JPH11228604A - 吸水性樹脂の製造方法 - Google Patents
吸水性樹脂の製造方法Info
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- JPH11228604A JPH11228604A JP32560398A JP32560398A JPH11228604A JP H11228604 A JPH11228604 A JP H11228604A JP 32560398 A JP32560398 A JP 32560398A JP 32560398 A JP32560398 A JP 32560398A JP H11228604 A JPH11228604 A JP H11228604A
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Abstract
きるような吸水性樹脂の製造方法を提供する。 【解決手段】 厚みが10〜50mmの、親水性単量体
を含む水溶液を静置重合して吸水性樹脂を製造する方法
において、伝導伝熱による冷却と蒸発潜熱による冷却と
を併用して重合熱を除去するようにして、重合系の最高
到達温度を60〜95℃の範囲にコントロールする、あ
るいは固形分上昇量を0.2〜10重量%の範囲にコン
トロールすることを特徴とする吸水性樹脂の製造方法。
Description
方法に関する。さらに詳しくは、親水性単量体を含む水
溶液を静置重合して吸水性樹脂を製造する方法に関す
る。
ゆる失禁パット等の衛生材料等の分野では、体液を吸収
させることを目的として吸水性樹脂が幅広く利用されて
いる。上記の吸水性樹脂としては、例えば、ポリアクリ
ル酸部分中和物架橋体、澱粉−アクリロニトリルグラフ
ト重合体の加水分解物、澱粉−アクリル酸グラフト重合
体の中和物、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体
のケン化物、アクリロニトリル共重合体もしくはアクリ
ルアミド共重合体の加水分解物またはこれらの架橋体、
カチオン性モノマーの架橋体などが知られている。
アクリル酸またはその塩等を主成分とする親水性単量体
を含む水溶液を攪拌しながら水溶液重合を行う方法が一
般的に採用されている。攪拌重合は、重合の進行ととも
に生成する含水ゲル状重合体を小塊に切断しながら重合
できるため、比較的コンパクトな装置で重合熱を除去し
て重合ピーク温度をある程度コントロールした重合がで
きるという点で優れているものの、攪拌による剪断力に
よって分子鎖が切断されるため、分子量が上がりにく
い、架橋構造のネットワークが乱れやすい等の問題があ
る。これに対し、特開昭62−156102号公報、特
開平1−126310号公報、特開平3−174414
号公報、特開平4−175319号公報、特開平4−2
36203号公報等で提案されている、単量体水溶液を
無攪拌で静置重合する方法によると、上記の問題なく、
吸水性樹脂を得ることができる。
静置水溶液重合によると重合温度のコントロールができ
ないために重合系の最高到達温度が110℃を越えてし
まい、そのために吸水性樹脂にとって望ましくない水可
溶分が増加して物性の低いものしか得られなかった。あ
るいは、最高到達温度をコントロールするためには、単
量体水溶液濃度を低くしたり、単量体水溶液の厚みを薄
くしたりしなければならず、生産性の低い製法を採用す
る必要があった。
を解決し、静置水溶液重合において、重合温度をコント
ロールでき、高い生産性で優れた品質の吸水性樹脂を得
ることができるような製造方法を提供することにある。
液重合において重合温度をコントロールできない原因に
ついて、攪拌重合ではそのような問題がなかったことを
考えあわせて、鋭意検討を行った。その結果、攪拌重合
では攪拌によって吸水性樹脂の表面積が大きくなるた
め、蒸発潜熱によって多くの重合熱が奪われ自然に重合
温度がコントロールされていたことが判明した。そこ
で、静置重合においても同様に、重合系が接触する面か
らの伝導伝熱による冷却と、重合系から溶媒が蒸発する
ことによる蒸発潜熱による冷却とを併用して重合熱の除
去を十分に行うようにすれば良いと考え、本発明に到達
した。
構成をとる。 (1) 厚みが10〜50mmの、親水性単量体を含む水
溶液を静置重合して吸水性樹脂を製造する方法におい
て、伝導伝熱による冷却と蒸発潜熱による冷却とを併用
して重合熱を除去するようにして、重合系の最高到達温
度を60〜95℃の範囲にコントロールすることを特徴
とする吸水性樹脂の製造方法。
量体を含む水溶液を静置重合して吸水性樹脂を製造する
方法において、伝導伝熱による冷却と蒸発潜熱による冷
却とを併用して重合熱を除去するようにして、親水性単
量体を含む水溶液から重合系の最高到達温度を経た含水
ゲル状重合体への固形分上昇量を0.2〜10重量%の
範囲にコントロールすることを特徴とする吸水性樹脂の
製造方法。
としては、重合により吸水性樹脂となりうるものであれ
ば特に限定されないが、例えば、アクリル酸、メタクリ
ル酸、マレイン酸、ビニルスルホン酸、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な
どのアニオン性不飽和単量体およびその塩;アクリルア
ミド、メタアクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリ
ルアミド、N−n−プロピル(メタ)アクリルアミド、
N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジ
メチル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル
(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メ
タ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール
(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ
(メタ)アクリレート、ビニルピリジン、N−ビニルピ
ロリドン、N−アクリロイルピペリジン、N−アクリロ
イルピロリジンなどのノニオン性の親水基含有不飽和単
量体;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレ
ート、N,N−ジエチルアミノエチル(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
リルアミドおよびそれらの四級塩などのカチオン性不飽
和単量体などを挙げることができる。これらは1種また
は2種以上を使用することができる。
成分として用いることが好ましく、アクリル酸またはそ
の塩以外の他の単量体の使用量は通常全単量体中0〜5
0モル%未満とすることが好ましく、より好ましくは0
〜30モル%である。親水性単量体水溶液の濃度は一般
に広い範囲にわたって可変であるが、10〜60重量%
が好ましい。より好ましくは20〜50重量%であり、
さらに好ましくは20〜45重量%である。10重量%
未満の場合には、生産性が悪く、重合率も上がりにく
く、未反応単量体が多くなる。60重量%を越えると、
静置重合で重合温度をコントロールすることが困難であ
り、吸収倍率および/または水可溶分の劣った吸水性樹
脂になる。
・セルロースの誘導体、ポリビニルアルコール、ポリア
クリル酸(塩)、ポリアクリル酸(塩)架橋体等の親水
性高分子や、次亜リン酸(塩)等の連鎖移動剤を添加し
てもよい。本発明において吸水性樹脂は架橋構造を有す
ることが好ましく、架橋剤を使用しない自己架橋型のも
のや、2個以上の重合性不飽和基あるいは2個以上の反
応性基を有する内部架橋剤を共重合または反応させた型
のものが例示できる。好ましくは親水性不飽和単量体に
内部架橋剤を共重合または反応させた架橋構造を有する
吸水性樹脂である。
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トリ(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、
グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリンアク
リレートメタクリレート、エチレンオキサイド変性トリ
メチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタ
エリスリトールテトラ(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)アクリレートなどを挙げることが出来る。また
これらの内部架橋剤は2種以上使用してもよい。
分に対して0.005〜3モル%が好ましく、より好ま
しくは0.01〜1.5モル%である。内部架橋剤が少
なすぎると、吸収速度が低下する傾向があり、逆に内部
架橋剤が多すぎると、吸収倍率が低下する傾向がある。
また重合を行うにあたり、過硫酸カリウム、過硫酸アン
モニウム、過硫酸ナトリウム、t−ブチルハイドロパー
オキサイド、過酸化水素、2,2′−アゾビス(2−ア
ミジノプロパン)二塩酸塩等のラジカル重合開始剤、紫
外線や電子線などの活性エネルギー線等を用いることが
できる。また、酸化性ラジカル重合開始剤を用いる場
合、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、硫酸第
一鉄、L−アスコルビン酸等の還元剤を併用してレドッ
クス重合としても良い。これらの重合開始剤の使用量は
通常前記親水性単量体に対し0.001〜2モル%、好
ましくは0.01〜0.5モル%である。これらの重合
開始剤や活性エネルギー線は併用してもよい。
および過酸化水素の4種類を併用することで吸収性能に
優れる吸水性樹脂が得られる場合がある。この場合の無
機過酸化物は過酸化水素を含まない。アゾ化合物は熱分
解型の重合開始剤であるため、重合系の温度が一定温度
以上に上昇した後に働く。無機過酸化物と過酸化水素は
酸化性の重合開始剤であるため、還元剤とともにレドッ
クス系の開始剤として、または単独で熱分解型の開始剤
として働く。レドックス系開始剤は重合の初期の低温領
域で主に働く。無機過酸化物を用いることにより残存単
量体量を低減することができる。
(N,N′−ジメチレンイソブチルアミド)ジハイドロ
クロライド、2,2′−アゾビス(2−アミジノプロパ
ン)ジハイドロクロライド、2,2′−アゾビス(N,
N′−ジメチレンイソブチルアミド)、4,4′−アゾ
ビス(4−シアノペンタノイックアシッド、アゾビスイ
ソブチロニトリル等が例示され、無機過酸化物として
は、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモ
ニウム等が例示され、還元剤としては、アルカリ金属の
亜硫酸塩、アルカリ金属の重亜硫酸塩、亜硫酸アンモニ
ウム、重亜硫酸アンモニウム、アスコルビン酸、エリト
ルビン酸等が例示される。2,2′−アゾビス(2−ア
ミジノプロパン)ジハイドロクロライド、過硫酸ナトリ
ウム、L−アスコルビン酸、過酸化水素の組み合わせが
好ましい。
記単量体成分に対し、アゾ化合物0.001〜0.1モ
ル%、無機過酸化物0.001〜0.1モル%、還元剤
0.0001〜0.01モル%、過酸化水素0.001
〜0.01モル%の範囲が好ましい。残存単量体量を低
減するために、無機過酸化物と過酸化水素の合計量が還
元剤よりも多いことがより好ましい。
は、過酸化水素を最後に添加することが好ましい。過酸
化水素を他の重合開始剤よりも先に添加すると重合が不
安定になるばかりか安定した物性が得られず、結果とし
て低い性能の吸水性樹脂になる。重合開始温度は適宜選
択できるが、通常0〜50℃であり、好ましくは10〜
40℃、より好ましくは15〜30℃である。
囲とすることが好ましく、より好ましくは70〜90
℃、更に好ましくは75〜90℃である。該温度が60
℃未満では得られる吸水性樹脂の吸収倍率が小さくなっ
たり、未反応の単量体量が多くなる。一方、該温度が9
5℃を越えると得られる吸水性樹脂の水可溶分が多くな
り好ましくない。
に最高到達温度付近の領域における温度差)としては、
30℃以内とすることが好ましく、25℃以内とするこ
とがより好ましい。重合系内の温度差が大きすぎる場合
には、場所によって得られる吸水性樹脂の品質が異なり
物性が安定しないばかりか、全体の品質が悪くなる。重
合にともない発生する重合熱は、重合系が接触する面か
らの伝導伝熱による冷却と、重合系から主として水分等
の溶媒が蒸発することによる蒸発潜熱による冷却とによ
って除去される。本発明では、蒸発潜熱による冷却と伝
導伝熱による冷却を併用することが重要であり、併用す
ることによって重合系の場所による温度の偏りを最小限
にとどめながら重合温度をコントロールすることがで
き、結果として吸収倍率が高く、水可溶分の少ない吸水
性樹脂を安定して得ることができる。
水溶液および/または含水ゲル状重合体)から主として
水が蒸発することにより重合系から熱を奪うことをさ
す。水等の蒸発量は、単量体水溶液の0.5重量%〜1
0重量%が好ましく、1重量%〜5重量%がより好まし
い。0.5重量%未満では重合系の温度コントロールが
十分にできず、最高到達温度が高くなり、水可溶分が多
くなる。一方、10重量%を越えると得られる吸水性樹
脂の吸収倍率が小さくなる傾向がある。
よび/または含水ゲル状重合体からの蒸発量は、次のよ
うにして求められる。仕込み単量体水溶液量(Xkg)に
対する、重合開始から該重合系が最高到達温度を経て含
水ゲル状重合体として取り出されるまでに重合系から出
ていった水蒸気および単量体の量(Ykg)の割合、即
ち、100Y/X(重量%)である。連続重合の場合
は、単位時間当たりのそれぞれの量を求めればよい。
形分上昇量がある。本発明では固形分上昇量を次のよう
にして求める。重合系が最高到達温度に達した後、得
られる含水ゲル状重合体の固形分(A重量%)を求め
る。固形分は、含水ゲル状重合体を粒子サイズ2mm以
下に粉砕し、その2〜3g(W0g)を直径5cmのア
ルミカップ(W1g)に入れ、180℃の無風乾燥機中
で5時間保持した後、その重量(W2g)を測ることに
より求めることができる。即ち、A=100(W2−W
1)/W0である。親水性単量体水溶液の親水性単量
体濃度(B重量%)とで求めたA重量%との差を求め
る。即ち、A−B(重量%)が固形分上昇量である。蒸
発潜熱による冷却を有効に利用した本発明の固形分上昇
量は、0.2〜10重量%の範囲が好ましく、より好ま
しくは0.3〜5重量%の範囲であり、更に好ましくは
0.5〜5重量%の範囲である。固形分上昇量が0.2
重量%未満では重合系の温度コントロールが十分にでき
ず、最高到達温度が高くなり、水可溶分が多くなる。1
0重量%を越える場合には得られる吸水性樹脂の吸収倍
率が小さくなる傾向がある。
る重合装置で行うことが好ましい。それにより空気を排
出した状態で、所定のガス雰囲気中、加圧下あるいは減
圧下での重合が可能である。その際、蒸発潜熱を引き出
す操作として、重合系の上部に30cm/分以上の不活
性ガスを導入することが好ましい。30cm/分〜60
00cm/分の範囲が好ましく、50cm/分〜300
0cm/分の範囲がより好ましい。30cm/分以下の
導入量では十分な冷却効果が得られず、得られる吸水性
樹脂の水可溶分が多くなる。なお、従来法においても窒
素気流下での重合は行われているが、その目的は単量体
中の溶存酸素量の上昇を防止するためであり、その導入
量は高々20cm/分程度であった。これに対し、本発
明のように積極的に蒸発潜熱による重合系の温度コント
ロールを行うには、それをはるかに越える流量が必要と
なるものである。重合系の上部に流す不活性ガスの湿度
は80%以下が好ましく、より好ましくは湿度50%以
下である。不活性ガスとしては、窒素ガスのほか、アル
ゴン、ヘリウム、炭酸ガス、過熱蒸気等を挙げることが
できる。重合熱は一般に重合系の温度が40℃以上とな
ってから著しく発生するので、蒸発潜熱による重合熱の
除去を目的とした不活性ガスは重合系の温度が40℃以
上となった時点から流せばよい。ただし、それ以下の温
度において重合系の溶存酸素の低下等を目的として不活
性ガスを導入することを妨げるものではない。
系に接する雰囲気ガス中の水蒸気を結露させることが好
ましい。雰囲気ガスが接触する面を冷却することで可能
である。雰囲気ガスが接触する重合反応機の面を冷却し
てもよいし、雰囲気ガスをポンプで吸引し、冷却塔を通
して凝縮水を取り除いたガスを再び重合機に戻してフレ
ッシュガスと一緒にしてリサイクルしてもよい。また、
凝縮水は、水だけでなく親水性単量体をも含む親水性単
量体水溶液であるので、該凝縮水の少なくとも一部(例
えば5重量%以上)を原料の親水性単量体を含む水溶液
にリサイクルして用いてもよい。重合系を減圧(760
mmHg以下)にすることによっても蒸発潜熱を引き出
すことができる。
重合系が接触する面の温度を0〜30℃とすることが好
ましい。該温度が0℃よりも低い場合にはその温度を達
成するための特別の手段が必要となるため実用的でな
い。該温度が30℃よりも高い場合には伝導伝熱による
重合熱の除去が十分に行えない。伝導伝熱による冷却と
蒸発潜熱による冷却の割合としては、特に限定されない
が、重合熱のうちの20%〜60%を蒸発潜熱により除
去することが好ましい。
高)は10〜50mmの範囲であり、10〜40mmの
範囲がより好ましく、15〜35mmの範囲がさらに好
ましい。重合系の厚みが10mm未満の場合には、生産
性が低い。また、このような薄さでは蒸発潜熱によらず
とも伝導伝熱による冷却のみで所望の範囲に重合系の温
度をコントロールすることが可能である。一方、重合系
の厚みが50mmを越えると重合系の温度のコントロー
ルが困難となり、最高到達温度が95℃を越えるように
なり、得られる吸水性樹脂の水可溶分が多くなる。
置重合とは、重合が開始してから、重合系が重合熱によ
り最高到達温度に達するまでの間、実質的に攪拌するこ
となく重合することをいう。静置重合に使用する重合装
置としては、重合系が接触する面の加熱および/または
冷却を行え、重合系から溶媒が蒸発できる空間を有する
ものであれば特に限定されるものではない。このような
重合装置としては、例えば、ベルトコンベアーの下部片
面から加熱および/または冷却が行えるベルトコンベア
ー型重合装置;プレート面からの片面から加熱および/
または冷却が行える熱交換プレート式重合装置;周囲の
壁から加熱および/または冷却が行える遠心薄膜型装置
等が挙げられる。
成樹脂、セラミックスなど特に限定されないが、ステン
レスが耐久性および伝熱性に優れる点で好ましい。本発
明では、必要により、重合系が最高到達温度を示した
後、伝熱面を50℃以上の温度に昇温し、含水ゲル状重
合体を保温および/または加熱する熟成工程を設けても
よい。含水ゲル状重合体を30〜95℃の範囲に10分
〜10時間保持する熟成工程、好ましくは40〜90℃
の範囲に20分〜5時間保持する熟成工程を設けること
ができる。該熟成工程を設けることにより未反応単量体
量を低減することができる。
は乾燥するため粉砕し、平均粒径が1〜10mm程度の
粒子状含水ゲル状重合体(粉砕ゲル)とすることができ
る。上記ゲル粉砕に用いる装置としては、ブロック状ま
たはシート状の含水ゲル状重合体を所定の大きさに粉砕
できる装置であれば特に制限はないが、例えば、ミート
チョッパー((株)平賀工作所製など)、ニーダー、破
砕機(カッターミル、シュレッドクラッシャーなど)、
カッター刃を有するスリッターなどが例示できる。
加熱炉を用いることができる。例えば、薄型攪拌乾燥
機、回転乾燥機、円盤乾燥機、流動層乾燥機、気流乾燥
機、赤外線乾燥機等である。その場合、乾燥温度は、好
ましくは40〜250℃、より好ましくは90〜200
℃、更に好ましくは120〜180℃である。乾燥時間
としては、通常1〜180分が好ましく、10〜120
分がより好ましい。このようにして得られる乾燥物は、
前記含水ゲル状重合体の固形分を求める方法と同様の方
法で求めた固形分が、通常70〜100重量%であり、
好ましくは80〜98重量%である。
ま吸水性樹脂として用いることもできるが、さらに粉
砕、分級して所定のサイズの粒子状吸水性樹脂として用
いられる。その場合、粒子サイズは、通常10μm〜5
mmであり、好ましくは100μm〜1mmである。平
均粒子径は、用いる用途によっても異なるが、通常10
0μm〜1000μm、好ましくは150μm〜800
μmである。
らに架橋処理してもよく、これにより荷重下の吸収倍率
の大きい吸水性樹脂を得ることができる。表面架橋処理
には、吸水性樹脂の有する官能基たとえばカルボキシル
基と反応し得る架橋剤を用いればよく、通常、該用途に
用いられている公知の架橋剤が例示される。表面架橋剤
としては、例えば、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、1,4−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ジグリシジルエー
テル、グリシドール等の多価エポキシ化合物;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や、
それらの無機塩ないし有機塩(例えば、アジチニウム塩
等);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;
1,2−エチレンビスオキサゾリン等の多価オキサゾリ
ン化合物;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、および、その多価アミン付加物(例えばハ
ーキュレス製カイメン:登録商標);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
の水酸化物及び塩化物等の多価金属化合物等が挙げられ
る。これらの中でも多価アルコール化合物、多価エポキ
シ化合物、多価アミン化合物やそれらの塩、アルキレン
カーボネート化合物が好ましい。これらの表面架橋剤は
単独で用いてもよいし、二種以上併用してもよい。
0重量部に対して0.01〜10重量部用いるのが好ま
しく、0.5〜5重量部用いるのがより好ましい。表面
架橋剤と吸水性樹脂とを反応させるための加熱処理には
通常の乾燥機や加熱炉を用いることができる。例えば、
薄型攪拌乾燥機、回転乾燥機、円盤乾燥機、流動層乾燥
機、気流乾燥機、赤外線乾燥機等である。その場合、加
熱処理温度は好ましくは40〜250℃、より好ましく
は90〜230℃、さらに好ましくは120〜220℃
である。加熱処理時間としては、通常1〜120分が好
ましく、10〜60分がより好ましい。
製造する場合の製造工程の流れの一例を表すフロー図を
示すが、本発明はこれに限定されない。原料(親水性単
量体を含む水溶液)は、反応器内で静置重合され含水ゲ
ル状重合体となる。このとき蒸発潜熱を引き出すために
不活性ガスを導入し、排出されたガスから、蒸発した溶
媒(水など)と親水性単量体とを含む凝縮水を取り除
き、該凝縮水を原料にリサイクルして用い、残りのガス
を不活性ガスとしてリサイクルとして用いることが好ま
しい。含水ゲル状重合体は、ゲル粉砕され粉砕ゲルとな
り、続いて乾燥機によって乾燥され、必要によりさらに
粉砕され、分級されることで粒子状の吸水性樹脂(製
品)となる。
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。実
施例中の吸収倍率および水可溶分は下記の方法により測
定した。また、以下で特にことわりのないときは、%は
重量%を、部は重量部を、表す。 [吸収倍率]吸水性樹脂の約0.2gを不織布製の袋
(60mm×60mm)に均一に入れ、人工尿(硫酸ナ
トリウム0.200%,塩化カリウム0.200%,塩
化マグネシウム6水和物0.050%,塩化カルシウム
2水和物0.025%,リン酸2水素アンモニウム0.
085%,リン酸水素2アンモニウム0.015%,脱
イオン水99.425%)中に浸けた。60分後に袋を
引き上げ、遠心分離器を用いて250Gにて3分間水切
りを行った後、袋の重量W1(g)を測定した。同様の
操作を吸水性樹脂を用いずに行い、そのときの袋の重量
W0(g)を測定した。W1およびW0から、次式にし
たがって、吸収倍率(g/g)を算出した。
(g))/吸水性樹脂の重量(g) [水可溶分量]吸水性樹脂0.5gを1000gの脱イ
オン交換水中に分散させ、3時間攪拌した後、濾紙で濾
過した。次いで、得られた濾液50gを100mlビー
カーにとり、該濾液に0.1N水酸化ナトリウム水溶液
1ml、N/200メチルグリコールキトサン水溶液1
0ml、および0.1%トルイジンブルー水溶液4滴を
添加した。その後、上記ビーカー中の水溶性高分子成分
量(水可溶分量)を、N/400ポリビニル硫酸カリウ
ム水溶液を用いてコロイド滴定した。溶液の色が青色か
ら赤紫色に変化した時点を滴定の終点として滴定量A
(ml)を求めた。また、濾液50gに代えて脱イオン
水50gを用いて上記と同様の操作を行い、ブランクと
して滴定量B(ml)を求めた。そして、これら滴定量
A,Bと吸水性樹脂の構成単量体の平均分子量Cとか
ら、次式にしたがって水可溶分量を算出した。
水溶液1424gの単量体、架橋剤のポリエチレングリ
コールジアクリレート(平均分子量478)1.33
g、および水388gを十分混合し、水性液を作製し
た。得られた水性液を長さ320mm×横幅220mm
×高さ50mmのサイズで内表面をテフロンコーティン
グしたステンレス製バット内に注入した。このとき水性
液の厚みは25mmであった。該ステンレス製バット
を、窒素導入口、排気口、および重合開始剤投入口を設
けたポリエチレンフィルムで上部をシールした後、30
℃のウォーターバスに浸け、水性液の温度を30℃に調
整しながら、該水性液に窒素ガスを導入して、液中の溶
存酸素を除いた。その後は、6L/分(108cm/
分)で窒素ガスをバットの長さ方向に導入し、反対側か
ら排気をつづけた。重合開始剤として、脱気した5gの
水にそれぞれ溶かしたV−50(和光純薬工業製アゾ系
重合開始剤)0.02g/単量体モル、L−アスコルビ
ン酸0.0018g/単量体モル、および過酸化水素
0.0014g/単量体モルを注入し、マグネティック
スターラーで十分混合した(単量体濃度35.0%)。
重合開始剤投入後、1分で重合が開始したので、ステン
レス製バットを、10℃のウォーターバスに、バットの
底から10mmの高さまで浸けるとともに、ポリエチレ
ンフィルムの上部を断熱材で覆った。13分後に80℃
の重合ピーク温度を示した。この12分間の重合期間中
に排気口から出てきた水蒸気をトラップしたところ、5
5gであった。重合ピーク後、ステンレス製バットを8
0℃のウォーターバスに、バットの底から10mmの高
さまで浸け60分間保持した。
孔径を有するダイスをつけたミートチョッパー(株式会
社平賀工作所製No.32型チョッパー)で粉砕し、1
60℃で65分間乾燥した。一方、ミートチョッパーで
ゲル粉砕して得られた粉砕ゲルの固形分を、本明細書記
載の含水ゲル状重合体の固形分測定方法に従って求めた
ところ36%であり、固形分上昇量は1%であった。乾
燥物を粉砕、分級し、500μmから106μmの吸水
性樹脂(1)を得た。
分を上記記載の方法にしたがって測定したところ、吸収
倍率68g/g、水可溶分4%であった。 実施例2 アクリル酸43.7kgおよび37%アクリル酸ナトリ
ウム水溶液286kgの単量体、架橋剤のポリエチレン
グリコールジアクリレート(平均分子量478)337
g、および水86.3kgを十分混合し、水性液を作製
した。得られた水性液を71.2kg/hで、幅30c
m、14cm/分で移動するスチール製のベルト重合機
に供給した。高さ50mmの堰を有するベルト重合機の
内で、25mmの高さまで水性液が満たされた。上記水
性液はベルト重合機の供給口で、該水性液の温度が22
℃になるように供給ライン上で加温した。また、供給ラ
イン上で連続的に窒素ガスを吹き込み、溶存酸素を0.
5ppm以下にした。溶存酸素レベルを下げた水性液
に、供給ライン上で連続的にV−50を0.02g/単
量体モル、L−アスコルビン酸0.0018g/単量体
モル、および過酸化水素0.0014g/単量体モルと
なるようにこれらの重合開始剤の水性液を注入し、十分
混合した(単量体濃度35.7%)。ベルト重合機の前
半は、12℃の冷却水でベルト下面から冷却した。ベル
ト重合機に供給された水性液は12分後に85℃の重合
ピーク温度を示した。水性液の供給口と同じ位置から3
m3/h(670cm/分)で窒素ガスを供給した。ベ
ルト重合機の堰の上面はポリエチレンフィルムで覆った
が、フィルム内面には多くの結露が発生した。ベルト重
合機の後半は90℃の温水でベルト下面から12分間加
温した。
6.2%で、固形分上昇量は0.5%あった。該含水ゲ
ル状重合体を、実施例1と同様にしてゲル粉砕し、16
0℃で65分間乾燥した。乾燥物を粉砕分級し、500
μmから106μmの吸水性樹脂(2)を得た。吸水性
樹脂(2)の吸収倍率および水可溶分を上記記載の方法
にしたがって測定したところ、吸収倍率70g/g、水
可溶分4%であった。 実施例3 実施例1において、重合中の窒素ガスの供給量を1L/
分(18cm/分)とした以外は実施例1と同様の操作
を繰り返し吸水性樹脂(3)を得た。重合開始剤投入後
12分で95℃の重合ピーク温度を示した。固形分上昇
量は0.2%であった。
分を上記記載の方法にしたがって測定したところ、吸収
倍率68g/g、水可溶分8%であった。 実施例4 実施例1において、作製した水性液のうち800gのみ
をステンレス製バット内に注入して水性液の厚みを10
mmとした以外は実施例1と同様の操作を繰り返し吸水
性樹脂(4)を得た。重合開始剤投入後15分で60℃
の重合ピーク温度を示した。固形分上昇量は0.2%で
あった。
分を上記記載の方法にしたがって測定したところ、吸収
倍率55g/g、水可溶分3%であった。 実施例5 アクリル酸170gおよび37%アクリル酸ナトリウム
水溶液1808gの単量体、架橋剤のポリエチレングリ
コールジアクリレート(平均分子量478)1.36
g、および水407gを十分混合し、水性液を作製し
た。得られた水性液を長さ320mm×横幅220mm
×高さ50mmのサイズで内表面をテフロンコーティン
グしたステンレス製バット内に注入した。このとき水性
液の厚みは30mmであった。該ステンレス製バット
を、窒素導入口、排気口、および重合開始剤投入口を設
けたポリエチレンフィルムで上部をシールした後、30
℃のウォーターバスに浸け、水性液の温度を30℃に調
整しながら、該水性液に窒素ガスを導入して、液中の溶
存酸素を除いた。その後は、10L/分(180cm/
分)で窒素ガスをバットの長さ方向に導入し、反対側か
ら排気をつづけた。重合開始剤として、脱気した5gの
水にそれぞれ溶かしたV−50を0.02g/単量体モ
ル、L−アスコルビン酸0.0018g/単量体モル、
および過酸化水素0.0014g/単量体モルを注入
し、マグネティックスターラーで十分混合した(単量体
濃度35%)。重合開始剤投入後、1分で重合が開始し
たので、ステンレス製バットを、10℃のウォーターバ
スに、バットの底から10mmの高さまで浸けるととも
に、ポリエチレンフィルムの上部を断熱材で覆った。1
3分後に84℃の重合ピーク温度を示した。この12分
間の重合期間中に排気口から出てきた水蒸気をトラップ
したところ、102gであった。重合ピーク後、ステン
レス製バットを80℃のウォーターバスに、バットの底
から10mmの高さまで浸け60分間保持した。
孔径を有するダイスをつけたミートチョッパー(株式会
社平賀工作所製No.32型チョッパー)で粉砕し、1
60℃で65分間乾燥した。乾燥物を粉砕分級し、50
0μmから106μmの吸水性樹脂(5)を得た。粉砕
ゲルの固形分は36.5%であり、固形分上昇量は1.
5%であった。
分を上記記載の方法にしたがって測定したところ、吸収
倍率70g/g、水可溶分5%であった。 実施例6 アクリル酸204g、37%アクリル酸ナトリウム水溶
液1339g、ポリエチレングリコールジアクリレート
(平均分子量478)1.58g、および脱イオン水4
42gを十分混合し、水性液を作製した。得られた水性
液を、温度計、長さ方向の入口側にガス導入管と出口側
に排気口を備えた、断熱材で覆った蓋と、底面320m
m×220mm、深さ60mmのバットからなる反応容
器に供給し、該反応容器を20℃の水浴に浸した。この
水性液に窒素ガスを導入し、溶存酸素を0.3ppm程
度にした。その後8L/分(103cm/分)で窒素ガ
スを反応容器に導入し続けた。5%V−50(和光純薬
工業製アゾ系重合開始剤)水溶液3.24g、5%過硫
酸ナトリウム水溶液3.24g、および1%L−アスコ
ルビン酸水溶液2.92gを添加混合した。続いて0.
35%過酸化水素水3.34gを添加混合した。単量体
濃度は35%、水性液の厚みは25mmであった。過酸
化水素水を添加して1分後に重合が開始した。重合開始
後、反応容器を10℃の水浴に底から10mmの高さま
で浸けた。12分後に重合系(重合体+未反応単量体)
の厚み方向の中央部が80℃の最高温度(重合ピーク温
度)に到達した。その際、反応容器の底部側の重合系の
温度は62℃であり、重合系の上部側の温度は66℃で
あった。重合ピーク後に水浴の温度を60℃にして、6
0分間保持し含水ゲル状重合体を得た。該含水ゲル状重
合体をミートチョッパーで粉砕し、粉砕ゲルを160℃
で65分間熱風乾燥した。粉砕ゲルの固形分は35.8
%であり、固形分上昇量は0.8%であった。乾燥物を
粉砕、分級し、500μmから106μmの吸水性樹脂
(6)を得た。
分を上記記載の方法にしたがって測定したところ、吸収
倍率65g/g、水可溶分3%であった。吸水性樹脂
(6)100部と、エチレングリコールジグリシジルエ
ーテル0.1部、水4部およびイソプロピルアルコール
1部とを均一に混合し、該混合物を195℃で40分間
加熱処理して吸収剤を得た。得られた吸収剤について、
上記記載の方法にしたがって吸収倍率を測定し、また、
特開平9−235378号公報に記載の方法にしたがっ
て高加圧下吸収倍率および吸収速度を測定した。吸収倍
率50g/g、高加圧下吸収倍率28g/g、吸収速度
20秒であった。 実施例7 アクリル酸100部、37%アクリル酸ナトリウム水溶
液656.4部、ポリエチレングリコールジアクリレー
ト(平均分子量478)0.77部、および脱イオン水
216.7部を十分混合し、単量体水性液を作製した。
得られた単量体水性液を71.2kg/hで幅30c
m、14cm/分で移動するスチール製のベルト重合機
に供給した。単量体水性液はタンクから定量ポンプによ
り配管を経てベルト重合機に供給したが、配管の途中で
窒素ガスを連続的に吹き込み、単量体水溶液の溶存酸素
を0.5ppm以下にした。該単量体水性液に、更に、
10%V−50(和光純薬工業製アゾ系重合開始剤)水
溶液をV−50が0.02g/単量体モルとなる量、1
0%過硫酸ナトリウム水溶液を過硫酸ナトリウムが0.
02g/単量体モルとなる量、およびL−アスコルビン
酸水溶液をL−アスコルビン酸が0.0018g/単量
体モルとなる量それぞれ供給し、ラインミキシングし
た。最後に、0.35%過酸化水素水を過酸化水素が
0.00144g/単量体モルとなる量供給し、単量体
水性液とラインミキシングしベルト重合機に供給した。
上記単量体水性液および重合開始剤からなる水性液は、
20℃となるように供給ライン上で温度コントロールし
た。高さ50mmの堰を有するベルト重合機の中で、2
5mmの高さまで上記水性液が満たされた。ベルト重合
機の上部面はステンレス製のフードで覆い、重合は気密
下に行った。ベルト重合機の前半12分間は12℃の冷
却水でベルト下面から冷却した。ベルト重合機に供給さ
れた水性液は8分後に86℃の重合ピーク温度を示し
た。水性液の供給側から重合系上部に700cm/分と
なるように窒素ガスを導入した。水性液供給口から1.
4m下流側から重合系上部の雰囲気ガスを取り出し、1
2℃の冷却管と接触させてガス中の水分を凝縮させた。
凝縮水を取り除いた雰囲気ガスは、水性液供給口付近の
フレッシュ窒素ガスと一緒にして重合機へリサイクルし
た。一方、凝縮水中には3%程度のアクリル酸が含まれ
ており、原料の水性液にリサイクルした。その際、単量
体水性液の濃度は原料の追加投入により35.1%に保
った。ベルト重合機の後半は60℃の温水でベルト下面
から12分間加温した。
5.9%であり、固形分上昇量は0.8%であった。含
水ゲル状重合体を実施例1と同様にしてゲル粉砕し、1
60℃で65分間熱風乾燥した。乾燥物を粉砕、分級
し、500μmから106μmの吸水性樹脂(7)を得
た。吸水性樹脂(7)の吸収倍率および水可溶分を上記
記載の方法にしたがって測定したところ、吸収倍率66
g/g、水可溶分3%であった。 比較例1 実施例1において、溶存酸素を低下させ、重合開始剤を
投入した水性液をポリエチレン製袋に入れ、空間部分を
なくしたものを実施例1と同様のバットに載せた。以後
の操作は実施例1と同様にし、重合開始剤投入後13分
で104℃の重合ピーク温度を示した。
孔径を有するダイスをつけたミートチョッパー(株式会
社平賀工作所製No.32型チョッパー)で粉砕し、1
60℃で65分間乾燥した。粉砕ゲルの固形分は35.
0%であり、固形分上昇量は0%であった。乾燥物を粉
砕分級し、500μmから106μmの比較吸水性樹脂
(1)を得た。
可溶分を上記記載の方法にしたがって測定したところ、
吸収倍率70g/g、水可溶分12%であった。 比較例2 実施例1において、重合開始から重合ピーク温度を示す
期間中、バットを冷却のためのウォーターバスに浸けず
空気中に放置した以外は実施例1と同様の操作を繰り返
した。重合開始剤投入後10分で110℃以上で沸騰し
た。
孔径を有するダイスをつけたミートチョッパー(株式会
社平賀工作所製No.32型チョッパー)で粉砕し、1
60℃で65分間乾燥した。粉砕ゲルの固形分は38.
5%であり、固形分上昇量は3.5%であった。乾燥物
を粉砕分級し、500μmから106μmの比較吸水性
樹脂(2)を得た。
可溶分を上記記載の方法にしたがって測定したところ、
吸収倍率71g/g、水可溶分15%であった。 比較例3 実施例1において、水の量を388gから14.3gと
する以外は同様の操作を繰り返し、水性液を作成した。
得られた水性液のうち564gを実施例1と同様のバッ
トに注入した。この時の厚みは7mmであった(単量体
濃度43.0%)。以後実施例1と同様の操作を繰り返
し、重合を開始させた。重合開始後、バットをウォータ
ーバスから出し、バット上部のポリエチレンフィルムを
はずし、空気中に放置した。重合開始後4分で110℃
以上で沸騰した。以後実施例1と同様の操作を繰り返
し、比較吸水性樹脂(3)を得た。固形分上昇量は1
1.2%であった。
可溶分を上記記載の方法にしたがって測定したところ、
吸収倍率45g/g、水可溶分10%であった。実施例
1〜7および比較例1〜3で得られた吸水性樹脂(1)
〜(7)および比較吸水性樹脂(1)〜(3)につい
て、吸収倍率および水可溶分を表1に示す。
て、重合系の最高到達温度をコントロールしながら吸水
性樹脂を製造することができる。したがって、吸収倍率
が高く水可溶分が少ない吸水性樹脂を得ることができ
る。また、蒸発潜熱により重合熱を除去するのでエネル
ギーコストが小さくすみ経済的である。上記効果を奏す
ることから、本発明により得られた吸水性樹脂は、衛生
材料(子供用および大人用紙おむつ、生理用ナプキン、
失禁用パッドなど)などの人体に接する用途;油中の水
の分離材;その他の脱水または乾燥剤;植物や土壌など
の保水材;ヘドロなどの凝固剤;結露防止剤;電線ある
いは光ファイバー用止水材;土木建築用止水材など、吸
水、保水、湿潤、膨潤、ゲル化を必要とする各種産業用
途に有用である。
合の製造工程の流れの一例を表すフロー図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 厚みが10〜50mmの、親水性単量体
を含む水溶液を静置重合して吸水性樹脂を製造する方法
において、伝導伝熱による冷却と蒸発潜熱による冷却と
を併用して重合熱を除去するようにして、重合系の最高
到達温度を60〜95℃の範囲にコントロールすること
を特徴とする吸水性樹脂の製造方法。 - 【請求項2】 厚みが10〜50mmの、親水性単量体
を含む水溶液を静置重合して吸水性樹脂を製造する方法
において、伝導伝熱による冷却と蒸発潜熱による冷却と
を併用して重合熱を除去するようにして、親水性単量体
を含む水溶液から重合系の最高到達温度を経た含水ゲル
状重合体への固形分上昇量を0.2〜10重量%の範囲
にコントロールすることを特徴とする吸水性樹脂の製造
方法。 - 【請求項3】 蒸発潜熱による冷却を、30cm/分以
上の不活性ガスを導入することにより行う、請求項1ま
たは2記載の吸水性樹脂の製造方法。 - 【請求項4】 蒸発潜熱による冷却を、雰囲気ガス中の
水蒸気を結露させることにより行う、請求項1から3の
いずれかに記載の吸水性樹脂の製造方法。 - 【請求項5】 蒸発潜熱による冷却を行うことで蒸発し
た親水性単量体を含む水溶液の少なくとも一部を、原料
の親水性単量体を含む水溶液にリサイクルして用いる、
請求項1から4のいずれかに記載の吸水性樹脂の製造方
法。
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