の表面架橋剤と接触する吸水性樹脂は前記の含水率と温度とを有することが好ましく、全ての接触において前記の含水率と温度とを有することがより好ましい。
本工程は、表面架橋剤を含有する吸水性樹脂を加熱処理して、表面架橋された粒状乾燥物、好ましくは表面架橋された粒状乾燥造粒物を得る工程である。
本工程では、前記表面架橋剤を含有する吸水性樹脂を100℃以上に加熱することで吸水剤が得られる。好ましい最高温度は、表面架橋剤の種類により異なるが、100〜250℃であり、より好ましくは120〜230℃であり、さらに好ましくは150〜210℃である。
熱処理工程の時間は、吸水性樹脂の含水率、表面架橋剤の種類、加熱装置の熱効率などから適宜設定すればよい。一応の目安としては、含水率が10質量%以下になるまで加熱すればよく、時間としては10〜120分間の範囲であり、好ましくは30〜90分間である。
本発明の目的が達成される限り、表面架橋工程に用いる加熱装置は特に限定されないが、加熱むらが発生しにくいとの観点から、固体−固体接触による伝導伝熱形式で撹拌機構を有する(以下、撹拌型の間接加熱式と称することがある)が好適に用いられる。なお、乾燥と同時に表面架橋される場合、上記加熱装置が表面架橋工程の加熱装置としても用いられる。
好ましくは、本発明に係る製造方法は、前述の乾燥工程又は表面架橋工程後、後述する整粒工程前に、粒状乾燥物又は表面架橋された粒状乾燥物を強制冷却して、所望の温度に調整するための冷却工程を有している。前述の加熱装置2において、表面架橋工程と乾燥工程とが一工程で実施される場合には、回転容器10において、表面架橋処理が適正になされ、かつ粒状乾燥物又は表面架橋された粒状乾燥物の固形分率又は含水率が所望の範囲に調整された後、冷却工程が実施される。
冷却工程において、粒状乾燥物又は表面架橋された粒状乾燥物を冷却する方法は、特に限定されない。好ましくは、通気伝熱式又は伝導伝熱式の冷却手段を有する連続冷却機が用いられる。
本工程は、粒状乾燥物又は表面架橋された粒状乾燥物の粒度を調整する工程である。この整粒工程によって、粒子径又は粒度分布がより積極的に制御された吸水性樹脂粉末が得られる。
微粉低減の観点から、整粒工程に供される粒状乾燥物又は表面架橋された粒状乾燥物の質量平均粒子径d2は、好ましくは200μm以上であり、より好ましくは300μm以上であり、更に好ましくは400μm以上、500μmである。解砕ステップの効率化の観点から、質量平均粒子径d2は2000μm以下、さらには1500μm以下、1000μm以下が好ましい。
表面架橋された粒状乾燥物がこの整粒工程に供される場合、その含水率は、好ましくは乾燥後の粒状乾燥物の含水率に関して前述した含水率の範囲である。
吸水性能の観点から、整粒工程を経て得られる吸水性樹脂粉末の質量平均粒子径d3は、好ましくは200μm以上であり、より好ましくは200〜600μm、さらに好ましくは250〜550μm、特に好ましくは300〜500μmである。
好ましくは、本発明に係る製造方法は、さらに、微粉リサイクル工程を有する。「微粉リサイクル工程」とは、分級ステップで除去された微粉をそのまま、又は微粉を造粒した後に何れかの工程に供給する工程を意味する。好ましくは、微粉又は微粉造粒物を、乾燥工程以前の工程に投入して再利用する工程である。乾燥工程以前の工程としては、上記重合工程で調整した重合前の単量体溶液、重合途中の含水ゲル、重合後の含水ゲルの粉砕工程、粒状含水ゲルの乾燥工程等が挙げられる。これらの工程に、微粉をそのまま添加してもよく、微粉を水で膨潤ゲル化ないし造粒してから添加してもよい。また、微粉とともに、水、架橋剤、水以外のバインダー(例;水溶性ポリマー、熱可塑性樹脂)、重合開始剤、還元剤、キレート剤、着色防止剤などを添加してもよい。例えば、水を添加する場合、微粉に対して1〜1000質量%、その他の化合物を添加する場合は、微粉に対して0.01〜10質量%の量で使用されることが好ましい。
好ましくは、この製造方法は、湿潤工程を更に有している。湿潤工程は、粒状乾燥物、表面架橋された粒状乾燥物又は吸水性樹脂粉末に、水を添加して、再湿潤する工程である。
本発明に係る製造方法においては、上記任意に使用される表面架橋剤やゲル流動化剤以外にも、その他添加剤として、乾燥前又は乾燥後に、無機微粒子、粉塵防止剤、乾燥した吸水性樹脂(微粉)、通液性向上剤等を、更に加えることが可能である。
本発明に係る製造方法は、上述した各工程以外に、必要に応じて、粉砕工程、分級工程、造粒工程、輸送工程、貯蔵工程、梱包工程、保管工程等を更に含んでもよい。
前述した通り、本発明の製造方法の乾燥工程では、目的とする製品粒度に近い粒状乾燥物又は表面架橋された粒状乾燥物が得られる。これにより、乾燥工程以降の少なくとも一部の工程をコンパクト化ないし省略することができる。
本発明に係る製造方法は、重合装置、ゲル粉砕装置及び乾燥装置を含む製造設備により実施される。好ましくは、この製造設備は、更に、冷却装置を備えている。この製造設備が、他の加熱装置、混合装置、乾燥装置、粉砕装置、分級装置、整粒装置等を備えてもよい。好ましくは、この製造設備は輸送手段を有しており、各装置がこの輸送手段により連結されている。
本発明に係る製造方法で得られる吸水性樹脂粉末(特に、表面架橋された吸水性樹脂粉末を吸水剤とも称する)については、該吸水性樹脂粉末又は該吸水剤を吸収性物品、特に紙オムツに使用する場合には、下記の(4−1)〜(4−5)に掲げた物性のうち、少なくとも1つ以上、好ましくは2つ以上、より好ましくは3つ以上、更に好ましくは全ての物性が、所望する範囲に制御されることが望まれる。以下の全ての物性が下記の範囲を満たさない場合、本発明の効果が十分に得られず、特に、紙オムツ一枚当たりの吸水剤の使用量が多い、所謂、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。
本発明の吸水性樹脂粉末(吸水剤)のCRC(遠心分離機保持容量)は、通常5g/g以上であり、好ましくは15g/g以上、より好ましくは25g/g以上である。上限値については特に限定されず、より高いCRCが好ましいが、他の物性とのバランスの観点から、好ましくは70g/g以下、より好ましくは50g/g以下、更に好ましくは40g/g以下である。
Ext(水可溶分ポリマー量)は、通常50質量%以下であり、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。下限については特に限定されないが、好ましくは0質量%、より好ましくは0.1質量%程度である。なお、本発明において「〜程度」とは測定値に対して±5%の誤差を含むことを意味する。
吸水性樹脂粉末(吸水剤)の含水率は、好ましくは0質量%を超えて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2質量%〜13質量%、特に好ましくは2質量%〜10質量%である。
吸水性樹脂粉末(吸水剤)の質量平均粒子径(D50)は、好ましくは200μm〜700μm、より好ましくは250μm〜600μm、更に好ましくは250μm〜500μm、特に好ましくは300μm〜450μmである。また、粒子径150μm未満の粒子の割合は、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは5質量%以下である。また、粒子径850μm以上の粒子の割合は、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。換言すれば、この吸水剤は、粒子径850μm未満の粒子を、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、更に好ましくは90質量%以上含む。粒度分布の対数標準偏差(σζ)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。
吸水性樹脂(吸水剤)のAAP(加圧下吸水倍率)は、好ましくは15g/g以上、より好ましくは20g/g以上、更に好ましくは22g/g以上、特に好ましくは23g/g以上、最も好ましくは24g/g以上である。上限値については特に限定されないが、好ましくは30g/g以下である。
吸水性樹脂粉末(吸水剤)の用途は、特に限定されないが、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用途が挙げられる。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の吸収体として使用することができる。更に、吸水剤は、吸水時間に優れ、かつ粒度分布が制御されているので、上記吸収体の上層部に使用する場合に、顕著な効果が期待できる。
(a)CRC(遠心分離機保持容量)
吸水性樹脂のCRC(遠心分離機保持容量)を、EDANA法(ERT441.2−02)に準拠して測定した。また、含水ゲルのCRC(遠心分離機保持容量)は、試料として含水ゲルを0.4gに、自由膨潤時間を24時間に、それぞれ変更した以外はEDANA法(ERT441.2−02)と同様の操作を行った。更に、別途含水ゲルの固形分率αを測定し、含水ゲル0.4g中の吸水性樹脂の乾燥質量を求め、下記(式2)にしたがって含水ゲルのCRCを算出した。
含水ゲルのExt(水可溶分)を、EDANA法(ERT470.2−02)に準拠して測定した。試料であるして含水ゲルの質量を5.0gに、攪拌時間を24時間に、それぞれ変更した以外はEDANA法(ERT470.2−02)と同様の操作を行った。更に、別途含水ゲルの固形分率αを測定し、含水ゲル5.0g中の乾燥質量を求め、下記(式3)にしたがって含水ゲルのExtを算出した。
乾燥された吸水性樹脂(吸水剤)の含水率を、EDANA法(ERT430.2−02)に準拠して測定した。なお、本発明においては、試料量を1.0g、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更して測定した。
吸水性樹脂粉末又は粒状乾燥物の粒度(粒度分布、質量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ))を、米国特許第7638570号のカラム27、28に記載された方法に準拠して測定した。
イオン交換水1000gに含水ゲル1.00gを投入し、300rpmで2時間攪拌した後に、ろ過することにより、不溶分を除去した。上記操作で得られたろ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。該単量体の量を残存モノマー量m(g)としたときに、下記(式4)にしたがって、重合率C(質量%)を求めた。
乾燥前の含水ゲルの含水率について、上記(c)において、含水ゲルを2.0gとしさらに乾燥時間を24時間として測定する。底面の直径が50mmのアルミカップに吸水性樹脂(含水ゲル)2.00gを投入した後、試料(吸水性樹脂及びアルミカップ)の総質量W1(g)を正確に秤量した。次に、上記試料を、雰囲気温度180℃に設定されたオーブン内に静置した。24時間経過後、該試料を上記オーブンから取り出し、総質量W2(g)を正確に秤量した。本測定に供された吸水性樹脂(含水ゲル)の質量をM(g)としたときに、下記(式6)にしたがって、吸水性樹脂(含水ゲル)の含水率(100−α)(質量%)を求めた。なお、αは吸水性樹脂(含水ゲル)の固形分率(質量%)である。
特許文献35(国際特許WO2016/204302号)に準じて、粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ)は以下の方法で測定した。
X;分級、水切り後に各篩上に残留した含水ゲルの質量%(%)
w;分級、水切り後に各篩上に残留した含水ゲルのそれぞれの質量(g)
W;分級、水切り後に各篩上に残留した含水ゲルの総質量(g)
R(α);固形分α質量%の吸水性樹脂に換算したときの篩の目開き(mm)
r;20質量%塩化ナトリウム水溶液中で膨潤した含水ゲル状架橋重合体(含水ゲル粒子)が分級された篩の目開き(mm)である。
特許文献35に準じて、上記(f)含水ゲルの含水率および(g)粒子状含水ゲルの質量平均粒子径から、乾燥後の粒子径(含水ゲル粒子の乾燥物に換算した重量平均粒子径)を下記に規定する。
GelD50:含水ゲル粒子の質量平均粒子径(μm)
GS:含水ゲル粒子の固形分率(質量%)
SolidD50:含水ゲル粒子の乾燥物に換算した質量平均粒子径(μm)
として、次式により定義される。
(式)SolidD50=GelD50×(GS/100)1/3
吸水性樹脂のVortex(吸水時間)は、以下の手順にしたがって測定した。先ず、予め調整された生理食塩水(0.9質量%塩化ナトリウム水溶液)1000質量部に、食品添加物である食用青色1号(ブリリアントブルー)0.02質量部を添加した後、液温を30℃に調整した。
吸水性樹脂の残存モノマー量を、EDANA法(ERT410.2−02)に準拠して測定した。
吸水性樹脂のAAP(加圧下吸水倍率)を、EDANA法(ERT442.2−02)に準拠して測定した。なお、測定に当たり、荷重条件を4.83kPa(0.7psi)に変更した。
アクリル酸300質量部、48質量%水酸化ナトリウム水溶液100質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均n数9)0.61質量部、0.1質量%ジエチレントリアミン5酢酸3ナトリウム水溶液16.4質量部、脱イオン水273.2質量部からなる単量体水溶液を作成した。
製造例1の第1ゲル粉砕において、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン水溶液を添加しなかった以外は、製造例1と同様にして、粒子状含水ゲルPG(2)を得た。この粒子状含水ゲルPG(2)は、界面活性剤を含まず、その含水率が44質量%、乾燥質量換算の平均粒子径d1が135μm、粒子径150μm以下の粒子の割合が約47質量%であった。粒子状含水ゲルPG(2)の物性は、下表1に示されている。
製造例1において、孔径3.2mmの多孔板を用いて第1ゲル粉砕をおこない、第2ゲル粉砕をおこなわなかったこと以外は、製造例1と同様にして、粒子状含水ゲルPG(3)を得た。この粒子状含水ゲルPG(3)の物性は、下表1に示されている。
製造例1において、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン水溶液の供給量を0.08質量%とし、孔径6.4mmの多孔板を用いて第1ゲル粉砕をおこない、第2ゲル粉砕をおこなわなかったこと以外は、製造例1と同様にして、平均粒子径の大きな粒子状含水ゲルPG(4)を得た。この粒子状含水ゲルPG(4)の物性は、下表1に示されている。
製造例1において、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン水溶液の供給量を0.08質量%とし、孔径9.5mmの多孔板を用いて第1ゲル粉砕をおこない、第2ゲル粉砕をおこなわなかったこと以外は、製造例1と同様にして、平均粒子径のより大きな粒子状含水ゲルPG(5)を得た。この粒子状含水ゲルPG(5)の諸物性は、下表1に示されている。
製造例1において、ポリエチレングリコールジアクリレートを0.42質量部とし、脱イオン水を236質量部として重合し、第1ゲル粉砕及び第2ゲル粉砕に孔径4.0mmの多孔板を使用した以外は、製造例1と同様にして、粒子状含水ゲルPG(6)を得た。この粒子状含水ゲルPG(6)の物性は、下表1に示されている。
製造例1の第1ゲル粉砕において、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインに代えて変性シリコーン(信越化学;商品名KF−101)を使用し、その供給量を0.50質量%とした以外は、製造例1と同様にして、粒子状含水ゲルPG(7)を得た。この粒子状含水ゲルPG(7)の物性は、下表1に示されている。
製造例1の第1ゲル粉砕において、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインに代えてポリエチレングリコール(重量平均分子量20000)を使用し、その供給量を2.00質量%とした以外は、製造例1と同様にして、粒子状含水ゲルPG(8)を得た。この粒子状含水ゲルPG(8)の物性は、下表1に示されている。
ゲル流動化剤A:ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン水溶液(濃度3.1質量%)
ゲル流動化剤B:変性シリコーン(信越化学社製の商品名「KF−101」)
ゲル流動化剤C:ポリエチレングリコール(PEG20000、Mw20000)
製造例1で得られた粒子状含水ゲルPG(1)(Particulate Gel)を、図1−2に示される基本構成を備えた乾燥装置(加熱管付き回転型加熱装置)を用いて乾燥した。この乾燥装置は、その内部に回転軸方向に延在する10本の加熱管と2枚の障壁(中心部に一つの円形開口部を有するドーナツ状の仕切り板、開口率50%)とを有する円筒状の回転容器(容積100L)を備えており、投入部から取り出し口に向かって、0.6°の下向きの傾斜が付けられている。さらに、回転容器内の取り出し口側の端部には、中心に一つの円形開口部(開口率24%)を有するドーナツ状の仕切り板(別称;排出堰)を有している。はじめに、各加熱管に2.7MPa(温度228.1℃)の水蒸気を導入して、回転容器内部(接触温度計で規定)を予め200℃超に加熱した後、さらに回転容器の外壁もトレスで十分に加熱した。次いで、乾燥装置に製造例1で得られた95℃の粒子状含水ゲルPG(1)を15kg/hで供給し、フルード数Fr0.07となるように回転容器を回転させて、平均滞留時間50分で連続乾燥を行った。乾燥時、回転容器の内部の外気に対する気圧差が−20Paであり、排気露点が90℃となるように、空気(キャリアーガス;140℃)の供給量及び排気量を調整した。なお、乾燥装置の複数箇所から、回転容器内部の含水ゲルをサンプリングして、その固形分率を測定したところ、乾燥中の含水ゲルは、回転容器の中間2箇所に設置された2枚のドーナツ状の障壁(開口率50%)により、固形分率約約90質量%及び約95質量%を境界として、3つの領域に区分されていた。乾燥後、取り出し口で採取した乾燥物(1)の温度は200℃であり、その大部分が造粒粒子であった。この乾燥物(1)は、固形分率98.5質量%、質量平均粒子径(d2)625μm(d2/d1=4.8)、粒子径850μm以下の粒子の割合が乾燥重量換算で68質量%、粒子径150μm未満の粒子の割合が2.5質量%であった。この乾燥物(1)中の乾燥重量換算の微粉量(粒子径150μm未満の粒子の割合)は、粒子状含水ゲルPG(1)中の微粉量53質量%に対して約1/21に低減された。つまり、乾燥工程のみで、目的とする一般的な製品粒度(850〜150μm)の乾燥物(乾燥造粒物)65.5質量%が得られ、微粉量は僅か2.5質量%であった。
製造例1で得られた粒子状含水ゲルPG(1)を、図9に示される基本構成を備えたバンド式乾燥機を用いて乾燥した。始めに、この乾燥機の通気板(パンチングメタル)に厚み約10cmになるように粒子状含水ゲル(1)を散布し、熱風185℃で35分間乾燥させた。乾燥機の出口で得られた乾燥物(2)は、含水ゲル粒子が一枚板のブロック状(横幅はほぼ乾燥ベルトの幅に相当し、長さはエンドレス、厚みは数cm)に一体化して固まっていた。ここで、乾燥物(2)は一枚板のブロック状であるため、目的とする製品粒度(850−150μm)の収率は0%であった。さらに、熱風が上下に通気する厚み方向で乾燥度合の差異が見られた。
実験例2で得られたブロック状の乾燥物(2)を解砕機(第1粉砕機)で粗砕した後、実験例1で用いた1段ロールミルを使用して、同様の条件にて粉砕を試みたが、ロールに粗砕物が噛み込まなかった。従って、乾燥物(2)を、実験例1のコンパクトな粉砕方法で粉砕することはできなかった。結果を表2及び3に示す。
実験例2で得られたブロック状の乾燥物(2)を解砕機(第1粉砕機)で粗砕した後、実験例1で用いた1段のロールミル(第2粉砕機)を使用して、疎砕物が噛み込むようにロールの隙間を調整して粉砕した。得られた吸水性樹脂粉末(4)は、質量平均粒子径d3が780μm、粒子径850μmを超える粒子の割合が44質量%、粒子径150μm未満の粒子の割合が5質量%、850−150μmの粒子の割合が51質量%であり、目的とする製品粒度(850−150μm、平均粒径400μm)の吸水性樹脂粉末は得られなかった。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、粒子状含水ゲルPG(1)を、ゲル温度95℃から60℃に冷却して乾燥装置に投入した以外は、実験例1と同様にして連続乾燥をおこなって、吸水性樹脂粉末(5)を得た。乾燥工程で得た乾燥物(5)には、一部に凝集見られた。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、粒子状含水ゲルPG(1)に代えて、製造例2の粒子状含水ゲルPG(2)を用いた以外は、実験例1と同様にして、撹拌乾燥を行った。実験例6では、回転容器の内壁や加熱管の表面に含水ゲルが付着して堆積し、未乾燥ゲルが排出されたため、安定した連続乾燥ができなかった。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、粒子状含水ゲルPG(1)を、ゲル温度95℃から35℃に冷却して乾燥装置に投入した以外は、実験例1と同様にして攪拌乾燥を試みたが、粒子状含水ゲルの凝集が激しく、乾燥装置への連続供給ができなかったため、安定した連続乾燥が実施できなかった。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、加熱管のみを水蒸気で十分に加熱した後、回転容器の内表面が150℃まで予熱される前に粒子状含水ゲルPG(1)を投入した以外は、実験例1と同様にして連続乾燥をおこなった。回転容器内表面の予熱がない場合、乾燥開始直後に含水ゲルが回転容器の内壁及び加熱管の表面管に付着し、さらに含水ゲルが凝集したため、同じ乾燥時間では一部に未乾燥物が発生した。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、乾燥装置の各加熱管に導入する水蒸気を2.7MPa(温度228.1℃)から1.0MPa(温度180℃)に変更した以外は、実験例1と同様にして連続乾燥を行って、吸水性樹脂粉末(9)を得た。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、乾燥装置の各加熱管に導入する水蒸気を2.7MPa(温度228.1℃)から0.36MPa(温度140℃)変更した以外は、実験例1と同様にして連続乾燥を行った。熱媒温度140℃の場合、含水ゲルが回転容器の内壁及び加熱管の表面管に付着して堆積し、さらに未乾燥ゲルが排出されたため、安定した連続乾燥ができなかった。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、粒子状含水ゲルPG(1)(可溶分6%)に代えて、製造例6で得た粒子状含水ゲルPG(6)(可溶分11%)を使用した以外は、実験例1と同様にして連続乾燥を行って、吸水性樹脂粉末(11)を得た。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、ドーナツ状の仕切り板が設置されていない乾燥装置を用いた以外は、実験例1と同様にして連続乾燥を行って、吸水性樹脂粉末(12)を得た。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、乾燥装置の2枚のドーナツ状仕切り板のうち、投入口に近い仕切り板1枚のみを用いた以外は、実験例1と同様に連続乾燥を行って、吸水性樹脂粉末(13)を得た。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、図1−2を基本構成とする乾燥装置に代えて撹拌乾燥機(パドルドライヤー)を使用し、熱媒温度210℃とした以外は、実験例1と同様にして連続乾燥をおこなったところ、乾燥中に含水ゲルが凝集した。また、得られた乾燥物は、実験例1で用いた1段ロールミルで、同様の条件で粉砕することができないものであった。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、図1−2を基本構成とする乾燥装置に代えて、流動層乾燥機を使用し200℃の熱風にて連続乾燥を試みたが、含水ゲルの凝集が生じた。乾燥機の風速を調整するだけでは、含水ゲルの凝集を抑制することができず、連続流動層乾燥を行うことができなかった。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、フルード数Frを0.16に変更した以外は、実験例1と同様にして連続乾燥を行って、吸水性樹脂粉末(16)を得た。結果を表2及び3に示す。
実験例1の乾燥装置において、乾燥途中の粒子状含水ゲルPG(1)に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.16質量%及び水2質量%を含む表面架橋剤溶液2.6質量%を噴霧添加した以外は、実験例1と同様にして、吸水性樹脂粉末(17)を得た。表面架橋剤添加時の含水ゲルは、含水率30質量%、温度110℃であった。結果を表2及び3に示す。
実験例1及び17において、乾燥途中の粒子状含水ゲルPG(1)が含水率20質量%、温度130℃になった時点で、実験例17に記載の表面架橋剤溶液2.6%を噴霧添加した以外は、実験例1及び17と同様にして吸水性樹脂(18)を得た。結果を表2及び3に示す。
実験例1及び17において、乾燥途中の粒子状含水ゲルPG(1)が含水率40質量%、温度110℃になった時点で、実験例17に記載の表面架橋剤溶液2.6%を噴霧添加した以外は、実験例1及び17と同様にして吸水性樹脂(19)を得た。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、乾燥前の粒子状含水ゲルPG(1)(含水率56質量%、温度95℃)に、実験例17に記載の表面架橋剤水溶液2.6%を噴霧添加した以外は、実験例1及び17と同様にして吸水性樹脂(20)を得た。結果を表2及び3に示す。
実験例1において得られた吸水性樹脂粉末(1)(850−150μm;94質量%、150μm未満;6質量%)を、さらに目開き150μmの篩で10分間分級して、6質量%の微粉を採取した。次いで、採取した微粉の全量を、製造例1の重合工程にリサイクルした以外は、製造例1及び実験例1と同様にして、吸水性樹脂粉末(21)を得た。モノマー溶液に6質量%の微粉を回収したことにより、吸水性樹脂粉末(21)のCRCは、吸水性樹脂粉末(1)のCRCと比較して、3g/g低下した。
実験例2において得られた吸水性樹脂粉末(2)(850−150μm;87質量%、150μm未満;12質量%)から微粉12質量%を採取した。次いで、採取した微粉の全量を、製造例1の重合工程にリサイクルした以外は、製造例1及び実験例1と同様にして、吸水性樹脂粉末(22)を得た。モノマー溶液に12質量%の微粉を回収したことにより、吸水性樹脂粉末(22)のCRCは、吸水性樹脂粉末(1)のCRCと比較して、5g/g低下した。
実験例1において、粒子状含水ゲルPG(1)に代えて、製造例3−5で得た粒子状含水ゲルPG(3)−PG(5)をそれぞれ使用した以外は、実験例1と同様に乾燥を行って、吸水性樹脂粉末(23)−(25)を得た。結果を表2及び3に示す。
実験例1において、粒子状含水ゲルPG(1)に代えて、製造例7及び8で得た粒子状含水ゲルPG(7)及びPG(8)をそれぞれ使用した以外は、実験例1と同様に乾燥を行って、吸水性樹脂粉末(27)及び(28)を得た。結果を表2及び3に示す。
実験例1で得られた吸水性樹脂粉末(1)について、さらに分級して850−160μmの篩分を採取した後、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.2質量%及び水3質量%を含む表面架橋剤溶液を噴霧し、150℃で30分間加熱することにより、表面架橋された吸水性樹脂粉末(28)(別称;吸水剤)を得た。吸水性樹脂粉末(28)のCRCは33g/gであり、AAPは24g/gであった。
実験例1で得られた吸水性樹脂粉末(1)を用いて、実験例1の手法で追加の乾燥を行った。実験例1と同様に、乾燥装置内部への付着や乾燥物の凝集は見られなかった。
実験例1で得られた吸水性樹脂粉末(1)を用いて、実験例8の手法で内壁の追加の乾燥を行った。実験例8と異なり、回転容器の内表面の温度が低き場合にも付着は見られなかった。
実験例1で得られた吸水性樹脂粉末(1)の水分量を10質量%に調整して、実験例8の手法で追加の乾燥を行った。実験例8と異なり、回転容器の内表面の温度が低き場合にも付着は見られなかった。
R:乾燥装置(加熱管付き回転型加熱装置)
B:通気バンド式乾燥機
M:攪拌型乾燥機(パドルドライヤー)
F:流動層型乾燥機
(*1)粒子状含水ゲルがブロック状に一体化して乾燥された。
(*2)乾燥機内部への含水ゲルの付着による乾燥不良。
(*3)粒子状含水ゲルの凝集による乾燥不良。
(*4)粒子状含水ゲルの凝集による粉砕不良。
(1)実験例1(回転型加熱装置)と実験例2〜4(通気バンド式乾燥機)との対比から、従来の通気バンド式乾燥機に比べて、本発明に係る製造方法では、回転型加熱装置の使用により、粉砕工程及び分級工程を省略ないし各装置を小型化しても、微粉量の少ない吸水性樹脂粉末が得られることが分かる。さらに、実験例2の残存モノマー890ppmに対し、実施例1では250ppmであり、本発明に係る製造方法によって、残存モノマーも低減されることがわかる。また、本発明の製造方法に用いる回転型加熱装置では、従来の通気バンド式乾燥機で見られた未乾燥物の問題や、粉こぼれ問題、厚みの方向での乾燥状態の差異もないため、物性に優れた吸水性樹脂が得られることが分かる。
(2)実験例1(ゲル流動化剤添加)と実験例6(ゲル流動化剤無添加)との対比から、従来の通気バンド式乾燥機と異なり、回転型加熱装置による乾燥では、ゲル流動化剤の添加が有効であることが分かる。
(3)実験例1(回転容器の内表面の予熱有り)と実験例8(回転容器の内表面の予熱無し)との対比から、従来の通気バンド式乾燥機と異なり、本発明に係る製造方法(さらには乾燥開始方法)では、回転容器の内表面の予熱が有効であることが分かる。さらに、実験例29〜31から回転容器の内表面の予熱は吸水性樹脂の含水ゲルの乾燥には有効であるが、一定含水率以下の吸水性樹脂では特に不要であることもわかる。
(4)実験例1(ゲル温度95℃)、実験例5(同60℃)と実験例7(同35℃)との対比から、従来の通気バンド式乾燥機と異なり、本発明に係る製造方法では、回転型加熱装置に投入する粒子状含水ゲルのゲル温度が重要であることが分かる。
(5)回転型加熱装置による実験例1(熱媒温度228℃)、実験例9(同180℃)及び実験例10(140℃)と、通気バンド式乾燥機による実験例2(同185℃)との対比から、従来の通気バンド式乾燥機と異なり、本発明に係る製造方法では、回転型加熱装置の熱媒温度の調整が有効であることが分かる。
(6)実験例1(Fr=0.07)及び実験例16(Fr=0.16)の対比から、本発明に係る製造方法では、回転型加熱装置のフルード数Frの調整により、粒度をさらなる制御が可能であることが分かる。
(7)実験例1(回転型加熱装置)、実験例14(パドルドライヤー)、実験例2(通気バンド式乾燥機)及び実験例15(流動層乾燥機)との対比から、同じ粒子状含水ゲルPG(1)の連続乾燥において、攪拌型乾燥機(パドルドライヤー)及び流動層乾燥機では凝集が進行して連続乾燥が困難であること、通気バンド式乾燥機ではブロック状乾燥物となることが分かる。実験例2〜4に示すように、粗大な乾燥物やブロック状乾燥物が生じる場合、乾燥後の粉砕装置や分級装置が大型化するだけでなく、粉砕に伴う微粉量も増大する。微粉量の増大は、その後そのまま表面架橋する場合、表面架橋後の性能の低下を意味し、または微粉リサイクルする場合も微粉の分級やリサイクル工程の大型化を意味し、さらに、リサイクル方法によっては吸水性能も低下させる。
(8)実験例1(含水ゲルへの表面架橋剤無添加)、実験例17〜19(乾燥途中、表面架橋剤添加時のゲル含水率30%、20%及び40%)及び実験例20(乾燥前の含水ゲルに表面架橋剤添加)との対比から、表面架橋剤を乾燥途中の粒子状含水ゲル(特に含水率20〜40%の時点)で添加することで、乾燥時の凝集が抑制され、さらに加圧下吸水倍率も20g/g以上に向上する。かかる加圧下吸水倍率は、乾燥後の粉砕分級物を表面架橋した従来の吸水性樹脂粉末と同様の水準である。つまり、本発明に係る製造方法において、回転型加熱装置を用いて乾燥途中の粒子状含水ゲルに表面架橋剤を添加することで、乾燥と同時に従来の表面架橋構造が形成されることが分かる。すなわち、本発明の方法では、乾燥と同時に表面架橋を実施することも可能であり、上記実験例1に記載したように、乾燥後の粉砕及び分級工程のコンパクト化(図9)、微粉量低減及び微粉回収工程の削減ないしコンパクト化に加えて、乾燥後の粉砕分級物の表面架橋工程及び表面架橋後の分級工程も完全に省略することができる(図10)。つまり、本発明に係る製造方法では、従来の表面架橋工程以降の工程を完全に省略した工程数の少ない非常にコンパクトなプロセスも可能であることが分かる。(従来技術の製造方法による[図8]では13工程かつ多量の微粉回収工程に対して、本発明の製造方法による[図10]では6工程かつ少量の微粉回収工程である)。
(9)実験例1(ベタイン系界面活性剤)、実験例26(シリコーン系)及び実験例27(PEG)との対比より、本発明に係る製造方法では、ゲル流動化剤として、各種界面活性剤や高分子滑材(PEG)の使用が有効であることが分かる。
(10)実験例1(可溶分6%)と実験例11(同11%)との対比から、本発明に係る製造方法では、粒子状含水ゲルの可溶分によって、得られる吸水性樹脂粉末の粒度を制御できることが分かる。
(11)粒子状含水ゲルの撹拌乾燥による実験例1と実験例8との対比、及び吸水性樹脂粉末の撹拌乾燥による再乾燥の実験例29〜31との対比から、回転容器の内表面の温度による付着への影響は、乾燥前の含水率の高い吸水性樹脂(含水ゲル)に顕著であり、吸水性樹脂の粒子状含水ゲルの乾燥開始時(Start−up)には、加熱管以外の温度にも留意することが大事であると分かる。
(12)実験例21と実験例22との対比から重合時のモノマーへの微粉回収量が増大すると、吸水倍率(CRC)がより低下することが分かる。
(13)実験例1(遮蔽2箇所)、実験例13(遮蔽1箇所)、実験例12(遮蔽なし)との対比より、遮蔽の設置が好ましいことが分かる。
4・・・主部
6・・・投入部
8・・・取り出し部
10・・・回転容器
11、11a、11b・・・障壁
12・・・加熱管
14・・・第一歯車
16・・・第二歯車
18・・・パッキン
20・・・主筒
22・・・ホッパー
26・・・パイプ
28・・・インナースペース
36・・・ノズル
40・・・取り出し口
44・・・スチーム入口
46・・・ドレーン
48・・・添加剤
100・・・通気バンド式乾燥機
102・・・乾燥ベルト
104・・・含水ゲル
106・・・通気方向
108・・・乾燥ベルトの移動方向
110・・・乾燥重合体
Claims (48)
- 吸水性樹脂の原料である単量体を含む単量体水溶液を重合して得られた粒子状含水ゲル状架橋重合体を、加熱装置を用いて乾燥して粒状乾燥物を得る乾燥工程を含んでおり、
上記加熱装置が、その内部に上記粒子状含水ゲル状重合体を収容して回転する回転容器と、この回転容器の内部に位置して、その軸方向に延在し、かつこの回転容器とともに回転する複数の加熱管とを備えており、
上記乾燥工程に供される粒子状含水ゲル状架橋重合体の、接触温度計にて測定されるゲル温度が50℃以上である吸水性樹脂粉末の製造方法。 - 上記加熱管に150℃以上の熱媒を供給する請求項1に記載の製造方法。
- 上記回転容器の内表面の温度が150℃以上である請求項1又は2に記載の製造方法。
- 上記粒子状含水ゲル状架橋重合体が投入される前に、上記回転容器の内表面の温度を150℃以上とする請求項1〜3の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記回転容器内に熱媒としてガスを導入し、上記回転容器の内表面の温度が、当該ガスの温度より高い請求項1〜4の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記回転容器内に導入するガスの温度が100℃以上である請求項5に記載の乾燥方法。
- 上記粒状乾燥物を冷却する冷却工程をさらに有する請求項1〜6の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記乾燥工程において、上記回転容器に収容された粒子状含水ゲル状架橋重合体の加熱乾燥中に添加剤を添加する請求項1〜7の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記添加剤が表面架橋剤である請求項8に記載の製造方法。
- 上記粒子状含水ゲル状架橋重合体がゲル流動化剤を含んでいる請求項1〜9の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記乾燥工程に供される粒子状含水ゲル状架橋重合体のゲル温度が、60〜120℃である請求項1〜10の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記乾燥工程に供される粒子状含水ゲル状架橋重合体の粒子径d1が800μm以下である請求項1〜11の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記複数の加熱管に0.49MPa以上の水蒸気を導入する請求項1〜12の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記加熱装置のフルード数Frが0.001〜1である請求項1〜13の何れか1項に記載の製造方法。
- 吸水性樹脂の原料である単量体から得られる粒子状含水ゲル状架橋重合体の乾燥装置であって、
上記乾燥装置が、その内部に上記粒子状含水ゲル状架橋重合体を収容して回転する回転容器と、この回転容器の内部に位置して、その軸方向に延在し、かつこの回転容器とともに回転する複数の加熱管と、この回転容器の内部にガスを導入及び排出する手段を備えており、
上記加熱管の数が、5本以上であり、この加熱管が、軸方向において、上記回転容器の内表面と接触しておらず、
上記回転容器の外周面に、加熱手段又は保温手段を有している乾燥装置。 - 上記回転容器が、その一端から他端に向かって傾斜している請求項15に記載の乾燥装置。
- 上記回転容器の内部に、少なくとも1つの障壁が設けられている請求項15又は16に記載の乾燥装置。
- 上記障壁の開口率が1〜90%である請求項17に記載の乾燥装置。
- 上記加熱管の外周面の表面積と上記回転容器の内周面の面積との和である伝熱面積の、この回転容器の有効容積に対する比(伝熱面積/有効容積)が、10m−1以上である請求項15〜18の何れか1項に記載の乾燥装置。
- 上記回転容器の内部に、この回転容器に収容された粒子状含水ゲル状架橋重合体に添加剤を添加するための添加手段を、少なくとも1以上有している請求項15〜19の何れか1項に記載の乾燥装置。
- 上記添加手段が噴霧装置である請求項20に記載の乾燥装置。
- 上記複数の加熱管が、上記回転容器の回転軸から径方向外側に向かって、放射状に間隔を空けて配置されている請求項15〜21の何れか1項に記載の乾燥装置。
- 上記複数の加熱管が、上記回転容器の回転軸を中心とする2以上の同心円上に、間隔を空けて配置されている請求項15〜22の何れか1項に記載の乾燥装置。
- 請求項15〜23の何れか1項に記載の乾燥装置を用いて、吸水性樹脂の原料である単量体から得られる粒子状含水ゲル状架橋重合体を乾燥して粒状乾燥物を得る乾燥方法であって、
上記回転容器内に熱媒としてガスを導入し、該乾燥装置に投入される粒子状含水ゲル状架橋重合体のゲル温度が50℃以上であり、
上記回転容器の内表面の温度が150℃以上である乾燥方法。 - 上記粒子状含水ゲル状架橋重合体が投入される前の、上記回転容器の内表面の温度が150℃以上である請求項24に記載の乾燥方法。
- 上記回転容器に熱媒としてガスを導入し、このガスの温度が、上記回転容器の内表面の温度より低い請求項24又は25に記載の乾燥方法。
- 上記粒子状含水ゲル状架橋重合体を連続式で乾燥する請求項24〜26の何れか1項に記載の乾燥方法。
- 上記乾燥装置に投入される粒子状含水ゲル状架橋重合体がゲル流動化剤を含む請求項24〜27の何れか1項に記載の乾燥方法。
- 上記乾燥装置に投入される粒子状含水ゲル状架橋重合体の質量平均粒子径が800μm以下である請求項24〜28の何れか1項に記載の乾燥方法。
- 上記回転容器内に導入されるガスが100℃以上である請求項24〜29の何れか1項に記載の乾燥方法。
- 上記回転容器の内部に添加手段を有しており、この添加手段を用いて、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体に添加剤が添加される請求項24〜30の何れか1項に記載の乾燥方法。
- 上記添加剤が表面架橋剤である請求項31に記載の乾燥方法。
- 上記表面架橋剤を、含水率が10〜50質量%の粒子状含水ゲル状架橋重合体に添加する請求項32に記載の乾燥方法。
- 上記回転容器の内部の圧力と大気圧との差が、0kPa超5kPa以下である請求項24〜33の何れか1項に記載の乾燥方法。
- 上記回転容器のフルード数が0.001〜1である請求項24〜34の何れか1項に記載の乾燥方法。
- 上記回転容器内へのガスの導入量が、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体の固形分換算による単位時間当たりの処理量(kg/hr)に対して、0.05Nm3/kg〜20Nm3/kgである請求項24〜35の何れか1項に記載の乾燥方法。
- 乾燥装置を含む吸水性樹脂粉末の製造設備であって、
吸水性樹脂の原料である単量体から含水ゲル状架橋重合体を得る重合装置と、
上記含水ゲル状架橋重合体を粉砕して粒子状含水ゲル状架橋重合体を得るゲル粉砕装置と、を備えており、
記乾燥装置が、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体を乾燥して粒状乾燥物を得るものであり、
上記乾燥装置が、その内部に上記粒子状含水ゲル状架橋重合体を収容して回転する回転容器と、この回転容器の内部に位置して、その軸方向に延在する複数の加熱管とを備えており、
上記乾燥装置が、上記回転容器の内部にガスを導入及び排出する手段を有している吸水性樹脂粉末の製造設備。 - 上記粒状乾燥物を冷却する冷却装置をさらに備えている請求項37に記載の製造設備。
- 上記回転容器が、その一端から他端に向かって傾斜している請求項37又は38に記載の製造設備。
- 上記回転容器の内部に、少なくとも1つの障壁が設けられている請求項37〜39の何れか1項に記載の製造設備。
- 上記複数の加熱管が、上記回転容器の回転軸から径方向外側に向かって、放射状に間隔を空けて配置されている請求項37〜40の何れか1項に記載の製造設備。
- 上記複数の加熱管が、上記回転容器の回転軸を中心とする2以上の同心円上に、間隔を空けて配置されている請求項37〜41の何れか1項に記載の製造設備。
- 上記乾燥装置が、上記回転容器の外周面に、加熱手段又は保温手段を有している請求項37〜42の何れか1項に記載の製造設備。
- 上記乾燥装置が、上記回転容器の内部に、この回転容器に収容された粒子状含水ゲル状架橋重合体に添加剤を添加するための添加手段を、少なくとも1以上有している請求項37〜43の何れか1項に記載の製造設備。
- 上記添加手段が噴霧装置である請求項44に記載の製造設備。
- 請求項24〜36の何れか1項に記載の乾燥方法を含む、吸水性樹脂粉末の製造方法。
- 請求項46に記載の吸水性樹脂粉末の製造方法であって、
吸水性樹脂の原料である単量体を含む単量体水溶液を重合して、含水ゲル状架橋重合体を得る重合工程と、
上記含水ゲル状架橋重合体を粉砕して、粒子状含水ゲル状架橋重合体を得るゲル粉砕工程と、を更に含む吸水性樹脂粉末の製造方法。 - 上記粒状乾燥物を冷却する冷却工程をさらに有する、請求項46又は47に記載の製造方法。
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