JP7352001B2 - 吸収体、吸水剤および吸水剤の製造方法 - Google Patents

吸収体、吸水剤および吸水剤の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、吸収体、吸水剤および吸水剤の製造方法に関する。
近年、紙オムツ等の衛生用品は、子供用、大人用、軽失禁用等を問わず、薄型化に向かう傾向が一層強まり、当該衛生用品の吸収体における吸収剤(もしくは、吸水性樹脂)の比率は高くなる一方である。一般に、上記吸収体は、吸収剤と木材粉砕パルプとの混合物(及び/又はそれらの複合体)から形成されている。木材粉砕パルプは、セルロースを主体とした白色の親水性繊維であり、実使用で尿を吸収する前は紙オムツ内の湿度を調湿して、装着者の蒸れ感を抑制する働きがある。さらに紙オムツ中に吸収体を含むことで、排尿直後の尿を速やかに吸収体に取り込み、かつ、吸収体全体に尿を拡散させる働きも有する。しかしながら、近年の薄型化に伴うパルプ比率の減少、さらにはパルプ・フリーの吸収体を採用した紙オムツの登場により、紙オムツや吸収体中でパルプが担ってきた上述の機能(調湿機能、液獲得機能および、拡散機能)を、吸水剤が担う必要が生じている。そのため、各種の吸水物性(例えば、無加圧下吸収倍率(CRC)、加圧下吸収倍率(AAP)、生理食塩水流れ誘導性(SFC)、吸収速度(VortexやFSR))が良好な多機能型吸水剤の開発が進められており、例えば、吸水剤のCRC、AAP、SFCの性能を維持しながら比表面積を大きくすることによって、VortexやFSRが向上した吸水剤が開発されている。これにより、前記吸水剤を含む吸収体は、薄型化によるパルプ比率の減少でも調湿機能及び吸水物性を有しており実用化されている。
一方で、使用する吸水剤の保管や輸送の状態、吸水剤がパルプや接着剤などと共に使用されている吸収体の取り扱い、吸収体を含む紙オムツの保管状態によっては、吸収体や吸水剤が高温多湿の環境下に長時間暴露されることがあり、これにより、吸収体や吸水剤が吸湿して経時的に着色することがある。特にパルプ比率の小さい吸収体では、白色の親水性繊維が少ないため、例えば着色した吸水剤が吸収体の色を支配し、紙オムツのトップシートから着色した吸収体が見えて消費者クレームの原因となる。よって、このような吸収体の経時的な着色、さらには吸水剤の経時的な着色速度を低下させる方法として、例えば、下記特許文献1~5に記載された吸水剤が提案されている。
WO2008/026772 WO2017/170604 WO2005/012369 特開2000-327926号公報 特開2005-186016号公報
しかしながら、薄型紙オムツに使用される吸収体の性能を向上させるために開発した吸水剤は、同時に吸湿速度が上昇し(吸収体の調湿機能に対し良好に作用するものの)、それに伴って吸水剤の経時的な着色速度が上昇する傾向が見られた。薄型化が進んで吸収体内のパルプ比率が少なくなった紙オムツに使用される吸水剤に対して、従来の着色防止技術を適用したが、吸収体および吸水剤の経時的な着色速度の上昇を抑えることが困難であった。
このことから、パルプ比率の小さい吸収体において、尿を吸収する前の紙オムツ内の湿度を良好にし、且つ吸水物性を維持しながらも、経時的な着色速度の上昇を抑制する吸収体、およびその吸収体に適した吸水剤を提供することを課題とする。
また、別の課題として、比表面積が大きくて吸湿速度が上昇しても、良好な吸水物性(CRC、AAP、SFC、吸収速度)及び、経時的な着色速度の上昇の抑制を両立した吸水剤を提供し、さらに薄型紙オムツに適した物性(即ち、紙オムツ内の調湿機能、液獲得機能及び、拡散機能を備え、かつ、吸水物性が良好に維持できること)と経時的な着色速度の上昇の抑制とを両立した、パルプ比率の小さい吸収体を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、以下の吸収体および吸水剤が、上述した課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の一実施形態には、以下の態様が含まれる。
[A]親水性基材と吸水剤とを含む吸収体であって、
上記吸水剤は、表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有し、
上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在し、
上記吸水剤は、温度40±1℃、相対湿度75±1%RHでの吸湿速度が120mg/g/hr以上である、吸収体;
(a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
>28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
≧0 ・・・式(2)
(b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
≧0 ・・・式(2)。
[B]親水性基材と吸水剤とを含む吸収体であって、
上記吸水剤は、表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有し、
上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在し、
上記吸水剤は、比表面積が32m/kg以上である、吸収体;
(a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
>28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
≧0 ・・・式(2)
(b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
≧0 ・・・式(2)。
[C]上記吸収体の質量における上記吸水剤の質量の比率が75質量%以上、99質量%以下である、[A]または[B]に記載の吸収体。
[D][A]~[C]の何れかに記載の吸収体を含んでなる吸収性物品。
[E]表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤であって、
上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在し、
上記吸水剤は、温度40±1℃、相対湿度75±1%RHでの吸湿速度が120mg/g/hr以上である、吸水剤;
(a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
>28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
≧0 ・・・式(2)
(b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
≧0 ・・・式(2)。
[F]表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤であって、
上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在し、
上記吸水剤は、比表面積が32m/kg以上である、吸水剤;
(a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
>28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
≧0 ・・・式(2)
(b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
≧0 ・・・式(2)。
[G]上記吸水剤の下記の着色試験の前後におけるWI値の変化量が40以下であり、かつ、下記の着色試験の前のWI値が42以上である、[E]または[F]に記載の吸水剤;
(着色試験:上記吸水剤を、温度が70℃±1℃であり、かつ、相対湿度が75±1%RHである環境に7日間曝露させる試験)。
[H]上記吸水剤は、式(3)および/または式(4)の関係式を満たすものである、[E]~[G]の何れかに記載の吸水剤;
≧0.24x+18 ・・・(3)
≧-10x+306 ・・・(4)
(式(3)および(4)中、xはCRC、yはAAP、zはSFCを表し、xは26以上32以下の値である)。
[I]表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤の製造方法であって、
アクリル酸(塩)を主成分として含む単量体、および少なくとも1種類の重合性内部架橋剤を含む単量体水溶液を調製する調製工程を有し、
上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在するように、上記調製工程にて、上記単量体水溶液に対してα-ヒドロキシカルボン酸(塩)、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤をそれぞれ添加し、且つ、上記吸水剤を、温度40±1℃、相対湿度75±1%RHでの吸湿速度が120mg/g/hr以上になるように調整する、吸水剤の製造方法;
(a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
>28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
≧0 ・・・式(2)
(b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
≧0 ・・・式(2)。
[J]表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤の製造方法であって、
アクリル酸(塩)を主成分として含む単量体、および少なくとも1種類の重合性内部架橋剤を含む単量体水溶液を調製する調製工程を有し、
上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在するように、上記調製工程にて、上記単量体水溶液に対してα-ヒドロキシカルボン酸(塩)、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤をそれぞれ添加し、且つ、上記吸水剤を、比表面積が32m/kg以上になるように調整する、吸水剤の製造方法;
(a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
>28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
≧0 ・・・式(2)
(b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
≧0 ・・・式(2)。
[K]表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤から抽出されたα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在しなかった場合、それらの範囲に入るようにα-ヒドロキシカルボン酸(塩)、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤を該吸水剤に添加する工程を含む、[I]または[J]に記載の吸水剤の製造方法;
(a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
>28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
≧0 ・・・式(2)
(b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
≧0 ・・・式(2)。
[L]表面架橋前の吸水剤の比表面積を32m/kg以上に制御する工程を含む、[I]~[K]の何れかに記載の吸水剤の製造方法。
本発明により、パルプ比率の小さい吸収体に使用されると、尿を吸収する前の紙オムツ内の湿度を調湿することによって装着者の不快感を軽減でき、かつ、良好な吸水物性および経時的な着色速度の上昇の抑制を両立した、パルプ比率の小さい、薄型紙オムツに適した、吸収体を提供することができる。更に、良好な吸水物性(CRC、AAP、SFC、吸収速度)、および、経時的な着色速度の上昇の抑制を両立した吸水剤を提供できる。
本発明の実施例および比較例に係るα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の抽出量とアミノカルボン酸系キレート剤またはリン系キレート剤の抽出量との関係を示すグラフである。 本発明の実施例および比較例に係る吸水剤の「CRC/AAP」および「CRC/SFC」を示すグラフである。 本発明の実施例および比較例にて、吸湿速度の測定に用いた恒温恒湿機の構成の概略を示す図である。
本発明の一実施形態について説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態および実施例にそれぞれ記載された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態および実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。本明細書中、数値範囲に関して「A~B」と記載した場合、当該記載は「A以上、B以下」を意図する。
[1]用語の定義
[1-1]吸水剤
本明細書において、「吸水剤」とは、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤を意味し、一般的に粒子状である。また、「水膨潤性」とは、NWSP 241.0.R2(15)で規定される無加圧下吸収倍率(CRC)が5g/g以上であることを意味し、「水不溶性」とは、NWSP 270.0.R2(15)で規定される可溶分(Ext)が50質量%以下であることを意味する。尚、「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity の略称であり、吸水剤の無加圧下での吸収倍率を意味する。
上記「吸水剤」は、好ましくはカルボキシル基を有する不飽和単量体(以下、「カルボキシル基含有不飽和単量体」と表記する)を架橋重合させてなる親水性の架橋重合体である、親水性の架橋重合体を主成分として含む。前記のとおり、架橋重合体は一般的に粒子状であることから、親水性の架橋重合体は、粒子状である、吸水性樹脂粒子である。但し、その全量、即ち100質量%が架橋重合体(吸水性樹脂粒子)である必要はなく、上記CRCやExt等の要求性能を満たす範囲内で添加剤等を含有することもできる。吸水剤に対する吸水性樹脂粒子の含有率は、90質量%以上、95質量%以上、99質量%以上であってよい。
上記架橋重合体を構成する全単量体のうち、例えば、1質量%以上、10質量%以上、20質量%以上、30質量%以上、40質量%以上、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、または、100質量%が、カルボキシル基含有不飽和単量体であってもよい。
また、上記「吸水剤」は、「内部のみが架橋された重合体(内部のみが架橋された樹脂粒子)、つまり、内部と表面の架橋密度が実質的に同じである樹脂粒子(重合体)」または「内部と表面とが架橋された樹脂粒子(重合体)、つまり、表面の架橋密度が内部の架橋密度に対して相対的に高い樹脂粒子(重合体)」を指す場合がある。
本明細書において、上記「内部のみが架橋された樹脂粒子(重合体)」と上記「内部と表面とが架橋された樹脂粒子(重合体)」は原則、区別することなく、何れも「吸水剤」と表記する。但し、表面架橋の有無について明確に区別する必要がある場合は、上記「内部のみが架橋された重合体(樹脂粒子)」は表面架橋が施される前であるため「表面架橋前の吸水剤」と表記し、上記「内部と表面とが架橋された重合体(樹脂粒子)」は表面架橋が施された後であるため「表面架橋後の吸水剤」または「表面架橋された吸水剤」と表記する。尚、「表面架橋前」とは、「表面架橋剤を添加する前」または「表面架橋剤が添加された後であっても加熱処理による架橋反応が始まる前」のことを意味する。
また、上記「吸水剤」は、樹脂成分(吸水性樹脂粒子)のみを指す場合の他に、添加剤等の樹脂以外の成分を含んでいる場合がある。
[1-2]アクリル酸(塩)系単量体、ポリアクリル酸(塩)系吸水剤
本明細書において、「アクリル酸(塩)」とは、アクリル酸および/またはその塩を意味し、「アクリル酸(塩)系単量体」とは、架橋剤を除く単量体全体に対して、アクリル酸(塩)を50mol%以上含む単量体を意味する。
本明細書において、「ポリアクリル酸(塩)系吸水剤」とは、アクリル酸(塩)を原料とする重合体を意味する。つまり、「ポリアクリル酸(塩)系吸水剤」とは、アクリル酸(塩)由来の構造単位を有する重合体であり、任意成分としてグラフト成分を有する重合体である。
具体的には、ポリアクリル酸(塩)系吸水剤は、重合反応に関与する単量体のうち、内部架橋剤を除いた部分に対して、好ましくは50mol%以上、より好ましくは70mol%以上、さらに好ましくは90mol%以上であって、好ましくは100mol%以下、特に好ましくは実質100mol%のアクリル酸(塩)を含む、カルボキシル基含有不飽和重合体である。
[1-3]「NWSP」
「NWSP」は、Non-Woven Standard Procedures-Edition 2015の略称であり、EDANA(European Disposables and Nonwovens Associations:欧州不織布工業会)とINDA(Association of the Nonwoven Fabrics Industry:北米不織布工業会)とが共同で発行した、欧州および米国において統一された、不織布およびその製品の評価方法である。また、NWSPには、吸水性樹脂の標準的な測定方法も示されている。本明細書では、NWSP原本(2015年)に準拠して、吸水性樹脂の物性を測定する。
尚、本明細書では別途言及しない限り、吸水剤の各種物性の測定方法は、下記実施例での測定方法に従う。
[1-4]その他
本明細書において、「~酸(塩)」は「~酸および/またはその塩」を意味し、「(メタ)アクリル」は「アクリルおよび/またはメタクリル」を意味する。
[2]吸水剤
本発明の一実施形態に係る吸水剤は、温度40±1℃、相対湿度75±1%RHである環境に静置した際の吸湿速度が120mg/g/hr以上であり、抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、式(A)および式(B)で定義される範囲内に存在し、かつ、表面架橋された、不定形破砕状の吸水剤である。
≧0 ・・・式(A)
0≦x≦0.33 ・・・式(B)
ただし、y≦28.7x -11.1x+1.07、かつ、0≦x<0.19の範囲を除く。
本発明の一実施形態に係る吸水剤は、表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤であって、
上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在し、
上記吸水剤は、温度40±1℃、相対湿度75±1%RHでの吸湿速度が120mg/g/hr以上である、吸水剤;
(a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
>28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
≧0 ・・・式(2)
(b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
≧0 ・・・式(2)。
また、本発明の別の一実施形態に係る吸水剤は、比表面積が32m/kg以上であり、抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、式(A)および式(B)で定義される範囲内に存在し、かつ、表面架橋された、不定形破砕状の吸水剤である。
≧0 ・・・式(A)
0≦x≦0.33 ・・・式(B)
ただし、y≦28.7x -11.1x+1.07、かつ、0≦x<0.19の範囲を除く。
本発明の一実施形態に係る吸水剤は、表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤であって、
上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在し、
上記吸水剤は、比表面積が32m/kg以上である、吸水剤;
(a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
>28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
≧0 ・・・式(2)
(b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
≧0 ・・・式(2)。
式(A)において、yの上限値は、限定されず、例えば、10.00mmol%、5.00mmol%、3.00mmol%、または、2.00mmol%であってもよい。
式(2)において、yの上限値は、限定されず、例えば、10.00mmol%、5.00mmol%、3.00mmol%、または、2.00mmol%であってもよい。
上記のxとyとの組み合わせの式で示す範囲は、本発明の主たる目的の1つである経時的な着色速度の上昇を抑えながらも良好な吸水物性を維持する範囲を見出し、その範囲から導き出した経験式である。
本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤は、比表面積が大きくて吸湿速度が速いが故に、パルプ比率の小さい吸収体に使用されると、尿を吸収する前の紙オムツ内の湿度を調湿できることによって装着者の不快感を軽減でき、かつ、良好な物性と、経時的な着色速度の低下とを両立させることができる。それ故に、本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤における吸湿速度は、120mg/g/h以上、135mg/g/h以上、または、150mg/g/h以上であってもよい。本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤における吸湿速度の上限値は、特に限定されず、例えば、190mg/g/h以下、175mg/g/h以下、または、160mg/g/h以下であってもよい。吸湿速度が120mg/g/h以上であれば、パルプ比率の小さい吸収体に使用された際に、吸水剤が尿を吸収する前の紙オムツ内の湿度を調湿できることによって装着者の不快感を軽減できる。
また、本発明の別の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤における比表面積は、32m/kg以上、36m/kg以上、40m/kg以上、44m/kg以上、48m/kg以上、52m/kg以上、56m/kg以上、または、60m/kg以上であってもよい。本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤における比表面積の上限値は、特に限定されず、例えば、100m/kg以下、80m/kg以下、または、70m/kg以下であってもよい。
本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤では、抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量は、上記式(A)で定義される範囲内でアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量が十分な場合には添加しないときもあるが、基本的には、当該吸水剤が含有するカルボキシル基含有不飽和単量体の量に対して、0mol%を超え(または、0mmol%以上)、好ましくは0.03mol%以上、より好ましくは0.06mol%以上であって、好ましくは0.33mol%以下、より好ましくは0.30mol%以下、さらに好ましくは0.27mol%以下である。当該構成であれば、良好な物性と、経時的な着色速度の低下とを、より良く両立させることができる。
吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量は、例えば、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を用いて吸水剤を抽出し、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に抽出されたα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量を定量することによって測定することができる。吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量は、より具体的に、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。
本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤では、抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量は、上記式(B)で定義される範囲内でα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量が十分な場合には添加しないときもあるが、基本的には、当該吸水剤が含有するカルボキシル基含有不飽和単量体の量に対して、0mmol%を超え(または、0mmol%以上)、好ましくは0.05mmol%以上、より好ましくは0.10mmol%以上であって、好ましくは10mmol%以下、より好ましくは7.5mmol%以下、さらに好ましくは5.0mmol%以下である。アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の添加量を増加しても物性や着色速度への悪影響はないものの、10mmol%を超えると経済的に不利となるため、好ましくない。当該構成であれば、良好な物性と、経時的な着色速度の低下とを、より良く両立させることができる。
吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量は、例えば、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を用いて吸水剤を抽出し、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に抽出されたアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量を定量することによって測定することができる。吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量は、より具体的に、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。製品のコストを抑えるために、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)の抽出量が少なくても、良好な物性、および、経時的な着色速度の低下を、より良く両立させることができることが好ましい。本実施形態では、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の抽出量が0.40mmol%以上、1.20mmol%以下であり、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)の抽出量が0.06mol%以上、0.15mol%以下であれば、良好な物性、および、経時的な着色速度の低下を、より良く両立させるとともに、製品コストも抑制できる。
本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤の下記の経時着色(着色試験後の着色)の前後におけるWI値の変化量は、好ましくは40以下であり、より好ましくは39.5以下、さらに好ましくは39以下である。変化量がこの範囲であれば、数値の差に関係なく、本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤は実用的である。また、本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤の下記の着色試験の前のWI値は好ましくは42以上であり、より好ましくは46以上、さらに好ましくは50以上である。なお、上述した着色試験とは、上記吸水剤を、温度が70℃±1℃であり、かつ、相対湿度が75±1RH%である環境に7日間曝露させる試験、より具体的に、後述する実施例に記載の試験である。当該構成であれば、良好な物性と、経時的な着色速度の低下とを、より良く両立させることができる。尚、前記のWIの変化量は、以下の式で表される。
ΔWI(変化量)=|WI(着色試験後)-WI(着色試験前)| ・・・(式)。
本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤は、下記式(3)および/または式(4)の関係式を満たすものであることが好ましい。本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤は、下記式(3)および式(4)の関係式を満たすものであることがより好ましい。当該構成であれば、良好な物性と、経時的な着色速度の低下とを、より良く両立させることができる。
≧0.24x+18 ・・・(3)
≧-10x+306 ・・・(4)
ここで、式(3)および式(4)中、xはCRC、yはAAP、zはSFCを表し、xは、好ましくは26以上、より好ましくは26.5以上、さらに好ましくは27.0以上であって、好ましくは32.0以下、より好ましくは31.0以下、さらに好ましくは30.5以下の値である。なお、yは、式(B)を満たしつつ、好ましくは24.5以上、より好ましくは25.0以上、さらに好ましくは25.5以上、最も好ましくは26.0以上である。yの上限値は特に限定はないが、一般に30以下である。さらにzは、式(3)を満たしつつ、0以上であり、好ましくは10以上、より好ましくは15以上、さらに好ましくは20以上である。zの上限値は特に限定はないが、上記xの範囲では、一般に80以下である。
以下に、当該吸水剤の製造方法の一例を説明する。
[3]吸水剤の製造方法
[3-1]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単量体、および少なくとも1種類の重合性内部架橋剤を含む単量体水溶液を調製する工程である。尚、単量体のスラリー液を使用することもできるものの、本明細書では便宜上、単量体水溶液に関して説明することとする。
(単量体)
本発明において用いられる単量体としては、例えば、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不飽和単量体および/またはその塩;メルカプタン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;(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等が挙げられる。当該単量体には、水溶性または疎水性の不飽和単量体が含まれる。これらの中でも、アクリル酸(塩)が好ましい。また、アクリル酸(塩)とその他の単量体を併用してもよい。この場合、アクリル酸(塩)の使用量は、架橋剤を除く単量体全体に対して、好ましくは50mol%以上、より好ましくは70mol%以上、さらに好ましくは90mol%以上、特に好ましくは実質100mol%である。
(塩基性化合物による中和)
本発明においてアクリル酸(塩)系単量体を用いる場合、アクリル酸は塩基性化合物を用いて部分的に中和されていることが好ましい。即ち、本発明では、ポリアクリル酸の酸基が部分的に中和されている吸水剤が好ましい。
上記塩基性化合物としては、例えば、アルカリ金属の炭酸塩や炭酸水素塩、アルカリ金属の水酸化物、アンモニア、有機アミン等が挙げられる。中でも、吸水剤の吸水性能の観点から、強塩基性の化合物が選択される。従って、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属の水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。また、当該塩基性化合物は、取り扱い性の観点から、水溶液とされていることが好ましい。尚、市販の水酸化ナトリウムには、亜鉛、鉛、鉄等の重金属がppmオーダー(質量基準)で含まれており、厳密には組成物ということもできる。本発明においては、当該組成物も塩基性化合物の範疇に含めることとする。
上記中和を行う時期は、重合前、重合中、重合後の何れでもよく、複数の時期または回数で中和を行うこともできる。また、吸水剤の生産効率の観点から、連続式で中和することが好ましい。
本発明においてアクリル酸(塩)を用いる場合、その中和率は、単量体の酸基に対して、好ましくは10mol%以上、より好ましくは40mol%以上、さらに好ましくは50mol%以上、特に好ましくは60mol%以上であって、好ましくは90mol%以下、より好ましくは85mol%以下、さらに好ましくは80mol%以下、特に好ましくは75mol%以下である。当該中和率の範囲とすることで、吸水剤の吸水性能の低下を抑制することができる。尚、上記中和率は、上述した重合前、重合中、重合後の何れの中和においても適用される。また、吸水剤に関しても同様に適用される。
(内部架橋剤)
本発明の好ましい製造方法においては、内部架橋剤が使用される。当該内部架橋剤としては、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、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチ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、エチレンオキシ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テトラ(メタ)アクリレート、ジ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、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、ポリエチレンイミン、グリシジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの内部架橋剤の中から、反応性等を考慮して少なくとも1種類の内部架橋剤が選択される。
本発明においては、吸水剤の吸水性能等の観点から、好ましくは重合性不飽和基を二つ以上有する内部架橋剤、より好ましくは(ポリ)アルキレングリコール構造を有する重合性不飽和基を二つ以上有する内部架橋剤が選択される。上記重合性不飽和基としては、具体的には、アリル基、(メタ)アクリレート基が挙げられる。中でも、(メタ)アクリレート基が好ましい。また、上記(ポリ)アルキレングリコール構造を有する重合性不飽和基を二つ以上有する内部架橋剤としては、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートが挙げられる。尚、アルキレングリコール単位の数(以下、「n」と表記する)としては、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、さらに好ましくは4以上、特に好ましくは6以上であって、好ましくは100以下、より好ましくは50以下、さらに好ましくは20以下、特に好ましくは10以下である。
上記内部架橋剤の使用量は、内部架橋剤を除く単量体に対して、好ましくは0.0001mol%以上、より好ましくは0.001mol%以上、さらに好ましくは0.01mol%以上であって、好ましくは10mol%以下、より好ましくは5mol%以下、さらに好ましくは1mol%以下である。当該範囲内の使用量とすることで、所望する吸水性能を有する吸水剤が得られる。一方、当該範囲外の使用量では、ゲル強度の低下に伴い、水可溶分が増加したり、吸収倍率が低下したりすることがある。
本発明において、上記内部架橋剤を添加するタイミングは、重合体を均一に架橋できればよく、重合前の単量体水溶液や重合中または重合後の含水ゲルに内部架橋剤を添加する方法が挙げられる。中でも、所定量の内部架橋剤を予め単量体水溶液に添加する方法が好ましい。
(単量体水溶液に添加される物質)
本発明では、上記単量体水溶液の作製時、上記重合反応および架橋反応の期間中、または上記重合反応および架橋反応の後の何れか一ヵ所以上で、吸水剤の物性向上の観点から、下記物質を単量体水溶液に添加することができる。
当該物質としては、具体的には、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)化合物、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(PVA)、ポリアクリル酸(塩)、ポリアクリル酸(塩)の架橋体等の親水性高分子;炭酸塩、アゾ化合物、各種気泡を生じる発泡剤、界面活性剤、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤、連鎖移動剤等の化合物;が挙げられる。
上記α-ヒドロキシカルボン酸(塩)化合物としては、例えば、リンゴ酸(塩)、乳酸(塩)、グリコール酸(塩)、酒石酸(塩)、クエン酸(塩)、マンデル酸(塩)等が挙げられる。
上記α-ヒドロキシカルボン酸(塩)化合物の添加量は、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量が十分な場合には添加しないときもあるが、基本的には、吸水剤が含有するカルボキシル基含有不飽和単量体に対して、好ましくは0.41mol%以下、より好ましくは0.37mol%以下、さらに好ましくは0.33mol%以下であって、0mmol%であってよく、好ましくは0mol%を超え、より好ましくは0.04mol%以上、さらに好ましくは0.06mol%以上、特に好ましくは0.08mol%以上である。α-ヒドロキシカルボン酸(塩)化合物の添加量がこの範囲を超えると、吸水剤の吸水特性(特にAAPやSFC)が低下するため、経時の着色抑制効果と吸収特性とのバランスが悪くなり好ましくない。
上記アミノカルボン酸系キレート剤としては、より具体的には、特開平11-060975号公報、国際公開第2007/004529号パンフレット、国際公開第2011/126079号パンフレット、国際公開第2012/023433号パンフレット、特表2009-509722号公報、特開2005-097519号公報、特開2011-074401号公報、特開2013-076073号公報、特開2013-213083号公報、特開昭59-105448号公報、特開昭60-158861号公報、特開平11-241030号公報、特開平2-41155号公報等に記載のキレート剤が挙げられる。
本発明で使用されるリン系キレート剤としては、アミノ基を有する有機アミノリン酸が好ましく、水溶性有機アミノリン酸、さらには水溶性非高分子有機アミノリン酸が用いられる。有機アミノリン酸の一分子あたり、アミノ基の数は、好ましくは1個以上、さらに好ましくは2個以上であり、リン酸基の数は、好ましくは1個以上、さらに好ましくは2個以上、特に好ましくは3個以上である。アミノ基、リン酸基の数の上限はそれぞれ通常100個以下、さらに好ましくは10個以下、特に好ましくは5個以下である。なお、本発明で水溶性とは、25℃の水100gに0.1g以上、さらに好ましくは1g以上、特に好ましくは5g以上溶解する化合物をさす。また、分子量は、通常50~5000、好ましくは100~1000、さらに好ましくは200~500の範囲である。
用いられるリン系キレート剤としては、例えば、エチレンジアミン-N,N’-ジ(メチレンホスフィン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスフィン酸)、ニトリロ酢酸-ジ(メチレンホスフィン酸)、ニトリロジ酢酸-(メチレンホスフィン酸)、ニトリロ酢酸-β-プロピオン酸-メチレンホスホン酸、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)、シクロヘキサンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミン-N,N’-ジ酢酸-N,N’-ジ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミン-N,N’-ジ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ポリメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、1-ヒドロキシエチリデンジホスホン酸、およびこれらの塩である。なお、本発明で最も好ましいリン系キレート剤は、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)またはその塩である。塩として好ましいものは、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩を挙げることができる。また、塩としてはナトリウム塩、カリウム塩が特に好ましい。
上記アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の添加量は、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量が十分な場合には添加しないときもあるが、基本的には、吸水剤が含有するカルボキシル基含有不飽和単量体に対して、好ましくは20mmol%以下、より好ましくは18mmol%以下、さらに好ましくは16mmol%以下、特に好ましくは14mmol%であって、0mmol%であってよく、好ましくは0mmol%を超え、より好ましくは0.4mmol%以上、さらに好ましくは0.8mmol%以上である。アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の添加量が上記の範囲を超えると、不経済であるばかりでなく、使用するキレート剤由来の色による吸水剤の色調が悪化するため好ましくない。
α-ヒドロキシカルボン酸(塩)、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤は後述するいずれの工程で添加してもよいが、これら添加剤が吸水剤内に均一に存在せず偏在すると、経時的な着色が起こる粒子と起こらない粒子とが混在して、吸収体や吸収物品の製造工程で採取した箇所の違いもしくは製造ロットの違いで、着色の抑制効果にバラツキが出る可能性が高い。そのため、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤を添加する工程は、表面架橋工程およびそれ以前であることが好ましく、ゲル粉砕工程およびそれ以前であることがより好ましく、重合工程中およびそれ以前であることがさらに好ましく、単量体水溶液の調整工程であることが最も好ましい。後添加した吸水剤(例えば、表面架橋剤工程後に添加)よりも、内添加した吸水剤(例えば、重合工程中もしくはそれ以前に添加)の方が、性能が高く、安定した物性を提供できる。
(単量体成分の濃度)
上述した各物質および各成分(以下、「単量体成分」と表記する)を目的に応じて種々選択し、上記範囲を満たすようにそれぞれの量を規定して互いに混合することによって、単量体水溶液が作製される。尚、本発明では、単量体を水溶液とすること以外に、水と親水性溶媒との混合溶液とすることもできる。
また、単量体成分の合計の濃度は、吸水剤の物性の観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上であって、好ましくは80質量%以下、より好ましくは75質量%以下、さらに好ましくは70質量%以下である。当該単量体成分の濃度は、下記式(A)から算出される;
単量体成分の濃度(質量%)=〔(単量体成分の質量)/(単量体水溶液の質量)〕×100 …式(A)
尚、上記式(A)中、「単量体水溶液の質量」には、グラフト成分や吸水剤、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。
[3-2]重合工程
本工程は、単量体水溶液を重合させて含水ゲル状架橋重合体(以下、単に「含水ゲル」と表記する)を得る工程である。好ましくは上記単量体水溶液の調製工程で得られた、アクリル酸(塩)を主成分として含むカルボキシル基含有不飽和単量体および少なくとも1種類の重合性内部架橋剤を含む単量体水溶液を重合させて、含水ゲルを得る工程である。
(重合開始剤)
本発明で用いられる重合開始剤としては、重合させるモノマーの種類や重合条件等に合わせて、通常の吸水剤の製造において利用されている重合開始剤の中から1種または2種以上選択して使用することができる。重合開始剤としては、例えば、熱分解型開始剤や光分解型開始剤が挙げられる。
熱分解型開始剤としては、例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩;過酸化水素、t-ブチルパーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシド等の過酸化物;アゾニトリル化合物、アゾアミジン化合物、環状アゾアミジン化合物、アゾアミド化合物、アルキルアゾ化合物、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジヒドロクロリド等のアゾ化合物;等が挙げられる。
光分解型開始剤としては、例えば、ベンゾイン誘導体、ベンジル誘導体、アセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、アゾ化合物等が挙げられる。
これらの中でもコスト、残存モノマーの低減能を考慮すると過硫酸塩が好ましい。また、上記過硫酸塩または過酸化物等の酸化性重合開始剤の分解を促進する還元剤を併用し、両者を組み合わせることによりレドックス系開始剤とすることもできる。上記還元剤としては、例えば、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム等の(重)亜硫酸(塩)、L-アスコルビン酸(塩)、第一鉄塩等の還元性金属(塩)、アミン類等が挙げられる。
上記重合開始剤の使用量は、内部架橋剤を除く単量体に対して、好ましくは0.001mol%以上、より好ましくは0.01mol%以上であって、好ましくは1mol%以下、より好ましくは0.5mol%以下、さらに好ましくは0.1mol%以下である。また、上記還元剤の使用量は、内部架橋剤を除く単量体に対して、好ましくは0.0001mol%以上、より好ましくは0.0005mol%以上であって、好ましくは0.02mol%以下、より好ましくは0.015mol%以下である。当該範囲内の使用量とすることで、所望する吸水性能を有する吸水剤が得られる。
また、本発明においては、上記重合反応を、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開始させてもよい。また、活性エネルギー線の照射と上記重合開始剤とを併用してもよい。
(g)重合禁止剤
重合時に好ましくは重合禁止剤を含む。重合禁止剤としては国際公開第2008/096713号に例示のN-オキシキシル化合物、マンガン化合物、置換フェノール化合物が挙げられ、好ましくは置換フェノール類、特に好ましくはメトキシフェノール類が挙げられる。
好ましく使用できるメトキシフェノール類としては、具体的には、o,m,p-メトキシフェノールや、それらにさらにメチル基、t-ブチル基、水酸基等の1個または2個以上の置換基を有するメトキシフェノール類が例示されるが、本発明において特に好ましく用いられ得るメトキシフェノール類はp-メトキシフェノールである。メトキシフェノール類の含有量は、5~200ppmであればよいが、好ましくは5~160ppm、さらには10~160ppm、より好ましくは10~100ppm、さらに好ましくは10~80ppm、最も好ましくは10~70ppmである。
p-メトキシフェノールの含有量が200ppmを越える場合、得られた吸水性樹脂の着色(黄ばみ/黄変)の問題が発生する。また、p-メトキシフェノールの含有量が10ppm未満の場合、特に5ppm未満の場合、すなわち、蒸留等の精製によって重合禁止剤であるp-メトキシフェノールを除去した場合、意図的に重合を開始させる前に重合が起きる危険があるのみならず、驚くべきことに、重合速度がかえって遅くなることもあり好ましくない。また、さらにp-メトキシフェノールの含有量が少ない場合、得られる吸水性樹脂の膨潤ゲルの耐光性が劣るので好ましくない。一般に吸水性樹脂の膨潤ゲルは光で劣化するが、p-メトキシフェノールの使用によって耐光性が向上することが見出された。
(h)Fe量およびその他不純物
本願での単量体は、好ましくは鉄を含む、または、鉄がゼロである。鉄量(Fe)は単量体に対して2ppm以下、好ましくは1.5ppm以下、さらに好ましくは1.0pm以下、さらに好ましくは0.5ppm以下、特に好ましくは0.3ppm以下である。鉄が多いと重合率の低下によって残存モノマーが増加し、臭気の問題が発生するのみならず、得られる吸水性樹脂の着色や劣化の問題が発生するので好ましくない。なお、鉄は主に中和に用いる塩基、特に苛性ソーダ、炭酸(水素)ナトリウム中の微量成分として主に含有されるため、苛性ソーダ等の純度を制御することで、鉄量を制御できる。鉄量(Fe)の下限は塩基(特に苛性ソーダ)の精製コストから0.001ppm、さらには0.01ppmで十分である。
例えば、NaOH中にFeが5ppm含有される場合、75モル%中和アクリル酸ナトリウムは、「アクリル酸(分子量72)+NaOH(分子量40)×0.75=75モル%中和アクリル酸ナトリウム(分子量88.5)」より、5ppm×(40×0.75/88.5)=1.7ppmの鉄量(Fe)となる。なお、塩基中や吸水性樹脂中の鉄量は、例えば、JIS K1200-6に記載のICP発光分光分析方法で定量でき、定量方法の参考文献として、国際公開第2008/090961号を参照することができる。
また、アクリル酸中のプロトアネモニン、アリルアクリレート、アリルアルコール、アルデヒド分(特にフルフラール)、マレイン酸、安息香酸の不純物6種類のうち、1種類以上、2種類以上、3種類以上、4種類以上、5種類以上、6種類の全てが各々0~20ppmである。好ましくは各々が0~10ppm、より好ましくは0~5ppm、さらに好ましくは0~3ppm、特に好ましくは0~1ppmであり、ND(検出限界)が最も好ましい。また、これらプロトアネモニン、アリルアクリレート、アリルアルコール、アルデヒド分、マレイン酸、安息香酸の合計量(対アクリル酸重量)も100ppm以下が好ましく、0~20ppmであることがより好ましく、0~10ppmであることがさらに好ましい。これら微量成分やプロピオン酸量の好適な制御方法として、下記の非化石原料由来のアクリル酸が使用される。
上記不純物が多いと、吸水性樹脂の残存モノマーや可溶分が増加したり、着色が起ったりする。同様にアクリル酸中の水分量も残存モノマーの観点から20重量%以下が好ましく、1重量%以下がより好ましく、0.5重量%以下がさらに好ましく、0.2重量%以下であることが特に好ましい。すなわち、単量体の調製には、アクリル酸水溶液(例;市販の80重量%水溶液)よりもアクリル酸(水分0.2重量%以下)が好ましい。
(重合形態)
本発明に適用される重合形態としては、水溶液重合、逆相懸濁重合、噴霧重合、液滴重合、バルク重合、沈澱重合等が挙げられる。中でも、重合の制御の容易性や吸水剤の吸水性能の観点から、好ましくは水溶液重合または逆相懸濁重合、より好ましくは水溶液重合、さらに好ましくは連続水溶液重合が選択される。逆相懸濁重合は国際公開第2007/004529号、国際公開第2012/023433号等に記載されている。また連続水溶液重合は、吸水剤を高い生産性で製造することができ、米国特許第4893999号、米国特許第6906159号、米国特許第7091253号、米国特許第7741400号、米国特許第8519212号、特開2005-36100号公報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。
上記連続水溶液重合の好ましい形態としては、高温開始重合、高濃度重合、発泡重合等がある。当該「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35℃以上、より好ましくは40℃以上、さらに好ましくは45℃以上、特に好ましくは50℃以上であって、好ましくは単量体水溶液の沸点以下とする重合形態を意味する。また「高濃度重合」とは、重合開始時の単量体濃度を、好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上、特に好ましくは45質量%以上であって、好ましくは単量体水溶液の飽和濃度以下とする重合形態を意味する。「発泡重合」とは、発泡剤または気泡を含む上記単量体水溶液を重合する重合形態を意味する。尚、これら重合形態は、それぞれ単独で実施してもよいし、二つ以上を併用して実施してもよい。
上記発泡重合における気泡の分散方法としては、単量体水溶液に溶存している気体を溶解度の低下によって気泡として分散させる方法、外部から気体を導入して気泡として分散させる方法、単量体水溶液に発泡剤を添加して発泡させる方法等が挙げられる。また、目的とする吸水剤の物性に応じて、上記分散方法を適宜併用して実施してもよい。
上記外部から気体を導入する場合、当該気体として、酸素、空気、窒素、炭酸ガス、オゾン等や、これら気体の混合気体が挙げられる。重合性やコストの観点から、好ましくは窒素や炭酸ガス等の不活性ガスが使用され、より好ましくは窒素が使用される。
使用することができる発泡剤として、アゾ化合物や有機または無機のカーボネート溶液、分散液、粒径が0.1μm以上、1000μm以下の粉末が挙げられる。中でも無機のカーボネートが好ましく、具体的には炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭酸水素塩を使用することができる。
発泡重合で得られた発泡形状の含水ゲルをゲル粉砕することで乾燥が容易となる。また、発泡形状の吸水剤とすることで、吸水剤の吸水速度を向上させることができる。発泡形状であることは、電子顕微鏡で吸水剤粒子の表面に孔や球の一部が取り除かれたようなクレーター状の凹みを有することをいい、当該孔や凹みは、例えば直径が1μm以上、100μm以下の孔を確認することで判断できる。孔や凹みの数は、吸水剤粒子一つ当たり、好ましくは1個以上、より好ましくは3個以上、特に好ましくは10個以上であって、好ましくは10000個以下、より好ましくは1000個以下、特に好ましくは100個以下である。上記のような粒子は、例えば600μm~300μmに分級された粒子100個を観察した際に、5個以上であることが好ましく、10個以上であることがより好ましく、20個以上であることがより好ましい。これらは上記発泡重合で制御することができる。
[3-3]ゲル粉砕工程
本工程は、上記重合工程の途中、および/または、重合工程後に実施される、含水ゲルを粉砕する工程である。具体的には、上記重合工程において含水ゲルを粉砕してもよく、上記重合工程後に含水ゲルを粉砕してもよい。即ち、本工程は、含水ゲルをゲル粉砕して粒子状の含水ゲル(以下、「粒子状含水ゲル」と表記する)を得る工程である。尚、後述する粉砕工程での「粉砕」と区別するために、本工程は「ゲル粉砕」と表記する。
上記ゲル粉砕とは、ニーダー、ミートチョッパー等のスクリュー押出し機、カッターミル等のゲル粉砕機を用いて、含水ゲルを所定の大きさに調整することを指す。
含水ゲルをゲル粉砕する場合、好ましくは温水をゲル粉砕機に添加することが好ましい。温水を添加することによって、粘着性が低く、通気性の良い粒子状含水ゲルが得られるため、乾燥し易くなるので好ましい。温水の温度は、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上、さらに好ましくは60℃以上であって、好ましくは100℃以下である。
ゲル粉砕の実施形態や稼働条件等に関しては、国際公開第2011/126079号パンフレットに記載された内容が本発明に好ましく適用される。尚、重合形態がニーダー重合である場合には、重合工程とゲル粉砕工程とが同時に実施されていることになる。また、本発明でゲル粉砕工程を経ることで、不定形破砕状の吸水剤を得ることができる。
ゲル粉砕工程によって細粒化された粒子状含水ゲルの粒子径は、乾燥のし易さや、得られる吸水剤の物性の観点から、0.1mm以上、10mm以下の範囲が好ましい。また粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(D50)は、好ましくは0.1mm以上であって、好ましくは5mm以下、より好ましくは2mm以下である。粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(D50)が上記範囲を外れると、乾燥が十分に行われないことがある。本発明では乾燥工程に供される含水ゲルの質量平均粒子径は、好ましくは上記範囲内であり、より好ましくは上記粒子径、および上記質量平均粒子径の両方を満足することである。
尚、吸水剤の比表面積を高めるには、国際公開第2011/126079号パンフレットに記載されたゲル粉砕方法を用いることが好ましい。また、当該ゲル粉砕方法を上述した発泡重合と組み合わせてもよい。
また、均一で効率的な乾燥のために、粒子状含水ゲルの含水率は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは45質量%以上であって、好ましくは70質量%以下、より好ましくは55質量%以下である。
[3-4]乾燥工程
本工程は、粉砕された含水ゲルを乾燥する工程であり、具体的には、上記粒子状含水ゲルを、所望する固形分まで乾燥させて乾燥重合体を得る工程である。当該固形分、即ち、上記ゲル100質量%から含水率を引いた値は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは92質量%以上であって、好ましくは99質量%以下、さらに好ましくは98質量%以下、特に好ましくは97質量%以下である。乾燥重合体の固形分を上記範囲内とすることで、粉砕や分級、表面架橋を効率的に実施することができる。尚、本明細書において「乾燥が完了」とは、固形分が80質量%に到達した状態を指す。ところで、本工程では乾燥重合体がブロック状になっており、さらにブロックの上下、中央/端で含水率が異なっている場合がある。この場合には、様々な位置から乾燥重合体を適宜取得し、必要により砕いてから含水率を測定して平均すればよい。
本明細書において、上記所定の固形分を下回る乾燥重合体を、未乾燥物と表記することがある。乾燥工程における「被乾燥物」には、粒子状含水ゲルを含む場合がある。
乾燥工程における乾燥方法は、例えば、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、流動層乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、疎水性有機溶媒との共沸脱水による乾燥、高温の水蒸気を利用した高湿乾燥、攪拌乾燥等が挙げられる。中でも乾燥効率の観点から、攪拌乾燥、および熱風乾燥が好ましい。攪拌乾燥としては、パドルドライヤーまたは回転ドラム式乾燥機等の攪拌乾燥機で行うことが好ましい。また熱風乾燥は、通気ベルト上で熱風乾燥を行う通気バンド式乾燥機で行うことが好ましい。通気バンド式乾燥機を用いることで、乾燥重合体や乾燥途中の粒子状含水ゲル等の被乾燥物の物理的破損や摩擦による微粉末の発生等を防止しつつ、効率的な乾燥が行える。
本発明における乾燥温度、即ち、熱風の温度は、乾燥効率を考慮すると、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上、さらに好ましくは150℃以上であって、好ましくは250℃以下、より好ましくは230℃以下、さらに好ましくは200℃以下である。また、乾燥時間は、好ましくは10分間以上、より好ましくは20分間以上、さらに好ましくは30分間以上であって、好ましくは2時間以下、より好ましくは1.5時間以下、さらに好ましくは1時間以下である。当該範囲内の乾燥温度および乾燥時間とすることで、得られる吸水剤の物性を所望する範囲とすることができる。尚、他の乾燥条件に関しては、乾燥に供する粒子状含水ゲルの含水率、総質量および目的とする固形分に応じて、適宜設定すればよく、バンド乾燥を行うときには、国際公開第2006/100300号パンフレット、同第2011/025012号パンフレット、同第2011/025013号パンフレット、同第2011/111657号パンフレット等に記載される諸条件が適宜適用される。
(通気バンド式乾燥機)
通気バンド式乾燥機によって被乾燥物を乾燥する場合、被乾燥物がバンド乾燥機のバンド上で層状(以下、「ゲル層」と表記する)となるように連続的に供給し、熱風乾燥される。この乾燥機のバンドの幅は、好ましくは0.5m以上、より好ましくは1m以上であって、好ましくは10m以下、より好ましくは5m以下である。バンドの長さは、好ましくは20m以上、より好ましくは40m以上であって、好ましくは100m以下、より好ましくは50m以下である。
バンド上での被乾燥物の移動速度は、ベルト幅、ベルト長、生産量、乾燥時間等により適宜設定すればよいものの、ベルト駆動装置の負荷、耐久性等の観点から、好ましくは0.3m/分以上、より好ましくは0.5m/分以上、さらに好ましくは0.7m/分以上であって、好ましくは5m/分以下、より好ましくは2.5m/分以下、さらに好ましくは2m/分以下、特に好ましくは1.5m/分以下である。
通気バンド式乾燥機上に散布された被乾燥物のゲル層の平均厚さは、好ましくは3cm以上、より好ましくは5cm以上、さらに好ましくは8cm以上であって、好ましくは30cm以下、より好ましくは20cm以下、さらに好ましくは15cm以下である。上記条件において効率的に上記固形分を達成するには、ゲル層の厚さが上記範囲となるようにすることが望ましい。一方、ゲル層が厚くなり過ぎると、未乾燥物の残存や不均一な乾燥になり易いため、上記所定の乾燥工程を行っても上記好ましい固形分を満足しない乾燥重合体の割合が多くなることがある。
また、本発明では、通気バンド式乾燥機の下記式から求められる厚み変化率は、好ましくは1.05以上、より好ましくは1.1以上であって、好ましくは3以下、より好ましくは2.5以下、さらに好ましくは2以下である。
厚み変化率=(被乾燥物の幅方向の最大厚み/平均厚み)
バンド上のゲル層の厚さを幅方向で均一にするよりも幅方向で厚さに変化をもたせて通気ベルト上で乾燥させると、より一層均一な乾燥を達成できるため好ましい。ゲル層の厚み変化率は、バンド進行方向に対して鉛直方向の断面での厚さであり、通気ベルトの進行方向の一定区間で測定した幅方向の重合ゲルの厚さである。即ち、本発明のゲル層の厚さは、通気ベルト上で乾燥が開始する前の厚さ、言い換えれば、被乾燥物の固形分濃度が上昇するまでの被乾燥物の厚さである。尚、「固形分濃度が上昇するまで」とは、乾燥前の被乾燥物の固形分濃度に対して、固形分濃度が好ましくは1質量%上昇するまで、より好ましくは0.5質量%上昇するまで、さらに好ましくは0質量%を超えて上昇するまでのことをいう。本発明では、上記ゲル層の厚さと上記厚み変化率の一方のみを満足することが好ましく、両方を満足することがより好ましい。
本発明では、通気バンド式乾燥機上に散布された被乾燥物に対して、さらに厚み制御操作を行うことが好ましい。厚み制御操作を行って、好ましくは上記ゲル層の厚さ、より好ましくは上記厚み変化率、さらに好ましくはゲル層の厚さと厚み変化率を満足することで、粗大な凝集物等に起因する乾燥不良をより一層抑制することができる。厚み制御操作は、バンド上の被乾燥物の厚さを調整することができれば特に限定されないものの、レーキ(手把)やロータリー式ならし機等を用いた操作が例示される。
[3-5]粉砕工程、分級工程
粉砕工程は、乾燥後の重合体を粉砕する工程であり、分級工程は、粉砕された重合体から微粉を取り除く工程である。具体的には、上記乾燥工程を経て得られる乾燥重合体を、粉砕工程で粉砕し、所望する範囲の粒度に分級工程で調整して、吸水剤を得る工程である。乾燥後の粉砕工程を経ることで、不定形破砕状の吸水剤(表面架橋前の不定形破砕状の吸水性樹脂粒子)を得ることができる。
上記粉砕工程で使用される粉砕機としては、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。中でも、粉砕効率の観点から、好ましくはロールミルが選択される。また、これら粉砕機を複数併用することもできる。
上記分級工程での粒度の調整方法としては、JIS標準篩(JIS Z8801-1(2000))を用いた篩分級や気流分級等が挙げられる。中でも、分級効率の観点から、好ましくは篩分級が選択される。尚、粉砕のし易さやの観点から、付加的に粉砕工程前に分級工程を行ってもよい。
上記不定形破砕状の吸水剤(表面架橋前の吸水剤、吸水剤に含有される表面架橋前の不定形破砕状の吸水性樹脂粒子)の比表面積は32m/kg以上、36m/kg以上、40m/kg以上、44m/kg以上、48m/kg以上、52m/kg以上、56m/kg以上、または、60m/kg以上であってもよい。本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤における比表面積の上限値は、特に限定されず、例えば、100m/kg以下、80m/kg以下、または、70m/kg以下であってもよい。
上記不定形破砕状の吸水剤(表面架橋前の吸水剤、吸水剤に含有される表面架橋前の不定形破砕状の吸水性樹脂粒子)の粒度分布は、質量平均粒子径(D50)が好ましくは250μm以上、600μm以下であって、150μm未満の粒子の割合が5質量%以下である。質量平均粒子径(D50)の上限は、好ましくは550μm以下、より好ましくは500μm以下、さらに好ましくは450μm以下である。また、150μm未満の粒子の割合は、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは2質量%以下である。また、710μm超の粒子の割合は、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。また、粒度分布の狭さを示す対数標準偏差(σζ)は、好ましくは0.20以上、より好ましくは0.25以上、さらに好ましくは0.27以上であって、好ましくは0.50以下、より好ましくは0.45以下、さらに好ましくは0.40以下、特に好ましくは0.35以下である。である。粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、その値が小さいほど均一な粒子径となり、粒子の偏析が少なくなるという利点がある。好ましくは、質量平均粒子径(D50)と150μm未満の粒子の割合を満足することであり、より好ましくは、質量平均粒子径(D50)、150μm未満の粒子の割合、および710μm超の粒子の割合を満足することであり、さらに好ましくは、質量平均粒子径(D50)、150μm未満の粒子の割合、710μm超の粒子の割合、および対数標準偏差を満足することであり、上記各範囲内で適宜組み合わせることができる。
上述した粒度は、表面架橋後の吸水剤(吸水剤に含有される表面架橋後の不定形破砕状の吸水性樹脂粒子)にも適用される。そのため、表面架橋を行う場合は、表面架橋前の吸水剤で調整された上記範囲の粒度を維持するように、表面架橋工程で表面架橋処理されることが好ましく、表面架橋工程以降に整粒工程を設けて粒度が調整されることがより好ましい。尚、分級工程において目開き710μmの篩を通過しない吸水剤は、粉砕工程に返されて、再度、粉砕工程で粉砕されることが好ましい。
[3-6]表面架橋工程
本工程は、上述した各工程を経て得られる表面架橋前の吸水剤の表面に、さらに架橋密度の高い部分を設ける工程であり、混合工程、熱処理工程、冷却工程等を含む構成となっている。当該表面架橋工程において、表面架橋前の吸水剤の表面でラジカル架橋や表面重合、表面架橋剤との架橋反応等が起こり、表面架橋された吸水剤(吸水剤に含有される表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子)が得られる。
[3-6-1]混合工程
本工程は、表面架橋剤を含む溶液(以下、「表面架橋剤溶液」と表記する)を混合装置内で表面架橋前の吸水剤と混合することで、加湿混合物を得る工程である。
(表面架橋剤)
本発明においては、表面架橋時に表面架橋剤が使用される。当該表面架橋剤としては、例えば、米国特許第7183456号に記載された表面架橋剤が挙げられる。これら表面架橋剤の中から、反応性等を考慮して少なくとも1種類の表面架橋剤が選択される。また、表面架橋剤の取り扱い性や吸水剤の吸水性能等の観点から、好ましくはカルボキシル基と反応する官能基を二つ以上有する表面架橋剤であって、共有結合が形成される有機化合物が選択される。
上記表面架橋剤としては、具体的には、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、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、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,3-ペンタンジオール、1,4-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2,3-ペンタンジオール、2,4-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,3-ヘキサンジオール、1,4-ヘキサンジオール、1,5-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2,3-ヘキサンジオール、2,4-ヘキサンジオール、グリセリン、ポリグリセリン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の多価アルコール化合物;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、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン等の多価アミン化合物;ハロエポキシ化合物、多価アミン化合物とハロエポキシ化合物との縮合物;1,2-エチレンビスオキサゾリン等のオキサゾリン化合物;オキサゾリジノン化合物;1,3-ジオキソラン-2-オン(エチレンカーボネート)、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;エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレンジ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、グリシドール等の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、複数種類を使用する場合はその合計量は、表面架橋前の吸水剤100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上であって、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下、さらに好ましくは2質量部以下である。表面架橋剤の使用量を当該範囲内とすることで、表面架橋前の吸水剤の表面層に最適な架橋構造を形成することができ、高物性の吸水剤が得られる。
上記表面架橋剤は、水溶液として表面架橋前の吸水剤に添加することが好ましい。この場合、水の使用量は、表面架橋前の吸水剤100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.3質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上であって、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下である。水の使用量を当該範囲内とすることで、表面架橋剤溶液の取り扱い性が向上し、表面架橋前の吸水剤に対して表面架橋剤を均等に混合することができる。
また、親水性有機溶媒を必要に応じて上記水と併用して、上記表面架橋剤溶液とすることもできる。この場合、親水性有機溶媒の使用量は、表面架橋前の吸水剤100質量部に対して、好ましくは5質量部以下、より好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは1質量部以下である。当該親水性有機溶媒としては、具体的には、メチルアルコール等の低級アルコール類;アセトン等のケトン類;ジオキサン等のエーテル類;N,N-ジメチルホルムアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;エチレングリコール等の多価アルコール類;等が挙げられる。しかしながら、これら親水性有機溶媒の使用は、できるだけ少ない使用量に制限されることが好ましい。
また、下記「[3-7]添加剤とその添加工程」で添加される各種の添加剤を、5質量部以下の範囲内で、上記表面架橋剤溶液に添加したり、混合工程で別途添加したりすることもできる。
(混合方法、混合条件)
上記表面架橋前の吸水剤と上記表面架橋剤溶液との混合は、表面架橋剤溶液を予め作製しておき、当該溶液を表面架橋前の吸水剤に対して、好ましくは噴霧または滴下して、より好ましくは噴霧して混合する方法が選択される。
上記混合を行う混合装置は、表面架橋前の吸水剤と表面架橋剤とを均一かつ確実に混合するのに必要なトルクを有していることが好ましい。当該混合装置は、高速攪拌型混合機が好ましく、高速攪拌型連続混合機がより好ましい。尚、当該高速攪拌型混合機の回転数は、好ましくは100rpm以上、より好ましくは300rpm以上であって、好ましくは10000rpm以下、より好ましくは2000rpm以下である。
本工程に供給される表面架橋前の吸水剤の温度は、表面架橋剤溶液との混合性や加湿混合物の凝集性の観点から、好ましくは35℃以上であって、好ましくは80℃以下、より好ましくは70℃以下、さらに好ましくは60℃以下である。また、混合時間は、好ましくは1秒間以上、より好ましくは5秒間以上であって、好ましくは1時間以下、より好ましくは10分間以下である。
[3-6-2]熱処理工程
本工程は、上記混合工程で得られた加湿混合物に熱を加えて、表面架橋前の吸水剤の表面上で架橋反応させる工程である。上記加湿混合物の熱処理は、当該加湿混合物を静置状態で加熱してもよく、攪拌等の動力を用いて流動状態で加熱してもよいものの、加湿混合物全体を均等に加熱できる点において、攪拌下で加熱することが好ましい。上記熱処理を行う熱処理装置は、上記観点から、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、表面架橋剤の種類および量、並びに吸水剤の吸水性能等の観点から、好ましくは150℃以上、より好ましくは170℃以上、さらに好ましくは180℃以上であって、好ましくは250℃以下、より好ましくは230℃以下である。また、加熱時間は、好ましくは少なくとも5分間、より好ましくは少なくとも7分間である。加熱温度と加熱時間とを上記範囲内に制御することにより、得られる吸水剤の吸水性能が向上するため好ましい。
[3-6-3]冷却工程
本工程は、上記熱処理工程後に、必要に応じて設けられる任意の工程である。本工程は、上記熱処理工程を終えた高温の吸水剤を所定の温度まで強制冷却し、表面架橋反応を速やかに終了させる工程である。
上記吸水剤の冷却は、静置状態で冷却してもよく、攪拌等の動力を用いて流動状態で冷却してもよいものの、吸水剤全体を均等に冷却できる点において、攪拌下で冷却することが好ましい。上記冷却を行う冷却装置は、上記観点から、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。尚、これら冷却装置は、熱処理工程で使用される熱処理装置と同じ仕様とすることもできる。熱処理装置の熱媒を冷媒に変更することで、冷却装置として使用できるからである。
本工程における冷却温度は、熱処理工程での加熱温度、吸水剤の吸水性能等に応じて適宜設定すればよく、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上であって、好ましくは100℃以下、より好ましくは90℃以下、さらに好ましくは70℃以下である。
[3-7]添加剤とその添加工程
[3-7-1]アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)
上記吸水剤の製造方法において、さらに、表面架橋後の吸水剤に、式(A)および式(B)で定義される範囲内に抽出量が得られるように、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤および/またはα-ヒドロキシカルボン酸(塩)をそれぞれ添加する工程、を含んでよく、その添加工程を含む態様も本発明の一実施形態に含み得る。アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)は、上述したものを使用し得る。
α-ヒドロキシカルボン酸(塩)の添加量は、当該吸水剤が含有するカルボキシル基含有不飽和単量体の量に対して、0mol%を超え(または、0mol%以上)、好ましくは0.04mol%以上、より好ましくは0.06mol%(0.08mol%)以上であって、0.41mol%以下、好ましくは0.37mol%以下、より好ましくは0.33mol%以下である。当該構成であれば、良好な物性、特にAAPやSFCの物性と、経時的な着色速度の低下とを、より良く両立させることができる。
また、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の添加量は、当該吸水剤が含有するカルボキシル基含有不飽和単量体の量に対して、0mmol%を超え(または、0mmol%以上)、好ましくは0.4mmol%以上、より好ましくは0.8mmol%以上であって、好ましくは20mmol%以下、より好ましくは18mmol%以下、さらに好ましくは16mmol%以下、特に好ましくは14mmol%以下である。当該構成であれば、良好な物性と、経時的な着色速度の低下とを、より良く両立させることができる。一方で上記の範囲を超えると、不経済であるばかりでなく、使用するキレート剤由来の色による吸水剤の色調が悪化するため好ましくない。
[3-7-2]表面改質剤
表面改質剤は、吸水剤の粒子表面を改質する目的で添加される添加剤で、具体的には、通液性向上剤、吸湿下のAnti-Caking剤、粉体の流れ制御剤、吸水剤のバインダー等が挙げられる。特に通液性向上の観点から、多価金属塩、カチオン性ポリマー、無機微粒子よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の化合物を使用することができ、必要に応じて2種類以上を併用することができる。上記表面改質剤の添加量は、選択される化合物に応じて、適宜設定される。表面改質剤の添加工程は、吸水剤の粒子表面を改質する目的から、好ましくは重合工程以降、より好ましくは乾燥工程以降、さらに好ましくは表面架橋工程以降に行われる。また、表面改質剤の添加は、任意の1以上の工程で行うことができる。
(多価金属塩)
多価金属塩を使用する場合、多価金属塩の多価金属カチオンは、好ましくは2価以上、より好ましくは2価以上、好ましくは4価以下、さらに好ましくは3価または4価である。また、使用できる多価金属としては、アルミニウム、ジルコニウム等が挙げられる。従って、本工程で使用することができる多価金属塩としては、乳酸アルミニウム、乳酸ジルコニウム、硫酸アルミニウム、硫酸ジルコニウム等が挙げられる。中でも、食塩水流れ誘導性(SFC)の向上効果の観点から、乳酸アルミニウムまたは硫酸アルミニウムがより好ましく、硫酸アルミニウムがさらに好ましい。
上記多価金属塩の添加量としては、吸水剤1gに対して、好ましくは0モル以上であって、好ましくは3.6×10-5モル未満、より好ましくは1.4×10-5モル未満、さらに好ましくは1.0×10-5モル未満である。
さらに、上記多価金属を含む溶液には、多価金属の吸水剤内への浸透性を調整する剤として、さらに水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酢酸ナトリウム、乳酸ナトリウム等の、1価の金属化合物を含んでいてもよい。
(カチオン性ポリマー)
カチオン性ポリマーを使用する場合、当該カチオン性ポリマーとしては、米国特許第7098284号に記載されている物質が挙げられる。中でも、通液性向上の観点から、ビニルアミンポリマーがより好ましい。また、カチオン性ポリマーの質量平均分子量は、5000以上、1000000以下が好ましい。
上記カチオン性ポリマーは、吸水剤100質量部に対して、好ましくは0質量部を超え、好ましくは2.5質量部未満、より好ましくは2.0質量部未満、さらに好ましくは1.0質量部未満となるように添加すればよい。
(無機微粒子)
無機微粒子を使用する場合、無機微粒子としては、米国特許第7638570号に記載されている物質が挙げられる。中でも、通液性向上の観点から、二酸化ケイ素が好ましい。
上記無機微粒子は、一次粒子径が20nm未満である場合、吸水剤100質量部に対して、好ましくは0質量部を超え、好ましくは1.2質量部未満、より好ましくは1.0質量部未満、さらに好ましくは0.5質量部未満となるように添加すればよい。また、上記無機微粒子は、一次粒子径が20nm以上である場合、吸水剤100質量部に対して、好ましくは0質量部を超え、好ましくは2.0質量部未満、より好ましくは1.5質量部未満、さらに好ましくは1.0質量部未満となるように添加すればよい。
[3-7-3]その他の添加剤
その他の添加剤としては、還元剤、界面活性剤、リン原子を有する化合物、酸化剤、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、テルペン系芳香性化合物、フェノール系芳香性化合物等の芳香性物質等が挙げられ、これらは一つまたは二つ以上を使用することができる。
その他の添加剤は、モノマーまたは吸水剤に対して、好ましくは0.001質量%以上、1質量%以下の範囲で添加または含有される。
上記添加剤は、上述した各工程、即ち、単量体水溶液の調製工程、重合工程、ゲル粉砕工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程、表面架橋工程から選ばれる少なくとも一つの工程の前後、またはその工程の途中で添加することができる。好ましくは、重合工程以降の何れかの工程の前後、またはその工程の途中で添加される。
[3-7-4]添加剤の添加工程
添加剤を吸水剤に添加する場合、当該添加剤が液体、または水等の水性媒体の溶液のときには、当該液体または溶液を吸水剤に対して噴霧し、十分なトルクをかけて吸水剤と添加剤とを均一かつ確実に混合することが好ましい。一方、上記添加剤が粉状等の固体である場合には、吸水剤とドライブレンドしてもよく、水等の水性液体をバインダーとして使用してもよい。
上記混合に使用する装置としては、具体的には、攪拌型混合機、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、流動型ロータリーデスク型混合機、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等が挙げられる。尚、攪拌型混合機を用いる場合には、その回転数は、好ましくは5rpm以上、より好ましくは10rpm以上であって、好ましくは10000rpm以下、より好ましくは2000rpm以下である。
[3-8]整粒工程
本発明においては、上述した工程以外に、必要に応じて整粒工程を実施することができる。整粒工程とは、上記表面架橋工程を経て得られる表面架橋後の吸水剤を所望の範囲の粒度に調整して最終製品として出荷可能な状態にある吸水剤、即ち、吸水剤を得る工程である。但し、表面架橋工程前に粉砕工程および分級工程が無い場合は、表面架橋工程後の後述の操作を粉砕工程、分級工程とする。整粒工程での粒度調製方法は、上記分級工程と同様の調製方法を採用することができる。さらに、上記表面架橋工程や表面改質剤の添加工程で吸水剤が凝集した場合に、解砕、例えば軽い粉砕を行ってもよく、混合、例えばペイントシェーカー等を用いて混合してもよい。従って、所望の質量平均粒子径(D50)、および当該質量平均粒子径(D50)の割合等を満足するように篩等による分級等を行えばよい。
[3-9]その他の工程
本発明においては、上述した工程以外に、必要に応じて輸送工程、貯蔵工程、梱包工程、保管工程等から選択される少なくとも1種類の工程をさらに含んでいてもよい。
本発明の衛生用品の吸収体は、本実施形態に係る吸水剤と親水性基材とからなるものであり、さらに親水性繊維等の繊維材料を含んでいてもよい。尚、吸収体の構成は、吸水剤と親水性繊維とを含む複合物を親水性基材(親水性の不織布やティッシュペーパー等)でさらに挟持することにより一体化されてもよく、これら例示の構成に限定されるものではない。例えば、親水性繊維を含まずに吸水剤を親水性基材(親水性の不織布やティッシュペーパー等)のシート状基材に、直接固定して複合化した吸収体も本発明の吸収体になりえる。吸収体が親水性繊維を含む場合、吸収体の構成としては、例えば、吸水剤と親水性繊維とを均一に混合したものを含む構成が本発明の効果を十分発揮させる上で好ましい。このようなものとしては例えば吸水剤と親水性繊維とを均一に混合した構成;吸水剤と親水性繊維とを均一に混合して層状に形成し、この上に層状に形成した親水性繊維を積層した構成;吸水剤と親水性繊維とを均一に混合して層状に形成し、これと層状に形成した親水性繊維との間に吸水剤を挟持した構成等を例示することができる。またこの他にも層状に形成した親水性繊維間に吸水剤を挟持した構成等でもよい。さらに、吸収体は、吸水性樹脂に対して特定量の水を配合することによって該吸水性樹脂をシート状に形成してなる構成であってもよい。
上記の親水性基材の例としては、例えば、親水処理したポリエチレン、親水処理したポリプロピレン、親水処理したポリエステル、ティッシュペーパー等(または、これらの複合体であってもよい)のシート状基材が挙げられる。
上記の繊維材料の例としては、例えば、木材から得られるメカニカルパルプやケミカルパルプ、セミケミカルパルプ、溶解パルプ等のセルロース繊維、レーヨン、アセテート等の人工セルロース繊維等の親水性繊維が挙げられる。上記例示の繊維のうち、セルロース繊維が好ましい。また、親水性繊維は、ポリアミドやポリエステル、ポリオレフィン等の合成繊維、を含有していてもよい。尚、繊維材料は、上記例示の繊維に限定されるものではない。
吸収体の質量における吸水剤の質量の比率が75質量%以上であってよく、80質量%以上であってよく、99質量%以下、95質量%以下であってよい。また、吸収体における親水性繊維等の繊維材料の割合が比較的少ない場合には、接着性バインダーを用いて吸収体、つまり、親水性繊維同士を接着させてもよい。親水性繊維同士を接着させることにより、吸収体の使用前や使用中における該吸収体の強度や保形性を高めることができる。上記の接着性バインダーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体、1-ブテン-エチレン共重合体等のポリオレフィン繊維等の熱融着繊維や接着性を有するエマルション等が例示できる。これら接着性バインダーは、単独で用いてもよく、また、2種類以上を混合して用いてもよい。親水性繊維と接着性バインダーとの重量比は、50/50~99/1の範囲内が好ましく、70/30~95/5の範囲内がより好ましく、80/20~95/5の範囲内がさら好ましい。
また、本発明にかかる衛生用品は、上記構成の吸収体を含む吸収層を、透液性を有するシートと、不透液性を有するシートとで挟持してなる。そして、該吸収性物品は、上記構成の吸収体を含む吸収層を有してなるので、上述したよう優れた吸水特性を備えている。吸収性物品としては、具体的には、例えば、紙オムツや生理用ナプキン、いわゆる失禁パット等の衛生材料等が挙げられるが、特に限定されるものではない。吸収性物品は優れた吸水特性を備えているので、例えば該吸収性物品が紙オムツである場合には、尿の漏れを防止することができると共に、いわゆるドライ感を付与することができる。
上記の透液性を有するシート(以下、液透過性シートと称する)は、水性液体を透過する性質を備えた材料からなっている。液透過性シートの材料としては、例えば、不織布、織布;ポリエチレンやポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド等からなる多孔質の合成樹脂フィルム等が挙げられる。上記の不透液性を有するシート(以下、液不透過性シートと称する)は、水性液体を透過しない性質を備えた材料からなっている。液不透過性シートの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンビニルアセテート、ポリ塩化ビニル等からなる合成樹脂フィルム;これら合成樹脂と不織布との複合材からなるフィルム;上記合成樹脂と織布との複合材からなるフィルム等が挙げられる。尚、液不透過性シートは、蒸気を透過する性質を備えていてもよい。
吸収層の構成は、特に限定されるものではなく、上記の吸収体を有していればよい。また、吸収層の製造方法は、特に限定されるものではない。さらに、液透過性シートと液不透過性シートとで吸収層を挟持する方法、即ち、吸収性物品の製造方法は、特に限定されるものではない。尚、上記の吸収体にさらに消臭剤、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、塩類等を添加し、これにより、吸収体または吸収性物品に種々の機能を付与させてもよい。
本発明は、以下のように構成することもできる。本発明の一態様によれば、一例として、比表面積が大きく、良好な物性と、経時的な着色速度の低下とが両立した吸水剤を提供することができる。
〔1〕
比表面積が32m/kg以上であり、
抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、式(A)および式(B)で定義される範囲内に存在し、かつ、
表面架橋された、不定形破砕状の吸水剤。
≧0 ・・・式(A)
0≦x≦0.33 ・・・式(B)
ただし、y≦28.7x -11.1x+1.07、かつ、0≦x<0.19の範囲を除く。
〔2〕
上記吸水剤の下記の着色試験の前後におけるWI値の変化量が40以下であり、かつ、下記の着色試験の前のWI値が42以上である、〔1〕に記載の吸水剤;
(着色試験:上記吸水剤を、温度が70℃±1℃であり、かつ、相対湿度が75±1RH%である環境に7日間曝露させる試験)。
〔3〕
上記吸水剤は、式(3)および式(4)の関係式を満たすものである、〔1〕または〔2〕に記載の吸水剤;
≧0.24x+18 ・・・式(3)
≧-10x+306 ・・・式(4)
(式(3)および(4)中、xはCRC、yはAAP、zはSFCを表し、xは26以上32以下の値である)。
〔4〕
比表面積が32m/kg以上の、表面架橋された、不定形破砕状の吸水剤の製造方法であって、
アクリル酸(塩)を主成分として含む単量体、および少なくとも1種類の重合性内部架橋剤を含む単量体水溶液を調製する調製工程を有し、
上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、式(A)および式(B)で定義される範囲内に存在するように、上記調製工程にて、上記単量体水溶液に対してα-ヒドロキシカルボン酸(塩)およびアミノカルボン酸系キレート剤をそれぞれ添加する、吸水剤の製造方法。
≧0 ・・・式(A)
0≦x≦0.33 ・・・式(B)
ただし、y≦28.7x -11.1x+1.07、かつ、0≦x<0.19の範囲を除く。
〔5〕
さらに表面架橋工程を含み、
当該表面架橋工程後に、最終産物である上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、最終産物である上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、式(A)および式(B)で定義される範囲内に存在するように、上記表面架橋工程で得られた吸水剤に対してα-ヒドロキシカルボン酸(塩)および/またはアミノカルボン酸系キレート剤を添加する添加工程を含む、〔4〕に記載の吸水剤の製造方法。
≧0 ・・・式(A)
0≦x≦0.33 ・・・式(B)
ただし、y≦28.7x -11.1x+1.07、かつ、0≦x<0.19の範囲を除く。
以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するものの、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
<測定方法>
以下に吸水剤の測定方法を述べるが、吸水剤が長期保管されている場合、または、吸収体や紙オムツ等の衛生材料から吸水剤を取り出す場合には、吸水剤が水分を含んでいて適切な値が測定できない場合がある。製造時点での吸水剤の含水率が判明している場合(例えば、製造検査票に含水率が記載)には、80℃程度の減圧乾燥で所定の含水率まで乾燥させてから、吸水剤を測定することが望ましい。一方、製造時点での含水率が不明な場合には、吸水剤の含水率を10質量%以下に調整してから、吸水剤を測定することが好ましい。吸水性樹脂(吸水剤)の含水率を10質量%以下に調整する方法として、80℃および減圧下(10.0kPa以下)で、吸水性樹脂(吸水剤)を24時間乾燥する方法が挙げられる。
(a)CRC(無加圧下吸収倍率)
本発明に係る吸水剤のCRC(無加圧下吸収倍率)は、NWSP 241.0.R2(15)に準拠して測定した。具体的には、吸水剤0.2gを不織布製の袋に入れ、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して当該吸水剤を自由膨潤させた後、遠心分離機(遠心力:250G)を用いて脱水し、CRC(無加圧下吸収倍率)(単位:g/g)を測定した。
(b)AAP(加圧下吸収倍率)
本発明に係る吸水剤のAAP(加圧下吸収倍率)は、NWSP 242.0.R2(15)に準拠して測定した。但し、本発明においては、加圧条件を4.83kPa(49g/cm、0.7psi)に変更して測定した。具体的には、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を用い、吸水剤0.9gを1時間、4.83kPa(49g/cm、0.7psi)の加圧下で膨潤させた後、AAP(加圧下吸収倍率)(単位:g/g)を測定した。即ち、本明細書では、AAP(加圧下吸収倍率)は、全て、4.83kPaの加圧下で測定した値である。
(c)SFC(生理食塩水流れ誘導性)
本発明に係る吸水剤のSFC(生理食塩水流れ誘導性)(単位:×10-7cm・sec/g)は、米国特許第5669894号に記載された測定方法に準拠して測定した。具体的な手順は以下の通りである。
まず、SFC測定用容器に吸水剤1.50gを均等に入れ、人工尿中で2.1kPaの荷重下で60分間浸漬し、膨潤ゲルとした。当該膨潤ゲルのゲル層高(L0)を測定した後、0.69質量%塩化ナトリウム水溶液を一定の静水圧(ΔP)で、上記膨潤ゲル層を通液させた。このとき、上記膨潤ゲル層には、2.1kPaの荷重を掛けたままとした。
通液に際して、コンピューターと天秤とを用いて、ゲル層を通過する液体量を、時間の関数として20秒間隔で10分間記録した。
上記膨潤ゲルを通過する液体の流速Fs(T)は、増加質量(g)を増加時間で除することにより求めた(単位;g/s)。一定の静水圧と安定した流速Fsが得られた時をTsとし、Tsと上記10分間に得られたデータのみを計算に使用し、Fs(T=0)の値(すなわち、膨潤ゲルを通過する最初の流速Fs(T=0))を算出した。なお、Fs(T=0)は、Fs(T)対時間の最小2乗法の結果を、T=0に外挿することで求めた。
上記操作および測定装置の大きさから、次式(a)にしたがって、吸水剤のSFC(単位;×10-7・cm・s・g-1)を求めた。
式(a): SFC=(Fs(T=0)×L0)/(ρ×A×ΔP)
式(a)中、
Fs(T=0)は、ゲル層を通過する最初の流速(単位;g/s)
L0は、人工尿で膨潤させたゲル層の層高(単位;cm)
ρは、0.69質量%塩化ナトリウム水溶液の密度(単位;g/cm
Aは、ゲル層上面の面積(単位;cm
ΔPは、ゲル層にかかる静水圧(dyne/cm
である。
なお、液体の通過が速すぎて静水圧が上記に満たない場合、上記ΔPの値を塩化ナトリウム水溶液の液面の高さから計算される値に変更することで、SFCを求めることができる。
上記人工尿としては、純水994.25gに、塩化カルシウム2水和物0.25g、塩化カリウム2.0g、塩化マグネシウム6水和物0.50g、硫酸ナトリウム2.0g、リン酸2水素アンモニウム0.85gおよびリン酸水素2アンモニウム0.15gを溶解したものを使用した。
(d)初期色調および経時色調
本発明に係る吸水剤の初期色調および経時色調は、ハンターLab表色系で測定した。測定装置には、ハンターLab社製のLabScan(登録商標)XEを使用し、測定条件として反射測定、測定口径として1インチまたは1.75インチを選択した。初期色調測定容器の大きさは測定口径によって変更し(測定口径が1インチの場合は内径5.5cm・高さ1cmの寸法、測定口径が1.75インチの場合は内径9.5cm・高さ0.6cmの寸法)、初期色調測定容器の材質はアルミ製もしくはステンレス製とした。
次に、初期色調測定容器に吸水剤を投入していき、容器外に吸水剤が溢れるまで充填した。容器の上面を超えて山なりになった吸水剤は定規等ですり切り粉面を均した。室温(20~25℃)、相対湿度50%RHの雰囲気下で、該吸水剤表面のL値、a値、b値、WI値、YI値を測定した。
なお、上記吸水剤が、製造直後もしくは工場出荷前(通常)の吸水剤、または、保存条件が気温30℃以下、相対湿度50%RHの雰囲気下で製造後1年以内である吸水剤の場合、その色調を「初期色調」とした。
また、上記吸水剤が、以下に述べる着色促進試験後の吸水剤である場合、その色調を「経時色調」とした。
上記着色促進試験は、温度70±1℃、相対湿度75±1%RHに調整した恒温恒湿機(小型環境試験器;形式SH-641/エスペック株式会社)に、petri dishに均一に充填された吸水剤12~14gを、7日間、曝露させる試験である。用いるpetri dishは静置したときに自重で上皿と下皿が密着し、適度にシールされるもので、大きさは、内径90mm・高さ15mmであり、材質はプラスチック製とした。用いるpetri dishの具体例として、BIO-BIK社製 型式:I-90 が挙げられる。
(e)模擬吸収体の初期色調および経時色調
実際に紙オムツなどの衛生用品を使用するときを想定した色調評価方法について記載する。基本的には上記(d)初期色調および経時色調で示した方法に従って実施するが、初期着色、経時着色をハンターLab表色計で測定する際、それぞれの容器内の吸収体の上に重なるようにろ紙を被せて測定した。用いたろ紙はADVANTEC社製の定性濾紙(規格はNo.2・Φ110mm)であり、予め初期色調測定容器および経時着色測定容器の内部に収まるように切断しておいた。尚、初期色調と経時色調との変化量は、以下の式で表される。
ΔWI(変化量)=|WI(経時色調:着色試験後)-WI(初期色調:着色試験前)|。
(f)FSR(吸水速度)
本発明の一実施形態に係る表面架橋された吸水剤は、20gの生理食塩水に対する吸水剤1gでの吸水速度(FSR)が0.31g/g/s以上、より好ましくは0.34g/g/s以上、更に好ましくは0.37g/g/s以上である。吸水速度(FSR)の上限は特に限定はないが、一般的には1.0g/g/s以下である。なお、FSRの測定法は、国際公開第2009/016055号パンフレットで規定される。
(g)比表面積
吸水剤に係る比表面積は、以下の方法で、X線CTで撮影した画像を、解析ソフトで解析して求めた。
<X線CTによる撮影>
本発明の吸水剤1.0gを樹脂容器(マルエム容器 No.1、2.5mL)に入れ、粒度に偏りがないようよく振り混ぜた。その後、株式会社島津製作所製マイクロフォーカスX線CTシステム inspeXio SMX-100CTにより測定を行った。測定条件を以下に記す。
・画像横サイズ(pixel):512
・画像縦サイズ(pixel):512
・X線管電圧(kV):50
・X線管電流(μA):40
・インチサイズ(inch):4.0
・X線フィルタ:なし
・SDD(X線源の焦点とX線検出器の距離)(mm):500
・SRD(X線源の焦点と測定試料の回転中心の距離)(mm):40
・走査モード 1:CBCT
・走査モード 2:ノーマル走査
・走査角度:フル走査
・ビュー数:1200
・アベレージ数:5
・スムージング:YZ
・スライス厚(mm):0.008
・スライス間距離(mm):0.010
・スケーリング数:50
・BHCデータ:なし
・精細モード:あり
・FOV XY(最大撮影領域 XY)(mm):5
・FOV Z(最大撮影領域 Z)(mm):4
・ボクセルサイズ(mm/voxel):0.010。
<比表面積の計算>
X線CTによる撮影データを、ラトックシステムエンジニアリング株式会社製解析ソフト TRI/3D-PRT-LRGを用いて、以下の手順で解析した。
1.メニューから、粒子計測>3D粒子>粒子分離>巨大粒子分離を選択した。この操作により、EVパネル、BCパネル、EVCパネル、巨大粒子分離パネルが表示された。
2.EVCパネルのBinarizeタブでL-Wを選択し、L値を変化させて円形の計測対象領域を選択した。計測対象領域を選択した後、「Execute」を押し、すべてのスライス画像にこの処理を適用した(この結果、全体として円柱状の測定領域が選択される)。この操作の後、巨大粒子分離パネルの「ROI OK」を押した。
3.EVCパネルのBinarizeタブでL-Wを選択し、L値を37580に設定した。この操作により、吸水剤の粒子のみを選択した。次いで、「Execute」を押した。さらに、BCパネルのbDを選択し、「保管」を押した。
4.EVCパネルのBinaryタブでErsSmlタブを選択した。粒子サイズを10に設定し、「実行」を押した。この操作により、小さいノイズが除去された。
5.EVCパネルのBinaryタブでInvertタブを選択し、「実行」を押した。同じく、EVCパネルのErsSmlタブを選択し、粒子サイズを10に設定して、「実行」を押した。同じく、EVCパネルのLabelingタブを選択し、体積、Maxを選択し、微小粒子サイズを100に設定して、「実行」を押した。再度Invertタブを選択し、「実行」を押した。この操作により、粒子内の小さいノイズが除去され、独立voidが埋められた。次いで、巨大粒子分離パネルの「粒子分離対象 OK」を押した。この操作により、対象領域がBCパネルのb1に保管された。
6.EVCパネルのL Opタブ(チャンネル間論理演算処理)でb1からbDを引いた。続いて、EVCパネルのBinaryタブでErsSmlタブを選択し、粒子サイズを10に設定して、「実行」を押した。この操作により、独立voidが抽出された。次いで、BCパネルのb6を選択し、「保管」を押した。
7.BCパネルのb1を選択し、「表示」を押した。次いで、巨大粒子分離パネルの小粒子抽出を選択し(大粒子抽出は選択しない)、くびれ割合、Repair Filter Size、Repair Mrg Sml Diameterをいずれも0に設定して、「Exec」を押した。この操作により、粒子の分離・色分けが行われた。
8.EVCパネルの3DタブでLabelingタブを選択し、座標値(サイクル)を選択し、微小粒子サイズを10に設定して、「実行」を押した。この操作により、座標値の順番に粒子が再度色分けされた。
9.メニューから、粒子計測>3D粒子中Void>分離後計測を選択した。分離後、計測パネルが表示された。エッジ粒子除去、表面積計算、Void計算を選択し、計算ROI指定で、Binary 5chを選択し、「登録OK」を押してデータを保存するフォルダを選択した。次いで、「最新登録データ実行」を押し、計算処理を行った。
10.得られた計算結果から、比表面積を下式により計算した。
比表面積(m/kg)=粒子総表面積(mm)/[{粒子総体積(mm)-Void総体積(mm)}×真密度(g/cm)]。
(h)真密度
吸水性樹脂内部に存在する独立気泡の径は通常1~300μmであるが、粉砕時には、独立気泡に近い部分から優先的に粉砕される。そこで、粒度が45μm未満となるまで吸水性樹脂粉末を粉砕すると、得られた吸水性樹脂粉末には独立気泡がほとんど含まれない。従って、45μm未満まで粉砕された吸水性樹脂粉末の乾式密度を真密度として評価した。即ち、ボールミルポット(株式会社テラオカ製、型番No.90/内寸:直径80mm、高さ75mm、外寸:直径90mm、高さ110mm)に吸水性樹脂粉末10.0gおよび円柱状磁製ボール(径13mm、長さ13mm)500gを入れた後、60Hzで7時間稼動させることにより、目開き45μmのJIS標準篩を通過する(粒度が45μm未満の)吸水性樹脂を得た。当該粒度が45μm未満の吸水性樹脂粉末3.5gについて、180℃の無風乾燥機中で、当該吸水性樹脂粉末の含水率が1重量%以下となるまで3時間以上静置させ、十分に乾燥させた後、乾式自動密度計(AccuPycII 1340TC-10CC、株式会社島津製作所製/キャリアガス:ヘリウム)を用いて乾式密度を測定した。得られた測定値を本発明でいう「真密度」とした。
(i)吸湿速度
使用するpetri dishの空の重量(g)を測定し、その後吸水剤3±0.01g(g)を投入し、容器内部で山なりになった吸水剤は定規等を用いて粉面を均した。用いるpetri dishの大きさは、内径90mm・高さ15mmであり、材質はプラスチック製とした。用いるpetri dishの具体例として、BIO-BIK社製 型式:I-90 が挙げられる。
恒温恒湿機(エスペック株式会社製:型式SH-641)に付属の金網を庫内底面から18.5cmの高さにある出っ張りに掛けて、恒温恒湿機を温度40±1℃、相対湿度75%RHに調整した。恒温恒湿機の設定が完了した後、吸水材が投入されたpetri dishを図3に丸印で示した2か所に設置した。具体的には、付属の金網の中心部分を2つのpetri dishで挟み込むように、2つのpetri dishを横並びに設置し、その後1時間静置した。吸湿速度は、同一サンプルにつき2か所で測定した測定値の平均値とする。また、測定の際はpetri dish付属の蓋は被せず、開放系で吸湿させた。
1時間経過後、2か所に設置した吸水剤入りのpetri dishを取り出し、室温(20~25℃)、相対湿度15±5%RHの雰囲気下で30分間静置した後に、吸湿後の吸水剤が入ったpetri dishの重量(g)を測定し、下記式に従ってそれぞれの吸湿速度を導出した。
(吸湿速度)= {(g)-(g2)-(g)}×1000/(g) 単位:mg/g/h
なお、g、g、gは、小数第4位まで読み取った値を使用した。それぞれの吸湿速度の平均値をデータとして使用した。
(j)吸水剤のα-ヒドロキシカルボン酸(塩)含有量の測定方法
本発明に係る吸水剤のα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の定量方法は、特に限定されないが、例えば、吸水剤から可溶成分を抽出し、上記可溶成分を、高速液体クロマトグラフィーを用いて分析することにより定量することができる。具体的には、以下の方法により定量することができる。
(可溶成分の抽出)
本発明の吸水剤1.0gを0.9質量%の塩化ナトリウム水溶液100mLに添加し、500rpmで1時間攪拌した。得られた溶液の上澄みをシリンジフィルタ(GLサイエンス社製、水系<Aタイプ>、型式25A、孔径0.45μm)を用いてろ過し、抽出溶液とした。
(高速液体クロマトグラフィーによる定量分析)
α-ヒドロキシカルボン酸(塩)を定量するための高速液体クロマトグラフィーの構成としては、例えば、以下のようなものを用いることができる。
ポンプ:L-7110(日立ハイテクサイエンス社製)、流量1.0mL/min
オートサンプラー:L-7200(日立ハイテクサイエンス社製)、注入量50μL
カラムオーブン:L-7300(日立ハイテクサイエンス社製)、温度設定30℃
示差屈折検出器:L-7490(日立ハイテクサイエンス社製)
カラム:Shim-pack SCR-101H(島津ジーエルシー社製)
ガードカラム:Shim-pack SCR(H)(島津ジーエルシー社製)
移動相:0.36wt%リン酸水溶液
まず、定量するα-ヒドロキシカルボン酸(塩)を0.9質量%塩化ナトリウム水溶液に溶解させ、任意の濃度のα-ヒドロキシカルボン酸(塩)溶液を作製した。この溶液を、上記構成の高速液体クロマトグラフィーを用いて分析し、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)の濃度と得られたクロマトグラムのピーク面積との関係から、検量線を作製した。
続いて、上記抽出溶液を、高速液体クロマトグラフィーを用いて分析し、得られたクロマトグラムのピーク面積と検量線との関係から、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量を算出した。
定量結果は、以下の実施例中に記載した。
(k)吸水剤のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)含有量の測定方法
本発明に係る吸水剤のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)含有量を、特許文献(国際公開第2015/053372号パンフレット)に記載の手法で、吸水剤中のキレート剤を抽出し、分析した。
具体的には、粒子状の吸水剤1gを生理食塩水(0.9質量%の塩化ナトリウム水溶液)100gに添加し、室温下で1時間攪拌(攪拌回転数:500±50rpm)し、キレート剤を生理食塩水に抽出して、抽出溶液を得た。
その後、得られた修出溶液の上澄みをHPLCサンプル前処理用フィルタ(クロマトディスク25A/水系タイプ、ポアサイズ;0.45μm/倉敷紡績株式会社製)に通過させ、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて、濾液中のキレート剤の含有量を測定した。
粒子状の吸水剤中のキレート剤の含有量は、既知濃度のモノマー標準液を測定して得られた検量線を外部標準として、粒子状の吸水剤の生理食塩水に対する希釈率を考慮して求めた。そして、以下に示すHPLCの測定条件でそれぞれ定量を行った。
測定条件:
<溶離液>;0.4mol/Lのミョウバン水溶液0.3ml、0.1Nの水酸化カリウム水溶液450ml、0.4mol/Lの水酸化テトラn-ブチルアンモニウム水溶液3ml、硫酸3ml、エチレングリコール1.5ml、およびイオン交換水2550mlの混合溶液
<カラム>;LichroCART 250-4 Superspher 100 RP-18e(4μm)(メルク株式会社製)
<カラム温度>;23±2℃
<流量>;1ml/min
<検出器>;UV、波長258nm
上記キレート剤の含有量は含水率の影響を受けるため、本発明では、含水率補正した値であり、吸水剤固形分100質量部当たりに換算した値である。
キレート剤がアニオン型の場合には、便宜上、添加したキレート剤の塩が塩交換されることなく、吸水剤中においても存在しているとみなす。
<製造例>
〔製造例1〕
本発明の一実施形態に係る吸水剤の製造装置として、重合、ゲル粉砕、乾燥、粉砕、分級、表面架橋(混合、加熱処理、冷却)、整粒を行う装置、およびこれらの装置間を連結する輸送装置、その他付帯設備から構成される連続製造装置を準備した。原料のアクリル酸は、メトキシフェノール類の含有量が10~70ppm、Feの含有量が0.3ppm以下、プロトアネモニン、アリルアクリレート、アリルアルコール、アルデヒド分、マレイン酸、および、安息香酸の合計含有量が10ppm以下であった。
まず、アクリル酸300質量部、48質量%の水酸化ナトリウム水溶液(Feの含有量が1ppm)125.2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)0.76質量部、0.1質量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液18.4質量部(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.96mmol%)、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液1.1質量部(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.10mol%)、および、脱イオン水226.8質量部からなる単量体水溶液(a)を調製した。なお、該単量体水溶液(a)は約40℃に調温しておいた。
次に、単量体水溶液(a)を、送液ポンプを用いて連続的に重合装置に供給した。供給の途中で、48質量%の水酸化ナトリウム水溶液130.8質量部を単量体水溶液(a)に追加供給し、配管中に設置したスタティックミキサーで、混合物を混合した。その後、重合開始剤として4質量%の過硫酸ナトリウム水溶液14.6質量部をさらに添加し、配管中に設置したスタティックミキサーで、混合物を混合した。重合装置としては、両端に堰を備えた平面状のエンドレスベルト重合装置を使用した。
上記重合開始剤を添加した後の単量体水溶液(a)は、上記重合装置に供給された後、重合を始めた。重合は連続的に行われ、帯状の含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と表記する)(a)を得た。重合時間は3分間であった。
上記重合工程で得られた含水ゲル(a)を、適切な大きさに切断した。その後、押出口に多孔板を備えたスクリュー押出機に、単位時間当たりに一定量の含水ゲル(a)を供給して、含水ゲル(a)を粉砕し、粒子状の含水ゲル(a)とした(スクリュー回転数:110rpm)。
次に、上記ゲル粉砕工程で得られた粒子状の含水ゲル(a)を、通気ベルト型連続乾燥機で乾燥させた(185℃、29分間)。これにより、乾燥重合体(a)を得た。続いて、乾燥重合体(a)をロールミルに連続供給して粉砕し、さらに、目開き850μmおよび180μmのJIS標準篩で分級した。これにより、不定形破砕状の吸水剤(表面架橋前の吸水剤)(a)を得た。
続いて、表面架橋前の吸水剤(a)100質量部に対して、エチレンカーボネート0.3質量部、プロピレングリコール0.5質量部、デナコール0.02質量部および脱イオン水2.1質量部からなる表面架橋剤溶液を均一に混合した。その後、得られた混合物を185℃で35分間加熱処理することで、表面架橋された吸水剤(a)を得た。
〔製造例2〕
容量2リットルのポリプロピレン製容器に、アクリル酸398.6g、内部架橋剤として10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)26.03g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.085mol%)、2.0質量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液1.29g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.96mmol%)、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液(扶桑化学工業株式会社製、食品添加物グレード)1.55g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.10mol%)、48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液173.9g、および脱イオン水(イオン交換水)401.6gを投入し混合させて、単量体水溶液(b’)を作製した。
次に、上記単量体水溶液(b’)を攪拌しながら冷却した。液温が39℃となった時点で、40℃に調温した48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液178.7gを加え、混合することで単量体水溶液(b)を作製した。このとき、該単量体水溶液(b)の温度は、作製直後の2段目の中和熱によって76.5℃にまで上昇した。48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液を混合し始めた直後は、析出物が観察されたが、次第に当該析出物が溶解し透明な均一溶液となった。
次に、攪拌状態の上記単量体水溶液(b)に4.5質量%の過硫酸ナトリウム水溶液18.4gを加えた後、当該混合物を、直ちにステンレス製バット型容器(底面340×340mm、高さ25mm、内面;テフロン(登録商標)コーティング)に大気開放系で注いだ。なお、2段目の中和開始からバット型容器に単量体水溶液(b)を注ぎ込むまでの時間は1分間とし、該バット型容器はホットプレート(NEO HOTPLATE HI-1000/株式会社井内盛栄堂社)を用いて、表面温度が50℃となるまで加熱した。
上記単量体水溶液(b)がバット型容器に注がれてから60秒以内に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四方八方に膨脹発泡して進行した後、バット型容器よりも若干大きなサイズにまで反応産物(含水ゲル(b))が収縮した。重合反応の開始から2分経過後に、含水ゲル(b)を取り出した。なお、これら一連の操作は、大気開放系で行った。
上記重合反応で得られた含水ゲル(b)は、ミートチョッパー(32型、プレート孔径:6.4mm/株式会社平賀製作所製)を用いて粉砕され、粒子状の含水ゲル(b)とした。
上記含水ゲル(b)のミートチョッパーへの投入量を4640g/minとし、該含水ゲル(b)の投入と並行して、90℃に調温した脱イオン水を60g/minで、蒸気を106g/minで、ミートチョッパーへ投入しながらゲル粉砕を行った。
この細分化された含水ゲル(b)を50メッシュの金網上に広げ、190℃で30分間熱風乾燥を行い、乾燥物をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社)を用いて粉砕し、さらに目開き710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、150μm、45μmを有するJIS篩で篩い分けることにより、質量平均粒子径(D50)370μmの不定形破砕状の吸水剤(表面架橋前の吸水剤)(b)を得た。
表面架橋前の吸水剤(b)100質量部に対して、トリエチレングリコール0.65質量部、1,6-ヘキサンジオール(宇部興産株式会社製)0.23質量部、脱イオン水(イオン交換水)2.63質量部、10質量%のポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート(花王株式会社製)0.01質量部からなる表面架橋剤溶液を添加して均一に混合した。その後、当該混合物を200℃で35分から55分間、加熱処理することで表面架橋を行った。
上記加熱処理後、表面架橋された吸水剤(b’’)を、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、表面架橋された吸水剤(b’)を得た。表面架橋された吸水剤(b’)35gを容量225mLの瓶にビー玉10gと共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製)の振動によって20分間混合し、表面架橋された吸水剤(b)を得た。
実施例および比較例で使用する原料化合物、反応試薬および溶媒は、特に注釈のない限り、市販のもの(例えば、日本触媒から販売されるものなど)を使用した。
<比較例>
〔比較例1〕
製造例1の方法により得た表面架橋された吸水剤(a)を比較吸水剤(1)とした。当該比較吸水剤(1)の性能を表3および4に示す。
〔比較例2〕
製造例2の方法により得た表面架橋された吸水剤(b)を比較吸水剤(2)とした。当該比較吸水剤(2)の性能を表3および4に示す。
〔比較例3〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を30.63g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.1mol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液(扶桑化学工業株式会社製、食品添加物グレード)の添加量を1.55gから10.32g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.10mol%から0.66mol%)に変更したこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を比較吸水剤(3)とした。当該比較吸水剤(3)の性能を表3および4に示す。
〔比較例4〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を28.79g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.094mol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液(扶桑化学工業株式会社製、食品添加物グレード)の添加量を1.55gから7.22g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.10mol%から0.46mol%)に変更したこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を比較吸水剤(4)とした。当該比較吸水剤(4)の性能を表3および4に示す。
〔比較例5〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を24.50g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.08mol%)に変更し、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液の添加量を1.29gから5.16g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.96mmol%から3.84mmol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液(扶桑化学工業株式会社製、食品添加物グレード)を添加しなかったこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を比較吸水剤(5)とした。当該比較吸水剤(5)の性能を表3および4に示す。
〔比較例6〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を27.56g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.09mol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液(扶桑化学工業株式会社製、食品添加物グレード)の添加量を1.55gから3.10g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.10mol%から0.20mol%)に変更し、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液を添加しなかったこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を比較吸水剤(6)とした。当該比較吸水剤(6)の性能を表3および4に示す。
<実施例>
〔実施例1〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を24.50g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.08mol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液(扶桑化学工業株式会社製、食品添加物グレード)を添加せず、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液の添加量を1.29gから10.32g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.96mmol%から7.68mmol%)に変更したこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(1)とした。当該吸水剤(1)の性能を表1および2に示す。
〔実施例2〕
製造例2において、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液の添加量を1.29gから5.16g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.96mmol%から3.84mmol%)に変更したこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(2)とした。当該吸水剤(2)の性能を表1および2に示す。
〔実施例3〕
製造例2において、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液の添加量を1.29gから2.58g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.96mmol%から1.92mmol%)に変更したこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(3)とした。当該吸水剤(3)の性能を表1および2に示す。
〔実施例4〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を28.79g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.090mol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液(扶桑化学工業株式会社製、食品添加物グレード)の添加量を1.55gから3.10g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.10mol%から0.20mol%)に変更したこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(4)とした。当該吸水剤(4)の性能を表1および2に示す。
〔実施例5〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を30.63g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.10mol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液(扶桑化学工業株式会社製、食品添加物グレード)の添加量を1.55gから4.13g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.10mol%から0.26mol%)に変更し、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液を添加しなかったこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(5)とした。当該吸水剤(5)の性能を表1および2に示す。
〔実施例6〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を32.16g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.105mol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液(扶桑化学工業株式会社製、食品添加物グレード)の添加量を1.55gから6.19g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.10mol%から0.40mol%)に変更し、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液の添加量を1.29gから2.58g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.96mmol%から1.92mmol%)に変更したこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(6)とした。当該吸水剤(6)の性能を表1および2に示す。
〔実施例7〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を30.63g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.1mol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液を加えず、30質量%の乳酸水溶液(イオン交換水により濃度を調整して使用した)5.78g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.33mol%)を添加し、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液の添加量を1.29gから3.87g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.96mmol%から2.88mmol%)に変更したこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(7)とした。当該吸水剤(7)の性能を表1および2に示す。
〔実施例8〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を30.63g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.1mol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液を加えず、60質量%の乳酸ナトリウム水溶液(ピューラック社製)3.59g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.33mol%)を添加し、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液の添加量を1.29gから3.87g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.96mmol%から2.88mmol%)に変更したこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(8)とした。当該吸水剤(8)の性能を表1および2に示す。
〔実施例9〕
製造例2において、10質量%のポリエチレングリコールジアクリレートアクリル酸溶液(分子量523)の添加量を30.63g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.1mol%)に変更し、50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液を加えず、30質量%のグリコール酸水溶液(関東化学社製、イオン交換水により濃度を調整して使用した)4.88g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.33mol%)を添加し、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液の添加量を1.29gから3.87g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.96mmol%から2.88mmol%)に変更したこと以外は、製造例2と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(9)とした。当該吸水剤(9)の性能を表1および2に示す。
〔実施例10〕
製造例2において、表面架橋後、表面架橋された吸水剤を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、表面架橋された吸水剤(10’’’)を得た。表面架橋された吸水剤(10’’’)30gを容量225mLの瓶にビー玉10gと共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製)の振動によって10分間混合し、表面架橋された吸水剤(10’’)を得た。その後、表面架橋された吸水剤(10’’)100質量部に対して、水1質量部、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム0.01質量部からなる水溶液を均一に混合後、60℃で30分乾燥した。上記乾燥処理後、当該乾燥物を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、表面架橋された吸水剤(10’)を得た。表面架橋された吸水剤(10’)30gを容量225mLの瓶にビー玉10gと共に入れ、ペイントシェーカー(東洋精機製)の振動によって10分間混合した。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(10)とした。当該吸水剤(10)の性能を表1および2に示す。
〔実施例11〕
実施例8において、(1)60質量%の乳酸ナトリウム水溶液(ピューラック社製)の添加量を3.59g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.33mol%)から0.69g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.063mol%)に変更したこと、(2)ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液を添加せず、2.0質量%エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)(EDTMP)水溶液5.16g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して4.04mmol%)を加えること、(3)39℃になった単量体水溶液(b’)に木下式ガラスボールフィルター(フィルター粒子No.4/木下理化工業株式会社製)を用いて、窒素ガスを圧力0.1MPa、流量0.1L/分の条件下で5秒間導入すること、(4)表面架橋前の吸水剤(b)100質量部に対して、エチレンカーボネート0.3質量部、プロピレングリコール0.5質量部、脱イオン水(イオン交換水)2.7質量部、10質量%のポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート0.01質量部からなる表面架橋剤溶液を添加して均一に混合すること、に変更したこと以外は、実施例8と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(11)とした。当該吸水剤(11)の性能を表1および2に示す。
〔実施例12〕
実施例8において、(1)60質量%の乳酸ナトリウム水溶液(ピューラック社製)の添加量を3.59g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.33mol%)から1.29g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.12mol%)に変更したこと、(2)ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液を添加せず、2.0質量%エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)(キレスト株式会社製 商品名:キレスト3B)水溶液5.16g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して4.74mmol%)を加えること、(3)表面架橋前の吸水剤(b)100質量部に対して、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、脱イオン水(イオン交換水)2.8質量部、10質量%のポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート0.01質量部からなる表面架橋剤溶液を添加して均一に混合すること、に変更したこと以外は、実施例8と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(12)とした。当該吸水剤(12)の性能を表1および2に示す。
〔実施例13〕
実施例8において、(1)ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)水溶液を加えず、2.0質量%3-ヒドロキシ-2,2'-イミノジコハク酸4ナトリウム(HIDS)(株式会社日本触媒製)水溶液5.16g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して4.99mmol%)を加えたこと、(2)単量体水溶液(b’)が39.3℃になった時点で1質量%のポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート(花王株式会社製)4.39gを単量体水溶液(b’)中に添加したこと、(3)4.5質量%の過硫酸ナトリウム水溶液18.4gを加えず、5.9質量%の過硫酸ナトリウム14.01gを加えること、(4)ミートチョッパーでの粉砕時のプレート径を6.4mmから9.5mmに変更したこと、(5)表面架橋前の吸水剤(b)100質量部に対して、エチレンカーボネート0.6質量部、脱イオン水(イオン交換水)2.7質量部、10質量%のポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート0.01質量部からなる表面架橋剤溶液を添加して均一に混合すること、に変更したこと以外は、実施例8と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(13)とした。当該吸水剤(13)の性能を表1および2に示す。
〔実施例14〕
実施例3において、(1)50質量%のD,L-リンゴ酸水溶液(扶桑化学工業株式会社製、食品添加物グレード)1.55gを加えず、60質量%の乳酸ナトリウム水溶液(ピューラック社製)1.12g(カルボキシル基含有不飽和単量体に対して0.10mol%)を添加したこと、(2)表面架橋前の吸水剤(b)100質量部に対して、エチレンカーボネート0.3質量部、プロピレングリコール0.5質量部、デナコール0.02質量部および脱イオン水2.1質量部からなる表面架橋剤溶液を均一に混合し、表面架橋時の加熱処理時間を5分程度短縮したこと、に変更したこと以外は、実施例3と同様の操作を行った。得られた表面架橋された吸水剤を吸水剤(14)とした。当該吸水剤(14)の性能を表1および2に示す。
〔実施例15〕
実施例2と同様にして、分級まで実施した後、目開き710μmの篩を通過し、目開き150μmの篩上に残留した不定形破砕状の表面架橋前の吸水剤(b)と、目開き150μmの篩を通過した微粉(c-1)とを得た。
さらに、実施例2において、表面架橋前の吸水剤(b)100質量部に対して、エチレンカーボネート0.6質量部、脱イオン水(イオン交換水)2.7質量部、10質量%のポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート0.01質量部からなる表面架橋剤溶液を添加して均一に混合することに変更したこと以外は、実施例2と同様に加熱処理することで表面架橋を行った。
次いで、当該混合物を、目開き710μmおよび150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級した。この操作によって、目開き710μmの篩を通過し、目開き150μmの篩上に残留した表面架橋された吸水剤(d)と、目開き150μmの篩を通過した微粉(c-2)とを得た。
次に、上記微粉(c-1)と微粉(c-2)とを17:3(w:w)の割合で混合し、微粉(c-3)とした。当該微粉(c-3)のD50(質量平均粒子径)は85μmであった。次いで、上記微粉(c-3)60質量部を70℃に加熱した後、フードプロセッサー(MK-K48P/Panasonic 製)に投入し、80℃に調温した脱イオン水49質量部を攪拌しながら加え、30秒間混合することで造粒ゲル(c-3)を得た。
次に、造粒ゲル(c-3)80質量部を、造粒開始から1分間経過後に、実施例2の操作を再度行って作製した粒子状の含水ゲル(b)320質量部に加えた。その後直ちに、80℃に加熱しておいたモルタルミキサー(西日本試験機社製)で10秒間混合し、混合ゲル(c-4)を得た。尚、上記モルタルミキサーで混合する直前の造粒ゲル(c-3)および粒子状の含水ゲル(b)の温度は、それぞれ55℃、50℃であった。また、上記モルタルミキサーにおける造粒ゲル(c-3)および粒子状の含水ゲル(b)の混合性は、良好であった。
次に、上記混合ゲル(c-4)を50メッシュの金網上に広げ、190℃で30分間熱風乾燥を行い、乾燥物をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社)を用いて粉砕し、目開き710μmおよび150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級した。この操作によって、目開き710μmの篩を通過し、目開き150μmの篩上に残留した不定形破砕状の表面架橋前の吸水剤(c-4)を得た。
表面架橋前の吸水剤(c-4)100質量部に対して、エチレンカーボネート0.6質量部、脱イオン水(イオン交換水)2.7質量部、10質量%のポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート0.01質量部からなる表面架橋剤溶液を添加して均一に混合した。その後、当該混合物を200℃で35分から55分間、加熱処理することで表面架橋を行った。
次いで、当該混合物を、目開き710μmおよび150μmの2種類のJIS標準篩を用いて分級した。この操作によって、目開き710μmの篩を通過し、目開き150μmの篩上に残留した表面架橋された吸水剤(c-4)を得た。以上の方法により得た表面架橋された吸水剤(c-4)を吸水剤(15)とした。当該吸水剤(15)の性能を表1および2に示す。
<試験結果1:モニターによる装着評価>
紙オムツの装着者が、尿吸収する前の紙オムツを履いた時に感じる蒸れ感を比較するため、実施例1の吸水剤1と比較例1の比較用吸水剤1とをそれぞれ用いてモニターによる装着評価を行った。
まず、幅150mm、長さ500mmのポリエチレンフィルムを広げ、表面にスプレーのりを噴霧したのち、吸水剤20.0gを均一に散布して吸水剤を固定した。さらにその上から、木材粉砕パルプ7.0gをできるだけ均一になるように吸水剤の上に広げ、ポリエチレンフィルム上に固定し、模擬吸収体とした。
市販の大人用紙オムツから、液不透過性のポリプロピレンからなり、いわゆるレッグギャザーを有するバックシート(液不透過性シート)、および、液透過性のポリプロピレンからなるトップシート(液透過性シート)を採取した。そして前記模擬吸収体をパルプ側がトップシート側、ポリエチレンフィルムがバックシート側になるように配置して、それぞれ両面テープで固定することで、模擬吸収性物品(つまり紙オムツ)を作製した。実施例1の吸水剤1を用いたものを模擬吸収性物品1とし、比較例1の比較用吸水剤1を用いたものを比較用模擬吸収性物品1とした。
上記で作製した2つの模擬吸収物品を10名のモニターにブラインドテストで装着してもらった。モニターには、前記模擬吸収性物品の上から下着、および、ジャージを履いてもらい、テスト開始後最初の10分間歩いてもらった。10分後、どちらの模擬吸収性物品の蒸れ感、あるいは不快感が低かったかを相対比較で報告してもらった。結果を以下に示す。
[使用感の評価結果]
(1)模擬吸収性物品1の方が、使用感が良い :7人、
(2)比較用模擬吸収性物品1の方が、使用感が良い:1人、
(3)どちらの方が使用感が良いか判らない :2人。
上記に示すように、モニター10人中7人は、吸湿速度の速い吸水剤を用いた吸収性物品(模擬吸収性物品1)の方が、蒸れ感あるいは不快感が低かったと回答した。装着開始から10分間歩くことで模擬吸収性物品内は体温上昇と発汗で湿度が上昇するはずだが、吸湿速度の速い吸水剤を用いることで、パルプ比率の小さい吸収体および吸収性物品であっても不快感は比較的抑制できたことが分かる。
<試験結果2>
実施例および比較例の評価結果を下記表1~4に示す。
Figure 0007352001000001
Figure 0007352001000002
Figure 0007352001000003
Figure 0007352001000004
表1~4に示すように、本願発明の吸水剤は、比表面積が大きいにもかかわらず、良好な物性と、経時的な着色速度の低下とが両立していることが明らかになった。
例えば、比較例1および比較例2から、吸水剤の比表面積が増大し吸湿速度が増すと、着色速度が速まることがわかる。比較例3および4から、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)の添加量を増やすと、着色速度は遅くなるが、物性が低下することが判る。実施例1~5から、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)とアミノカルボン酸系キレート剤の添加量のバランスを調整することで、良好な物性を維持しつつ着色速度が遅くなることが判る。比較例5、6でもα-ヒドロキシカルボン酸(塩)とアミノカルボン酸系キレート剤の添加量のバランス調整を行うことで、良好な物性を維持できたが、着色速度は改善しなかった。実施例7~9から、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)の種類に関わらず、着色速度が遅くなることが判る。実施例10から、α-ヒドロキシカルボン酸(塩)およびアミノカルボン酸系キレート剤の添加量が最適な範囲を超えない限り、アミノカルボン酸系キレート剤を後添加しても、着色速度が遅くなることが判る。
実施例11から、アミノカルボン酸系キレート剤をリン系キレート剤に変更した場合でも、良好な物性を維持しつつ着色速度が遅くなることが判る。実施例12、13から、アミノカルボン酸系キレート剤の種類に関わらず、着色速度が遅くなることが判る。実施例15から、吸水剤中に吸水剤の製造過程で発生した微粉をリサイクルした造粒物が含まれていても、良好な物性を維持しつつ着色速度が遅くなることが判る。
表1および2に示すように、比較例5と実施例7とから、実使用を想定した模擬吸収体においても吸水剤単独の場合と同じように、着色性に十分差があることが確認できた。
上述した<試験結果1:モニターによる装着評価>に示すように、モニター10人中7人は、吸湿速度の速い吸水剤を用いた吸収性物品(模擬吸収性物品1)の方が、蒸れ感あるいは不快感が低かったと回答した。装着開始から10分間歩くことで模擬吸収性物品内は体温上昇と発汗で湿度が上昇するはずだが、吸湿速度の速い吸水剤を用いることで、パルプ比率の小さい吸収体および吸収性物品であっても不快感は比較的抑制できたことが分かる。
図1は、実施例および比較例に係るα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の抽出量とアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の抽出量との関係性を示すグラフである。図1中の定数関数x=0.33、および、二次関数y=28.7x -11.1x+1.07は、吸水剤を実使用するにあたり満たすべき性能(物性または経時的な着色)の境界を示している。実施例および比較例のうち、当該定数関数の右側にプロットされた吸水剤は、比較例3および4であることから、物性が悪い領域と考えられる。また、当該二次関数の下側にプロットされた吸水剤は、比較例2、5および6であることから、経時的な着色が速い領域と考えられる。
図2は、実施例および比較例に係る吸水剤の「CRC/AAP」および「CRC/SFC」を示すグラフである。吸水剤の物性は、CRC、AAP、SFCの各々を単独で評価するよりも、「CRC/AAP」および/または「CRC/SFC」にて評価した方が、より正確に評価することができる。
「CRC/AAP」および「CRC/SFC」を示すグラフの各々に、一次関数を示した。この一次関数は、吸水剤を実使用するにあたり満たすべき性能の境界を示しており、当該直線の下側に物性がプロットされた吸水剤は物性が悪いと考えられる。
特許文献2(WO2017/170604)に関して、実施例記載の吸水剤を作製し、表面架橋前の吸水剤の比表面積を測定した。その結果、特許文献2の中で最も比表面積の高い吸水剤でも表面架橋前の比表面積は30m/kgであり、(特許文献2内の実施例20)その他実施例の吸水剤の表面架橋前の比表面積は32m/kgを下回っていた。本発明では、薄型紙オムツに使用される吸収体に十分な調湿機能を付与するためは表面架橋前の吸水剤の比表面積を32m/kg以上に制御する必要があり、特許文献2の吸水剤は薄型紙オムツへの使用は好ましくない。言い換えると、先行技術には、表面架橋前の吸水剤の比表面積を本発明程度にまで制御する技術がない。また、先行技術文献は、吸水剤の比表面積の向上によって吸湿速度が速くなり、経時的な着色速度が速くなるという、本発明で解決すべき課題を認識していない。
本発明に係る吸水剤は、例えば紙オムツに好適に利用することができる。また、本発明に係る吸水剤は、紙オムツ以外の吸収性物品(生理用ナプキン、失禁パッド等)、農園芸用の土壌保水剤、工業用の止水剤等の、種々の用途にも好適に利用することができる。

Claims (12)

  1. 親水性基材と吸水剤とを含む吸収体であって、
    上記吸水剤は、表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有し、
    上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在し、
    上記吸水剤は、温度40±1℃、相対湿度75±1%RHでの吸湿速度が120mg/g/hr以上である、吸収体;
    (a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
    >28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
    ≧0 ・・・式(2)
    (b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
    ≧0 ・・・式(2)。
  2. 親水性基材と吸水剤とを含む吸収体であって、
    上記吸水剤は、表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有し、
    上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在し、
    上記吸水剤は、比表面積が36/kg以上である、吸収体;
    (a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
    >28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
    ≧0 ・・・式(2)
    (b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
    ≧0 ・・・式(2)。
  3. 上記吸収体の質量における上記吸水剤の質量の比率が75質量%以上、99質量%以下である、請求項1または2に記載の吸収体。
  4. 請求項1~3の何れか1項に記載の吸収体を含んでなる吸収性物品。
  5. 表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤であって、
    上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在し、
    上記吸水剤は、温度40±1℃、相対湿度75±1%RHでの吸湿速度が120mg/g/hr以上である、吸水剤;
    (a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
    >28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
    ≧0 ・・・式(2)
    (b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
    ≧0 ・・・式(2)。
  6. 表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤であって、
    上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在し、
    上記吸水剤は、比表面積が36/kg以上である、吸水剤;
    (a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
    >28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
    ≧0 ・・・式(2)
    (b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
    ≧0 ・・・式(2)。
  7. 上記吸水剤の下記の着色促進試験の前後におけるWI値の変化量(ΔWI(変化量):下記式で規定)が40以下であり、かつ、下記の着色促進試験の前のWI値が42以上である、請求項5または6に記載の吸水剤;
    ΔWI(変化量)=|WI(経時色調:着色促進試験後)-WI(初期色調:着色促進試験前)|
    ここで、着色促進試験は、上記吸水剤を、温度が70℃±1℃であり、かつ、相対湿度が75±1%RHである環境に7日間曝露させる試験であり、
    上記吸水剤が、製造直後もしくは工場出荷前(通常)の吸水剤、または、保存条件が気温30℃以下、相対湿度50%RHの雰囲気下で製造後1年以内である吸水剤の場合、その色調を「初期色調」とし、
    上記吸水剤が、上記着色促進試験後の吸水剤である場合、その色調を「経時色調」とする
  8. 上記吸水剤は、式(3)および/または式(4)の関係式を満たすものである、請求項5~7の何れか1項に記載の吸水剤;
    ≧0.24x+18 ・・・(3)
    ≧-10x+306 ・・・(4)
    (式(3)および(4)中、xはCRC、yはAAP、zはSFCを表し、xは26以上32以下の値である)。
  9. 表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤の製造方法であって、
    アクリル酸(塩)を主成分として含む単量体、および少なくとも1種類の重合性内部架橋剤を含む単量体水溶液を調製する調製工程を有し、
    上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在するように、上記調製工程にて、上記単量体水溶液に対してα-ヒドロキシカルボン酸(塩)、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤をそれぞれ添加し、且つ、上記吸水剤を、温度40±1℃、相対湿度75±1%RHでの吸湿速度が120mg/g/hr以上になるように調整する、吸水剤の製造方法;
    (a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
    >28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
    ≧0 ・・・式(2)
    (b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
    ≧0 ・・・式(2)。
  10. 表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤の製造方法であって、
    アクリル酸(塩)を主成分として含む単量体、および少なくとも1種類の重合性内部架橋剤を含む単量体水溶液を調製する調製工程を有し、
    上記吸水剤から抽出されるα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量(x mol%)をx軸、上記吸水剤から抽出されるアミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量(y mmol%)をy軸としてプロットした際、当該プロットした点が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在するように、上記調製工程にて、上記単量体水溶液に対してα-ヒドロキシカルボン酸(塩)、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤をそれぞれ添加し、且つ、上記吸水剤を、比表面積が36/kg以上になるように調整する、吸水剤の製造方法;
    (a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
    >28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
    ≧0 ・・・式(2)
    (b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
    ≧0 ・・・式(2)。
  11. 表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂粒子を含有する吸水剤から抽出されたα-ヒドロキシカルボン酸(塩)の量、および、アミノカルボン酸系キレート剤および/またはリン系キレート剤の量が、下記(a)または(b)で定義される範囲内に存在しなかった場合、それらの範囲に入るようにα-ヒドロキシカルボン酸(塩)および/またはアミノカルボン酸系キレート剤を該吸水剤に添加する工程を含む、請求項9または10に記載の吸水剤の製造方法;
    (a)0≦x<0.19であり、且つ、下記式(1)および式(2)の両方を満たす範囲:
    >28.7x -11.1x+1.07 ・・・式(1)
    ≧0 ・・・式(2)
    (b)0.19≦x≦0.33であり、且つ、下記式(2)を満たす範囲:
    ≧0 ・・・式(2)。
  12. 表面架橋前の吸水剤の比表面積を32m/kg以上に制御する工程を含む、請求項9~11の何れか1項に記載の吸水剤の製造方法。
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