JPWO2011136237A1 - ポリアクリル酸(塩)、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂及びその製造方法 - Google Patents

ポリアクリル酸(塩)、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

吸水性樹脂の製造過程から消費者が利用し、廃棄されるまでに起こりうる様々な吸水性樹脂のトラブルについて、吸水性樹脂の製造過程に立ち戻って検証可能な方法トレーサーを含むポリアクリル酸(塩)特に、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を提供する。本発明は加速器質量分析法によって測定される炭素安定同位体比が−20‰未満で、かつ、放射性炭素が1.0×10−14以上である、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、更に下記(1)〜(6)に規定する物性を満たすことを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。(1)CRCが10[g/g]以上、(2)AAPが20[g/g]以上、(3)Extが35重量%以下、(4)Residual Monomersが1000ppm以下、(5)PSDによる粒子径が150μm以上850μm未満の粒子が90重量以上、(6)FSRが0.15[g/g/s]以上。

Description

本発明は、ポリアクリル酸(塩)、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂及びその製造方法に関する。更に、詳しくは、製造後の吸水性樹脂の同定及び追跡が容易な吸水性樹脂に関する。
吸水性樹脂(SAP/Super Absorbent Polymer)は水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤であり、紙オムツ、生理用ナプキン等の吸収物品、更には、農園芸用保水剤、工業用止水材等として、主に使い捨て用途に多用されている(非特許文献1)。このような吸水性樹脂としては、原料として多くの単量体や親水性高分子が提案されているが、アクリル酸を主成分としたポリアクリル酸塩系吸水性樹脂が主流であり、全世界で製造される吸水性樹脂の殆どはポリアクリル酸ナトリウム塩の架橋重合体であり、特許文献1〜8等のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂が提案されている。これら重合に用いられるアクリル酸は一般に石油(化石原料)からのプロピレンの気相酸化で得られる。
かかる吸水性樹脂は、単量体水溶液を重合して得られた含水ゲル状重合体を重合時又は重合後に細粒化し、得られた粒子状含水ゲル状重合体を乾燥して得られる。乾燥後は必要により、粉砕工程、更に分級工程を含み、任意に乾燥前又は乾燥後に表面架橋される。又、任意に微粉回収工程、乾燥後の未乾燥物の除去工程、梱包工程、その他の添加剤(微粒子、消臭剤、抗菌剤等)の添加工程等、1種又は2種以上の工程を更に含んでもよい。一般的な重合方法としては、水溶液重合や逆相懸濁重合が使用され、製品形態は10〜1000μm程度の白色粉末が一般的である。かかる多くの工程を含む吸水性樹脂の製造方法は、非特許文献1や特許文献9〜21等に例示される。
ところで、市販の吸水性樹脂は、その大部分がポリアクリル酸ナトリウム塩の高分子構造を有しているが、溶媒に不溶なため、高分子としての分子量測定が不可能である。又、融点やガラス転移点(Tg)等を有さないため、ポリアクリル酸(塩)として互いに区別することができない。
従って、製造された吸水性樹脂が多くの流通経路を経て、紙オムツ、生理用ナプキン、緑化保水剤、農園芸用保水剤、消化ゲル等で実使用され、更に廃棄された場合、かかる吸水性樹脂やその使用後の含水ゲルがどの工場、どのプラント、どの製造ラインから製造されたかの判別が困難であり、使用時あるいは使用後の吸水性樹脂にトラブルがあっても、又、環境への影響や地中へ廃棄後の分解性等を追跡しようとても、どの吸水性樹脂メーカー、どの工場、どのプラント、どの製造ラインから製造されたかの判別が困難であった。
下記特許文献18〜21は粉砕工程、輸送工程や貯蔵工程でのかかるトラブル(運転停止)を開示する。これまでに様々な下記特許文献1〜21にあるような多くの吸水性樹脂の製造方法が提案されているが、吸水性樹脂の製造過程で起こりうるすべてのトラブルの解決方法を開示しているわけではない。
従って、トラブルがあれば製造方法の見直しを行うが、通常、吸水性樹脂の製造工程は、単量体の調製工程、重合工程、乾燥工程、粉砕工程、表面架橋工程のように多くの工程から成り、製造方法によっては多くの異なる原料を用いて、多くの工程を経て複雑な経路をたどるため、トラブルの原因追求は困難である。又、吸水性樹脂の経時着色を代表として、時間が経ってから発見されるトラブルも存在するため、製造方法から検証するのが困難であった。
製造後の販売流通する吸水性樹脂について、製造販売元を特定する方法として、紙オムツ中の吸水性樹脂を取り出して物性を分析する方法がある。吸水性樹脂は特許文献1〜21等に示される多くの物性で制御されているが、近年、紙オムツメーカーに代表されるユーザーからの要求物性が似通っているため、紙オムツ中等から吸水性樹脂を取り出しても、その物性が近寄っていることが多く、結局、吸水性樹脂から製造販売元を同定する精度を高めることが難しかった。又、吸水性樹脂の物性(例えば、吸水倍率、加圧下吸水倍率)は同じであっても、±0.数〜1.数[g/g]程度、測定値が振れるため、市場の製品物性を測定してもその同定の精度は低かった。そこで、吸水性樹脂にトレーサー物質を添加することも考えられるが、トレーサーの添加はコストや安全性の問題のみならず、吸水性樹脂の性能や白色度を低下させることもあった。又、かような問題は水不溶性水膨潤性のポリアクリル酸(塩)(別称;ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂)のみならず、水溶性ポリアクリル酸(塩)でも見られていた。
又、アクリル酸の占める割合が高い、言い換えれば、吸水性樹脂はプロピレン(石油)の価格に大きく依存するという問題、又、紙オムツ等の使い捨て用途に主に使用される吸水性樹脂のため、上記問題に加えて、吸水性樹脂はアクリル酸を主成分とするため、コスト中の原料の供給安定性も有していた。そこで、澱粉やセルロース架橋して吸水性樹脂、例えば、カルボキシメチルセルロース架橋体等を得る手法も知られているが、ポリアクリル酸(塩)に比べて諸物性は低い。
米国特許第6927268号明細書 米国特許第7238743号明細書 国際公開第2006/053731号パンフレット 米国特許出願公開第2006/0036043号明細書 米国特許第6388000号明細書 米国特許第6998447号明細書 米国特許出願公開第2005/0209411号明細書 米国特許第6444744号明細書 国際公開第2009/113679号パンフレット 国際公開第2009/113678号パンフレット 国際公開第2009/113671号パンフレット 国際公開第2009/113672号パンフレット 国際公開第2009/119754号パンフレット 国際公開第2009/123197号パンフレット 米国特許第6716894号明細書 米国特許第6727345号明細書 米国特許第6164455号明細書 米国特許第6817557号明細書 米国特許第6641064号明細書 米国特許第6291635号明細書 欧州特許第1949011号明細書
Modern Super Absorbent Polymer Technology(1998)第19頁〜第28頁等
本発明は、ポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造過程や経緯、即ち、その吸水性樹脂の製造工場、製造プラント、製造ラインが判別可能であるポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を提供する。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、吸水性樹脂の製造過程から消費者が利用し、廃棄されるまでに起こりうる様々な吸水性樹脂のトラブルについて、吸水性樹脂の製造過程に立ち戻って検証可能なトレーサーを含む吸水性樹脂、及びその製造方法、並びに吸水性樹脂の同定方法、及び追跡方法を提供することにある。
上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明者は、市販のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の14C/Cが1.0×10−14未満でかつ炭素安定同位体比(δ13C)が−20未満であるのに対して、特定のバイオマスを出発原料とすることにより、炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満かつ14C/Cが1.0×10−14以上となることに着目し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は上記課題を解決するため、加速器質量分析法によって測定される炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満で、かつ、放射性炭素年代測定法によって測定される14C/Cが1.0×10−14以上であって、更に下記(1)〜(6)に規定する物性を満たす、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を提供する。
(1)CRC(ERT441.2−02)が10[g/g]以上
(2)AAP(ERT442.2−02)が20[g/g]以上
(3)Ext(ERT470.2−02)が35重量%以下
(4)Residual Monomers(ERT410.2−02)が1000ppm以下
(5)PSD(ERT420.2−02)による粒子径が150μm以上850μm未満の粒子が90重量以上
(6)FSRが0.15g/g/sec以上
又、本発明は上記課題を解決するため、加速器質量分析法によって測定される炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満で、かつ、放射性炭素年代測定法によって測定される14C/Cが1.0×10−14以上である、ポリアクリル酸(塩)を提供する。
又、本発明は上記課題を解決するため、加速器質量分析法によって測定される炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満及び14C/Cが1.0×10−14以上である、ポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法を提供する。
又、上記課題を解決するため、本発明は水溶性不飽和単量体の重合工程、得られた含水ゲル状架橋重合体の乾燥工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、前記重合工程では、水溶性不飽和単量体として、炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満及び14C/Cが1.0×10−14以上のアクリル酸を重合する、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法を提供する。
更に、上記課題を解決するため、本発明は製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の同定方法であって、該製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の13C量及び14C量と、該ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造に用いた重合前のアクリル酸の13C量及び14C量とを、13C量は加速器質量分析法によって定量すると共に、14C量は放射性炭素年代測定法によって定量する、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の同定方法を提供する。
又、上記課題を解決するため、本発明は製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の追跡方法であって、該製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂中の13C量及び14C量と、該ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造に用いた重合前のアクリル酸の13C量及び14C量とを、13C量は加速器質量分析法によって定量すると共に、14C量は放射性炭素年代測定法によって定量する、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の追跡方法を提供する。
本発明によれば、製造後の市場に流通した吸水性樹脂について、13C量や14C/C等の物性を定量することで、同定や追跡が可能となる。又、13C量の制御のため、アクリル酸の炭素源としてC3植物を使用することで、CO削減やカーボンニュートラルな吸水性樹脂を提供する。
以下、本発明に係るポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂及びその製造方法について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更、実施し得る。具体的には、本発明は下記の各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示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についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
〔1〕用語の定義
(1−1)「吸水性樹脂」
本発明における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤を意味する。尚、「水膨潤性」とは、ERT441.2−02で規定するCRC(無加圧下吸水倍率)が通常5[g/g]以上であることをいい、又、「水不溶性」とは、ERT470.2−02で規定するExt(水可溶分)が通常0〜50重量%であることをいう。
上記吸水性樹脂は、その用途に応じて適宜設計可能であり、特に限定されるものではないが、カルボキシル基を有する不飽和単量体を架橋重合させた、親水性架橋重合体であることが好ましい。又、全量(100重量%)が重合体である形態に限定されず、上記性能を維持する範囲内において、添加剤等を含んでもよい。
(1−2)「ポリアクリル酸(塩)、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂」
本発明における「ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂」とは、任意にグラフト成分を含み、繰り返し単位としてアクリル酸及び/又はその塩(以下、「アクリル酸(塩)」と称する)を主成分とする吸水性樹脂を意味する。
又、「ポリアクリル酸(塩)」とは、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の上位概念として定義され、本発明においては水溶性のポリアクリル酸(塩)も含まれる。即ち、ポリアクリル酸(塩)が水に実質100質量%溶解する場合は、ポリアクリル酸(塩)系水溶性ポリマー或いは水溶性ポリアクリル酸(塩)と称する。尚、本発明における「ポリアクリル酸(塩)」は、水溶性ポリアクリル酸(塩)或いは水不溶性水膨潤性ポリアクリル酸(塩)(別称;ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂)から選ばれ、効果の観点からもポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂が好ましい。
具体的には、ポリアクリル酸(塩)の重合に用いられる総単量体(架橋剤を除く)のうち、アクリル酸(塩)を通常50〜100モル%含む重合体をいい、好ましくは70〜100モル%、より好ましくは90〜100モル%、特に好ましくは実質100モル%含む吸水性樹脂をいう。
(1−3)「EDANA」及び「ERT」
「EDANA」は、欧州不織布工業会(European Disposables and Nonwovens Associations)の略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)である吸水性樹脂の測定方法(EDANA Recommended Test Method)の略称である。尚、本発明においては、特に断りのない限り、ERT原本(公知文献:2002年改定)に準拠して、吸水性樹脂の物性を測定する。
(a)「CRC」(ERT441.2−02)
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、無加圧下吸水倍率(以下、「吸水倍率」と称することもある)を意味する。具体的には、不織布製袋中の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する30分間の自由膨潤後更に遠心分離機で水切りした後の吸水倍率(単位;[g/g])である。
(b)「AAP」(ERT442.2−02)
「AAP」は、Absorption Against Pressureの略称であり、加圧下吸水倍率を意味する。具体的には、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する1時間、2.06kPaでの荷重下膨潤後の吸水倍率(単位;[g/g])であるが、本発明においては、1時間、4.83kPa荷重下での吸水倍率(単位;[g/g])とする。
(c)「Ext」(ERT470.2−02)
「Ext」は、Extractablesの略称であり、水可溶分(水可溶成分量)を意味する。具体的には、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液200gに対して、吸水性樹脂1gを加え、500rpmで16時間攪拌した後、溶解したポリマー量をpH滴定で測定した値(単位;重量%)である。
(d)「FSC」(ERT440.2−02)
「FSC」は、Free Swell Capacityの略称であり、自由膨潤倍率を意味する。具体的には、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に吸水性樹脂0.20gを30分浸漬した後、遠心分離機で水切りを行わないで測定した吸水倍率(単位;[g/g])である。
(e)「Residual Monomers」(ERT410.2−02)
「Residual Monomers」とは、吸水性樹脂中に残存しているモノマー量を意味する。具体的には、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液200cm3に吸水性樹脂1.0gを投入し500rpmで1時間攪拌後、該水溶液に溶出したモノマー量を高速液体クロマトグラフィーで測定した値(単位;ppm)である。
(f)「PSD」(ERT420.2−02)
「PSD」とは、Particle Size Distributionの略称であり、ふるい分級により測定される粒度分布を意味する。尚、質量平均粒子径(D50)及び粒子径分布幅は欧州公告特許第0349240号明細書7頁25〜43行に記載された「(1) Average Particle Diameter and Distribution of Particle Diameter」と同様の方法で測定する。
(1−4)「通液性」
荷重下又は無荷重下における膨潤ゲルの粒子間を流れる液の流れを「通液性」という。この「通液性」の代表的な測定方法として、SFC(Saline Flow Conductivity)や、GBP(Gel Bed Permeability)がある。
「SFC(生理食塩水流れ誘導性)」は、荷重0.3psiにおける吸水性樹脂に対する0.69重量%生理食塩水の通液性をいう。米国特許第5669894号明細書に記載されたSFC試験方法に準じて測定される。
「GBP」は、荷重下又は自由膨張における吸水性樹脂に対する0.69重量%生理食塩水の通液性をいう。国際公開第2005/016393号パンフレットに記載されたGBP試験方法に準じて測定される。
(1−5)「初期色調及び経時着色」
本発明における「初期色調」とは、製造直後の吸水性樹脂又はユーザー出荷直後の吸水性樹脂の色調をいい、通常、工場出荷前の色調で管理する。色調の測定方法については、国際公開第2009/005114号に記載される方法(Lab値、YI値、WB値等)を例示することができる。
又、「経時着色」とは、未使用状態で長期間の保管、あるいは、流通時に生じる吸水性樹脂の色調変化をいう。経時によって吸水性樹脂が着色するため、紙オムツの商品価値の低下となりうる。経時着色は数ヶ月〜数年単位で生じるため、国際公開第2009/005114号に開示される促進試験(高温・高湿下での促進試験)で検証する。
(1−6)「バイオマス」
本発明における「バイオマス」とは、枯渇性資源ではない、現生生物構成体物質起源の産業資源のことをいい、再生可能な、生物由来の有機性資源で化石資源を除いたものをいう。
バイオマスはその成長過程で光合成により大気中の二酸化炭素を取り込む。したがって、バイオマスを燃焼させ、二酸化炭素を排出しても、全体としてみれば大気中の二酸化炭素量は増加しない。この性質をカーボンニュートラルといい、地球環境の観点から、好ましい性質である。
バイオマスとして単一由来でもよく、混合物でもよく、例えば、玉蜀黍の穂軸と茎葉、草と葉であり、バイオマスはバイオ燃料収穫物に限定されず、農業残さ、都市廃棄物、産業廃棄物、製紙工業の沈積物、牧草地の廃棄物、木材や森林の廃棄物等が挙げられる。
(1−7)「炭素安定同位体比(δ13C)」
本発明における「炭素安定同位体比(δ13C)」とは、自然界に存在する炭素原子の3種類の同位体(存在比 12C:13C:14C=98.9:1.11:1.2×10−12 単位;%)のうち、12Cに対する13Cの割合をいい、炭素安定同位体比は、標準物質に対する偏差で表され、以下の式で定義される値(δ値)をいう。
Figure 2011136237
尚、ここで、[(13C/12C)sample]は、本発明のサンプルの安定同位体比を表し、[(13C/12C)PDB]は標準物質の安定同位体比を表す。PDBは、「Pee Dee Belemnite」の略称であり、炭酸カルシウムからなる矢石類の化石(標準物質としては南カロリナ州のPeeDee層から出土した矢石類の化石)を意味し、13C/12C比の標準体として用いられる。又、「炭素安定同位体比(δ13C)」は、加速器質量分析法(AMS法;Accelerator Mass Spectrometry)によって測定される。尚、標準物質は希少なため、標準物質に対する安定同位体比が既知であるワーキングスタンダードを利用することもできる。
(1−8)トレーサー/トレーサビリティー
伝播の状態や範囲を追跡調査するための微量添加物質や性質をいう。本発明では吸水性樹脂に特定範囲の13C、更に好ましくは14Cを使用するが、市販ないし公知の吸水性樹脂と13C(及び14C量)で判別できる範囲においてトレーサビリティーを有しており、よって、製造後ないし販売後の吸水性樹脂の追跡調査(13C及び14C量の分析)の有無に関わらず、本発明の特定13C量を示す吸水性樹脂は本発明の権利範囲である。
尚、製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂と該ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造に用いた重合前の原料のアクリル酸の同定方法としては、予めポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造に用いた重合前の原料であるアクリル酸の炭素安定同位体比(δ13C)を加速器質量分析法によって測定しておけば、この測定値と、製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の炭素安定同位体比(δ13C)を測定した値とを、比較することによって、判定することができる。
又、製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂から該ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造に用いた重合前のアクリル酸を追跡する方法についても同様に、予めポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造に用いた重合前の原料であるアクリル酸や製造過程における中間生成物の炭素安定同位体比(δ13C)を測定しておけば、製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の炭素安定同位体比(δ13C)から、中間生成物や原料を追跡することができる。したがって、製品(吸水性樹脂)から原料や製造過程を追跡できるため、製品に不具合が生じている場合には、製造ラインや原料等の調査等が容易にできるようになる。
(1−9)放射性炭素年代測定法(14C/C)
本発明におけるバイオマス由来の炭素は、大気中に二酸化炭素として存在していた炭素が、植物中に取り込まれ、これを原料として合成されたアクリル酸中に存在する炭素を示すものであり、放射性炭素(即ち、炭素14)を測定することによって同定できる。
又、バイオマス由来成分の含有割合は、放射性炭素(炭素14)の測定を行うことによって特定することができる。即ち、石油等の化石原料中には炭素14原子が殆ど残っていないため、対象となる試料中における炭素14の濃度を測定し、大気中の炭素14の含有割合(107pMC(percent modern carbon))を指標として逆算することで、試料中に含まれる炭素のうちのバイオマス由来炭素の割合を求めることができる。
このような放射性炭素の測定によるバイオマス由来炭素の存在割合は、例えば、試料(吸水性樹脂)を必要によりCOやC(グラファイト)とした後、加速機質量分光計(AMS)にかけて、標準物質(例えば、米国NISTシュウ酸)に対する炭素14の含有量を比較測定することにより求めることができる。バイオマス由来炭素の含有割合(%)は、[(試料中のバイオマス由来の炭素量)/(試料中の全炭素量)×100]によって算出できる。
ここで、ポリアクリル酸(塩)の非化石原料と化石原料の比率は上記14C/Cを測定することで判別でき、石油由来のプロピレンから得られた市販のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂と判別できる。非化石原料の割合(pMC)は好ましくは炭素中の1%以上、10%以上、50%以上、70%以上、90%以上、特に99%とされる。本発明では従来の天然物系吸水性樹脂(例えば、カルボキシメチルセルロース)では不可能な下記の高物性を示す利点を有する。
即ち、本発明は上記課題を解決するため、加速器質量分析法によって測定される炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満及びpMCが好ましくは1%以上、10%以上、50%以上、70%以上、90%以上、特に99%以上である、ポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂及びその製造方法を提供する。
(1−10)その他
本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は、「X以上、Y以下」であることを意味する。又、重量の単位である「t(トン)」は、「Metric ton(メトリック トン)」であることを意味し、更に、特に注釈のない限り、「ppm」は「重量ppm」又は「質量ppm」を意味し、「質量」と「重量」、「質量%」と「重量%」及び「質量部」と「重量部」は同義語として扱う。更に、「〜酸(塩)」は「〜酸及び/又はその塩」を意味し、「(メタ)アクリル」は「アクリル及び/又はメタクリル」を意味する。
〔2〕ポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法
(2−1)アクリル酸製造工程
本工程は、ポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の原料として用いるアクリル酸、特にバイオマスからアクリル酸を得る工程である。
(炭素安定同位体比)
本発明は、加速器質量分析法によって測定される炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満であり、かつ、14C/Cが1.0×10−14以上であるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、更に下記(1)〜(6)に規定する物性を満たすポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を提供するものである。
(1)CRC(ERT441.2−02)が10[g/g]以上
(2)AAP(ERT442.2−02)が20[g/g]以上
(3)Ext(ERT470.2−02)が35重量%以下
(4)Residual Monomers(ERT410.2−02)が1000ppm以下
(5)PSD(ERT420.2−02)による粒子径が150μm以上850μm未満の粒子が90重量以上
(6)FSRが0.15[g/g/s]以上
トレーサビィリィティー(好ましくは更にSustainability)向上の観点から、ポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の上記炭素安定同位体比(δ13C)は−20‰未満であり、好ましくは−60〜−20‰未満、より好ましくは−50〜−22‰、更に好ましくは−45〜−25‰、特に好ましくは−40〜−26‰の範囲である。上記炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰以上の場合、コスト面を含めた原料の安定的な入手が困難な場合がある。又、炭素安定同位体比(δ13C)が−60‰未満、−50‰未満の場合、重量差を用いて精製分離(特に蒸留分離)するのにアクリル酸の精製が困難となり、使い捨て用途が主流である吸水性樹脂に対してコスト的に不利となるため好ましくない。
本発明者らは、バイオマスの主流ないし殆どであるC4植物も炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰以上であるのに対して、特定の植物(少数バイオマスであるC3植物)の炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満であることを着目し、C3植物をバイオマス主原料としてアクリル酸を製造することで、従来の殆どのバイオマス(C4植物)由来のアクリル酸と明確に区別できることを見いだした。
又、本発明者らは、化石原料由来のアクリル酸やポリアクリル酸(塩)の炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満であり、又、本発明の対象とする特定の植物(少数バイオマスであるC3植物)の炭素安定同位体比(δ13C)も−20‰未満であるが、放射性炭素を測定することによって、両者を明確に区別できることを見出し、本発明を完成させた。即ち従来の化石原料の14C(放射性炭素)/Cが1.0×10−14未満であるのに対して、本発明のC3植物由来の炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満の原料を用いた吸水性樹脂は14C/Cが少なくとも1.0×10−14以上有しており、更に原料を、非化石由来物を中心にして調整することによって1.0×10−13以上とすることも可能であり、又、1.0×10−12とすることも可能であるから、両者を明確に区別できる。又、この比率で原料の化石原料と非化石原料の割合を測定でき、さらに比率を調整することで、トレーサビリティーや原料のコストヘッジも可能となる。即ち、アクリル酸の炭素安定同位体比(δ13C)は、好ましくは−60〜−20‰未満、より好ましくは−50〜−22‰、更に好ましくは−45〜−25‰、特に好ましくは−40〜−26‰であり、当該アクリル酸を用いることで、上記範囲内のポリアクリル酸(塩)並びにポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を得ることができる。
尚、ポリアクリル酸(塩)は、必要により使用される微量の架橋剤や添加剤、グラフト成分等があるものの、これらポリアクリル酸(塩)を構成する炭素源の主成分、好ましくは70質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、特に好ましくは99質量%以上がアクリル酸由来のため、アクリル酸の炭素安定同位体比(δ13C)や14C/Cを制御することで、ポリアクリル酸(塩)の炭素安定同位体比(δ13C)や14C/Cを制御することができる。
14C量)
アクリル酸の原料として天然物(非化石原料)を使用する場合、又は、後述の化石原料のアクリル酸と非化石原料のアクリル酸を併用する場合、米国特許出願公開第2007/219521号に準じて、得られた吸水性樹脂の非化石原料の比率は、得られるポリアクリル酸の14C(放射性炭素)/C(炭素)で特定できる。従来の化石原料(特に石油、更にプロピレン)から得られるアクリル酸(塩)系吸水性樹脂では14C/Cが1.0×10−14未満であるのに対して、本発明の吸水性樹脂は14C/Cが好ましくは1.0×10−14以上、更に好ましくは1.0×10−13以上、特に好ましくは1.0×10−12である。ほぼ100質量%が非化石原料の場合、上限は1.2×10−12であるが、適宜、ブランク天然物(例えば、シュウ酸標準体等)を実測して、その14C/C量を求めて比較すればよい。かかる14C/C量の分析によって、ポリアクリル酸中の非化石原料率が測定できる。当該14C/Cはアイソトープ・マススペクトロフィー等で測定でき、例えば、米国特許第3885155号、同第4427884号、同第5438194号、同第5661299号に示される。
尚、天然には大気圏内の核実験で生成された人工起源の14Cが存在するため、14C濃度が標準レベルよりも若干高くなること、上記(1−9)に示すようにpMCが100数%となる場合があるが、適宜補正して非化石原料と化石原料の割合を求めればよい。又、14Cの半減期は5730年であるが、一般的な化学製品、特に吸水性樹脂の製造から市場に出回る期間を考えると、14C量の減少は無視できる。尚、本発明において、14C/Cが1.0×10−14である場合について、適宜pMC(現代炭素率)に置き換えて表記することができる。
13C、14Cの定量は、目的とする吸水性樹脂を燃焼させてCOとした後、CO又はその誘導体(還元体)であるグラファイト(C)を加速器質量分析法で分析すればよい。例えば、Csビーム照射によってイオン化されたCについて、12Cイオン、13Cイオン、14Cイオンの量がそれぞれ測定される。
ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の13C、14C量又は下記水素同位体比の制御は、原料であるアクリル酸として、所定量の13C、14C量又は下記水素同位体比を有するアクリル酸を使用すればよい。そのためには、後述する特定の天然物(特に非化石原料)を出発原料として、グリセリン、3−ヒドロキシプロピオン酸、2−ヒドロキシプロピオン酸を経て得られるアクリル酸、又は中間体にアクロレインを経て得られるアクリル酸について、所定量の13C、14C量又は下記水素同位体比を有するようにすればよい。
尚、13C、14Cを多く含むアクリル酸は、その分、分子量が大きくなる(12C由来のアクリル酸の分子量は72)ため、沸点が若干高くなる(通常、アクリル酸の沸点は143℃)。従って、質量(分子量)比由来の沸点差(分子量が小さい方が低沸点となる)を利用して、13C、14C量を調整することができる。具体的には、アクリル酸の原料(グリセリン、3−ヒドロキシプロピオン酸、2−ヒドロキシプロピオン酸)や中間体であるアクロレインの気相酸化反応時の気化や、当該反応で得られたアクリル酸の蒸留精製で、所定の13C、14C量を有するアクリル酸とすることができる。
但し、上記質量(分子量)比由来の沸点差が微小の場合、炭素安定同位体比(δ13C)の制御は、実質的には特定の植物原料やその混合比を用いて行われ、気相酸化反応での気化率、蒸留精製(低沸点化合物、言い換えれば低同位体比の化合物が先に気化)では微調整(数‰)すればよい。
又、水素同位体比についても同様に、質量(分子量)比由来の沸点差を利用して、蒸留等で変化(特に減少)させてもよい。
(水素同位体比)
上記13C及び14Cに加えて、水素位体比を調整ないし測定して更にトレーサビリティーを向上させてもよい。水素位体比は例えば−500〜0‰、特に−300〜0‰、更に−300〜−15‰(δD‰,vs SMOW:Standard Mean Ocean Water)の範囲でアクリル酸原料を選択することで、制御できる。例えば、C3植物でも米は−30‰前後、小麦は−100〜−70‰前後、じゃが芋は−100〜−70‰前後(δD‰,vs SMOW)の水素同位体比を有する。
水素同位体比の測定方法としては、例えば、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を構成する水素を、水素分子(H又はその同位体D)とした後、ガスの質量比(H;1、D;2)について安定同位体比測定用質量分析計を使用して測定する、質量分析法が例示される。ポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を前処理によって水素ガスとした後、PICARRO社 WS−CRDS方式水素安定同位体比アナライザー等で測定する。
以下、本発明の吸水性樹脂、及び該吸水性樹脂を得るためのアクリル酸について述べる。
従来の化石原料を用いる場合、アクリル酸の13C量が−20‰未満及び14C/Cが1.0×10−14未満(14C/Cから実質的に化石原料100%であることが判る)であることから、本発明は13Cのトレーサーとしての働きに着目し、特定の原料、特にC3植物を炭素元とすることで、従来の化石原料やC4植物を原料とする吸水性樹脂と区別可能な炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満及び放射性炭素年代測定法による測定値(14C/C)が1.0×10−14以上のポリアクリル酸(塩)、更にはポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を提供する。
(アクリル酸)
本発明で炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を得るために、単量体としてアクリル酸を主成分とし、単量体として炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満であればよい。
そのために、本発明で用いられるアクリル酸は、得られる吸水性樹脂の炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満であればよく、その製造方法については特に限定されないが、C3植物を炭素元としてアクリル酸を得ることで、例えばC3植物からバイオプロピオレン、グリセリン、3−ヒドロキシプロピオン酸、2−ヒドロキシプロピオン酸、グルコース等を経由して得られたアクリル酸を用いることで炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満のアクリル酸を得ることができる。そしてこのようなC3植物から得られるアクリル酸の14C/Cはその原料中のC3植物の割合で調節でき、1.0×10−14以上、更には上記14C量の範囲である。
ここで、アクリル酸の炭素安定同位体比(δ13C)は主に原料の炭素安定同位体比(δ13C)に依存するため、異なる炭素同位体比のアクリル酸原料(異なる植物原料由来の上記原料)を適宜混合(例えば、炭素源としてC4植物の併用等)して、得られるアクリル酸及びポリアクリル酸(塩)の炭素安定同位体比(δ13C)を調整してもよい。原料主成分とされるC3植物は炭素源の50重量%を越えて、60重量%以上、70重量%以上、80重量%以上、90重量%、特に100重量%とされる。ここで、炭素源の50重量%を越えてC3植物とは、例えば、植物由来のグリセリンからアクリル酸を得る場合、グリセリンの50重量%超える量がC3植物由来であることを指す。
(C3植物とC4植物)
植物は、その光合成炭酸固定経路における二酸化炭素の初期固定産物の種類から、C3植物、C4植物及び多肉植物型光合成(CAM/Crassulacean Acid Metabolism)植物の3種類に分類される。作物ではトウモロコシや雑穀類がC4植物であり、イネやコムギといった主要作物はC3植物であり、サボテン(Cactaceae)、弁慶草(Crassulaceae)、トウザイクサ(Euphorbiaceae)等がCAM植物である。
地球上の植物の90%以上はC3植物に属し、例えば、イネ、ムギ、タバコ、小麦、ジャガ芋、パームヤシ等の農業的に有用な植物が含まれる。C3植物の光合成経路でCO固定に関与する酵素は、リブロース−1,5−二リン酸カルボキシラーゼであり、COに対する親和性が低く、逆に酸素に対する親和性が高いために、CO固定反応、ひいては光合成反応の効率が低い。これに対してカルビン−ベンソン回路しか持たない植物をC3植物と呼ぶ。本発明では炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満となる範囲において、これらC3植物やその混合物が炭素元として広く適用されるが、生産量やコストから、小麦、ジャガ芋、パーム油が炭素元として好ましく使用される。
C4植物とはC4型光合成を行う植物であり、光合成の過程で一般のCO還元回路であるカルベン−ベンソン回路の他にCO濃縮のためのC4経路を持つ光合成の一形態である。このC4植物の光合成経路におけるCO固定に関与する酵素は、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼである。この酵素は、酸素による活性阻害を受けず、COの固定化能が高く、維管束鞘細胞にも発達した葉緑体が存在するのが特徴である。代表的なC4植物に、トウモロコシ、砂糖キビ、ソルガム、ススキ、ギニアグラス、ローズグラス、ニクキビ、アワ、ヒエ、シコウビエ、ホウキ木等があり、ホウキ木は別称で、ほうき草、帚木、コキアグリーンとも呼ばれる。かかるC4植物は、COを固定するのに余計にエネルギーを使っているので、普通より効率よくCOを固定することができる。又、普通の植物は高温の時にCOを集めにくくなるが、C4植物はそういうことがない。しかも、水が少なくても光合成が十分に行える。高温や乾燥、低CO、貧窒素土壌と言った植物には苛酷な気候下に対応するための生理的な適応である。
その他、C3植物、C4植物以外の植物として、CAM植物は乾燥した環境に適応した光合成系を有しており、この光合成系は、C3光合成の一種の進化した形態と考えられている。CAM植物の炭素安定同位体比(δ13C)は、一般的に約−35〜約−10‰の範囲であり、これらのCAM植物をバイオマス原料として、必要により併用することができる。
(油脂及びBDF)
脂肪酸とグリセリンのエステルである油脂として、米油、ぬか油等のC3植物由来の油脂も知られており、又、コーン油,大豆油,胡麻油,ひまわり油等のC4植物由来の油脂、更には鯨油、鮫油、肝油等の動物由来の油脂が知られている、又、バイオディーゼル(BDF)の原料として、菜種油、(油椰子やココ椰子から得られる)パーム油、オリーブ油、ひまわり油、落花生油、胡麻油、大豆油、コメ油、ヘンプ・オイル(大麻油)等の植物油、魚油や豚脂、牛脂等の獣脂及び廃食用油(いわゆる天ぷら油等)等、様々なC3植物/C4植物/動物から由来の油脂がバイオディーゼル(PDF)燃料の原料となりうる。欧州では菜種油、中国ではオウレンボク等、北米及び中南米では大豆油、東南アジアではアブラヤシやココヤシ、ナンヨウアブラギリから得られる油が利用されている。
本発明では、これら油脂やBDFないし副産物であるグリセリンを炭素元に用いて、アクリル酸を得ることも好ましい。油脂は脂肪油(常温で液体)であってもよく、脂肪(常温で固体)でもよい。又、乾性油、半乾性油、不乾性油でもよい。従来、油脂由来のグリセリンからアクリル酸を得て吸水性樹脂を得ることは国際特許出願PCT/JP2010/51822号,PCT/JP2010/51832号,米国特許出願公開第2007/0219521号等に記載するが、これら技術は油脂の原料として13C量やそのトレーサビリティーになんら着目するものではなく、本発明では特定13Cのアクリル酸及び吸水性樹脂について、その製法の一例として、炭素元の13C量を選択することで達成することを特徴とし、従来の天然物由来のポリアクリル酸系吸水性樹脂とは明確に異なるものである。
尚、上記米国特許(米国特許出願公開第2007/0219521号)は、再生可能な原料からの重合体を含む吸収物品及び該吸収物品の製造方法(Absorbent article comprising a synthetic polymer derived from a renewable resource and methods of producing said article)を開示する(請求項1〜3、6、7等)が、その実施例2において、カノーラオイル(C3植物)由来のグリセリンからアクリル酸を得た後、当該アクリル酸を重合、乾燥、粉砕、表面架橋することで、AAPが21[g/g]、SFCが50[×10−7・cm・s・g−1]のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を開示するものの、PSD(粒度分布/850−150μm)や、吸水速度(FSR)、多価金属、無機微粒子、ポリアミンポリマー等の添加、重合禁止剤(特にp−メトキシフェノール)の使用については、開示も示唆もない。
一方、本発明は、アクリル酸の原料としてC3植物の使用を達成手段の一例とし、13C量/14C量に加えて、上記の物性制御や微量成分の添加によって更にトレーサビリティーや物性を高めることができ、上記米国特許との差異を有する。
(アクリル酸の製法及び非化石原料)
本発明でアクリル酸の製造方法は炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満である限り特に問わず、例えば、C3植物から得られた非化石原料、特に天然物を脱水、酸化ないし発酵等してアクリル酸を得てもよい。
吸水性樹脂が紙オムツ等に大量に消費され使い捨てされる現状、原料はRenewableでSustainableなこと、即ち、非化石原料から吸水性樹脂及びその原料を得ることが好ましい。非化石原料としてはグリセリン、2−ヒドロキシプロピオン酸(別称;乳酸)、3−ヒドロキシプロピオン酸(3−HPA)、バイオプロピレンが用いられ、かかるグリセリンやヒドロキシプロピオン酸を特定の植物(C3植物、CAM植物)から得ればよい。ヒドロキシプロピオン酸はグルコースや糖から化学的酸化反応や発酵法によって得られる。かかるグルコースは廃糖蜜(砂糖を精製する時に発生する糖分以外の成分も含んだ副産物)、澱粉、セルロース等から得られ、それら澱粉/セルロース/砂糖(砂糖黍、甜菜)の原料天然物としてC3植物を選択することで、アクリル酸中の炭素安定同位体比が制御できる。バイオプロピレンはバイオエタノール又はその脱水物であるバイオエチレン等から得ることができる。かようなバイオプロピレンは化石石油(化石原料)由来のプロピレンと同様の方法で酸化し、アクロレインを経てアクリル酸を得ることができる。
一例として、かかる吸水性樹脂及びアクリル酸の製造方法としては、C3植物からアクリル酸を得て、吸水性樹脂を得ればよい。グリセリンは油脂の鹸化ないしエステル化(BDF化)や澱粉やセルロースの発酵で得ることができる。澱粉の原料となる植物としては、前記したジャガ芋等が挙げられる。セルロースは各種植物から得ることができる。又、油脂は各種の植物油脂が使用できる。
下記代表的なアクリル酸の製造方法として、グリセリン、2−ヒドロキシプロピオン酸(別称;乳酸)、3−ヒドロキシプロピオン酸から脱水反応をへて下記製造方法で得られ、かかるグリセリンやヒドロキシプロピオン酸をC3植物から得ることで、本発明に使用する炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満の吸水性樹脂を得ることができる。そこで、2又は3−ヒドロキシプロピオン酸(別称;乳酸)はセルロースやグルコースの発酵で得ることができ、本発明のアクリル酸を得るために、C3植物のセルロースやグルコースを用いればよい。
(グリセリンより所定δ13Cのアクリル酸の製造)
非化石原料からのかかるアクリル酸系吸水性樹脂の製造方法は、例えば、国際公開第2006/092271号、同第2006/092272号、同第2006/136336号、同第2008/023039号、同第2008/023040号、同第2007/109128号等に例示されている。これら6件の特許文献はなんら13C量やそのトレーサビリティーになんら着目するものではなく、本願吸水性樹脂の製造方法を示唆しない。又、米国特許出願公開第2007/0219521号については上記の通りである。
又、非化石原料からのアクリル酸の製造方法は、国際公開第2006/08024号、同第2007/119528号、同第2007/132926号、米国特許出願公開第2007/0129570号等に例示されている。
(バイオプロピレンよりの所定δ13Cのアクリル酸の製造)
現在、アクリル酸の原料として使用されているプロピレンについて、化石資源である原油のクラッキング法に代わり、バイオマス由来とする製造方法が例示される。具体的には、ブテンとエチレンとのメタセシス反応、プロパノールの脱水反応、グリセリンの脱水還元反応、ブテンの接触分解、バイオガス(合成ガス)のGTL合成反応、バイオガス(合成ガス)からのメタノール合成を経たMTO合成反応、バイオエタノール又はその脱水物であるバイオエチレンを経由してのバイオプロピレン、バイオマスプロパンの脱水素反応等が挙げられる。所定の13C量のバイオプロピレンを得たのち、通常のアクリル酸製造方法にしたい、プロピレンよりアクロレイン更にはアクリル酸を得ればよい。
(ヒドロキシプロピオン酸よりの所定δ13Cのアクリル酸の製造)
所定δ13Cのアクリル酸を得るために、所定δ13Cの上記バイオマスより、グルコース等を経て、3−ヒドロキシプロピオン酸や2−ヒドロキシプロピオン酸を得たのち、脱水してアクリル酸を得ればよい。
(ヒドロキシプロピオン酸の製造)
グリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸(3−HPA)を得る方法は、例えば、米国特許第6852517号、特開2007−082476号、特開2005−102533号に示されている。グリセリンから2−ヒドロキシプロピオン酸(乳酸)を得る方法は、例えば、特開平4−356436号に示されている。β−アラニンから3−ヒドロキシプロピオン酸を得る方法は、国際公開第2002/042418号、同第2007/042494号に示されている。3−ヒドロキシプロピオン酸を得る際に、国際公開第2010/0118743号に開示の手法でヒドロキシプロピオン酸への耐性を向上させてもよいし、国際公開第2010/0118743号に開示の手法でヒドロキシプロピオン酸がアルデヒドアルデヒドに変換されることを阻害することも好ましい。一例として、オキサロ酢酸を脱炭酸し、マロン酸セミアルデヒドを生成した後、3−ヒドロキシプロピオン酸デヒドロゲナーゼを用いて3−ヒドロキシプロピオン酸を生成する方法が挙げられる。
(ヒドロキシプロピオン酸の脱水)
ヒドロキシプロピオン酸から脱水でアクリル酸を得る方法は、例えば、国際公開第2002/090312号、同第2003/08795号、同第2005/095320号、同第2007/106099号、同第2008/1042958号、米国特許出願公開第2007/219391号等に例示されている。脱水される未中和ヒドロキシプロピオン酸は酸ないしその塩(特に一価塩、更にはナトリウム塩やアンモニム塩)が使用され、その際、溶媒は使用してもよく未使用でもよい。得られたアクリル酸は晶析や蒸留等で精製すればよく、アクリル酸の晶析法は層状又は分散型で連続又は回分で行われ、例えば、国際公開第2008/023039号等に示されている。尚、ヒドロキシプロピオン酸アンモニム塩からの脱水にはアクリルアミドの副生に注意する必要がある。
3−HPAの脱水反応は、触媒の存在あるいは不存在下で行われ、触媒を用いる場合は好ましくは酸触媒が使用される。又、該脱水反応の条件としては、常圧あるいは減圧下で、加熱温度100〜300℃、より好ましくは150〜250℃である。
得られたHPAの塩は、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、又はこれらの組み合わせから選択されるひとつである。典型的な塩としては、ナトリウム塩及びカルシウム塩を含む。α,β−不飽和型カルボン酸又はその塩を生成するための脱水反応は、HPAの水性媒質可溶性から、水性媒質中で行うことができる。
任意には、水溶液を加熱するのに伴って脱水酵素をこれに添加し、これにより酸又は酸性塩の脱水を増強してα,β−不飽和型カルボン酸又はその塩を形成することができる。酸性又は塩基性材料を使用することにより、水性媒質中で脱水プロセスを触媒することができる。脱水触媒は、脱水を促進する中性、酸性又は塩基性材料であってよい。中性触媒の例は、例えば、リン酸カルシウム、乳酸カルシウム及び3−ヒドロキシプロピオン酸カルシウムを含む。その他の有用な触媒は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、ゼオライトの他、ルイス酸を含む。アミンは、触媒として使用することができる塩基性化合物である。ヒドロキシプロピオン酸を提供するために発酵ブイヨンを使用する場合、塩基性アミンが、水性発酵ブイヨンからヒドロキシプロピオン酸を分離するための抽出剤としての機能、並びに脱水触媒としての機能の両方を好都合に果たすことができる。このプロセスに適したアミンの一例としては、トリカプリルアミン(TCA)、トリデシルアミン(TDA)、及びトリドデシルアミン(TDDA)を含む。更に別の外生的な塩基性材料を利用することにより、脱水を生じさせることができる。具体的には、金属酸化物及び水酸化物、例えば、酸化カルシウム及び水酸化カルシウムは、脱水を増強して助成することのできる塩基性材料である。酸触媒は、気体状又は液状の強鉱酸、例えば、塩酸、硫酸又はリン酸であってよい。不溶性酸樹脂、例えば、AMBERLYST(登録商標)樹脂、NAFION(登録商標)樹脂、及び酸性DOWEX(登録商標)樹脂を触媒として採用することもできる。特に有用な酸触媒はリン酸である。
蒸気転化(即ち蒸気相反応)によって行われる脱水により、α,β−不飽和型カルボン酸を調製することもできる。このような方法において、ヒドロキシプロピオン酸を有する水溶液を比較的高い温度で、好ましくは脱水触媒の存在において蒸発させ、これによりアクリル酸に転化することができる。
(所定δ13Cのアクリル酸の不純物)
バイオマス由来のアクリル酸を用いる場合、アルデヒド分や飽和カルボン酸(特に酢酸やプロピオン酸)が増加する傾向にあり、吸水性樹脂に使用する場合、それらをより低く制御することが好ましい。制御方法としては、アクリル酸の製造方法や精製方法、蒸留方法や晶析方法を適宜制御すればよく、好ましくは晶析方法を制御することであり、更に好ましくは晶析方法として多段晶析を行うことである。
尚、質量(分子量)比由来の沸点差を利用して、上述したように蒸留(精留)の前後で炭素安定同位体比(δ13C)を変化させてもよい。
重合性や得られる吸水性樹脂の物性向上の観点から、該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、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは3以上、より更に好ましくは4以上、特に好ましくは5以上、特により好ましくは6種全てが各々0〜20ppm(質量基準、以下同じ)である。好ましくは各々が0〜10ppm、より好ましくは0〜5ppm、更に好ましくは0〜3ppm、特に好ましくは0〜1ppm、最も好ましくはND(検出限界)である。これら不純物中でもアルデヒド分はバイオマス由来のアクリル酸で増加することもあり、必須的に制御することが好ましい。制御方法としてはアルデヒド処理剤(例;ヒドラジン)を使用したり、晶析を行えばよい。又、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(対アクリル酸質量)は100ppm以下が好ましく、より好ましくは0〜20ppm、更に好ましくは0〜10ppm、特に好ましくは0〜5ppmであることがより好ましい。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。
又、従来のアクリル酸の製法、即ち化石原料であるプロピレンの気相酸化で得られるアクリル酸と比べて、上記C3植物からアクリル酸を得る場合、異なる不純物や微量成分が得られる特定13Cのアクリル酸に含まれる可能性があり、それら不純物や微量成分の吸水性樹脂への影響にも注意を要する。即ち、バイオマス由来のアクリル酸として、上記3−HPAや2−HPAからアクリル酸を得る場合、それら特有の不純物として3−HPAやアクリルアミドが混入することもあり、3−HPAは加熱で残存モノマー(残存アクリル酸)の増加に繋がり、又、アクリルアミドは安全性の観点から、それぞれ10ppm以下が好ましく、更には1ppm以下が好ましく、特に0.1ppm以下が好ましいとされ、そのためにこれら不純物が低減されるまで蒸留ないし晶析を行えばよい。更に、バイオマス由来のアクリル酸を用いる場合、(モノないしジ)ヒドロキシアセトンが混入することがあり、単量体の安定性を低下させることもあるので、それらも10ppm以下(下限は0ppm)、更には1ppm以下(下限は0ppm)、特に0.1ppm以下(下限は0ppm)とされる。
又、臭気低減の観点から該アクリル酸中の飽和カルボン酸(特に酢酸やプロピオン酸)も好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下、更に好ましくは0.3質量%以下に制御される。重合時の飽和カルボン酸(特にプロピオン酸)は吸水倍率(CRC)を向上させるため、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.03質量%以上、更に好ましくは0.05質量%以上、特に好ましくは0.1質量%以上の含有は有効である。即ち、アクリル酸中のプロピオン酸は重合後の吸水性樹脂の吸水倍率(CRC)を向上させることが見いだされ、所定量の重合時の含有も好ましい。
更に、本発明の吸水性樹脂やアクリル酸には不純物として、3−HPAが含有すると考えられるが、吸水性樹脂の残存モノマー低減や水可溶分低減の観点から、吸水性樹脂の3−HPA含有量は5000ppm以下であり、好ましくは3500ppm以下であり、より好ましくは2000ppm以下、更に好ましくは(3−9)微量成分に記載の範囲である。又、3−HPA含有量は少ないほど良く、下限については、特に制限されない。一方、3−HPA含有量が5000ppmを超える場合には、得られる吸水性樹脂の残存モノマー量が増加するため、好ましくない。尚、下限については少ない方が好ましく、0ppm(ND/Non−Detectable)がより好ましいが、精製コスト等の費用対効果のバランスから10ppm、更には50ppmでも十分である。
(複数のアクリル酸の使用)
本発明では目的の炭素安定同位体比(δ13C)を示す範囲で、異なる炭素安定同位体比(δ13C)のアクリル酸を混合して水溶性不飽和単量体を得ることも好ましい。即ち、上記13Cのアクリル酸以外に、所定の微量成分(特にプロピオン酸)を含む単量体ないしアクリル酸を簡便に安価に得るために、異なる製造方法の複数のアクリル酸(以下複数のアクリル酸)を混合して単量体を調製することも好ましい。又、C3植物由来の原料を用いて特定炭素安定同位体比(δ13C)を示すアクリル酸を得るだけでなく、異なる炭素安定同位体比(δ13C)のアクリル酸を混合して所定の特定炭素安定同位体比(δ13C)、即ち、C3植物の単体では達成し得ない炭素安定同位体比(δ13C)を含め、より特定の炭素安定同位体比(δ13C)とすることで、得られる吸水性樹脂のトレーサビリティーを更に高めることが好ましい。即ち、異なる炭素安定同位体比(δ13C)の原料を用いると、その炭素安定同位体比を分析して得られる統計解析値は固有のものとなるため、他の原料と区別することができ、したがってそのような原料から製造された吸水性樹脂の炭素安定同位体比も固有の分析値を有することとなり、同定、追跡が容易となる。
尚、異なる炭素安定同位体比(δ13C)を有する複数のアクリル酸を混合して使用する場合、最終製品として精製アクリル酸の段階で混合してもよく、その前段階である粗製アクリル酸を混合した後、精製(蒸留や晶析、又はこれらの併用)してもよく、又、気相酸化段階で異なるアクロレインを混合した後に酸化してアクリル酸としてもよい。
中でも微量成分の調整と原料のリスクヘッジの観点から、又、得られる吸水性樹脂のトレーサビリティーを更に高める観点からも、上記アクリル酸として化石原料及び非化石原料の複数の原料ソースを使用する方法が好ましい。上記製造方法での混合比率は一定でもよく、時間ごと/ないし吸水性樹脂ごとに変化させてよい。複数のアクリル酸を使用する上記製造法ではアクリル酸を過度に精製せずとも単量体の純度(微量成分)が一定に制御できるため、アクリル酸が安価に高収率で使用でき、高物性の吸水性樹脂が安価に安定的に得ることができる。又、100%化石原料由来のアクリル酸でもなく、100%非化石原料由来のアクリル酸でもないため、得られた吸水性樹脂は独自かつ特定の14C比率を有しており、更にトレサビリィティーが高まるので好ましい。非化石原料と化石原料の比率は得られたポリアクリル酸系吸水性樹脂について、14C比率を定量することで特定できる。
又、アクリル酸として化石原料及び非化石原料の複数の原料ソースを使用することで吸水性樹脂の原料コストをヘッジできる。かかる新規な吸水性樹脂はコストや原料ソースの安定性に優れ、かつプロピオン酸等の微量成分を最適比で含むことが容易なため、物性も安定し、高物性で安価な吸水性樹脂として広く使用できる。アクリル酸の非化石原料としてヒドロキシプロピオン酸やグリセリンが使用され、化石原料としては石油や石炭が使用される。
又、製造ライン、製造時間、製品品番の何れか、特に製造時間によって、前記重合工程におけるアクリル酸の炭素安定同位体比(δ13C)を変化させることも好ましい。即ち、化石原料である石油由来のプロピレン価格に対して、非化石原料であるグリセリンはその原料C4植物、原料C3植物の価格に大きく依存するため、原料C4植物、原料C3植物の価格にあわせて、その使用比率を転嫁することで、原料価格を安定化すればよい。
異なる炭素安定同位体比(δ13C)のアクリル酸には異なる炭素元を使用すればよく、好ましくは、化石原料と非化石原料のアクリル酸が使用され、原料以外に、プラント(プロセス)や立地が全く異なってもよいし、酸化系(特に触媒)、精製系(蒸留や晶析)が異なるものでもよく、これらで、好ましくは不純物、特にプロピオン酸量が異なるようにする。2種類のアクリル酸を使用する場合、その使用比率(質量比)は適宜決定されるが、通常1:99〜99:1の範囲とする。好ましくは10:90〜90:10、より好ましくは20:80〜80:20、特に好ましくは30:70〜70:30である。尚、前記2種以外のアクリル酸は、アクリル酸全量中、0〜50質量%の範囲で使用してもよく、0〜30質量%がより好ましく、0〜10質量%が更に好ましい。異なる2種類ないしそれ以上のアクリル酸の使用比率は、アクリル酸の価格(原料コスト)、供給量、微量成分(プロピオン酸やそれ以外の微量成分)等で適宜決定され、特に、アクリル酸として化石原料及び非化石原料の複数(特に2種類)の原料ソースを使用することで吸水性樹脂の原料コストをヘッジできる。尚、化石原料及び非化石原料を併用する場合、その比率は、単量体中や吸水性樹脂中の14Cの定量で測定できる。
その場合、非化石原料からのアクリル酸が少なくとも使用され、複数のアクリル酸を使用し、アクリル酸の一方が非化石原料から得られ、もう一方が化石原料から得られる。一般に非化石原料からのアクリル酸はプロピオン酸等が多く含まれる為、好適に使用できる。又、プロピオン酸に限らず、(プロピオン酸が同じ水準であっても)他の微量成分の調整ないし安定化の面からも、複数のアクリル酸、特に化石原料からのアクリル酸及び非化石原料のアクリル酸が併用される。本発明の別の効果として、アクリル酸として化石原料及び非化石原料の複数の原料ソースを使用することで、吸水性樹脂の原料コストを低減でき、原料コスト面を含めた最適な吸水性樹脂を得ることができる。即ち、好ましくは、後述のように、化石原料からのアクリル酸及び非化石原料のアクリル酸が併用される。
以下、微量成分としてプロピオン酸を代表して説明するが、アクリル酸中のプロピオン酸量を調整するには、コストや工程面から、異なる量のプロピオン酸を含む複数のアクリル酸を使用して、目的の単量体を調製することが好ましい。即ち、異なる量のプロピオン酸を含む複数のアクリル酸が異なるアクリル酸の製造工程で得られる。
ここで、異なる量のプロピオン酸を含むアクリル酸において、一方のアクリル酸は他方のアクリル酸の1.01〜1000質量倍のプロピオン酸を含むことが好ましく、1.05〜100質量倍がより好ましく、1.1〜50質量倍が更に好ましい。具体的には、少なくとも一方のアクリル酸はプロピオン酸を400ppm以上含むことが好ましい。
又吸水性樹脂の同定及び/又は追跡を容易にするため、本発明では、水溶性不飽和単量体の重合工程、得られた含水ゲル状架橋重合体の乾燥工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、アクリル酸の炭素安定同位体比(δ13C)を変化させる、吸水性樹脂の製造方法をも提供する。安定同位体比の変化幅は1‰以上、更には5‰以上、特に10‰以上変化させればよい。変化幅の上限は適宜決定されるが、異なるアクリル酸の製造コストから好ましくは100‰以下、より好ましくは50‰以下、更に好ましくは30‰以下である。
(アクリル酸製造工程と吸水性樹脂の製造工程)
上記アクリル酸製造工程と吸水性樹脂の製造工程は好ましくは近接、更には連結される。又、油脂由来のグリセリンからアクリル酸を得る場合、油脂から脂肪酸誘導体(例;バイオディーゼル)とグリセリンを同時に得て更にアクリル酸、更には吸水性樹脂とすればよく、これらの工程も好ましくは近接、更に直結される。又、CO低減の観点から、上記特定13Cの植物原料の近隣でアクリル酸、更には吸水性樹脂を製造することが好ましく、輸送へのエネルギー低減から上記特定13Cの植物原料について「地産地消」でアクリル酸を製造及び重合する。
そこで、特定13Cの植物原料から近隣、特に1000km以内、更には500km以内、特に100km以内で上記アクリル酸を得て、その近隣、特に1000km以内、更には500km以内、特に100km以内、10km以内、1km以内で吸水性樹脂を得ればよい。これらの輸送距離を低減することで、輸送にかかるCOを削減するとともに、残存モノマーの原因となるアクリル酸ダイマーも低減でき好ましい。
(重合禁止剤)
重合の安定性や速度面から、アクリル酸を用いた単量体は所定量の重合禁止剤を含有することが好ましく、0を超えて200ppm以下がより好ましく、更には1〜160ppmが好ましく、特に10〜100ppmが好ましく、更により好ましくは15〜80ppmの重合禁止剤を含有することである。重合禁止剤としては、好ましくはメトキシフェノール類、特にp−メトキシトキシフェノールを含有する。多量の重合禁止剤は重合速度遅延や製造後の着色の問題があるが、少なすぎると単量体の安定性のみならず、かえって重合が遅くなることもある。又、所定量の含有はトレーサビリティーやゲルの耐候性の点からも好ましいことがある。
当該重合禁止剤(特にp−メトキシフェノール)は、アクリル酸等の単量体に所定量含有しているが、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造過程(特に重合工程)でその一部が消費され、得られるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂には一部が残存する。
重合禁止剤の残存量、即ち、吸水性樹脂中の含有量は、重合時間や重合開始剤量、乾燥温度等で適宜決定されるが、p−メトキシフェノールの含有量として5〜60ppmが好ましく、6〜40ppmがより好ましく、8〜30ppmが更に好ましく、8〜20ppmが特に好ましい。重合禁止剤の残存量の制御方法として、具体的には、上記範囲の重合禁止剤を含有するアクリル酸を用いた単量体を重合した後、得られた含水ゲル状架橋重合体を後述の乾燥温度150〜250℃、乾燥時間10〜120分間で含水率20質量%以下となるまで乾燥し、乾燥後の吸水性樹脂粉末100質量部に対して、表面架橋剤を0.001〜10質量部を混合し、70〜300℃、1〜120分間加熱処理することが挙げられる。p−メトキシフェノール等の微量成分の定量は、大過剰の水又は生理食塩水を用いて抽出することができ、濾液を必要により濃縮等の処理を行った後、液体クロマトグラフィー等を用いて濾液中の濃度を測定すればよい。
尚、米国特許出願公開第2007/0219521号の実施例2にはメトキシフェノール類の使用が開示されていないが、これらの化合物が未使用の場合、物性のフレやトレーサビリティーの低下を伴う虞がある。
(2−2)重合工程
本工程は、上記(2−1)アクリル酸製造工程で得られたアクリル酸(塩)を主成分として含む水溶液を重合して、含水ゲル状重合体、特に含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称する)を得る工程である。
(単量体)
本発明で得られるポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、その原料(単量体)として、アクリル酸(塩)を主成分として含む水溶液を使用し、通常、水溶液状態で重合される。該単量体水溶液中の単量体濃度は、通常10〜90重量%であり、好ましくは20〜80重量%、より好ましくは30〜70重量%、更に好ましくは40〜60重量%である。
又、該水溶液の重合により得られる含水ゲルは、吸水性能の観点から、重合体の酸基の少なくとも一部が中和されていることが好ましい。上記中和は、アクリル酸の重合前、重合中又は重合後に行うことができるが、吸水性樹脂の生産性、AAP(加圧下吸水倍率)やSFC(生理食塩水流れ誘導性)の向上等の観点から、アクリル酸の重合前に中和を行うことが好ましい。つまり、中和されたアクリル酸(即ち、アクリル酸の部分中和塩)を単量体として使用することが好ましい。
上記中和の中和率は、特に制限されないが、酸基に対して10〜100モル%が好ましく、30〜95モル%がより好ましく、50〜90モル%が更に好ましく、60〜80モル%が特に好ましい。中和率が10モル%未満の場合、特に、CRC(無加圧下吸水倍率)が著しく低下することがあり好ましくない。尚、水溶性ポリアクリル酸(塩)でも、中和率はかかる範囲で適宜選択される。
又、本発明においてアクリル酸(塩)を主成分として使用する場合、アクリル酸(塩)以外の親水性又は疎水性の不飽和単量体(以下、「他の単量体」と称することもある)を使用することもできる。このような他の単量体としては、特に限定されないが、メタクリル酸、(無水)マレイン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリロキシアルカンスルホン酸、N−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニルアセトアミド、(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、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(メタ)アクリレート、ステアリルアクリレートやそれらの塩等が挙げられる。これら他の単量体を使用する場合、その使用量は、得られる吸水性樹脂の吸水特性を損なわない程度であれば、特に限定されないが、全単量体の重量に対して、50重量%以下が好ましく、20重量%以下がより好ましい。
(中和の塩)
上記単量体としてのアクリル酸又は重合後の重合体(含水ゲル)の中和に用いられる塩基性物質としては、特に限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属の水酸化物や炭酸(水素)ナトリウム、炭酸(水素)カリウム等の炭酸(水素)塩等の一価の塩基性物質が好ましく、水酸化ナトリウムが特に好ましい。又、中和時の温度(中和温度)についても、特に制限されず、10〜100℃が好ましく、30〜90℃がより好ましい。尚、上記以外の中和処理条件等については、国際公開第2006/522181号に開示されている条件等が、本発明に好ましく適用される。中和の塩(NaOH)等は所定量以下のFeを含有することが好ましく、後述の範囲とされる。
(単量体の微量成分)
アクリル酸は上記範囲の微量成分とされ、上記範囲の重合禁止剤を含む。又、吸水性樹脂の着色や劣化の抑制の観点から上記中和塩を主な由来とする鉄量(Fe換算)は好ましくは0〜5ppm、更に好ましくは0〜2ppm、特に好ましくは0〜1ppmであり、下限は重合速度から少量の含有、好ましくは0.01ppm以上、更に好ましくは0.02ppm以上である。更に、上記アクリル酸中の3−HPA、特に3−HPA由来のアクリル酸に加えて、アクリル酸製造後に副生するアクリル酸ダイマー(オリゴマー)や3−HPAも、残存モノマーの観点から少ないほど好ましく、単量体中にそれぞれ好ましくは1000ppm以下、更に好ましくは500ppm以下、より好ましくは300ppm以下、特に好ましくは100ppm以下とされる。
即ち、上記理由から、本発明では好ましくは水溶性不飽和単量体が下記のいずれかひとつ以上、更に好ましくは2つ以上、より好ましくは3つ以上、特に好ましくは4つ同時に下記を満たすことが好ましい。より好ましい含有量は前記範囲である。
・3−ヒドロキキシプロピオン酸の含有量が1000ppm以下
・重合禁止剤の含有量が1〜160ppm
・Fe含有量が0〜2ppm
・モノ又はジヒドロキシアセトンの含有量が0〜10ppm以下
(内部架橋剤)
本発明においては、目的とするポリアクリル酸(塩)が、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の場合、得られる吸水性樹脂の吸水性能の観点から、架橋剤(以下、「内部架橋剤」と称することもある)を使用することが特に好ましい。使用できる内部架橋剤としては、特に限定されず、例えば、アクリル酸との重合性架橋剤や、カルボキシル基との反応性架橋剤、それらを併せ持った架橋剤等を例示することができる。具体的には、重合性架橋剤として、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、ポリ(メタ)アリロキシアルカン等、分子内に重合性二重結合を少なくとも2個有する化合物が例示できる。又、反応性架橋剤として、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のポリグリシジルエーテル;プロパンジオール、グリセリン、ソルビトール等の多価アルコール等の共有結合性架橋剤、アルミニウム塩等の多価金属化合物であるイオン結合性架橋剤が例示できる。これらの中でも、吸水性能の観点から、アクリル酸との重合性架橋剤が好ましく、特に、アクリレート系、アリル系、アクリルアミド系の重合性架橋剤が好適に使用される。これらの内部架橋剤は1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。上記内部架橋剤の使用量は、物性面から、架橋剤を除く上記単量体に対して、0.001〜5モル%が好ましく、0.005〜2モル%がより好ましく、0.01〜1モル%が更に好ましく、0.03〜0.5モル%が特に好ましい。
したがって、特許文献5に例示される未架橋物(内部架橋剤を未使用)では高物性の吸水性樹脂が得ることができず、よって本発明では含水ゲル状架橋重合体が必須に使用される。
(単量体水溶液中のその他の成分)
本発明で得られる吸水性樹脂の諸物性を改善するために、任意成分として、上記単量体水溶液に、以下の物質を添加することができる。即ち、澱粉、ポリアクリル酸(塩)、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン等の水溶性樹脂あるいは吸水性樹脂を、単量体に対して、例えば0〜50重量%、好ましくは0〜20重量%、より好ましくは0〜10重量%、更に好ましくは0〜3重量%、特に0〜1重量%添加することができる。更に、各種の発泡剤(炭酸塩、アゾ化合物、気泡等)、界面活性剤、各種キレート剤、ヒドロキシカルボン酸や還元性無機塩等の添加剤を、単量体に対して、例えば0〜5重量%、好ましくは0〜1重量%添加することができる。
尚、本発明のポリアクリル酸(塩)では、特定量の13C/14Cを有するアクリル酸が主成分とされるが、少量の天然物グラフト成分(例えば、澱粉)を使用することもできる。当該天然物グラフト成分を有意に含まない場合、又は、好ましくは0〜3質量%、より好ましくは0〜1質量%の場合、ポリアクリル酸(塩)の13C/14C量は、実質的にアクリル酸の13C/14C量で決定される。
これらの中でも、吸水性樹脂の経時着色の抑制や耐尿性(ゲル劣化防止)の向上を目的とする場合には、キレート剤、ヒドロキシカルボン酸、還元性無機塩が好ましく使用され、キレート剤が特に好ましく使用される。この場合の使用量は、吸水性樹脂に対して、10〜5000ppmが好ましく、10〜1000ppmがより好ましく、50〜1000ppmが更に好ましく、100〜1000ppmが特に好ましい。尚、上記キレート剤、ヒドロキシカルボン酸、還元性無機塩については、国際公開第2009/005114号、欧州特許第2057228号、同第1848758号に開示される化合物が使用される。
(重合開始剤)
本発明において使用される重合開始剤は、重合形態によって適宜選択され、特に限定されない。例えば、熱分解型重合開始剤、光分解型重合開始剤、レドックス系重合開始剤等が挙げられる。具体的には、熱分解型重合開始剤としては、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;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。又、光分解型重合開始剤としては、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。更に、レドックス系重合開始剤としては、上記過硫酸塩や過酸化物に、L−アスコルビン酸、亜硫酸水素ナトリウム等の還元性化合物を組み合わせた系が挙げられる。上記熱分解型重合開始剤と光分解型重合開始剤とを併用することも、好ましい態様として挙げることができる。これらの重合開始剤の使用量は、上記単量体に対して、0.0001〜1モル%が好ましく、0.001〜0.5モル%がより好ましい。重合開始剤の使用量が1モル%を超える場合、吸水性樹脂の着色を引き起こすことがあるため好ましくない。又、重合開始剤の使用量が0.0001モル%を下回る場合、残存モノマーを増加させるおそれがあるため好ましくない。
尚、上記重合開始剤を使用する代わりに、放射線、電子線、紫外線等の活性エネルギー線を照射することにより重合を行ってもよく、これらの活性エネルギー線と重合開始剤とを併用して重合してもよい。
(重合方法)
本発明においては、上記単量体水溶液を重合するに際して、得られる吸水性樹脂の吸水性能や重合制御の容易性等の観点から、通常、水溶液重合又は逆相懸濁重合が採用されるが、好ましくは水溶液重合、より好ましくは連続水溶液重合が採用される。中でも、吸水性樹脂の1ラインあたりの生産量が多い巨大スケールでの製造に好ましく適用される。該生産量として、好ましくは0.5[t/hr]以上であり、より好ましくは1[t/hr]以上、更に好ましくは5[t/hr]以上、特に好ましくは10[t/hr]以上である。又、上記水溶液重合の好ましい形態として、連続ベルト重合(米国特許第4893999号、同第6241928号、米国特許出願公開第2005/215734号等に開示)、連続ニーダー重合、バッチニーダー重合(米国特許第6987151号、同第6710141号等に開示)等が挙げられ、これらの中でも、連続ベルト重合が特に好ましい。
上記連続水溶液重合においては、重合開始温度を好ましくは30℃以上、より好ましくは35℃以上、更に好ましくは40℃以上、特に好ましくは50℃以上(上限は沸点)とする高温開始重合、あるいは、単量体濃度を好ましくは35重量%以上、より好ましくは40重量%以上、更に好ましくは45重量%以上(上限は飽和濃度)とする高単量体濃度重合が、最も好ましい一例として例示できる。尚、上記重合開始温度は、単量体水溶液の重合機供給直前の液温で規定されるが、米国特許第6906159号及び同第7091253号等に開示された条件等を、本発明に好ましく適用することができる。
更に本発明においては、得られる吸水性樹脂の物性と乾燥効率の向上という観点から、重合時に水分を蒸発させることが好ましい。即ち、本発明の重合において、より高固形分の含水ゲルを得ればよく、固形分上昇度(「重合後の含水ゲルの固形分」−「重合前の単量体濃度」)が、1重量%以上が好ましく、2〜40重量%がより好ましく、3〜30重量%が更に好ましい。ただし、得られる含水ゲルの固形分が80重量%以下であることが好ましい。
又、これらの重合は、空気雰囲気下でも実施可能であるが、着色防止の観点から窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気(例えば、酸素濃度1容積%以下)下で実施することが好ましい。又、単量体又は単量体を含む溶液中の溶存酸素を不活性ガスで置換(例えば、溶存酸素濃度;1mg/L未満)した後に、重合することが好ましい。又、減圧、常圧、加圧のいずれの圧力下でも実施することができる。
(2−3)ゲル解砕工程
本工程は、上記重合工程で得られた含水ゲルを解砕し、粒子状の含水ゲル(以下、「粒子状含水ゲル」と称する)を得る工程である。
上記重合工程で得られた含水ゲルは、そのまま乾燥を行ってもよいが、課題を解決するために、好ましくは重合時又は重合後、必要により解砕機(ニーダー、ミートチョッパー、カッターミル等)を用いてゲル解砕され粒子状にされる。即ち、連続ベルト重合又は連続ニーダー重合による重合工程と乾燥工程との間に、含水ゲルの細粒化(以下、「ゲル解砕」とも称する)工程を更に含んでもよい。尚、逆相懸濁重合等、重合時に溶媒中での分散よってゲルが細粒化されている場合も、本発明の細粒化(重合工程の細粒化)に含むものとするが、好適には解砕機を用いて解砕される。
ゲル解砕時の含水ゲルの温度は、物性の面から、40〜95℃に保温あるいは加熱されるのが好ましく、50〜80℃がより好ましい。又、ゲル解砕時又は解砕後の粒子状含水ゲルの樹脂固形分は、特に限定されるものではないが、物性の面から、55〜80重量%が好ましい。尚、ゲル解砕工程においては、解砕効率向上を目的に、必要に応じて、水、多価アルコール、水と多価アルコールとの混合液、多価金属水溶液、あるいはこれらの蒸気等を添加してもよい。又、本願発明を好ましく適用できる高固形分濃度(例えば、上述した55〜80重量%)の含水ゲルを解砕する場合には、解砕装置内を通風、好ましくは乾燥空気を通気してもよい。
ゲル解砕後の粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(D50)は、落下飛散率を低く制御する観点から、0.2〜4mmが好ましく、0.3〜3mmがより好ましく、0.5〜2mmが更に好ましい。上記粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(D50)が、上記範囲内となることで、乾燥が効率的に行われるため好ましい。又、5mm以上の粒径を有する粒子状含水ゲルの割合は、粒子状含水ゲル全体の0〜10重量%が好ましく、0〜5重量%がより好ましい。
尚、上記粒子状含水ゲルの粒子径は、粉砕工程後の吸水性樹脂の粒子径と同様に、特定の目開きの篩で分級することによって求められる。又、質量平均粒子径(D50)についても、同様に求めることができる。ただし、上記粒子状含水ゲルの分級操作が、乾式の分級方法では凝集等により測定が困難である場合は、特開2000−63527号の段落〔0091〕に記載の、湿式の分級方法を用いて測定する。
(2−4)乾燥工程
上記重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体、又はゲル細粒化工程で得られた解砕ゲルを、所望する樹脂固形分量まで乾燥することができれば、その方法について特に制限されないが、例えば、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、流動床乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、ドラムドライヤー乾燥、疎水性有機溶媒との共沸による脱水乾燥、高温の水蒸気を用いた高湿乾燥等、種々の乾燥方法を採用することができる。
これらの中でも、熱風乾燥が好ましく、露点温度が40〜100℃の気体による熱風乾燥がより好ましく、露点温度が50〜90℃の気体による熱風乾燥が更に好ましい。熱風乾燥を用いる場合、その風速(水平に広がる乾燥対象物に対して垂直に通過する気流の速度)は、0.01〜10[m/s]が好ましく、0.1〜5[m/s]がより好ましい。
本発明において、適用される乾燥温度としては、特に制限されないが、50〜300℃(100℃以下の場合は減圧下で行うことが好ましい)が好ましく、100〜250℃がより好ましく、150〜200℃が更に好ましい。又、乾燥時間としては、10〜120分が好ましく、20〜90分がより好ましく、30〜60分が更に好ましい。上記乾燥時間が10分未満の場合、吸水性樹脂内部のポリマー鎖に起こる変化が小さく、十分な改善効果が得られないと考えられるため、諸物性の向上効果が見られない場合がある。一方、上記乾燥時間が120分以上の場合では、吸水性樹脂にダメージを与えてしまい、水可溶分の上昇が生じ、諸物性の向上効果が見られない場合がある。
更に、得られる粒子状吸水剤の物性と白色度を両立させるため、乾燥温度が165〜230℃の範囲内で、乾燥時間が50分以内であることが好ましく、20〜40分が特に好ましい。乾燥温度や乾燥時間がこの範囲を外れると、粒子状吸水剤のCRC(無加圧下吸水倍率)の低下や水可溶分の増加、白色度の低下を引き起こす恐れがある。
又、含水ゲル状架橋重合体又は解砕ゲルの乾燥減量(吸水性樹脂1gを180℃で3時間加熱した際の重量変化)から求められる樹脂固形分は、80重量%以上が好ましく、85〜99重量%がより好ましく、90〜98重量%が更に好ましく、92〜97重量%が特に好ましい。該乾燥工程において、乾燥重量が前記範囲内に調整された乾燥重合体が得られる。
更に、得られる粒子状吸水剤の残存モノマー低減や、ゲル劣化(耐尿性)の防止、黄変の防止を図るため、重合終了後から乾燥を開始するまでの時間を短時間とすることが好ましい。即ち、上記ゲル細粒化工程の有無に関わらず、重合終了時点から乾燥開始までの時間を1時間以内とすることが好ましく、0.5時間以内とすることがより好ましく、0.1時間以内とすることが更に好ましい。又、この期間中、含水ゲル状架橋重合体又は解砕ゲルの温度は、50〜80℃に制御されるのが好ましく、60〜70℃が更に好ましい。この温度範囲に制御することで、残存モノマーの低減や低着色を達成することができる。
(2−5)粉砕工程、分級工程
本工程は、上記乾燥工程で得られた乾燥物を、粉砕・分級して、吸水性樹脂を得る工程である。
本工程においては、上記乾燥工程で得られた乾燥物をそのまま乾燥粉末として使用することもできるが、後述する表面架橋工程での物性向上のため、特定の粒度に制御することが好ましい。尚、粒度制御は、本粉砕工程、分級工程に限らず、重合工程(特に逆相懸濁重合)、微粉回収工程、造粒工程等で適宜実施することができる。以下、粒度は標準篩(JIS Z8801−1(2000))で規定する。好ましくは表面架橋工程前に分級工程が設けられ、更に好ましくは表面架橋工程前及び表面架橋工程後にそれぞれ分級工程(第1分級工程及び第2分級工程)が設けられる。
本粉砕工程で使用できる粉砕機は、特に限定されず、従来から知られている粉砕機を使用することができる。具体的には、ロールミル、ハンマーミル、ロールグラニュレーター、ジョークラッシャー、ジャイレクトリークラッシャー、コーンクラッシャー、ロールクラッシャー、カッターミル等を挙げることができる。これらの中でも、粒度制御の観点から、多段のロールミル又はロールグラニュレーターを使用することが好ましい。
又、分級工程においては、ふるい分級や気流分級等、各種の分級機を使用することができる。
本工程で得られる吸水性樹脂の物性向上の観点から、最終製品として、更には表面架橋前にも以下の粒度となるように制御することが好ましい。即ち、表面架橋前の吸水性樹脂の質量平均粒子径(D50)は、200〜600μmが好ましく、200〜550μmがより好ましく、250〜500μmが更に好ましく、350〜450μmが特に好ましい。又、目開き150μmの篩(JIS標準篩)を通過する微細な粒子の割合が、吸水性樹脂全体に対して、0〜5重量%が好ましく、0〜3重量%がより好ましく、0〜1重量%が更に好ましい。又、目開き850μmの篩(JIS標準篩)を通過しない巨大な粒子の割合が、吸水性樹脂全体に対して、0〜5重量%が好ましく、0〜3重量%がより好ましく、0〜1重量%が更に好ましい。更に、吸水性樹脂の粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、0.20〜0.40が好ましく、0.25〜0.37がより好ましく、0.25〜0.35が更に好ましい。これらの粒度は、欧州公告特許第0349240号やEDANA−ERT420.2.−02(Particle Size Distribution)に開示された方法で測定される。上記の粒度とすることで、表面架橋での物性向上がより発揮される。又、上記粒度は、表面架橋後等の最終製品にて好ましく適用され、必要により表面架橋後の分級や造粒によって調整することもできる。
一般的に粒度分布を狭くする、即ち、粒度の上下限を近づけるように制御すると、吸水性樹脂の着色が色調測定上目立つが、本発明では、このような色調の問題が発生せず、好ましい。したがって、本発明で得られる吸水性樹脂の粒度分布は、150〜850μmの粒子径を有する割合が95重量%以上であり、好ましくは98重量%以上(上限が100重量%)である。尚、米国特許出願公開第2007/0219521号の実施例2には、目開き20〜270mesh(850〜53μmに相当)での粒度調整が開示されているが、当該粒度では通液性の低下のみならず、粒度分布の広がりによる偏析が生じ、物性のフレやトレーサビリティーの低下を伴う虞がある。
(2−6)表面架橋工程
本工程は、上記粉砕工程、分級工程で得られた吸水性樹脂の表面近傍を、吸水性能向上のために、表面架橋剤を用いて架橋(表面架橋反応)する工程である。本表面架橋処理によって、着色の少ない白色度の高い吸水性樹脂が得られ、特に高温表面架橋での吸水性樹脂に好ましく適用される。更に、本発明で得られる吸水性樹脂を衛生用品(特に紙オムツ)の原材料として使用する場合、本表面架橋処理によって、AAP(加圧下吸水倍率)を、好ましくは20[g/g]以上に高めればよい。
本発明で用いることができる表面架橋剤としては、特に限定されないが、種々の有機又は無機架橋剤を挙げることができる。中でも有機表面架橋剤が好ましく、有機表面架橋剤とイオン架橋剤との併用がより好ましい。具体的には、多価アルコール化合物、エポキシ化合物、多価アミン化合物又はそのハロエポキシ化合物との縮合物、オキサゾリン化合物、(モノ、ジ、又はポリ)オキサゾリジノン化合物、アルキレンカーボネート化合物であり、特に高温での反応が必要な、多価アルコール化合物、アルキレンカーボネート化合物、オキサゾリジノン化合物からなる脱水エステル反応性架橋剤、特に多価アルコールが使用できる。更により具体的には、米国特許第6228930号、同第6071976号、同第6254990号等に例示されている化合物を挙げることが出来る。例えば、モノ,ジ,トリ,テトラ又はプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、グリセリン、1,4−ブタンジオール、1,3−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、ソルビトール等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やグリシドール等のエポキシ化合物;エチレンカーボネート等のアルキレンカーボネート化合物;オキセタン化合物;2−イミダゾリジノンのような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は、吸水性樹脂100重量部に対して、好ましくは0.001〜10重量部、より好ましくは0.01〜5重量部の範囲内で適宜決定される。
又、これら表面架橋剤も天然物から得ることで、よりトレーサビリティーとSustainbalityを向上させてもよい。天然物由来の表面架橋剤としてグリセリンやその誘導体として1,3−プロパンジオ−ル,1,2−プロパンジオ−ル,1,4−ブタンジオール等の多価アルコールがあり、これらの観点から多価アルコールないしその誘導体が好適に表面架橋剤で使用される。尚、天然物からの1,4−ブタンジオールの製造方法は、国際公開第2010/006076号等に記載されており、又、グリセリンからの1,2−プロパンジオールの製造方法は特開2007−283175号等に記載されており、それらも好適に使用される。又、天然物由来の乳酸やその塩(乳酸の一価塩、多価金属塩)も本発明の表面架橋剤ないしその助剤として好適に使用できる。
又、吸水性樹脂と表面架橋剤との混合の際、溶媒として水を用いることが好ましい。上記水の使用量は、吸水性樹脂100重量部に対して、好ましくは0.5〜20重量部、より好ましくは0.5〜10重量部の範囲内で適宜決定される。更に、上記水以外に、必要に応じて、親水性有機溶媒を併用してもよく、その使用量は、吸水性樹脂100重量部に対して、好ましくは0〜10重量部、より好ましくは0〜5重量部の範囲内で適宜決定される。更に、表面架橋剤溶液の混合に際し、水不溶性の微粒子粉体や界面活性剤を本発明の効果を妨げない程度に共存させてもよい。該微粒子粉体や界面活性剤の種類や使用量等については、米国特許第7473739号等に例示されているが、該使用量としては、吸水性樹脂100重量部に対して、好ましくは0〜10重量部、より好ましくは0〜5重量部、更に好ましくは0〜1重量部の範囲内で適宜決定される(下限は好ましくは0.01、更には0.1重量部)。物性面に加えて、トレーサビリティーとSustainabilityを向上させる観点からは、好適には乳酸ないしその塩が使用される。吸水性樹脂に対する使用量は好ましくは0.001〜10重量部、より好ましくは0.01〜5重量部の範囲内で適宜決定される。
本工程において、吸水性樹脂と表面架橋剤とを混合した後、好ましくは加熱処理され、その後必要により冷却処理される。上記加熱処理時の加熱温度は、70〜300℃が好ましく、120〜250℃がより好ましく、150〜250℃が更に好ましい。上記処理温度が70℃未満の場合、加熱処理時間が延び生産性の低下を招来する上に、均一な表面架橋層を形成することができないため好ましくない。又、上記処理温度が300℃を超える場合、吸水性樹脂が劣化するため好ましくない。又、上記加熱処理時の加熱時間は、1分〜2時間の範囲が好ましい。上記加熱処理は、通常の乾燥機又は加熱炉で行うことができる。
尚、欧州特許第0349240号、同第0605150号、同第0450923号、同第0812873号、同第0450924号、同第0668080号、日本国特開平7−242709号、同平7−224304号、米国特許第5409771号、同第5597873号、同第5385983号、同第5610220号、同第5633316号、同第5674633号、同第5462972号、国際公開第99/42494号、同第99/43720号、同第99/42496号等に開示された表面架橋方法についても、本発明に好ましく適用することができる。
上記有機表面架橋剤以外に無機表面架橋剤を使用又は併用して通液性・吸水速度等を向上させてもよい。物性向上に加えて、下記多価金属やポリアミンポリマー、水不溶性微粒子を使用することで、よりトレーサビリティーも向上する。即ち、吸水性樹脂から多価金属、ポリアミンポリマー、水不溶性微粒子、残存表面架橋剤等の微量成分を分離(例えば、水等で抽出)して、その構造や使用の有無、使用量、純度等を分析すればよい。例えば、吸水性樹脂中の多価金属量は抽出多価金属カチオンとして定量でき、特開2005−113117号公報(欧州特許第1641883号)に記載の方法で定量できる。
無機表面架橋剤は、上記有機表面架橋剤と同時もしくは別途使用できる。使用される無機表面架橋剤は2価以上、好ましくは3価ないし4価値の多価金属の塩(有機塩ないし無機塩)ないし水酸化物が例示できる。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、乳酸アルミニウムや硫酸アルミニウムが挙げられる。好ましくは硫酸アルミニウムを含む水溶液である。これら無機表面架橋は有機表面架橋剤と同時又は別途に使用される。多価金属による表面架橋は国際公開第2007/121037号、同第2008/09843号、同第2008/09842号、米国特許第7157141号、同第6605673号、同第6620889号、米国特許出願公開第2005/0288182号、同第2005/0070671号、同第2007/0106013号、同第2006/0073969号に示されている。又、カチオン性ポリマー、特に重量平均分子量5000〜1000000程度を同時又は別途で使用して通液性等を向上させてもよい。使用されるカチオン性ポリマーは、例えば、ビニルアミンポリマー等が好ましく、米国特許第7098284号、国際公開2006/082188号、同第2006/082189号、同第2006/082197号、同第2006/111402号、同第2006/111403号、同第2006/111404号等に例示されている。又、同様に無機微粒子を用いても良い。例えば、二酸化ケイ素等が好ましく、米国特許第7638570号等に例示されている。
物性向上やトレーサビリティーの観点から、多価金属(多価カチオン)、ポリアミンポリマー、水不溶性微粒子が好ましく使用され、その使用量は吸水性樹脂100質量部に対して好ましくは0〜10質量部、より好ましくは0.001〜5質量部、更に好ましくは0.01〜3質量部の範囲で適宜決定される。尚、多価金属はカチオン量(例えば、Al3+)として抽出して測定できる。例えば、吸水性樹脂中の多価金属量は抽出多価金属カチオンとして定量でき、特開2005−113117号公報(欧州特許第1641883号)に記載の方法で定量できる。
又、別の方法として、例えば、電子線マイクロ分析法(EPMA)は、吸水性樹脂の表面近傍に存在する元素の定性分析ができるため、多価金属の種類を判別することができる。未知のサンプルについて、一次スクリーニングとして当該分析手法を用いるのが好ましい。即ち、複数の未知のサンプルから、トレース対象の吸水性樹脂を判別するために先ず上記分析を行って選別し、残ったサンプルについて、炭素同位体比を測定してもよい。
(2−7)微粉リサイクル工程
本発明においては、必要により微紛回収を行ってもよい。本工程は、乾燥工程及び必要により粉砕工程、分級工程で発生する微粉(特に粒子径150μm以下の粉体を70重量%以上含む微粉)を分離した後、そのままの状態で、あるいは水和して重合工程や乾燥工程にリサイクルする工程をいい、米国特許出願公開第2006/247351号や米国特許第6228930号に記載された方法等を適用することができる。
(2−8)その他の工程
上記工程以外に、必要により、多価金属の表面処理工程、蒸発モノマーのリサイクル工程、造粒工程、微粉除去工程等を設けてもよい。更に、経時色調の安定性効果やゲル劣化防止等のために、上記各工程のいずれか又は全部に、上記添加剤を必要により使用してもよい。
上記多価金属塩の表面処理工程は、高い加圧下通液性(SFCやGBP)を求める場合に適用され、例えば、米国特許第6605673号、同第6620899号に記載された製法が必要に応じて適用される。
(2−9)吸水性樹脂からのプロピオン酸の除去
本発明のバイオマスからアクリル酸を得る場合、アクリル酸中の飽和有機酸、特に酢酸及びプロピオン酸、特にプロピオン酸が従来のアクリル酸より増加することがある。かかる飽和有機酸について、本発明ではプロピオン酸(沸点141℃;760mmHg)は重合時に存在してもよいが、重合後には酸臭等の原因となることもある。又、酢酸やプロピオン酸等の飽和有機カルボン酸はアクリル酸(沸点141℃;同)と化学構造や沸点が近いため、アクリル酸製造時の晶析や蒸留での分離精製が困難であり、アクリル酸の製造コスト上昇や収率低下の問題を伴うものであった。そこで、飽和有機カルボン酸が重合しないことを利用して、飽和有機カルボン酸は重合中ないし重合後、特に重合後のポリアクリル酸(塩)から除去することが好ましい。
又、重合後にプロピオン酸を除去する上記製造法では、アクリル酸に対する過度な精製が不要なため、安価な原料アクリル酸が使用でき、よって、高物性の臭気のない吸水性樹脂を安価に安定的に得ることができる。
よって、重合時のプロピオン酸は重合中(特に重合後半、更には重合率90%以上)ないし重合後の吸水性樹脂からは必要に応じて除去すればよく、例えば、使用するプロピオン酸の5重量%以上、好ましくは15重量%以上、より好ましくは30重量%以上、更に好ましくは40重量%以上、特に好ましくは50重量%以上、更には70重量%以上を除去する。こうして得られた吸水性樹脂中の飽和有機カルボン酸量、特に酢酸及びプロピオン酸の合計量、特にプロピオン酸量は、臭気の点から2重量%以下が好ましく、5000ppm以下がより好ましく、3000ppm以下が更に好ましく、2000ppm以下が更により好ましく、1500ppm以下が特に好ましく、1000ppm以下が最も好ましい。少量の残存は臭気の問題もなく、又プロピオン酸が抗菌性を発揮する場合もあり、除去コスト面からプロピオン酸の下限は10ppm程度が好ましいが、更には100ppm程度でも十分好ましい。又吸水性樹脂の臭気の観点から、残存するプロピオン酸は酸型であるより、塩型(プロピオン酸塩、特に一価塩)が好ましくは、よって吸水性樹脂は前記範囲の中和率、特に所定以上に高中和される。
プロピオン酸の除去方法としては、抽出、洗浄や揮発等が挙げられ、好ましくは揮発させることであり、常圧又は減圧下で沸点(141℃)以上に加熱すればよい。加熱方法としては、乾燥工程や表面架橋工程での加熱が挙げられ、特に含水状態で一定時間・一定温度以上の加熱が好ましい。又、プロピオン酸を除去する際、同時に酢酸、アクリル酸等の有機酸を上記範囲の量となるように除去、特に揮発させることも好ましい。又抽出や洗浄には各種、水ないし親水性又は疎水性有機溶媒が使用できる。更に、後述の疎水性有機溶媒中での共沸脱水では、プロピオン酸の沸点未満の加熱でも効率的に飽和有機カルボン酸、特にプロピオン酸を除去できるので好ましい。
かかる加熱条件としては、上記乾燥工程や表面架橋のための加熱時間で調整すればよいが、好ましくは150〜250℃、より好ましくは165〜230℃で、好ましくは10分以上行うとよい。より好ましくは15分〜2時間、更に好ましくは20分〜1時間である。上記条件で加熱を行えば、好ましくは含水率80〜3重量%、特に好ましくは70〜5重量%の含水ゲルが得られる。又、加熱処理には含水ゲルの熱風乾燥が好ましく、熱風風量0.1〜5[m/s]が好ましく、より好ましくは0.5〜3[m/s]で、上記露点の範囲、即ち、好ましくは熱風の露点が40〜100℃、より好ましくは露点が50〜90℃である。尚、他の好適な乾燥手段である疎水性有機溶媒中での共沸脱水については後述する。
水や風がない場合、加熱してもプロピオン酸の除去が不十分で、得られた吸水性樹脂に酸臭がすることがある。又、露点が低い場合も除去が不十分となりやすい。
又、重合後のプロピオン酸の除去には、疎水性有機溶媒中での共沸脱水も好ましいことも見いだされた。好ましい除去方法として、逆相懸濁重合の乾燥に用いられる共沸脱水が適用できる。疎水性有機溶媒は一般に沸点60〜140℃が好ましく、更に好ましくは80〜120℃程度の低沸点疎水性溶媒が使用できるが、本発明ではかかる低沸点、特にプロピオン酸の沸点(141℃)未満の溶媒での重合ないし共沸脱水(加熱温度の上限は溶媒の沸点)でも、プロピオン酸を極めて効率的に除去できることを見いだした。
逆相懸濁重合とは、単量体水溶液を疎水性有機溶媒に質量平均粒子径1〜0.1mm程度の粒子状で懸濁させる重合法であり、重合と同時に製品粒径のゲル粒子が得られる利点があり、例えば、米国特許第4093776号明細書、米国特許第4367323号明細書、米国特許第4446261号明細書、米国特許第4683274号明細書、米国特許第5244735号明細書等の米国特許に記載されている。本発明では、単量体の水溶液中に必要により界面活性剤や保護コロイドから選ばれる分散剤を溶解あるいは分散して含有させてもよい。特に逆相懸濁重合を本発明に採用する場合、この分散剤を単量体水溶液中に含有させることによって、疎水性有機溶剤での単量体ないし重合体の粒子形状での分散がより均一に起こり、最終的に得られる吸水性樹脂の粒子径分布がより狭くなる。
これらの界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル燐酸エステルやポリオキシエチレントリデシルエーテル燐酸エステル(いずれも第一工業製薬製:プライサーフ(登録商標))等の(ポリオキシエチレン)燐酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル等の非イオン系界面活性剤や、高級アルコール硫酸エステル、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルポリオキシエチレンサルフェート塩、ジアルキルスルホコハク酸塩等のアニオン系界面活性剤等の中から一種又は二種以上を分割選択して用いることができ、これらは一括又は分割して重合系に添加できる。更に、高分子保護コロイドとしては、エチルセルロース、エチルヒドロキシセルロース、(無水)マレイン酸−エチレン共重合体、(無水)マレイン酸−ブタジエン共重合体等が例示できる。中でも脂肪酸エステル系の界面活性剤、更にはHLBが8以上の非イオン系界面活性剤又はアニオン系界面活性剤が好ましい。界面活性剤ないし分散剤の使用量は、一般に単量体に対し0.05〜10重量%が好ましく、より好ましくは0.5〜5重量%である。
本発明で逆相懸濁重合の媒体として使用される疎水性有機溶剤としては、単量体水溶液と混和せず二相を形成するものであれば特に制限なく、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン等の脂肪族炭化水素類;シクロヘキサン、シクロオクタン、メチルシクロヘキサン、デカリン等の置換基を有してもよい脂環族炭化水素類;ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン等の置換基を有してもよい芳香族炭化水素水等があげられ、これらの1種又は2種以上の混合物を使用できる。特に好ましくはn−ヘキサン(沸点69℃)、n−ヘプタン(沸点98℃)、シクロヘキサン(沸点81℃)、メチルシクロヘキサン(沸点110℃)、トルエン(沸点81℃)又はキシレン(沸点139℃)である。疎水性有機溶剤と単量体水溶液の質量比率は3:2〜4:1程度が好ましい。重合中あるいは重合後に別途、分散剤や疎水性有機溶剤を加えてもよい。
これらの溶媒中に単量体を一括ないし分割で分散させ、単量体ないしその重合体の分散した溶媒を好ましくは40〜90℃の範囲、より好ましくは50〜80℃の範囲で加熱して、好ましくは0.5〜10時間の範囲、より好ましくは1〜5時間の範囲で重合すればよい。分散時の質量平均粒子径は通常10〜2000μmの範囲、物性面から好ましくは100〜1000μmの範囲、更に好ましくは200〜600μmの範囲であり、更に850μm以上及び150μm以下の微粉末の含有量は少ないほど、具体的には各々10重量%以下、更には5重量%以下が好ましい。これらは分散剤や溶媒の種類や量、攪拌動力、更には造粒等で適宜調整すればよい。
本発明で逆相懸濁重合を行うことで、重合も温和に制御できる。又、逆相懸濁重合の大きな利点として、一般的な熱風乾燥に比べて、疎水性有機溶媒中での共沸脱水による低温での乾燥(加熱上限は溶媒の沸点)を用いることで、低温乾燥(低沸点有機溶媒中での乾燥)にもかかわらず、重合後のプロピオン酸の除去が容易である。又プロピオン酸除去の観点から重合の際に水溶液重合を用いる場合も上記共沸脱水を用いることも好ましく、その場合、必要により上記界面活性剤や分散剤を使用することで水溶液重合後の含水ゲル状重合体を上記疎水性有機溶媒中に分散させたのち、疎水性有機溶媒中で共沸脱水すればよい。乾燥後の固形分は上記の範囲であり、共沸脱水後の吸水性樹脂は疎水性溶媒から濾過され、必要により疎水性溶媒等を更に乾燥すればよい。又プロピオン酸や界面活性剤等を含む疎水性有機溶媒は蒸留リサイクルすればよい。又表面架橋は任意であるが、疎水性溶媒中で分散系で行ってもよく、濾過後の粉体系で行ってもよい。
(2−10)塩基性物質の添加工程
プロピオン酸や酢酸はヒドロキシプロピオン酸に比べて低沸点であるため、本発明で得られた吸水性樹脂に臭気(酸臭)の問題がある場合、プロピオン酸や酢酸が多いアクリル酸(例;400ppm以上)を使用する場合、好ましくは、重合工程の後に塩基性物質を添加する工程を更に含む。
即ち、飽和有機酸(特にプロピオン酸)由来の酸臭低減の観点からは、中和率は高いほど好ましく、又、乾燥時の除去の観点からは中和率は低いほど好ましい。よって、酸臭の観点から重合時の中和率更に好ましくは乾燥前の中和率を好ましくは80モル%以下、より好ましくは70モル%以下、更に好ましくは60モル%以下とすることも、重合体粉体表面に塩基性物質を添加することも好ましい形態である。又、前記したように酸臭低減のために得られる吸水性樹脂の中和率を好ましくは上記10〜100モル%、更に好ましくは30〜95モル%の範囲で、最終的な中和率を高中和とし、好ましくは65モル%以上、より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは75モル%以上、より更に好ましくは80モル%以上、特に好ましくは85モル%以上、より特に90モル%以上の順に高めることが好ましい。かかる中和率の調整は重合時の単量体又は重合後の塩基の添加で行われる。
塩基性物質の添加で酸臭低減や通液性向上等が図れる。塩基性物質は、乾燥後、又は粉砕後、特に表面架橋後に添加するのが好ましい。これにより、吸水性樹脂粒子の表面が塩基性に制御される。添加される塩基性物質としては、無機又は有機の塩基性物質、更には、水溶性塩基ないし水分散性塩基が使用される。
(2−11)水溶性ポリアクリル酸(塩)
本発明は、その目的や効果の観点から、水不溶性水膨潤性のポリアクリル酸(塩)(別称;ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂)が最も好ましく適用されるが、水溶性のポリアクリル酸(塩)にも適用することができる。
当該水溶性ポリアクリル酸(塩)は、その炭素安定同位体比(δ13C)や14C/C、水素同位体比が上記(2−1)の範囲であり、又、その他微量成分として、上記p−メトキシフェノール、3−HPA等も上記範囲で含有することで、優れたトレーサビリティーを有する水溶性ポリアクリル酸(塩)とされる。
即ち、本発明のポリアクリル酸(塩)は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の上位概念として、水不溶性水膨潤性ポリアクリル酸(塩)(別称;ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂)又は水溶性ポリアクリル酸(塩)(別称;ポリアクリル酸(塩)系水溶性ポリマー)から選ばれる。
本発明における水溶性ポリアクリル酸(塩)は、上記(2−1)〜(2−10)、特に(2−1)〜(2−5)に記載した製造方法において、水溶性ポリマーとなる範囲、即ち、重合時又は重合後に架橋剤を実質的に使用しないことで得られる。特に、上記(2−1)に記載されたアクリル酸を用いて、(2−2)に記載された重合工程で架橋剤を用いずに重合することで、所定の13C量を有する水溶性ポリアクリル酸(塩)を得ることができる。
又、重合後の(2−3)乾燥工程は、水溶性ポリアクリル酸(塩)の製造では任意であり、水溶性ポリアクリル酸(塩)を乾燥せずに、ポリマー水溶液としてそのまま製品としてもよく、(2−3)乾燥工程、(2−4)粉砕・分級工程を経て、水溶性ポリマー粉末とすることもできる。この場合、分子量は好ましくは500〜1000万、より好ましくは1000〜100万、更に好ましくは1万〜20万の範囲で適宜決定することができる。尚、分子量は、重合時の連鎖移動剤、重合開始剤、重合濃度等で制御することができる。水溶性ポリアクリル酸(塩)の中和率は好ましくは0〜100モル%であり、より好ましくは0モル%或いは100モル%である。ポリマー水溶液とする場合の濃度は適宜決定されるが、上記重合濃度の範囲である。
水溶性ポリアクリル酸(塩)の製造方法は、特開2009−252498号、特開2003−02909号、特開平8−239423号等に開示された方法が適用でき、上記(2−1)アクリル酸を用いて重合すればよい。
〔3〕ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂
本発明は、上述したポリアクリル酸(塩)及びその製造方法を提供するが、分子量測定やTg(ガラス転移点)の測定が不可能なため、分析(トレース)が特に困難であったポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂に好ましく適用される。以下、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を中心に述べる。
本発明の吸水性樹脂は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とし、衛生用品、特に紙オムツへの使用を目的とする場合、上述した重合方法や表面架橋方法等によって得られる。更に得られる吸水性樹脂は、下記(3−1)〜(3−7)に挙げられた各物性のうち、少なくとも1以上の物性を制御することが好ましく、更にはAAPを含めた2以上、特に3以上の物性を制御することが好ましい。吸水性樹脂が下記の各物性を満たさない場合、吸水性樹脂濃度が40重量%以上の高濃度オムツでは十分な性能を発揮しないおそれがある。又、特定物性に制御することで、本発明では製造後のトレーサビリティーをより高めることができる。
(3−1)初期色調
本発明で得られる吸水性樹脂は、紙オムツ等の衛生用品の原材料として使用するため、白色粉末であることが好ましい。したがって、分光式色差計によるハンターLab表色系測定において、初期色調として、L値(Lightness/明度)が、85以上が好ましく、87以上がより好ましく、89以上が更に好ましい。又、a値は、−2〜2が好ましく、−1〜1がより好ましく、−0.5〜1が更に好ましく、0〜1が特に好ましい。更に、b値は、−5〜10が好ましく、−5〜5がより好ましく、−4〜4が更に好ましい。尚、上記L値の上限は100であるが、85以上を示せば、衛生用品等において色調による問題が発生しない。又、YI(Yellow Index)値は、10以下が好ましく、8以下が好ましく、6以下がより好ましい。更に、WB(White Balance)値は、70以上が好ましく、75以上がより好ましく、77以上が更に好ましい。
上記初期色調とは、製造後の粒子状吸水剤の色調を指し、一般的には工場出荷前に測定される色調をいうが、30℃以下、相対湿度50%RHの雰囲気下での保存であれば、製造後1年以内に測定される色調でもよい。
(3−2)経時色調
本発明にかかる吸水性樹脂は、上述した通り、紙オムツ等の衛生用品の原材料として使用するため、高温多湿条件下での長期貯蔵状態においても、清浄な白色状態を維持することが好ましい。したがって、分光式色差計によるハンターLab表色系測定において、経時色調として、L値(Lightness/明度)が少なくとも80を示すことが好ましく、81以上がより好ましく、82以上が更に好ましく、83以上が特に好ましい。又、a値は、−3〜3が好ましく、−2〜2がより好ましく、−1〜1が更に好ましい。更に、b値は、0〜15が好ましく、0〜12がより好ましく、0〜10が更に好ましい。尚、上記L値の上限は100であるが、80以上を示せば、高温多湿条件下での長期保存状態において実質上問題が発生しない。
上記経時色調とは、吸水性樹脂を温度70±1℃、相対湿度65±1%RHの雰囲気下、7日間曝露させた後に測定される色調をいう。
(3−3)CRC(無加圧下吸水倍率)(ERT441.2−02)
本発明で得られる吸水性樹脂のCRC(無加圧下吸水倍率)はERT441.2−02測定法で10[g/g]以上が好ましく、20[g/g]以上がより好ましく、25[g/g]以上が更に好ましく、30[g/g]以上が特に好ましい。CRCの上限値は、特に限定されないが、50[g/g]以下が好ましく、45[g/g]以下がより好ましく、40[g/g]以下が更に好ましい。上記CRCが10[g/g]未満の場合、吸水性樹脂の吸水量が低く、紙オムツ等、衛生用品中の吸収体への使用に適さないおそれがある。又、上記CRCが50[g/g]を超える場合、かような吸水性樹脂を吸収体に使用すると、液の取り込み速度に優れる衛生用品を得ることができないおそれがあるため、好ましくない。尚、CRCは、上述した内部架橋剤や表面架橋剤等で適宜制御することができる。
(3−4)AAP(加圧下吸水倍率)(ERT442.2−02)
本発明で得られる吸水性樹脂のAAP(加圧下吸水倍率)は、紙オムツでのモレを防止するため、上記粒度制御と表面架橋を達成手段の一例として、好ましくは1.9kPa、更に好ましくは4.8kPaの加圧下において、20[g/g]以上が好ましく、22[g/g]以上がより好ましく、24[g/g]以上が更に好ましい。AAPの上限値は、特に限定されないが、他の物性とのバランスから40[g/g]以下が好ましい。上記AAPが20[g/g]未満の場合、かような吸水性樹脂を吸収に使用すると、吸収体に圧力が加わった際の液の戻り(通常、「リウェット(Re−Wet)」とも称される)が少ない衛生用品を得ることができないおそれがあるため、好ましくない。尚、AAPは、上述した表面架橋剤や粒度等で適宜制御することができる。
(3−5)SFC(食塩水流れ誘導性)
本発明で得られる吸水性樹脂のSFC(食塩水流れ誘導性)は、紙オムツでのモレを防止するため、上記粒度制御と表面架橋を達成手段の一例として、加圧下において、1[×10−7・cm・s・g−1]以上が好ましく、10[×10−7・cm・s・g−1]以上がより好ましく、50[×10−7・cm・s・g−1]以上が更に好ましく、70[×10−7・cm・s・g−1]以上が特に好ましく、100[×10−7・cm・s・g−1]以上が最も好ましい。SFCの上限値は、特に限定されないが、3000[×10−7・cm・s・g−1]以下が好ましく、2000[×10−7・cm・s・g−1]以下がより好ましい。上記SFCが3000[×10−7・cm・s・g−1]を超える場合、かような吸水性樹脂を吸水体に使用すると、吸水体で液漏れが発生するおそれがあるため、好ましくない。尚、SFCは、上述した乾燥方法等で適宜制御することができる。
(3−6)Ext(水可溶分)(ERT470.2−02)
本発明で得られる吸水性樹脂のExt(水可溶分)はERT470.2−02の測定法で35重量%以下が好ましく、25重量%以下がより好ましく、15重量%以下が更に好ましく、10重量%以下が特に好ましい。上記Extが35重量%を超える場合、得られる吸水性樹脂のゲル強度が弱く、液透過性に劣ったものとなるおそれがある。又、かような吸水性樹脂を吸水体に使用すると、吸水体に圧力が加わった際の液の戻り(リウェット)が少ない吸水性樹脂を得ることができないおそれがあるため、好ましくない。尚、Extは、上述した内部架橋剤等で適宜制御することができる。
(3−7)Residual Monomers(残存モノマー)(ERT410.2−02)
本発明で得られる吸水性樹脂のResidual Monomers(残存モノマー)はERT410.2−02測定法で1000ppm以下が好ましく、500ppm以下がより好ましく、400ppm以下が更に好ましく、300ppm以下が特に好ましく、200ppm以下が最も好ましい。尚、Residual Monomersは、上述した重合方法等で適宜制御することができる。
(3−8)FSR(Free Swell Rate/吸水速度)
生理食塩水に対する20倍膨潤時間で規定される吸水速度は好ましくは0.1[g/g/s]以上、更に好ましくは0.15[g/g/s]以上、より好ましく0.20[g/g/s]以上、より更に好ましくは0.30[g/g/s]以上である。上限は他の物性とのバランスから、好ましくは2.00[g/g/s]以下、更に好ましくは1.00[g/g/s]程度である。
FSRは、国際公開第2009/016055号パンフレットに開示された測定方法に準じて、吸水性樹脂粉末又は表面処理された吸水性樹脂1.00gについて、20gの生理食塩水に対するFSR(吸水速度)[g/g/s]を求めることができる。FSRは粒度制御や発泡重合、造粒等で表面積を上昇させたり、表面の親水化等で制御できる。吸水速度(FSR)が0.10[g/g/s]未満の場合、衛生材料、特に紙オムツとして好ましくない。
(3−9)粒度(PSD(ERT420.2−02))
上記(2−5)粉砕工程、分級工程に記載した範囲の粒度とすることが好ましい。かかる粒度となることで、吸水速度、通液性、加圧下吸水倍率等に優れた吸水性樹脂となる。
(3−10)その他微量成分
本発明で得られた吸水性樹種は残存モノマー以外の微量成分として、残存モノマーの観点から3−HPAは1000ppm以下が好ましく、更に好ましくは500ppm以下、より更に好ましくは300ppm以下、特に100ppm以下が好ましい。又、酸臭低減の観点からプロピオン酸(好ましくは酢酸)も1000ppm以下であり、これらは上記範囲に低減されることが好ましい。更に、着色抑制の観点からFeや(ジ)ヒドロキシプロピオン酸や重合禁止剤(特にp−メトキシフェノール)も上記範囲に低減されることが好ましい。微量成分は残存モノマーに準じて吸水性樹脂より抽出して液体クロマトクラフィィー(HPLC)等で定量できる。
即ち、上記理由から、本発明では好ましくは吸水性樹脂が下記のいずれかひとつ以上、より好ましくは2つ以上、更に好ましくは3つ以上、特に4つ同時に下記の含有量を満たすことが好ましい。
・3−ヒドロキキシプロピオン酸の含有量が1000ppm以下、更には上記(3−9)に記載の範囲である。
・重合禁止剤(特にp−メトキシフェノール)の含有量が1〜160ppm、更には上記(2−1)に記載の範囲、5〜60ppm、6〜40ppm、8〜30ppm、特に8〜20ppmの範囲である。
・Fe含有量が0〜2ppm、更には上記(2−2)に記載の範囲である。
・モノ又はジヒドロキシアセトンの含有量が0〜10ppm以下、更には上記(2−1)に記載の範囲である。
又、トレーサビリティーと物性(特に通液性やAnti−caking)の面から、多価金属塩、ポリアミンポリマー、水不溶性無機粒子から選ばれる1種以上の表面処理剤で被覆されてなることが好ましい。
〔4〕ポリアクリル酸(塩)、特にポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の同定方法/追跡方法
本発明は、製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の同定方法であって、該吸水性樹脂中の13C量及び14C量を定量する、吸水性樹脂の同定方法を提供する。同定するには、おむつ等に組み込まれた吸水性樹脂や、土中に埋められた吸水性樹脂を取り出し、13C量及び14C量を定量すればよい。吸水性樹脂の同定ないし追跡の精度を高めるために、吸水性樹脂の物性を測定したり、微量成分を定量すればよい。又、必要により上記分析される物性としては、吸水倍率、加圧下吸水倍率、粒度分布、可溶成分、粒度、通液性等が例示され、分析される微量成分としては残存モノマー、残存飽和有機酸(特にプロピオン酸)、残存架橋剤等である。好ましくは複数、更に好ましくは3種類以上、特に好ましくは5種類以上の物性や微量成分について吸水性樹脂を分析し、過去の標準サンプル(保管された吸水性樹脂ないしその同等品)と比較することで、吸水性樹脂の同定/あるいは追跡を行うことができる。尚、吸水性樹脂の物性や微量成分の測定法は本発明に記載に限定されず、本発明の目的を達成する範囲において、適宜、上記特許文献1〜21等に記載の類似、同等又は新規の測定法や分析法を用いて、標準サンプルと比較すればよい。
〔5〕ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の用途
本発明にかかる製造方法により得られる吸水性樹脂の用途は、特に限定されず、紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パット等の衛生用品、農園芸用保水剤、廃液固化剤や、工業用止水材等、吸収性物品に使用することができる。
本発明の吸水性樹脂は、どの工場、どのプラント、どの製造ラインから製造されたかの判別が容易であり、廃棄されるまでに起こりうる様々な吸水性樹脂のトラブルについて、吸水性樹脂の製造過程に立ち戻って検証可能な方法トレーサーを含むため、製造後の市場に流通した吸水性樹脂について、13C量及び14C量を定量することで、同定や追跡方法が可能となる。又、13C量及び14C量の制御のため、アクリル酸の炭素源としてC3植物を使用することで、CO削減やカーボンニュートラルな吸水性樹脂を提供する。
又、非化石原料由来でありながら従来の天然物系吸水性樹脂に比べて格段に高物性であり、更に、石油価格に大きく依存する従来の吸水性樹脂に対して、原料コストを適宜調整できる。
本発明で得られる吸水性樹脂は、吸水性樹脂を高濃度に使用する吸収性物品で、特に優れた性能が発揮される。即ち、該吸収性物品中の吸収体における吸水性樹脂の含有量(コア濃度)は、30〜100重量%が好ましく、40〜100重量%がより好ましく、50〜100重量%が更に好ましく、60〜100重量%が更により好ましく、70〜100重量%が特に好ましく、75〜95重量%が最も好ましい。該コア濃度を上記範囲内とすることで、本発明の効果をより発揮することができるため好ましい。特に、本発明で得られる吸水性樹脂を上記コア濃度の範囲内で吸収体上層部分に使用する場合、高通液性(加圧下通液性)のため、尿等の吸収液の拡散性に優れ、効率的な液分配によって、紙オムツ等、吸収性物品全体の吸収量が向上するため、好ましい。更に、衛生感のある白色状態が保たれた吸収性物品を提供することができるため、好ましい。
〔6〕ポリアクリル酸(塩)の用途
本発明のポリアクリル酸(塩)は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とした粉末又は水溶液(濃度は例えば1〜80重量%)であって、ビルダー、増粘剤、液体洗剤、分散剤、パップ等に使用できる。本発明では製造後や各種用途でのトレーサビリティーをより高めることができる。
以下、実施例に従い本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。又、便宜上、「リットル」を「L」、「重量%」を「wt%」と記すことがある。尚、本発明の吸水性樹脂の諸物性は、特に記載がない限り、室温(20〜25℃)、湿度50RH%の条件下で測定した。
以下の物性については、ERTに準じて測定した。
(a)「CRC」(ERT441.2−02)
(b)「AAP」(ERT442.2−02)−荷重1.9kPa更には4.9kPa
(c)「Ext」(ERT470.2−02)
(d)「FSC」(ERT440.2−02)
(e)「Residual Monomers」(ERT410.2−02)
(f)「PSD」(ERT420.2−02)
[SFC(生理食塩水流れ誘導性)]
SFC(生理食塩水流れ誘導性)は、膨潤した吸水性樹脂の液透過性を示す値であり、値が大きいほど高い液透過性を有することを示している。尚、SFCの測定は、米国特許第5849405号明細書に開示された方法にしたがって行った。
[含水率]
底面の直径が約50mmのアルミカップに、吸水性樹脂1.00gを量り取り、試料(吸水性樹脂及びアルミカップ)の総重量W8[g]を測定した。
次に、雰囲気温度180℃のオーブン中に上記試料を静置し、吸水性樹脂を乾燥させた。3時間経過後オーブンから該試料を取り出し、デシケーター中で室温まで冷却した。その後、乾燥後の試料(吸水性樹脂及びアルミカップ)の総重量W9[g]を測定し、次式にしたがって含水率(単位;[重量%])を算出した。
Figure 2011136237
[質量平均粒子径(D50)、粒子径150μm未満の質量百分率、粒度分布の対数標準偏差(σζ)]
以下の目開きを有するJIS標準篩を用いて吸水性樹脂10.00gを分級し、ふるい毎の重量を測定し、粒子径150μm未満の重量百分率を算出した。又、各粒度の残留百分率Rを数確率紙にプロットし、このグラフからR=50重量%に相当する粒子径を質量平均粒子径(D50)として読み取った。尚。質量平均粒子径(D50)は、米国特許第5051259号明細書等に開示されているように、粒子全体の50重量%に対応する標準篩の粒子径のことをいう。更に、粒度分布の対数標準偏差(σζ)は下記の式にしたがって算出した。尚、粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、値が小さいほど粒度分布が狭いことを意味する。
Figure 2011136237
ここで、X1はR=84.1重量%、X2はR=15.9重量%に相当する粒子径である。
上記JIS標準篩(The IIDA TESTING SIEVE:内径80mm)は、目開き850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm、106μm、45μmのものを用意した。又、ロータップ型ふるい振盪機(株式会社飯田製作所製;ES−65型ふるい振盪機)で5分間分級を行った。
[吸水性樹脂の色調評価]
吸水性樹脂の色調評価は、ハンターLab表色系で実施した。尚、測定装置(分光式色差計)としては、HunterLab社製のLabScan(登録商標)XEを使用し、その測定条件としては、反射測定を選択した。又、粉末・ペースト試料用容器(内径30mm、高さ12mm)、粉末・ペースト用標準丸白板No.2及び30Φ投光パイプを用いた。
上記粉末・ペースト試料用容器に吸水性樹脂約5gを充填し、室温(20〜25℃)、相対湿度50RH%の雰囲気下で、上記分光式色差計にて該吸水性樹脂表面のL値(Lightness:明度指数)、a値、b値を測定した。
本発明においては、製造直後の吸水性樹脂、あるいは、気温30℃以下、相対湿度50RH%以下の雰囲気下での保存期間が製造後1年以内である吸水性樹脂の色調を「初期色調」とし、この際に測定されたL値を「曝露前の明度指数」という。
又、「着色促進試験」として、以下の操作を行い、「曝露後の明度指数」を測定した。
上記着色促進試験は、温度70±1℃、相対湿度65±1RH%の雰囲気に調整した恒温恒湿機(エスペック株式会社製小型環境試験器;形式SH−641)中に、吸水性樹脂約5gを充填した粉末・ペースト試料用容器を入れ、7日間曝露することで実施した。
上記曝露後の吸水性樹脂についての色調を「経時色調」とし、この際に測定されたL値を「曝露後の明度指数」という。
尚、上記L値は100に近づくほど白色度が増し、a値、b値は0(ゼロ)に近いほど、低着色で実質的に白色となる。
[δ13C(炭素安定同位体比)]
米国材料試験協会(American Society of Testing and Materials)で規定される前処理方法(ASTM D6866/MethodB)により、試料をCO化させた後、鉄触媒を用いた完全還元処理によりC(グラファイト)化し、加速器質量分析(Accelerator Mass Spectrometry)法により、炭素安定同位体比(δ13C)を求めた。尚、計算式には、(1−7)「炭素安定同位体比(δ13C)」及び数1を参照する。又、PDBは、Pee Dee Belmniteの略称であり、13C/12Cの標準体を指す。
又、14C濃度の標準体として、米国国内率標準技術研究所が提供しているシュウ酸標準物質(HOxII)から合成したグラファイトを用いた。加速器質量分析によって試料及び標準体の炭素同位体比(14C/12C比,13C/12C比)を測定し、それらの測定結果から14C濃度を算出した。測定により得られた試料の14C濃度を用いて、試料中に含まれる炭素について、バイオマス由来の炭素と化石原料由来の炭素の混合割合を評価できる。
即ち、ポリアクリル酸(塩)を構成する炭素をCO化、或いは得られたCOを更にグラファイト(C)としたのち、炭素同位体比の加速器質量分析することで、本発明のポリアクリル酸(塩)は同定又は追跡が可能である。又、水素同位体比もポリアクリル酸(塩)を構成する水素をH化した後、別途、分析できる。
[その他の微量成分]
上記(e)「Residual Monomers」(ERT410.2−02)に準じて、吸水性樹脂又はポリアクリル酸(塩)を生理食塩水に分散させて濾過した抽出液について、抽出液中のヒドロキシプロピオン酸、プロピオン酸、p−メトキシフェノール量等を液体クロマトグラフィーで分析した。液体クロマトグラフィーのカラムや溶離液や検量線は微量成分にあわせて適宜設定される。
[耐候性(耐光性)]
国際公開第2011/040530号の段落[0305]〜[0309]に準じて、吸水性樹脂3.0gから得られた20倍膨潤ゲル60gに対して、照射強度60[mW/cm]で1分間、室温で紫外線を照射し、紫外線を照射による膨潤ゲルの水可溶分の増加量(%)を特定することで、耐候性(耐光性)とした。
[p−メトキシフェノール量]
国際公開第2011/040530号の段落[0317]に従い測定した。
[比較例1]
C4植物であるサトウキビを出発原料とするグルコースから3−ヒドロキシプロピオン酸を経て、更に脱水及び精製を行うことで、炭素安定同位体比(δ13C)が−13‰、水素同位体比が−200‰(対SMOW)、放射性炭素(14C/C)が約1×10−12のアクリル酸を得た。
上記得られたアクリル酸に、NaOH水溶液を中和温度60℃で添加し、中和率75モル%で濃度35重量%のアクリル酸ナトリウム水溶液を得た。このとき、3−ヒドロキシプロピオン酸の含有量は2100ppm(対アクリル酸ナトリウム水溶液)であった。
該アクリル酸ナトリウム水溶液に、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレートを0.05モル%(対アクリル酸ナトリウム塩)を溶解させることで、単量体(1)を得た。該単量体(1)350gを容積1Lの円筒型容器に3分以内で投入し、2[L/min]で窒素バブリングを20分間行い、脱気した。次いで、過硫酸ナトリウム0.12[g/モル](対単量体)、及びL−アスコルビン酸0.005[g/モル](対単量体)を水溶液状態で、攪拌下の上記単量体(1)に添加して重合を開始した。重合開始後に攪拌を停止し、静置水溶液重合を行った。重合開始後14分経過したところで、ピーク重合温度110℃を示した。その後、30分経過後に円筒型容器から重合物を取り出し、比較含水ゲル状架橋重合体(1)を得た。
得られた比較含水ゲル状架橋重合体(1)を、雰囲気温度45℃の条件下で、ミートチョッパー(孔径8mm)によって細分化した後、3分以内に乾燥機に導入した。該乾燥は、風速1.8[m/sec]、温度170℃の熱風を20分間吹き付けることで、行った。該乾燥操作により得られた比較乾燥重合物(固形分濃度;約95重量%)をロールミルで粉砕し、JIS標準篩で850〜150μmに分級することで、比較粒子状吸水性樹脂(1)を得た。
得られた比較粒子状吸水性樹脂(1)100重量部に対して、表面架橋剤として、エチレングリコールジグリシジルエーテル(商品名デナコール(登録商標)EX−810;ナガセ化成株式会社製)0.05重量部/プロピレングリコール(天然物由来)0.5重量部/イソプロピルアルコール1重量部/水3重量部からなる混合物を噴霧添加した後、200℃のオイルバス中で40分間加熱処理を行い、表面架橋された比較吸水性樹脂(1)を得た。
得られた比較吸水性樹脂(1)のハンターLab表色系のL値は89の白色であった。又、炭素安定同位体比(δ13C)は−13‰及び14C/Cは約1.2×10−12(炭素中の非化石原料(現代炭素率;pMC)が実質100%)であった。CRCは32[g/g]、AAP(50[g/cm])は24[g/g]、FSRは0.20[g/g/s]であった。又、プロピオン酸含有量は600ppm、可溶分は10質量%、残存モノマーは300ppm、粒子径が150μm以上850μm未満の粒子の割合が99質量%、質量平均粒子径が400μmであった。尚、14C/Cは1.2×10−12であった。
[比較例2]
化石資源である原油のクラッキングにより得られたプロピレンガスを出発原料として合成されたアクリル酸を使用した以外は、実施例1と同様の操作を行った。
得られた比較吸水性樹脂(2)中の物性は比較例1の比較吸水性樹脂(1)と同程度であり、炭素安定同位体比(δ13C)は−25‰及び14C/Cが1.0×10−14未満であった。よって、実質100%が化石原料であることが確認された。
[実施例1]
C3植物(パーム油)由来の天然油脂を出発原料として、該天然油脂のエステル交換反応によりグリセリンを得、次いで、得られたグリセリンの発酵反応により3−ヒドロキシプロピオン酸を得、更に、得られた3−ヒドロキシプロピオン酸の脱水反応によりアクリル酸を得た。
上記得られたアクリル酸に、NaOH水溶液を中和温度60℃で添加し、中和率75モル%で濃度35重量%のアクリル酸ナトリウム水溶液を得た。このとき、3−ヒドロキシプロピオン酸の含有量は2100ppm(対アクリル酸ナトリウム水溶液)であった。
該アクリル酸ナトリウム水溶液に、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレートを0.05モル%(対アクリル酸ナトリウム塩)を溶解させることで、単量体(1)を得た。該単量体(1)350gを容積1Lの円筒型容器に3分以内で投入し、2[L/min]で窒素バブリングを20分間行い、脱気した。次いで、過硫酸ナトリウム0.12[g/モル](対単量体)、及びL−アスコルビン酸0.005[g/モル](対単量体)を水溶液状態で、攪拌下の上記単量体(1)に添加して重合を開始した。重合開始後に攪拌を停止し、静置水溶液重合を行った。重合開始後14分経過したところで、ピーク重合温度110℃を示した。その後、30分経過後に円筒型容器から重合物を取り出し、含水ゲル状架橋重合体(1)を得た。
得られた含水ゲル状架橋重合体(1)は、雰囲気温度45℃の条件下で、ミートチョッパー(孔径8mm)によって細分化した後、3分以内に乾燥機に導入した。該乾燥は、風速1.8[m/sec]、温度170℃の熱風を20分間吹き付けることで、行った。該乾燥操作により得られた乾燥重合物(固形分濃度;約95重量%)をロールミルで粉砕し、JIS標準篩で850〜150μmに分級することで、粒子状吸水性樹脂(1)を得た。
得られた粒子状吸水性樹脂(1)100重量部に対して、表面架橋剤として、エチレングリコールジグリシジルエーテル(商品名デナコール(登録商標)EX−810;ナガセ化成株式会社製)0.05重量部/プロピレングリコール(天然物由来)0.5重量部/イソプロピルアルコール1重量部/水3重量部からなる混合物を噴霧添加した後、200℃のオイルバス中で40分加熱処理を行い、表面架橋された吸水性樹脂(1)を得た。
得られた吸水性樹脂(1)中の物性は比較吸水性樹脂(1)と同程度(実質同じ)であり、又、炭素安定同位体比(δ13C)は−38‰及び14C/Cは約1.2×10−12(炭素中の非化石原料(現代炭素率;pMC)が実質100%)であった。実施例1と比較例1,2は同じ物性及び同じ高分子構造であっても、13C量及び14C量で区別できることがわかる。即ち、本発明の吸水性樹脂は高く、かつ正確なトレーサビリティーを有する。
[比較例3]
実施例1において、C4植物由来(トウモロコシ)の天然油脂を出発原料として、該天然油脂のエステル交換反応によりグリセリンを得た以外は同様に、グリセリンからアクリル酸更に重合によって比較吸水性樹脂(3)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(3)の炭素安定同位体比(δ13C)は−12‰及び14C/Cは約1.2×10−12(炭素中の非化石原料(現代炭素率;pMC)がほぼ100%)であった。又、比較吸水性樹脂(3)の物性は吸水性樹脂(1)と同程度であった。
[比較例4]
実施例1において、850〜150μmの分級工程に代えて、850〜425μmで分級した以外は同様に操作したところ、δ13C及び14C/Cは同じであり、吸水速度(FSR)は0.13[g/g/s]となった。
[実施例2]
実施例1で用いたC3物由来のアクリル酸(非化石原料)と、比較例2で用いたアクリル酸(化石原料)とを1:1で混合して得られたアクリル酸を用いた以外は、実施例1に同様に重合・乾燥・粉砕・分級・表面架橋等を行うことで、炭素安定同位体比(δ13C)が−31‰及び14C/Cは約0.6×10−12である吸水性樹脂(2)を得た。吸水性樹脂(2)の物性は吸水性樹脂(1)と同程度(実質同じ)であったが、かかる吸水性樹脂(2)は、実施例1の吸水性樹脂(1)とは異なるδ13C及び14C/Cを有することにより、独自の炭素安定同位体比を示し、容易に特定できることが判る。尚、14C/Cよりポリアクリル酸中の炭素の非化石原料と化石原料の比が1:1であることが判明した。その他の物性は、実施例1とほぼ同等であり、本発明の要件を満たしていた。
[実施例3]
実施例1で用いたC3植物由来のアクリル酸(非化石原料)と、比較例2で用いたアクリル酸(化石原料)とを3:1で混合して得られたアクリル酸を用いた以外は、実施例1に同様に重合・乾燥・粉砕・分級・表面架橋等を行うことで、炭素安定同位体比(δ13C)が−28‰及び14C/Cは約0.9×10−12である吸水性樹脂(3)を得た。吸水性樹脂(3)の物性は吸水性樹脂(1)と同程度(実質同じ)であったがかかる吸水性樹脂(3)は、実施例1の吸水性樹脂(1)とは異なるδ13C及び14C/Cを有することにより、独自の炭素安定同位体比を示し、容易に特定できることが判る。尚、14C/Cよりポリアクリル酸中の炭素の非化石原料(pMC)と化石原料の比が3:1であることが判明した。その他の物性は、実施例1とほぼ同等であり、本発明の要件を満たしていた。
[比較例5]
米国国内で市販の紙おむつ(パンパース(登録商標);製造元プロクターアンドギャンブル)より、吸水性樹脂を取り出し分析したところ、部分中和ポリアクリル酸ナトリウム塩であり、その炭素安定同位体比は−25‰であり、14C/Cは1.0×10−14未満であった。本発明の吸水性樹脂は製造後も、容易に特定できることが判る。
[実施例4]
実施例1で得られた吸水性樹脂(1)100重量部について、27.5重量%硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8重量%)1.17重量部、60重量%乳酸ナトリウム水溶液0.196重量部、プロピレングリコール0.029重量部からなる表面架橋剤溶液(イオン結合性表面架橋剤)を均一に混合した。硫酸アルミニウムを添加することで通液性(SFC)を90まで向上するとともに、アルミニウム元素(アルミニウムカチオン量)やより高い通液性で他の吸水性樹脂との区別がより容易かつ確実になり、13C及び14Cに加えてトレーサビリティーがより向上した。尚、比較例1において測定したその他の物性との比較ではほぼ同等であった。
[実施例5]
C3植物であるパーム油から得られたコーンオイルのバイオディーセル化で得られたグリセリンを気相脱水してアクロレインを得て、ついでアクリル酸に気相酸化したのち、蒸留及び晶析することで、パーム油由来のアクリル酸(δ13Cが−34‰、14C/Cより100%が天然物(現代炭素))を得た。
上記アクリル酸に重合禁止剤及びトレーサーとしてp−メトキシフェノール70ppmを添加した。上記得られたアクリル酸に、NaOH水溶液を中和温度60℃で添加し、中和率75モル%で濃度38質量%のアクリル酸ナトリウム水溶液を得た。更に、架橋剤としてトリメチロールプロパントリアクレート0.05モル%を添加したのち、単量体水溶液20℃にしたのち、重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.12g/モル、L−アスコルビン酸0.005g/モルを添加して重合を行い、更に、実施例1と同様に乾燥・粉砕・分級した。ついで、吸水性樹脂100重量部に、表面架橋剤としてグリセリン0.5重量部/硫酸アルミニウム16水和物0.2重量部/水2重量部/イソプロパノール0.5重量部からなる表面架橋剤水溶液を添加して更に180℃で30分加熱することで、表面架橋された吸水性樹脂(5)を得た。
得られた吸水性樹脂(5)のハンターLab表色系のL値は89の白色であった。又、炭素安定同位体比(δ13C)は−34‰であった。更に、CRCは27[g/g]、AAP(荷重50[g/cm])は21[g/g]、SFCが50[×10−7・cm・s・g−1]、FSRが0.20[g/g/s]であった。又、プロピオン酸含有量は1300ppm、p−メトキシフェノールは10ppm、可溶分は10質量%、残存モノマーは300ppmで、粒子径が150μm以上850μm未満の粒子の割合が99重量%、質量平均粒子径(D50)が380μmであった。又、14C/Cが1.2×10−12であり、実質100%が非化石原料由来であることもわかる。尚、多価カチオン量(Al3+)は吸水性樹脂から抽出して測定することでほぼ添加量と一致した。
[比較例6]
実施例5において、化石原料として石油由来のプロピレンから気相酸化で得られたアクリル酸を使用することで同様に行い、比較吸水性樹脂(6)(δ13Cが−27‰、14C/Cが1.0×10−14未満(実質的に100%が化石原料由来))を得た。尚、比較吸水性樹脂(6)の物性は吸水性樹脂(5)と同等であった。
[実施例6]
実施例5において、米国特許公開2007/0219521号及びその実施例2(20−240mesh;850−53μm)に準じて、粒度を850−53μmとしたところ、粒子径が150μm以上850μm未満の粒子の割合が91質量%となった。SFCが実施例5の50[×10−7・cm・s・g−1]から、実施例6で得られた吸水性樹脂(6)は粒度を変えることで42[×10−7・cm・s・g−1]に低下した。他の物性や他素同位体比や14C/Cの値は実施例5と同程度であり、本発明の要件を満たしていた。
[実施例7]
実施例5において、米国特許公開2007/0219521号及びその実施例2(表面架橋剤はエチレンカーボネートのみ。多価金属である硫酸アルミニウムは未使用)に準じてグリセリンのみで表面架橋を行った。多価金属を使用しないことで、SFCが実施例5の50[×10−7・cm・s・g−1]から表面架橋剤を変えることで、得られた吸水性樹脂(7)のSFCは30[×10−7・cm・s・g−1]に低下した。他の物性や他素同位体比や14C/Cの値は実施例5と同程度であり、本発明の要件を満たしていた。
[実施例8]
実施例5において、米国特許公開2007/0219521号及びその実施例2(重合時のp−メトキシフェノールは未使用)に準じて、p−メトキシフェノールなしで重合を行った。得られた吸水性樹脂(8)は実施例5の吸水性樹脂(5)とほぼ同程度の物性であったが、p−メトキシフェノールは検出されず、結果、耐光性も約10%低下(30倍膨潤ゲルに対する紫外線照射で可溶分増加量で規定)していた。
[実施例9]
実施例5において、表面架橋剤に硫酸アルミニウム16水和物0.2重量部を使用せず、表面架橋後の吸水性樹脂100重量部に水不溶性無機微粒子として、アエロジル200(日本アエロジル社製シリカ微粒子)0.3重量部を乾式混合した。AAP(荷重50[g/cm])は19[g/g]に低下し、SFCが55[×10−7・cm・s・g−1]となった以外は実施例5と同様な吸水性樹脂(9)が得られた。
[実施例10]
実施例5において、表面架橋剤に硫酸アルミニウム16水和物0.2重量部を使用せず、表面架橋後の吸水性樹脂100重量部にポリエチレンイミン(P−1000、日本触媒)0.3重量部を水溶液で混合した。AAP(荷重50[g/cm])は20[g/g]に低下し、SFCが53[×10−7・cm・s・g−1]となった以外は実施例5と同様な吸水性樹脂(10)が得られた。
[実施例11]
実施例5で用いたアクリル酸を用いて水溶性ポリアクリル酸(塩)を得た。
即ち、冷却管を取付けた300mlフラスコにイソプロパノール(以下、IPAと略する。)55g、純水42g、過硫酸アンモニウム(以下APSと略する。)1.1gを仕込み攪拌しながら80℃に加熱した。ここに実施例5で用いたアクリル酸90g、10重量%APS水溶液11.0gを各々独立に、かつ同時に4時間かけて滴下した。滴下終了後、80℃で1時間熟成を行い、熟成後IPA及び水を系内より共沸留去した。留去量は70gで、このときフラスコ中のIPA濃度は0.5重量%以下となった。冷却後、40重量%のNaOH水溶液125gを加え、中和し、更に系内pHが10になるように40重量%のNaOH水溶液を添加した。そののち45gの水を加え、40重量%ポリアクリル酸ソーダ水溶液を得た。このポリアクリル酸ソーダ水溶液からポリアクリル酸ソーダ(13Cが−34‰)が得られた。。その炭素安定同位体比は−34‰であり、14C/Cは約1.0×10−12であった。この水溶性ポリアクリル酸ソーダは、従来の石油由来のポリアクリル酸(塩)や、C4植物由来のポリアクリル酸(塩)と区別することができる。
[実施例12]
本発明の吸水性樹脂のトレーサビリティーを確認するため、下記の仮想実験を行った。
即ち、2009年に米国で入手した紙オムツ(全10サンプル)から吸水性樹脂を取り出し、それら10サンプルのうち、ひとつのサンプルが実施例4で製造された吸水性樹脂(4)であると仮定する。
上記10サンプルを先ず電子線マイクロアナライザ(EPMA)を用いて、吸水性樹脂表面の存在する元素を分析したところ、5サンプルでアルミニウムが検出された。アルミニウムが検出された5サンプルについて、SFCを測定したところ、3サンプルについてSFCが0〜10[×10−7・cm・s・g−1]、残りの2サンプルについてSFCが25〜35[×10−7・cm・s・g−1]であった。更にSFCが高い値を示した2サンプルについて、CRC、AAP、Ext、残存モノマーを測定したところ、ほぼ同じ値を示した。次いで、この2サンプルについて13C及び14Cを測定したところ、一方のδ13Cが−27‰、14C/Cが1.0×10−14未満であり、他方のδ13Cが−34‰、14C/Cが約1.0×10−12であった。以上の結果から、δ13C値が−34‰のサンプルが吸水性樹脂(4)であることが分かる。
本実施例12では、アルミニウムの有無により一次スクリーニングを行い、サンプルの測定点数を絞った上で、炭素安定同位体比を測定する方法を示している。
バイオマス由来物の使用によって、燃焼しても大気中の二酸化炭素が増えることはなく、地球環境にやさしい吸水性樹脂を得ることができる。又、本発明によれば、吸水性樹脂の製造過程から消費者が利用し、廃棄されるまでに起こりうる様々な吸水性樹脂のトラブルについて、吸水性樹脂の製造過程に立ち戻って検証可能である。

Claims (20)

  1. 加速器質量分析法によって測定される炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満で、かつ、放射性炭素年代測定法によって測定される14C/Cが1.0×10−14以上である、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、更に下記(1)〜(6)に規定する物性を満たすことを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。
    (1)CRC(ERT441.2−02)が10[g/g]以上
    (2)AAP(ERT442.2−02)が20[g/g]以上
    (3)Ext(ERT470.2−02)が35重量%以下
    (4)Residual Monomers(ERT410.2−02)が1000ppm以下
    (5)PSD(ERT420.2−02)による粒子径が150μm以上850μm未満の粒子が90重量以上
    (6)FSRが0.15[g/g/s]以上
  2. 前記ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂中のプロピオン酸含有量が2000ppm以下である、請求項1に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。
  3. 前記ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、有機表面架橋剤で更に表面架橋され、更に必要により、多価金属塩、ポリアミンポリマー、水不溶性無機粒子から選ばれる表面処理剤で被覆されてなる、請求項1又は2に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。
  4. 前記炭素安定同位体比(δ13C)が−40〜−26‰である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。
  5. 前記ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、更に、下記のいずれかひとつ以上の含有量を満たすものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。
    ・3−ヒドロキキシプロピオン酸の含有量が1000ppm以下
    ・重合禁止剤の含有量が1〜160ppm
    ・Fe含有量が0〜2ppm
    ・モノ又はジヒドロキシアセトンの含有量が0〜10ppm以下
  6. 更に、前記ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、SFCが10[×10−7・cm・s・g−1]以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。
  7. 水素同位体比(δD‰,vsSMOW)が−15〜−300‰である、請求項1〜6の何れか1項に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂。
  8. 加速器質量分析法によって測定される、炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満で且つ14C/Cが1.0×10−14以上である、ポリアクリル酸(塩)。
  9. 前記炭素安定同位体比(δ13C)が−40〜−26‰である、請求項8に記載のポリアクリル酸(塩)。
  10. 水溶性不飽和単量体の重合工程、得られた含水ゲル状架橋重合体の乾燥工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、
    前記重合工程では、水溶性不飽和単量体として、
    炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満かつ放射性炭素(14C/C)が1.0×10−14以上のアクリル酸を重合することを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法。
  11. 製造ライン、製造時間、製品品番のいずれかによって、前記重合工程におけるアクリル酸の炭素安定同位体比(δ13C)を変化させる、請求項10に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法。
  12. 前記アクリル酸の原料主成分がC3植物由来のバイオマスから得られるものである、請求項10又は11に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法。
  13. 前記水溶性不飽和単量体は、異なる炭素安定同位体比(δ13C)を有するアクリル酸を混合したものである請求項10〜12のいずれか1項に記載の製造方法。
  14. 前記乾燥工程後に、乾燥工程で得られた乾燥物は、有機表面架橋剤で更に表面架橋され、更に必要により、多価金属塩、ポリアミンポリマー、水不溶性無機粒子から選ばれる表面処理剤で被覆されてなる、請求項10〜13のいずれか1項に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法。
  15. 更に、前記水溶性不飽和単量体が下記のいずれかひとつ以上を満たす、請求項10〜14のいずれか1項に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法。
    ・3−ヒドロキキシプロピオン酸の含有量が1000ppm以下
    ・重合禁止剤の含有量が1〜160ppm
    ・Fe含有量が0〜2ppm
    ・モノ又はジヒドロキシアセトンの含有量が0〜10ppm以下
  16. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を含む、衛生用品。
  17. 水溶性不飽和単量体の重合工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、
    前記重合工程では、水溶性不飽和単量体として、炭素安定同位体比(δ13C)が−20‰未満かつ放射性炭素(14C/C)が1.0×10−14以上のアクリル酸を重合することを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)の製造方法。
  18. 製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の同定方法であって、
    該製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の13C量及び14C量と、該ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造に用いた重合前のアクリル酸の13C量及び14C量とを、13C量は加速器質量分析法によって定量すると共に、14C量は放射性炭素年代測定法によって定量することを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の同定方法。
  19. 更に、その他の微量成分及び/又は複数の物性を測定する、請求項18に記載のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の同定方法。
  20. 製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の追跡方法であって、
    該製造後のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂中の13C量及び14C量と、該ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造に用いた重合前のアクリル酸の13C量及び14C量とを、13C量は加速器質量分析法によって定量すると共に、14C量は放射性炭素年代測定法によって定量することを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の追跡方法。
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