JP7128978B1 - 吸水性樹脂組成物の製造方法、吸水性樹脂組成物、これを用いた吸収体、及び吸収性物品 - Google Patents
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Abstract
Description
水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)及びその塩、並びに加水分解により前記水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)となるモノマー(a2)からなる群より選ばれる1種以上のモノマー(A1)と、水溶性不飽和ジカルボン酸(a3)及びその塩、並びに加水分解により前記水溶性不飽和ジカルボン酸(a3)となるモノマー(a4)からなる群より選ばれる1種以上のモノマー(A2)と、架橋剤(b)と、を構成単位として有する架橋重合体(A)を含有する吸水性樹脂組成物の製造方法であって、
前記モノマー(A1)及び前記モノマー(A2)並びに前記架橋剤(b)を含む単量体組成物をpH4におけるFe3+に対するキレート安定度定数の対数値が6.5~12のキレート剤(c)の存在下で重合して前記架橋重合体(A)を含む含水ゲルを得る重合工程と、
前記含水ゲルを乾燥する乾燥工程と、を有する、吸水性樹脂組成物の製造方法、吸水性樹脂組成物、これを用いた吸収体、及び吸収性物品である。
本実施形態の吸水性樹脂組成物の製造方法は、
水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)及びその塩、並びに加水分解により前記水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)となるモノマー(a2)からなる群より選ばれる1種以上のモノマー(A1)と、水溶性不飽和ジカルボン酸(a3)及びその塩、並びに加水分解により前記水溶性不飽和ジカルボン酸(a3)となるモノマー(a4)からなる群より選ばれる1種以上のモノマー(A2)と、架橋剤(b)と、を構成単位として有する架橋重合体(A)を含有する吸水性樹脂組成物の製造方法であって、
前記モノマー(A1)及び前記モノマー(A2)並びに前記架橋剤(b)を含む単量体組成物をpH4におけるFe3+に対するキレート安定度定数の対数値が6.5~12のキレート剤(c)の存在下で重合して前記架橋重合体(A)を含む含水ゲルを得る重合工程と、
前記含水ゲルを乾燥する乾燥工程と、を有する。
本実施形態の吸水性樹脂組成物の製造方法によれば、重合反応性の低い植物由来の原料を用いながら、荷重下での吸水性能が石化由来のモノマー、即ちアクリル酸のみからなる吸水性樹脂組成物と同程度である吸水性樹脂組成物を提供することができる。
[架橋重合体(A)]
(モノマー(A1))
(水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)及びその塩)
前記水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)は、水溶性を有する不飽和モノカルボン酸であれば特に限定されずに用いることができる。前記水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)は、架橋体にした際の吸水性能や入手の容易さの観点から、アクリル酸、メタクリル酸、及びクロトン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましく、アクリル酸、メタクリル酸がより好ましい。
加水分解により前記水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)となるモノマー(a2)を前記水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)とともに、あるいはその代わりに使用することができる。前記モノマー(a2)は特に限定はなく、加水分解によりカルボキシ基となる加水分解性置換基を1個有するモノマー等が例示できる。前記加水分解性置換基としては、酸無水物を含む基(1,3-オキソ-1-オキサプロピレン基、-COO-CO-)、エステル結合を含む基(アルキルオキシカルボニル、ビニルオキシカルボニル、アリルオキシカルボニル又はプロペニルオキシカルボニル、-COOR)及びシアノ基等が挙げられる。なお、Rは炭素数1~3のアルキル基(メチル、エチル及びプロピル)、ビニル、アリル及びプロペニルである。
(水溶性不飽和ジカルボン酸(a3)及びその塩)
前記水溶性不飽和ジカルボン酸(a3)は、水溶性を有する不飽和ジカルボン酸であれば特に限定されずに用いることができる。前記水溶性不飽和ジカルボン酸(a3)は、前記水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)との反応性や入手容易さの観点から、マレイン酸、フマル酸、メチレンコハク酸、及びシトラコン酸からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、メチレンコハク酸がより好ましい。
加水分解により前記水溶性不飽和ジカルボン酸(a3)となるモノマー(a4)を前記水溶性不飽和ジカルボン酸(a3)とともに、あるいはその代わりに使用することができる。前記モノマー(a4)は特に限定はなく、前記加水分解性置換基を少なくとも1個有するモノマー等が例示できる。
δ13C(‰)=[(δ13C/δ12C)sample/(13C/12C)PDB-1.0]×1000
(i)炭素数8~30の芳香族エチレン性モノマー
スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン及びヒドロキシスチレン等のスチレン、並びにビニルナフタレン、並びにジクロルスチレン等のスチレンのハロゲン置換体等。
(ii)炭素数2~20の脂肪族エチレン性モノマー
アルケン(エチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン及びオクタデセン等);並びにアルカジエン(ブタジエン及びイソプレン等)等。
(iii)炭素数5~15の脂環式エチレン性モノマー
モノエチレン性不飽和モノマー(ピネン、リモネン及びインデン等);並びにポリエチレン性ビニルモノマー[シクロペンタジエン、ビシクロペンタジエン及びエチリデンノルボルネン等]等。
前記架橋剤(b)としては特に限定はなく公知(例えば、特許第3648553号公報の0031~0034段落に開示されているエチレン性不飽和基を2個以上有する架橋剤、水溶性置換基と反応し得る官能基を少なくとも1個有してかつ少なくとも1個のエチレン性不飽和基を有する架橋剤及び水溶性置換基と反応し得る官能基を少なくとも2個有する架橋剤、特開2003-165883号公報の0028~0031段落に開示されているエチレン性不飽和基を2個以上有する架橋剤、エチレン性不飽和基と反応性官能基とを有する架橋剤及び反応性置換基を2個以上有する架橋剤、特開2005-75982号公報の0059段落に開示されている架橋性ビニルモノマー並びに特開2005-95759号公報の0015~0016段落に開示されている架橋性ビニルモノマー)の架橋剤等が使用できる。
前記吸水性樹脂組成物は、pH4におけるFe3+に対するキレート安定度定数の対数値が6.5~12のキレート剤(c)を含有する。
キレート安定度定数=[MLn]/([M][L]n)
上記式において、[M]は金属イオン濃度、[L]は錯体濃度、[MLn]はキレート錯体濃度、nは金属イオンと反応する錯体の数を意味する。
前記モノマー(A1)及び前記モノマー(A2)並びに前記架橋剤(b)を含む単量体組成物を前記キレート剤(c)の存在下で重合することにより、重合系中の鉄イオンをキレートし、効率的な反応が進行することができ、高分子量の架橋重合体を得やすくなる。前記単量体組成物の重合方法としては、公知の溶液重合や、公知の逆相懸濁重合が挙げられる。
本実施形態の吸水性樹脂組成物の製造方法は、必要に応じて、前記含水ゲルを細断する細断工程を有してもよい。細断後のゲルの大きさ(最長径)は50μm~10cmが好ましく、更に好ましくは100μm~2cm、特に好ましくは1mm~1cmである。この範囲であると、乾燥工程での乾燥性が更に良好となる。
本実施形態の吸水性樹脂組成物の製造方法は、前記含水ゲルを乾燥し、含水ゲル中の溶媒(水を含む)を留去し、前記架橋重合体(A)を含有する吸水性樹脂を得る乾燥工程を有する。
本実施形態の吸水性樹脂組成物の製造方法は、前記乾燥工程で得られた吸水性樹脂を粉砕し、前記架橋重合体(A)を含有する粒子状の吸水性樹脂を得る粉砕工程を有していてもよい。
前記架橋重合体(A)の表面を前記表面架橋剤(d)によって架橋する場合、本実施形態の吸水性樹脂組成物の製造方法は、前記乾燥工程で得られた、前記架橋重合体(A)を含有する吸水性樹脂を表面架橋する表面架橋工程を有する。
前記吸水性樹脂組成物を用いて吸収体を得ることができる。吸収体としては、前記吸水性樹脂組成物を単独で用いても良く、他の材料と共に用いて吸収体としても良い。当該他の材料としては繊維状物等が挙げられる。繊維状物と共に用いた場合の吸収体の構造及び製造方法等は、公知のもの(特開2003-225565号公報、特開2006-131767号公報及び特開2005-097569号公報等)と同様である。
前記吸水性樹脂組成物を用いて吸収性物品を得ることができる。具体的には、上記吸収体を用いる。吸収性物品としては、紙おむつや生理用ナプキン等の衛生用品のみならず、結露防止剤、農業・園芸用保水剤、残土固化材、災害土嚢、廃血液固化剤、使い捨てカイロ、保冷剤、アルカリ電池用、化粧品、ペットシート、猫砂用等の各種産業分野用における各種水性液体の吸収や保持剤用途、ゲル化剤用途等の各種用途に使用されるものとして適用可能である。吸収性物品の製造方法等は、公知のもの(特開2003-225565号公報、特開2006-131767号公報及び特開2005-097569号公報等に記載のもの)と同様である。
目開き63μm(JIS Z8801-1:2006)のナイロン網で作製したティーバッグ(縦20cm、横10cm)に測定試料1.00gを入れ、生理食塩水(食塩濃度0.9%)1,000ml中に無撹拌下、1時間浸漬した後引き上げて、15分間吊るして水切りした。その後、ティーバッグごと、遠心分離器にいれ、150Gで90秒間遠心脱水して余剰の生理食塩水を取り除き、ティーバックを含めた重量(h1)を測定し次式から保水量を求めた。なお、使用した生理食塩水及び測定雰囲気の温度は25℃±2℃であった。
保水量(g/g)=(h1)-(h2)
なお、(h2)は、測定試料の無い場合について上記と同様の操作により計測したティーバックの重量である。
目開き63μm(JIS Z8801-1:2006)のナイロン網を底面に貼った円筒型プラスチックチューブ(内径:25mm、高さ:34mm)内に、30メッシュふるいと60メッシュふるいを用いて250~500μmの範囲にふるい分けした測定試料0.16gを秤量し、円筒型プラスチックチューブを垂直にしてナイロン網上に測定試料がほぼ均一厚さになるように整えた後、この測定試料の上に分銅(重量:206.2g、外径:24.5mm、)を乗せた。この円筒型プラスチックチューブ全体の重量(M1)を計量した後、生理食塩水(食塩濃度0.9%)60mlの入ったシャーレ(直径:12cm)の中に測定試料及び分銅の入った円筒型プラスチックチューブを垂直に立ててナイロン網側を下面にして浸し、60分静置した。60分後に、円筒型プラスチックチューブをシャーレから引き上げ、これを斜めに傾けて底部に付着した水を一箇所に集めて水滴として垂らすことで余分な水を除去した後、測定試料及び分銅の入った円筒型プラスチックチューブ全体の重量(M2)を計量し、次式から荷重下吸収量を求めた。なお、使用した生理食塩水及び測定雰囲気の温度は25℃±2℃であった。
荷重下吸収量(g/g)={(M2)-(M1)}/0.16
図1及び図2で示される器具を用いて以下の操作により測定した。
測定試料0.32gを150ml生理食塩水1(食塩濃度0.9%)に30分間浸漬して膨潤ゲル粒子2を調製した。そして、垂直に立てた円筒3{直径(内径)25.4mm、長さ40cm、底部から60mlの位置及び40mlの位置にそれぞれ目盛り線4及び目盛り線5が設けてある。}の底部に、金網6(目開き106μm、JIS Z8801-1:2006)と、開閉自在のコック7(通液部の内径5mm)とを有する濾過円筒管内に、コック7を閉鎖した状態で、調製した膨潤ゲル粒子2を生理食塩水と共に移した後、この膨潤ゲル粒子2の上に円形金網8(目開き150μm、直径25mm)が金網面に対して垂直に結合する加圧軸9(重さ22g、長さ47cm)を金網と膨潤ゲル粒子とが接触するように載せ、更に加圧軸9におもり10(88.5g)を載せ、1分間静置した。引き続き、コック7を開き、濾過円筒管内の液面が60ml目盛り線4から40ml目盛り線5になるのに要する時間(T1;秒)を計測し、次式よりゲル通液速度(ml/分)を求めて通液性を評価した。
ゲル通液速度(ml/分)=20ml×60/(T1-T2)
なお、使用する生理食塩水及び測定雰囲気の温度は25℃±2℃で行い、T2は測定試料の無い場合について上記と同様の操作により計測した時間である。
重合溶液のpHを測定においては、均一的になった重合液20ml程度を反応系からポリカップに抜き取り、pH=4、7、9の校正液で校正した卓上型pHメーター(型番 F-71S 堀場製作所製)の電極に浸して測定した。この時の液温は25℃±2で行った。
アクリル酸(A1-1)(三菱化学製)240部、メチレンコハク酸(A2-1)(扶桑化学工業製)60部、48.5%水酸化ナトリウム水溶液38.1部、内部架橋剤(b-1)N,N’-メチレンビスアクリルアミド0.9部及び脱イオン水623部を攪拌・混合しながら5℃に保った。この混合物中に窒素を流入して溶存酸素量を1ppm以下とした後、2%の2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩水溶液15部、1%過酸化水素水溶液1.2部、2%アスコルビン酸水溶液2.3部、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部及び0.03%硫酸鉄7水和物水溶液0.4部を添加・混合して重合を開始させた。混合物の温度が70℃に達した後、70±2℃で約5時間重合することにより含水ゲルを得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を6部に変更した以外は、実施例1と同様にして本発明の吸水性樹脂粒子(P-2)を得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を、0.1%L-グルタミン酸二酢酸・四ナトリウム水溶液(c-2)0.6部に変更した以外は、実施例1と同様にして本発明の吸水性樹脂粒子(P-3)を得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を、L-グルタミン酸二酢酸・四ナトリウム水溶液(c-2)6部に変更した以外は、実施例1と同様にして本発明の吸水性樹脂粒子(P-4)を得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を、0.1%ヒドロキシエチルイミノ二酢酸水溶液(c-3)0.6部に変更した以外は、実施例1と同様にして本発明の吸水性樹脂粒子(P-5)を得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を、0.1%ヒドロキシエチルイミノ二酢酸水溶液(c-3)6部に変更した以外は、実施例1と同様にして本発明の吸水性樹脂粒子(P-6)を得た。
実施例1において、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.2部を0.25部、プロピレングリコール2部を2.5部、及び水2.5部を3.1部に変更した以外は、実施例1と同様にして本発明の吸水性樹脂粒子(P-7)を得た。
実施例1において、脱イオン水623部を工業用水(鉄イオン(Fe3+)を40ppb含む)623部に、0.03%硫酸鉄7水和物水溶液0.4部を添加なしに変更した以外同様にして本発明の吸水性樹脂粒子(P-8)を得た。
実施例1において、アクリル酸(A1-1)(三菱化学製)240部を210部、メチレンコハク酸(A2-1)(扶桑化学工業製)60部を90部とし、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を30部、重合工程の48.5%水酸化ナトリウム水溶液を57.1部、ミンチ細断工程の48.5%水酸化ナトリウム水溶液を107部とした以外は、実施例1と同様にして本発明の吸水性樹脂粒子(P-9)を得た。
アクリル酸(A1-1)(三菱化学製)240部、メチレンコハク酸(A2-1)(扶桑化学工業製)60部、内部架橋剤(b-1)N,N’-メチレンビスアクリルアミド0.9部、及び脱イオン水623部を攪拌・混合しながら5℃に保った。この混合物中に窒素を流入して溶存酸素量を1ppm以下とした後、2%の2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩水溶液15部、1%過酸化水素水溶液1.2部、2%アスコルビン酸水溶液2.3部、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部及び0.03%硫酸鉄7水和物水溶液0.4部を添加・混合して重合を開始させた。混合物の温度が70℃に達した後、70±2℃で約5時間重合することにより含水ゲルを得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を添加なしに変更した以外は、実施例1と同様にして比較用の吸水性樹脂粒子(R-1)を得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を、0.1%3-ヒドロキシ-2,2’-イミノジコハク酸4ナトリウム水溶液(c-4)30部に変更した以外は、実施例1と同様にして比較用の吸水性樹脂粒子(R-2)を得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を、0.1%エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸水溶液(c-5)30部に変更した以外は、実施例1と同様にして比較用の吸水性樹脂粒子(R-3)を得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を、0.1%エチレンジアミン四酢酸2ナトリウム水溶液(c-6)30部に変更した以外は、実施例1と同様にして比較用の吸水性樹脂粒子(R-4)を得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を、0.1%トリエチレンテトラミン六酢酸6ナトリウム水溶液(c-7)30部に変更した以外は、実施例1と同様にして比較用の吸水性樹脂粒子(R-5)を得た。
実施例1において、0.1%ニトリロ三酢酸水溶液(c-1)0.6部を、0.1%ジエチレントリアミン五酢酸水溶液(c-8)30部に変更した以外は、実施例1と同様にして比較用の吸水性樹脂粒子(R-6)を得た。
Claims (6)
- 水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)及びその塩、並びに加水分解により前記水溶性不飽和モノカルボン酸(a1)となるモノマー(a2)からなる群より選ばれる1種以上のモノマー(A1)と、メチレンコハク酸及びその塩、並びに加水分解によりメチレンコハク酸となるモノマー(a4)からなる群より選ばれる1種以上のモノマー(A2)と、架橋剤(b)と、を構成単位として有する架橋重合体(A)を含有する吸水性樹脂組成物の製造方法であって、
前記モノマー(A1)及び前記モノマー(A2)並びに前記架橋剤(b)を含む単量体組成物をpH4におけるFe3+に対するキレート安定度定数の対数値が6.5~12のキレート剤(c)の存在下で重合して前記架橋重合体(A)を含む含水ゲルを得る重合工程と、
前記含水ゲルを乾燥する乾燥工程と、を有し、
前記キレート剤(c)が、エチレンジアミン-N,N’-ジコハク酸、ニトリロ三酢酸、L-グルタミン酸二酢酸・四ナトリウム及びヒドロキシエチルイミノ二酢酸から選ばれる1種以上である、吸水性樹脂組成物の製造方法。 - 前記架橋剤(b)がアクリルアミド化合物である、請求項1に記載の吸水性樹脂組成物の製造方法。
- 前記重合工程において、前記単量体組成物の重合溶液のpHの範囲が1~10である、請求項1又は2に記載の吸水性樹脂組成物の製造方法。
- 前記重合工程において、重合溶液中の前記モノマー(A1)及び前記モノマー(A2)の合計量に対する前記キレート剤(c)の添加量(ppm)が0.1~1000である、請求項1~3の何れか1項に記載の吸水性樹脂組成物の製造方法。
- 前記重合工程において、単量体組成物の重合を鉄イオン(Fe 3+ )の存在下で行う、請求項1~4の何れか1項に記載の吸水性樹脂組成物の製造方法。
- 前記重合溶液中の前記鉄イオン(Fe 3+ )の物質量に対する前記キレート剤(c)の添加量(物質量)が1~300倍である、請求項5に記載の吸水性樹脂組成物の製造方法。
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