JPWO2012043821A1 - 粒子状吸水剤及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】吸水性樹脂の無加圧下吸水倍率と加圧下吸収性能(特に垂直拡散吸収量)の双方の性能を高めた吸水剤を提供し、オムツにおいても吸収量が高く、かつ拡散性、通液性が改善されて戻り量が少ない吸収体を提供することが出来る吸水剤を安価に提供することにある。【解決手段】表面架橋されたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とし、ポリカチオン及び水不溶性微粒子から選ばれる少なくとも1種のスペーサーを含む粒子状吸水剤であって、粒子状吸水剤の無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)が55〜65[g/g]であり、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]であり、かつ、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP−4.83kPa)が30〜80gを満たす粒子状吸水剤。

Description

本発明は、粒子状吸水剤及びその製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、特定の吸水性能を有する粒子状吸水剤及びその製造方法に関する。
現在、紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パット等の吸収性物品の構成材として、パルプ等の親水性繊維に加えて、吸水性樹脂を主成分とした吸水剤が幅広く使用されている。
上記吸水性樹脂に望まれる吸水特性として、無加圧下吸水倍率、加圧下吸水倍率、通液性、吸水速度,水可溶分,ゲル強度等が知られており、これらの物性を測定する方法や向上させる方法(吸水性樹脂の製造方法)、更にはこれらの物性を規定したパラメータ特許(吸水性樹脂又は吸水剤)が従来から数多く提案されている。
上述した物性の中でも無加圧下吸水倍率が最も基本的な物性であり、その測定方法として、生理食塩水で吸水性樹脂を膨潤させた後の水切りを遠心分離で行う方法(CRC法/Centirfuge Retension Capacity法/遠心分離法)と、遠心分離を行わず吊り下げで行う方法(FSC法/Free Swell Capacity法/別称;TB法)とに大別される。これらの測定方法による吸水倍率は、一般には相関する(例えば、FSC=1.02×CRC+11.32;非特許文献1 152頁)ことが知られているものの、CRC法による吸水倍率は、膨潤時の隙間水を十分に排除し吸水性樹脂自体の吸水能力を表現するため、現在ではCRC法による評価が一般的であり、多くの特許文献や吸水性樹脂の工程管理でもCRC法が採用されている。
又、無加圧下吸水倍率(CRC)以外の吸水性樹脂の基本物性として、加圧下吸水倍率(AAP)や通液性(例えば、SFCやGBP)があり、これらの物性を制御した吸水性樹脂やその制御方法について多くの提案がなされている。
例えば、特許文献1には、高通液性吸水剤の製造方法として、吸水性樹脂粒子と金属化合物(金属塩や金属カチオン等)とを混合して吸水剤を製造する際、金属成分が吸水性樹脂粒子の内部に浸透することを抑制するとともに、金属成分が吸水性樹脂の表面全体に細かい点状で均一に付着させる、高通液性吸水剤の製造方法が開示されている。
特許文献2には、ゲルブロッキング性、通液性及び液拡散性を同時に改善した吸水剤の製造方法が開示されている。
特許文献3には、高いゲル床透過性(GBP)を示し、凝集又はケーキングの傾向がなく、かつダストを形成する傾向がない吸水剤を提供する製造方法として、超吸収剤ベースポリマーと有機性架橋剤及び多価金属塩溶液とを、アルコールの存在下で接触させ、熱処理を行い表面架橋された乾燥超吸収剤を生じ、かつ表面架橋された乾燥超吸収剤を再湿潤させる工程を含む、再湿潤された表面架橋された超吸収剤を製造するための方法が開示されている。
特許文献4には、高い吸水能力を有する吸水性ポリマー構造体であって、従来の吸収剤と比較して、例えば、紙オムツ等の吸収構造体に使用した場合に液体の吸収及び分散を向上させることができる吸水性ポリマー構造体を提供するため、特定の保持率を有する未処理の吸水性ポリマー構造体(Pu)を用意する工程と、未処理の吸水性ポリマー構造体(Pu)を好ましくはSiO化合物、多価(好ましくは三価)カチオンを含む塩、又はSiO化合物及び多価(好ましくは三価)カチオンを含む塩の混合物である透過性向上剤と接触させる工程とを含む吸水性ポリマー構造体の製造方法が開示されている。
特許文献5には、多価金属塩と高吸収性ポリマーをドライブレンドにより混合し、通液性に優れた高吸収性ポリマーを得る方法が開示されている。
又、通液性の評価方法として、SFC法(生理食塩水流れ誘導性/Saline Flow Conductivity/特許文献6)やGBP法(ゲル床透過性/Gel Bed Permeabilty/特許文献7〜9)等の荷重下通液性や無荷重下通液性の改善方法や改良技術が多く提案されている。更に、かかる上記物性において、通液性を含めた複数のパラメータの組み合わせも多く提案され、耐衝撃性(FI)を規定する技術(特許文献10)、吸水速度(FSR及び/又はVortex)等を規定する技術(特許文献11)、液体拡散性能(SFC)と60分後の芯吸収量(DA60)の積を規定する技術(特許文献12)が知られている。
特開2005−344103号公報 特開2005−113117号公報 米国特許出願公開第2010/0323885号明細書 米国特許出願公開第2009/0202805号明細書 米国特許第6300275号明細書 米国特許第5562646号明細書 米国特許出願公開第2005/0256469号明細書 米国特許第7169843号明細書 米国特許第7173086号明細書 米国特許第6414214号明細書 米国特許第6849665号明細書 米国特許出願公開第2008/125533号明細書
Modern Superabsorebent Polymer Technolgy(1998)p149−157,Fig.4.21
しかしながら、上記基本物性を制御しても、紙オムツに使用した際、紙オムツでの拡散性や吸水速度はある程度改善されるが、絶対吸収量や戻り量の改善は充分とは言えない状況であった。
例えば、通液性と無加圧下吸水倍率は相反することが知られており、上記のように、特許文献1〜5等では、数多くの通液性能を向上させた吸水性樹脂の提案がされてきた。特に、通液性能を向上させるため、ゲル強度を高めたり、添加剤により吸水性樹脂の通液性能を付与したりする試みがなされてきた。しかし、何れも通液性や拡散性を重視した吸水性樹脂の性能に偏ってしまい、実使用の紙オムツにおける吸液時間、戻り量や吸収量等の観点から満足のいく結果が得られず、特に紙オムツの吸収量(別称;絶対吸収量)では満足できなった。
又、従来から、吸水性樹脂の製造方法において、加圧下吸水倍率や通液性能を向上させるため、無加圧下吸水倍率の低い吸水性樹脂を使用したり、或いは、吸水性樹脂に過度の表面架橋処理を行ったりして、結果的に無加圧下吸水倍率を低くする試みもなされてきた。しかしながら、この方策は無加圧下吸水倍率(CRC)を犠牲にして、高い加圧下吸水倍率(AAP)や通液性(SFCやGBP)を得ることを意味し、得られた吸水剤(又は吸水性樹脂)を吸収体に使用して吸収体としての吸収量を高めるためには、必然的に吸水剤の使用量が増加してしまうという問題があった。
即ち、本発明はかかる問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、紙オムツにおいても吸収量が高く、かつ液拡散性、通液性が改善され、更に戻り量が少ない吸収体を提供することができる吸水剤を安価に提供することにある。
又、本発明は、従来、無加圧下吸水倍率(CRC)に加えて、加圧下吸水倍率(例えば、AAP)や通液性(例えば、SFC、GBP)で評価されてきた吸水性樹脂について、紙オムツでの吸液時間、戻り量や絶対吸収量が向上する吸水剤及びその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため本発明者らが鋭意検討した結果、従来多くのパラメータで規定した吸水性樹脂について、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)という新規パラメータが紙オムツの戻り量に大きく影響を与える事実を見出した。更に、無加圧下吸水倍率でCRCとFSCが相関(非特許文献1)する中、特定範囲の無加圧下吸水倍率(CRC)及び加圧下吸水倍率(AAP)の吸水性樹脂に特定かつ少量のスペーサーを添加することで、遠心保持容量(CRC)に比べて、吊り下げ倍率(FSC)が大きく向上する事実を見出し、更に、FSCを狭い特定範囲に制御することで、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)及びFSC、AAPを一定範囲に高く維持した、紙オムツの戻り量や絶対吸収量を向上させた新規な吸水剤を与えることを見いだし、本発明を完成させた。
即ち、本発明に係る粒子状吸水剤は、表面架橋されたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とし、ポリカチオン及び水不溶性微粒子から選ばれる少なくとも1種のスペーサーを含む粒子状吸水剤であって、粒子状吸水剤の無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)が55〜65[g/g]であり、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]であり、かつ、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP−4.83kPa)が30〜80gを満たすことを特徴する。
又、本発明に係る粒子状吸水剤の第一の製造方法は、アクリル酸(塩)を主成分とする水溶性不飽和単量体の重合工程、乾燥工程、表面架橋工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、以下の工程(A)、(B)、(C)を含むことを特徴とする。
工程(A) 無加圧下吸水倍率(CRC)が40〜56[g/g]である吸水性樹脂粒子を表面架橋工程前に得る工程
工程(B) 上記工程(A)で得られた吸水性樹脂粒子を表面架橋して、無加圧下吸水倍率(CRC)が32〜40[g/g]で、かつ、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]である吸水性樹脂粉末を得る工程
工程(C) 上記工程(B)で得られた吸水性樹脂粉末にスペーサーを混合して、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)低下幅を5[g/g]以内とする工程
又、本発明に係る粒子状吸水剤の第二の製造方法は、アクリル酸(塩)を主成分とする水溶性不飽和単量体の重合工程、乾燥工程、表面架橋工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、以下の工程(A)、(B)、(D)を含むことを特徴とする。
工程(A) 無加圧下吸水倍率(CRC)が40〜56[g/g]である吸水性樹脂粒子を表面架橋工程前に得る工程
工程(B) 上記工程(A)で得られた吸水性樹脂粒子を表面架橋して、無加圧下吸水倍率(CRC)が32〜40[g/g]で、かつ、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]である吸水性樹脂粉末を得る工程
工程(D) 上記工程(B)で得られた吸水性樹脂粉末100重量部に対して、多価金属カチオン0.001〜3重量部を水溶液で混合する工程
又、本発明に係る粒子状吸水剤の第三の製造方法は、アクリル酸(塩)を主成分とする水溶性不飽和単量体の重合工程、乾燥工程、表面架橋工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、以下の工程(A)、(B)、(E)の工程を含むことを特徴とする。
工程(A) 無加圧下吸水倍率(CRC)が40〜56[g/g]である吸水性樹脂粒子を表面架橋工程前に得る工程
工程(B) 上記工程(A)で得られた吸水性樹脂粒子を表面架橋して、無加圧下吸水倍率(CRC)が32〜40[g/g]で、かつ、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]である吸水性樹脂粉末を得る工程
工程(E) 上記工程(B)で得られた吸水性樹脂粉末100重量部に対して、ポリアミンポリマー0.001重量部以上0.3重量部未満を水溶液又は粉体で混合する工程
更に、本発明に係る粒子状吸水剤の第四の製造方法は、アクリル酸(塩)を主成分とする水溶性不飽和単量体の重合工程、乾燥工程、表面架橋工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、以下の工程(A)、(B)、(F)を含むことを特徴とする。
工程(A) 無加圧下吸水倍率(CRC)が40〜56[g/g]である吸水性樹脂粒子を表面架橋工程前に得る工程
工程(B) 上記工程(A)で得られた吸水性樹脂粒子を表面架橋して、無加圧下吸水倍率(CRC)が32〜40[g/g]で、かつ、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]である吸水性樹脂粉末を得る工程
工程(F) 上記工程(B)で得られた吸水性樹脂粉末100重量部に対して、水不溶性微粒子0.001〜0.4重量部を粉体で混合する工程
又、本発明に係る吸収体は、本発明に係る粒子状吸水剤を含有することを特徴とする。
本発明の粒子状吸水剤によれば、安価に製造でき、紙オムツ等の吸収体に使用した場合、吸収体での吸収量や戻り量(Re−wet)、吸液時間を改善し、更にはレベルで両立する。又、吸収物品(特に紙オムツ)とした場合、紙オムツの吸収量を高くできるため、紙オムツ一枚あたりの吸水性樹脂(粒子状吸水剤)の使用量削減効果もあり、環境面でも、紙オムツや吸水性樹脂の廃棄量も軽減される。
本実施例に係るAAP(加圧下吸水倍率)や加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)の測定装置を示す概略図である。
以下、本発明に係る粒子状吸水剤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)「吸水剤」
本発明における「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)を意味し、粒子状のものを特に粒子状吸水剤という。当該吸水剤は、水性液として固体、液体、気体の水を含めば水単独或いは水混合物について特に問われないが、尿、特に人尿の吸収に使用される。
又、本発明の吸水剤は、その他の化合物を含んでもよいが、吸水特性の観点から、吸水剤中に吸水性樹脂を好ましくは60重量%以上、より好ましくは70重量%以上、更に好ましくは80重量%以上、特に好ましくは85重量%以上99重量%以下含有し、後述のキレート剤、無機微粒子、水等を更に含有することが好ましい。
(1−2)「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5[g/g]以上であることをいい、「水不溶性」とは、ERT470.2−02で規定するExt(水可溶分)が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、カルボキシル基を含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、吸水性樹脂は全量(100重量%)が重合体に限定されず、上記性能を維持する範囲内において、添加剤等を含んだ吸水性樹脂組成物であってもよい。又、表面架橋の有無は問わず、吸水性樹脂の形状についても特に限定されず、シート状、繊維状、粉末状、フィルム状、ゲル状等であってもよく、これらを吸水性樹脂と総称する。尚、本発明では、表面架橋前後の吸水性樹脂を区別するため、表面架橋前の吸水性樹脂を「吸水性樹脂粒子」、表面架橋後の吸水性樹脂を「吸水性樹脂粉末」と称する。
(1−3)「ポリアクリル酸(塩)」
本発明における「ポリアクリル酸(塩)」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)を主成分とする重合体を意味する。具体的には、架橋剤を除く単量体として、アクリル酸(塩)を好ましくは30〜100モル%含む重合体をいう。
(1−4)「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 Methods)の略称である。尚、本発明では、特に断りのない限り、ERT原本(公知文献:2002年改定)に準じて測定する。又、本発明の粒子状吸水剤についても同様にERT原本に準じて測定することができる。
(a)「CRC」(ERT441.2−02)
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離保持容量)の略称であり、吸水性樹脂の無加圧下吸水倍率(以下、「吸水倍率」と称することもある。又、「吸収倍率」と同義である。)を意味する。具体的には、不織布袋中の吸水性樹脂0.200gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に30分間浸漬(自由膨潤)させた後、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)「FSC」(ERT442.2−02)
「FSC」は、Free Swell Capacityの略称であり、吸水性樹脂の無加圧下吊り下げ吸水倍率を意味する。具体的には、不織布袋中の吸水性樹脂0.200gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に30分間浸漬(自由膨潤)させた後、10分間吊り下げて水切りした後の吸水倍率(単位;[g/g])である。上記CRCとは異なり、吸水性樹脂の粒子間(隙間)に保持する液量を評価することができる。
(c)「AAP」(ERT442.2−02)
「AAP」は、Absorbency Against Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.900gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対して、2.06kPa(0.3psi,21[g/cm2])の荷重下で1時間膨潤させた後の吸水倍率(単位;[g/g])である。尚、ERT442.2−02では、Absorption Under Pressureと表記されているが、実質的にはAAPと同一内容である。又、荷重条件を4.83kPa(0.7psi,50[g/cm2])に変更して測定することもある。
(d)「Ext」(ERT470.2−02)
「Ext」は、Extractablesの略称であり、吸水性樹脂の水可溶分(水可溶成分量)を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.000gを0.9重量%塩化ナトリウム水溶液200mlに添加し、500rpmで16時間攪拌した後の溶解ポリマー量(単位;重量%)である。溶解ポリマー量の測定はpH滴定で行う。
(e)「PSD」(ERT420.2−02)
「PSD」は、Particle Size Distributionの略称であり、篩分級により測定される吸水性樹脂の粒度分布を意味する。又、吸水性樹脂の重量平均粒子径(D50)及び粒子径分布幅は欧州特許第0349240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。
(f)「pH」(ERT400.2−02)
「pH」は、吸水性樹脂のpHを意味し、吸水性樹脂を0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に分散させて、膨潤ゲルを含んだ分散液のpHで規定する。
(1−5)「VDAUP」
本発明における「VDAUP」とは、Vertical Diffusion Absorbency Under Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下垂直拡散吸収量を意味する。VDAUPは、新規な思想に基づくパラメータであり、紙オムツでの戻り量(Re−Wet)や絶対吸収量と相関性が高いことが見出されている。具体的には、吸水性樹脂10.000gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対して、4.83kPa(0.7psi,50[g/cm2])の荷重下で1時間膨潤させた後の吸収液量(単位;[g])をいう。即ち、VDAUPは、上記加圧下吸水倍率(AAP)の測定において使用する試料量及び荷重条件を異にするのみであるが、AAPは重量比([g/g])で規定するのに対して、VDAUPは絶対液量([g])で規定する。
又、VDAUPは、AAPに対して単位面積あたり11倍以上の坪量での測定となるため、水性液を試料全体に均一に吸収させるには、膨潤ゲル層間の液拡散性及び通液性が大きく影響することになる。従って、当該VDAUPは、加圧下での吸収量を表すのみならず、実際の吸収体、特に吸水性樹脂の使用割合(濃度)の高い吸収体における液拡散性及び通液性を表す指標にもなる。尚、後述の実施例において、当該VDAUPが紙オムツでの物性と高相関性を有する事実を示す。
(1−6)その他
本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は、X及びYを含む「X以上Y以下」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)」を意味し、「重量」と「質量」、「重量%」と「質量%」、「重量部」と「質量部」は同義語として扱う。又、特に注釈のない限り、「ppm」は「重量ppm」又は「質量ppm」を意味する。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〕粒子状吸水剤の製造方法
(2−1)重合工程
(単量体)
本発明の製造方法で得られる粒子状吸水剤に使用される主成分としての吸水性樹脂(以下、表面架橋処理される前の吸水性樹脂を特に「吸水性樹脂粒子」と称することもある)は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂であり、繰り返し単位中(但し、後述の架橋剤は除く)に単量体としてアクリル酸(塩)を好ましくは30〜100モル%、より好ましくは50〜100モル%、更に好ましくは70〜100モル%、特に好ましくは90〜100モル%、実質100モル%含む水膨潤性水不溶性の架橋重合体である。
上記単量体の酸基は中和されていることが好ましく、中和塩としては、一価塩が好ましく、より好ましくはアルカリ金属塩又はアンモニウム塩、更に好ましくはアルカリ金属塩、特にナトリウム塩として0〜100モル%、好ましくは20〜100モル%、より好ましくは50〜99モル%、更に好ましくは60〜90モル%が中和されていることが好ましい。
(その他の単量体及び架橋剤)
本発明において、粒子状吸水剤を得る際に、アクリル酸(塩)以外の不飽和単量体(以下、「その他の単量体」と称する)を全単量体成分の0〜70モル%で使用することができる。その他の単量体として、具体的には、メタクリル酸、(無水)マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、ビニルスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(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)アクリレート等の親水性不飽和単量体及びこれらの塩が挙げられる。
又、本発明で使用できる架橋剤としては、特に限定されないが、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二重結合を少なくとも2個有する化合物;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類;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、ソルビトール等のポリオール類;等のカルボキシル基と反応して共有結合を形成し得る化合物が挙げられる。上記架橋剤は1種又は2種以上を併用することもできる。尚、架橋剤を使用する場合、得られる粒子状吸水剤の吸水特性等を考慮して、分子内に重合性二重結合を少なくとも2個有する化合物を用いることが好ましい。当該架橋剤の使用量は、物性の観点から単量体に対して0〜5モル%が好ましく、0.001〜2モル%がより好ましい。また、更に好ましくは0.01〜0.1モル%、特に好ましくは0.02〜0.06モル%、最も好ましくは0.022〜0.058モル%である。
又、本発明においては、上記単量体に、必要に応じて発泡剤、消臭剤、抗菌剤、可塑剤、香料、顔料、染料、親水性短繊維、二酸化珪素や酸化チタン等の無機粉末、澱粉やセルロース等の多糖類及びその誘導体、ポリビニルアルコール等の親水性高分子、ポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、次亜リン酸(塩)等の連鎖移動剤等を、好ましくは5重量%以下、より好ましくは1重量%以下含有させることもできる。
更に、重合開始時の単量体、重合途中又は重合後の含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称する)に、吸水性樹脂や水溶性樹脂を存在させてもよい。具体的には、澱粉やセルロース等の多糖類及びその誘導体、ポリビニルアルコール等を好ましくは0〜50重量%、より好ましくは0.1〜30重量%を存在させることができる。かようなグラフト重合体や高分子との混合物は吸水性樹脂組成物と称することもできるが、本発明では、吸水性樹脂又はポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂と称する。
(重合方法)
本発明における重合は、得られる粒子状吸水剤の吸水性能や重合制御の容易性等の観点から、水溶液重合又は逆相懸濁重合で行われる。これらの重合は、空気雰囲気下でも実施可能であるが、粒子状吸水剤の着色改善の観点から、窒素やアルゴン等の不活性気体雰囲気下(例えば、酸素濃度が1容積%以下)で実施されることが好ましく、単量体中の溶存酸素についても、不活性気体で十分に置換(例えば、溶存酸素量が1mg/L未満)されていることが好ましい。
本発明において、上記単量体は、水或いは水と親水性溶媒との混合溶媒との溶液状態で使用するのが好ましく、特に水溶液で使用するのが好ましい。この場合、単量体濃度としては20〜80重量%が好ましく、30〜70重量%がより好ましく、35〜65重量%が更に好ましく、40〜60重量%が特に好ましい。尚、当該単量体濃度が高すぎると、吸水倍率が低下する傾向にあり好ましくない。
上記水溶液重合とは、疎水性有機溶媒等の分散溶媒を用いずに単量体水溶液を重合する方法であり、例えば、米国特許第4625001号、同第4873299号、同第4286082号、同第4973632号、同第4985518号、同第5124416号、同第5250640号、同第5264495号、同第5145906号、同第5380808号等や、欧州特許第0811636号、同第0955086号、同第0922717号、同第1178059号、同第1711541号、同第1799721号等に開示されている重合形態をいう。又、上記逆相懸濁重合とは、単量体水溶液を疎水性有機溶媒に懸濁させて重合する方法であり、例えば、米国特許第4093776号、同第4367323号、同第4446261号、同第4683274号、同第5244735号等に開示されている重合形態をいう。尚、本発明の重合に際し、上述した特許文献に記載された単量体、架橋剤、重合開始剤、その他添加剤についても、本発明で使用可能である。
(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、特に限定されないが、例えば、光分解型重合開始剤、熱分解型重合開始剤、レドックス系重合開始剤等を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。
上記光分解型重合開始剤としては、例えば、ベンゾイン誘導体、ベンジル誘導体、アセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、アゾ化合物等が挙げられ、上記熱分解型重合開始剤としては、例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩;過酸化水素、t−ブチルパーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシド等の過酸化物;アゾニトリル化合物、アゾアミジン化合物、環状アゾアミジン化合物、アゾアミド化合物、アルキルアゾ化合物、2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド、2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド等のアゾ化合物等が挙げられ、レドックス系重合開始剤としては、例えば、上記過硫酸塩や過酸化物等にL−アスコルビン酸や亜硫酸水素ナトリウム等の還元性化合物を併用し両者を組み合わせた系が挙げられる。又、光分解型重合開始剤と熱分解型重合開始剤とを併用することもできる。
(界面活性剤、分散剤)
本発明においては、重合時に、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、両性界面活性剤等の界面活性剤や分散剤を使用することもできる。これらの界面活性剤や分散剤は、特に限定されないが、例えば、アニオン性界面活性剤としては、混合脂肪酸ナトリウム石鹸、ステアリン酸ナトリウム等の脂肪酸ナトリウム、高級アルコール硫酸ナトリウム、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸塩等が挙げられ、ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル等が挙げられ、カチオン性界面活性剤及び両性界面活性剤としては、アルキルアミン類やアルキルベタイン等が挙げられる。又、分散剤としては、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。
上記界面活性剤又は分散剤の使用量は、重合形態によって適宜決定されるが、一般的には、重合性単量体及び架橋性単量体からなる全単量体成分100重量部に対して、1〜30重量部が好ましく、3〜5重量部がより好ましい。
(逆相懸濁重合での有機溶媒)
上記逆相懸濁重合を行う場合、使用する有機溶媒として、水難溶性で重合に対して不活性であれば特に限定されないが、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、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環状炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等が挙げられる。これらの中でも、工業的な入手安定性、品質等の観点から、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサンが特に好ましい。これらの有機溶媒の使用量は、重合性単量体水溶液に対して、好ましくは0.5〜10重量倍、より好ましくは0.6〜5重量倍である。
(2−2)ゲル細粒化工程
上記重合工程で得られた含水ゲルは、そのままの形態で乾燥を行うこともできるが、水溶液重合の場合、好ましくは重合中又は重合後の含水ゲルをゲル解砕機(ニーダー、ミートチョッパー等)等を用いてゲル解砕し、細粒化された含水ゲル(以下、「粒子状含水ゲル」と称することもある)を乾燥することが好ましい。このとき含水ゲルは、所定の方法によって重量平均粒子径(D50)(湿式篩分級で規定)が好ましくは0.1〜50mm、より好ましくは0.2〜10mm、更に好ましくは0.5〜5mmの破片に細粒化される。尚、本発明の粒子状吸水剤に用いられる吸水性樹脂の形状としては、特に限定されず、例えば、顆粒状、粉末状、フレーク状、繊維状等の任意の形状とすることができる。又、細粒化は種々に方法で行うことができるが、例えば、任意形状の多孔構造を有するスクリュー型押出機を用いてゲル解砕する方法等が挙げられる。
(2−3)乾燥工程
本工程は、上記重合工程又はゲル細粒化工程で得られる含水ゲル又は粒子状含水ゲルを乾燥し、乾燥重合体を得る工程である。その乾燥方法としては特に限定されないが、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、高温の水蒸気を用いた高湿乾燥等、種々の乾燥方法を挙げることができる。これらの中でも、露点が好ましくは40〜100℃、より好ましくは50〜90℃の気体との接触乾燥が好ましい。
本発明における乾燥工程において、乾燥温度は特に限定されないが、例えば、50〜300℃が好ましく、吸水倍率の向上の観点から100〜250℃がより好ましく、120〜230℃が更に好ましく、150〜200℃が特に好ましい。尚、乾燥温度が100℃以下の場合は、共沸脱水又は減圧乾燥が好ましい。又、乾燥時間についても適宜決定され、特に限定されないが、例えば、10秒間〜5時間が好ましく、1分間〜2時間がより好ましい。
又、本発明の重合形態が水溶液重合の場合、得られる粒子状吸水剤の物性や粉砕時の容易性等に観点から、乾燥後の乾燥重合体(吸水性樹脂)の固形分((6−8)含水率で規定)が、好ましくは80重量%以上、より好ましくは85重量%以上、更に好ましくは90重量%以上、特に好ましくは92〜98重量%にまで乾燥されることが好ましく、その後更に表面架橋されることが好ましい。
又、本発明の重合形態が逆相懸濁重合の場合、重合中又は重合後に得られる含水ゲルは、例えば、炭化水素等の有機溶媒中に分散した状態で共沸脱水を行うことにより、その固形分が60重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは80重量%以上、更に好ましくは85重量%以上、更により好ましくは90重量%以上、特に好ましくは92〜98重量%、最も好ましくは93〜97重量%とされる。又、逆相懸濁重合では、乾燥工程の途中(例えば、固形分が60〜90重量%)で表面架橋されることが好ましい。尚、上記乾燥後に、デカンテーション又は蒸発により有機溶媒と分離し、必要に応じて更に乾燥させることもできる。
(2−4)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重合体(含水ゲルの乾燥物)を必要により粉砕(粉砕工程)し、更に分級(分級工程)によって粒度を制御し、吸水性樹脂粒子を得る工程である。当該粉砕や分級は、例えば、国際公開第2004/69915号に開示された方法を採用することができる。
上記吸水性樹脂粒子(表面架橋前の吸水性樹脂)は、加圧下吸水倍率(AAP)や加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)の向上という観点から、粉砕、分級や分級後の調合をもって特定範囲の粒度に制御されることが好ましい。例えば、重量平均粒子径(D50)は200〜600μmが好ましく、250〜550μmがより好ましく、350〜500μmが更に好ましい。又、粒度分布の対数標準偏差(σζ)は0.20〜0.50が好ましく、0.25〜0.45がより好ましく、0.28〜0.43が更に好ましく、0.30〜0.35が特に好ましい。更に、粒子径が850μm以上(JIS標準篩で規定)の粗大粒子の割合は少ないほど良く、通常0〜5重量%、好ましくは0〜3重量%、より好ましくは0〜1重量%であり、粒子径が150μm未満(JIS標準篩で規定)の微粒子の割合も少ないほど良く、通常0〜5重量%、好ましくは0〜3重量%、より好ましくは0〜1重量%である。更に吸水性樹脂粒子の嵩比重(米国特許第6562879号で規定)は0.30〜0.90が好ましく、0.60〜0.80がより好ましく、0.65〜0.75が更に好ましい。
上述した粒度(重量平均粒子径(D50)、対数標準偏差(σζ)、粗大粒子又は微粒子の割合)や嵩比重は、吸水性樹脂粒子に好ましく適用されるが、更に表面架橋後の吸水性樹脂や最終的な粒子状吸水剤にも好ましく適用される。当該粒度が上述した範囲を外れる場合、加圧下吸水倍率(AAP)や加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)の低下や、紙オムツでの戻り量(Re−Wet)の増加が見られるため、好ましくない。
従って、表面架橋後の吸水性樹脂や最終的な粒子状吸水剤における粒度や嵩比重の制御は、吸水性樹脂粒子(表面架橋前の吸水性樹脂)で行われることが好ましく、更に必要により、表面架橋後の吸水性樹脂や最終的な粒子状吸水剤に対して、分級や分級後の調合によって特定範囲の粒度に制御されることが好ましい。
(吸水性樹脂粒子の物性)
本発明において、吸水性樹脂粒子(表面架橋前の吸水性樹脂)の吸水倍率や水可溶分は、重合条件(架橋剤種や量、重合濃度等)や乾燥条件等を適宜設定することにより、制御される。しかしながら、当該吸水性樹脂粒子は、乾燥後であっても少量の水(例えば、吸水性樹脂粒子の固形分が93〜97重量%の場合、含水量としては3〜7重量%)等を含むため、試料中に占める吸水性樹脂量が異なり、同一試料であっても含水量が加熱等によって変化すると吸水倍率も変化する。
つまり、当該吸水倍率([g/g])は、吸水性樹脂粒子の重量[g]に対する膨潤後の含水ゲルの重量[g]で規定されるため、吸水性樹脂粒子の含水量が多い程、実質的に吸水性樹脂量が減少するため、見掛け上、吸水倍率は低下する。
そこで、吸水性樹脂粒子中の含水量の影響を排除するため、含水率が0重量%の吸水性樹脂粒子として換算する、いわゆる固形分補正が行われる。当該固形分補正は、含水率が10重量%、更には8重量%を超える場合には必須であり、8重量%以下であっても行うのが好ましい。固形分補正した値は、(6−1)に記載した方法で得られる無加圧下吸水倍率(CRC)を固形分で除することで得られる。尚、当該固形分および含水率は(6−8)に記載したように、吸水性樹脂粒子1gを180℃、3時間で乾燥した際の乾燥減量で規定される。
表面架橋前後において固形分補正を行う場合、表面架橋前の吸水性樹脂粒子の無加圧下吸水倍率(CRC)は、固形分補正後の値として、40〜56[g/g]、好ましくは40〜55[g/g]、より好ましくは41〜53[g/g]に制御される。尚、表面架橋前後における含水率が上記範囲でない場合、特に表面架橋前の吸水性樹脂粒子の固形分が90重量%以上の場合、含水率が10重量%未満となるため、CRCへの影響は小さくなるので、上記固形分補正は行わなくてもよい。固形分補正を行わない場合、表面架橋前の吸水性樹脂粒子の無加圧下吸水倍率(CRC)は、39〜56[g/g]、好ましくは39〜55[g/g]、より好ましくは39〜53[g/g]であり、更に好ましくは40〜52[g/g]、特に好ましくは41〜50[g/g]に制御される。
又、上記吸水性樹脂粒子の水可溶分(Ext)は、上述した含水率変化量が10重量%を超える場合等、固形分補正をする場合も含めて、好ましくは1〜60重量%、より好ましくは5〜40重量%、更に好ましくは5〜30重量%、特に好ましくは5〜20重量%である。水可溶分(Ext)が高い場合、本発明の粒子状吸水剤が得られず、又、低い場合は耐久性等に劣る。
尚、本発明の製造方法においては、上述したように、吸水性樹脂粒子の固形分補正後の無加圧下吸水倍率(CRC)を40〜56[g/g]に制御する必要がある。そのためには(1)架橋剤量、(2)重合時の単量体濃度、(3)重合時の連鎖移動剤の使用、(4)重合温度、(5)乾燥温度等をそれぞれ下記(1)〜(5)に示した範囲内に適宜設定し、上記無加圧化吸水倍率(CRC)を調整すればよい。尚、(1)〜(5)は単独に限らず、任意の複数条件を適宜併用してもよい。(1)架橋剤量は、上記単量体に対して、好ましくは0〜5モル%、より好ましくは0.001〜2モル%、更に好ましくは0.005〜1モル%で使用する。また、架橋剤量は、上記単量体に対して、更に好ましくは0.01〜0.1モル%、特に好ましくは0.02〜0.06モル%、最も好ましくは0.022〜0.058モル%である。(2)単量体水溶液中の単量体濃度は、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35〜65重量%、特に好ましくは40〜60重量%とする。(3)連鎖移動剤は、上記単量体に対して、好ましくは0〜5重量%、より好ましくは0〜1重量%、更に好ましくは0.001〜0.8重量%で使用する。(4)重合工程における単量体水溶液の温度は、好ましくは10〜150℃、より好ましくは30〜130℃、更に好ましくは50〜120℃、特に好ましくは80〜110℃とする。(5)乾燥工程における乾燥温度は、好ましくは100〜250℃、より好ましくは120〜230℃、更に好ましくは150〜200℃とする。
尚、上記(1)〜(5)において、架橋剤量が少な過ぎる、単量体濃度が20重量%未満、連鎖移動剤が5重量%を超える、単量体水溶液の温度が150℃を超える、乾燥温度が250℃を超える、といった場合、表面架橋前の吸水性樹脂粒子の無加圧下吸水倍率(CRC)が高くなりすぎるため、表面架橋工程での負荷が高くなって生産効率の低下を招いたり、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)、加圧下吸水倍率(AAP)、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)の性能が何れも高くなり、バランスが崩れた吸水剤となったりする虞があるため好ましくない。
一方、上記(1)〜(5)において、架橋剤量が多過ぎる、単量体濃度が80重量%を超える、単量体水溶液の温度が10℃未満、乾燥温度が100℃未満、といった場合、表面架橋前の吸水性樹脂粒子の無加圧下吸水倍率(CRC)が低くなりすぎるため、表面架橋工程を経て得られる粒子状吸水剤の性能が低下する可能性があるとともに、重合反応の制御が困難になったり、重合工程や乾燥工程の時間が長くなりすぎたりする等、生産性の低下を招く虞があるため好ましくない。
(2−5)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粒子を表面架橋し、得られる吸水性樹脂の加圧下吸水倍率(AAP)を向上させる工程である。本発明の粒子状吸水剤は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂が、ポリカチオン以外の表面架橋剤で表面架橋されてなるのが好ましい。尚、「表面架橋」とは、吸水性樹脂粒子の表面又は表面近傍を架橋することをいい、又、「表面又は表面近傍」とは、通常、厚さが数十μm以下の表層部分又は全体の厚さの1/10以下の表層部分を意味するが、これらの厚さは目的に応じて適宜決定される。又、本発明の粒子状吸水剤に用いられる吸水性樹脂は、上記(2−1)〜(2−4)で得られた吸水性樹脂粒子を表面架橋することで得られる。
当該表面架橋の方法としては、特に限定されないが、例えば、吸水性樹脂粒子表面で単量体を重合する方法や、重合開始剤(例えば、過硫酸塩)を使用して吸水性樹脂粒子表面をラジカル架橋する方法等が挙げられるが、表面架橋剤を使用して吸水性樹脂粒子の表面を架橋する方法が特に好ましい。この場合、表面架橋剤との混合工程、該混合物の加熱処理工程、必要により冷却工程から構成される。
(表面架橋剤)
本発明で使用される表面架橋剤としては、特に限定されず、例えば、オキサゾリン化合物(米国特許第6297319号)、ビニルエーテル化合物(米国特許第6372852号)、エポキシ化合物(米国特許第6265488号)、オキセタン化合物(米国特許第6809158号)、多価アルコール化合物(米国特許第4734478号)、ポリアミドポリアミン−エピハロ付加物(米国特許第4755562号、同第4824901号)、ヒドロキシアクリルアミド化合物(米国特許第6239230号)、オキサゾリジノン化合物(米国特許第6559239号)、ビス又はポリ−オキサゾリジノン化合物(米国特許第6472478号)、2−オキソテトラヒドロ−1,3−オキサゾリジン化合物(米国特許第6657015号)、アルキレンカーボネート化合物(米国特許第5672633号)等が挙げられ、これらの1種又は2種以上が使用される。又、これらの表面架橋剤にアルミニウム塩等の水溶性多価金属カチオン(米国特許第6605673号、同第6620899号)を併用してもよく、アルカリ金属塩(米国特許出願公開第2004/106745号)、有機酸や無機酸(米国特許第5610208号)等を併用してもよい。又、吸水性樹脂の表面で単量体の重合を行い、表面架橋(米国特許出願公開第2005/48221号)としてもよい。
これらの中でも有機表面架橋剤、特に共有結合性表面架橋剤を使用することが好ましく、具体的には、多価アルコール化合物、多価エポキシ化合物、多価アミン化合物又はそれらの塩、アルキレンカーボネート化合物の1種又は2種以上が好ましい。これらは一般に表面を親水化するため、本発明の製造方法を効果的に適用できる。
具体的な表面架橋剤として、(ジ,トリ,テトラ,ポリ)エチレングリコール、(ジ,ポリ)プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、(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、1,3−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、トリメチロールプロパン、ジ又はトリエタノールアミン、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;(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ジ,ポリ)グリセロールポリグリシジルエーテル、(ジ,ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリシドール等のエポキシ化合物;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−オン等のアルキレンカーボネート化合物;2−オキサゾリジノン等のモノオキサゾリジノン化合物又は多価オキサゾリジノン化合物、オキセタン化合物、硫酸アルミニウム等の水溶性多価金属カチオンを含有する多価金属化合物等が挙げられる。これら表面架橋剤は、1種のみを使用してもよく、2種以上を併用して使用してもよい。
これらの表面架橋剤の中でも物性の観点から、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、オキセタン化合物から選ばれる脱水反応性表面架橋剤が好ましく、特に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の1種以上が使用され、必要により他の表面架橋剤が使用されることが好ましい。尚、ここで、脱水反応性表面架橋剤とは、ポリアクリル酸(塩)のカルボキシル基と脱水反応で架橋する架橋剤をいう。脱水反応性表面架橋剤以外の表面架橋剤としては、多価金属塩等のイオン反応性表面架橋剤、エポキシ化合物架橋剤等の開環反応性表面架橋剤が例示され、これら表面架橋剤を単独使用又は併用してもよい。
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0.01〜10重量部であり、より好ましくは0.3〜8重量部、更に好ましくは0.5〜5重量部である。上記表面架橋剤の使用量が0.01重量部未満の場合、通液性が低下する虞があり、又、10重量部を超える場合、吸水倍率が極端に低下する虞があるため、好ましくない。なお、上記表面架橋剤の使用量は、2種以上の表面架橋剤を併用する場合は、合計量を意味する。
本発明においては、更に多価アルコール化合物等の親水性有機化合物を吸水性樹脂の表面に含有することが好ましい。この場合、親水性有機化合物を吸水性樹脂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0.005〜5重量部、更に好ましくは0.01〜3重量部を含有させる。尚、親水性有機化合物とは、常温の水100gに対して1g以上、好ましくは10g以上溶解する有機化合物をいう。
(溶媒)
吸水性樹脂粒子と表面架橋剤との混合の際、表面架橋剤を単独で混合してもよいが、表面架橋剤の溶液として混合することが好ましく、溶媒として特に水を用いるのが好ましい。吸水性樹脂粒子100重量部に対して、水の総使用量が1〜10重量部である場合、吸水性樹脂の表面に十分、表面架橋剤水溶液が浸透して、適切な厚み及び密度を有する多層的な表面架橋層が形成される。
又、吸水性樹脂粒子と表面架橋剤との混合の際、必要に応じて、溶媒として親水性有機溶媒を用いてもよい。該親水性有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール等の低級アルコール類;アセトン等のケトン類;ジオキサン、テトラヒドロフラン、アルコキシポリエチレングリコール等のエーテル類;N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類等が挙げられる。親水性有機溶媒の使用量は、吸水性樹脂粒子の種類や粒径等にもよるが、吸水性樹脂粒子の固形分100重量部に対して、20重量部以下が好ましく、0.1〜10重量部の範囲内がより好ましい。
(表面架橋方法)
吸水性樹脂粒子と表面架橋剤とを混合する方法は、特に限定されないが、水及び/又は親水性有機溶媒に溶解させた表面架橋剤を、吸水性樹脂粒子に直接、噴霧又は滴下して混合する方法が好ましい。
吸水性樹脂粒子と表面架橋剤を混合する際に用いられる混合装置は、両者を均一かつ確実に混合するために、大きな混合力を備えていることが望ましい。上記混合装置としては、特に限定されないが、例えば、円筒型混合機、二重壁円錐型混合機、V字型混合機、リボン型混合機、スクリュー型混合機、流動型炉ロータリーディスク型混合機、気流型混合機、双腕型ニーダー、内部混合機、粉砕型ニーダー、回転式混合機、スクリュー型押出機、タービュライザー等が挙げられる。
吸水性樹脂粒子と表面架橋剤とを混合する際、その温度は、吸水性樹脂粒子、表面架橋剤水溶液及びそれらの混合物の温度として、好ましくは10〜200℃、より好ましくは20〜100℃である。又、混合時間は、好ましくは1秒〜1時間、より好ましくは5秒〜10分である。
吸水性樹脂粒子と表面架橋剤との混合物は架橋反応のために加熱することが好ましい。加熱温度は適宜選択すればよいが、熱媒温度が好ましくは150〜250℃、より好ましくは180〜210℃の範囲である。又、加熱時間は好ましくは1分〜2時間であり、加熱温度と加熱時間の組み合わせの好適例としては、180℃で0.1〜1.5時間、200℃で0.1〜1時間、210℃×30〜50分、215℃×30〜60分等がある。
吸水性樹脂粒子と表面架橋剤との混合物を加熱する際には、混合物を静置状態で加熱してもよく、撹拌等の混合手段を用いて加熱してもよいが、該混合物全体にわたって均一に加熱できる点から、撹拌混合下で加熱することが好ましい。
上述した表面架橋を行うことにより、無加圧下吸収倍率(CRC)が32〜40[g/g]、好ましくは32〜38[g/g]、より好ましくは33〜36[g/g]の吸水性樹脂粒子を得るように制御することができる。
又、このような表面架橋を行うことにより、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]、より好ましくは20〜29[g/g]、更に好ましくは21〜29[g/g]の吸水性樹脂粒子を得るように制御することができる。
(好ましい表面架橋方法)
本発明の粒子状吸水剤を得るうえで、好ましい表面架橋の方法を以下に述べる。
従来、表面架橋処理を施すと、加圧下吸水倍率(例えば、AAP)や通液性(例えば、SFC)が向上する一方、無加圧下吸水倍率(例えば、CRC)は低下することが知られている。即ち、無加圧下吸水倍率と特に通液性とは相反する性能であるため、従来の吸水剤の製造方法においては、これらの性能を何れも高い状態でバランスよく得ることが非常に困難であった。これに対して、本発明で得られる粒子状吸水剤は、無加圧下吸水倍率を犠牲にすることなく、かつ、加圧下吸水倍率や通液性も共に高くバランスの良い粒子状吸水剤を得る製造方法を提供するものである。
上述した課題を達成するには、先ず工程(A)として、無加圧下吸水倍率(CRC)が40〜56[g/g]である吸水性樹脂粒子を表面架橋前に得ることが必要であり、上述した方法を採用することができる。尚、工程(A)で得られる吸水性樹脂粒子の無加圧下吸水倍率(CRC)の好ましい範囲については(2−4)粉砕工程、分級工程の(吸水性樹脂粒子の物性)で述べている。
次に工程(B)として、工程(A)で得られた吸水性樹脂粒子を表面架橋して、無加圧下吸水倍率(CRC)が32〜40[g/g]で、かつ、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]である吸水性樹脂粉末を得ることが必要である。尚、工程(B)で得られる吸水性樹脂粉末の無加圧下吸水倍率(CRC)は32〜40[g/g]であり、好ましくは32〜39[g/g]、より好ましくは33〜38[g/g]である。又、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)は20〜30[g/g]であり、好ましくは20〜29[g/g]、より好ましくは21〜29[g/g]である。
更に、本発明に係る粒子状吸水剤を得る製造方法として、工程(B)において、表面架橋前後の無加圧下吸水倍率(CRC)の関係、即ち、次式で定義される吸水倍率低下量が、7[g/g]以上であるのが好ましく、16[g/g]以下であるのがより好ましい。即ち、吸水倍率低下量が7〜16[g/g]を満たすことが好ましい。また、より好ましくは8〜15[g/g]、更に好ましくは8〜14[g/g]である。表面架橋前後の吸水倍率低下量が7〜16[g/g]であれば、表面架橋強度が十分高く、本願の無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)、加圧下吸水倍率(AAP)、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)のバランスが優れた粒子状吸水剤を得ることができる。
具体的な制御手段としては、例えば、表面架橋前の吸水性樹脂粒子の無加圧下吸水倍率(CRC)が39〜41[g/g]である場合、表面架橋時の加熱温度を150〜210℃、加熱時間を0.1〜1.0時間とすることが好ましい。表面架橋前の吸水性樹脂粒子の無加圧下吸水倍率(CRC)が41[g/g]を超えて53[g/g]未満である場合、表面架橋時の加熱温度を150〜230℃、加熱時間を0.2〜1.5時間とすることが好ましい。又、例えば、表面架橋前の吸水性樹脂粒子の無加圧下吸水倍率(CRC)が53〜56[g/g]である場合、表面架橋時の加熱温度を180〜250℃、加熱時間を0.5〜1.8時間とすることが好ましい。尚、表面架橋前後での吸水性樹脂の固形分の変化を考慮すると、上記の無加圧下吸水倍率(CRC)及び加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)は、何れも固形分補正した値とすることが好ましい。
尚、表面架橋後の含水率は、表面架橋前の吸水性樹脂粒子の含水率、表面架橋剤の種類や反応温度・時間等で適宜決定されるが、好ましくは0〜15重量%、より好ましくは0.5〜10重量%、更に好ましくは0.6〜3重量%の範囲である。一般的には、上記脱水表面架橋剤は脱水が必要なために表面架橋後の吸水性樹脂は低含水率(例えば、0〜3重量%)の吸水性樹脂となり、又、イオン反応性表面架橋剤や開環反応性表面架橋剤では脱水は任意であるため、含水率は高く維持することも可能性である。これら含水率は目的に応じて適宜制御すればよい。
(2−6)スペーサー添加工程(粒子状吸水剤の製造工程)
本発明に係る粒子状吸水剤の製造方法は、表面架橋前後において無加圧下吸水倍率(CRC)を上記範囲に制御(具体的には、CRCが40〜56[g/g]の吸水性樹脂粒子を、CRCが32〜40[g/g]となるまで表面架橋)した後に、特定かつ微量のスペーサーを混合することを特徴とする。
本発明における「スペーサー」とは、吸水性樹脂の表面に存在させることで、特に水性液を吸収して膨潤したゲル状態において、立体的又は静電気的に粒子間の間隔を広げることのできる性質を持つ化合物のことをいう。通常、膨潤したゲル粒子は、特に加圧下においては粒子同士の接触面積が広くなり間隔が減少するため、ゲル粒子間で保持できる液量が減少したり、膨潤ゲル層間の液拡散性や通液性が妨げられたりする。そこで、本発明では後述するスペーサーを吸水性樹脂と混合することによって、ゲル粒子間での保持液量を増加させ、更にゲル層間の液拡散性や通液性を向上させることができ、結果として紙オムツでの絶対吸収量を極大化することができる。
本発明で使用されるスペーサーは、加圧下吸水倍率(AAP)の低下幅が5.0[g/g]以内であるのが好ましい。また、好ましくは3.0[g/g]以内、より好ましくは2.5[g/g]以内、更に好ましくは2.0[g/g]以内、特に好ましくは1.5[g/g]以内、最も好ましくは0.5[g/g]以内とする量及び種類であることが好ましい。尚、低下幅の下限値は0[g/g](即ち、AAPの低下なし)又は−1[g/g](即ち、AAP+1向上)である。加圧下吸水倍率(AAP)を上記範囲で低下させることで加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)を目的の範囲まで向上させることができ、更に無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)を向上させることができる。
かようなスペーサーとして、具体的には、水不溶性微粒子(立体的スペーサー)や、ポリカチオン、特に多価金属カチオン又は多価カチオン性ポリマー(静電気的スペーサー)が挙げられる。
本発明において、上記特定範囲の無加圧化吸水倍率(CRC)となるまで表面架橋を行った吸水性樹脂に、スペーサー、特に水不溶性微粒子、多価金属カチオン又は多価カチオン性ポリマーを添加することによって、加圧下吸水倍率(AAP)は若干の低下が見られるものの、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)は大幅に上昇し、結果として、紙オムツでの絶対吸収量や戻り量が大きく改善されることが見出された。尚、加圧下吸水倍率(AAP)が低下しないスペーサーを使用すると、紙オムツでの絶対吸収量や戻り量の改善が見られないか、或いは充分ではない。又、加圧下吸水倍率(AAP)が過度に低下すると、紙オムツでの吸水性能も低下するため、好ましくない。
従来、紙オムツ用途の吸水剤は加圧下吸水倍率(AAP)が重視されていたが、本発明の粒子状吸水剤は、加圧下吸水倍率(AAP)を若干犠牲にするものの、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)が飛躍的に向上し、結果として紙オムツでの絶対吸収量や戻り量が大幅に改善された。
本発明に係る粒子状吸水剤は、スペーサーとして、ポリカチオン及び水不溶性微粒子から選ばれる少なくとも1種以上のスペーサーを含む。ポリカチオンとしては、多価金属カチオン及び多価カチオン性ポリマーからなる群より選択される。即ち、本発明に係る粒子状吸水剤を得るには、スペーサーとして、多価金属カチオン又は多価カチオン性ポリマー、水不溶性微粒子をそれぞれ特定量で使用される。尚、本発明において、多価金属カチオン、多価カチオン性ポリマー、及び水不溶性微粒子は、1種であっても、2種以上を添加してもよい。また、2種以上を添加する場合は、同時に2種以上を添加しても、1種を添加した後に、他の1種又は2種以上を更に添加してもよい。
具体的には、第1の製造方法として、表面架橋前後における無加圧下吸水倍率(CRC)を上記範囲に制御した後、表面架橋された吸水性樹脂とスペーサーとを加圧下吸水倍率(AAP)低下幅が3[g/g]以内となる量で混合する方法、第2の製造方法として、表面架橋前後における無加圧下吸水倍率(CRC)を上記範囲に制御した後、表面架橋された吸水性樹脂100重量部に対して、多価金属カチオン0.001〜3重量部を水溶液として混合する方法、第3の製造方法として、表面架橋前後における無加圧下吸水倍率(CRC)を上記範囲に制御した後、表面架橋された吸水性樹脂100重量部に対して、ポリアミンポリマー0.001〜0.5重量部を水溶液又は直接混合する方法、第4の製造方法として、表面架橋前後における無加圧下吸水倍率(CRC)を上記範囲に制御した後、表面架橋された吸水性樹脂100重量部に対して、水不溶性微粒子0.001〜0.4重量部を直接混合する方法が挙げられる。
上記第1〜第4の製造方法において、表面架橋後の吸水性樹脂の加圧下吸水倍率(AAP)は20〜30[g/g]であり、表面架橋前の吸水性樹脂粒子の加圧下吸水倍率(AAP)は15[g/g]以下、更には5〜12[g/g]である。又、加圧下吸水倍率(AAP)や加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)を制御するために好適な吸水性樹脂の粒度は上述の範囲である。
即ち、本発明の製造方法では、表面架橋前後における無加圧下吸水倍率(CRC)を特定範囲に制御し、更に表面架橋された吸水性樹脂とスペーサーとを混合することで、これまでに無い無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)、加圧下吸水倍率(AAP)、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)のバランスが優れた粒子状吸水剤を得ることができる。
更に、表面架橋前後の無加圧下吸水倍率(CRC)が数1の関係式で定義される吸水倍率低下量が7[g/g]以上である場合、吸水性樹脂表面の架橋密度を高め、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)、加圧下吸水倍率(AAP)、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)のバランスを高めることができる。
更に、表面架橋前後の無加圧下吸水倍率(CRC)が数1の関係式で定義される吸水倍率低下量が16[g/g]以下である場合、吸水性樹脂表面の過度の架橋密度を抑制し、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)、加圧下吸水倍率(AAP)、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)のバランスを高めることができる。
尚、上記特許文献1〜3及び5に表面架橋後の吸水性樹脂に多価金属カチオンを混合する技術が、上記特許文献4に多価金属カチオン等を添加する前の吸水性樹脂の物性を規定する技術がそれぞれ開示されているが、これらの特許文献には、表面架橋前後での無加圧下吸水倍率(CRC)を制御する技術的思想の開示はなく、又、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)、加圧下吸水倍率(AAP)、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)のバランスが高められる旨の開示もない。従って、上記特許文献1〜5に開示された方法では、本発明の粒子状吸水剤は得られない。
又、本発明に係る粒子状吸水剤を紙オムツとして使用する際、最終の紙オムツでの評価が、スペーサー添加による加圧下吸水倍率(AAP)の低下と相関することが見出された。即ち、非常に手間と時間が掛かる紙オムツの評価が行われなくても、吸水性樹脂や吸水剤の実使用を確認又は予想できる。以上より、本発明に係る粒子状吸水剤が得られる。
(スペーサー)
(a)多価金属カチオン
本発明の第二の製造方法では、上記特定CRC及びAAPの吸水性樹脂と少量の多価金属カチオンを混合する。多価金属カチオンは、特定CRC及びAAPの吸水性樹脂の表面に存在して粒子間の静電的なスペーサーとして作用して、粒子状吸水剤のFSC及びVDAUPを向上させることが見出された。
本発明で多価金属カチオンに使用できる多価金属化合物は水溶性(水溶性多価金属カチオン)であることが好ましい。多価として必須に2価以上であり、2〜4価であることが好ましく、更に3価の金属カチオン、特にアルミニウムカチオンが使用される。
本発明における水溶性とは、水100g(25℃)に、1g以上、好ましくは10g以上溶解する化合物をさす。多価金属カチオンを含む多価金属化合物はそのまま(主に固体状)で吸水性樹脂粒子と混合してもよいが、FSC向上の観点から、水溶性の多価金属化合物を使用し、これを水溶液としたものを吸水性樹脂と混合することが好ましい。水溶性の多価金属化合物を水溶液の状態で混合することで、多価金属化合物が解離して生じる多価金属カチオンが粒子間の静電的スペーサーとして作用し、本発明の吸水剤がより得ることができる。
本発明に用いることができる多価金属カチオンは、典型金属及び族番号が4〜11の遷移金属の中から選ばれる少なくとも一つ以上の金属種のカチオンを含むことが好ましい。その多価金属の中でもMg,Ca,Ti,Zr,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Pd,Cu,Zn,Cd,Alを含むことが好ましく、Mg,Ca,Zn,Alがより好ましく、Alが特に好ましい。
特定CRC(32〜40[g/g])の吸水性樹脂と多価金属カチオンを混合するに際して、本発明に用いることできる多価金属カチオンを含む多価金属化合物としては、カウンターのアニオンは有機又は無機のいずれでもよく、特定に限定されない。例えば、酢酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、アクリル酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、ビス硫酸カリウムアルミニウム、ビス硫酸ナトリウムアルミニウム等の水溶性アルミニウム塩;塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム等の水溶性アルカリ土類金属塩;塩化亜鉛、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛、硫酸銅、塩化コバルト、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム等の遷移金属塩、等を例示することができる。これらの中で特に好ましいのはアルミニウム化合物であり、中でも、硫酸アルミニウムが好ましく、硫酸アルミニウム14〜18水塩等の含水結晶の粉末は最も好適に使用することが出来る。
有機酸の多価金属塩を用いる場合、好ましいアニオンとしては、アニス酸、安息香酸、p−ヒドロキシ安息香酸、ギ酸、吉草酸、クエン酸、グリコール酸、グリセリン酸、グルタル酸、クロロ酢酸、クロロプロピオン酸、けい皮酸、コハク酸、酢酸、酒石酸、乳酸、ピルビン酸、フマル酸、プロピオン酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、マロン酸、マレイン酸、酪酸、イソ酪酸、イミジノ酢酸、リンゴ酸、イソチオン酸、メチルマレイン酸、アジピン酸、イタコン酸、クロトン酸、シュウ酸、サリチル酸、グルコン酸、没食子酸、ソルビン酸、ステアリン酸等の脂肪酸、等の酸に対応する塩基である。これらのうち、酒石酸塩及び乳酸塩が好ましく、乳酸アルミニウムや乳酸カルシウム等の乳酸塩が最も好ましい。
目的のVDAUPを得るために、多価金属カチオンの混合方法は、吸水性樹脂に多価金属カチオンを含む水溶液、特に多価金属カチオン濃度が1〜60重量%、更には3〜50重量%の水溶液として混合され、更に混合後に必要により40〜150℃、更には60〜100℃程度で加熱すればよい。水の使用量は吸水性樹脂100重量部に対して0.1〜5重量部、更には0.5〜3重量部であることが好ましい。更に好ましくは、混合時に、プロパンジオール、グリセリン、1,4−ブタンジオールなどの多価アルコールないしα−ヒドロキシカルボン酸が併用される。尚、多価アルコールとしては、上述した各種化合物から適宜選択され、α−ヒドロキシカルボン酸については後述する。多価アルコールないしα−ヒドロキシカルボン酸は水より少量で且つ吸水性樹脂100重量部に対して0〜4重量部、0.01〜3重量部、更には0.02〜0.5重量部で使用されることが好ましい。
多価金属化合物の使用量は、多価金属カチオンとして、吸水性樹脂粒子100重量部に対して0.001〜3重量部の範囲が好ましく、0.005〜2重量部の範囲がより好ましく、0.01〜1重量部の範囲が更により好ましく、0.02〜0.9重量部の範囲がより好ましく、0.03〜0.22重量部の範囲が特に好ましく、0.035〜0.20重量部の範囲が最も好ましい。吸水性樹脂100重量部に対して多価金属カチオンが0.001重量部よりも少ない場合は、FSCの向上が十分ではなく、又3重量部より多い場合は混合によってAAPやVDAUPが本願を満たさないほど低下する可能性がある。
(b)多価カチオン性ポリマー
本発明の第三の製造方法では、上記特定CRC及びAAPの吸水性樹脂と少量の多価カチオン性ポリマーを混合する。多価カチオン性ポリマーは特定CRC及びAAPの吸水性樹脂粒子の表面に存在して粒子間の静電的なスペーサーとして作用して、吸水剤のFSC及びVDAUPを向上させることが見出された。本発明で用いられる多価カチオン性ポリマーとしては、分子量1000以上のポリアミンポリマーであるのが好ましい。
本発明で使用できる多価カチオン性ポリマーは、好ましくは重量平均分子量が1000以上であり、より好ましくは重量平均分子量が2000以上であり、更に好ましくは重量平均分子量が5000以上、最も好ましくは重量平均分子量が10000以上である。又、好ましくは数平均分子量が2000以上であり、更に好ましくは数平均分子量が5000以上である。重量平均分子量が1000未満であると期待する効果が得られなくなるおそれがある。尚、平均分子量の測定は、数平均分子量は粘度法によって測定し、重量平均分子量は平衡沈降法によって測定される。又、その他ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、静的光散乱法等によっても測定できる。尚コスト面から、上限は重量平均分子量が500万程度、更には100万程度で十分である。
又、本発明にかかる多価カチオン性ポリマーは、カチオン密度が2[mmol/g]以上であることが好ましく、4[mmol/g]以上であることが更に好ましく、6[mmol/g]以上であることが最も好ましい。カチオン密度が2[mmol/g]未満であると、吸水性樹脂と多価カチオン性ポリマーを混合して得られた吸水性樹脂における、膨潤後の吸水性樹脂集合体の保型性が十分でなくなる虞がある。上限は繰り返し単位で適宜決定されるが、30[mmol/g]以下、更には25[mmol/g]以下である。
多価カチオン性ポリマーの具体例としては、例えば、ポリエチレンイミン、エチレンイミンのグラフトにより変性された変性ポリアミドアミン、プロトン化ポリアミドアミン、ポリアミドアミンとエピクロルヒドリンの縮合物、ジメチルアミン、アンモニアなどのアミン類とエピクロルヒドリンの縮合物、ポリ(ビニルベンジルジアルキルアンモニウム)、ポリ(ジアリルアルキルアンモニウム)、ポリ(2−ヒドロキシ−3−メタクリロイルオキシプロピルジアルキルアミン)、ポリエーテルアミン、ポリビニルアミン、変性ポリビニルアミン、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物、ポリ(N−ビニルアルキルアミド)の部分加水分解物、(N−ビニルホルムアミド)−(N−ビニルアルキルアミド)共重合体の部分加水分解物、ポリアルキルアミン、ポリビニルイミダゾール、ポリビニルピリジン、ポリビニルイミダゾリン、ポリビニルテトラヒドロピリジン、ポリジアルキルアミノアルキルビニルエーテル、ポリジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、ポリアリルアミン、ポリアミジン、澱粉やセルロースのカチオン化物及び、これらの塩もしくは求電子試薬との反応物、等のカチオン性高分子電解質が挙げられる。ここでいうポリアミジンとは、分子内にアミジン環を有する高分子のことであり、N−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルを共重合後、酸処理することにより得られたものがより好ましい。ポリアミジンの具体例としては、日本国特許第2624089号に記載されている、アミジン構造を有するカチオン性高分子等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
これらの中でも本発明の効果の面から、ポリアミジン又はその塩、ポリビニルアミン又はその塩、ポリビニルアミン−ポリ(N−ビニルホルムアミド)の共重合体又はその塩、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物又はその塩から選ばれる少なくとも1種を含むポリアミンポリマー、更には、ポリビニルアミン又はその塩、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物又はその塩を含むポリアミンポリマーが好適である。これらの多価カチオン性ポリマーは、0〜30モル%、更には0〜10モル%程度の他の繰り返し単位を含んでいてもよい。これらの多価カチオン性ポリマーの製造方法は特に問わないが、特にポリ(N−ビニルホルムアミド)を加水分解する方法ではアミン基を持つ多価カチオン性ポリマーと蟻酸(塩)が生成し、吸水性樹脂との混合に際して、この部分加水分解物又はその塩と蟻酸の混合物を使用することは、多価カチオン性ポリマーと蟻酸の添加を同時に行うことが出来るので、プロセスの簡略化の点から好ましい。尚、ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物の製造に当たっては蟻酸が所定量残存するように、精製しない、又は蟻酸が除かれないような精製方法をとるべきである。
ポリ(N−ビニルホルムアミド)の部分加水分解物又はその塩の加水分解率は10〜100モル%、更には20〜95モル%、特に30〜90モル%が好ましい。尚、加水分解率は、加水分解前のホルムアミド基(モル数)に対し、加水分解してできたアミン基(モル数)の割合(%)を示す。ここで100モル%加水分解物はポリビニルアミンないしその塩に該当する。
多価カチオン性ポリマーの混合方法は吸水性樹脂に直接混合してもよく、多価カチオン性ポリマーを水溶液として混合してもよいが、好ましくは水溶液、特に多価カチオン性ポリマーの濃度が1〜60重量%、更には10〜50重量%の水溶液として混合することが好ましく、更に混合後に必要により40〜150℃、更には60〜100℃程度で加熱すればよい。混合機や加熱処理には表面架橋と同様の装置を含め適宜選択される。なお、上記水溶液は、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコールを含んでいてもよく、アルコールが、水に対して、好ましくは0.001〜5重量倍、より好ましくは0.01〜3重量倍、更に好ましくは0.25〜2.5重量倍である。更に好ましくは、混合時に、プロパンジオール、グリセリン、1,4−ブタンジオールなどの多価アルコールないしα−ヒドロキシカルボン酸が併用される。尚、多価アルコールとしては、上述した各種化合物から適宜選択され、α−ヒドロキシカルボン酸については後述する。多価アルコールないしα−ヒドロキシカルボン酸は水より少量で且つ吸水性樹脂100重量部に対して0〜4重量部、0.01〜3重量部、更には0.02〜0.5重量部で使用されることが好ましい。なお、本発明で用いられるα−ヒドロキシカルボン酸については後述する。
吸水性樹脂と多価カチオン性ポリマーの割合は、多価カチオン性ポリマーの添加によって加圧下吸収倍率(AAP)やVDAUPが極端に低下しない程度、特にAAPの低下が3.0[g/g]以下であればよく、その量は適宜決定されるが、吸水性樹脂100重量部に対して0.3重量部未満、0.25重量部以下、0.2部重量部以下、特に0.1部量部以下が好ましく、下限は0.001重量部以上、更には0.01重量部以上の範囲である。
吸水性樹脂100重量部に対して多価カチオン性ポリマーが0.001重量部よりも少ない場合、FSCの向上が十分ではなく、又0.5重量部より多い場合は混合によってAAPやVDAUPが本願を満たさないほど低下する可能性がある。
(c)水不溶性微粒子
本発明の第四の製造方法では、上記特定CRC及びAAPの吸水性樹脂と少量の水不溶性微粒子を混合する。水不溶性微粒子は特定CRC及びAAPの吸水性樹脂粒子の表面に存在して粒子間の立体的なスペーサーとして作用して、吸水剤のFSC及びVDAUPを向上させることが見出された。
水不溶性微粒子としては、吸水剤が水性液体と接触した際に吸水剤の粒子同士が密着するのを抑制し、水性液体の流れをよくするものであれば特に限定されるものではない。有機微粒子としては金属石鹸なども例示できるが、中でも水不溶性無機微粉末が好ましい。特に、水不溶性微粒子が無機微粒子であるのが好ましく、ベントナイト、二酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機系微粒子、更には珪素系微粒子が無加圧下吸収倍率(FSC)を向上させるので好ましい。また、水不溶性微粒子としては親水性でもよく、疎水性でもよいが、好ましくは、水分散性を示す親水性微粒子が使用できる。親水性微粒子特に珪素系微粒子は例えば欧州特許0629411号公報に例示されている。
又、水不溶性微粒子としては、好ましくは体積平均粒子径で10μm以下、5μm以下、1μm以下、特に0.5μm以下の微粒子が用いられる。
吸水性樹脂と水不溶性微粒子の混合方法はドライブレンドでもよく、水不溶性微粒子を水分散液としたスラリーで混合してもよいが、好ましくはドライブレンドされ、その際の混合機は適宜選択される。
吸水性樹脂と水不溶性微粒子の割合は、水不溶性微粒子の添加によって加圧下吸収倍率(AAP)やVDAUPが極端に低下しない程度、特にAAPの低下が5.0[g/g]以下であればよく、その量は適宜決定されるが、吸水性樹脂100重量部に対して0.4重量部以下、0.3重量部以下、0.2重量部以下、特に0.1重量部以下が好ましく、下限は0.001重量部以上、更には0.01重量部以上の範囲である。
吸水性樹脂100重量部に対して水不溶性微粒子が0.001重量部よりも少ない場合、FSCの向上が十分ではなく、又0.4重量部より多い場合は混合によってAAPやVDAUPが本願を満たさないほど低下する可能性がある。
以上、本発明の第1〜第4の製造方法を一例として本発明の吸水剤が得られるが、これら製造方法で他の吸水剤を得てもよく、又本発明の吸水剤を他の製造方法で得てもよい。
上記製造方法において、多価金属カチオン、多価カチオン性ポリマー、水不溶性微粒子に代えて、長鎖アルキルアミン(特に炭素数10〜20)を使用してもよい。
(α−ヒドロキシカルボン酸)
本発明では、目的物性向上のため、又、得られる吸水剤の着色防止のため、更にはオムツ製造時のパルプとの固定性のため、工程(B)ないし(B)以降で、多価金属カチオン又はポリアミンポリマーから選ばれるポリカチオンが多価アルコール又はヒドロキシカルボン酸を含む水溶液として混合されることが好ましい。
用いられる多価アルコールは、好ましくは非高分子の水溶性多価アルコールであり、上記表面架橋に例示された多価アルコール、特にプロパンジオールであり、本発明では、多価アルコールを、吸水性樹脂100重量部に対して、好ましくは0.01〜3重量部、更に好ましくは0.02〜2重量部、α−ヒドロキシカルボン酸を、吸水性樹脂100重量部に対して、好ましくは0.01〜3重量部、更に好ましくは0.05〜2重量部含むないし製造工程で使用する粒子状吸水剤を提供する。
本発明で好ましく使用するα−ヒドロキシカルボン酸は、分子内のα位の炭素にヒドロキシル基が結合しているカルボン酸のことを指し、好ましくは非高分子α−ヒドロキシカルボン酸等の脂肪族ヒドロキシカルボン酸であり、より好ましくは環状構造や不飽和基を有しない脂肪族のα−ヒドロキシカルボン酸である。芳香族α−ヒドロキシカルボン酸や環状構造ないし不飽和基を有するα−ヒドロキシカルボン酸の場合、それ自身が酸化反応により着色するために好ましくない。又、その分子量は好ましくは40〜2000、更に好ましくは60〜1000、特に好ましくは100〜500の範囲である。又、本発明で使用するα−ヒドロキシカルボン酸は、20±5℃で、脱イオン水100gに対する溶解度が1g以上、より好ましくは5g以上、更に好ましくは10g以上、特に好ましくは20g以上である水溶性であることが好ましい。かかるα−ヒドロキシカルボン酸として、乳酸(塩)、クエン酸(塩)、リンゴ酸(塩)、イソクエン酸(塩)、グリセリン酸(塩)、酒石酸(塩)、これらのD体、L体、メソ体等が例示される。α−ヒドロキシ多価カルボン酸として、最も好ましくは、吸水特性や着色改善の観点から、リンゴ酸(塩)、クエン酸(塩)、イソクエン酸(塩)、酒石酸(塩)が用いられる。
(2−7)キレート剤添加工程
本発明に係る粒子状吸水剤において、キレート剤を更に含有することが好ましい。キレート剤を含有させることで、耐尿性や着色防止に優れる粒子状吸水剤が得られる。
当該キレート剤が含有した粒子状吸水剤を得る方法としては、上述した各工程でキレート剤を適宜添加すればよく、特に限定されないが、例えば、重合工程で単量体水溶液に予め添加しておく方法、ゲル細粒化工程で添加する方法、乾燥工程の前後で添加する方法、表面架橋工程で表面架橋剤水溶液に予め含有させる方法又は表面架橋剤水溶液とは別途添加する方法、表面架橋後の吸水性樹脂に添加する方法等、様々な方法を適宜選択することができる。又、キレート剤を添加する際の形態についても特に限定されず、例えば、液状又は固体(粉体)状のキレート剤をそのまま添加してもよく、予め溶媒に溶解させ溶液としてから添加してもよいが、取扱性や添加量の振れ等の観点から、溶液で添加することが好ましい。
当該キレート剤としては特に限定されず、例えば、高分子又は非高分子キレート剤が挙げられる。中でも、非高分子キレート剤が好ましく、分子量或いは重量平均分子量が好ましくは40〜2000、より好ましくは60〜1000、更に好ましくは100〜500である非高分子キレート剤を単量体又はその重合体に使用することがより好ましい。より具体的なキレート剤としては、ジエチレントリアミン5酢酸3ナトリウムなどのアミノカルボン酸(塩)が挙げられ、そのカルボキシル基の数は、好ましくは2〜20、より好ましくは4〜10、特に好ましくは5〜8である。
本発明におけるキレート剤の使用量は、吸水性樹脂100重量部に対して、0.00001〜10重量部が好ましく、0.0001〜1重量部がより好ましく、0.002〜0.1重量部が更に好ましい。上記使用量が10重量部を超える場合、使用量に見合った効果が得られず不経済となるのみならず、吸水特性が低下する等の問題が生じる。一方、上記使用量は0.00001重量部未満の場合、十分な添加効果が得られない。
(2−8)消臭成分の添加工程
本発明に係る粒子状吸水剤において、消臭性を付加させるため、消臭成分、好ましくは植物成分を更に含有することができる。植物成分を含有させることで、消臭性に優れる粒子状吸水剤が得られる。
上記植物成分として特に限定されないが、例えば、ポリフェノール、フラボン、カフェイン、タンニン、タンニン酸、五倍子、没食子、没食子酸等を含んだ化合物、ツバキ、ヒカサキ、モッコク等のツバキ科の植物、イネ、ササ、竹、トウモロコシ、麦等のイネ科の植物、コーヒー等のアカネ科の植物等が挙げられる。これらの植物成分の形態は特に限定されず、植物から抽出したエキス(精油)、植物自体、植物加工業や食物加工業における製造工程で副生する植物滓及び抽出滓等が挙げられる。
本発明における植物成分の使用量は、吸水性樹脂100重量部に対して0より大きく10重量部以下、好ましくは0.001〜5重量部、更に好ましくは0.002〜3重量部である。使用量を上記範囲内とすることで、消臭性を発揮する。
(2−9)造粒工程
本発明において、吸水性樹脂を造粒することが好ましい。造粒の際、使用される水の量は吸水性樹脂の含水率にもよるが、通常、吸水性樹脂の固形分100重量部に対して、0.5〜20重量部が好ましく、0.5〜10重量部がより好ましい。又、水に加えて親水性の有機溶媒を使用してもよい。尚、水、又は水及び親水性溶媒を総称して水性液を称する。
〔3〕粒子状吸水剤の物性
本発明は、上述した粒子状吸水剤の製造方法を一例として、新規な粒子状吸水剤、即ち、表面架橋されたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とし、ポリカチオン及び水不溶性微粒子から選ばれる少なくとも1種のスペーサーを含む粒子状吸水剤であって、(a)無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)が55〜65[g/g]、(b)加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]、かつ、(c)加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)が30〜80gを満たす粒子状吸水剤を提供する。
本発明に係る粒子状吸水剤は、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)のバランスがとれた、これまでにない性能を有する吸水剤であり、当該吸水剤を吸収性物品(特に紙オムツ)に用いることで、一度に多量の水性液を素早く吸収して保持し、更に拡散させることができるため、吸収した水性液が逆戻りしない。
本発明に係る粒子状吸水剤は、上記スペーサー、好ましくは多価金属カチオン、ポリアミンポリマー及び水不溶性微粒子から選ばれる少なくとも1種のスペーサーを含むが、当該スペーサーは粒子状吸水剤の表面に偏在する。この粒子状吸水剤の表面に存在するスペーサーによって、無加圧下吸水倍率(CRC)に対して無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)が向上し、その結果として吸収性物品(特に紙オムツ)での絶対吸収量が極大化する。吸水性樹脂の無加圧下における吸水倍率(CRC及びFSC)について、一般には相関すること(例えば、FSC=1.02×CRC+11.32;非特許文献1 152頁)が知られているが、本発明ではFSCが従来の関係式より向上することが見出された。尚、ポリカチオン及び水不溶性微粒子から選ばれる少なくとも1種のスペーサーを含む本発明の吸水剤において、ポリカチオンを使用する場合、吸水剤中でそのカウンターのアニオン種は特に限定されない。例えば、多価金属カチオンやポリカチオン性ポリマーのカウンターアニオンとして、吸水性樹脂のアニオン性官能基、特にポリアクリル酸系吸水性樹脂の場合はカルボキシアニオンであってもよく、又、上記使用した多価金属塩やカチオン性ポリマーのカウンターアニオンのままで吸水剤中に存在していてもよい。即ち、言い換えれば、ポリカチオンが吸水性樹脂のアニオン性官能基とすべて反応していてもよく、部分的に反応していてもよく、又は、そのままの形で吸水剤中に含まれていてもよい。
(3−1)無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)
本発明に係る粒子状吸水剤の無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)は、55〜65[g/g]であり、好ましくは55〜63[g/g]、より好ましくは56〜63[g/g]、更に好ましくは57〜63[g/g]である。上記無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)が55[g/g]未満の場合、当該粒子状吸水剤を吸収性物品(特に紙オムツ)に用いた際、優れた絶対吸収量が得られず好ましくない。
(3−2)加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)
本発明に係る粒子状吸水剤の加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)は、20〜30[g/g]であり、好ましくは21〜30[g/g]、より好ましくは22〜30[g/g]、更に好ましくは23〜30[g/g]である。上記加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20[g/g]未満の場合、当該粒子状吸水剤を吸収性物品(特に紙オムツ)に用いた際、戻り量(Re−Wet)が多くなり好ましくない。
(3−3)加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)
本発明に係る粒子状吸水剤の加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)は、30〜80gであり、好ましくは35〜75g、より好ましくは35〜70g、更に好ましくは35〜65gである。上記加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)が30g未満の場合、当該粒子状吸水剤を吸収性物品(特に紙オムツ)に用いた際、戻り量(Re−Wet)が多くなり好ましくない。
(3−4)無加圧下吸水倍率(CRC)
本発明に係る粒子状吸水剤の無加圧下吸水倍率(CRC)は、32[g/g]以上が好ましく、33[g/g]以上がより好ましく、34[g/g]以上が更に好ましい。上記無加圧下吸水倍率(CRC)が32[g/g]未満の場合、紙オムツ等の吸収性物品に使用した際に高物性を示さない虞がある。尚、無加圧下吸水倍率(CRC)の上限値は高いほど好ましいが、他の物性とのバランスや製造コストの観点から、通常45[g/g]、更には40[g/g]、特に38[g/g]程度で十分である。
(3−5)生理食塩水流れ誘導性(SFC)
本発明に係る粒子状吸水剤の生理食塩水流れ誘導性(SFC)は30[×10-7・s・cm3・g-1]以下が好ましく、25[×10-7・s・cm3・g-1]以下がより好ましく、20[×10-7・s・cm3・g-1]以下が更に好ましい。又、下限値は他の物性とのバランスや製造コストの観点から、1[×10-7・s・cm3・g-1]以上が好ましく、5[×10-7・s・cm3・g-1]以上がより好ましい。上記生理食塩水流れ誘導性(SFC)を上記範囲内とすることで、当該粒子状吸水剤を吸収性物品(特に紙オムツ)に用いた際、吸液時間、戻り量、絶対吸収量が優れるため好ましい。
(3−6)その他の物性
本発明に係る粒子状吸水剤の加圧下吸水倍率(AAP−2.06kPa)は、20[g/g]以上が好ましく、25[g/g]以上がより好ましい。上記加圧下吸水倍率(AAP−2.06kPa)が20[g/g]未満の場合、本発明の効果が発揮されない虞がある。尚、加圧下吸水倍率(AAP−2.06kPa)の上限値は高いほど好ましいが、他の物性とのバランスや製造コストの観点から、40[g/g]、特に35[g/g]程度で十分である。
また、本発明に係る粒子状吸水剤の含水率(ERT430.2−02)は、表面架橋後の吸水性樹脂の含水率、スペーサーの種類や量等で適宜決定されるが、好ましくは0〜15重量%、より好ましくは0.5〜10重量%、更に好ましくは0.6〜3重量%の範囲である。スペーサーと吸水性樹脂とを混合する際に、水溶液の状態で添加する場合には、乾燥を行うこともあるが、粉末の状態で添加する場合には乾燥は任意である。そのため、含水率は高く維持することも、低くすることも可能性である。これら含水率は目的に応じて適宜制御すればよい。
本発明に係る粒子状吸水剤の形状は、粒子状であれば特定の形状に限定されず、例えば、球状、略球状、(粉砕物である)不定形破砕状、棒状、多面体状、ソーセージ状(例えば、米国特許第4973632号等)、皺を有する粒子(例えば、米国特許第5744564号等)等が挙げられる。これらの粒子は、一次粒子(single particle)でも造粒粒子でもよく、混合物でもよい。又、発泡した多孔質でもよい。これらの中でも、不定形破砕状の一次粒子又は造粒粒子が好ましい。尚、本発明の粒子状吸水剤の粒度(重量平均粒子径(D50)、対数標準偏差(σζ)、粒子径が850μm以上又は150μm未満の重量百分率)や嵩比重は、上述した範囲であることが好ましい。
〔4〕粒子状吸水剤の用途等
本発明に係る粒子状吸水剤の用途としては、特に限定されないが、吸収体に成型され、最終消費材として吸収性物品(例えば、紙オムツ)に使用されることが好ましい。
(4−1)吸収体
本発明の一形態としては、上述した粒子状吸水剤を含有する吸収体を含む。また、当該吸収体は、粒子状吸水剤及び必要により繊維基材を含んで成型され、粒子状吸水剤の含有率が40〜90重量%であるのが好ましい。
本発明における吸収体は、粒子状吸水剤をシート状、ウェブ状、筒状等に成型して得られる。尚、「吸収体」とは、粒子状吸水剤とパルプ等の親水性繊維とを主成分として成型された吸水材のことをいう。
当該吸収体中の粒子状吸水剤の含有量、即ち、粒子状吸水剤と親水性繊維(繊維基材)との合計重量に対する粒子状吸水剤の重量(以下、「コア濃度」と称する)は、実施例(表4)に示すように40重量%以上でより優れた効果、特に短い吸液時間、少ない戻り量(Re−Wet)、多い絶対吸収量を示す。つまり、本発明の吸収体におけるコア濃度は40〜100重量%が好ましく、40〜90重量%がより好ましく、40〜80重量%が更に好ましく、50〜70重量%が最も好ましく、この範囲で最大限の効果を発揮する。
又、本発明の粒子状吸水剤は、通液性(生理食塩水流れ誘導性/SFC)が良好であるため、吸収体に使用する際、親水性繊維の含有量を減らすことができる。従って、コア濃度を40重量%以上としても液拡散性が良好であり、一度に多量の水性液を素早く吸収して拡散させることができる。更に長時間、吸水特性を維持させることができ、吸収した水性液の逆戻りもない。以上のように、本発明の粒子状吸水剤を用いることで、吸収体(特に紙オムツ)の薄型化を図ることができる。
(4−2)吸収性物品
本発明の一形態としては、上述した吸収体を含む吸収性物品を含む。
本発明における吸収性物品は、吸水やゲル化、保湿、止水、吸湿等を目的とした最終消費材である。当該最終消費材は、上記吸収体、液透過性を有する表面シート、液不透過性の背面シートを備えた吸収性物品であり、具体的には紙オムツ、失禁パット、生理用ナプキン等が挙げられ、特に好ましくは紙オムツである。尚、他の衛生材料にも適用することができる。
更に本発明の吸収性物品(特に紙オムツ等の吸尿用物品)は、一度に多量の水性液を素早く吸収して拡散させることができ、更に長時間、吸水特性を維持させることができ、吸収した水性液の逆戻りもない。戻り量が少なく、ドライ感が良好のため、装着している本人や介護者の負担も軽減する。
〔5〕吸収体及び吸収性物品としての効果
(5−1)吸収体の絶対吸収量及び戻り量(Re−Wet)の両立
本発明に係る粒子状吸水剤を用いて作製した吸収体は、相反する物性である「絶対吸収量」と「戻り量(Re−Wet)」を両立することができる。即ち、本発明の吸収体は、(6−13)(2−a)で規定する絶対吸収量(ミニ吸収体)が300g以上であり、かつ(6−13)(2−b)で規定する戻り量(Re−Wet)(ミニ吸収体)が0〜2.0gである吸収体である。
本発明の吸収体における絶対吸収量(ミニ吸収体)は300g以上が好ましく、310g以上がより好ましく、320g以上が更に好ましく、330g以上が特に好ましい。上記絶対吸収量(ミニ吸収体)が300g以上の場合、実際の紙オムツでの絶対吸収量も優れる。更に、紙オムツを装着した際の装着感が良好であり、液漏れやかぶれの発生を抑えることができる。尚、上記絶対吸収量(ミニ吸収体)の上限は、高いほど好ましいが、他の物性とのバランスから400g程度で十分である。
本発明の吸収体における戻り量(Re−Wet)(ミニ吸収体)は0〜2.0gが好ましく、0〜1.5gがより好ましく、0〜1.0gが更に好ましい。上記戻り量(Re−Wet)が2g以下の場合、実際の紙オムツでの戻り量(Re−Wet)も優れる。更に、紙オムツを装着した際の装着感が良好であり、液漏れやかぶれの発生を抑えることができる。
(5−2)吸収性物品の吸液時間、戻り量(Re−Wet)及び絶対吸収量の両立
本発明に係る粒子状吸水剤を用いて作製した吸収性物品は相反する物性である「絶対吸収量」と「戻り量(Re−Wet)」の両立に加え、更に「吸液時間」にも優れている。
即ち、本発明の吸収性物品は、コア濃度40重量%の場合は「(6−13)(2−d)で規定する吸液時間が120秒以下、(6−13)(2−d)で規定する戻り量(Re−Wet)が25g以下、かつ(6−13)(2−c)で規定する絶対吸収量が750g以上」を満たし、コア濃度50重量%の場合は「吸液時間が280秒(更には250秒)以下、戻り量(Re−Wet)が20g(更には15g)以下、かつ絶対吸収量が715g(更には730g)以上」を満たし、コア濃度60重量%の場合は「吸液時間が400秒(更には300秒)以下、戻り量(Re−Wet)が15g(更には13g)以下、かつ絶対吸収量が700g(更には715g)以上」を満たし、コア濃度70重量%の場合は「吸液時間が700秒(更には600秒)以下、戻り量(Re−Wet)が16g(更には13g)以下、かつ絶対吸収量が690g(更には700g)以上」を満たす。したがって、本発明の粒子状吸水剤を40〜100重量%使用した吸収性物品は、吸液時間及び戻り量(Re−Wet)を高い範囲で両立できるため、実際の紙オムツでの絶対吸収量も優れる。更に、紙オムツを装着した際の装着感が良好であり、液漏れやかぶれの発生を抑えることができる。
なお、本出願は、2010年9月30日に出願された日本国特許出願第2010−222533号および2011年5月26日に出願された日本国特許出願第2011−118003号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。
〔6〕実施例
以下、実施例及び比較例によって本発明をより具体的に説明する。尚、実施例及び比較例において使用する電気機器等は全て100V、60Hzの条件で使用し、又、特に断りのない限り、室温(25℃±2℃)、相対湿度50%RHの条件下で各物性を測定した。
又、便宜上、「重量%」を「wt%」、「リットル」を「L」と記すことがある。更に、本明細書では、「0.90重量%塩化ナトリウム水溶液」を「生理食塩水」と称する場合もあるが、両者は同じものとして扱う。更に、以下の(6−1)〜(6−13)においては、便宜上「粒子状吸水剤」と記載するが、「吸水性樹脂粒子」又は「吸水性樹脂」等について測定する際には、読み替えて適用する。
(6−1)無加圧下吸水倍率(CRC)
本発明に係る粒子状吸水剤の無加圧下吸水倍率(CRC)は、ERT441.2−02に準じて測定した。
即ち、粒子状吸水剤0.200g(重量W0[g])を秤量し、不織布製の袋(60×85mm)に均一に入れヒートシールした後、25±3℃に調温した0.90wt%塩化ナトリウム水溶液500mL中に浸漬した。30分経過後、袋を引き上げ、遠心分離機(株式会社コクサン社製遠心機:形式H−122)を用いて、250G、3分間の条件で水切りを行った。その後、袋の重量(W1[g])を測定した。
同様の操作を、粒子状吸水剤を入れずに行い、そのときの袋の重量(W2[g])を測定した。得られたW0[g]、W1[g]、W2[g]から次式にしたがって、無加圧下吸水倍率(CRC)を算出した。
(6−2)無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)
本発明に係る粒子状吸水剤の無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)は、ERT440.2−02に準じて測定した。
即ち、粒子状吸水剤0.200g(重量W3[g])を秤量し、不織布製の袋(60×85mm)に均一に入れヒートシールした後、25±3℃に調温した0.90wt%塩化ナトリウム水溶液500mL中に浸漬した。30分経過後、袋を引き上げ、10分間吊り下げて水切りを行った。その後、袋の重量(W4[g])を測定した。
同様の操作を、粒子状吸水剤を入れずに行い、そのときの袋の重量(W5[g])を測定した。得られたW3[g]、W4[g]、W5[g]から次式にしたがって、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)を算出した。
(6−3)加圧下吸水倍率(AAP)
本発明に係る粒子状吸水剤の加圧下吸水倍率(AAP)は、ERT442.2−02に準じて測定した。
即ち、粒子状吸水剤0.9g(重量W6[g])を測定装置に投入し、測定装置一式の重量(W7[g])を測定した。次に、0.90wt%塩化ナトリウム水溶液を2.06kPa(0.3psi,21[g/cm2])又は4.83kPa(0.7psi,50[g/cm2])の荷重下で吸収させた。1時間経過後、測定装置一式の重量(W8[g])を測定し、得られたW6[g]、W7[g]、W8[g]から次式にしたがって、加圧下吸水倍率(AAP)を算出した。(装置は図1を参照。)なお、測定装置とは、図1において、プラスチックの支持円筒100、ステンレス製400メッシュの金網101、ピストン103、及び荷重(おもり)104からなる装置であり、W8は吸水剤(膨潤ゲル)102を含む重量である。
尚、2.06kPaで測定した加圧下吸水倍率を「AAP−2.06kPa」、4.83kPaで測定した加圧下吸水倍率を「AAP−4.83kPa」と表記する。
(6−4)加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)
本発明に係る粒子状吸水剤の加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)は、上記(5−3)加圧下吸水倍率(AAP)の測定において、粒子状吸水剤の使用量を10.000±0.050gにし、荷重条件を4.83kPa(0.7psi,50[g/cm2])とした以外は同様の手法により測定した。
即ち、粒子状吸水剤10.000±0.050gを測定装置に投入し、測定装置一式の重量(W9[g])を測定した。次に、0.90wt%塩化ナトリウム水溶液を4.83kPa(0.7psi,50[g/cm2])の荷重下で吸収させた。1時間経過後、測定装置一式の重量(W10[g])を測定し、得られたW9[g]、W10[g]から次式にしたがって、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)を算出した。
(6−5)生理食塩水流れ誘導性(SFC)
SFCは周知の測定法であり、米国特許第5562646号に記載の手法にて測定を行った。
(6−6)水可溶分(Ext)
本発明に係る粒子状吸水剤の水可溶分(Ext)は、ERT470.2−02に準じて測定した。
即ち、長さ35mmの回転子を入れた容量250mLの蓋付きプラスチック容器に、粒子状吸水剤1.0gと0.90wt%の塩化ナトリウム水溶液200.0gとを入れ、20〜25℃(室温)、相対湿度50±5RH%の雰囲気下で、16時間攪拌を行い、粒子状吸水剤中の水可溶分を抽出した。次に、当該抽出液を濾紙(ADVANTEC東洋株式会社、品名:JIS P 3801、No.2、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)1枚を用いて濾過し、得られた濾液50.0gを測定用液とした。次いで、上記測定用液をpH10となるまで0.1N−NaOH水溶液で滴定した後、pH2.7となるまで0.1N−HCl水溶液で滴定した。このときの滴定量([NaOH]mL、[HCl]mL)を求めた。
同様の操作を、0.90wt%塩化ナトリウム水溶液のみに対して行い、空滴定量([bNaOH]mL、[bHCl]mL)を求めた。
本発明の粒子状吸水剤の場合、使用する単量体の平均分子量と上記操作により得られた滴定量とに基づき、次式にしたがって、水可溶分(Ext)を算出した。
尚、単量体の平均分子量が未知である場合は、上記滴定操作により求めた中和率を用いて単量体の平均分子量を算出する。尚、中和率は次式にしたがって求めた。
(6−7)pH
本発明に係る粒子状吸水剤のpHは、ERT400.2−02に準じて測定した。
即ち、容量250mLのビーカーに、0.90wt%塩化ナトリウム水溶液100mLを入れ、20〜25℃(室温)、相対湿度50±5RH%の雰囲気下で、マグネチックスターラー(長さ30mm、外径6mm)でゆっくりと攪拌した(例えば、回転数は100rpm)。この状態で粒子状吸水剤0.5gを入れ、更にそのまま攪拌を続けた。10分経過後、マグネチックスターラーの回転を停止し静置した。1分経過後、pH電極を上澄み部分に浸漬し、pH測定を行った。尚、pH電極は、pH4.0及び7.0の標準溶液にて校正したものを使用した。
(6−8)含水率
本発明に係る粒子状吸水剤の含水率は、ERT430.2−02に準じて測定した。
即ち、底面の大きさが直径約50mmのアルミカップに、粒子状吸水剤1.00gを量り取り、試料(粒子状吸水剤及びアルミカップ)の総重量W11[g]を測定した。
次に、雰囲気温度105℃の無風オーブン中に上記試料を静置して、粒子状吸水剤を乾燥させた。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(乾燥後の粒子状吸水剤及びアルミカップ)の総重量W12[g]を測定し、次式にしたがって、含水率[重量%]を算出した。
尚、粒子状吸水剤の物性を固形分補正する必要がある場合は、乾燥温度を180℃に変更して含水率(固形分)を求めた。含水率と固形分の関係は、次式にて示す通りである。
(6−9)重量平均粒子径(D50)、粒度分布の対数標準偏差(σζ)及び粒子径150μm未満の重量百分率(粒子含有率)
本発明に係る粒子状吸水剤の重量平均粒子径(D50)、粒度分布の対数標準偏差(σζ)及び粒子径150μm未満の重量百分率(粒子含有率)は、欧州特許第0349240号に開示された測定方法に準じて測定した。
即ち、目開き850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μmを有するJIS標準篩(The IIDA TESTING SIEVE:内径80mm;JIS Z8801−1(2000))、又はJIS標準篩に相当する篩を用いて、粒子状吸水剤10.00gを分級した。分級後、各篩の重量を測定し、粒子径150μm未満の重量百分率(重量%)を算出した。尚、「粒子径150μm未満の重量百分率」とは、目開き150μmのJIS標準篩を通過する粒子の、粒子状吸水剤全体に対する重量割合である。
又、重量平均粒子径(D50)は、上記各粒度の残留百分率Rを対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重量平均粒子径(D50)として読み取った。尚、重量平均粒子径(D50)は、粒子状吸水剤全体の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)は次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、その値が小さいほど粒度分布が狭いことを意味する。
尚、X1はR=84.1重量%、X2はR=15.9重量%に相当する粒子径を指す。
(6−10)粒子状吸水剤中の多価金属カチオン
本発明に係る粒子状吸水剤中の多価金属カチオンは、上記特許文献2(特開2005−113117号)に開示された「吸水性樹脂に含まれる多価金属成分の定量方法」に準じて、測定した。
即ち、容量260mLのポリプロピレン製ビーカーに粒子状吸水剤1.0gを秤取り、生理食塩水(0.90wt%塩化ナトリウム水溶液)190.0g及び2Nの塩酸10.0gを加え、室温下30分間攪拌した。攪拌後、上澄み液をクロマトディスク(GLクロマトディスク25A、ジーエルサイエンス株式会社)でろ過し、得られたろ液について、プラズマ発光分光装置(堀場製作所製、ULTIMA)を用いて分析することにより、多価金属カチオン濃度を求めた。尚、検量線は既知量の多価金属カチオンを含む生理食塩水により作成した。求められた多価金属カチオン濃度より、粒子状吸水剤中の多価金属カチオン濃度は次の式で表される。
(6−11)粒子状吸水剤中のポリアミンポリマー
本発明に係る粒子状吸水剤中のポリアミンポリマーは、下記の手法により測定した。
即ち、容量260mLのポリプロピレン製ビーカーに粒子状吸水剤1.0gを秤取り、0.1Nの塩酸200.0g(液温20〜25℃)を加え、室温下1時間攪拌し、ポリアミンポリマーを粒子状吸水剤から遊離させた。攪拌後、上澄み液をクロマトディスク(GLクロマトディスク25A、ジーエルサイエンス株式会社)でろ過し、得られたろ液について、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて分析することにより、ポリアミンポリマー濃度を求めた。
(6−12)粒子状吸水剤中の水不溶性微粒子
本発明に係る粒子状吸水剤中の水不溶性微粒子は、下記の手法により測定した。尚、水不溶性微粒子として珪素系微粒子(二酸化珪素)を含有する粒子状吸水剤を例にとって説明するが、他の元素を含む微粒子の場合でも、測定条件を適宜変更して定量することができる。
即ち、容量250mLのポリプロピレン製ビーカーに粒子状吸水剤0.500gを秤取り、試薬グレードの炭酸ナトリウム(無水)0.5gを加え、更に80℃の脱イオン水(grade3、ISO3696)100mLを加えた。当該内容物の温度を80℃に保持した状態で2時間攪拌し、粒子状吸水剤中の二酸化珪素を溶解させた。
次に、上記内容物を定量濾紙(ADVANTEC東洋株式会社製;No.5C,185mm)を用いてろ過し、濾紙上に液体がほとんど無くなった時点(約1時間)で、6Nの塩酸3mLを加え、できるだけ膨潤した粒子状吸水剤(ゲル)を収縮させた。
続いて、容量200mLのメスフラスコに上記ろ過液(6Nの塩酸3mL含有)と5重量%のモリブデン酸アンモニウム水溶液4mLを2回加え、脱イオン水でメスアップし、発色させた。得られた発色液を分光光度計(日立製作所製、IU−1100 Spectrophotometer)を用いて、波長410nm、セル厚10mmにて発色後5〜20秒以内に吸光度(ABS)を測定した。尚、ブランクとして同様の操作を脱イオン水で行った。
上記操作で得られた吸光度について、その差(発色液の吸光度−ブランクの吸光度)を、試験サンプルの吸光度とし、後述する検量線により、粒子状吸水剤中の二酸化珪素(重量%)を求めた。
尚、検量線は、二酸化珪素を添加していない粒子状吸水剤(例えば、実施例1で得られる粒子状吸水剤(1))100重量部に対して、二酸化珪素微粒子(例えば、日本アエロジル社製;Aerosil(登録商標)200)を0重量部、0.03重量部、0.06重量部、0.1重量部、0.2重量部、0.3重量部、0.5重量部、1.0重量部添加、混合した標準サンプルを作製し、これらの標準サンプルについて上記と同様の操作を行い、吸光度を求めることにより作成した。
(6−13)吸収体の性能評価
本発明に係る粒子状吸水剤について、吸収体としての性能を評価するために、以下に掲げる各種の吸収体(ミニ吸収体、紙オムツ型吸収体)を作製し、その絶対吸収量、戻り量及び吸液時間を測定し、評価した。
(1)吸収体の作製
(1−a)ミニ吸収体1
粒子状吸水剤2g及び木材粉砕パルプ2gを、ミキサーを用いて乾式混合した後、得られた混合物を400メッシュ(目開き38μm)のワイヤースクリーン上に広げ、直径90mmのウェッブを成形した。次いで、該ウェッブを圧力196.14kPa(2[kgf/cm2])で1分間プレスすることで、ミニ吸収体1を得た。
得られたミニ吸収体1中の粒子状吸水剤含有量は約1.9gであり、その坪量は約0.06[g/cm2]であった。
(1−b)ミニ吸収体2
粒子状吸水剤5g及び木材粉砕パルプ5gを、ミキサーを用いて乾式混合した後、得られた混合物を400メッシュ(目開き38μm)のワイヤースクリーン上に広げ、長方形(大きさ:100mm×167mm)のウェッブを成形した。次いで、該ウェッブを圧力196.14kPa(2[kgf/cm2])で1分間プレスすることで、ミニ吸収体2を得た。
得られたミニ吸収体2中の粒子状吸水剤含有量は約5.0gであり、その坪量は約0.06[g/cm2]であった。
(1−c)紙オムツ型吸収体3
粒子状吸水剤30g及び木材粉砕パルプ70gを、ミキサーを用いて乾式混合した後、得られた混合物を400メッシュ(目開き38μm)のワイヤースクリーン上に広げ、バッチ型空気抄造装置を用いてウェッブ状(シート状)に空気抄造した。その後、長方形(大きさ:120mm×380mm)に切り出して成形した。次いで、該ウェッブを圧力196.14kPa(2[kgf/cm2])で1分間プレスすることで、紙オムツ型吸収体3(子供用紙オムツサイズ)を得た。
得られた紙オムツ型吸収体3中の粒子状吸水剤含有量は12gであり、コア濃度が30%でその坪量が約877[g/m2]であった。
(1−d)紙オムツ型吸収体4
粒子状吸水剤40g及び木材粉砕パルプ60gを、ミキサーを用いて乾式混合した後、得られた混合物を400メッシュ(目開き38μm)のワイヤースクリーン上に広げ、バッチ型空気抄造装置を用いてウェッブ状(シート状)に空気抄造した。尚、空気抄造時間によって坪量を調整した。その後、長方形(大きさ:120mm×380mm)に切り出して成形した。次いで、該ウェッブを圧力196.14kPa(2[kgf/cm2])で1分間プレスすることで、紙オムツ型吸収体4(子供用紙オムツサイズ)を得た。
得られた紙オムツ型吸収体4中の粒子状吸水剤含有量は12gであり、コア濃度が40%でその坪量が約658[g/m2]であった。
(1−e)紙オムツ型吸収体5
粒子状吸水剤50g及び木材粉砕パルプ50gを、ミキサーを用いて乾式混合した後、得られた混合物を400メッシュ(目開き38μm)のワイヤースクリーン上に広げ、バッチ型空気抄造装置を用いてウェッブ状(シート状)に空気抄造した。尚、空気抄造時間によって坪量を調整した。その後、長方形(大きさ:120mm×380mm)に切り出して成形した。次いで、該ウェッブを圧力196.14kPa(2[kgf/cm2])で1分間プレスすることで、紙オムツ型吸収体5を得た。
得られた紙オムツ型吸収体5中の粒子状吸水剤含有量は12gであり、コア濃度が50%でその坪量が約526[g/m2]であった。
(1−f)紙オムツ型吸収体6
粒子状吸水剤60g及び木材粉砕パルプ40gを、ミキサーを用いて乾式混合した後、得られた混合物を400メッシュ(目開き38μm)のワイヤースクリーン上に広げ、バッチ型空気抄造装置を用いてウェッブ状(シート状)に空気抄造した。尚、空気抄造時間によって坪量を調整した。その後、長方形(大きさ:120mm×380mm)に切り出して成形した。次いで、該ウェッブを圧力196.14kPa(2[kgf/cm2])で1分間プレスすることで、紙オムツ型吸収体6を得た。
得られた紙オムツ型吸収体6中の粒子状吸水剤含有量は12gであり、コア濃度が60%でその坪量が約439[g/m2]であった。
(1−g)紙オムツ型吸収体7
粒子状吸水剤70g及び木材粉砕パルプ30gを、ミキサーを用いて乾式混合した後、得られた混合物を400メッシュ(目開き38μm)のワイヤースクリーン上に広げ、バッチ型空気抄造装置を用いてウェッブ状(シート状)に空気抄造した。尚、空気抄造時間によって坪量を調整した。その後、長方形(大きさ:120mm×380mm)に切り出して成形した。次いで、該ウェッブを圧力196.14kPa(2[kgf/cm2])で1分間プレスすることで、紙オムツ型吸収体7を得た。
得られた紙オムツ型吸収体7中の粒子状吸水剤含有量は12gであり、コア濃度が70%でその坪量が約376[g/m2]であった。
(2)性能評価
(2−a)絶対吸収量(ミニ吸収体)
上記ミニ吸収体2(大きさ:100mm×167mm/コア濃度50%)を、不織布製の袋(大きさ:120×180mm)に入れヒートシールした後、25±3℃に調温した0.90wt%の塩化ナトリウム水溶液2L中に浸漬した。30分経過後、当該袋を引き上げ10分間吊り下げて水切りし、袋の重量(W13[g])を測定した。
同様の操作を、ミニ吸収体2を入れずに行い、そのときの袋の重量(W14[g])を測定した。次式にしたがってミニ吸収体の絶対吸収量[g]を算出した。
(2−b)戻り量(Re−Wet)(ミニ吸収体)
上記ミニ吸収体1(直径90mm/コア濃度50%)を、内径90mmのSUS製シャーレの底に置き、その上に直径90mmの不織布を載せ、更に4.8kPaの荷重が当該ミニ吸収体1に均等にかかるように調整されたピストンと錘を置いた。尚、該ピストン及び錘は、中心部に直径5mmの液投入口があるものを使用した。
次いで、生理食塩水(0.90wt%塩化ナトリウム水溶液)25mLを該液投入口から注ぎ入れ、ミニ吸収体1に吸液させた。30分経過後、更に生理食塩水25mLを液投入口から注ぎ入れ、吸液させた。
30分経過後、上記ピストン及び錘を取り外し、予め総重量(W15[g])を測定した外径90mmの濾紙(トーヨー濾紙株式会社製;No.2)30枚を載せ、更に荷重が均等にかかるピストンと錘(総重量20kg)を素早く置いた。
5分経過後、上記濾紙30枚の重量(W16[g])を測定し、次式にしたがってミニ吸収体1の戻り量[g]を算出した。
(2−c)絶対吸収量(紙オムツ型吸収体)
上記紙オムツ型吸収体3〜7(大きさ:120mm×380mm/コア濃度30%〜70%)を、不織布製の袋(大きさ:130×400mm)に入れヒートシールした後、25±3℃に調温した0.9重量%塩化ナトリウム水溶液5L中に浸漬した。30分経過後、当該袋を引き上げ10分間吊り下げて水切りし、袋の重量(W17[g])を測定した。
同様の操作を、紙オムツ型吸収体3〜7を入れずに行い、そのときの袋の重量(W18[g])を測定した。次式にしたがって紙オムツ型吸収体3〜7の絶対吸収量[g]を算出した。
(2−d)吸液時間、戻り量(Re−Wet)(紙オムツ型吸収体)
下記の方法によって模擬紙オムツを作成した。
即ち、大きさ:120mm×380mmの液不透過性のポリプロピレンからなるバックシート(液不透過性シート)上に、上記紙オムツ型吸収体(3〜7の何れか1つ)を載せ、その上に大きさ:120mm]×380mmの不織布、更に同じ大きさの液透過性のポリプロピレンからなるトップシート(液透過性シート)を置き、4層からなる模擬紙オムツを作成した。次いで、中央部に直径70mmの液投入口を有するアクリル板(大きさ:120mm×380mm)を上記模擬紙オムツ上に置き、更にその上に、2.1kPaの荷重が全体に均等にかかるように調整された錘を置いた。
続いて、生理食塩水(0.90wt%塩化ナトリウム水溶液)75mlを上記液投入口から30分間隔で合計5回注ぎ入れた(合計投入量:375ml)。5回目に投入した生理食塩水が、紙オムツ型吸収体に吸収されるまでの時間(即ち、液透過性シートの上から生理食塩水が取り込まれるまでの時間)を「吸液時間」として記録した。
上記吸液時間の測定後、30分経過してから上記錘及びアクリル板を取り外し、予め総重量(W19[g])を測定したキッチンタオル(大きさ:120mm×380mm、王子ネピア株式会社製)30枚を載せ、更に荷重が均等にかかるアクリル板(大きさ:120mm×380mm)及び錘(総重量10kg)を素早く置いた。
1分経過後、上記キッチンタオル30枚の重量(W20[g])を測定し、次式にしたがって紙オムツ型吸収体3〜7の戻り量[g]を算出した。
[製造例1]
内容積10Lのシグマ型羽根を2本有する双腕型のジャケット付きステンレス製ニーダーに蓋を付けて形成した反応器に、アクリル酸425.2g、37重量%のアクリル酸ナトリウム水溶液4499.5g、純水538.5g、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)6.17g及びジエチレントリアミン5酢酸3ナトリウム0.21gを投入して反応液とした後、窒素ガス雰囲気下で20分間脱気した。
続いて、10重量%の過硫酸ナトリウム水溶液28.3g及び0.1重量%のL−アスコルビン酸水溶液23.6gをそれぞれ別個に、上記反応液を攪拌しながら添加したところ、約25秒後に重合が開始した。そして、生成した含水ゲル状架橋重合体を解砕しながら25〜95℃で重合し、重合開始から30分経過後に含水ゲル状架橋重合体を反応器から取り出した。尚、得られた含水ゲル状架橋重合体は、その径が約5mm以下に細粒化されていた。
上記細粒化された含水ゲル状架橋重合体を、目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げ、170℃で65分間熱風乾燥をした後、ロールミルで粉砕し、更に目開きが850μmのJIS標準篩で分級、調合した。この一連の操作により、重量平均粒子径(D50)が458μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.40である不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(1)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(1)の無加圧下吸水倍率(CRC)は42[g/g]、水可溶分(Ext)は13重量%であった。
[製造例2]
製造例1において、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)の使用量を6.78gに変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、重量平均粒子径(D50)が380μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.35である不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(2)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(2)の無加圧下吸水倍率(CRC)は39[g/g]、水可溶分(Ext)は11重量%であった。
[製造例3]
製造例1において、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)の使用量を4.93gに変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、重量平均粒子径(D50)が380μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.33である不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(3)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(3)の無加圧下吸水倍率(CRC)は45[g/g]、水可溶分(Ext)は15重量%であった。
[製造例4]
製造例1において、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)の使用量を7.39gに変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、重量平均粒子径(D50)が470μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.42である不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(4)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(4)の無加圧下吸水倍率(CRC)は36[g/g]、水可溶分(Ext)は9重量%であった。
[製造例5]
製造例1において、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)の使用量を2.46gに変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、重量平均粒子径(D50)が470μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.42である不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(5)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(5)の無加圧下吸水倍率(CRC)は55[g/g]、水可溶分(Ext)は20重量%であった。
[製造例6]
製造例1において、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)の使用量を3.08gに変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、重量平均粒子径(D50)が470μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.42である不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(6)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(6)の無加圧下吸水倍率(CRC)は53[g/g]、水可溶分(Ext)は17重量%であった。
[製造例7]
製造例1において、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)の使用量を8.60gに変更した以外は、製造例1と同様の操作を行い、重量平均粒子径(D50)が455μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.41である不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(7)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(7)の無加圧下吸水倍率(CRC)は33[g/g]、水可溶分(Ext)は8重量%であった。
[製造例8]
上記特許文献1の実施例に記載された吸水剤の中で、最も高い無加圧下吸水倍率及び加圧下吸水倍率が示された実施例23に準じて実施した。
即ち、アクリル酸185.4g、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)0.942g(アクリル酸に対して0.07モル%)及び1.0重量%のジエチレントリアミン5酢酸・5ナトリウム水溶液1.13gを混合した溶液(A)を、断熱材である発泡スチロールで覆われた、内径80mm、容量1Lのポリプロピレン製容器に投入しマグネチックスターラーで攪拌しながら、48.5重量%の水酸化ナトリウム水溶液148.53g及び50℃に調温したイオン交換水159.71gを混合した溶液(B)を、開放系で素早く加えて混合して、単量体水溶液をした。当該単量体水溶液は中和熱と溶解熱で約100℃まで液温が上昇した。
次いで、上記単量体水溶液に3.0重量%の過硫酸ナトリウム水溶液4.29gを攪拌しながら加えた後、直ぐにステンレス製バット型容器(底面250×250mm、上面640×640mm、高さ50mm、中心断面:台形、内面;テフロン(登録商標)を貼り付け)に大気開放系で注いだ。尚、該バット型容器は、ホットプレート(株式会社井内盛栄堂社製;NEO HOTPLATE HI−1000)を用いて、表面温度が100℃となるまで加熱した。
上記単量体水溶液がバット型容器に注がれて間もなく重合反応が開始した。当該重合反応は、水蒸気を発生しながら上下左右に膨張発泡して進行し、その後、バット型容器よりも若干大きなサイズにまで収縮した。この膨張、収縮は約1分以内に終了した。重合反応の開始から4分経過後に、含水ゲル状重合体(含水ゲル)を取り出した。
上記重合反応で得られた含水ゲルを、ミートチョッパー(ROYAL MEAT−CHOPPER VR400K、;飯塚工業株式会社製/ダイス径9.5mm)を用いて解砕し、細粒化された含水ゲル状架橋重合体を得た。
上記細粒化された含水ゲル状架橋重合体を、目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げ、180℃で50分間熱風乾燥をした後、ロールミルで粉砕し、更に目開きが850μmと150μmのJIS標準篩で分級した。この一連の操作により、重量平均粒子径(D50)が450μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.42である不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(8)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(8)の無加圧下吸水倍率(CRC)は36[g/g]、水可溶分(Ext)は12重量%であった。
[製造例9]
上記特許文献2の実施例に記載された吸水剤の中で、最も高い無加圧下吸水倍率及び加圧下吸水倍率が示された実施例1に準じて実施した。
即ち、75モル%の中和率を有するアクリル酸ナトリウムの水溶液5500g(単量体濃度38重量%)に、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)4.0gを溶解し反応液とした。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、内容積10Lのシグマ型羽を2本有する双腕型のジャケット付きステンレス製ニーダーに蓋を付けて形成した反応器に、上記反応液を供給し、反応液を30℃に保ちながら系内を窒素ガス置換した。
続いて、反応液を撹拌しながら、過硫酸ナトリウム2.8g及びL−アスコルビン酸0.01gをそれぞれ別個に添加したところ、約1分後に重合が開始した。そして、生成した含水ゲル状架橋重合体を解砕しながら30℃〜90℃で重合を行い、重合開始から60分経過後に含水ゲル状架橋重合体を反応器から取り出した。尚、得られた含水ゲル状架橋重合体は、その径が約5mmに細粒化されていた。
上記細粒化された含水ゲル状架橋重合体を、目開き300μm(50メッシュ)の金網上に広げ、150℃で90分間熱風乾燥をした後、振動ミルで粉砕し、更に目開きが850μmのJIS標準篩で分級、調合した。この一連の操作により、重量平均粒子径(D50)が380μm、粒度分布の対数標準偏差(σζ)が0.40である不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(9)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(9)の無加圧下吸水倍率(CRC)は38[g/g]、水可溶分(Ext)は14重量%であった。
[実施例1]
表面架橋処理として、製造例1で得られた吸水性樹脂粒子(1)100重量部に、プロピレングリコール0.5重量部、1,4−ブタンジオール0.3重量部及び純水1.0重量部からなる表面架橋剤水溶液を均一に混合し、210℃で40分間加熱処理を行うことで表面架橋された吸水性樹脂(以下、「吸水性樹脂粉末」と表記する)(1)を得た。尚、当該加熱処理は、オイルバスに浸漬したステンレス製容器中で上記混合物を攪拌することで行った。得られた吸水性樹脂粉末(1)の諸性能を表2に示す。
次いで、ポリカチオン添加処理として、上記吸水性樹脂粉末(1)100重量部に、27.5重量%(酸化アルミニウム換算で8重量%)の硫酸アルミニウム水溶液0.9重量部、60重量%の乳酸ナトリウム水溶液0.13重量部及びプロピレングリコール0.025重量部からなる混合液を添加した後、無風下、60℃で1時間乾燥した。その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕して粒子状吸水剤(1)を得た。得られた粒子状吸水剤(1)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(1)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体及び紙オムツ型吸収体を作成し、各吸収体の絶対吸収量、戻り量及び吸液時間を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に、紙オムツ型吸収体の評価結果を表4に示す。
[実施例2]
実施例1の表面架橋処理において、吸水性樹脂粒子(1)を吸水性樹脂粒子(2)に、更に加熱処理時間を35分間にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粉末(2)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(2)の諸性能を表2に示す。
次いで、実施例1と同様のポリカチオン添加処理を行い、粒子状吸水剤(2)を得た。得られた粒子状吸水剤(2)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(2)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体及び紙オムツ型吸収体を作成し、各吸収体の絶対吸収量、戻り量及び吸液時間を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に、紙オムツ型吸収体の評価結果を表4に示す。
[実施例3]
実施例1の表面架橋処理において、加熱処理時間を35分間に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粉末(3)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(3)の諸性能を表2に示す。
次いで、実施例1と同様のポリカチオン添加処理を行い、粒子状吸水剤(3)を得た。得られた粒子状吸水剤(3)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(3)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[実施例4]
実施例1の表面架橋処理において、吸水性樹脂粒子(1)を吸水性樹脂粒子(3)に、更に加熱処理時間を35分間にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粉末(4)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(4)の諸性能を表2に示す。
次いで、実施例1と同様のポリカチオン添加処理を行い、粒子状吸水剤(4)を得た。得られた粒子状吸水剤(4)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(4)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[実施例5]
実施例1の表面架橋処理において、加熱処理時間を45分間に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粉末(5)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(5)の諸性能を表2に示す。
次いで、実施例1と同様のポリカチオン添加処理を行い、粒子状吸水剤(5)を得た。得られた粒子状吸水剤(5)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(5)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体及び紙オムツ型吸収体を作成し、各吸収体の絶対吸収量、戻り量及び吸液時間を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に、紙オムツ型吸収体の評価結果を表4に示す。
[実施例6]
実施例1の表面架橋処理において、吸水性樹脂粒子(1)を吸水性樹脂粒子(6)に、更に、加熱処理条件を215℃及び50分間にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粉末(6)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(6)の諸性能を表2に示す。
次いで、実施例1と同様のポリカチオン添加処理を行い、粒子状吸水剤(6)を得た。得られた粒子状吸水剤(6)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(6)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[実施例7]
実施例1のポリカチオン添加処理において、混合液を10重量%のポリアリルアミン水溶液(商品名:PAA−10C、日東紡績株式会社製、分子量:約10000、カチオン密度:17.5mmol/g)1.0重量部(ポリカチオンの固形分:0.1重量%相当)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(7)を得た。得られた粒子状吸水剤(7)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(7)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[実施例8]
実施例7において、ポリアリルアミン水溶液の添加量を2.0重量部に変更した以外は、実施例7と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(8)を得た。得られた粒子状吸水剤(8)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(8)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[実施例9]
実施例7において、ポリアリルアミン水溶液1.0重量部を、ユニセンスKHE102L(ジメチルアミン/アンモニア/エピクロルヒドリン樹脂;平均分子量約7万(参考値)、1重量%水溶液のpH約6、固形分濃度50重量%の水溶液;センカ株式会社製、カチオン密度:5.3mmol/g)2.0重量部及びメタノール2.0重量部からなる混合溶液0.4重量部(ポリカチオンの固形分:0.1重量%相当)に変更した以外は、実施例7と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(9)を得た。得られた粒子状吸水剤(9)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(9)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[実施例10]
実施例9において、ユニセンスKHE102L及びメタノールからなる混合溶液の添加量を0.8重量部(ポリカチオンの固形分:0.2重量%相当)に変更した以外は、実施例9と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(10)を得た。得られた粒子状吸水剤(10)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(10)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[実施例11]
実施例1のポリカチオン添加処理に代えて、水不溶性微粒子(Aerosil(登録商標)200;日本アエロジル社製)0.10重量部を添加し混合した以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(11)を得た。得られた粒子状吸水剤(11)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた粒子状吸水剤(11)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[実施例12]
実施例1のポリカチオン添加処理に加えて、更にジエチレントリアミン5酢酸3ナトリウム0.01重量部及びツバキ科植物の葉抽出物溶液(商品名:FS−80MO、販売者:白井松新薬株式会社)0.5重量部を添加し混合した以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状吸水剤(12)を得た。得られた粒子状吸水剤(12)の諸性能を表3に示す。
[比較例1]
実施例1の表面架橋処理において、吸水性樹脂粒子(1)を吸水性樹脂粒子(4)に、更に加熱処理時間を35分間にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較吸水性樹脂粉末(1)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(1)の諸性能を表2に示す。
次いで、実施例1と同様のポリカチオン添加処理を行い、比較粒子状吸水剤(1)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(1)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた比較粒子状吸水剤(1)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体及び紙オムツ型吸収体を作成し、各吸収体の絶対吸収量、戻り量及び吸液時間を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に、紙オムツ型吸収体の評価結果を表4に示す。
[比較例2]
実施例1の表面架橋処理において、吸水性樹脂粒子(1)を吸水性樹脂粒子(5)に、更に加熱処理時間を50分間にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較吸水性樹脂粉末(2)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(2)の諸性能を表2に示す。
次いで、実施例1と同様のポリカチオン添加処理を行い、比較粒子状吸水剤(2)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(2)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた比較粒子状吸水剤(2)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[比較例3]
表面架橋処理として、製造例8で得られた吸水性樹脂粒子(8)100重量部に、1,4−ブタンジオール0.4重量部、プロピレングリコール0.6重量部及び純水3.0重量部からなる表面架橋剤水溶液を均一に混合し、200℃で30分間加熱処理した。尚、当該加熱処理は、オイルバスに浸漬したステンレス製容器中で上記混合物を攪拌することで行った。その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕し、更にペイントシェーカーテスト1(特開2005−344103号公報に開示)を行うことによって、比較吸水性樹脂粉末(3)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(3)の諸性能を表2に示す。
次いで、ポリカチオン添加処理として、上記比較吸水性樹脂粉末(3)100重量部に対して、27重量%の水道用液体硫酸アルミニウム水溶液(浅田化学工業株式会社製)0.5重量部、50重量%の乳酸ナトリウム水溶液(株式会社武蔵野化学研究所製)0.1重量部及びプロピレングリコール0.05重量部からなる均一な混合液を作成した。
続いて、ジャケット温度を70℃に設定した混合装置(レディゲミキサー)に、予め70℃に加温した上記比較吸水性樹脂粉末(3)500gを投入し、回転数250rpmの条件下で上記混合液3.35gを加圧式スプレーで添加した。30秒間混合した後、当該混合装置から排出された比較吸水性樹脂粉末(3)を室温で3分間放置した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。その後更に、ペイントシェーカーテスト2(特開2005−344103号公報に開示)を行うことによって、比較粒子状吸水剤(3)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(3)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた比較粒子状吸水剤(3)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体及び紙オムツ型吸収体を作成し、各吸収体の絶対吸収量、戻り量及び吸液時間を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に、紙オムツ型吸収体の評価結果を表4に示す。
[比較例4]
実施例1のポリカチオン添加処理に代えて、純水1重量部を添加し混合した以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較粒子状吸水剤(4)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(4)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた比較粒子状吸水剤(4)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体及び紙オムツ型吸収体を作成し、各吸収体の絶対吸収量、戻り量及び吸液時間を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に、紙オムツ型吸収体の評価結果を表4に示す。
[比較例5]
表面架橋処理として、製造例7で得られた吸水性樹脂粒子(7)100重量部に、プロピレングリコール0.5重量部、1,4−ブタンジオール0.3重量部及び純水1.0重量部からなる表面架橋剤水溶液を均一に混合し、210℃で40分間加熱処理を行うことで比較吸水性樹脂粉末(5)を得た。尚、当該加熱処理は、オイルバスに浸漬したステンレス製容器中で上記混合物を攪拌することで行った。得られた比較吸水性樹脂粉末(5)の諸性能を表2に示す。
次いで、ポリカチオン添加処理として、上記比較吸水性樹脂粉末(5)100重量部に、27.5重量%(酸化アルミニウム換算で8重量%)の硫酸アルミニウム水溶液0.9重量部、60重量%の乳酸ナトリウム水溶液0.13重量部及びプロピレングリコール0.025重量部からなる混合液を添加した後、無風下、60℃で1時間乾燥した。その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。その後更に、水不溶性微粒子の添加処理として、Aerosil(登録商標)200(日本アエロジル社製)0.50重量部を添加、混合して、比較粒子状吸水剤(5)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(5)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた比較粒子状吸水剤(5)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体及び紙オムツ型吸収体を作成し、各吸収体の絶対吸収量、戻り量及び吸液時間を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に、紙オムツ型吸収体の評価結果を表4に示す。
[比較例6]
比較例1で得られた比較粒子状吸水剤(1)100重量部に、その後更に、水不溶性微粒子の添加処理として、Aerosil(登録商標)200(日本アエロジル社製)0.50重量部を添加、混合して、比較粒子状吸水剤(6)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(6)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた比較粒子状吸水剤(6)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[比較例7]
表面架橋処理として、製造例9で得られた吸水性樹脂粒子(9)100重量部に、プロピレングリコール0.5重量部、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.03重量部、1,4−ブタンジオール0.3重量部及び純水3.0重量部からなる表面架橋剤水溶液を均一に混合し、200℃で55分間加熱処理を行うことで比較吸水性樹脂粉末(7)を得た。尚、当該加熱処理は、オイルバスに浸漬したステンレス製容器中で上記混合物を攪拌することで行った。得られた比較吸水性樹脂粉末(7)の諸性能を表2に示す。
次いで、ポリカチオン添加処理として、上記比較吸水性樹脂粉末(7)100重量部に、51.2重量%の硫酸アルミニウム14〜18水和物水溶液5.4重量部を添加した後、無風下、60℃で1時間乾燥した。その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕して比較粒子状吸水剤(7)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(7)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた比較粒子状吸水剤(7)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[比較例8]
実施例7において、ポリアリルアミン水溶液の添加量を3.0重量部に変更した以外は、実施例7と同様の操作を行い、比較粒子状吸水剤(8)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(8)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた比較粒子状吸水剤(8)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[比較例9]
実施例9におけるポリカチオン添加処理において、ユニセンスKHE102L及びメタノールからなる混合溶液の添加量を4.0重量部に変更した以外は、実施例9と同様の操作を行い、比較粒子状吸水剤(9)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(9)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた比較粒子状吸水剤(9)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
[比較例10]
実施例11において、水不溶性微粒子(Aerosil(登録商標)200;日本アエロジル社製)の添加量を1.0重量部に変更した以外は、実施例11と同様の操作を行い、比較粒子状吸水剤(10)を得た。得られた比較粒子状吸水剤(10)の諸性能を表3に示す。
更に、得られた比較粒子状吸水剤(10)を用いて上記(5−12)に記載したミニ吸収体を作成し、絶対吸収量及び戻り量を測定した。ミニ吸収体の評価結果を表3に示す。
(まとめ1)
表3から、実施例1〜6及び比較例1〜7の対比において、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)が55[g/g]以上で、かつ加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)が30g以上で、かつ加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20[g/g]以上を満たす粒子状吸水剤が、上記(5−12)(2−a)で規定される絶対吸収量(ミニ吸収体)が300g以上で、かつ上記(5−12)(2−b)で規定される戻り量(ミニ吸収体)が2g以下を示すことが分かる。即ち、従来相反する絶対吸収量と戻り量とを高い範囲で両立することができ、良好な吸収体を提供することができる。
表1〜表3より、実施例1、2、6及び比較例1〜3、7の対比において、無加圧下吸水倍率(CRC)が40〜56[g/g]の吸水性樹脂粒子を表面架橋することで、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)のバランスが良好な粒子状吸水剤を提供することが分かる。
表2より、実施例1、3、5及び比較例4、5の対比において、表面架橋された吸水性樹脂に多価金属カチオンを混合することで、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)のバランスが良好な粒子状吸水剤を提供することが分かる。
尚、比較例6は、比較例1で得られた比較粒子状吸水剤1に、水不溶性微粒子として二酸化珪素微粉末を0.5重量部添加、混合したものであるが、表3に示したように、比較例1に対して無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)は若干向上(52[g/g]→58[g/g])するものの、加圧下での吸水性能が大きく低下(AAP;23[g/g]→18[g/g]、VDAUP;29[g/g]→25[g/g])し、結果として、本発明の実施例におけるミニ吸収体の戻り量(0.5〜2g)より遥かに多い6gとなり、吸収体として性能に劣るものである。又、実施例11(二酸化珪素微粉末を0.1重量部添加)との比較においても、水不溶性無機微粒子をスペーサーとして使用する場合、その使用量が重要であることも分かる。
又、比較例3は、特許文献1(特開2005−344103号)において、最も無加圧下吸水倍率(CRC)と加圧下吸水倍率(AAP)とが高く、バランスの良い実施例であるが、ミニ吸収体の絶対吸収量(表3)が270gとなり、本発明の実施例1〜6の絶対吸収量(310〜360g)より遥かに劣っている。
更に、比較例7は、特許文献2(特開2005−113117号)において、最も無加圧下吸水倍率(CRC)と加圧下吸水倍率(AAP)とが高く、バランスの良い実施例であるが、ミニ吸収体の戻り量(表3)が4gとなり、本発明の実施例1〜6の戻り量(0.5〜2g)より大きく劣っている。
(まとめ2)
表4に、粒子状吸水剤12gを含む各種の吸収性物品(子供用模擬紙オムツ)について、(5−12)(2−c)、(2−d)での評価結果を示す。
実施例1、2、5及び比較例1、3、4、5の対比において、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)が55[g/g]以上で、かつ加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)が30g以上で、かつ加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20[g/g]以上を満たす粒子状吸水剤を、コア濃度40重量%以上、特に50〜70重量%の紙オムツ型吸収体とすることで、吸液時間と戻り量(Re−Wet)に優れた吸収体となることが分かる。即ち、従来の粒子状吸水剤に対し、本発明の粒子状吸水剤は特にコア濃度40重量%以上の吸収性物品とすることで、吸液時間、戻り量、絶対吸収量を高く両立させることができる。より具体的には、コア濃度40重量%の吸収性物品では「吸液時間120秒以下、戻り量25g以下、絶対吸収量750g以上」、コア濃度50重量%の吸収性物品では「吸液時間240秒以下、戻り量20g以下、絶対吸収量730g以上」、コア濃度60重量%の吸収性物品では「吸液時間300秒以下、戻り量13g以下、絶対吸収量710g以上」、コア濃度70重量%の吸収性物品では「吸液時間600秒以下、戻り量15g以下、絶対吸収量700g以上」のように、従来の粒子状吸水剤に対して、本発明の粒子状吸水剤を用いて作製した吸収体及び吸収性物品は、吸液時間及び戻り量を両立して優れている。
(結論)
以上より、無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)が55[g/g]以上、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20[g/g]以上、かつ、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP)が30[g/g]以上である粒子状吸水剤を吸収体や吸収性物品に用いることで、初めて吸液時間、戻り量、絶対吸収量に優れた吸収体や吸収性物品、特にコア濃度が40〜100重量%の吸収体や吸収性物品を提供することができる。
又、表3から、本発明の粒子状吸水剤を用いてミニ吸収体を構成した場合に、絶対吸収量が300g以上、戻り量が2g以下と良好となり、更に、表4から、コア濃度40重量%で「吸液時間120秒以下、戻り量25g以下、絶対吸収量750g以上」等、本発明の粒子状吸水剤は、従来の粒子状吸水剤にない優れた吸収体や吸収性物品を提供する。
本発明に係る粒子状吸水剤は、紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パット等の衛生材料に適している。
100 プラスチックの支持円筒、
101 ステンレス製400メッシュの金網、
102 吸水剤(膨潤ゲル)、
103 ピストン、
104 荷重(おもり)、
105 ペトリ皿、
106 ガラスフィルター、
107 濾紙、
108 0.90重量%塩化ナトリウム水溶液。

Claims (24)

  1. 表面架橋されたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とし、ポリカチオン及び水不溶性微粒子から選ばれる少なくとも1種のスペーサーを含む粒子状吸水剤であって、
    粒子状吸水剤の無加圧下吊り下げ吸水倍率(FSC)が55〜65[g/g]であり、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]であり、かつ、加圧下垂直拡散吸収量(VDAUP−4.83kPa)が30〜80gを満たすことを特徴とする、粒子状吸水剤。
  2. 上記ポリカチオンが分子量1000以上のポリアミンポリマーである、請求項1に記載の粒子状吸水剤。
  3. 上記ポリアミンポリマーの含有量が吸水性樹脂100重量部に対して0.001重量部以上0.3重量部未満である、請求項2に記載の粒子状吸水剤。
  4. 上記ポリカチオンが水溶性多価金属カチオンである、請求項1に記載の粒子状吸水剤。
  5. 上記水溶性多価金属カチオンの含有量が吸水性樹脂100重量部に対して0.001〜3重量部である、請求項4に記載の粒子状吸水剤。
  6. 上記水不溶性微粒子が無機微粒子である、請求項1〜5の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  7. 上記水不溶性微粒子の含有量が吸水性樹脂100重量部に対して0.001〜0.4重量部である、請求項1〜6の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  8. 多価アルコールを更に含む、請求項1〜7の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  9. 上記多価アルコールがプロパンジオールである、請求項8に記載の粒子状吸水剤。
  10. 上記多価アルコールの含有量が吸水性樹脂100重量部に対して0.01〜3重量部である、請求項8又は9に記載の粒子状吸水剤。
  11. α−ヒドロキシカルボン酸を更に含む、請求項1〜10の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  12. 上記α−ヒドロキシカルボン酸の含有量が吸水性樹脂100重量部に対して0.01〜3重量部である、請求項11に記載の粒子状吸水剤。
  13. 上記ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂がポリカチオン以外の表面架橋剤で表面架橋されてなる、請求項1〜12の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  14. 植物成分を更に含む、請求項1〜13の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
  15. 上記植物成分の含有量が吸水性樹脂100重量部に対して0より大きく10重量部以下である、請求項14に記載の粒子状吸水剤。
  16. アクリル酸(塩)を主成分とする水溶性不飽和単量体の重合工程、乾燥工程、表面架橋工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、
    以下の工程(A)、(B)、(D)を含むことを特徴とする、粒子状吸水剤の製造方法。
    工程(A) 無加圧下吸水倍率(CRC)が40〜56[g/g]である吸水性樹脂粒子を表面架橋工程前に得る工程
    工程(B) 上記工程(A)で得られた吸水性樹脂粒子を表面架橋して、無加圧下吸水倍率(CRC)が32〜40[g/g]で、かつ、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]である吸水性樹脂粉末を得る工程
    工程(D) 上記工程(B)で得られた吸水性樹脂粉末100重量部に対して、多価金属カチオン0.001〜3重量部を水溶液で混合する工程
  17. アクリル酸(塩)を主成分とする水溶性不飽和単量体の重合工程、乾燥工程、表面架橋工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、
    以下の工程(A)、(B)、(E)を含むことを特徴とする、粒子状吸水剤の製造方法。
    工程(A) 無加圧下吸水倍率(CRC)が40〜56[g/g]である吸水性樹脂粒子を表面架橋工程前に得る工程
    工程(B) 上記工程(A)で得られた吸水性樹脂粒子を表面架橋して、無加圧下吸水倍率(CRC)が32〜40[g/g]で、かつ、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]である吸水性樹脂粉末を得る工程
    工程(E) 上記工程(B)で得られた吸水性樹脂粉末100重量部に対して、ポリアミンポリマー0.001重量部以上0.3重量部未満を水溶液又は粉体で混合する工程
  18. アクリル酸(塩)を主成分とする水溶性不飽和単量体の重合工程、乾燥工程、表面架橋工程を含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、
    以下の工程(A)、(B)、(F)を含むことを特徴とする、粒子状吸水剤の製造方法。
    工程(A) 無加圧下吸水倍率(CRC)が40〜56[g/g]である吸水性樹脂粒子を表面架橋工程前に得る工程
    工程(B) 上記工程(A)で得られた吸水性樹脂粒子を表面架橋して、無加圧下吸水倍率(CRC)が32〜40[g/g]で、かつ、加圧下吸水倍率(AAP−4.83kPa)が20〜30[g/g]である吸水性樹脂粉末を得る工程
    工程(F) 上記工程(B)で得られた吸水性樹脂粉末100重量部に対して、水不溶性微粒子0.001〜0.4重量部を粉体で混合する工程
  19. 上記工程(B)において、下記式で定義される吸水倍率低下量が7[g/g]以上である、請求項16〜18の何れか1項に記載の製造方法。
  20. 上記吸水倍率低下量が16[g/g]以下である、請求項19に記載の製造方法。
  21. 上記工程(B)又は工程(B)以降の工程において、多価金属カチオン又はポリアミンポリマーから選ばれるポリカチオンが多価アルコール又はα−ヒドロキシカルボン酸を含む水溶液として混合される、請求項16〜20の何れか1項に記載の製造方法。
  22. 請求項1〜15の何れか1項に記載の粒子状吸水剤又は請求項16〜21に記載の製造方法により得られた粒子状吸収剤を含有する、吸収体。
  23. 粒子状吸水剤及び必要により繊維基材を含んで成型された請求項22に記載の吸収体であって、
    粒子状吸水剤の含有率が40〜90重量%である、吸収体。
  24. 請求項22又は23に記載の吸収体からなる、吸収性物品。
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