JP6837137B2 - 高吸水性樹脂およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2017年12月14日付の韓国特許出願第10−2017−0172277号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
前記ベース樹脂粉末上に形成されており、前記第1架橋重合体が表面架橋剤を媒介として追加架橋された第2架橋重合体を含む表面架橋層を含む高吸水性樹脂であって、
遠心分離保水能(CRC)が26g/g以上であり、
0.7psiの加圧下吸水能(0.7AUP)が18g/g以上であり、
加圧通液性(PDAUP)が15g/g以上であり、
Vortex測定方法により測定した吸収速度が80秒以下であり、
anticaking効率が30%以上である、高吸水性樹脂。
前記第1架橋重合体を構成する水溶性エチレン系不飽和単量体は、高吸水性樹脂の製造に通常使用される任意の単量体でありうる。非制限的な例として、前記水溶性エチレン系不飽和単量体は、下記の化学式1で表される化合物でありうる:
[化学式1]
R1−COOM1
前記化学式1において、
R1は不飽和結合を含む炭素数2〜5のアルキルグループであり、
M1は水素原子、1価または2価金属、アンモニウム基または有機アミン塩である。
その他にも、前記単量体としては、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、2−アクリロイルエタンスルホン酸、2−メタアクリロイルエタンスルホン酸、2−(メト)アクリロイルプロパンスルホン酸または2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(メト)アクリルアミド、N−置換(メト)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メト)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メト)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メト)アクリレート、ポリエチレングリコール(メト)アクリレート、(N,N)−ジメチルアミノエチル(メト)アクリレート、(N,N)−ジメチルアミノプロピル(メト)アクリルアミドなどを用いることができる。
anticaking効率(%)=(W1)/(W1+W2)X100
前記数式1において、
W1は高吸水性樹脂2gを95mm内径のglass petri dishに均等に散布した後、40℃および相対湿度80%条件の恒温恒湿器で10分間含浸させ、取り出して5分間ひっくり返した後、底に落ちた高吸水性樹脂の重量であり、W2はglass petri dishに残っている高吸水性樹脂の重量である。
本発明は、上述した高吸水性樹脂の製造方法で、下記の段階を含む製造方法を提供する。
前記含水ゲル重合体を粗粉砕、乾燥、および粉砕してベース樹脂粉末を製造する段階(段階2);
親水性無機粒子を含む表面架橋液の存在下で、前記ベース樹脂粉末を熱処理して表面架橋して高吸水性樹脂粒子を製造する段階(段階3)、および
前記高吸水性樹脂粒子に疎水性無機粒子を塗布する段階(段階4)。
前記段階1は、含水ゲル重合体を形成する段階であって、内部架橋剤の存在下で少なくとも一部が中和された酸性基を有する水溶性エチレン系不飽和単量体を含む単量体組成物を架橋重合する段階である。
前記段階2は、前記段階1で製造した含水ゲル重合体を粗粉砕、乾燥、粉砕してベース樹脂粉末を形成する段階である。
前記段階3は、前記段階2で製造したベース樹脂の表面を架橋する段階であって、親水性無機粒子を含む表面架橋液の存在下で、前記ベース樹脂粉末を熱処理して表面架橋して高吸水性樹脂粒子を形成する段階である。
前記段階4は、前記段階3で製造した高吸水性樹脂粒子に疎水性無機粒子を塗布する段階である。
(段階1)
アクリル酸100重量部に、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(重量平均分子量:〜500g/mol)0.2重量部、エトキシレイテッドトリメチロールプロパントリアクリレート(重量平均分子量:〜700g/mol)0.1重量部、および光開始剤としてIRGACURE 819 0.01重量部を混合して単量体溶液を製造した。次に、前記単量体溶液を定量ポンプで連続供給しながら、同時に24wt%水酸化ナトリウム水溶液160重量部を連続的にラインミキシングして単量体水溶液を製造した。この時、中和熱によって上昇した温度を40℃に調節した。また、4wt%過硫酸ナトリウム水溶液6重量部を連続的にラインミキシングした後、両端に堰を備えた平面状の重合ベルトを有する連続重合機に連続的に供給した。その後、1分間UVを照射し、2分間追加的に熱重合を行い含水ゲルを製造した。
前記段階1で製造した含水ゲルを平均サイズが約300mm以下となるように切断した後、微分再組立体を追加して粉砕機(11mmの直径を有する複数の孔を含む多孔板を備える)に投入し粉砕した。ここで、前記微分再組立体は、以下の段階4で製造した微分再組立体を使用し、投入比率は含水ゲル対比18wt%であった。
前記段階2で粉砕された含水ゲルを上下に風量転移が可能な乾燥機で乾燥させた。乾燥された粉の含水量が約2%以下となるように180℃のホットエアー(hot air)を15分間下方から上方に流れるようにし、再び15分間上方から下方に流れるようにして前記含水ゲルを均一に乾燥させた。
前記段階3で乾燥された樹脂を粉砕機で粉砕した後、分級して150〜850μmサイズのベース樹脂を得た。一方、前記分級を通じて150μm未満の粒径を有する重合体粒子を水で組み立てて、上述した段階2の微分再組立体に使用した。
前記段階4で製造したベース樹脂100重量部を、水3重量部、メタノール3重量部、1,3−プロパンジオール0.5重量部、および親水性無機粒子としてAl2O3粒子(BET比表面積130m2/g)0.1重量部を混合した架橋剤溶液と混合した後、常温で180℃まで25分間昇温し、180℃で30分間維持して、表面架橋反応させた。そして、得られた生成物を冷却させた後、分級して粒径が150〜850μmである表面架橋された高吸水性樹脂を得た。
前記段階5で製造した高吸水性樹脂粒子100重量部対比疎水性無機粒子でヘキサメチルジシラザン(hexamethyldisilazane)で表面処理されたSiO2粒子(BET比表面積140m2/g)0.05重量部をミキサーを使用して塗布して、高吸水性樹脂を製造した。
前記実施例1と同様の方法で製造するが、親水性無機粒子、表面架橋反応および疎水性無機粒子を以下の表1のとおり使用して、高吸水性樹脂をそれぞれ製造した。
前記実施例1と同様の方法で製造するが、親水性無機粒子、表面架橋反応および疎水性無機粒子を以下の表2のとおり使用して、高吸水性樹脂をそれぞれ製造した。
前記実施例および比較例で製造した高吸水性樹脂の物性を以下の方法で評価した。
ヨーロッパ不織布工業会(European Disposables and Nonwovens Association、EDANA)規格のEDANA WSP241.3によって実施例および比較例の高吸水性樹脂に対して、無荷重下吸収倍率による遠心分離保水能(CRC)を測定した。
具体的に、実施例および比較例の樹脂W0(g、約0.1g)を不織布材質の袋に均一に入れて封止(seal)した後に、常温で0.9重量%の塩化ナトリウム水溶液からなる生理食塩水に含浸させた。30分後に袋を遠心分離機を用いて250Gで3分間水切りした後、袋の質量W2(g)を測定した。また、高吸水性樹脂を使用せずに同様の操作をした後、その時の質量W1(g)を測定した。
このようにして得られた各質量を用いて下記数式によってCRC(g/g)を算出した。
CRC(g/g)=[[W2(g)−W1(g)−W0(g)]/W0(g)]
前記実施例および比較例の高吸水性樹脂の生理食塩水に対する0.7psiの加圧吸水能(AUP)をEDANA法WSP242.2の方法により測定した。
具体的には、内径60mmのプラスチックの円筒底にステンレス製の400meshスクリーンを装着させた。そして、常温および50%の湿度下で前記スクリーンに加圧吸水能を測定しようとする高吸水性樹脂W0(g、0.9g)を均一に散布した。次に、前記高吸水性樹脂の上に4.83kPa(0.7psi)の荷重を均一にさらに付与できるピストン(piston)を付加した。この時、ピストンとしては、外径が60mmより若干小さく、円筒の内壁と隙間がなく、上下に自由に動くことができるように製作されたものを使用した。そして、このように準備された装置の重量W1(g)を測定した。
次いで、直径150mmのペトロ皿の内側に直径90mm、厚さ5mmのガラスフィルターを置き、前記ペトロ皿に0.9重量%の生理食塩水を注ぐ。この時、生理食塩水の水面がガラスフィルターの上面と水平になるまで生理食塩水を注ぐ。そして、前記ガラスフィルターの上に直径90mmのろ過紙1枚を載せた。
次いで、前記ろ過紙の上に準備した装置を載せ、装置内の高吸水性樹脂を荷重下で生理食塩水により膨潤するようにした。1時間後、膨潤した高吸水性樹脂を浸した装置の重量W2(g)を測定した。このように測定された重量を用いて下記数式により加圧吸水能を算出した。
AUP(g/g)=[W2(g)−W1(g)]/W0(g)
前記実施例および比較例の高吸水性樹脂の加圧通液性をEDANA WSP243.1の方法により測定した。
具体的には、内径60mmのプラスチックの円筒底にステンレス製の400mesh鉄網を装着させた。常温、湿度50%の条件下で鉄網上に吸水性樹脂W0(g)(5.0g)を均一に散布し、その上に4.83kPa(0.7psi)の荷重を均一にさらに付与できるピストン(piston)は、外径が60mmより若干小さく、円筒の内壁と隙間がなく、上下の動きが妨害されないようにした。この時、前記装置の重量W1(g)を測定した。直径150mmのペトロ皿の内側に直径90mmで厚さ5mmのガラスフィルターを置き、0.90重量%塩化ナトリウムから構成された生理食塩水をガラスフィルターの上面と同一のレベルになるようにした。その上に直径90mmのろ過紙1枚を載せた。ろ過紙の上に前記測定装置を載せ、液を荷重下で1時間吸収した。1時間後、測定装置を持ち上げ、その重量W2(g)を測定した。次の式3により加圧吸水能を計算した。
PDAUP(g/g)=[(W2(g)−W1(g)]/W0(g)
実施例および比較例の高吸水性樹脂の吸収速度は、国際特許公開第1987−003208号に記載された方法に準じて秒単位で測定する。
具体的には、吸収速度(あるいはvortex time)は、23℃〜24℃、50mLの生理食塩水に高吸水性樹脂(2g)を入れて、マグネチックバー(直径8mm、長さ30mm)を600rpmで攪拌して渦(vortex)がなくなるまでの時間を秒単位で測定した。
実施例および比較例の高吸水性樹脂のanticaking効率を測定した。
具体的には、直径95mmのガラス製のPetri−dishに高吸水性樹脂(2g)を均等に分布させた。Petri−dishを温度40℃、相対湿度80%に維持された恒温抗湿chamberに入れて10分間放置し、Petri−dishをひっくり返した。5分後に底に落ちた樹脂の重量(W1)およびPetri−dishに残っている高吸水性樹脂の重量(W2)を測定し、下記数式から計算した。
anticaking効率(%)=(W1)/(W1+W2)X100
Palas社(ドイツ)製のDustviewII機器を使用して、実施例および比較例の高吸水性樹脂(30g)に対するDust Numberを測定した。
Claims (15)
- 少なくとも一部が中和された酸性基を有する水溶性エチレン系不飽和単量体の第1架橋重合体を含むベース樹脂粉末;および
前記ベース樹脂粉末上に形成されており、前記第1架橋重合体が表面架橋剤を媒介として追加架橋された第2架橋重合体を含む表面架橋層を含む高吸水性樹脂であって、
前記表面架橋層は親水性無機粒子を含み、前記表面架橋層の表面に疎水性無機粒子を含み、
前記親水性無機粒子は、表面を化学処理していないシリカ粒子または表面を化学処理していない金属酸化物粒子であり、
前記疎水性無機粒子は、シロキサン、シラン、またはシラザンの化合物で表面を処理したシリカ粒子、あるいは、シロキサン、シラン、またはシラザンの化合物で表面を処理した金属酸化物粒子であり、
遠心分離保水能(CRC)が26g/g以上であり、
0.7psiの加圧下吸水能(0.7AUP)が18g/g以上であり、
加圧通液性(PDAUP)が15g/g以上であり、
Vortex測定方法により測定した吸収速度が80秒以下であり、
anticaking効率が30%以上である、高吸水性樹脂。 - 前記親水性無機粒子は、表面を化学処理していない金属酸化物粒子であり、
前記疎水性無機粒子は、シロキサン、シラン、またはシラザンの化合物で表面を処理したシリカ粒子である請求項1に記載の高吸水性樹脂。 - 前記高吸水性樹脂のdust numberは3以下である、請求項1または2に記載の高吸水性樹脂。
- 前記遠心分離保水能(CRC)は28g/g以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の高吸水性樹脂。
- 0.7psiの加圧下吸水能(0.7AUP)は20g/g以上である、請求項1〜4のいずれかに記載の高吸水性樹脂。
- 前記加圧通液性(PDAUP)は16g/g以上である、請求項1〜5のいずれかに記載の高吸水性樹脂。
- 前記Vortex測定方法により測定した吸収速度は75秒以下である、請求項1〜6のいずれかに記載の高吸水性樹脂。
- 前記anticaking効率は、下記数式1により測定される、請求項1〜7のいずれかに記載の高吸水性樹脂:
[数式1]
anticaking効率(%)=(W1)/(W1+W2)X100
前記数式1において、
W1は高吸水性樹脂2gを95mm内径のglass petri dishに均等に散布した後、40℃および相対湿度80%条件の恒温恒湿器で10分間含浸させ、取り出して5分間ひっくり返した後に底に落ちた高吸水性樹脂の重量であり、
W2はglass petri dishに残っている高吸水性樹脂の重量である。 - 前記anticaking効率は40%以上である、請求項1〜8のいずれかに記載の高吸水性樹脂。
- 内部架橋剤の存在下で、少なくとも一部が中和された酸性基を有する水溶性エチレン系不飽和単量体を架橋重合して、第1架橋重合体を含む含水ゲル重合体を形成する段階(段階1);
前記含水ゲル重合体を粗粉砕、乾燥、および粉砕してベース樹脂粉末を製造する段階(段階2);
親水性無機粒子を含む表面架橋液の存在下で、前記ベース樹脂粉末を熱処理して表面架橋して高吸水性樹脂粒子を製造する段階(段階3)、および
前記高吸水性樹脂粒子に疎水性無機粒子を塗布する段階(段階4)を含み、
前記親水性無機粒子は、表面を化学処理していないシリカ粒子または表面を化学処理していない金属酸化物粒子であり、
前記疎水性無機粒子は、シロキサン、シラン、またはシラザンの化合物で表面を処理したシリカ粒子、あるいは、シロキサン、シラン、またはシラザンの化合物で表面を処理した金属酸化物粒子である、高吸水性樹脂の製造方法。 - 前記親水性無機粒子は、表面を化学処理していない金属酸化物粒子である、請求項10に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記段階3は、前記ベース樹脂粉末を10分〜50分間、180℃まで昇温し、180℃以上で10分〜50分間熱処理して表面架橋する、請求項10または11に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記疎水性無機粒子は、シロキサン、シラン、またはシラザンの化合物で表面を処理したシリカ粒子である、請求項10〜12のいずれかに記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記親水性無機粒子は、前記ベース樹脂100重量部に対して0.002〜0.25重量部で使用される、請求項10〜13のいずれかに記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記疎水性無機粒子は、前記ベース樹脂100重量部に対して0.001〜0.15重量部で使用される、請求項10〜14のいずれかに記載の高吸水性樹脂の製造方法。
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