JPWO2019221154A1 - 吸水性樹脂粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
〔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指し、下記の物性を満たすものをいう。即ち、水膨潤性としてERT441.2−02で規定されるCRC(遠心分離機保持容量)が5g/g以上であり、かつ、水不溶性としてERT470.2−02で規定されるExt(水可溶分)が50質量%以下である高分子ゲル化剤を指す。
本発明における「ポリ(メタ)アクリル酸(塩)」とは、ポリ(メタ)アクリル酸及び/又はその塩を指し、主成分として(メタ)アクリル酸及び/又はその塩(以下、「(メタ)アクリル酸(塩)」とも称する)を繰り返し単位として含み、任意成分としてグラフト成分を含む架橋重合体を意味する。
「EDANA」は、European Disposables and Nonwovens Associationsの略称である。また、「ERT」は、EDANA Recommended Test Methodsの略称であり、吸水性樹脂の評価方法を規定した欧州標準である。本発明では、特に断りのない限り、ERT原本(2002年改定)に記載されている測定法に関しては、それに準拠して測定する。ERT原本(2002年改定)に記載のない評価方法に関しては、実施例に記載された方法及び条件で測定する。
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、吸水性樹脂の無加圧下での吸水倍率(「吸水倍率」と称する場合もある)を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.2gを不織布製の袋に入れた後、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して自由膨潤させ、その後、遠心分離機(250G)で3分間、水切りした後の吸水倍率(単位;g/g)のことをいう。なお、重合後及び/又はゲル粉砕後の含水ゲルについては、含水ゲル0.4gを使用し、測定時間を24時間に変更し、且つ固形分補正してCRCを求める。
「Ext」は、Extractablesの略称であり、吸水性樹脂の水可溶分(吸水性樹脂中の水可溶分ポリマー量)を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.0gを0.9質量%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、水溶液に溶解した物質の量(単位;質量%)のことをいう。水可溶分の測定には、pH滴定が用いられる。なお、重合後及び/又はゲル粉砕後の含水ゲルについては、含水ゲル2.0gを使用して測定し、固形分当たりの水可溶分の質量%として算出する。
「Moisture Content」は、吸水性樹脂の乾燥減量で規定される含水率を意味する。具体的には、吸水性樹脂4.0gを105℃で3時間乾燥した際の乾燥減量から算出した値(単位;質量%)のことをいう。なお、本発明において、乾燥後の吸水性樹脂については、吸水性樹脂1.0gの180℃、3時間の乾燥減量で規定され、乾燥前の含水ゲルについては、含水ゲル2.0gの180℃、24時間の乾燥減量で規定される。
「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。なお、質量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、米国特許第7638570号に記載された方法と同様の方法で測定される。なお、本発明において粒子状含水ゲルの粒度分布(PSD)は後述の方法で湿式に篩分級することで規定される。さらに、粒子状含水ゲルの固形分換算の粒子径(μm)は、粒子状含水ゲルの粒子径(μm)とその固形分率(質量%)から後述の計算方法で規定される。
「AAP」は、Absorption Against Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下における吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.9gを大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液に対して、1時間、2.06kPa(21g/cm2、0.3psi)の荷重下で膨潤させた後の吸水倍率(単位;g/g)のことをいう。本願明細書では荷重条件を4.83kPa(約49g/cm2、約0.7psiに相当)に変更して測定した値として定義される。
「Residual Monomers」は、吸水性樹脂中に残存する単量体(モノマー)質量(以下、「残存モノマー」と称する)の、吸水性樹脂の質量に対する割合(単位;ppm)を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.0gを0.9質量%塩化ナトリウム水溶液200mlに添加し、1時間攪拌した後に溶出したモノマー量を、高速液体クロマトグラフィーを用いて測定する。尚、含水ゲルの残存モノマーは、必要により強制冷却等の重合停止操作を行った後、後述する方法にて測定して得られる残存モノマー質量の、含水ゲルの樹脂固形分の質量に対する割合(単位;質量%)とする。
本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上、Y以下」を意味する。また、特に注釈のない限り、質量の単位である「t(トン)」は「Metric ton(メトリック トン)」を意味し、「ppm」は「質量ppm」又は「重量ppm」を意味する。更に、「質量」と「重量」、「質量部」と「重量部」、「質量%」と「重量%」はそれぞれ同義語として扱う。また、「〜酸(塩)」は「〜酸及び/又はその塩」、「(メタ)アクリル」は「アクリル及び/又はメタクリル」をそれぞれ意味する。
本発明に係る吸水性樹脂粒子の製造方法は、酸基含有不飽和単量体を主成分として得られる粒子状乾燥重合体と、表面架橋剤との混合物を加熱処理する表面架橋工程を有している。好ましくは、この表面架橋工程は、表面架橋剤添加工程と、熱処理工程とを有している。好ましくは、この製造方法は、重合工程、(重合と同時又は別途の)ゲル粉砕工程、乾燥工程、(乾燥後の及び/又は表面架橋後の)冷却工程、並びに(乾燥後の及び/又は表面架橋後の)整粒工程をさらに含んでいる。その他には、単量体水溶液の調製工程、各種添加剤の添加工程、微粉除去工程及び微粉リサイクル工程を含んでもよい。さらに、目的に応じて各種の公知の工程を含むことができる。なお、本発明における表面架橋工程は、乾燥工程後に、この乾燥工程とは別途に行う工程を意味する。
本工程は、酸基含有不飽和単量体を主成分として含む水溶液(以下、「単量体水溶液」と称する)を調製する工程である。なお、得られる吸水性樹脂の吸水性能が低下しない範囲で、単量体のスラリー液を使用することもできるが、本項では便宜上、単量体水溶液について説明を行う。
本発明に規定する酸基は、特に限定されないが、カルボキシル基、スルホン基、リン酸基等が例示される。この酸基含有不飽和単量体の例としては、(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、ビニルスルホン酸、アリルトルエンスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルフォスフェート等が挙げられる。吸水性能の観点から、好ましくは(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸であり、より好ましくは(メタ)アクリル酸である。
酸基含有不飽和単量体以外の単量体としては、重合して吸水性樹脂となり得る化合物であればよい。例えば、(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有不飽和単量体;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のアミノ基含有不飽和単量体;メルカプト基含有不飽和単量体;フェノール性水酸基含有不飽和単量体;N−ビニルピロリドン等のラクタム基含有不飽和単量体等が挙げられる。
重合に使用される単量体は、重合の安定性から、好ましくは少量の重合禁止剤を含む。好ましい重合禁止剤はp−メトキシフェノールである。単量体(特にアクリル酸及びその塩)中に含まれる重合禁止剤の量は、通常1ppm〜250ppm、好ましくは10ppm〜160ppm、より好ましくは20ppm〜80ppmである。
本発明において、酸基含有不飽和単量体に含まれる酸基の一部又は全部が中和された中和塩を用いることができる。この場合、酸基含有不飽和単量体の塩としては一価のカチオンとの塩であることが好ましく、アルカリ金属塩、アンモニウム塩及びアミン塩から選ばれる少なくとも1種であることがより好ましく、アルカリ金属塩であることが更に好ましく、ナトリウム塩、リチウム塩及びカリウム塩から選ばれる少なくとも1種であることがより更に好ましく、ナトリウム塩が特に好ましい。
上記酸基含有不飽和単量体を中和するために使用される中和剤としては、特に限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム等の無機塩や、アミノ基やイミノ基を有するアミン系有機化合物等の塩基性物質が適宜選択されて用いられる。中和剤として、2種以上の塩基性物質が併用されてもよい。なお、本発明における単量体は、特に断りのない限り、中和塩を含む概念である。
吸水性能の観点から、酸基含有不飽和単量体とその中和塩の合計モル数に対する中和塩のモル数(以下、「中和率」と称する)は、好ましくは40モル%以上、より好ましくは40モル%〜80モル%、更に好ましくは45モル%〜78モル%、特に好ましくは50モル%〜75モル%である。
吸水性樹脂粒子の製造方法において、好ましくは内部架橋剤が用いられる。該内部架橋剤によって、得られる吸水性樹脂の吸水性能や吸水時のゲル強度等が調整される。
本発明に係る製造方法において、本発明の目的が達成される範囲内で、以下に例示する物質(以下、「その他の物質」と称する)を単量体水溶液に添加することもできる。
本工程において、単量体水溶液中の単量体濃度(=総単量体量/(総単量体量+総重合溶媒量(通常は水)))は、吸水性樹脂の物性及び生産性の観点から、好ましくは10質量%〜90質量%、より好ましくは20質量%〜80質量%、更に好ましくは30質量%〜70質量%、特に好ましくは40質量%〜60質量%である。以下、単量体濃度を「モノマー濃度」と称する場合がある。
本発明で使用される重合開始剤は、重合形態等によって適宜選択されるため、特に限定されないが、例えば、熱分解型重合開始剤、光分解型重合開始剤、若しくはこれらの併用、又は重合開始剤の分解を促進する還元剤を併用したレドックス系重合開始剤等が挙げられる。具体的には、米国特許第7265190号に開示された重合開始剤のうち、1種又は2種以上が用いられる。なお、重合開始剤の取扱性や吸水性樹脂の物性の観点から、好ましくは過酸化物又はアゾ化合物、より好ましくは過酸化物、更に好ましくは過硫酸塩が使用される。
なお、重合前の単量体水溶液中の溶存酸素を、昇温又は不活性ガスとの置換により低減させることも好ましい。例えば、溶存酸素は、好ましくは5ppm以下、より好ましくは3ppm以下、特に好ましくは1ppm以下に低減される。
本工程は、前記単量体水溶液を重合して、含水ゲル状架橋重合体(本願明細書においては「含水ゲル」と称する場合がある)を得る工程である。
重合形態としては、特に限定されない。吸水性能や重合制御の容易性等の観点から、好ましくは気相中の液滴重合、水溶液重合、逆相懸濁重合(ここで疎水性有機溶媒中の液滴重合も逆相懸濁の一例に含む)、より好ましくは水溶液重合、逆相懸濁重合、更に好ましくは水溶液重合が挙げられる。中でも、連続水溶液重合が特に好ましく、その例として、連続ベルト重合、連続ニーダー重合とが挙げられる。連続水溶液重合を採用することで、吸水性樹脂の生産効率が向上する。
重合工程で得られる含水ゲル状架橋重合体の重合率は、次のゲル粉砕工程で得られる粒子状含水ゲル状架橋重合体の乾燥中の凝集抑制や、得られる吸水性樹脂中の残存モノマー低減の観点から、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、更に好ましくは98質量%以上、特に好ましくは99質量%以上である。重合工程後に、重合率の低い含水ゲルを粉砕して、多量の未反応モノマーを含む状態で乾燥工程を行った場合、乾燥中に重合反応が進行して、粒子径の小さいゲル粒子から大粒子径のゲル粒子が再生されるため、得られる吸水性樹脂の吸水速度の低下、乾燥物の粒子径の増大等の問題が発生する。
重合工程で得られる含水ゲル状架橋重合体のCRC(遠心分離機保持容量)は、固形分換算で、好ましくは5g/g〜80g/g、より好ましくは10g/g〜50g/g、さらに好ましくは15g/g〜45g/g、特に好ましくは20g/g〜40g/gである。また、重合工程で得られる含水ゲル状架橋重合体の水可溶分は、好ましくは1質量%〜20質量%、より好ましくは2質量%〜15質量%、さらに好ましくは3質量%〜10質量%である。CRC及び/又は水可溶分が上記範囲を上回る場合には、粉砕された含水ゲル粒子に粘着性が発現して、粒子状含水ゲルの流動性が低下する。
本工程は、上記重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体を、重合と同時及び/又は重合後に粉砕して細粒化する工程であり、例えば、ニーダー、ミートチョッパー等のスクリュー押出し機、カッターミル等の装置により粉砕して、粒子状含水ゲル状架橋重合体(以下、「粒子状含水ゲル」)を得る工程である。目的とする形状及び性能の吸水性樹脂粒子が高収率で得られるように、粒子状含水ゲルの粒子径が、後述する好ましい範囲に調整される。なお、所定の粒子径の粒子状含水ゲルを得るために、本工程を2回以上実施してもよい。また、逆相懸濁重合又は気相重合のように、重合工程で目的とする粒度の粒子状含水ゲルが得られる場合には、本工程を実施しなくてもよい。
本発明の製造方法において、吸水性能を損なうことなく、所定の粒度の粒子状含水ゲルが得られる限り、ゲル粉砕装置の種類は特に限定されない。例えばバッチ式又は連続式の双腕型ニーダー等、複数の回転撹拌翼を備えたゲル粉砕機、1軸押出機、2軸押出機、ミートチョッパー等が挙げられる。
ゲル粉砕工程に供される含水ゲルの固形分率(以下、ゲル固形分率)は、25質量%以上が好ましい。ゲル粉砕後の含水ゲル粒子同士の凝集抑制、粉砕に要するエネルギー、乾燥効率及び吸収性能の観点から、ゲル固形分率は25質量%〜75質量%がより好ましく、30質量%〜70質量%がさらに好ましく、35質量%〜65質量%がよりさらに好ましく、40質量%〜60質量%が特に好ましい。
本発明に係る製造方法において、ゲル粉砕工程前及び/又はゲル粉砕工程中に、ゲル流動化剤を添加してもよい。これにより、ゲル流動化剤を含む粒子状含水ゲルが得られる。ゲル流動化剤の添加により、後述する乾燥工程において、含水ゲル粒子同士の付着又は接着が抑制され、得られる吸水性樹脂の吸水速度が向上するという効果が得られる。また、後述する乾燥後の粉砕工程における負荷が低減され、微粉発生量が減少するという効果も得られる。さらに、乾燥工程において攪拌乾燥を行う場合には、得られる粒子状乾燥重合体の粒子径が製品粒子径に近づくため、上記効果が顕著になる。得られる粒子状含水ゲルの各粒子が均一にゲル流動化剤を含むとの観点から、ゲル粉砕工程中の添加が好ましい。なお、重合工程で逆相懸濁重合を行う場合等、ゲル粉砕工程を要しない場合にも、少なくとも乾燥工程前に、粒子状含水ゲルにゲル流動化剤を添加することが好ましい。
具体的には、ゲル流動化剤に用いられる界面活性剤として、(1)ショ糖脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、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、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、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ニルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピルアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、アルキルグルコシド、N−アルキルグルコンアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルのリン酸エステル、及びポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルのリン酸エステルなどのノニオン性界面活性剤、(2)カプリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ミリスチルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン等のアルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン;ラウリン酸アミドプロピルベタイン、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン、パーム核油脂肪酸アミドプロピルベタイン等のアルキルアミドプロピルベタイン、ラウリルヒドロキシスルホベタイン等のアルキルヒドロキシスルホベタイン、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等のアルキルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタインなどの両性界面活性剤、(3)ラウリルアミノジ酢酸モノナトリウム、ラウリルアミノジ酢酸カリウム、ミリスチルアミノジ酢酸ナトリウム等のアルキルアミノジ酢酸モノアルカリ金属などのアニオン性界面活性剤、(4)長鎖アルキルジメチルアミノエチル4級塩などのカチオン性界面活性剤等が挙げられる。これらのうち、2種以上を併用してもよい。
本発明に係る製造方法において、本発明の目的が達成される範囲内で、以下に例示する高分子滑剤を、上記単量体水溶液や含水ゲルに添加することができる。
ゲル流動化剤の種類と添加量とは、ゲル粉砕工程及び乾燥工程における粒子状含水ゲルの流動性等を考慮して適宜調整される。得られる吸水性樹脂の吸収性物品(おむつ)での実使用における戻り量等から、最終製品の吸水性樹脂の表面張力が過度に低下しない種類や量のゲル流動化剤が好ましい。例えば、吸水性樹脂の表面張力(生理食塩水中の吸水性樹脂の分散液の表面張力)が、好ましくは55mN/m以上、より好ましくは60mN/m以上、更に好ましくは65mN/m以上となるように、ゲル流動化剤の種類及び量が選択される。この表面張力はWO2015/129917に記載の方法で測定される。
本発明に係る製造方法において、ゲル粉砕工程で含水ゲルを粉砕するとともに、重合反応を進行させて重合率を調整することも可能である。重合反応の進行の程度は、ゲル粉砕装置における加熱及び滞留時間、重合後の含水ゲル中の重合開始剤の残存量、任意の重合開始剤の後添加量等で適宜調整される。ゲル粉砕後に得られる粒子状含水ゲルの重合率は、固形分換算で、好ましくは、90質量%以上であり、より好ましくは95質量%以上であり、更に好ましくは、98〜99.99質量%であり、理想的には、100%である。重合率が上記範囲の粒子状含水ゲルでは、乾燥時の凝集及び付着が回避される。粒子状含水ゲルの重合率の調整は、攪拌乾燥の場合に特に有効である。なお、粒子状含水ゲルの重合率は、ゲル粉砕前の含水ゲルの重合率と同様に、後述する物性測定方法で規定される。
粒子状含水ゲルの含水率(以下、ゲル含水率)は、下記実施例に記載した測定方法によって求められる。後述する乾燥工程における粒子状含水ゲルの流動性の観点から、ゲル含水率は25質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、35質量%以上がさらに好ましく、40質量%以上が特に好ましく、43質量%以上が極めて好ましい。過度の高濃度重合は吸水性樹脂の物性を低下させる可能性があり、乾燥効率及び吸収性能の観点から、ゲル含水率は75質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましく、55質量%以下が特に好ましい。
得られる吸水性樹脂の吸水速度及び粒子径、並びに粉砕時の微粉発生抑制の観点から、乾燥前の粒子状含水ゲル架橋重合体の質量平均粒子径d1は、固形分換算で、好ましくは3000μm以下、より好ましくは2000μm以下、さらに好ましくは50μm〜1000μm、よりさらに好ましくは100μm〜800μmである。なお、固形分換算の粒子状含水ゲルの平均粒子径d1は、下記実施例に記載の方法により、粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(D50)から算出される。
乾燥前の粒子状含水ゲルのCRC(遠心分離機保持容量)は、固形分換算(後述する測定方法で規定)で、好ましくは5g/g〜80g/g、より好ましくは10g/g〜50g/g、更に好ましくは15g/g〜45g/g、特に好ましくは20g/g〜40g/gである。また、乾燥前の粒子状含水ゲルの水可溶分(Ext)は、固形分換算(後述する測定方法で規定)で、好ましくは1質量%〜15質量%、より好ましくは2質量%〜10質量%、さらに好ましくは3質量%〜5質量%である。
本工程は、粒子状含水ゲル(好ましくはゲル流動化剤を含む)を所望の含水率にまで乾燥させて乾燥重合体、好ましくは粒子状乾燥重合体を得る工程である。なお、本工程に供される粒子状含水ゲルは、ゲル粉砕工程を経て得られるものに限定されず、例えば逆相懸濁重合により得られてもよい。また、本工程で得られる乾燥重合体が、複数の粒子が物理的又は化学的に付着することで形成された造粒物(以下、粒状乾燥造粒物)を含んでもよい。
含水ゲル粒子の凝集抑制の観点から、乾燥工程に供される粒子状含水ゲルの温度T2を、好ましくは50℃以上、より好ましくは60℃以上、さらに好ましくは70℃以上、特に好ましくは80℃以上、最も好ましくは90℃以上に制御する。また、被乾燥物の着色や性能低下抑制の観点から、この温度T2は好ましくは130℃以下、より好ましくは110℃以下、さらに好ましくは105℃以下である。
乾燥工程で使用される乾燥装置としては、特に限定されず、伝熱伝導型乾燥機、輻射伝熱型乾燥機、熱風伝熱型乾燥機、誘電加熱型乾燥機等の1種又は2種以上が適宜選択される。バッチ式でもよく、連続式でもよい。また、直接加熱式でもよく、間接加熱式でもよい。例えば、通気バンド式、通気回路式、通気縦型式、平行流バンド式、通気トンネル式、通気攪拌式、通気回転式、流動層式、気流式等の伝熱型乾燥機が挙げられる。静置状態で乾燥させるバンド式等の場合、大きな塊状の乾燥物が得られるため、これを粉砕して粒子状の製品に加工する際に多量の微粉が発生することがある。一方、乾燥機中で被乾燥物を流動させる流動手段(例えば、乾燥機に備えた撹拌翼や乾燥機自体の回転)と、1又は2以上の加熱手段を備えた攪拌乾燥機を用いれば、粒子状の乾燥物(以下、粒状乾燥重合体と称する場合がある)が得られるため好ましく、連続式の攪拌乾燥機がより好ましい。好ましい攪拌乾燥方法は、PCT/JP/2017/041371号及びPCT/JP2017/041372号に記載され、係る攪拌乾燥の記載は本発明の記載として適用できる。
乾燥工程で得られる乾燥重合体の水可溶分(Ext)は、好ましくは、乾燥前の粒子状含水ゲルの水可溶分より大きい。乾燥後に得られる乾燥重合体の水可溶分は、固形分換算、好ましくは+0.5質量%以上増加、より好ましくは+1〜20質量%の範囲で増加、さらに好ましくは+2〜10質量%の範囲で増加するように、含水ゲルの架橋密度(特に内部架橋剤の種類や量)や加熱乾燥条件などが調整される。
本工程は、上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を粉砕(粉砕工程)し、所定の範囲の粒度に調整(分級工程)して、吸水性樹脂粉末を得る工程である。ここで、表面架橋する前の、粉末状の吸水性樹脂を、便宜上、「吸水性樹脂粉末」と称する。
本発明に係る製造方法において、表面架橋工程は、前述の乾燥工程とは別途行われる工程であり、乾燥重合体に吸水性樹脂の官能基(特にカルボキシル基)と反応する表面架橋剤を添加する表面架橋剤添加工程と、この表面架橋剤を含む乾燥重合体を加熱処理して架橋反応させる熱処理工程とを含む。本工程は、前述した工程を経て得られる吸水性樹脂粉末の表面層(吸水性樹脂粉末の表面から数10μmの部分)に、さらに架橋密度の高い部分を設ける工程であり、表面架橋剤添加工程及び熱処理工程と、任意になされる冷却工程とから構成される。この表面架橋工程において、吸水性樹脂粉末表面でのラジカル架橋反応、表面重合反応、表面架橋剤との架橋反応等により、表面架橋された吸水性樹脂(吸水性樹脂粒子)が得られる。
本工程は、粒子状乾燥重合体に、表面架橋剤を添加する工程である。表面架橋剤は、乾燥後の粒子状乾燥重合体又は乾燥後に粒度調整された粒子状乾燥重合体に対して添加される。
本発明に係る製造方法において、表面架橋剤添加工程に供される粒子状乾燥重合体の含水率は15質量%以下である。得られる吸水性樹脂粒子の吸水性能の観点から、粒子状乾燥重合体の含水率は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7質量%以下、特に好ましくは5質量%以下である。過度の凝集又は付着防止の観点から、この含水率は、1質量%を超えることが好ましい。尚、粒子状乾燥重合体の含水率は、下記実施例に記載した測定方法により求められる。
表面架橋剤添加工程に供される粒子状乾燥重合体は、加温又は保温されていることが好ましい。粒子状乾燥重合体の温度T3は、好ましくは30〜120℃、より好ましくは35〜80℃、さらに好ましくは40〜70℃である。本工程に供される粒子状乾燥重合体の温度T3が30℃未満の場合、添加された表面架橋剤の析出や粒子状乾燥重合体の吸湿等により、表面架橋処理が不十分又は不均一になる場合がある。また、この温度T3が100℃を超える場合、表面架橋剤溶液中の水又は溶媒が揮発することで、表面架橋剤が析出する恐れがある。
上記表面架橋剤として、吸水性樹脂の複数の官能基(好ましくは複数のカルボキシル基)と反応しうる表面架橋剤、好ましくは共有結合またはイオン結合、さらには共有結合しうる表面架橋剤が使用される。具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、2−ブテン−1,4−ジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,2−シクロヘキサノール、トリメチロールプロパン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリオキシプロピレン、オキシエチレン−オキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール化合物;エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールポリグリシジルエーテル、グリシドール、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミン等の多価アミン化合物及びこれらの無機塩又は有機塩;2,4−トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の多価イソシアネート化合物;ポリアジリジン等のアジリジン化合物;1,2−エチレンビスオキサゾリン、ビスオキサゾリン、ポリオキサゾリン等の多価オキサゾリン化合物;尿素、チオ尿素、グアニジン、ジシアンジアミド、2−オキサゾリジノン等の炭酸誘導体;1,3−ジオキソラン−2−オン、4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,3−ジオキサン−2−オン、4−メチル−1,3−ジオキサン−2−オン、4,6−ジメチル−1,3−ジオキサン−2−オン、1,3−ジオキソパン−2−オン等のアルキレンカーボネート化合物;エピクロロヒドリン、エピブロムヒドリン、α−メチルエピクロロヒドリン等のハロエポキシ化合物及びこれらの多価アミン付加物;オキセタン化合物;γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノブロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤;亜鉛、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄、ジルコニウム等の水酸化物、塩化物、硫酸塩、硝酸塩又は炭酸塩等の多価金属化合物;等が挙げられる。これらのうち、2種以上を併用してもよい。上記表面架橋剤の中でも、多価金属イオン、エポキシ系化合物、オキサゾリン系化合物、アルキレンカーボネート化合物から選択された1又は2以上が好ましい。
上記表面架橋剤の添加量は、粒子状乾燥重合体の固形分に対して好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。また、下限値としては好ましくは0.001質量%である。
粒子状乾燥重合体に表面架橋剤を添加する方法は、特に限定されず、例えば、(1)粒子状乾燥重合体を親水性有機溶媒に浸漬し、表面架橋剤を粒子状乾燥重合体に吸着させる方法、(2)粒子状乾燥重合体に、直接表面架橋剤溶液を噴霧もしくは滴下して混合する方法等が挙げられる。所定量の表面架橋剤を吸水性樹脂に均一に添加する観点から、(2)の方法が好ましい。同様の観点から、表面架橋剤溶液の添加中、粒子状乾燥重合体を撹拌することが好ましく、表面架橋剤溶液を噴霧添加することがより好ましい。
乾燥工程後に別途行う表面架橋工程において、表面架橋剤を添加する回数は、1回でも複数回でもよい。2回以上添加する場合には、少なくとも最初の1回の表面架橋剤と接触する粒子状乾燥重合体が、前述した含水率及び温度を有することが好ましく、全ての接触において上記含水率及び温度を有することがより好ましい。また、各添加処理に、同じ添加装置を用いてもよく、異なる装置を用いてもよい。
本工程は、粒子状乾燥重合体と表面架橋剤との混合物を加熱処理して、表面架橋された粒子状乾燥重合体を得る工程である。
本工程において、粒子状乾燥重合体と表面架橋剤との混合物を100℃以上に加熱することにより、表面架橋された粒子状乾燥重合体が得られる。加熱温度(表面架橋温度)は、添加する表面架橋剤の種類により適宜選択されるが、熱処理効率の観点から、好ましくは100℃〜250℃、より好ましくは120℃〜230℃、さらに好ましくは150℃〜210℃である。
表面架橋剤を含む粒子状乾燥重合体を、上記表面架橋温度で加熱処理する時間は、粒子状乾燥重合体の含水率、表面架橋剤の種類、後述する加熱装置の運転条件等に応じて適宜設定される。一応の目安としては、得られる吸水性樹脂粒子の含水率が10質量%以下になるまで加熱すればよく、時間としては10分間〜120分間の範囲であり、好ましくは30分間〜90分間である。
本発明に係る製造方法では、乾燥工程とは別途実施する表面架橋工程において、特定の構造を有する加熱装置を用いて、粒子状乾燥重合体と表面架橋剤との混合物を加熱処理することを特徴とする。この加熱装置は、その内部に粒子状乾燥重合体と表面架橋剤との混合物を収容して回転する回転容器と、この回転容器の内部に位置して、その軸方向に延在し、かつこの回転容器とともに回転する複数の加熱管とを備えている。本願明細書において、この構成を有する加熱装置を、「回転型加熱装置」又は「加熱管付き回転型加熱装置」と称する場合がある。
本発明の効果が阻害されない限り、加熱装置100において、表面架橋剤を含む粒子状乾燥重合体に、他の添加剤を添加してもよい。他の添加剤として、例えば前述したゲル流動化剤及び高分子滑剤が挙げられる。
本発明に係る製造方法では、表面架橋工程の熱処理工程に、図1−2に示される基本構成を備えた加熱装置100を用いることにより、吸水性樹脂の固形分換算による単位時間当たりの処理量(kg/hr)が7kg/hr以上、好ましくは50Kg/hr以上、より好ましくは100Kg/hr以上、特に好ましくは500Kg/hrの連続処理が可能となる。連続処理時間は好ましくは12時間以上、さらには24時間以上、特に240時間以上、1200時間以上である。
好ましくは、前述の乾燥工程及び/又は熱処理工程後、後述する整粒工程前に、乾燥重合体又は表面架橋された粒子状乾燥重合体を強制冷却して、所望の温度に調整する冷却工程を有している。例えば、前述の加熱装置100において、乾燥工程とは別途に、表面架橋工程が実施される場合、回転容器10において、表面架橋処理が適正になされ、かつ所望の含水率又は固形分率に調整された粒子状乾燥重合体が、整粒工程に供される前に、この冷却工程が実施される。また、乾燥工程において所望の含水率又は固形分率調整された乾燥重合体が、表面架橋工程に先だって整粒工程に供される前に、この冷却工程が実施される。
冷却工程において、乾燥重合体又は表面架橋された粒子状乾燥重合体を冷却する方法は、特に限定されない。好ましくは、通気伝熱式又は伝導伝熱式の冷却手段を有する連続冷却機が用いられる。静置状態で冷却してもよく、攪拌状態で冷却してもよい。材料撹拌型冷却機が好ましく、連続式の材料撹拌型冷却機がより好ましい。例えば、直接伝熱である流動層冷却機が挙げられる。連続ベルト式冷却機における冷風冷却でもよい。
本工程は、乾燥重合体及び/又は表面架橋された粒子状乾燥重合体の粒度を調整する工程である。表面架橋工程を経た粒子状乾燥重合体が、この整粒工程に供されることにより、粒子径又は粒度分布がより積極的に制御された吸水性樹脂粒子が得られる。特に、本発明に係る製造方法において得られる表面架橋された粒子状乾燥重合体は、表面架橋工程における粒子同士の付着及び凝集が軽減されるため、本工程における負荷が小さく、過度の粉砕や解砕による微粉の発生量が少ないという利点が得られる。尚、本工程は、複数回実施することも可能である。
「微粉リサイクル工程」とは、分級工程で除去された微粉をそのまま、又は微粉を造粒した後に何れかの工程に供給する工程を意味する。好ましくは、微粉又は微粉造粒物を、乾燥工程以前の工程に投入して再利用する工程である。乾燥工程以前の工程としては、重合工程で調整した重合前の単量体溶液、重合途中の含水ゲル、重合後の含水ゲルの粉砕工程、粒状含水ゲルの乾燥工程等が挙げられる。これらの工程に、微粉をそのまま添加してもよく、微粉を水で膨潤ゲル化ないし造粒してから添加してもよい。また、微粉とともに、水、架橋剤、水以外のバインダー(例;水溶性ポリマー、熱可塑性樹脂)、重合開始剤、還元剤、キレート剤、着色防止剤などを添加してもよい。例えば、水を添加する場合、微粉に対して1質量%〜1000質量%、その他の化合物を添加する場合は、微粉に対して0.01質量%〜10質量%の量で使用されることが好ましい。
本発明に係る製造方法は、上述した各工程以外に、必要に応じて、粉砕工程、再湿潤工程、造粒工程、輸送工程、貯蔵工程、梱包工程、保管工程等を更に含んでもよい。
本発明の効果が阻害されない限り、上記任意に使用されるゲル流動化剤や高分子滑剤以外にも、その他添加剤として、無機微粒子、粉塵防止剤、乾燥した吸水性樹脂(微粉)、通液性向上剤等を更に加えることが可能である。
本発明に係る製造方法で得られる吸水性樹脂粒子(吸水剤)については、該吸水性樹脂粒子を吸収性物品、特に紙オムツに使用する場合に、下記の(3−1)〜(3−6)に掲げた物性のうち、少なくとも1つ以上、好ましくは2つ以上、より好ましくは3つ以上、更に好ましくは全ての物性が、所望する範囲に制御されることが望まれる。以下の全ての物性が下記の範囲を満たさない場合、本発明の効果が十分に得られず、特に、紙オムツ一枚当たりの吸水剤の使用量が多い、所謂、高濃度紙オムツにおいて十分な性能を発揮しないおそれがある。
本発明の吸水性樹脂粒子(吸水剤)のCRC(遠心分離機保持容量)は、通常5g/g以上であり、好ましくは15g/g以上、より好ましくは25g/g以上である。上限値については特に限定されず、より高いCRCが好ましいが、他の物性とのバランスの観点から、好ましくは70g/g以下、より好ましくは50g/g以下、更に好ましくは40g/g以下である。
Extは、通常1〜40質量%であり、好ましくは2〜35質量%、より好ましくは3〜30質量%、さらに好ましくは4〜25質量%、特に好ましくは5〜20質量%である。
吸水性樹脂粒子(吸水剤)の含水率は、好ましくは0質量%を超えて20質量%以下、より好ましくは1〜15質量%、更に好ましくは2〜13質量%、特に好ましくは2〜10質量%である。この含水率を上記範囲内とすることで、粉体特性(例えば、流動性、搬送性、耐ダメージ性等)に優れた吸水剤が得られる。
吸水性樹脂粒子(吸水剤)の質量平均粒子径(D50)は前述した通りであり、好ましくは200μm以上、より好ましくは200〜600μm、さらに好ましくは250〜550μm、特に好ましくは300〜500μmである。また、粒子径150μm未満の粒子の割合は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下、さらに好ましくは6質量%以下である。また、粒径850μm超の粒子の割合は、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。この吸水剤は、粒子径150〜850μmの粒子を、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは97質量%以上、特に好ましくは99質量%以上含む。理想的には100質量%である。粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、好ましくは0.20〜0.50、より好ましくは0.25〜0.40、更に好ましくは0.27〜0.35である。
吸水性樹脂粒子(吸水剤)のAAP(加圧下吸水倍率)は、好ましくは15g/g以上、より好ましくは20g/g以上、更に好ましくは23g/g以上、特に好ましくは24g/g以上、最も好ましくは25g/g以上である。上限値については特に限定されないが、好ましくは30g/g以下である。
吸水性樹脂粒子(吸水剤)のVortex(吸水速度)は、好ましくは60秒以下、より好ましくは50秒以下、更に好ましくは40秒以下、特に好ましくは30秒以下、最も好ましくは25秒以下である。下限値については特に限定されないが、好ましくは5秒以上、より好ましくは10秒以上である。
吸水性樹脂粒子(吸水剤)の用途は、特に限定されないが、好ましくは紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パッド等の吸収性物品の吸収体用途が挙げられる。特に、高濃度紙オムツの吸収体として使用することができる。更に、吸水剤は、吸水時間に優れ、かつ粒度分布が制御されているので、上記吸収体の上層部に使用する場合に、顕著な効果が期待できる。
(a)吸水性樹脂及び含水ゲルのCRC(遠心分離機保持容量)
吸水性樹脂のCRC(遠心分離機保持容量)を、EDANA法(ERT441.2−02)に準拠して測定した。また、含水ゲルのCRC(遠心分離機保持容量)は、試料の質量を含水ゲルとして0.4gに、自由膨潤時間を24時間に、それぞれ変更した以外はEDANA法(ERT441.2−02)と同様の操作を行った。更に、別途含水ゲルの固形分率αを下記(f)に従って測定し、下記(式1)に従って含水ゲルのCRCを算出した。
吸水性樹脂のExt(水可溶分)は、EDANA法(ERT470.2−02)に準拠して測定した。また、含水ゲルのExt(水可溶分)は、試料の質量を含水ゲルとして2.0gに変更した以外はEDANA法(ERT470.2−02)と同様の操作を行った。更に、別途含水ゲルの固形分率αを下記(f)に従って測定し、下記(式2)に従って含水ゲルのExtを算出した。
吸水性樹脂の含水率を、EDANA法(ERT430.2−02)に準拠して測定した。なお、本発明においては、試料量を1.0g、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更して測定した。固形分率(質量%)は、100質量%から含水率(質量%)を引くことで求めた。
吸水性樹脂の粒度(粒度分布、質量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ))を、米国特許第7638570号のカラム27及び28に記載された方法に準拠して測定した。
イオン交換水1000gに含水ゲル1.00gを投入し、300rpmで2時間攪拌した後に、ろ過することにより、不溶分を除去した。上記操作で得られたろ液中に抽出された単量体の量を、液体クロマトグラフを用いて測定した。得られたデータについて、下記(式3)にしたがってゲル固形分補正を行い、含水ゲルの重合率C(質量%)を求め、下記(式4)にしたがって、含水ゲルの残存モノマー量R(質量%)を求めた。
R(質量%)=100−C ・・・ (式4)
含水ゲルの含水率を、EDANA法(ERT430.2−02)に準拠して測定した。なお、測定に際し、試料の質量を2.0gに、乾燥温度を180℃に、乾燥時間を24時間にそれぞれ変更した。具体的には、底面の直径が50mmのアルミカップに含水ゲル2.0gを投入した後、試料(含水ゲル及びアルミカップ)の総質量W1(g)を正確に秤量した。次に、上記試料を、雰囲気温度180℃に設定されたオーブン内に静置した。24時間経過後、該試料を上記オーブンから取り出し、総質量W2(g)を正確に秤量した。本測定に供された含水ゲルの質量をM(g)としたときに、下記(式5)にしたがって、含水ゲルの含水率(100−α)(質量%)を求めた。なお、αは含水ゲルの固形分率(質量%)である。
粒子状含水ゲルの粒度(質量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ))以下の方法で測定した。
X;分級、水切り後に各篩上に残留した含水ゲルの質量%(%)
w;分級、水切り後に各篩上に残留した含水ゲルのそれぞれの質量(g)
W;分級、水切り後に各篩上に残留した含水ゲルの総質量(g)
R(α);固形分率α(質量%)の含水ゲルに換算したときの篩の目開き(mm)
r;20質量%塩化ナトリウム水溶液中で膨潤した含水ゲル状架橋重合体(含水ゲル粒子)が分級された篩の目開き(mm)である。
上記(f)含水ゲルの固形分率(α)及び(g)粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(D50)から、下記(式9)に従って、固形分換算の質量平均粒子径(含水ゲル粒子の乾燥後の質量平均粒子径)d1を求めた。
SolidD50=GelD50×(α/100)1/3 ・・・ (式9)
尚、ここで、(式9)中、
GelD50:含水ゲル粒子の質量平均粒子径(μm)
α:含水ゲル粒子の固形分率(質量%)
SolidD50:含水ゲル粒子の乾燥物に換算した質量平均粒子径(μm)
である。
吸水性樹脂のVortex(吸水時間)は、以下の手順にしたがって測定した。先ず、予め調整された生理食塩水(0.9質量%塩化ナトリウム水溶液)1000質量部に、食品添加物である食用青色1号(ブリリアントブルー)0.02質量部を添加した後、液温を30℃に調整した。
吸水性樹脂のAAP(加圧下吸水倍率)を、EDANA法(ERT442.2−02)に準拠して測定した。なお、測定に当たり、荷重条件を4.83kPa(0.7psi)に変更した。
アクリル酸300質量部、48質量%水酸化ナトリウム水溶液100質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均n数9)0.61質量部、0.1質量%ジエチレントリアミン5酢酸3ナトリウム水溶液16.4質量部、脱イオン水273.2質量部からなる単量体水溶液を作成した。
製造例1と同様の操作をおこなって、短冊状の含水ゲル(1b)を得た。次に、スクリュー押出機に含水ゲル(1b)を投入して、ゲル粉砕をおこなった。該スクリュー押出機としては、スクリュー軸の外径が86mmであり、先端部に直径100mm、孔径9.5mm、厚さ10mmの多孔板が備えられたミートチョッパーを使用し、含水ゲル(1b)と同時に水及び水蒸気を供給しながらゲル粉砕(第1ゲル粉砕)をおこなった。得られた粒子状含水ゲル(1d)は、固形分率が49質量%(含水率が51質量%)、固形分換算の平均粒子径d1が2000μm、粒子径150μm未満の粒子の割合が約4.9質量%であった。また粒子状含水ゲル(1d)の重合率は98.6%、CRCは34g/g、水可溶分は4%であった。
製造例1で得られた60℃の粒子状乾燥重合体(A1)100質量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.025質量部、エチレンカーボネート0.3質量部、プロピレングリコール0.5質量部及び脱イオン水2.0質量部からなる表面架橋剤溶液を、連続式高速撹拌乾燥機(ホソカワミクロン社製タービュライザー)にて噴霧混合して、加湿物(B1)を得た。
表面架橋剤溶液を、1,4−ブタンジオール0.4質量部、プロピレングリコール0.6質量部及び脱イオン水3.0質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、吸水性樹脂粒子(C2)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(C2)を目視にて観察したところ、着色異物の混入は見られなかった。この吸水性樹脂粒子(C2)の物性を下表1に示す。
表面架橋剤溶液を、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.025質量部、プロピレングリコール1.0質量部及び脱イオン水3.0質量部に変更し、回転型加熱装置の各加熱管に導入する水蒸気をゲージ圧0.1MPa(温度120℃)として、回転容器の内表面を予め100℃超に加熱した以外は、実施例1と同様にして、吸水性樹脂粒子(C3)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(C3)を目視にて観察したところ、着色異物の混入は見られなかった。この吸水性樹脂粒子(C3)の物性を下表1に示す。
実施例1で得た吸水性樹脂粒子(C1)30gを、ハイドロタルサイト(Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O、体積平均粒子径0.5μm)とともに、容量225mLのマヨネーズ瓶に投入し、ペイントシェーカー(東洋精機製)を用いて3分間振動させることにより混合し、吸水性樹脂粒子(C4)を得た。ハイドロタルサイトは、100質量部の吸水性樹脂粒子(C1)に対して0.3質量部添加した。得られた吸水性樹脂粒子(C4)を目視にて観察したところ、着色異物の混入は見られなかった。この吸水性樹脂粒子(C4)の物性を下表1に示す。
ハイドロタルサイトをシリカ(日本アエロジル株式会社製の製品名「アエロジル200CF」)に変更した以外は、実施例4と同様にして、吸水性樹脂粒子(C5)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(C5)を目視にて観察したところ、着色異物の混入は見られなかった。この吸水性樹脂粒子(C5)の物性を下表1に示す。
粒子状乾燥重合体(A1)を製造例2で得られた粒子状乾燥重合体(A2)に変更した以外は、実施例1と同様にして、吸水性樹脂粒子(C6)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(C6)を目視にて観察したところ、着色異物の混入は見られなかった。この吸水性樹脂粒子(C6)の物性を下表1に示す。
粒子状乾燥重合体(A1)を製造例2で得られた粒子状乾燥重合体(A2)に変更した以外は、実施例2と同様にして、加湿物(B2)及び吸水性樹脂粒子(C7)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(C7)を目視にて観察したところ、着色異物の混入は見られなかった。この吸水性樹脂粒子(C7)の物性を下表1に示す。
粒子状乾燥重合体(A1)を製造例2で得られた粒子状乾燥重合体(A2)に変更した以外は、実施例3と同様にして、吸水性樹脂粒子(C8)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(C8)を目視にて観察したところ、着色異物の混入は見られなかった。この吸水性樹脂粒子(C8)の物性を下表1に示す。
実施例1で得られた加湿物(B1)を、図8に示される伝導伝熱式溝型撹拌乾燥機(奈良機会製作所製の製品名「パドルドライヤーNPD−1.6W型」)を用いて加熱処理した。図示される通り、この乾燥機200は、撹拌軸202、攪拌翼(パドル)204及びドラム206を備えている。この乾燥機200は、パドル径160mmφ、伝熱面積2.5m2、有効容積0.065m3であった。
表面架橋剤溶液を、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.025質量部、プロピレングリコール1.0質量部及び脱イオン水3.0質量部に変更し、伝導伝熱式溝型撹拌乾燥機200の内壁、撹拌盤204及び回転軸202の表面温度を120℃に変更した以外は、比較例1と同様にして、吸水性樹脂粒子(C7)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(C7)を目視にて観察したところ、わずかに着色異物の混入が見られた。この吸水性樹脂粒子(C7)の物性を下表1に示す。
加湿物(B1)を実施例7で得られた加湿物(B2)に変更した以外は、比較例1と同様にして、吸水性樹脂粒子(C11)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(C11)を目視にて観察したところ、わずかに着色異物の混入が見られた。この吸水性樹脂粒子(C11)の物性を下表1に示す。
表面架橋剤溶液を、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.025質量部、プロピレングリコール1.0質量部及び脱イオン水3.0質量部に変更し、伝導伝熱式溝型撹拌乾燥機200の内壁、撹拌盤204及び回転軸202の表面温度を120℃に変更した以外は、比較例3と同様にして、吸水性樹脂粒子(C12)を得た。得られた吸水性樹脂粒子(C12)を目視にて観察したところ、わずかに着色異物の混入が見られた。この吸水性樹脂粒子(C12)の物性を下表1に示す。
(1)実施例1〜3及び6〜8と比較例1〜4との対比から、加熱管付き回転型加熱装置を用いて、含水率15質量部以下の粒子状乾燥重合体(A1)及び粒子状乾燥重合体(A2)を表面架橋することにより、微粉量が少なく、かつ着色異物の混入がない、吸水性能に優れた吸水剤が得られることがわかる。
(2)実施例4及び5の結果から、表面架橋された含水率15質量%以下の吸水性樹脂粒子(C1)の表面処理においても、加熱管付き回転型加熱装置の使用により、所定の吸水性能を低下することなく、微粉の抑制及び着色異物の低減という効果が得られることがわかる。
4・・・主部
6・・・投入部
8・・・取り出し部
10・・・回転容器
11、11a、11b・・・障壁
12・・・加熱管
14・・・第一歯車
16・・・第二歯車
18・・・パッキン
20・・・主筒
22・・・ホッパー
28・・・インナースペース
40・・・取り出し口
44・・・スチーム入口
46・・・ドレーン
200・・・攪拌乾燥機
202・・・攪拌軸
204・・・攪拌翼
206・・・ドラム
Claims (21)
- 酸基含有不飽和単量体を主成分として得られる粒子状乾燥重合体と、表面架橋剤との混合物を加熱処理する表面架橋工程を含んでおり、
上記粒子状乾燥重合体の含水率が15質量%以下であり、
上記表面架橋工程において、回転容器と、この回転容器の内部に位置して、その軸方向に延在し、かつこの回転容器とともに回転する複数の加熱管を備えた加熱装置を使用する吸水性樹脂粒子の製造方法。 - 上記加熱管に100℃以上の熱媒を供給する請求項1に記載の製造方法。
- 上記回転容器の内表面の温度が100℃以上である請求項1又は2に記載の製造方法。
- 上記粒子状乾燥重合体と表面架橋剤との混合物が投入される前に、上記回転容器の内表面の温度を100℃以上とする請求項1から3のいずれかに記載の製造方法
- 上記回転容器内にガスを導入し、上記回転容器の内表面の温度が、当該ガスの温度より高い請求項1から4のいずれかに記載の製造方法。
- 上記回転容器内に導入するガスの温度が100℃以上である請求項5に記載の乾燥方法。
- 上記表面架橋工程で表面架橋された粒子状乾燥重合体を冷却する冷却工程をさらに有する請求項1から6のいずれかに記載の製造方法。
- 上記表面架橋剤と混合される粒子状乾燥重合体の温度が、30〜120℃である請求項1から7のいずれかに記載の製造方法。
- 上記表面架橋剤と混合される粒子状乾燥重合体の平均粒子径が200〜1000μm以下である請求項1から8のいずれかに記載の製造方法。
- 上記加熱装置のフルード数Frが0.001〜1である請求項1から9のいずれかに記載の製造方法。
- 上記粒子状乾燥重合体が、ポリ(メタ)アクリル酸(塩)を主成分とする架橋体である請求項1から10のいずれかに記載の製造方法。
- 酸基含有不飽和単量体を主成分として得られる含水率15質量%以下の粒子状乾燥重合体と、表面架橋剤との混合物を加熱処理する加熱装置であって、
上記加熱装置が、回転容器と、この回転容器の内部に位置して、その軸方向に延在し、かつこの回転容器とともに回転する複数の加熱管と、この回転容器の内部にガスを導入及び排出する手段を備えている加熱装置。 - 上記加熱管の数が5本以上であり、これらの加熱管が、軸方向において、上記回転容器の内表面と接触していない請求項12に記載の加熱装置。
- 上記回転容器の外周面に、加熱手段又は保温手段を有している請求項12又は13に記載の加熱装置。
- 上記回転容器が、その一端から他端に向かって傾斜している請求項12から14のいずれかに記載の加熱装置。
- 上記回転容器の内部に、少なくとも1つの障壁が設けられている請求項12から15のいずれかに記載の加熱装置。
- 上記障壁の開口率が1〜90%である請求項16に記載の加熱装置。
- 上記加熱管の外周面の表面積と上記回転容器の内周面の面積との和である伝熱面積の、この回転容器の有効容積に対する比(伝熱面積/有効容積)が、10m−1以上である請求項12から17のいずれかに記載の加熱装置。
- 上記複数の加熱管が、上記回転容器の回転軸から径方向外側に向かって、放射状に間隔を空けて配置されている請求項12から18のいずれかに記載の加熱装置。
- 上記複数の加熱管が、上記回転容器の回転軸を中心とする2以上の同心円上に、間隔を空けて配置されている請求項12から18のいずれかに記載の加熱装置。
- 請求項12から20のいずれかに記載の加熱装置を用いて、酸基含有不飽和単量体を主成分として得られる粒子状乾燥重合体と、表面架橋剤との混合物を加熱処理する表面架橋方法であって、
上記加熱装置に投入する粒子状乾燥重合体の含水率が15質量%以下であり、
上記回転容器内に熱媒としてガスを導入し、この回転容器の内表面の温度を100℃以上とする表面架橋方法。
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