JPWO2016148153A1 - 吸水性樹脂および吸水剤 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
水溶性エチレン性不飽和モノマーを水溶性重合開始剤の存在下で重合させて得られる吸水性樹脂であって、下記(A)〜(C)全てを満たす、吸水性樹脂。
(A)純水吸水能が500g/g以上
(B)純水膨潤ゲル流動性が25g/5分以上
(C)廃水中の溶解ポリマー量が400ppm未満
[2]
上記水溶性重合開始剤が、アゾ系化合物および過酸化物を含む、吸水性樹脂。
[3]
上記水溶性エチレン性不飽和モノマーの重合が、逆相懸濁重合である、吸水性樹脂。
[4]
上記アゾ系化合物が、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン}二塩酸塩、および2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]四水和物からなる群より選ばれる少なくとも1種である、吸水性樹脂。
[5]
上記過酸化物が、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、および過酸化水素からなる群より選ばれる少なくとも1種である、吸水性樹脂。
[6]
上記吸水性樹脂を、後架橋剤を用いて後架橋することによって得られる、吸水剤。
[7]
水溶性重合開始剤が、アゾ系化合物および過酸化物を含み、各重合工程におけるアゾ系化合物および過酸化物の合計量が水溶性エチレン性不飽和モノマー100モルに対して0.015〜0.075モルである、水溶性エチレン性不飽和モノマーを水溶性重合開始剤の存在下で重合させて得られる吸水性樹脂の製造方法。
[8]
上記水溶性エチレン性不飽和モノマーの重合が、逆相懸濁重合である、吸水性樹脂の製造方法。
[9]
上記アゾ系化合物が、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン}二塩酸塩、および2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]四水和物からなる群より選ばれる少なくとも1種である、吸水性樹脂の製造方法。
[10]
上記過酸化物が、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、および過酸化水素からなる群より選ばれる少なくとも1種である、吸水性樹脂の製造方法。
[11]
上記の製法で得られる吸水性樹脂を、後架橋剤を用いて後架橋することによって得られる吸水剤の製造方法。
本発明の吸水性樹脂は、水溶性エチレン性不飽和モノマーを水溶性重合開始剤の存在下で重合させて得られる吸水性樹脂である。そしてこの吸水性樹脂は、下記(A)〜(C)全てを満たすことを特徴とする。
(A)純水吸水能が500g/g以上
(B)純水膨潤ゲル流動性が25g/5分以上
(C)廃水中の溶解ポリマー量が400ppm未満
アゾ系化合物として、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン}二塩酸塩、2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]四水和物がより好ましく用いられる。これらのアゾ系化合物を用いることによって、重合温度などの重合反応を良好に調整することができ、これにより、得られる吸水性樹脂の純水吸水能を高い範囲に設計することができる利点がある。なお、上記アゾ系化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、上記乾燥工程の間もしくは工程後に、必要に応じて適切な粒子の大きさの吸水性樹脂が得られるように粉砕工程を設けても良い。
吸水性樹脂約2gを、あらかじめ秤量したアルミホイールケース(8号)に精秤した(Wa(g))。上述サンプルを、内温を105℃に設定した熱風乾燥機(ADVANTEC社製)で2時間乾燥させた後、デシケーター中で放冷して、乾燥後の吸水性樹脂の質量Wb(g)を測定した。以下の式から、吸水性樹脂の含水率を算出した。
含水率(%)=[Wa―Wb]/Wa×100
3L容のビーカーに、イオン交換水1500gを量り取り、マグネチックスターラー(攪拌子:10mmφ×40mmのリング無し)により、600r/minで撹拌させながら、吸水性樹脂0.5gを、ママコが発生しないように分散させた。撹拌させた状態で60分間放置し、吸水性樹脂を十分に膨潤させた。その後、あらかじめ目開き75μm標準篩の質量Wc(g)を測定しておき、これを用いて、前記ビーカーの内容物をろ過し、篩いを水平に対して約30度の傾斜角となるように傾けた状態で、30分間放置することにより余剰の水分をろ別した。吸水ゲルの入った篩いの質量Wd(g)を測定し、以下の式により、純水吸水能を求めた。
純水吸水能(g/g)=[Wd−Wc](g)/吸水性樹脂の質量(g)
3L容のビーカーに、イオン交換水2000gを量り取り、攪拌機に取り付けた2段パドル翼により1000r/minで撹拌させながら、吸水性樹脂2.0gを、ママコが発生しないように分散させ、3時間撹拌した。前記ビーカーの内容物を、目開き75μm標準篩でろ過し、得られたろ液を、あらかじめ恒量化した100mL容のビーカーに50gを量りとり、140℃の熱風乾燥機(ADVANTEC社製、型番:FV−320)で恒量になるまで乾燥させ、ろ液中の固形分の質量We(g)を測定した。
一方、吸水性樹脂を用いずに前記操作と同様に行ない、ろ液中の固形分の質量Wf(g)を測定して、次式より廃水中の溶解ポリマー量を求めた。
廃水中の溶解ポリマー量(ppm)=(We−Wf)/50×1000000
純水膨潤ゲル流動性の評価は、図1に示す装置Xを用いて行った。装置Xは、先端が鉛直下向きになるように設置された、ろうと1(材質:SUS304、投入部:直径90mm、高さ70mm、足部:内径8mm、長さ100mm)、ろうと1を固定するためのリング2とクランプ3、ろうと1を通過した膨潤ゲル6を受けるトレイ4、通過した膨潤ゲルの質量を計測するための天秤5から構成されている。なお、ろうと1の投入口先端は、トレイ4の底面から上方150mm±5mmの高さになるように固定されている。
まず、吸水性樹脂を、目開き400μmの篩を通過し、かつ目開き300μmの篩上に保持されるような粒子径のフラクションとして採取した。次いで、3L容のポリ手付きビーカーに、イオン交換水1500gを量り取り、マグネチックスターラー(攪拌子:10mmφ×40mmのリング無し)により、600r/minで撹拌させながら、前記の分級後のサンプル0.5gを、ママコが発生しないように分散させた。撹拌させた状態で60分間放置し、吸水性樹脂を十分に膨潤させた。その後、目開き75μm標準篩を用いて、前記ビーカーの内容物をろ過し、篩いを水平に対して約30度の傾斜角となるように傾けた状態で、30分間放置することにより余剰の水分をろ別した膨潤ゲルを作製した。
ろ別した後の膨潤ゲル6を50g量り取り、ろうと1に投入した。ろうと1の先端(図1のa点)に流動してきた膨潤ゲル6が到達した時点を計測開始として、計測開始から5分後にトレイ4上にある膨潤ゲル6の質量を量り、純水膨潤ゲル流動性(g/5分)とした。
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径110mm、2L容の丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコに、炭化水素分散媒としてn−ヘプタン300gをとり、高分子系分散剤として無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学株式会社、ハイワックス1105A)0.74gを添加し、攪拌しつつ加温溶解した後、50℃まで冷却した。
前記の第1段目の反応混合物を25℃に冷却した後、第2段目のモノマー水溶液の全量を、第1段目の反応混合物に添加して、系内を窒素で十分に置換した後、再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して昇温し、第2段目の重合を30分間行った。
実施例2では、1段目の重合時に使用する過硫酸カリウムを0.037g(0.136ミリモル)とした。また、2段目の重合時に使用する過硫酸カリウムを0.052g(0.191ミリモル)としたこと以外は、実施例1と同様に行い、吸水性樹脂234.1gを得た。この吸水性樹脂を、前記の各種試験方法に従って評価した。
実施例3では、1段目の重合時に使用する2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を0.092g(0.339ミリモル)とし、過硫酸カリウムを0.037g(0.136ミリモル)とした。また、2段目の重合時に使用する2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を0.129g(0.475ミリモル)とし、過硫酸カリウムを0.052g(0.191ミリモル)としたこと以外は、実施例1と同様に行い、吸水性樹脂235.2gを得た。この吸水性樹脂を、前記の各種試験方法に従って評価した。
実施例4では、1段目の重合時に使用する2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を0.110g(0.407ミリモル)、2段目の重合時に使用する2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を0.155g(0.570ミリモル)としたこと以外は、実施例1と同様に行い、吸水性樹脂233.2gを得た。この吸水性樹脂を、前記の各種試験方法に従って評価した。
実施例5では、実施例3の方法で2段目の重合反応を行った後、120℃の油浴を用いて加熱し、共沸蒸留により、n−ヘプタンをフラスコに還流しながら水260gを系外に除去することによりヘプタンに分散された脱水重合体を得た。得られたヘプタン分散脱水重合体に、後架橋剤として2%エチレングリコールジグリシジルエーテル水溶液8.2gを添加し、83℃で2時間、後架橋反応を行なった。
その後、120℃の油浴を用いて加熱し、n−ヘプタンと水を蒸留により系外へ除去後、窒素気流下で乾燥し、球状粒子が凝集した形状の、吸水性樹脂を後架橋して得られた吸水剤234gを得た。この吸水剤を、前記の各種試験方法に従って評価した。
比較例1では、1段目の重合時および2段目の重合時いずれにおいても、過硫酸カリウムを用いなかったこと以外は、実施例4と同様に行い、吸水性樹脂234.6gを得た。この吸水性樹脂を、前記の各種試験方法に従って評価した。
比較例2では、1段目の重合時および2段目の重合時いずれにおいても、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を用いず、1段目の重合時に使用する過硫酸カリウムを0.110g(0.408ミリモル)、2段目の重合時に使用する過硫酸カリウムを0.155g(0.572ミリモル)としたこと以外は、実施例1と同様に行い、吸水性樹脂234.5gを得た。この吸水性樹脂を、前記の各種試験方法に従って評価した。
比較例3では、実施例1に対し、重合時に使用する2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩の量を減じた吸水性樹脂の作製を行った。具体的には、1段目の重合時に使用する2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を0.028g(0.102ミリモル)、過硫酸カリウムを0.009g(0.034ミリモル)とし、また、2段目の重合時に使用する2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を0.039g(0.143ミリモル)、過硫酸カリウムを0.013g(0.048ミリモル)としたこと以外は、実施例1と同様に行い、吸水性樹脂234.1gを得た。この吸水性樹脂を、前記の各種試験方法に従って評価した。
比較例4では、重合時に使用するアゾ系化合物と過酸化物を同モル量とした吸水性樹脂の作製を行った。具体的には、1段目の重合時に使用する2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を0.110g(0.407ミリモル)、過硫酸カリウムを0.110g(0.407ミリモル)とした。また、2段目の重合時に使用する2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を0.155g(0.570ミリモル)、過硫酸カリウムを0.154g(0.570ミリモル)としたこと以外は、実施例1と同様に行い、吸水性樹脂234.8gを得た。この吸水性樹脂を、前記の各種試験方法に従って評価した。
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、攪拌機として、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径110mm、2L容の丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコに、炭化水素分散媒としてn−ヘプタン300gをとり、高分子系分散剤として無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学株式会社、ハイワックス1105A)0.74gを添加し、攪拌しつつ加温溶解した後、50℃まで冷却した。
前記の第1段目の反応混合物を25℃に冷却した後、第2段目のモノマー水溶液の全量を、第1段目の反応混合物に添加して、系内を窒素で十分に置換した後、再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して昇温し、第2段目の重合を30分間行った。
比較例6では、1段目の重合時および2段目の重合時いずれにおいても、過硫酸カリウム及びエチレングリコールジグリシジルエーテルを用いなかったこと以外は、実施例4と同様に行い、吸水性樹脂233.8gを得た。この吸水性樹脂を、前記の各種試験方法に従って評価した。
実施例5は、実施例3と同様にして調製した吸水性樹脂を後架橋して得られた吸水剤である。この吸水剤においても、吸水特性が高く、そして廃水中の溶解ポリマー量が少ないことが確認された。
1 ろうと
2 カットリング
3 クランプ
4 トレイ
5 天秤
6 膨潤ゲル
Claims (7)
- 水溶性エチレン性不飽和モノマーを水溶性重合開始剤の存在下で重合させて得られる吸水性樹脂であって、下記(A)〜(C)全てを満たす、吸水性樹脂。
(A)純水吸水能が500g/g以上
(B)純水膨潤ゲル流動性が25g/5分以上
(C)廃水中の溶解ポリマー量が400ppm未満 - 請求項1に記載の吸水性樹脂を、後架橋剤を用いて後架橋することによって得られる、吸水剤。
- 水溶性エチレン性不飽和モノマーを水溶性重合開始剤の存在下で重合させることを含み、水溶性重合開始剤がアゾ系化合物および過酸化物を含み、各重合工程におけるアゾ系化合物および過酸化物の合計量が水溶性エチレン性不飽和モノマー100モルに対して0.015〜0.075モルである、吸水性樹脂の製造方法。
- 前記水溶性エチレン性不飽和モノマーの重合が、逆相懸濁重合である、請求項3に記載の吸水性樹脂の製造方法。
- 前記アゾ系化合物が、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン}二塩酸塩、および2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]四水和物からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項3または4に記載の吸水性樹脂の製造方法。
- 前記過酸化物が、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、および過酸化水素からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項3〜5いずれかに記載の吸水性樹脂の製造方法。
- 請求項3〜6いずれかの製法で得られる吸水性樹脂に対して、後架橋剤を加えて反応させることによって後架橋して、後架橋反応物を得ることを含む、吸水剤の製造方法。
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