JPWO2008108277A1 - 吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)撹拌水可溶性成分量が15〜60質量%である;
(b)撹拌水可溶性成分量と静置水可溶性成分量との差(撹拌水可溶性成分量−静置水可溶性成分量)が15〜50質量%である;
(c)拡散吸収指数が1.40〜10.0g/g/minである;
ただし、撹拌水可溶性成分量は、生理食塩水に対する攪拌下、16時間後の溶出高分子量を表し、静置水可溶性成分量は、生理食塩水に対する静置下、16時間後の溶出高分子量を表す。
(d)質量平均粒子径(D50)が200〜600μmである;
(e)粒子径がJIS標準篩で150μm未満の粒子の含有量が0〜5質量%である;
(f)粒子径がJIS標準篩で850μm以上の粒子の含有量が0〜5質量%である;
(g)無加圧下吸収倍率が28g/g以上である;
(h)撹拌水可溶性成分量が15〜60質量である。
本発明において、「吸水剤」とは、吸水性樹脂を主成分とする水性液の吸収ゲル化剤(別称;固化剤)を意味する。水性液として固体、液体、気体の水を含めば、水単独でも水混合物でもよいが、尿、特に人尿の吸水に使用される。
本発明において、「吸水性樹脂前駆体」とは、表面架橋工程に供される吸水性樹脂を意味する。よって、表面架橋されていない吸水性樹脂のほか、少なくとも一度表面架橋処理を施された後に、再度表面架橋処理が施される前の吸水性樹脂もまた、吸水性樹脂前駆体の概念に包含される。
使用できる内部架橋剤としては、例えばN,N’−メチレンビスアクリルアミド、(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、(ポリオキシエチレン)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、ポリエチレングリコールジ(β−アクリロイルオキシプロピオネート)、トリメチロールプロパントリ(β−アクリロイルオキシプロピオネート)、ポリ(メタ)アリロキシアルカン等の分子内に重合性2重結合を少なくとも2個有する化合物;ポリグリシジルエーテル(エチレングリコールジグリシジルエーテル等)、ポリオール(エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ソルビトール等)等のカルボキシル基と反応して共有結合を形成しうる化合物の1種または2種以上が例示されうる。
重合方法は、性能面や重合の制御の容易さから、通常、水溶液重合または逆相懸濁重合により行われる。これらの重合は空気雰囲気下でも実施できるが、着色改善からも好ましくは、窒素やアルゴン等の不活性気体雰囲気(例えば、酸素濃度1%以下)で行われ、また、単量体成分は、その溶解酸素が不活性気体で十分に置換(例えば、酸素1ppm未満)された後に重合に用いられることが好ましい。
逆相懸濁重合の際に分散剤として使用される界面活性剤としては、例えば、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤等が例示される。
上述した重合工程において得られた含水ゲル状架橋重合体については、これをそのまま乾燥してもよいし、水溶液重合の場合には、必要によりゲル粉砕機等を用いて細断された後に乾燥してもよい。なお、本発明において、重合工程で得られる含水ゲル状架橋重合体は、所定の固形分率以上(所定の含水率以下)であり、かつ、上述した吸水性樹脂前駆体の好ましい質量平均粒子径(D50)を有する場合には、そのまま吸水性樹脂前駆体として用いられうる。例えば、含水ゲル状架橋重合体の固形分率が好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上であれば、吸水性樹脂前駆体として用いられうる。なお、含水ゲル状架橋重合体の粒子径や固形分率が上述した範囲を外れると、表面架橋工程において所望の表面架橋層が形成され難くなる虞がある。
乾燥により得られた乾燥物は、その目的に応じ必要により粒経制御のため粉砕、分級等の工程を経てもよい。これらの方法については例えば、国際公開第2004/69915号パンフレットに記載されている。
吸水性樹脂前駆体を得る際の重合条件(架橋剤量、重合濃度、乾燥温度等)を適宜設定することにより、得られる吸水性樹脂前駆体の吸収倍率や可溶性成分量が制御されうる。吸水性樹脂前駆体の吸収倍率は、好ましくは28g/g以上であり、より好ましくは30〜60g/gであり、さらに好ましくは35〜50g/gの範囲である。
(ii)単量体濃度30質量%未満と比較的低めの濃度で、内部架橋剤量0.1〜5モル%と比較的高めの内部架橋剤量で重合させ、かつ、200〜300℃と比較的高めの温度で乾燥する方法;
(iii)上記(i)および(ii)の方法に、さらに連鎖移動剤を単量体に対して5質量%以下の量で含む単量体を重合させる方法(例えば米国特許第5185413号、米国特許第6335406号等)。
本発明の吸水剤を構成する吸水性樹脂は、上記で得られた吸水性樹脂前駆体の粒子を、表面架橋剤の存在下、表面架橋処理することによって得られる。
本発明の他の形態は、本発明の吸水剤を得るための好ましい製造方法に関する。ただし、本発明の吸水剤が当該製造方法により製造されるもののみに限定されることはない。すなわち、本発明は、アクリル酸および/またはその塩を含む不飽和単量体を重合させて、ポリアクリル酸塩系吸水性樹脂前駆体を得る重合工程と、表面架橋剤を含む表面架橋剤水溶液を用いて、得られた前記ポリアクリル酸塩系吸水性樹脂前駆体の粒子に表面架橋処理を施す表面架橋工程とを含み、前記表面架橋工程を複数回行い、複数回のうちの任意の連続する2回の表面架橋工程における前記表面架橋剤水溶液における水の含有量(対ポリマー質量比)が2倍を超えて異なる、粒子状吸水剤の製造方法を提供する。
(d)質量平均粒子径(D50)が200〜600μmである;
(e)粒子径がJIS標準篩で150μm未満の粒子の含有量が0〜5質量%である;
(f)粒子径がJIS標準篩で850μm以上の粒子の含有量が0〜5質量%である;
(g)無加圧下吸収倍率が28g/g以上である;
(h)撹拌水可溶性成分量が15〜60質量である。
本発明においては、複数回の表面架橋工程を経て得られたポリマー(以下、単に「表面架橋吸水性樹脂」とも称する)を造粒することが好ましい。造粒することにより、吸水性樹脂粒子または吸水剤の質量平均粒子径を増大させる(例えば、1.01倍以上、好ましくは1.05〜5倍に増大させる)ことができ、例えば微粉などの75μm未満の粒子径の量を低減させることが可能となる。また、造粒により得られる粒子(造粒粒子)は一次粒子が2つ以上結合した状態(好ましくは、葡萄の房状)となる。かような形状は、例えば光学顕微鏡や電子顕微鏡により確認されうる。
本発明の吸水剤は、吸水特性から粒子状であることが好ましく、質量平均粒子径(D50)が200〜600μmの範囲であることが好ましく、200〜550μmの範囲であることがより好ましく、250〜500μmの範囲であることがさらに好ましい。また、JIS標準篩150μm未満の粒子が少ないほどよく、通常0〜5質量%、好ましくは0〜3質量%、特に好ましくは0〜1質量%である。さらに、JIS標準篩で850μm以上の粒子が少ないほどよく、通常0〜5質量%、好ましくは0〜3質量%、特に好ましくは0〜1質量%である。その嵩比重(米国特許第6562879号明細書に記載の方法で規定)は0.30〜0.90(g/cm3)であり、好ましくは0.60〜0.80(g/cm3)であり、より好ましくは0.65〜0.75(g/cm3)である。
本発明の粒子状吸水剤は、各種の添加剤を含みうる。
本発明の他の形態によれば新規な粒子状吸水剤もまた、提供されうる。すなわち、本発明は、ポリアクリル酸塩系吸水性樹脂を主成分とし、無加圧下吸収倍率が28g/g以上である粒子状吸水剤であって、
下記(a)〜(c)を満たすことを特徴とする、粒子状吸水剤を提供する:
(a)撹拌水可溶性成分量が15〜60質量%である;
(b)撹拌水可溶性成分量と静置水可溶性成分量との差(撹拌水可溶性成分量−静置水可溶性成分量)が15〜50質量%である;
(c)拡散吸収指数が1.40〜10.0g/g/minである;
ただし、撹拌水可溶性成分量は、生理食塩水に対する攪拌下、16時間後の溶出高分子量を表し、静置水可溶性成分量は、生理食塩水に対する静置下、16時間後の溶出高分子量を表す。
本発明の吸水剤の用途は特に限定されないが、好ましくは、吸収体および吸収性物品に使用される。
(測定液) 生理食塩水である0.90質量%塩化ナトリウム水溶液
(おむつ) おむつ中等の吸水剤が吸湿している場合には、適宜、減圧乾燥(例えば、60〜80℃で16時間程度乾燥)し、吸水剤の含水率を平衡(5質量%前後、2〜8質量%)になるまで乾燥した後に物性を測定する。
吸水剤0.20gを不織布(南国パルプ工業株式会社製 ヒートロンペーパー GS−22)製の袋(60mm×60mm)に均一に入れてシールした後、生理食塩水中に30分間浸漬した。その後袋を引き上げ、遠心分離機(株式会社コクサン社製、遠心機:型式 H−122)を用いて250Gで3分間水切りを行った後、袋の質量W1(g)を測定した。また、同様の操作を吸水剤を用いずに行い、その際の質量W0(g)を測定した。そして、これらW1およびW0から、次式に従って無加圧下吸収倍率(g/g)を算出した。
米国特許第6071976号明細書に準じて、生理食塩水に対する50g/cm2(AAP1.9kPa)での加圧下吸収倍率(60分値)を求めた。
吸水剤に対して4.8kPa(0.7psi)の荷重を加える他は、前記AAP1.9kPaと同様にして、加圧下吸収倍率(AAP4.8kPa)を求めた。
国際公開第2005/092956号パンフレットに準じて、吸水剤10gをJIS標準篩で分級することで粒度分布およびその対数標準偏差(σζ)を求めた。すなわち、吸水剤を目開き850μm、500μm、300μm、150μm、106μmのJIS標準ふるいで篩い分けし、残留百分率Rを対数確率紙にプロットした。これにより、質量平均粒子径(D50)を読み取った。また、粒度分布の対数標準偏差(σζ)は次式に従って算出した。
国際公開第2005/092956号パンフレットに準じて、従来法での水可溶性成分量(撹拌水可溶性成分量)を測定した。
生理食塩水中に吸水剤1.00gを加え、16時間、撹拌せずに静置した他は、前記撹拌水可溶性成分量と同様にして、静置水可溶性成分量を求めた。
上述した米国特許第5797893号明細書に準じて、図1〜図3に示す装置を用いて荷重20g/cm2(1.96kPa)での拡散吸収指数を求めた。図1は、本発明の吸水剤の拡散吸収指数の測定に用いる測定装置を示す概略断面図でり、図2は、前記測定装置の要部を示す断面図であり、図3は、前記測定装置における生理食塩水の拡散方向を説明する説明図である。測定方法について以下に説明する。
上述した米国特許第5797893号明細書に準じて、吸水剤および木材粉砕パルプを均一にブレンドし、120mm×400mmの大きさのウェブに成形した。ただし、当該文献におけるコア濃度は50質量%であるが、本実施例ではコア濃度を65質量%(吸水剤65質量%および木材粉砕パルプ35質量%)と高めに設定した。さらにこのウェブを2kg/cm2の圧力で5秒間プレスすることにより、坪量が約0.047g/cm2の吸収体シートを得た。この吸収体シートを用いて作製された紙おむつを用い、キューピー人形テストを行なった。
上記(8)で使用後の膨潤ゲルを野外に放置して、ゲルの形状を確認した。ゲルが溶解消滅した場合は○、そのままの形状を維持した場合は△、さらに、破棄が困難である場合は×とする。
吸水剤1.00gを底面の直径が約50mmのアルミカップに量り取り、吸水剤およびアルミカップの総質量W2(g)を測定した。その後、雰囲気温度180℃のオーブン中に3時間静置して、吸水剤を乾燥させた。その後、オーブンから取り出した吸水剤およびアルミカップをデシケーター中で室温まで冷却した後、乾燥後の総質量W3(g)を求め、次式に従って含水率および固形分率を算出した。
中和率75モル%のアクリル酸ナトリウム33質量%水溶液5,500gに、内部架橋剤としてのポリエチレングリコールジアクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数8)3.92gを溶解させて反応液とした。次に、この反応液を、窒素ガス雰囲気下で30分間脱気した。次いで、シグマ型羽根を2本有する内容積10Lのジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋を取り付けて形成した反応器に、上記の反応液を供給し、反応液を25℃に保ちながら系を窒素ガス置換した。
中和率75モル%のアクリル酸ナトリウム33質量%水溶液5,500gに、内部架橋剤としてのポリエチレングリコールジアクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数8)3.43gを溶解させて反応液とした。次に、この反応液を、窒素ガス雰囲気下で30分間脱気した。次いで、シグマ型羽根を2本有する内容積10Lのジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋を取り付けて形成した反応器に、上記の反応液を供給し、反応液を25℃に保ちながら系を窒素ガス置換した。
攪拌機、還流冷却機、温度計、窒素ガス導入管および滴下漏斗を付けた2Lの四つ口セパラブルフラスコにシクロヘキサン1.0Lをとり、分散剤としてのショ糖脂肪酸エステル(第一工業薬品株式会社製、DK−エステルF−50、HLB=6)3.8gを加えて溶解させ、窒素ガスを吹き込んで溶存酸素を追い出した。別にフラスコ中にアクリル酸の中和物であるアクリル酸ナトリウム84.6g、アクリル酸21.6g及びN,N’−メチレンビスアクリルアミド0.016gをイオン交換水197gに溶解し、さらにヒドロキシルエチルセルロース(ダイセル化学工業株式会社製、HEC−ダイセルEP−850)0.4gを溶解させ、単量体濃度35質量%の単量体水溶液を調製した。この単量体水溶液に過硫酸カリウム0.15gを加えて溶解させた後、窒素ガスを吹き込んで水溶液内に溶存する酸素を追い出した。次いでこのフラスコ内の単量体水溶液を上記セパラブルフラスコに加えて撹拌することにより分散させた。その後、浴温を60℃に昇温して重合反応を開始させた後、2時間この温度に保持して重合を完了した。重合終了後、球状の含水ゲル状物から共沸脱水により水を系外に取り出した。
攪拌機、還流冷却機、温度計、窒素ガス導入管および滴下漏斗を付けた2Lの四つ口セパラブルフラスコにシクロヘキサン1.0Lをとり、分散剤としてのショ糖脂肪酸エステル(第一工業薬品株式会社製、DK−エステルF−50、HLB=6)3.8gを加えて溶解させ、窒素ガスを吹き込んで溶存酸素を追い出した。別にフラスコ中にアクリル酸の中和物であるアクリル酸ナトリウム84.6g、アクリル酸21.6gおよびN,N’−メチレンビスアクリルアミド0.016gをイオン交換水197gに溶解し、さらにヒドロキシルエチルセルロース(ダイセル化学工業株式会社製、HEC−ダイセルEP−850)0.4gを溶解させ、単量体濃度35質量%の単量体水溶液を調製した。この単量体水溶液に過硫酸カリウム0.15gを加えて溶解させた後、窒素ガスを吹き込んで水溶液内に溶存する酸素を追い出した。次いでこのフラスコ内の単量体水溶液を上記セパラブルフラスコに加えて撹拌することにより分散させた。その後、浴温を60℃に昇温して重合反応を開始させた後、2時間この温度に保持して重合を完了した。重合終了後、濾過してドラフト内にて約1時間風乾させ、球状の含水ゲル状物を取り出した。
中和率75モル%のアクリル酸ナトリウム25質量%水溶液5,500gに、内部架橋剤としてのポリエチレングリコールジアクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数8)14.84g、連鎖移動剤としての次亜リン酸ナトリウム0.41gを溶解させて反応液とした。次に、この反応液を、窒素ガス雰囲気下で30分間脱気した。次いで、シグマ型羽根を2本有する内容積10Lのジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋を取り付けて形成した反応器に、上記の反応液を供給し、反応液を25℃に保ちながら系を窒素ガス置換した。
上述した実施例1で得られた表面架橋吸水性樹脂(1)100質量部に、50質量%硫酸アルミニウム水溶液0.91質量部、60質量%乳酸ナトリウム水溶液0.27質量部、プロピレングリコール0.02質量部からなる表面架橋剤水溶液を混合して60℃にて60分間加熱処理を施した。これにより、表面架橋吸水性樹脂(6)を得た。
実施例1で得られた表面架橋吸水性樹脂前駆体(1)100質量部に、微粒子状の二酸化珪素(商品名・アエロジル(登録商標)200、日本アエロジル株式会社製)0.3質量部を添加混合して比較吸水剤(1)を得た。
実施例2で得られた表面架橋吸水性樹脂前駆体(2)100質量部に、微粒子状の二酸化珪素(商品名・アエロジル(登録商標)200、日本アエロジル株式会社製)0.3質量部を添加混合して比較吸水剤(2)を得た。
米国特許第5797893号明細書の実施例において最も拡散吸収指数の高い実施例5をそのまま行った。
米国特許第5672633号明細書の実施例2に準じて、2回表面架橋を行った。すなわち、上述した実施例1の吸水性樹脂前駆体(1)100質量部に、エチレンカーボネート0.5質量部と、水0.5質量部とからなる表面架橋剤水溶液を混合した。この混合物をオイルバス温度203℃で30分加熱処理することにより、表面架橋吸水性樹脂前駆体(4)を得た。
Claims (12)
- ポリアクリル酸塩系吸水性樹脂を主成分とし、無加圧下吸収倍率が28g/g以上である粒子状吸水剤であって、
下記(a)〜(c)を満たすことを特徴とする、粒子状吸水剤:
(a)撹拌水可溶性成分量が15〜60質量%である;
(b)撹拌水可溶性成分量と静置水可溶性成分量との差(撹拌水可溶性成分量−静置水可溶性成分量)が15〜50質量%である;
(c)拡散吸収指数が1.40〜10.0g/g/minである;
ただし、撹拌水可溶性成分量は、生理食塩水に対する攪拌下、16時間後の溶出高分子量を表し、静置水可溶性成分量は、生理食塩水に対する静置下、16時間後の溶出高分子量を表す。 - 粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0〜0.40である、請求項1に記載の粒子状吸水剤。
- 吸水剤を構成する粒子の形状が、球状の一次粒子またはその造粒物の形状である、請求項1または2に記載の粒子状吸水剤。
- 流動性付与剤をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤。
- キレート剤をさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 吸水性樹脂100質量%に対して0.1〜15質量%の水をさらに含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の粒子状吸水剤と、親水性繊維と、を含むことを特徴とする、吸収性物品。
- アクリル酸および/またはその塩を含む不飽和単量体を重合させて、ポリアクリル酸塩系吸水性樹脂前駆体を得る重合工程と、
表面架橋剤を含む表面架橋剤水溶液を用いて、得られた前記ポリアクリル酸塩系吸水性樹脂前駆体の粒子に表面架橋処理を施す表面架橋工程とを含み、前記表面架橋工程を複数回行い、複数回のうちの任意の連続する2回の表面架橋工程における前記表面架橋剤水溶液における水の含有量(対ポリマー質量比)が2倍を超えて異なる、粒子状吸水剤の製造方法。 - 前記表面架橋工程において、共有結合性表面架橋剤およびイオン結合性表面架橋剤を用いる、請求項8に記載の製造方法。
- 表面架橋工程において、前記ポリアクリル酸塩系吸水性樹脂前駆体の含水率が、吸水性樹脂前駆体100質量%に対して0.1〜30質量%であり、表面架橋された吸水性樹脂前駆体のさらなる表面架橋処理前の含水率が、吸水性樹脂前駆体100質量%に対して0.1〜10質量%である、請求項8または9に記載の製造方法。
- 前記重合工程を分散剤の存在下において行なう、請求項8〜10のいずれか1項に記載の製造方法。
- 表面架橋工程において、前記ポリアクリル酸塩系吸水性樹脂前駆体、および、表面架橋された吸水性樹脂前駆体の少なくとも一方が、下記(d)〜(h)を満たすことを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の製造方法:
(d)質量平均粒子径(D50)が200〜600μmである;
(e)粒子径がJIS標準篩で150μm未満の粒子の含有量が0〜5質量%である;
(f)粒子径がJIS標準篩で850μm以上の粒子の含有量が0〜5質量%である;
(g)無加圧下吸収倍率が28g/g以上である;
(h)撹拌水可溶性成分量が15〜60質量である。
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