JPWO2020144948A1 - 吸水性樹脂粒子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はまた、水溶性ビニルモノマー(a1)及び架橋剤(b)を必須構成単位とする単量体組成物を重合し、架橋重合体(A)を含有する含水ゲルを得る重合工程と、前記含水ゲルを混練細断し、(A)を含有する含水ゲル粒子を得るゲル粉砕工程と、前記含水ゲル粒子を乾燥し、(A)を含有する乾燥粉体を得る乾燥工程と、前記乾燥粉体をさらに粉砕及び/又は分級して(A)を含有する樹脂粒子を得る工程と、前記樹脂粒子の表面を表面架橋剤(d)により表面架橋する工程を含む吸水性樹脂粒子の製造方法であって、前記乾燥工程以前にゲルブロッキング防止剤(c)を添加し、かつ、前記乾燥工程では、攪拌式乾燥機を用いて乾燥を行い、乾燥後に得られる(A)の乾燥粉体の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合を50重量%以下とする、吸水性樹脂粒子の製造方法である。
(i)炭素数8〜30の芳香族エチレン性モノマー
スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン及びヒドロキシスチレン等のスチレン、並びにビニルナフタレン、並びにジクロルスチレン等のスチレンのハロゲン置換体等。
(ii)炭素数2〜20の脂肪族エチレン性モノマー
アルケン(エチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン及びオクタデセン等);並びにアルカジエン(ブタジエン及びイソプレン等)等。
(iii)炭素数5〜15の脂環式エチレン性モノマー
モノエチレン性不飽和モノマー(ピネン、リモネン及びインデン等);並びにポリエチレン性ビニルモノマー[シクロペンタジエン、ビシクロペンタジエン及びエチリデンノルボルネン等]等。
水溶液重合を行う場合、有機溶媒の使用量(重量%)は、水の重量を基準として40以下が好ましく、更に好ましくは30以下である。
ラジカル重合触媒の使用量(重量%)は、水溶性ビニルモノマー(a1)の、その他のビニルモノマー(a2)を用いる場合は(a1)〜(a2)の、合計重量に基づいて、0.0005〜5が好ましく、更に好ましくは0.001〜2である。
重合コントロール剤の使用量(重量%)は、水溶性ビニルモノマー(a1)の、その他のビニルモノマー(a2)を用いる場合は(a1)〜(a2)の、合計重量に基づいて、0.0005〜5が好ましく、更に好ましくは0.001〜2である。
・信越化学工業株式会社製
KF−945{側鎖、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、KF−6020{側鎖、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、X−22−6191{側鎖、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、X−22−4952{側鎖、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、X−22−4272{側鎖、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、X−22−6266{側鎖、オキシエチレン及びオキシプロピレン}
FZ−2110{両末端、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、FZ−2122{両末端、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、FZ−7006{両末端、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、FZ−2166{両末端、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、FZ−2164{両末端、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、FZ−2154{両末端、オキシエチレン及びオキシプロピレン}、FZ−2203{両末端、オキシエチレン及びオキシプロピレン}及びFZ−2207{両末端、オキシエチレン及びオキシプロピレン}
・信越化学工業株式会社製
X−22−3701E{側鎖、4000}、X−22−162C{両末端、2300}、X−22−3710{片末端、1450}
BY 16−880{側鎖、3500}、BY 16−750{両末端、750}、BY 16−840{側鎖、3500}、SF8418{側鎖、3500}
・信越化学工業株式会社製
X−22−343{側鎖、525}、KF−101{側鎖、350}、KF−1001{側鎖、3500}、X−22−2000{側鎖、620}、X−22−2046{側鎖、600}、KF−102{側鎖、3600}、X−22−4741{側鎖、2500}、KF−1002{側鎖、4300}、X−22−3000T{側鎖、250}、X−22−163{両末端、200}、KF−105{両末端、490}、X−22−163A{両末端、1000}、X−22−163B{両末端、1750}、X−22−163C{両末端、2700}、X−22−169AS{両末端、500}、X−22−169B{両末端、1700}、X−22−173DX{片末端、4500}、X−22−9002{側鎖・両末端、5000}
FZ−3720{側鎖、1200}、BY 16−839{側鎖、3700}、SF 8411{側鎖、3200}、SF 8413{側鎖、3800}、SF 8421{側鎖、11000}、BY 16−876{側鎖、2800}、FZ−3736{側鎖、5000}、BY 16−855D{側鎖、180}、BY 16−8{側鎖、3700}
・信越化学工業株式会社製
KF−865{側鎖、5000}、KF−864{側鎖、3800}、KF−859{側鎖、6000}、KF−393{側鎖、350}、KF−860{側鎖、7600}、KF−880{側鎖、1800}、KF−8004{側鎖、1500}、KF−8002{側鎖、1700}、KF−8005{側鎖、11000}、KF−867{側鎖、1700}、X−22−3820W{側鎖、55000}、KF−869{側鎖、8800}、KF−861{側鎖、2000}、X−22−3939A{側鎖、1500}、KF−877{側鎖、5200}、PAM−E{両末端、130}、KF−8010{両末端、430}、X−22−161A{両末端、800}、X−22−161B{両末端、1500}、KF−8012{両末端、2200}、KF−8008{両末端、5700}、X−22−1660B−3{両末端、2200}、KF−857{側鎖、2200}、KF−8001{側鎖、1900}、KF−862{側鎖、1900}、X−22−9192{側鎖、6500}
FZ−3707{側鎖、1500}、FZ−3504{側鎖、1000}、BY 16−205{側鎖、4000}、FZ−3760{側鎖、1500}、FZ−3705{側鎖、4000}、BY 16−209{側鎖、1800}、FZ−3710{側鎖、1800}、SF 8417{側鎖、1800}、BY 16−849{側鎖、600}、BY 16−850{側鎖、3300}、BY 16−879B{側鎖、8000}、BY 16−892{側鎖、2000}、FZ−3501{側鎖、3000}、FZ−3785{側鎖、6000}、BY 16−872{側鎖、1800}、BY 16−213{側鎖、2700}、BY 16−203{側鎖、1900}、BY 16−898{側鎖、2900}、BY 16−890{側鎖、1900}、BY 16−893{側鎖、4000}、FZ−3789{側鎖、1900}、BY 16−871{両末端、130}、BY 16−853C{両末端、360}、BY 16−853U{両末端、450}
本発明の衝撃性試験後の平均真球度(SPHT)は、次の通り測定した。3L丸形セパラブルフラスコ(ASONE製)に吸水性樹脂粒子30gを投入し、前記セパラブルフラスコの上部に、中心部に6mmの穴を開けた目開き63μmのナイロン網(JIS Z8801−1:2000)を敷き、さらにその上に4つ口セパラブルカバー(ASONE製 主管TS29/42、側管TS24/40、24/40、15/35)をセットする。次に4つ口セパラブルカバーの主管TS29/42にステンレス製管(外径6mm、内径4mm)がナイロン網を貫通し、かつ先端が前記セパラブルフラスコ底面から45mmの位置となるようセットする。ステンレス製管のもう一方にはウレタンチューブ(長さ1500mm、内径8.5mm)を装備し、0.3MPa以上の圧力が達成できるエアーラインに接続する。次に圧力0.2MPaにてエアーラインを開け、3分間エアーブローした後、吸水性樹脂粒子を取り出す。この吸水性樹脂粒子を用いて、上述と同様にCamsizer(登録商標)image analysis system(Retsch Technology GmbH社製)を用いて耐衝撃試験後の平均真球度(SPHT)を測定する。なお、耐衝撃性試験後の平均真球度(SPHT)の変化幅は、次式より求められる。
(耐衝撃性試験後の平均真球度の変化幅)=(耐衝撃性試験後の平均真球度)−(耐衝撃性試験前の平均真球度)
目開き63μm(JIS Z8801−1:2006)のナイロン網で作成したティーバッグ(縦20cm、横10cm)に測定試料1.00gを入れ、生理食塩水1,000ml中に無撹拌下、1時間浸漬した後、15分間吊るして水切りした。その後、ティーバッグごと、遠心分離器にいれ、150Gで90秒間遠心脱水して余剰の生理食塩水を取り除き、ティーバッグを含めた重量(h1)を測定し次式から保水量を求めた。なお、使用した生理食塩水及び測定雰囲気の温度は25℃±2℃とした。測定試料を用いない以外は上記と同様にして、遠心脱水後のティーバッグの重量を測定し(h2)とした。
生理食塩水の保水量(g/g)=(h1)−(h2)
図1及び図2で示される器具を用いて以下の操作により測定した。
測定試料0.32gを150ml生理食塩水1に30分間浸漬して膨潤ゲル粒子2を調製した。そして、垂直に立てた円筒3{直径(内径)25.4mm、長さ40cm、底部から60mlの位置及び40mlの位置にそれぞれ目盛り線4及び目盛り線5が設けてある。}の底部に、金網6(目開き106μm、JIS Z8801−1:2006)と、開閉自在のコック7(通液部の内径5mm)とを有する濾過円筒管内に、コック7を閉鎖した状態で、調製した膨潤ゲル粒子2を生理食塩水と共に移した後、この膨潤ゲル粒子2の上に円形金網8(目開き150μm、直径25mm)が金網面に対して垂直に結合する加圧軸9(重さ22g、長さ47cm)を金網と膨潤ゲル粒子とが接触するように載せ、更に加圧軸9におもり10(88.5g)を載せ、1分間静置した。引き続き、コック7を開き、濾過円筒管内の液面が60ml目盛り線4から40ml目盛り線5になるのに要する時間(T1;秒)を計測し、次式よりゲル通液速度(ml/分)を求めた。
生理食塩水によるゲル通液速度(ml/分)=20ml×60/(T1−T2)
なお、使用する生理食塩水及び測定雰囲気の温度は25℃±2℃で行い、T2は測定試料の無い場合について上記と同様の操作により計測した時間である。
100mlビーカーに50gの生理食塩水を入れ、25±2℃に温度調整を行った。次にスターラーピース(長さ30mm、中心部直径8mm、端部直径7mm)をビーカーの中央部に入れ、生理食塩水を600rpmで撹拌した。ビーカー壁面付近に測定試料2.000gを投入した。なお、使用する測定試料はその代表的粒子径の状態でサンプリングされるように、サンプルスプリッター等を用いて調整した。測定試料を投入し終わった時点から計測をスタートし、測定試料と生理食塩水とからなる混合液の液面が平らになる(液面からの乱反射光が消失する点)までの時間(秒)を吸収速度とした。なお、試験は25±3℃、60±5RH%の条件下で行った。
上述の測定方法で測定した。
ゲル通液速度変化率は、下記式により求めた。なお、下記式において、耐衝撃性試験後のゲル通液速度は、前述した耐衝撃性試験後の平均真球度(SPHT)を測定したものと同じサンプルを使用して、生理食塩水によるゲル通液速度を測定した。
(ゲル通液速度変化率[%])={(吸水性樹脂粒子のゲル通液速度[ml/分])−(耐衝撃性試験後のゲル通液速度[ml/分])}/(吸水性樹脂粒子のゲル通液速度[ml/分])×100
Vortex法による吸収速度変化率は、下記式により求められる。なお、下記式において、耐衝撃性試験後のVortex法による吸収速度は、前述した耐衝撃性試験後の平均真球度(SPHT)を測定したものと同じサンプルを使用して、Vortex法による吸収速度を測定した。
(Vortex法による吸収速度変化率[%])={(吸水性樹脂粒子のVortex法による吸収速度[秒])−(耐衝撃性試験後のVortex法による吸収速度[秒])}/(吸水性樹脂粒子のVortex法による吸収速度[秒])×100
モニター10名に対して、触感による異物感の評価を行った。具体的には吸水性樹脂粒子100gをチャック付ポリエチレン袋(140×100×0.04mm)に入れ、人差し指及び/または中指を使用して、試料を事前に印を付けられた区域内で一方向(例えば、時計回り)に優しく揉み込み、その異物感を下記の評価基準で評価を行った。
◎ ジャリジャリ感を感じる 2人未満
○ ジャリジャリ感を感じる 2人以上4人未満
△ ジャリジャリ感を感じる 4人以上6人未満
× ジャリジャリ感を感じる 6人以上
水溶性ビニルモノマー(a1−1){アクリル酸、三菱化学株式会社製、純度100%}155部(2.15モル部)、架橋剤(b1){ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ダイソ−株式会社製}0.6225部(0.0024モル部)及び脱イオン水340.27部を攪拌・混合しながら3℃に保った。この混合物中に窒素を流入して溶存酸素量を1ppm以下とした後、1%過酸化水素水溶液0.62部、2%アスコルビン酸水溶液1.1625部及び2%の2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−プロピオンアミド]水溶液2.325部を添加・混合して重合を開始させた。混合物の温度が90℃に達した後、90±2℃で約5時間重合することにより架橋重合体を含有する含水ゲル(1)を得た。
実施例1において、ニーダーの回転数40rpmを30rpmに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粒子(P−2)を得た。実施例2における乾燥粉体(2)の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合は49重量%であり、粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(A−2)の重量平均粒子径は、436μmであった。
実施例1において、ニーダーの回転数40rpmを50rpmに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粒子(P−3)を得た。実施例3における乾燥粉体(3)の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合は35重量%であり、粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(A−3)の重量平均粒子径は、400μmであった。
実施例1において、ゲルブロッキング防止剤(c−1){ショ糖ステアリン酸エステル}0.076部を0.152部に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粒子(P−4)を得た。実施例4における乾燥粉体(4)の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合は33重量%であり、粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(A−4)の重量平均粒子径は、393μmであった。
実施例1において、ゲルブロッキング防止剤(c−1){ショ糖ステアリン酸エステル}0.076部を0.152部に変更し、同時にゲルブロッキング防止剤(c−2){ナロアクティ(登録商標)CL−20、三洋化成工業製アニオン界面活性剤(ノニルフェノールEOA(EO2モル付加))}0.113部を併用した以外は、実施例1と同様の操作を行い、吸水性樹脂粒子(P−5)を得た。実施例5における乾燥粉体(5)の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合は27重量%であり、粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(A−5)の重量平均粒子径は、385μmであった。
実施例5において、乾燥粉体を粉砕した後のふるい分けの目開き710〜150μmを500〜150μmの粒子径範囲に変更した以外は、実施例5と同様の操作を行い、吸水性樹脂粒子(P−6)を得た。粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(A−6)の重量平均粒子径は、365μmであった。
実施例5において、乾燥粉体を粉砕した後のふるい分けの目開き710〜150μmを300〜150μmの粒子径範囲に変更した以外は、実施例5と同様の操作を行い、吸水性樹脂粒子(P−7)を得た。粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(A−7)の重量平均粒子径は、202μmであった。
実施例5において、ニーダーの回転数40rpmを50rpmとし、乾燥粉体を粉砕した後のふるい分けの目開き710〜150μmを500〜150μmの粒子径範囲に変更した以外は、実施例5と同様の操作を行い、吸水性樹脂粒子(P−8)を得た。実施例8における乾燥粉体(8)の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合は、22重量%であり、粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(A−8)の重量平均粒子径は、340μmであった。
実施例6において、粉砕分級後の架橋重合体を含む樹脂粒子(A−6)に対する表面架橋剤としての15%エチレングリコールジグリシジルエーテル0.081部を0.200部に変更すること以外は、実施例6と同様の操作を行い、表面架橋された樹脂粒子を得た。続いて、高速攪拌(ホソカワミクロン株式会社製高速攪拌タービュライザー(登録商標、以下おなじ)、回転数2000rpm)しながら、無機微粒子としてシリカ(アエロジル(登録商標、以下おなじ)200)を0.045部添加して、80℃で30分間加熱した後、目開き850μmの篩を通過させることで、吸水性樹脂粒子(P−9)を得た。
実施例6において、粉砕分級後の架橋重合体を含む樹脂粒子(A−6)に対する表面架橋剤としての15%エチレングリコールジグリシジルエーテル0.081部を0.200部に変更し、別途溶剤としての50%プロピレングリコール水溶液0.51部、多価金属塩として硫酸アルミニウムナトリウム16水和物(富士フィルム和光純薬製)0.225部を混合した混合溶液を添加して表面架橋を行った以外は、実施例6と同様の操作を行い、表面架橋された樹脂粒子を得た。高速攪拌(ホソカワミクロン株式会社製高速攪拌タービュライザー、回転数2000rpm)しながら、無機微粒子としてシリカ(アエロジル200)を0.045部添加して、80℃で30分間加熱した後、目開き850μmの篩を通過させることで、吸水性樹脂粒子(P−10)を得た。
実施例1において、ニーダーの回転数40rpmを20rpmに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較用の吸水性樹脂粒子(R−1)を得た。比較例1における乾燥粉体(比1)の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合は73重量%であり、粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(B−1)の重量平均粒子径は、430μmであった。
実施例1において、ゲルブロッキング剤を添加せずに更にミンチ機で1回細断したこと、ニーダーの回転数40rpmを50rpmに変更したこと、ニーダーでの乾燥時間1時間を2時間に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較用の吸水性樹脂粒子(R−2)を得た。比較例2における乾燥粉体(比2)の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合は95重量%であり、粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(B−2)の重量平均粒子径は、385μmであった。
実施例1において、ゲルブロッキング剤を添加せずに更にミンチ機で1回細断したこと、ニーダーでの乾燥を通気型乾燥機(タバイエスペック株式会社製、乾燥条件:熱風温度150℃、風速2m/s、60分間)での乾燥に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較用の吸水性樹脂粒子(R−3)を得た。なお、乾燥は含水ゲル粒子の全量をSUSバット(幅20cm角、深さ5cm)の中に均一に敷き詰めて行った。比較例3における乾燥粉体(比3)の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合は98重量%であり、粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(B−3)の重量平均粒子径は、411μmであった。
実施例1において、ニーダーでの乾燥を通気型乾燥機(タバイエスペック株式会社製、乾燥条件:熱風温度150℃、風速2m/s、60分間)での乾燥に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較用の吸水性樹脂粒子(R−4)を得た。なお、乾燥は含水ゲル粒子の全量をSUSバット(幅20cm角、深さ5cm)の中に均一に敷き詰めて行った。比較例4における乾燥粉体(比4)の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合は97重量%であり、粉砕分級後の、架橋重合体を含む樹脂粒子(B−4)の重量平均粒子径は、415μmであった。
一方、表1の結果より、平均真球度及び耐衝撃性試験後の平均真球度の変化幅を特定の範囲に制御するためには、吸水性樹脂粒子の製造工程において、乾燥後に得られる乾燥粉体の2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合を特定の範囲内で制御することが有効であることが分かる。
2 含水ゲル粒子
3 円筒
4 底部から60mlの位置の目盛り線
5 底部から40mlの位置の目盛り線
6 金網
7 コック
8 円形金網
9 加圧軸
10 おもり
Claims (11)
- 水溶性ビニルモノマー(a1)及び架橋剤(b)を必須構成単位とする架橋重合体(A)を含有する樹脂粒子が表面架橋剤(d)により表面架橋された構造を有する吸水性樹脂粒子であって、粒子形状が不定形破砕状であり、平均真球度(SPHT)が0.800〜0.900であり、耐衝撃性試験後の平均真球度(SPHT)の変化幅が0〜0.015である吸水性樹脂粒子。
- 重量平均粒子径が200〜450μmである請求項1に記載の吸水性樹脂粒子。
- 重量平均粒子径が200〜370μmである請求項2に記載の吸水性樹脂粒子。
- 無機微粒子及び/又は多価金属塩を含む請求項1〜3のいずれかに記載の吸水性樹脂粒子。
- 0.9重量%生理食塩水によるゲル通液速度が10ml/分以上である請求項1〜4のいずれかに記載の吸水性樹脂粒子。
- Vortex法による吸収速度が45秒以下である請求項1〜5のいずれかに記載の吸水性樹脂粒子。
- 0.9重量%生理食塩水の保水量が25〜45g/gである請求項1〜6のいずれかに記載の吸水性樹脂粒子。
- 水溶性ビニルモノマー(a1)及び架橋剤(b)を必須構成単位とする単量体組成物を重合し、架橋重合体(A)を含有する含水ゲルを得る重合工程と、前記含水ゲルを混練細断し、(A)を含有する含水ゲル粒子を得るゲル粉砕工程と、前記含水ゲル粒子を乾燥し、(A)を含有する乾燥粉体を得る乾燥工程と、前記乾燥粉体をさらに粉砕及び/又は分級して(A)を含有する樹脂粒子を得る工程と、前記樹脂粒子の表面を表面架橋剤(d)により表面架橋する工程を含む吸水性樹脂粒子の製造方法であって、前記乾燥工程以前にゲルブロッキング防止剤(c)を添加し、かつ、前記乾燥工程では、攪拌式乾燥機を用いて乾燥を行い、乾燥後に得られる(A)の乾燥粉体の全重量に対する2.8mm以上の粒子径を有する粒子の重量割合を50重量%以下とする、吸水性樹脂粒子の製造方法。
- ゲルブロッキング防止剤(c)が、炭化水素基を含有する疎水性物質(c1)及び/又はポリシロキサンである疎水性物質(c2)である請求項8に記載の吸水性樹脂粒子の製造方法。
- ゲルブロッキング防止剤(c)の添加量が、架橋重合体(A)の重量に基づいて0.05〜5.0重量%である請求項8又は9に記載の吸水性樹脂粒子の製造方法。
- 前記乾燥工程前の含水ゲル粒子の固形分濃度が10〜55重量%である請求項8〜10のいずれかに記載の吸水性樹脂粒子の製造方法。
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