KR102635153B1 - 흡수성 수지의 제조 방법 및 흡수성 수지 - Google Patents

Abstract

[과제] 위생 재료에 사용하였을 때 우수한 흡수 특성(적은 액 복귀량)을 갖는 흡수성 수지의 제조 방법을 제공한다. [해결수단] 분산 장치에 단량체 조성물과 유기 용매와 분산 보조제를 연속적으로 공급하고, 상기 유기 용매 중에 상기 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적을 분산시키는 것과, 상기 유기 용매 중에 분산된 미세 액적을 중합 장치에 공급하고, 상기 단량체를 중합하여 함수 겔상 중합체를 얻는 것과, 상기 함수 겔상 중합체로부터 분리한 상기 유기 용매를 상기 분산 장치에 다시 공급하는 것을 갖는 흡수성 수지의 제조 방법이며, 상기 분산 보조제의 내열성 지수가 60mN/m 이상인 흡수성 수지의 제조 방법.

Description

흡수성 수지의 제조 방법 및 흡수성 수지

본 발명은 흡수성 수지의 제조 방법 및 흡수성 수지에 관한 것이다.

근년, 종이 기저귀, 생리대, 실금 패드 등의 위생 재료에는, 체액 흡수의 관점에서, 그의 구성재로서의 흡수성 수지가 흡수제로서 폭넓게 이용되고 있다. 상기 흡수성 수지에는 그의 원료로서 많은 단량체나 친수성 고분자가 사용되고 있는데, 흡수 성능의 관점에서, 아크릴산 및/또는 그의 염을 단량체로서 사용한 폴리아크릴산(염)계 흡수성 수지가 공업적으로 가장 많이 생산되고 있다.

흡수성 수지가 구비해야 할 특성으로서는, 체액 등의 수성 액체에 접하였을 때의 우수한 흡수량이나 흡수 속도, 겔 강도, 수성 액체를 포함한 기재로부터 물을 빨아올리는 흡인력 등을 들 수 있다. 그리고, 종래, 이들 흡수 특성 중에서 여러 가지 특정 범위의 물성을 복수 겸비하고, 종이 기저귀나 생리대 등의 위생 재료에 사용된 경우에 우수한 성능(흡수 특성)을 나타내는 흡수성 수지, 또는 해당 흡수성 수지를 사용한 흡수체나 흡수성 물품이 여러 가지 제안되어 있다.

흡수성 수지의 일반적 제조 방법으로서는 수용액 중합법과 역상 현탁 중합법으로 크게 구별된다. 역상 현탁 중합법에 따르면, 펄상(구상)의 흡수성 수지가 얻어진다. 역상 현탁 중합법은, 유기 용매 중에 단량체 수용액을 현탁시켜 중합을 행하는 방식이다. 예를 들어, 유기 용매 중에 단량체를 기계적 교반에 의해 액적상으로 분산시킨 후에 중합을 개시하는 방법이 있다(일본 특허 공개 소61-192703호 공보 등). 이러한 방법에서는 단량체를 포함하는 용액을 유기 용매 중에 분산시킬 때 다량의 분산 보조제의 첨가가 필요하였다. 그 결과, 분산 보조제의 일부가 중합 반응으로 얻어지는 흡수성 수지 중에 잔존하여 표면 장력이 저하되게 되고, 흡수성 수지의 물성이 저하되는 경우가 있었다. 또한, 배치로의 중합 조작으로 인해 생산 효율이 나쁘고, 품질의 편차도 발생하는 경우가 있었다.

이에 비해, 국제 공개 제2016/088848호(미국 특허 출원 제2017/267793호 명세서에 대응) 및 국제 공개 제2016/182082호에서는 분산 보조제의 첨가량 저감 및 생산 효율 향상을 목적으로 하여, 유기 용매와 단량체 수용액을 70℃ 이상에서, 또한 특정 유량비로 연속적으로 혼합 분산시키는 연속 중합 방법이 개시되어 있다. 구체적으로는 국제 공개 제2016/182082호에서는, 분산 보조제로서 에스테르계 분산 보조제를 소량 용해시킨 유기 용매를 사용하고, 분산 장치로서 다유체 스프레이 노즐로 단량체 수용액을 유기 용매에 분산시키고 있다. 그 후, 중합에 의해 함수 겔상 중합체를 생성하고, 함수 겔상 중합체와 유기 용매를 분리한다. 분리된 함수 겔상 중합체는 건조 공정 등을 거쳐 흡수성 수지가 된다. 한편, 분리된 유기 용매는 스프레이 노즐에 다시 공급되어, 단량체 수용액의 분산 공정 및 중합 공정에 재이용된다(즉, 유기 용매는 분산 공정, 중합 공정 및 분리 공정을 순환하는 연속상을 이룬다).

흡수성 수지를 공업적으로 생산하기 위해, 통상, 흡수성 수지의 제조 프로세스는 연속 조업된다. 그러나, 국제 공개 제2016/182082호에 기재된 구체적인 실시 형태에 의해 연속 조업을 행하면, 얻어지는 흡수성 수지의 표면 장력이 조업 시간과 함께 점차 저하되어, 위생 재료에 사용하였을 때 우수한 흡수 특성(적은 액 복귀량)이 손상되는 것이 판명되었다.

그래서, 본 발명은 연속 조업해도, 위생 재료에 사용하였을 때 우수한 흡수 특성(적은 액 복귀량)을 갖는 흡수성 수지가 얻어지는 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 위생 재료에 사용하였을 때 적은 액 복귀량을 갖는 흡수성 수지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제는, 분산 장치에 단량체 조성물과 유기 용매와 분산 보조제를 연속적으로 공급하고, 상기 유기 용매 중에 상기 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적을 분산시키는 것과, 상기 유기 용매 중에 분산된 미세 액적을 중합 장치에 공급하고, 상기 단량체를 중합하여 함수 겔상 중합체를 얻는 것과, 상기 함수 겔상 중합체로부터 분리된 상기 유기 용매를 상기 분산 장치에 다시 공급하는 것을 갖는 흡수성 수지의 제조 방법이며, 상기 분산 보조제의 내열성 지수가 60mN/m 이상인 흡수성 수지의 제조 방법에 의해 해결된다.

또한, 상기 과제는, 역상 현탁 중합에 의해 얻어지는 흡수성 수지이며, 표면 장력이 65mN/m 이상이고, 또한 DRC 5min이 46g/g 이상인 흡수성 수지에 의해 해결된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 흡수성 수지의 제조 프로세스의 일부를 도시하는 개략도이다.
도 2는 분산 장치의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 3은 분산 장치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 4는 분산 장치의 또 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 5는 분산 장치의 또 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 6은 DRC 5min의 측정 장치를 도시하는 모식도이다.

이하, 본 발명을 최선의 형태를 나타내면서 설명한다. 본 명세서의 전체에 걸쳐 단수형의 표현은 특별히 언급하지 않는 한, 그의 복수형의 개념도 포함하는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 단수형의 관사(예를 들어, 영어의 경우에는 「a」, 「an」, 「the」 등)는 특별히 언급하지 않는 한, 그의 복수형의 개념도 포함하는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 사용되는 용어는 특별히 언급하지 않는 한, 당해 분야에서 통상 사용되는 의미로 사용되는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서 중에서 사용되는 모든 전문 용어 및 과학 기술 용어는, 본 발명이 속하는 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 모순되는 경우, 본 명세서(정의를 포함하여)가 우선된다. 본 발명은 하기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위 내에서 여러 가지 개변할 수 있다.

[1. 용어의 정의]

[1-1. 흡수성 수지]

본 명세서에 있어서 「흡수성 수지」란, ERT441.2-02에 의해 규정되는 수팽윤성(CRC)이 5g/g 이상이고, 및 ERT470.2-02에 의해 규정되는 수가용 성분(Ext)이 70중량％ 이하인 고분자 겔화제를 말한다.

본 명세서에 있어서 「흡수성 수지」란, 전량(100중량％)이 당해 흡수성 수지뿐인 양태에 한정되지 않고, 상술한 CRC 및 Ext를 만족하면, 첨가제 등을 포함하고 있는 흡수성 수지 조성물이어도 된다. 또한, 본 명세서에 있어서 「흡수성 수지」란, 흡수성 수지의 제조 공정에 있어서의 중간체도 포함하는 개념이다. 예를 들어, 중합 후의 함수 겔상 중합체, 건조 후의 건조 중합체, 표면 가교 전의 흡수성 수지 분말 등도 「흡수성 수지」라고 표기하는 경우가 있다.

이와 같이, 본 명세서에 있어서는 흡수성 수지 그 자체에 더하여, 흡수성 수지 조성물 및 중간체도 총칭하여 「흡수성 수지」라고 표기하는 경우가 있다.

[1-2. 기타]

본 명세서에 있어서, 범위를 나타내는 「X 내지 Y」는 「X 이상 Y 이하」를 의미한다.

본 명세서에 있어서, 「ppm」은 「중량ppm」을 의미한다.

본 명세서에 있어서, 「~산(염)」은 「~산 및/또는 그의 염」을 의미한다. 「(메트)아크릴」은 「아크릴 및/또는 메타크릴」을 의미한다.

본 명세서에 있어서는, 체적의 단위 「리터」를 「ℓ」 또는 「L」로 표기하는 경우가 있다.

본 명세서에 있어서는, 단순히 「평균」이라고 하는 경우, 산술 평균을 의미한다.

본 명세서에 있어서 「연속 조업」이란, 흡수성 수지의 제조 프로세스의 일련의 공정(분산 공정, 중합 공정, 분리 및 리사이클 공정)을 바람직하게는 5시간 이상, 보다 바람직하게는 1일 이상, 보다 더 바람직하게는 1개월 이상 행하는 것을 말한다. 단, 분산 장치로의 단량체 조성물의 공급이 중단되는 경우라도, 연속상이 제조 프로세스를 순환하고 있는 한, 「연속 조업」의 범주에 포함시키는 것으로 한다.

[2. 흡수성 수지의 제조 방법]

본 발명의 흡수성 수지의 제조 방법은, 분산 장치에 단량체 조성물과 유기 용매와 분산 보조제를 연속적으로 공급하고, 상기 유기 용매 중에 상기 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적을 분산시키는 것(이하, 「분산 공정」이라고도 칭함)과, 상기 유기 용매 중에 분산된 미세 액적을 중합 장치에 공급하고, 상기 단량체를 중합하여 함수 겔상 중합체를 얻는 것(이하, 「중합 공정」이라고도 칭함)과, 상기 함수 겔상 중합체로부터 분리한 상기 유기 용매를 상기 분산 장치에 다시 공급하는 것(이하, 「분리 및 리사이클 공정」이라고도 칭함)을 갖고, 상기 분산 보조제의 내열성 지수가 60mN/m 이상이다. 당해 제조 방법에 따르면, 연속 조업을 행해도, 위생 재료에 사용하였을 때 우수한 흡수 특성(적은 액 복귀량)을 갖는 흡수성 수지를 얻을 수 있다.

위생 재료에 사용하였을 때 우수한 흡수 특성을 갖는 흡수성 수지를 공업적으로 생산하기 위해, 흡수성 수지의 제조 프로세스의 연속 조업이 검토되고 있다. 그래서, 본 발명자들은 국제 공개 제2016/182082호에 기재된 구체적인 실시 형태에 대하여 연속 조업을 시도한 바, 얻어지는 흡수성 수지의 표면 장력이 조업 시간과 함께 저하되는 문제가 있는 것이 판명되었다. 흡수성 수지의 표면 장력이 저하되면, 위생 재료에 사용하였을 때 우수한 흡수 특성(적은 액 복귀량)의 효과가 손상되어 버린다. 국제 공개 제2016/182082호의 구체적인 실시 형태에서는, 연속상인 유기 용매에 분산 보조제로서 에스테르계 분산 보조제를 첨가하고, 분산 공정, 중합 공정 및 분리 공정에 있어서 연속상을 가열 순환시키고 있다. 이 때문에, 연속 조업을 행한 경우, 에스테르계 분산 보조제가 가열에 의해 분해되고, 분해 생성물인 지방산이 연속상 중에 축적되어, 얻어지는 흡수성 수지의 표면 장력에 악영향을 미칠 가능성이 추측되었다. 상기 추측 하, 본 발명자들은 분산 보조제에 대하여 예의 검토한 결과, 내열성 지수가 60mN/m 이상인 분산 보조제를 사용함으로써, 연속 조업을 행해도 표면 장력의 저하가 억제되고, 위생 재료에 사용하였을 때 우수한 흡수 특성(적은 액 복귀량)을 갖는 흡수성 수지가 얻어지는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 실시 형태를 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명의 사정상 과장되어 있으며, 실제의 비율과는 다른 경우가 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 흡수성 수지의 제조 프로세스의 일부를 도시하는 개략도이다. 또한, 배관계에는 유량이나 압력을 조정하기 위한 복수의 밸브가 마련되어 있지만, 도 1에 있어서는 이들 밸브의 도시는 생략한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 흡수성 수지의 제조 프로세스에는 혼합 장치(10), 분산 장치(12), 중합 장치(14), 분리 장치(16), 송액 펌프(18), 열교환기(20), 건조 장치(22), 및 이들 장치를 접속하는 배관(31 내지 36)이 포함되어 있다. 건조 장치(22)에는 건조 후의 중합체를 배출하는 배관(37)이 접속되어 있다. 분산 장치(12)의 구조에 대해서는 후에 상세하게 설명한다. 중합 장치(14)는, 예를 들어 종형 반응탑으로 구성되어 있다. 중합 장치(14)에 공급된 단량체를 중합하여 함수 겔상 중합체(이하, 「함수 겔」이라고도 칭함)를 얻는다. 분리 장치(16)는, 예를 들어 스크루 프레스기나 연속 원심 분리기로 구성되며, 함수 겔을 발출하고 고액 분리를 행한다. 건조 장치(22)는, 예를 들어 패들 드라이어, 유동층 건조기, 로터리 드라이어, 스팀 튜브 드라이어로 구성되며, 함수 겔을 교반 건조한다. 배관(35)은, 열교환기(20)로부터 중합 장치(14)에 이르는 배관(34)으로부터 분기되어, 분산 장치(12)에 접속되어 있다.

혼합 장치(10)에는, 단량체 용액을 공급하는 배관(41), 및 중합 개시제를 공급하는 배관(42)이 접속되어 있다. 송액 펌프(18)로부터 열교환기(20)에 이르는 배관(33)에는, 분산 보조제를 공급하는 배관(43)이 접속되어 있다. 분리 장치(16)로부터 건조 장치(22)에 이르는 배관(36)에는, 건조 보조제를 공급하는 배관(44)이 접속되어 있다.

흡수성 수지의 제조 방법의 일례를 도 1에 따라 설명한다. 흡수성 수지의 제조 방법으로서는 임의의 혼합 공정; 분산 공정; 중합 공정; 분리 및 리사이클 공정을 포함하고, 분리 및 리사이클 공정 후에 임의로 건조 공정 등을 포함한다.

우선, 분산 장치(12), 중합 장치(14), 분리 장치(16), 열교환기(20), 및 이들 장치를 접속하는 배관(32, 33, 34, 35)의 내부에 유기 용매를 채운다. 다음에, 송액 펌프(18)를 가동시켜 유기 용매를 순환시킨다. 유기 용매의 일부는 배관(35)을 통하여 분산 장치(12)에도 공급된다. 분산 보조제를, 배관(43)을 통하여 배관(33)을 흐르는 유기 용매에 공급한다. 각 장치 및 배관 중의 유기 용매는, 열교환기(20)에 있어서 소정 온도로 가열된다.

다음에, 별도 준비한 단량체 용액 및 중합 개시제를 각각 배관(41, 42)을 통하여 혼합 장치(10)에 연속 공급하여 혼합하고, 단량체 조성물을 조제한다(혼합 공정). 혼합 장치(10)로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 라인 믹서 등을 들 수 있다.

그 후, 해당 단량체 조성물을 배관(31)을 통하여 분산 장치(12)에 연속 공급한다. 분산 장치(12)에는 단량체 조성물 및 유기 용매가 별개로 연속적으로 공급된다. 단량체 조성물은 분산 장치(12)에 의해 유기 용매 중에 미세 액적상으로 분산된다(분산 공정). 이와 같이 본 실시 형태에서는 유기 용매에 단량체를 연속 분산시킨다.

미세 액적상으로 분산된 단량체는 중합 장치(14)의 유기 용매 중에 연속적으로 투입되고, 중합 장치(14)에 있어서 중합 반응이 개시된다(중합 공정). 중합 장치(14)에서는, 순환하는 유기 용매의 이동에 의해 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적이 이동한다. 이 미세 액적은 이동하면서 중합 반응에 의해 함수 겔로 변화한다. 이 액적 및 함수 겔의 이동 방향은, 해당 유기 용매의 이동 방향과 동일하다(병류). 본 발명에 있어서, 유기 용매를 포함하는 액상(연속상)에, 단량체 용액을 포함하는 액적이 분산 또는 현탁된 상태에서, 중합 반응을 개시하여 함수 겔을 얻는 중합 방법을 액상 액적(현탁) 중합이라고 칭한다.

계속해서, 상기 액상 액적 중합에 의해 얻어진 함수 겔은 유기 용매와 함께 중합 장치(14)로부터 연속적으로 배출되어, 분리 장치(16)에 연속 공급된다. 분리 장치(16)에 있어서, 함수 겔과 유기 용매가 연속적으로 분리된다(분리 공정). 분리된 함수 겔은 배관(36)을 통하여 다음 공정(건조 장치(22))으로 연속적으로 공급된다(건조 공정). 분리된 유기 용매는 배관(32)을 통하여 송액 펌프(18)로 보내지고, 배관(33), 열교환기(20), 배관(34), 배관(35)을 통하여 분산 장치(12)로 다시 공급된다(리사이클 공정). 또한, 유기 용매는 배관(34)을 통하여 중합 장치(14)에도 다시 공급된다.

건조 장치(22)에 있어서, 함수 겔에 포함되는 수분과, 분리 장치(16)에 있어서 전부 분리할 수 없었던 유기 용매가 제거되고, 입자상의 건조 중합체로 된다. 입자상의 건조 중합체는 배관(37)으로부터 배출되어, 다음 공정(냉각 장치 등)에 공급된다. 도시되지 않았지만, 건조 장치(22)에 의해 제거된 유기 용매는 중합 장치(14)에 재공급된다.

본 발명에서는 연속 중합(연속식 제조 방법)이 채용되고 있다. 연속식 제조 방법이란, 단량체 용액 또는 단량체 용액을 포함하는 단량체 조성물을 연속적으로 중합 장치 중의 유기 용매에 송액하고, 중합시키고, 중합 반응에 의해 형성되는 함수 겔과 유기 용매를 연속적으로 중합 장치로부터 배출하는 방법이다. 당해 방법을 액상 액적 연속 중합이라고 칭한다. 이 경우, 각 공정 및 공정간에 있어서의 각각의 조작을 연속적으로 실시할 수 있기 때문에, 각 장치의 정지 및 재조업에 수반하는 폐색 등의 트러블을 회피할 수 있다. 또한, 연속 중합은 분산 장치로부터 단량체 조성물이 중합 장치로 공급되는 형태이기 때문에, 분산과 중합이 하나의 장치에서 행해지는 형태(회분 조작)와는 명확하게 구별된다.

이하, 각 공정에 대하여 설명한다.

[2-1: 혼합 공정]

본 공정은 임의의 공정이며, 단량체 용액 및 중합 개시제를 혼합하여 단량체 조성물을 얻는 공정이다.

본 공정에 있어서, 단량체 용액과 중합 개시제를 혼합하여 단량체 조성물을 조제하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 (1) 단량체 용액 및 중합 개시제를 포함하는 용액(이하, 「중합 개시제 용액」이라고 칭함)을 미리 준비해 두고, 각각 별도의 배관으로부터 동시에 혼합 장치에 공급하여 혼합하는 방법, (2) 미리 준비한 단량체 용액을 혼합 장치에 공급한 후에, 중합 개시제를 해당 혼합 장치에 공급하여 혼합하는 방법 등을 들 수 있다.

중합 개시제는 용매에 중합 개시제를 용해(분산)시킨 중합 개시제 용액의 형태여도 된다. 중합 개시제 용액의 용매로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 물이 바람직하다.

또한, 혼합 장치로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 라인 믹서나 탱크 등을 들 수 있다. 중합 개시제의 저장 안정성이나 안전성의 관점에서, 혼합 장치로서 라인 믹서를 사용한 상기 (1)의 혼합 방법이 바람직하다.

이하, 본 공정에서 사용되는 재료에 대하여 설명한다.

「단량체 용액」

단량체 용액은 단량체를 포함하는 용액을 가리킨다.

단량체 용액의 용매로서는 물, 수용성 유기 용매(예를 들어, 알코올 등) 및 이들의 혼합물인 것이 바람직하고, 물 또는 물 및 수용성 유기 용매의 혼합물인 것이 보다 바람직하고, 물인 것이 보다 더 바람직하다. 물 및 수용성 유기 용매의 혼합물인 경우, 수용성 유기 용제(예를 들어, 알코올 등)는 30중량％ 이하인 것이 바람직하고, 5중량％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

얻어지는 흡수성 수지의 흡수 성능의 관점에서, 단량체로서는 수용성 에틸렌성 불포화 단량체가 바람직하다. 수용성 에틸렌성 불포화 단량체의 예로서는 (메트)아크릴산, (무수) 말레산, 이타콘산, 신남산, 비닐술폰산, 알릴톨루엔술폰산, 비닐톨루엔술폰산, 스티렌술폰산, 2-(메트)아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 2-(메트)아크릴로일에탄술폰산, 2-(메트)아크릴로일프로판술폰산, 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메트)아크릴로일포스페이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜모노(메트)아크릴레이트 등의 산기 함유 불포화 단량체; (메트)아크릴아미드, N-에틸(메트)아크릴아미드, N,N-디메틸(메트)아크릴아미드, N-n-프로필(메트)아크릴아미드, N-이소프로필(메트)아크릴아미드, 비닐피리딘, N-비닐피롤리돈, N-아크릴로일피페리딘, N-아크릴로일피롤리딘, N-비닐아세트아미드 등의 아미드기 함유 불포화 단량체; N,N-디메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메트)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메트)아크릴아미드, N,N-디에틸아미노에틸(메트)아크릴레이트 등의 아미노기 함유 불포화 단량체; 머캅토기 함유 불포화 단량체; 페놀성 수산기 함유 불포화 단량체; N-비닐피롤리돈 등의 락탐기 함유 불포화 단량체 등을 들 수 있다.

또한, 단량체의 안정성을 고려하여, 단량체 용액에는 필요에 따라 중합 금지제를 첨가해도 된다. 해당 중합 금지제로서, 예를 들어 p-메톡시페놀, 페노티아진, 비타민 E 등의 공지된 중합 금지제를 사용할 수 있다. 또한, p-메톡시페놀을 사용하는 경우에는 산소가 필요에 따라 병용된다. 또한, 상기 중합 금지제의 사용량은, 단량체에 대하여 바람직하게는 0.1ppm 내지 1000ppm, 보다 바람직하게는 5ppm 내지 500ppm이다.

단량체로서 카르복실기 등의 산기를 갖는 산기 함유 불포화 단량체를 사용하여 흡수성 수지를 제조하는 경우, 해당 산기가 중화된 중화염을 사용할 수 있다. 이 경우, 산기 함유 불포화 단량체의 염으로서는 1가의 양이온과의 염인 것이 바람직하고, 알칼리 금속염, 암모늄염 및 아민염으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 보다 바람직하고, 알칼리 금속염인 것이 더욱 바람직하고, 나트륨염, 리튬염 및 칼륨염으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 보다 더 바람직하고, 나트륨염이 특히 바람직하다.

얻어지는 흡수성 수지의 흡수 성능의 관점에서, 단량체는 바람직하게는 산기 함유 불포화 단량체 및/또는 그의 염이고, 보다 바람직하게는 (메트)아크릴산(염), (무수) 말레산(염), 이타콘산(염), 신남산(염)이고, 더욱 바람직하게는 (메트)아크릴산(염)이고, 특히 바람직하게는 아크릴산(염)이다.

단량체로서 산기 함유 불포화 단량체를 사용하는 경우, 얻어지는 흡수성 수지의 흡수 성능의 관점에서, 그 산기 함유 불포화 단량체의 중화염과 병용하는 것이 바람직하다. 흡수 성능의 관점에서, 산기 함유 불포화 단량체와 그의 중화염의 합계 몰수에 대한 중화염의 몰수(이하, 「중화율」이라고 칭함)는 바람직하게는 40몰％ 이상, 보다 바람직하게는 40몰％ 내지 95몰％, 더욱 바람직하게는 50몰％ 내지 90몰％, 보다 더 바람직하게는 55몰％ 내지 85몰％, 특히 바람직하게는 60몰％ 내지 80몰％이다. 즉, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 단량체는 산기 함유 불포화 단량체 및 그의 중화염의 혼합물을 포함한다. 본 명세서에서는 산기 함유 불포화 단량체 및 그의 중화염의 혼합물을 「산기 함유 불포화 단량체의 부분 중화염」이라고도 칭한다.

상기 중화율을 조정하는 방법으로서는, 산기 함유 불포화 단량체와 그의 중화염을 혼합하는 방법; 산기 함유 불포화 단량체에 공지된 중화제를 첨가하는 방법; 미리 소정의 중화율로 조정된 산기 함유 불포화 단량체의 부분 중화염을 사용하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 이들 방법을 조합해도 된다.

상기 산기 함유 불포화 단량체를 중화하기 위해 사용되는 중화제로서는, 특별히 한정되지 않지만, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 탄산암모늄 등의 무기염이나, 아미노기나 이미노기를 갖는 아민계 유기 화합물 등의 염기성 물질이 적절하게 선택되어 사용된다. 중화제로서 2종 이상의 염기성 물질이 병용되어도 된다.

상기 중화제의 첨가는, 산기 함유 불포화 단량체의 중합 반응 개시 전에 행해도 되고, 산기 함유 불포화 단량체의 중합 반응 종료 후에 얻어지는 함수 겔에 대하여 행해도 된다. 또한, 종이 기저귀 등의 흡수성 물품 등, 인체에 직접 접촉할 가능성이 있는 용도에서는, 바람직하게는 중합 반응의 개시 전에 중화제를 첨가하면 좋다.

본 발명에 관한 제조 방법에서는, 상기 예시한 단량체 중 어느 것을 단독으로 사용해도 되고, 임의의 2종 이상의 단량체를 적절하게 혼합하여 사용해도 된다. 또한, 본 발명의 목적이 달성되는 한, 또 다른 단량체를 혼합할 수도 있다.

흡수성 수지를 제조할 때 2종 이상의 단량체를 병용하는 경우, 주성분으로서 (메트)아크릴산(염)을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 중합에 사용되는 단량체 전체에 대한 (메트)아크릴산(염)의 비율은, 얻어지는 흡수성 수지의 흡수 성능의 관점에서 통상은 50몰％ 이상, 바람직하게는 70몰％ 이상, 보다 바람직하게는 80몰％ 이상, 더욱 바람직하게는 90몰％ 이상(상한은 100몰％)이다.

단량체 용액 중에 있어서의 단량체의 농도는, 단량체가 용매에 용해될 수 있는 범위 내이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 10중량％ 내지 포화 농도 이하가 바람직하고, 20중량％ 내지 포화 농도 이하가 보다 바람직하고, 25 내지 80중량％가 보다 더 바람직하고, 30 내지 70중량％가 특히 바람직하다.

중합 공정에 있어서는 필요에 따라 내부 가교제를 사용할 수 있다. 내부 가교제로서는, 1분자 내에 2개 이상의 중합성 불포화기나 2개 이상의 반응성기를 갖는 종래 공지된 내부 가교제를 들 수 있다. 내부 가교제로서는, 예를 들어 N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드, (폴리)에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, (폴리)프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판디(메트)아크릴레이트, 글리세린트리(메트)아크릴레이트, 글리세린아크릴레이트메타크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 트리알릴시아누레이트, 트리알릴이소시아누레이트, 트리알릴포스페이트, 트리알릴아민, 폴리(메트)알릴옥시알칸, (폴리)에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 글리세롤디글리시딜에테르, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세린, 1,4-부탄디올, 펜타에리트리톨, 에틸렌디아민, 에틸렌카르보네이트, 프로필렌카르보네이트, 폴리에틸렌이민, 글리시딜(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들 내부 가교제는 1종만 사용해도 되고 2종 이상 사용해도 된다.

그 중에서도, 얻어지는 흡수성 수지의 흡수 특성 등으로부터, 2개 이상의 중합성 불포화기를 갖는 화합물을 내부 가교제로서 사용하는 것이 바람직하다. 원하는 흡수성 수지의 물성에 따라 적절하게 결정되면 되지만, 통상, 내부 가교제의 사용량은 단량체에 대하여 0.0001 내지 5몰％, 보다 바람직하게는 0.001 내지 3몰％, 보다 더 바람직하게는 0.005 내지 1.5몰％이다.

또한, 이하에 예시하는 물질(이하, 「기타 물질」이라고 칭함)을 단량체 용액에 첨가할 수도 있다.

기타 물질의 구체예로서 티올류, 티올산류, 2급 알코올류, 아민류, 차아인산염류 등의 연쇄 이동제; 탄산염, 중탄산염, 아조 화합물, 기포 등의 발포제; 에틸렌디아민4아세트산의 금속염, 디에틸렌트리아민5아세트산의 금속염 등의 킬레이트제; 폴리아크릴산(염) 및 이들의 가교체, 전분, 셀룰로오스, 전분-셀룰로오스 유도체, 폴리비닐알코올 등의 증점제 등을 들 수 있다. 기타 물질은 단독으로 사용되어도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용되어도 된다.

기타 물질의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 기타 물질의 전체 농도로서는, 바람직하게는 단량체에 대하여 10중량％ 이하이고, 보다 바람직하게는 1중량％ 이하이고, 보다 더 바람직하게는 0.1중량％ 이하이다.

「중합 개시제」

중합 개시제로서는 열분해형 중합 개시제가 바람직하게 사용된다. 해당 열분해형 중합 개시제는 열에 의해 분해되어 라디칼을 발생시키는 화합물을 가리키는데, 열분해형 중합 개시제의 저장 안정성이나 흡수성 수지의 생산 효율의 관점에서, 10시간 반감기 온도(이하, 「T10」이라고 칭함)가 바람직하게는 0℃ 내지 120℃, 보다 바람직하게는 30℃ 내지 100℃, 더욱 바람직하게는 50℃ 내지 80℃인 수용성 화합물이 중합 개시제로서 바람직하게 사용된다.

상기 범위의 T10을 갖는 열분해형 중합 개시제로서, 구체적으로는 과황산나트륨, 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 과황산염; 2,2'-아조비스(2-메틸프로피온아미딘)디히드로클로라이드, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판)디히드로클로라이드, 2,2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판]디히드로클로라이드, 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴) 등의 아조 화합물; 과산화수소, t-부틸퍼옥시드, 메틸에틸케톤퍼옥시드 등의 과산화물 등을 들 수 있다. 이들 중 2종 이상을 병용해도 된다.

그 중에서도 열분해형 중합 개시제의 취급성이나 흡수성 수지의 물성의 관점에서, 중합 개시제로서는 바람직하게는 과황산염, 보다 바람직하게는 과황산나트륨, 과황산칼륨, 과황산암모늄, 더욱 바람직하게는 과황산나트륨이 사용된다.

상기 열분해형 중합 개시제의 사용량은 단량체 및 중합 개시제의 종류 등에 따라 적절하게 설정되며, 특별히 한정되지 않지만, 생산 효율의 관점에서, 단량체에 대하여 바람직하게는 0.001g/몰 이상, 보다 바람직하게는 0.005g/몰 이상, 더욱 바람직하게는 0.01g/몰 이상이다. 또한, 흡수성 수지의 흡수 성능 향상의 관점에서, 바람직하게는 2g/몰 이하, 보다 바람직하게는 1g/몰 이하이다.

또한, 필요에 따라 광분해형 중합 개시제 등, 다른 중합 개시제와 병용할 수도 있다. 해당 광분해형 중합 개시제로서, 구체적으로는 벤조인 유도체, 벤질 유도체, 아세토페논 유도체, 벤조페논 유도체 등을 들 수 있다.

상기 열분해형 중합 개시제와 다른 중합 개시제를 병용하는 경우, 전체 중합 개시제에서 차지하는 열분해형 중합 개시제의 비율은 바람직하게는 60몰％ 이상, 보다 바람직하게는 80몰％ 이상이다.

또한, 상기 열분해형 중합 개시제와 환원제를 병용하여 산화 환원계 중합 개시제로 할 수도 있다. 상기 산화 환원계 중합 개시제에서는 열분해형 중합 개시제가 산화제로서 기능한다. 사용되는 환원제로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 아황산나트륨, 아황산수소나트륨 등의 (중)아황산염; 제1철염 등의 환원성 금속염; L-아스코르브산(염), 아민류 등을 들 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 단량체 조성물은 산기 함유 불포화 단량체의 부분 중화염과, 열분해형 중합 개시제와, 물을 포함한다. 이러한 단량체 조성물을 사용하면, 우수한 흡수 특성이 얻어진다.

「단량체 조성물의 단량체 농도」

본 발명에 있어서, 단량체 조성물 중의 단량체의 농도는, 선택된 단량체 및 유기 용매의 종류 등에 따라 선택되지만, 생산 효율상, 하한은 바람직하게는 10중량％ 이상이고, 보다 바람직하게는 20중량％ 이상이고, 보다 더 바람직하게는 30중량％ 이상이며, 또한 상한은 바람직하게는 100중량％ 이하이고, 보다 바람직하게는 90중량％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 80중량％ 이하이고, 보다 더 바람직하게는 70중량％ 이하이다. 흡수성 수지의 물성 및 생산성의 관점에서, 단량체 조성물 중의 단량체 농도는 바람직하게는 10중량％ 내지 90중량％, 보다 바람직하게는 20중량％ 내지 80중량％, 더욱 바람직하게는 30중량％ 내지 70중량％이다.

본 발명의 목적이 저해되지 않는 한, 단량체 조성물에 내부 가교제, 밀도 조정제, 증점제 등의 첨가물을 배합하는 것도 가능하다. 또한, 첨가물의 종류 및 첨가량은, 사용되는 단량체 및 유기 용매의 조합에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

[2-2. 분산 공정]

본 공정은 분산 장치에 단량체 조성물과 유기 용매와 분산 보조제를 연속적으로 공급하고, 상기 유기 용매 중에 상기 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적을 분산시키는 공정이다.

여기서, 「분산 장치에 단량체 조성물과 유기 용매와 분산 보조제를 연속적으로 공급한다」란, 도 1에 도시하는 바와 같이, 분산 장치(12)에 배관을 통하여 단량체 조성물과 유기 용매와 분산 보조제를 적어도 일정 시간 유입시키는 것을 말한다. 당해 정의에 있어서의 「적어도 일정 시간」이란, 예를 들어 30분 이상, 바람직하게는 1시간 이상을 가리킨다. 또한, 도 1에서는 분산 보조제를 유기 용매와 함께 배관(35)을 통하여 분산 장치(12)에 유입시키고 있지만, 단량체 조성물과 함께 배관(31)을 통하여 분산 장치(12)에 유입시켜도 되고, 배관(31, 35) 이외의 배관을 통하여(즉, 유기 용매 및 단량체 조성물과는 별도로) 분산 장치(12)에 유입시켜도 된다. 단, 미세 액적을 안정적으로 형성하는 관점에서는, 도 1에 도시하는 형태가 바람직하다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시 형태에서는, 분산 장치에 유기 용매 및 분산 보조제의 혼합액을 연속적으로 공급한다.

본 공정에서는 도 1에 도시하는 바와 같이, 단량체 조성물과 유기 용매를 별개의 배관을 통하여 분산 장치에 유입시키는 것이 바람직하다. 즉, 단량체 조성물이 분산 장치에 유입되는 경로와, 유기 용매가 분산 장치에 유입되는 경로는 서로 독립되어 있는 것이 바람직하다. 분산 장치에 유입되는 유기 용매의 유량은, 분산 장치의 종류나 중합 장치의 크기 등에 따라 적절하게 조절될 수 있지만, 후술하는 중합 장치에 있어서의 공간 속도(LHSV)를 만족하도록 적절하게 조절하면 좋다. 또한, 분산 장치에 유입되는 단량체 조성물의 유량은, 후술하는 「단량체 조성물 유량/유기 용매 유량비」를 만족하도록 적절하게 조절하면 된다. 또한, 분산 장치에 유입되는 분산 보조제의 유량은, 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적을 형성할 수 있는 한 특별히 제한되지 않는다.

<분산 장치>

본 공정에서 사용되는 분산 장치는, 유기 용매 중에 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적을 형성할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 고속 회전 전단형 교반기(로터리 믹서형, 터보 믹서형, 디스크형, 이중 원통형 등), 니들 등의 원통 노즐, 플레이트에 다수의 구멍을 직접 마련한 오리피스 플레이트, 스프레이 노즐, 회전 휠 등의 원심 아토마이저 등을 들 수 있다. 미세 액적을 안정적으로 형성하는 관점에서, 분산 장치로서는 고속 회전 전단형 교반기를 적합하게 사용할 수 있다.

(고속 회전 전단형 교반기)

고속 회전 전단형 교반기에 따르면, 간극을 이격하여 서로 대향하는 대향면을 갖는 한 쌍의 벽이 상대적으로 이동함으로써 전단장을 형성하는 유로를 형성할 수 있으며, 전단장을 형성하는 유로를 순환하는 유기 용매 중에 단량체 조성물이 연속적으로 공급된다.

고속 회전 전단형 교반기에 있어서의 「유로」는, 한 쌍의 벽에 있어서의 서로 대향하는 대향면 사이의 간극에 의해 유체(유기 용매 중에 단량체 조성물이 공급된 유체)를 흘릴 수 있는 형태라면, 형상은 특별히 한정되지 않는다.

「벽」의 구체적인 형상은, 유로의 형상에 따라 평면 형상, 블레이드 형상, 디스크 형상, 중공 원통 형상, 혹은 중실 원통 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

「한 쌍의 벽이 상대적으로 이동하는」 형태는, 전단장을 형성하는 유로를 형성할 수 있는 형태라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 한쪽 벽을 고정벽으로 하고, 다른 쪽 벽을 가동벽으로 하여 구성할 수 있다. 또한, 이동 속도에 차가 생기도록 한 쌍의 벽을 모두 가동벽으로서 구성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 유기 용매 중에 분산되는 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적을 보다 미세화하는 관점에서는, 단량체 조성물이 비교적 좁은 유로 내에 공급되는 편이 바람직하다. 이러한 관점에서 간극의 치수는 5mm 이하인 것이 바람직하고, 2mm 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 생산성을 고려하면, 간극의 치수는 0.1mm 이상인 것이 바람직하고, 0.5mm 이상인 것이 보다 바람직하다.

도 2를 참조하여, 고속 회전 전단형 교반기에 대하여 설명한다. 도 2에 도시되는 분산 장치(12A)는 고속 회전 전단형 교반기로 구성되어 있다. 분산 장치(12A)는 단량체 조성물과 유기 용매가 별개로 연속적으로 공급되고, 유기 용매 중에 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적을 분산시킨다. 또한, 도 2 이외의 고속 회전 전단형 교반기로서, 도 3 내지 도 4의 분산 장치(12B 내지 12C)도 본 발명에 사용할 수 있다. 도 2의 분산 장치(12A)에 있어서의 부재와, 도 3 내지 도 4의 분산 장치(12B 내지 12C)에 있어서의 부재가 공통되는 경우에는, 도 2에 붙여진 부재 부호의 첨자 「A」 대신에 첨자 「B」 내지 「C」를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다.

「분산 장치(12A)」

도 2는, 일례에 관한 분산 장치(12A)를 도시하는 단면도이다. 분산 장치(12A)는 로터리 믹서형의 고속 회전 전단형 교반기이다. 분산 장치(12A)는, 간극을 이격하여 서로 대향하는 대향면(51A, 53A)을 갖는 한 쌍의 벽(50A, 52A)에 의해 형성되는 유로(54A)와, 한 쌍의 벽(50A, 52A)을 상대적으로 이동하는 구동부(60A)를 갖고 있다. 구동부(60A)에 의해 한 쌍의 벽(50A, 52A)을 상대적으로 이동함으로써, 전단장을 형성하는 유로(54A)가 형성된다. 분산 장치(12A)는 또한, 단량체 조성물을 유로(54A)에 연속적으로 공급하는 제1 공급계(55A)와, 유기 용매를 유로(54A)에 연속적으로 공급하는 제2 공급계(56A)를 갖고 있다.

한 쌍의 벽(50A, 52A)은 원통 형상을 갖고 있다. 한쪽 벽(50A)은 중심 구멍을 갖는 비회전의 외통으로 형성되어 있다. 다른 쪽 벽(52A)은 외통의 중심 구멍 내에 회전 가능하게 배치된 중실의 내통으로 형성되어 있다. 구동부(60A)는 예를 들어 모터로 구성되고, 내통에 접속되어 있다. 구동부(60A)를 가동함으로써 내통이 회전 구동된다. 이에 의해, 한쪽 벽(50A)이 고정벽을 구성하고, 다른 쪽 벽(52A)이 가동벽을 구성하고 있다. 외통의 내주면 및 내통의 외주면은 서로 대향하는 대향면(51A, 53A)을 형성하고 있다. 서로 대향하는 대향면(51A, 53A)은 요철 형상을 갖고 있다. 대향면(51A)의 볼록부가 대향면(53A)의 오목부에 들어가고, 대향면(53A)의 볼록부가 대향면(51A)의 오목부에 들어가 있다. 유로(54A)는 굴곡된 형상을 갖고 있다.

대향면(51A, 53A) 사이의 상기 간극은, 유로(54A)에 있어서 원하는 전단장이 생기는 크기로 형성되어 있다.

벽(52A)의 저부는 하방을 향하여 끝이 가는 형상을 갖고 있다. 벽(52A)의 저부와 벽(50A)의 저부 사이에, 유로(54A)와 액체 배출관(57A)을 연통하는 연통로(58A)가 형성되어 있다. 이 연통로(58A)의 간극은 유로(54A)의 간극보다 크다. 이에 의해, 유로(54A)로부터 배출된 액체를 액체 배출관(57A)으로 도출하기 쉽게 하고 있다.

액체 배출관(57A)은 중합 장치(14)의 상단에 접속되어 있다. 액체 배출관(57A)의 내경과 중합 장치(14)의 내경은 거의 동등한 치수로 형성되어 있다. 분산 장치(12A)로부터 중합 장치(14)로의 유체의 흐름을 원활하게 하고, 체류가 발생하지 않도록 하기 위해서이다. 분산 장치(12A) 내에서 체류가 발생하지 않음으로써, 단량체 조성물이 중합하여 함수 겔상체가 되는 것을 억제할 수 있다. 분산 장치(12A) 내에 겔상체가 생성되면, 생성되는 액적의 입자경이 일정해지기 어렵다.

제1 공급계(55A)에는 배관(31)이 접속된다. 혼합 장치(10)에 있어서 제작한 단량체 조성물은, 배관(31) 및 제1 공급계(55A)를 통하여 유로(54A)에 연속적으로 공급된다. 제2 공급계(56A)에는 배관(35)이 접속된다. 송액 펌프(18)의 가동에 의해 순환하는 유기 용매의 일부는, 배관(35) 및 제2 공급계(56A)를 통하여 유로(54A)에 연속적으로 공급된다.

구동부(60A)를 가동하고, 벽(52A)을 회전 구동한다. 벽(52A)의 대향면(53A)은, 대향하는 벽(50A)의 대향면(51A)에 대하여 이동한다. 벽(52A)을 회전시키면서, 단량체 조성물은 배관(31) 및 제1 공급계(55A)를 통하여 유로(54A)에 연속적으로 공급된다.

이와 같이 서로 대향하는 대향면(51A, 53A)을 갖는 한 쌍의 벽(50A, 52A)을 구동부(60A)에 의해 상대적으로 이동하고 있는 상태의 유로(54A)에, 유기 용매와 단량체 조성물이 별개로 연속적으로 공급된다. 유로(54A)에 유입된 유기 용매에는, 로터측의 벽(52A)의 대향면(53A)과 스테이터측의 벽(50A)의 대향면(51A) 사이의 속도차에 의해 강한 전단력이 작용한다. 단량체 조성물은 전단력이 작용하고 있는 유로(54A) 내에 직접 주입되고, 유기 용매 중에 액적상으로 빠르게 분산된다. 또한, 액적상의 단량체 조성물은 미세화된다.

「분산 장치(12B)」

도 3은, 또 다른 예에 관한 분산 장치(12B)를 도시하는 단면도이다. 분산 장치(12B)는 디스크형의 고속 회전 전단형 교반기이다.

한쪽 벽(50B)은 비회전의 케이싱으로 형성되어 있다. 다른 쪽 벽(52B)은 케이싱 내에 회전 가능하게 배치된 디스크 형상의 원형 플레이트로 형성되어 있다. 구동부(60B)는 원형 플레이트에 접속되어 있다. 구동부(60B)를 가동함으로써, 원형 플레이트가 회전 구동된다. 이에 의해, 한쪽 벽(50B)이 고정벽을 구성하고, 다른 쪽 벽(52B)이 가동벽을 구성하고 있다. 케이싱의 내주면 및 원형 플레이트의 외주면은 서로 대향하는 대향면(51B, 53B)을 형성하고 있다. 대향면(51B, 53B)은 모두 둘레면 형상을 갖고 있다. 유로(54B)는 원통 형상을 갖고 있다.

송액 펌프(18)의 가동에 의해 순환하는 유기 용매의 일부는, 배관(35) 및 제2 공급계(56B)를 통하여 유로(54B)에 연속적으로 공급된다.

구동부(60B)를 가동하고, 벽(52B)을 회전 구동한다. 벽(52B)의 대향면(53B)은, 대향하는 벽(50B)의 대향면(51B)에 대하여 이동한다. 벽(52B)을 회전시키면서, 단량체 조성물은 배관(31) 및 제1 공급계(55B)를 통하여 유로(54B)에 연속적으로 공급된다.

이와 같이 서로 대향하는 대향면(51B, 53B)을 갖는 한 쌍의 벽(50B, 52B)을 구동부(60B)에 의해 상대적으로 이동하고 있는 상태의 유로(54B)에, 유기 용매 및 단량체 조성물이 별개로 연속적으로 공급된다. 유로(54B)에 유입된 유기 용매에는, 로터측의 벽(52B)의 대향면(53B)과 스테이터측의 벽(50B)의 대향면(51B) 사이의 속도차에 의해 강한 전단력이 작용한다. 단량체 조성물은 전단력이 작용하고 있는 유로(54B) 내에 직접 주입되고, 유기 용매 중에 액적상으로 빠르게 분산된다. 또한, 액적상의 단량체 조성물은 미세화된다.

「분산 장치(12C)」

도 4는, 일례에 관한 분산 장치(12C)를 도시하는 단면도이다. 분산 장치(12C)는 이중 원통형의 고속 회전 전단형 교반기이다.

한 쌍의 벽(50C, 52C)은 원통 형상을 갖고 있다. 한쪽 벽(50C)은 중심 구멍을 갖는 비회전의 외통으로 형성되어 있다. 다른 쪽 벽(52C)은 외통의 중심 구멍 내에 회전 가능하게 배치된 중실의 내통으로 형성되어 있다. 구동부(60C)는 내통에 접속되어 있다. 구동부(60C)를 가동함으로써, 내통이 회전 구동된다. 이에 의해, 한쪽 벽(50C)이 고정벽을 구성하고, 다른 쪽 벽(52C)이 가동벽을 구성하고 있다. 외통의 내주면 및 내통의 외주면은 서로 대향하는 대향면(51C, 53C)을 형성하고 있다. 대향면(51C, 53C)은 모두 둘레면 형상을 갖고 있다. 유로(54C)는 원통 형상을 갖고 있다. 벽(50C)의 저면은 개구되어 있다. 벽(50C)의 저부 개구(59C)가 액체 배출관으로서 기능한다.

송액 펌프(18)의 가동에 의해 순환하는 유기 용매의 일부는, 배관(35) 및 제2 공급계(56C)를 통하여 유로(54C)에 연속적으로 공급된다.

구동부(60C)를 가동하고, 벽(52C)을 회전 구동한다. 벽(52C)의 대향면(53C)은 대향하는 벽(50C)의 대향면(51C)에 대하여 이동한다. 벽(52C)을 회전시키면서, 단량체 조성물은 배관(31) 및 제1 공급계(55C)를 통하여 유로(54C)에 연속적으로 공급된다.

이와 같이 서로 대향하는 대향면(51C, 53C)을 갖는 한 쌍의 벽(50C, 52C)을 구동부(60C)에 의해 상대적으로 이동하고 있는 상태의 유로(54C)에, 유기 용매와 단량체 조성물이 별개로 연속적으로 공급된다. 유로(54C)에 유입된 유기 용매에는, 로터측의 벽(52C)의 대향면(53C)과 스테이터측의 벽(50C)의 대향면(51C) 사이의 속도차에 의해 강한 전단력이 작용한다. 단량체 조성물은 전단력이 작용하고 있는 유로(54C) 내에 직접 주입되고, 유기 용매 중에 액적상으로 빠르게 분산된다. 또한, 액적상의 단량체 조성물은 미세화된다. 유로(54C)로부터 배출된 액체는 그대로 낙하하여 중합 장치(14)에 투입된다.

분산 장치(12C)에 있어서, 벽(52C)의 회전수는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 하기 적합한 전단 속도가 되도록 분산 장치의 구조나 스케일 등을 고려하여, 벽(52C)의 회전수를 도출하면 된다. 벽(52C)의 회전수로서는, 예를 들어 100 내지 10,000rpm이고, 500 내지 9,000rpm이고, 1,000 내지 8,000rpm이다.

「유로에 있어서의 전단 속도」

분산 장치의 유로에 있어서의 전단 속도는 1,000[1/s] 이상인 것이 바람직하다. 전단 속도가 1,000[1/s] 이상임으로써, 유로 내의 단량체가 유기 용매 내에 분산되기에 충분한 전단 속도가 되기 때문에, 분산이 양호해지고, 1차 입자경이 작아진다. 1차 입자경이 작아짐으로써, 흡수성 수지의 비표면적이 커지고, 흡수 속도의 향상으로 이어진다. 또한, 전단 속도가 1,000[1/s] 이상임으로써, 액적을 생성하는 시간을 짧게 하는 것이 가능하게 된다. 나아가, 전단 속도가 1,000[1/s] 이상임으로써, 분산 시에 분산 보조제의 사용량을 삭감할 수 있다. 상기 관점에서는 분산 장치의 유로에 있어서의 전단 속도는 1,000[1/s] 이상인 것이 바람직하고, 2,000[1/s] 이상인 것이 보다 바람직하고, 3,000[1/s] 이상인 것이 더욱 바람직하고, 3,500[1/s] 이상인 것이 특히 바람직하다. 한편, 분산 장치를 안정적으로 가동시키기 위해서는, 전단 속도는 40,000[1/s] 이하인 것이 바람직하고, 20,000[1/s] 이하인 것이 보다 바람직하고, 10,000[1/s] 이하인 것이 더욱 바람직하고, 6,000[1/s] 이하인 것이 특히 바람직하다. 분산 장치의 유로에 있어서의 전단 속도는 1,000 내지 40,000[1/s]인 것이 바람직하고, 2,000 내지 20,000[1/s]인 것이 보다 바람직하고, 3,000 내지 10,000[1/s]인 것이 보다 더 바람직하고, 3,500 내지 6,000[1/s]인 것이 특히 바람직하다. 또한, 분산 장치가 이중 원통형인 경우, 분산 장치의 유로에 있어서의 전단 속도는 1,000 내지 40,000[1/s]인 것이 바람직하고, 2,000 내지 20,000[1/s]인 것이 보다 바람직하고, 3,000 내지 10,000[1/s]인 것이 보다 더 바람직하고, 3,500 내지 6,000[1/s]인 것이 특히 바람직하다.

전단 속도는 로터 회전수 및 유로 폭(클리어런스, 예를 들어 이중 원통형의 분산 장치인 경우, 외통 반경 및 내통 반경)에 의해 결정된다.

구체적으로는, 전단 속도는, 본 명세서에 있어서는 이하와 같이 산출한다.

전단 속도[1/s]=분산 장치에 있어서의 상대적으로 이동하는 벽(로터, 회전자)의 이동 속도[m/s]/간극(클리어런스)[m]

형상이 복잡하고, 이동 속도의 정의가 어려운 경우에는, 이동 속도는 한쪽이 고정벽인 경우, 접액부에서의 최대 이동 속도로 한다. 또한, 양쪽이 이동벽인 경우에는, 이동 속도는, 이동 속도의 차가 최대가 되는 점에서의 이동 속도로 한다. 또한, 한 쌍의 벽의 양쪽이 회전하는 경우에는 이동 속도의 차로 된다. 또한, 간극(클리어런스)이 복수 있는 경우에는, 가장 좁은 거리를 사용한다. 장치의 위치에 따라 전단 속도가 다른 경우에는, 최대 전단 속도를 본 명세서의 전단 속도로 한다.

(스프레이 노즐)

스프레이 노즐로서는, 단량체 조성물과 유기 용매를 별개로 도입하고, 이것들을 서로 접촉하지 않고 그의 내부를 통과시켜, 스프레이 노즐로부터 배출하기 직전 또는 직후에 접촉하여 배출하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.

스프레이 노즐의 예로서는 2유체 스프레이 노즐, 3유체 스프레이 노즐, 4유체 스프레이 노즐 등의 다유체 스프레이 노즐; 2중관, 3중관, 4중관 등의 다중관; 이젝터 등을 들 수 있다. 또한, 2유체 스프레이 노즐로서는 프리필르밍형, 플레인 제트형, 크로스 플로형, 외부 혼합형, 내부 혼합형 및 Y제트형의 스프레이 노즐이 예시된다.

다유체 스프레이 노즐로서는 시판품을 사용해도 되며, 예를 들어 가부시키가이샤 교리츠 고낀 세이사쿠쇼제 미니 아토마이즈 MMA, 가부시키가이샤 이케우치제 SETOJet, 스프레잉 시스템즈 재팬 가부시키가이샤제 에어 아토마이징 노즐 SU-HTE91, 니이쿠라 고교 가부시키가이샤제 마이크로마이저, 후지사키 덴키 가부시키가이샤제 4유체 노즐, 오카와라 카코우키 가부시키가이샤제 트윈 제트 노즐 등을 들 수 있다.

도 5를 참조하여 스프레이 노즐에 대하여 설명한다. 도 5에 도시되는 분산 장치(12D)는 2유체 스프레이로 구성되어 있다. 분산 장치(12D)는, 단량체 조성물을 연속적으로 공급하는 제1 공급관(101)과, 분산 보조제를 포함하는 유기 용매를 연속적으로 공급하는 제2 공급관(102)을 갖는다. 단량체 조성물은 제1 노즐(103)로부터 분무되어 연속적으로 공급된다. 분산 보조제를 포함하는 유기 용매는, 제2 노즐(104)로부터 분무되어 연속적으로 공급된다. 단량체 조성물 및 분산 보조제를 포함하는 유기 용매는 제1 노즐(103) 및 제2 노즐(104)로부터 각각 배출된 직후에, 분산 장치(12D)의 외부에서 접촉하고, 혼합된다(외부 혼합형). 이에 의해, 유기 용매 중에 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적이 생성된다. 분산 장치(12D)에 있어서, 제1 노즐(103) 및 제2 노즐(104)은 중합 장치에 충전되어 있는 유기 용매 중에 침지되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 배치함으로써, 기체의 휩쓸림 방지, 스프레이 노즐의 폐색 방지, 액적의 합일 억제 등의 효과를 얻을 수 있다.

분산 장치(12D)와 같은 외부 혼합형의 스프레이 노즐은, 단량체 조성물과 유기 용매의 접촉에서 기인하는 스프레이 노즐의 내부 폐색이 발생하기 어렵기 때문에 바람직하다. 또한, 스프레이 노즐의 내부 폐색이 방지되는 한, 스프레이 노즐은, 단량체 조성물과 유기 용매가 스프레이 노즐로부터 배출되기 직전에 접촉하여 혼합되는 방식(내부 혼합형)이어도 된다.

「단량체 조성물 유량/유기 용매 및 분산 보조제의 합계 유량의 비」

본 발명에 있어서, 분산 장치에 유입되는 유기 용매 및 분산 보조제의 합계 유량[㎖/분]에 대한 분산 장치에 유입되는 단량체 조성물 유량[㎖/분]의 비(단량체 조성물 유량[㎖/분]/유기 용매 및 분산 보조제의 합계 유량[㎖/분])는 0.01 이상인 것이 바람직하고, 0.02 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.03 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 고속 회전 전단형 교반기를 사용한 경우에는, 전단장에 의해 전단력이 부여됨으로써 단량체의 분산이 행해지는 점에서, 다량의 유기 용매를 필요로 하지 않는다. 그 때문에 상기 범위 내라도 분산이 양호하게 행해진다. 단량체 조성물 유량[㎖/분]/유기 용매 및 분산 보조제의 합계 유량[㎖/분]의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 1.00 이하인 것이 바람직하고, 0.40 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.20 이하인 것이 더욱 바람직하다.

이하, 본 공정에서 사용되는 재료에 대하여 설명한다.

「유기 용매」

바람직한 유기 용매로서는 지방족 탄화수소, 지환상 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 유기 용매를 들 수 있다. 구체예에는 n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, n-옥탄 등의 지방족 탄화수소; 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 시클로옥탄, 데칼린 등의 지환상 탄화수소; 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소; 클로로벤젠, 브롬벤젠, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄 등의 할로겐화 탄화수소가 예시된다. 이들 중에서도 입수 용이성 및 품질 안정성의 관점에서, n-헥산, n-헵탄, 시클로헥산이 바람직하다. 2종 이상을 혼합한 혼합 용매로서 사용하는 것도 가능하다.

분산 장치 내에 공급되는 유기 용매의 온도는, 후술하는 Td가 되도록 온도 제어된다. 운전면, 중합 효율의 관점에서, 유기 용매의 비점은 70℃ 이상인 것이 바람직하고, 75 내지 100℃인 것이 보다 바람직하고, 80 내지 95℃인 것이 보다 더 바람직하다.

「분산 보조제」

도 1에 따르면, 분산 보조제는 배관(43)을 통하여 배관(33)을 흐르는 유기 용매에 첨가된다. 이때, 분산 보조제의 첨가 형태는 특별히 제한되지 않으며, 단회 첨가여도 되고, 복수회에 걸친 단속적인 첨가여도 되고, 연속적인 첨가여도 된다. 그 중에서도 연속 조업을 행할 때, 분산 공정 및 중합 공정에 있어서 충분량의 분산 보조제의 공급을 확보하고, 얻어지는 흡수성 수지의 입자경의 증대를 보다 억제하는 관점에서는, 연속적인 첨가가 바람직하다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시 형태는, 유기 용매에 연속적으로 분산 보조제를 첨가하는 것을 갖는다.

여기서, 「유기 용매에 연속적으로 분산 보조제를 첨가한다」란, 소정 유량으로 흐르는 유기 용매에 대하여, 분산 보조제를 소정 유량으로 적어도 일정 시간 유입시키는 것을 말한다. 구체적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 소정 유량으로 배관(33)을 흐르는 유기 용매를 포함하는 연속상에 대하여, 배관(43)을 통하여 분산 보조제를 소정 유량으로 적어도 일정 시간 유입시키는 것을 말한다. 이때, 배관(33)을 흐르는 유기 용매를 포함하는 연속상의 유량[㎖/분]에 대한 배관(43)으로부터 유입되는 분산 보조제 유량[㎖/분]의 비(분산 보조제 유량[㎖/분]/연속상 유량[㎖/분])는 바람직하게는 0.01 이상이다. 또한, 당해 정의에 있어서의 「적어도 일정 시간」이란, 바람직하게는 중합 공정이 행해지고 있는 동안이며, 예를 들어 30분 이상, 바람직하게는 1시간 이상을 가리킨다.

분산 보조제가 고체나 유동성이 낮은 액체인 경우, 용매에 용해시켜 첨가해도 된다. 그때 사용되는 용매로서는, 상기 유기 용매나 단량체 조성물에 사용되는 용매가 바람직하고, 중합에 사용하는 유기 용매와 동일한 용매를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서 분산 보조제란, 분산 장치에서 단량체 조성물의 미세 액적화를 촉진시키거나, 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적의 분산 상태를 안정화시키는 기능을 갖는 물질이며, 예를 들어 계면 활성제 등의 분산제나 빌더 등의 보조제, 보호 콜로이드 등의 안정제, 이들을 배합한 조성물을 들 수 있으며, 후술하는 내열성 지수를 만족하는 것이면 된다.

본 발명에 있어서 사용되는 분산 보조제의 내열성 지수는 60mN/m 이상이고, 바람직하게는 65mN/m 이상이고, 보다 바람직하게는 68mN/m 이상이다. 분산 보조제의 내열성 지수의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 90mN/m 이하이다. 여기서 「내열성 지수」란, 분산 보조제의 내열성을 나타내는 지표이며, 구체적으로는 이하의 방법에 의해 측정되는 표면 장력(mN/m)이다.

≪내열성 지수의 측정 방법≫

500mL 가지형 플라스크에 프로피온산 18.4g을 취하고, 외부로부터 빙냉하면서, 23.6중량％의 수산화나트륨 수용액 31.6g을 적하하여 75몰％ 부분 중화 프로피온산/Na염의 45％ 수용액을 제작하였다. 또한, 분산 보조제 0.01g 및 n-헵탄 100g을 첨가하고, 냉각관을 붙여 90℃의 오일 배스에 침지하고, 교반 환류 조작을 행한다. 5시간 경과 후, 분액 조작에 의해 수상을 분리한다. 50mL 비이커에 분리한 수상 0.2g을 채취하고, 0.9중량％ 생리 식염수 40g으로 희석하고, 표면 장력계(KRUSS사제의 K11 자동 표면 장력계)를 사용하여 20℃에서의 표면 장력(mN/m)을 측정한다.

내열성 지수가 60mN/m 이상인 분산 보조제로서는 폴리올레핀계 분산 보조제 등을 들 수 있다. 폴리올레핀계 분산 보조제의 예로서는 무수 말레산 변성 폴리에틸렌, 무수 말레산 변성 폴리프로필렌, 무수 말레산 변성 에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체, 무수 말레산 변성 에틸렌ㆍ프로필렌ㆍ디엔 3원 공중합체(EPDM), 무수 말레산 변성 폴리부타디엔 등의 산 변성 폴리올레핀, 무수 말레산ㆍ에틸렌 공중합체, 무수 말레산ㆍ프로필렌 공중합체, 무수 말레산ㆍ에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체, 무수 말레산ㆍ부타디엔 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체, 산화형 폴리에틸렌, 산화형 폴리프로필렌, 산화형 에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체, 에틸렌ㆍ아크릴산 공중합체 등을 들 수 있다. 그 중에서도 단량체 조성물의 분산 안정성의 관점에서, 산 변성 폴리올레핀이 보다 바람직하다. 이들 중 2종 이상을 병용해도 된다.

분산 보조제로서, 상기 내열성 지수가 60mN/m 이상인 분산 보조제에 더하여, 공지된 분산 보조제가 더 사용되어도 된다. 공지된 분산 보조제를 병용하는 경우, 혼합물의 내열성 지수가 60mN/m 이상인 것이 바람직하다. 또한, 혼합물의 내열성 지수의 산출 방법은, 각 분산 보조제의 함유 비율에 기초하여 산출된다. 예를 들어, 내열성 지수 A의 분산 보조제(mN/m)가 분산 보조제 전체에 대하여 a중량％, 내열성 지수 B의 분산 보조제가 분산 보조제 전체에 대하여 b중량％ 포함되는 경우, 혼합물의 내열성 지수는 (A×a+B×b)/100(mN/m)로 된다.

또한, 얻어지는 흡수성 수지의 표면 장력의 저하 및 악취를 억제하는 관점에서, 에스테르계 분산 보조제의 사용량은 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 분산 장치에 공급되는 유기 용매 중의 에스테르계 분산 보조제의 농도가 0.005중량％ 미만인 것이 바람직하다.

에스테르계 분산 보조제의 예로서는 자당 지방산 에스테르, 폴리글리세린 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌글리세린 지방산 에스테르, 소르비톨 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 지방산 에스테르 등을 들 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 분산 보조제로서, 내열성 지수가 60mN/m 이상인 분산 보조제만이 사용된다.

분산 보조제의 산가는 10 내지 100mgKOH/g인 것이 바람직하고, 15 내지 90mgKOH/g인 것이 보다 바람직하고, 20 내지 80mgKOH/g인 것이 보다 더 바람직하다. 또한, 분산 보조제의 산가는 JIS K 0070:1992에 준거하여 측정되는 값을 채용하기로 한다.

분산 보조제의 중량 평균 분자량은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 1,000 내지 100,000이다. 또한, 중량 평균 분자량은 겔 투과 크로마토그래피(GPC)를 사용하여 측정된 폴리스티렌 환산의 값을 채용하기로 한다.

상기 내열성 지수가 60mN/m 이상인 분산 보조제로서는 합성품, 시판품 중 어느 것을 사용해도 된다. 시판품으로서는 미츠이 가가쿠 가부시키가이샤제 하이왁스(등록 상표) 1105A, 2203A, 210MP, 220MP, 310MP, 320MP, 405MP, 405MPF, 4051E, 4052E, 4202E, 4252E, 1120H, 1160H 등, 클라리안트사제 Licocene(등록 상표) PP MA 1332, PP MA 6252, PE MA 4221, PE MA 4351 등을 들 수 있다.

상기 분산 보조제의 사용량은 중합 형태, 단량체 조성물 및 유기 용매의 종류 등에 따라 적절하게 설정된다. 구체적으로는, 연속상으로서의 유기 용매 중의 분산 보조제의 농도(유기 용매 전량에 대한 분산 보조제의 함유량의 비율)로서, 바람직하게는 0.0001 내지 2중량％이고, 보다 바람직하게는 0.0005 내지 1중량％이다.

본 발명의 제조 방법에 따르면, 분산 보조제의 사용량이 적어도, 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적을 안정적으로 생성할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 분산 보조제의 첨가량은 단량체 조성물에 대하여 0.5중량％ 이하이다. 단량체 조성물에 대한 분산 보조제의 첨가량은, 분산 보조제 용액의 농도나, 분산 장치에 유입되는 분산 보조제 유량[㎖/분] 및 분산 장치에 유입되는 단량체 조성물 유량[㎖/분]의 비를 조절함으로써, 원하는 범위 내로 제어할 수 있다.

[2-3. 중합 공정]

본 공정은, 유기 용매 중에 분산된 미세 액적을 중합 장치에 공급하고, 단량체를 중합하여 함수 겔상 중합체를 얻는 공정이다.

(중합 장치)

중합 반응이 행해지는 중합 장치의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 이 중합 장치 내에 형성된 연속상인 유기 용매 중을, 상기 단량체(조성물)가 액적상의 분산상으로서 이동하면서 중합 반응할 수 있는 형상이다. 이러한 중합 장치로서, 예를 들어 관상의 반응관을 종형, 횡형 또는 나선형으로 배치한 중합 장치를 들 수 있다. 반응관이 종형인 경우, 해당 반응관의 내경 D(mm)와 길이 L(mm)의 비(L/D)는 바람직하게는 2 내지 100,000, 보다 바람직하게는 3 내지 50,000, 더욱 바람직하게는 4 내지 20,000이다.

상기 비(L/D)를 상기 범위 내로 함으로써, 상기 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적이 중합 장치의 내부를 양호하게 이동하기 때문에, 해당 액적의 체류 시간의 변동이 감소한다. 또한, 최종적으로 얻어지는 겔상 중합체의 입자경에 대해서도 변동이 적은 것이 되므로, 얻어지는 흡수성 수지의 여러 물성도 향상된다.

또한, 상기 중합 장치에는 필요에 따라, 외부로부터 중합 장치 내부의 연속상을 가열 또는 냉각할 수 있도록 온도 조정 수단이 구비되어 있어도 된다. 해당 온도 조정 수단에 의해, 중합 장치 내의 연속상의 온도가 소정의 범위 내로 유지된다. 해당 온도 조정 수단으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 중합 장치에 대한 재킷의 설치, 히터의 설치, 보온재나 단열재의 설치, 열풍이나 냉풍의 공급 등을 들 수 있다. 또한, 해당 중합 장치에 유기 용매가 재공급되는 경우, 이 유기 용매는 열교환기에 의해 가열된다.

또한, 상기 중합 장치의 재질로서 구리, 티타늄 합금, SUS304, SUS316, SUS316L 등의 스테인리스강, PTEE, PFA, FEP 등의 불소 수지 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 얻어지는 겔상 중합체의 부착성의 관점에서, 바람직하게는 불소 수지, 보다 바람직하게는 중합 장치의 내벽면에 불소 수지 가공 등의 표면 가공이 실시된 것이 사용된다.

「중합 온도」

본 발명에 관한 제조 방법에서는 중합 장치 내의 연속상을 이루는 유기 용매의 온도(이하, 「Td」라고 칭함)를 중합 온도로 한다.

상기 단량체 조성물이 액적상으로 연속상으로 분산되어 있기 때문에, 단량체 조성물의 온도는 연속상으로부터의 열 이동에 의해 빠르게 상승한다. 해당 액적에 포함되는 중합 개시제가 열분해형 중합 개시제인 경우에는, 상기 승온에 수반하여 열분해형 중합 개시제가 분해되어 라디칼이 발생한다. 발생한 라디칼에 의해 중합 반응이 개시되고, 중합 반응의 진행에 수반하여 겔상 중합체가 형성된다.

중합 장치 내의 연속상이 순환하고 있는 경우, 형성된 겔상 중합체는 순환하는 연속상에 의해 중합 장치의 내부를 이동하고, 연속상을 이루는 유기 용매와 함께 중합 장치로부터 배출된다.

상기 단량체 조성물이 열분해형 중합 개시제를 포함하는 경우, 상기 Td는 중합률의 관점에서, 바람직하게는 70℃ 이상, 보다 바람직하게는 75℃ 이상, 더욱 바람직하게는 80℃ 이상이다. Td의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 안전성의 관점에서, 연속상을 이루는 유기 용매의 비점을 초과하지 않는 범위 내에서 적절하게 선택된다.

「중합 시간」

본 발명에 관한 흡수성 수지의 제조 방법에 있어서 「중합 시간」이란, 단량체 조성물의 중합 장치로의 투입 시를 기점으로 하고, 중합 반응에서 얻어진 겔상 중합체를 중합 장치로부터 배출할 때를 종점으로 하여 규정되는 시간이다. 예를 들어, 단량체 조성물이 중합 장치에 액적상으로 연속적으로 공급되고, 형성된 겔상 중합체가 중합 장치로부터 연속적으로 배출되는 경우, 하나의 단량체 조성물의 액적이 기점으로부터 종점에 도달할 때까지 필요로 하는 시간을 의미한다. 바꾸어 말하면, 단량체 조성물의 중합 장치로의 공급 개시로부터, 최초의 겔상 중합체의 중합 장치로부터의 배출까지의 시간이 중합 시간이다. 해당 중합 시간이 액적의 중합 장치 내의 체류 시간에 상당한다.

상기 중합 시간은 단량체 및 중합 개시제의 종류 등에 따라 제어되지만, 생산 효율의 관점에서 바람직하게는 60분 이하, 보다 바람직하게는 30분 이하, 더욱 바람직하게는 20분 이하, 특히 바람직하게는 10분 이하, 가장 바람직하게는 5분 이하로 제어된다. 또한, 해당 중합 시간의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 상기 중합 장치 내에 공급된 단량체 조성물의 액적이 중합 온도까지 승온될 때의, 연속상으로부터의 열 이동 효율의 관점에서 바람직하게는 30초 이상으로 제어된다. 상기 중합 시간을 상기 범위 내로 제어함으로써, 중합 장치의 크기를 작게 할 수 있기 때문에 바람직하다.

「중합 장치에 있어서의 공간 속도(LHSV)」

본 발명에 관한 흡수성 수지의 제조 방법에 있어서, 중합 장치에 있어서의 공간 속도(LHSV)(단위: hr^-1)란, 중합 장치에 있어서의 단량체 조성물(함수 겔) 및 유기 용매의 통과 속도를 나타내는 지표이며, 중합 시간을 제어할 때의 기준이 되는 지표이다.

중합률이 다른 함수 겔의 접촉을 방지하는 관점에서, 중합 장치에 있어서의 공간 속도(LHSV)의 하한은 2hr^-1 이상이 바람직하고, 3hr^-1 이상이 보다 바람직하고, 4hr^-1 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 얻어지는 함수 겔의 중합률(흡수성 수지 입자의 잔존 모노머량) 및 흡수성 수지의 DRC 5min의 관점에서, 중합 장치에 있어서의 공간 속도의 상한은 30hr^-1 이하가 바람직하고, 15hr^-1 이하가 보다 바람직하고, 12hr^-1 이하가 보다 더 바람직하고, 10hr^-1 이하가 특히 바람직하다. 즉, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 중합 장치에 있어서의 공간 속도(LHSV)는 바람직하게는 2 내지 30hr^-1이고, 보다 바람직하게는 3 내지 15hr^-1이고, 보다 더 바람직하게는 3 내지 12hr^-1이다. 또한, 중합 장치에 있어서의 공간 속도(LHSV)(단위: hr^-1)는, 중합 장치에 공급한 단량체 조성물(함수 겔)의 용적 유량 Qm(단위: ㎥/hr), 유기 용매 및 분산 보조제의 합계 용적 유량 Qs(단위: ㎥/hr)를 중합 장치의 용적 V(단위: ㎥)로 나눈 값이며, 하기 식으로 산출할 수 있다.

[2-4. 분리 및 리사이클 공정]

본 공정은, 상기 중합 공정에 있어서 중합 장치로부터 배출된 함수 겔상 중합체와 유기 용매를 분리하여 겔상 중합체(함수 겔)를 얻고, 분리한 유기 용매를 분산 장치에 다시 공급하는 공정이다.

본 공정에 있어서, 함수 겔상 중합체와 유기 용매를 분리하는 분리 장치의 종류 및 구조에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 여과, 침강, 원심 분리, 압착 등의 공지된 방법을 이용할 수 있다.

본 공정에서는 함수 겔상 중합체로부터 분리한 유기 용매를 70℃ 이상으로 유지하면서 분산 장치에 다시 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 연속상인 유기 용매의 온도를 70℃ 이상으로 유지할 수 있기 때문에, 분산 공정으로부터 중합 공정으로 빠르게 이행할 수 있다. 따라서, 분산 공정에서 생성된 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적의 합일을 억제하면서 중합 반응을 행할 수 있고, 미세한 함수 겔을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 분산 장치에 다시 공급되는 유기 용매의 온도가 70℃ 이상이다. 유기 용매를 분산 장치에 다시 공급할 때 열교환기(예를 들어, 도 1의 열교환기(20))를 경유시키고, 해당 열교환기의 온도를 적절하게 조절함으로써, 함수 겔상 중합체로부터 분리한 유기 용매를 70℃ 이상으로 유지하면서, 분산 장치에 다시 공급할 수 있다.

「함수 겔상 중합체의 형상」

본 발명에 있어서, 얻어지는 함수 겔상 중합체의 형상은 구형이다. 상기 함수 겔상 중합체의 입자경(이하 「겔 입자경」이라고 칭함)은, 얻어지는 흡수성 수지의 용도 등에 따라 적절하게 조정된다.

상기 「구형」이란, 진구상 이외의 형상(예를 들어, 대략 구상)을 포함하는 개념이며, 입자의 평균 장경과 평균 단경의 비(「진구도」라고도 칭함)가 바람직하게는 1.0 내지 3.0인 입자를 의미한다. 해당 입자의 평균 장경과 평균 단경은 현미경으로 촬영된 화상에 기초하여 측정된다. 본 발명에 있어서, 상기 함수 겔상 중합체는 미소한 구형 겔의 응집체로서 형성되어도 되고, 미소한 구형 겔과 해당 구형 겔의 응집체의 혼합물로서 얻어져도 된다.

또한, 상기 함수 겔상 중합체가 구형 겔의 응집체인 경우, 이 응집체를 구성하는 각 구형 겔의 입자경을 1차 입자경이라고 칭한다. 본 발명에 있어서, 평균 1차 입자경은 특별히 제한되지 않지만, 건조 공정에 있어서 미분 발생을 억제할 수 있다고 하는 관점에서, 바람직하게는 1 내지 200㎛, 보다 바람직하게는 5 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 80㎛이고, 특히 바람직하게는 20 내지 60㎛이다. 또한, 함수 겔상 중합체(함수 겔)의 평균 1차 입자경은 하기 실시예에 기재된 방법에 의해 측정된 값을 채용한다.

「함수 겔상 중합체의 고형분 농도」

후술하는 건조 공정에 제공되는 함수 겔상 중합체의 고형분율은 특별히 한정되지 않지만, 건조 비용의 관점에서 바람직하게는 20중량％ 이상, 보다 바람직하게는 30중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 40중량％ 이상, 특히 바람직하게는 45중량％ 이상이다. 해당 함수 겔상 중합체의 고형분율의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 90중량％ 이하, 보다 바람직하게는 80중량％ 이하, 더욱 바람직하게는 70중량％ 이하, 특히 바람직하게는 60중량％ 이하이다. 상기 범위의 고형분율인 함수 겔상 중합체를 후술하는 건조 공정에 제공함으로써, 본 발명의 효과가 현저해진다.

[2-5. 기타 공정]

본 발명에 관한 흡수성 수지의 제조 방법은, 상술한 각 공정 이외에 필요에 따라 건조 공정, 분쇄 공정, 분급 공정, 표면 가교 공정, 정립 공정, 미분 제거 공정, 조립 공정 및 미분 재이용 공정을 포함할 수 있다. 또한, 수송 공정, 저장 공정, 곤포 공정, 보관 공정 등을 더 포함해도 된다. 가압 하 흡수 배율(AAP)이 우수한 흡수성 수지를 얻는 관점에서, 본 발명에 관한 흡수성 수지의 제조 방법은, 상기 분산 공정, 중합 공정 그리고 분산 및 리사이클 공정 이외에 건조 공정 및 표면 가교 공정을 더 갖는 것이 바람직하다.

(건조 공정)

본 공정은, 함수 겔상 중합체를 건조하여 흡수성 수지 분말을 얻는 공정이다. 해당 함수 겔상 중합체를 해쇄 또는 조립함으로써 원하는 입자경 또는 입도 분포로 조정한 후에 건조 공정에 제공해도 된다.

또한, 상기 함수 겔상 중합체를 건조하는 공지된 방법으로서는, 예를 들어 전도 전열에 의한 건조, 대류 전열(예를 들어, 열풍)에 의한 건조, 감압에 의한 건조, 적외선을 사용한 건조, 마이크로파를 사용한 건조, 소수성 유기 용매와의 공비 탈수에 의한 건조, 고온의 수증기(예를 들어, 과열 수증기)를 사용한 과열 수증기 건조 등을 들 수 있다.

그러나, 본 발명에 있어서는 건조 효율이 높고, 유기 용매 등의 액체 성분의 회수가 용이한 교반형의 전도 전열 건조가 바람직하고, 간접 가열 방식을 사용한 연속식의 교반형 건조 장치가 보다 바람직하게 사용된다.

본 발명에 있어서, 건조할 때에 바람직하게는 함수 겔상 중합체에 겔 유동화제를 첨가한다. 겔 유동화제의 첨가는 건조 공정의 가열 처리 공정에 있어서 입자상 함수 겔을 처리하는 경우에 특히 유효하다.

겔 유동화제의 첨가량은, 함수 겔 또는 입자상 함수 겔의 함수율이나 겔 유동화제의 종류에 따라 적절하게 설정된다. 그 첨가량은 함수 겔의 고형분에 대하여 바람직하게는 0.001중량％ 내지 0.5중량％, 보다 바람직하게는 0.01중량％ 내지 0.3중량％, 더욱 바람직하게는 0.02중량％ 내지 0.2중량％이다.

이 겔 유동화제로서, 예를 들어 일본 특허 공개 평8-134134호에 개시되어 있는 계면 활성제를 사용할 수 있다.

구체적으로는 겔 유동화제에 사용되는 계면 활성제로서 라우릴황산트리에탄올아민, 폴리옥시에틸렌라우릴황산나트륨, 라우릴인산나트륨, N-야자유 지방산 아실-L-글루탐산모노나트륨, 도데실벤젠술폰산나트륨, 알킬나프탈렌술폰산나트륨 등의 음이온성 계면 활성제; 1:1형 야자유 지방산 디에탄올아미드, 모노스테아르산폴리에틸렌글리콜, 모노라우르산폴리옥시에틸렌소르비탄, 옥틸페놀폴리옥시에틸렌, 소르비탄모노올레에이트, 폴리옥시에틸렌소르비탄모노스테아레이트 등의 비이온성 계면 활성제; 염화스테아릴트리메틸암모늄, 에틸황산라놀린 지방산 아미노프로필에틸디메틸암모늄, 라우릴트리메틸암모늄클로라이드, 디스테아릴디메틸암모늄클로라이드 등의 양이온성 계면 활성제; 야자유 지방산 아미도프로필디메틸아미노아세트산베타인, 라우릴디메틸아미노아세트산베타인, 2-알킬-N-카르복시메틸-N-히드록시에틸이미다졸리늄베타인, 라우릴베타인 등의 양성 계면 활성제; 양이온화 셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등의 고분자 계면 활성제 외에, 공지된 실리콘계 계면 활성제 및 불소계 계면 활성제 등을 들 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 제조 방법에서 형성되는 함수 겔상 중합체의 형상은 구형이다. 구형의 함수 겔상 중합체를 상기 교반형 건조 장치에서 건조함으로써, 구상 입자를 포함하는 건조 중합체가 얻어진다. 또한, 본 건조 공정에서 얻어지는 구상 입자를 포함하는 건조 중합체를 그대로 흡수성 수지로서 각 용도에 제공할 수도 있다. 또한, 이 제조 방법에 있어서 흡수성 수지를 제조하는 경우에는, 건조 공정에서 얻어지는 구상의 건조 중합체를 후술하는 표면 가교 공정에 제공하는 것도 가능하다. 이 경우, 후술하는 표면 가교 공정에 제공되는 건조 중합체를 편의상 「흡수성 수지 분말」이라고 칭한다.

본 발명에 있어서, 건조 온도 및 건조 시간은 얻어지는 흡수성 수지의 용도에 따라, 그의 고형분율을 지표로 하여 적절하게 조정된다. 예를 들어 흡수성 수지의 경우, 그의 고형분율은 흡수 성능의 관점에서 바람직하게는 85중량％ 이상, 보다 바람직하게는 90중량％ 내지 98중량％이다. 또한, 흡수성 수지의 고형분율은 시료(흡수성 수지)를 180℃에서 3시간 건조시켰을 때의 건조 감량에 기초하여 산출되는 값이다.

(분쇄 공정, 분급 공정)

상기 건조 공정에서 얻어진 입자상의 건조 중합체는, 필요에 따라 분쇄 공정 및 분급 공정을 거침으로써 입자경 또는 입도 분포가 제어된 흡수성 수지가 된다.

상기 분쇄 공정에서는, 예를 들어 롤 밀, 해머 밀, 스크루 밀, 핀 밀 등의 고속 회전식 분쇄기, 진동 밀, 너클 타입 분쇄기, 원통형 믹서 등이 적절하게 선택되어 사용된다.

상기 분급 공정에서는, 예를 들어 JIS 표준 체(JIS Z8801-1(2000))를 사용한 체 분급이나 기류 분급 등이 적절하게 선택되어 사용된다.

(표면 가교 공정)

본 공정은, 상기 건조 공정에서 얻어진 흡수성 수지 분말을 표면 가교제에 의해 표면 가교를 실시하는 공정이다. 구체적으로, 본 공정은 흡수성 수지 분말에 표면 가교제를 첨가한 후, 가열 처리함으로써, 흡수성 수지 분말의 표면층에 가교 밀도가 높은 부분을 마련하는 공정이다.

표면 가교제로서는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 디프로필렌글리콜, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 폴리프로필렌글리콜, 글리세린, 폴리글리세린, 2-부텐-1,4-디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,2-시클로헥산디메탄올, 1,2-시클로헥산올, 트리메틸올프로판, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 폴리옥시프로필렌, 옥시에틸렌-옥시프로필렌 블록 공중합체, 펜타에리트리톨, 소르비톨 등의 다가 알코올 화합물; 에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 글리세롤폴리글리시딜에테르, 디글리세롤폴리글리시딜에테르, 폴리글리세롤폴리글리시딜에테르, 프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리프로필렌글리콜폴리글리시딜에테르, 글리시돌, 소르비톨폴리글리시딜에테르, 펜타에리트리톨폴리글리시딜에테르, 트리메틸올프로판폴리글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르 등의 에폭시 화합물; 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌헥사민, 폴리에틸렌이민 등의 다가 아민 화합물 및 이들의 무기염 또는 유기염; 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트 등의 다가 이소시아네이트 화합물; 폴리아지리딘 등의 아지리딘 화합물; 1,2-에틸렌비스옥사졸린, 비스옥사졸린, 폴리옥사졸린 등의 다가 옥사졸린 화합물; 요소, 티오요소, 구아니딘, 디시안디아미드, 2-옥사졸리디논 등의 탄산 유도체; 1,3-디옥솔란-2-온(에틸렌카르보네이트), 4-메틸-1,3-디옥솔란-2-온, 4,5-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온, 4,4-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온, 4-에틸-1,3-디옥솔란-2-온, 4-히드록시메틸-1,3-디옥솔란-2-온, 1,3-디옥산-2-온, 4-메틸-1,3-디옥산-2-온, 4,6-디메틸-1,3-디옥산-2-온, 1,3-디옥소판-2-온 등의 알킬렌카르보네이트 화합물; 에피클로로히드린, 에피브로모히드린, α-메틸에피클로로히드린 등의 할로에폭시 화합물 및 이들의 다가 아민 부가물; 옥세탄 화합물; γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란 등의 실란 커플링제; 아연, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 철, 지르코늄 등의 수산화물, 염화물, 황산염, 질산염 또는 탄산염 등의 다가 금속 화합물 등을 들 수 있다. 이들 중 2종 이상을 병용해도 된다. 상기 표면 가교제 중에서도 다가 금속 이온, 에폭시계 화합물, 옥사졸린계 화합물, 알킬렌카르보네이트 화합물로부터 선택된 1 또는 2 이상이 바람직하다.

표면 가교제의 첨가량은, 흡수성 수지의 고형분에 대하여 바람직하게는 0.01 내지 5중량％이다.

표면 가교제의 첨가 형태는 그대로여도 되지만, 첨가의 용이성으로부터 보면 물이나 유기 용매에 녹인 용액으로서 첨가하는 것이 바람직하다. 용액에 있어서의 표면 가교제의 농도는 적절하게 조절될 수 있지만, 예를 들어 1 내지 50중량％이다.

가열 처리는 공지된 가열 수단을 사용하여 적절하게 행할 수 있다. 가열 처리의 온도는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 100 내지 250℃이다. 가열 처리의 시간도 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 10 내지 120분이다.

가열 처리를 행한 후, 냉각 처리를 행해도 된다. 냉각 조건은 적절하게 조절될 수 있다.

(정립 공정)

「정립 공정」이란, 상기 표면 가교 공정을 거쳐 느슨하게 응집된 흡수성 수지 분말을 풀어 입자경을 정돈하는 공정을 의미한다. 또한, 이 정립 공정은 표면 가교 공정 이후의 미분 제거 공정, 겔의 해쇄 공정 및 분급 공정을 포함하는 것으로 한다.

(미분 재이용 공정)

「미분 재이용 공정」이란, 상기 각 공정에서 발생한 미분을 그대로, 또는 미분을 조립한 후에 어느 공정에 공급하는 공정을 의미한다.

[3. 흡수성 수지의 용도]

본 발명의 흡수성 수지의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 지수 방지재, 도료, 접착제, 안티 블로킹제, 광확산제, 소광제, 화장판용 첨가제, 인공 대리석용 첨가제, 토너용 첨가제 등의 수지용 첨가제를 들 수 있다. 또한, 흡수성 수지로서의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 종이 기저귀, 생리대, 실금 패드 등의 흡수성 물품의 흡수체 용도를 들 수 있다. 특히, 원료 유래의 악취, 착색 등이 문제가 되고 있던 고농도 종이 기저귀의 흡수체로서 사용할 수 있다. 또한, 이 흡수성 수지는 흡수 시간이 우수하고, 또한 입도 분포가 제어되어 있으므로, 상기 흡수체의 상층부에 사용하는 경우에 현저한 효과를 기대할 수 있다.

또한, 상기 흡수체의 원료로서, 상기 흡수성 수지와 함께 펄프 섬유 등의 흡수성 재료를 사용할 수도 있다. 이 경우, 흡수체 중의 흡수성 수지의 함유량(코어 농도)으로서는 바람직하게는 30중량％ 내지 100중량％, 보다 바람직하게는 40중량％ 내지 100중량％, 더욱 바람직하게는 50중량％ 내지 100중량％, 보다 더 바람직하게는 60중량％ 내지 100중량％, 특히 바람직하게는 70중량％ 내지 100중량％, 가장 바람직하게는 75중량％ 내지 95중량％이다.

상기 코어 농도를 상기 범위로 함으로써, 해당 흡수체를 흡수성 물품의 상층부에 사용한 경우에, 이 흡수성 물품을 청정감이 있는 백색 상태로 유지할 수 있다. 또한, 해당 흡수체는 소변이나 혈액 등의 체액 등의 확산성이 우수하기 때문에, 효율적인 액 분배가 이루어짐으로써 흡수량의 향상을 기대할 수 있다.

[4. 흡수성 수지의 물성]

「흡수성 수지의 입자 형상」

본 발명은 상기 [2. 흡수성 수지의 제조 방법]에 기재된 제조 방법에 의해 제조되는 흡수성 수지에 대해서도 제공한다. 또한, 본 발명에 있어서는, 소위 역상 현탁 중합에 의해 중합이 행해진다. 이에 의해 얻어지는 흡수성 수지는, 통상 구상 중합체 입자가 된다. 여기서, 「구상」에는 진구상 이외의 형상도 포함한다. 상세하게는 「구상」이란, 입자의 평균 장경과 평균 단경의 비(진구도라고도 칭함)가 바람직하게는 1.0 내지 3.0인 입자를 의미한다. 입자의 평균 장경 및 평균 단경은 현미경으로 관찰된 화상에 기초하여 측정된다. 본 발명에 있어서, 「구상 중합체 입자」는 단독 입자로 존재하는 것에 한정되지 않고, 구상 중합체 입자의 응집체를 형성하고 있어도 된다.

본 발명에 있어서의 구상 중합체 입자는, 그의 용도ㆍ목적에 따라 중합성 모노머를 선택함으로써 설계된다. 예를 들어, 구상 중합체 입자로서 분말상 또는 입자상의 흡수성 수지를 제조하는 경우, 대표적으로 사용되는 중합성 모노머는 (메트)아크릴산 및/또는 그의 염이다.

입자 형상이 구상인 것, 특히 구상의 응집체임으로써, 흡수성 수지의 흡수 속도가 부정형상보다 빨라지는 경향이 있다.

「평균 1차 입자경」

흡수 속도의 한층 더한 향상의 관점에서, 상기 흡수성 수지의 평균 1차 입자경의 상한은 바람직하게는 100㎛ 미만이고, 보다 바람직하게는 80㎛ 이하이다. 또한, 상기 흡수성 수지의 평균 1차 입자경의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 통상 10㎛ 이상이다. 또한, 흡수성 수지의 평균 1차 입자경은 실시예에 기재한 방법에 의해 측정된다.

「CRC」

「CRC」는 Centrifuge Retention Capacity(원심 분리기 유지 용량)의 약칭이며, 흡수성 수지의 무가압 하에서의 흡수 배율(「흡수 배율」이라고 칭하는 경우도 있음)을 의미한다. CRC(원심 분리기 유지 용량)는 EDANA법(ERT441.2-02)에 준거하여 측정하였다. 구체적으로는, 흡수성 수지 0.2g을 부직포제 봉지에 넣은 후, 대과잉의 0.9중량％ 염화나트륨 수용액 중에 30분간 침지하여 자유 팽윤시키고, 그 후 원심 분리기(250G)에서 3분간 탈수한 후의 흡수 배율(단위; g/g)을 말한다.

또한, 「EDANA」는 European Disposables and Nonwovens Associations의 약칭이다. 또한, 「ERT」는 EDANA Recommended Test Methods의 약칭이며, 흡수성 수지의 측정 방법을 규정한 유럽 표준이다. 본 발명에서는 특별히 언급하지 않는 한, ERT 원본(2002년 개정)에 준거하여 흡수성 수지의 물성을 측정한다.

상기 흡수성 수지의 CRC(원심 분리기 유지 용량)는 바람직하게는 15g/g 이상, 보다 바람직하게는 30g/g 이상, 더욱 바람직하게는 35g/g 이상, 보다 더 바람직하게는 38g/g 이상이다. 상한에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 보다 높은 CRC가 바람직하지만, 다른 물성과의 밸런스의 관점에서 바람직하게는 70g/g 이하, 보다 바람직하게는 60g/g 이하, 더욱 바람직하게는 50g/g 이하이다.

상기 CRC가 15g/g 미만인 경우, 흡수량이 적어 종이 기저귀 등의 흡수성 물품의 흡수체로서는 적합하지 않다. 또한, 상기 CRC가 70g/g을 초과하는 경우, 소변이나 혈액 등의 체액 등을 흡수하는 속도가 저하되기 때문에, 고흡수 속도 타입의 종이 기저귀 등으로의 사용에 적합하지 않은 경우가 있다. 또한, CRC는 내부 가교제나 표면 가교제 등의 종류나 양을 변경함으로써 제어할 수 있다.

「DRC 5min」

「DRC」는 Dunk Retention Capacity(침지 유지 용량)의 약칭이며, 「DRC 5min」은 침지 유지 용량 5분값(5분에서의 무가압 하에서의 흡수 배율)을 의미한다. 구체적으로는 흡수성 수지 1.0g을, 하기 AAP의 측정과 마찬가지로 저면에 메쉬를 갖는 원통형 셀에 균일하게 산포하고, 0.9중량％ 염화나트륨 수용액에 5분간 접촉시켜 자유 팽윤시킨 후의 흡수 배율(단위; g/g)을 말한다.

위생 재료에 사용하였을 때의 액 복귀량의 관점에서, 상기 흡수성 수지의 DRC 5min의 하한은 바람직하게는 46g/g 이상, 보다 바람직하게는 47g/g 이상, 보다 더 바람직하게는 50g/g 이상, 특히 바람직하게는 52g/g 이상이다. 또한, 상기 흡수성 수지의 DRC 5min의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 통상 70g/g 이하이다.

「AAP」

「AAP」는 Absorption Against Pressure의 약칭이며, 흡수성 수지의 가압 하에 있어서의 흡수 배율을 의미한다. 구체적으로는, 흡수성 수지 0.9g을 대과잉의 0.9중량％ 염화나트륨 수용액에 대하여, 1시간, 2.06kPa(21g/㎠, 0.3psi)의 하중 하에서 팽윤시킨 후의 흡수 배율(단위; g/g)을 말한다. 본 명세서에서는 하중 조건을 4.83kPa(약 49g/㎠, 약 0.7psi에 상당)로 변경하여 측정한 값으로서 정의된다.

위생 재료에 사용하였을 때의 흡수 특성의 관점에서, 상기 흡수성 수지의 AAP의 하한은 바람직하게는 20g/g 이상, 보다 바람직하게는 23g/g 이상이다. 또한, 상기 흡수성 수지의 AAP의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 통상 40g/g 이하이다.

「표면 장력」

위생 재료에 사용하였을 때의 액 복귀량의 관점에서, 상기 흡수성 수지의 표면 장력의 하한은 바람직하게는 65mN/m 이상, 보다 바람직하게는 67mN/m 이상, 더욱 바람직하게는 70mN/m 이상이다. 또한, 상기 흡수성 수지의 표면 장력의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 통상 73mN/m 이하이다. 또한, 흡수성 수지의 표면 장력은 실시예에 기재한 방법에 의해 측정된다.

따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 흡수성 수지는 역상 현탁 중합에 의해 얻어지고, 표면 장력이 65mN/m 이상이고, 또한 DRC 5min이 46g/g 이상인 흡수성 수지이다. 당해 흡수성 수지는 위생 재료에 사용하였을 때 우수한 흡수 특성(적은 액 복귀량)을 갖는다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 흡수성 수지는, 상기 [2. 흡수성 수지의 제조 방법]에 기재된 제조 방법에 의해 제조되는 흡수성 수지이며, 표면 장력이 65mN/m 이상이고, 또한 DRC 5min이 46g/g 이상이다.

실시예

본 발명의 효과를 이하의 실시예 및 비교예를 사용하여 설명하지만, 본 발명은 이들 설명으로 한정 해석되는 것은 아니며, 각 실시예에 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합하여 얻어지는 실시예도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 한다. 또한, 함수 겔, 흡수성 수지 분말, 흡수성 수지, 흡수체의 여러 물성은 이하의 방법으로 측정하였다. 또한, 실시예에 있어서 「부」 혹은 「％」라는 표시를 사용하는 경우가 있는데, 특별히 언급이 없는 한, 「중량부」 혹은 「중량％」를 나타낸다. 또한, 특기하지 않는 한, 각 조작은 실온(25℃)에서 행해진다.

「평균 1차 입자경」

흡수성 수지 또는 흡수성 수지 분말의 주사형 전자 현미경 사진(SEM)을 촬영하였다. 사진 중에서 50개의 1차 입자를 임의로 선택하고, 각 입자의 장경과 단경을 측정하여 평균화한 값을 1차 입자경으로 하여, 각 입자의 1차 입자경의 평균값을 산출하고, 그 평균값을 당해 흡수성 수지의 평균 1차 입자경으로 하였다.

「CRC」

EDANA법(ERT441.2-02)에 준거하여 흡수성 수지의 CRC를 측정하였다.

「잔존 모노머량」

EDANA법(ERT410.2-02)에 준거하여 흡수성 수지의 잔존 모노머량을 측정하였다.

「표면 장력」

충분히 세정된 100㎖의 비이커에 20℃로 조정된 생리 식염수 50㎖를 넣고, 우선, 생리 식염수의 표면 장력을 표면 장력계(KRUSS사제의 K11 자동 표면 장력계)를 사용하여 측정하였다. 이 측정에 있어서 표면 장력의 값이 71 내지 75[mN/m]의 범위인 것을 확인하였다. 다음에, 20℃로 조정한 표면 장력 측정 후의 생리 식염수를 포함한 비이커에, 충분히 세정된 25mm 길이의 불소 수지제 회전자, 흡수성 수지 (1) 0.5g을 투입하고, 500rpm의 조건에서 4분간 교반하였다. 4분 후, 교반을 멈추고, 함수된 흡수성 수지가 침강한 후에, 상청액의 표면 장력을 다시 마찬가지의 조작을 행하여 측정하였다. 또한, 본 발명에서는 백금 플레이트를 사용하는 플레이트법을 채용하고, 플레이트는 각 측정 전에 충분히 탈이온수로 세정하며, 또한 가스 버너로 가열 세정하여 사용하였다.

「함수율」

흡수성 수지의 함수율을 EDANA법(ERT430.2-02)에 준거하여 측정하였다. 또한, 본 발명에 있어서는 시료량을 1.0g, 건조 온도를 180℃로 각각 변경하여 측정하였다.

「입도」

흡수성 수지의 입도(입도 분포, 중량 평균 입자경(D50), 입도 분포의 대수 표준 편차(σζ))를 미국 특허 제7638570호의 칼럼 27, 28에 기재된 「(3) Mass-Average Particle Diameter(D50) and Logarithmic Standard Deviation(σζ) of Particle Diameter Distribution」에 준거하여 측정하였다.

「DRC 5min」

국제 공개 제2017/170605호(미국 특허 출원 공개 제2019/111411호 명세서)에 기재된 방법에 의해, 흡수성 수지 (1)의 DRC 5min(침지 유지 용량 5분값)을 측정하였다.

구체적으로는, 도 6에 도시하는 장치를 사용하여, 내경 60mm의 플라스틱의 지지 원통(200)의 바닥에 스테인리스제 400메쉬의 금속망(201)(눈의 크기 38㎛)을 융착시키고, 실온(20 내지 25℃), 상대 습도 50％RH의 조건 하에서, 금속망(201) 상에 흡수성 수지 (1)(202) 1.000±0.005g을 균일하게 산포하고, 이 측정 장치 일식의 중량 Wa(g)를 측정하였다.

바닥 면적이 400㎠인 원형 혹은 정사각형의 페트리 접시(203)의 내측에 직경 120mm의 유리 필터(204)(가부시키가이샤 소고 리카가쿠 가라스 세이사쿠쇼사제, 세공 직경: 100 내지 120㎛)를 놓고, 0.90중량％ 식염수(206)(23±0.5℃)를 유리 필터의 상면과 동일한 레벨(유리 필터의 외주 상에 액이 표면 장력으로 약간 부상되어 있는 상태, 혹은 유리 필터의 표면의 50％ 정도가 액으로 덮여 있는 상태)이 되도록 첨가하였다. 그 위에 직경 110mm의 여과지(205)(ADVANTEC 도요 가부시키가이샤, 품명: (JIS P 3801, No.2), 두께 0.26mm, 보류 입자경 5㎛)를 1매 얹고, 여과지의 전체면이 젖도록 하였다.

상기 측정 장치 일식을 상기 젖은 여과지 상에 얹어 액을 흡수시켰다(측정 중에도 액 온도는 엄밀하게 23±0.5℃로 관리됨). 엄밀하게 5분(300초) 후, 측정 장치 일식을 들어올려, 그의 중량 Wb(g)를 측정하였다. 그리고, Wa, Wb로부터, 하기 식에 따라 DRC 5min(g/g)을 산출하였다.

「흡수체의 평가(액 복귀량)」

흡수성 수지 2g 및 목재 분쇄 펄프 2g을 믹서를 사용하여 건식 혼합한 후, 얻어진 혼합물을 400메쉬(눈 크기 38㎛)의 와이어 스크린 상에 펴고, 직경 90mm의 웨브를 성형하였다. 다음에, 해당 웨브를 압력 196.14kPa(2[kgf/㎠])로 1분간 프레스함으로써 흡수체를 제작하였다. 상기 흡수체(직경 90mm/코어 농도 50％)를 내경 90mm의 SUS제 샤알레 바닥에 놓고, 그 위에 직경 90mm의 부직포를 얹고, 추가로 4.8kPa의 하중이 당해 흡수체에 균등하게 걸리도록 조정된 피스톤과 추를 놓았다. 또한, 해당 피스톤 및 추는 중심부에 직경 5mm의 액 투입구가 있는 것을 사용하였다. 다음에, 생리 식염수(0.90중량％ 염화나트륨 수용액) 50mL를 해당 액 투입구로부터 주입해 넣어 흡수체에 흡액시켰다. 5분 경과 후, 상기 피스톤 및 추를 빼고, 미리 총 중량을 측정한 외경 90mm의 여과지(ADVANTEC 도요 가부시키가이샤, 품명: JIS P 3801, No.2) 30매를 얹고, 추가로 하중이 균등하게 걸리는 피스톤과 추(총 중량 20kg)를 빠르게 놓았다. 1분 경과 후, 피스톤, 추 및 여과지를 빼고, 여과지의 총 중량을 측정하고, 측정 전의 중량을 차감함으로써 여과지에 흡수된 액량(g)을 구하였다. 이 액량을 액 복귀량(g)으로 하였다.

[실시예 1]

도 1에 도시한 제조 프로세스에 따라 하기 공정 2 내지 5의 일련의 공정을 운전하여 함수 겔 (1)을 조제한 후, 얻어진 함수 겔 (1)을 건조하여 흡수성 수지 (1)을 제조하였다. 또한, 구체적인 운전 시간은, 하기 공정 2에 있어서 분산 장치로의 단량체 조성물의 송액을 개시하고 나서 10시간으로 하였다.

우선, 유기 용매로서 n-헵탄(밀도: 0.68g/㎖)을 분산 장치(12), 중합 장치(14), 분리 장치(16) 및 이것들을 접속하는 배관 내에 투입하였다.

계속해서, 송액 펌프(18)를 가동시켜, 유량 300㎖/분으로 유기 용매의 순환을 개시하였다. 또한, 유기 용매는 그의 전량을 분산 장치(12)를 통하여 중합 장치(14)에 투입하였다. 또한, 열교환기(20)를 가동시켜, 상기 순환하는 유기 용매의 온도가 90℃가 되도록 가열하였다.

다음에, 별도로 분산 보조제로서 무수 말레산 변성 폴리에틸렌(산가: 60mgKOH/g)을 n-헵탄에 혼합하고, 90℃로 가열하여 용해시켜 0.030중량％의 분산 보조제 용액 (1)을 조제하였다. 계속해서, 상기 조작으로 얻어진 분산 보조제 용액 (1)을, 배관(43)을 통하여 유량 50㎖/분으로 30분간 배관(33)을 흐르는 n-헵탄에 첨가하였다. 중합 개시 전의 유기 용매 전량에 대한 무수 말레산 변성 폴리에틸렌의 함유량의 비율은 0.005중량％였다. 또한, 당해 분산 보조제에 대하여, 상기 방법에 의해 측정되는 내열성 지수는 71mN/m이었다.

(1. 혼합 공정)

아크릴산, 48.5중량％의 수산화나트륨 수용액 및 이온 교환수를 혼합하고, 추가로 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(평균 중합도: 9) 및 디에틸렌트리아민5아세트산ㆍ3나트륨을 배합함으로써, 단량체 수용액 (1)을 조제하였다. 또한, 별도로 과황산나트륨 및 이온 교환수를 혼합함으로써, 6중량％의 과황산나트륨 수용액 (1)을 조제하였다.

계속해서, 상기 조작으로 얻어진 단량체 수용액 (1)과 과황산나트륨 수용액 (1)을 혼합 장치(10)에 공급함으로써, 단량체 조성물 (1)을 조제하였다. 해당 단량체 조성물 (1)의 단량체 농도는 43중량％, 중화율은 75몰％였다. 또한, 내부 가교제인 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트는 단량체에 대하여 0.020몰％, 킬레이트제인 디에틸렌트리아민5아세트산ㆍ3나트륨은 단량체에 대하여 200ppm, 중합 개시제인 과황산나트륨(T10 70℃)은 단량체에 대하여 0.1g/몰이었다.

(2. 분산 공정)

분산 장치로서는 도 4에 도시한 이중 원통형의 고속 회전 전단형 교반기(분산 장치(12C))를 사용하였다. 케이싱 내경(외통(50C)의 내경) 25mm, 로터 외경(내통(52C)의 외경) 22mm, 유효 로터 길이(단량체 수용액 투입구(55C)부터 배출구) 65mm이다. 중합 장치로서 PFA(퍼플루오로알콕시알칸)제 튜브(내경: 25mm, 전체 길이: 10m)를 연직으로 배치한 것을 각각 사용하였다.

상기 유기 용매 및 분산 보조제의 혼합액을 분산 장치(12C)의 배관(35)에 유량 300mL로 송액하였다. 중합 개시 전의 분산 보조제 용액 (1)의 투입 완료 후로부터 30분 후, 로터(내통(52C))를 회전수 7,200rpm(전단 속도 5529[1/s])이 되도록 회전시키고, 다음에 단량체 조성물 (1)을 유량 40㎖/분(47.2g/분)으로 분산 장치(12C)의 배관(31)에 송액하였다. 공급된 상기 단량체 조성물 (1)은, 분산 장치에 의해 상기 유기 용매 중에서 미세 액적상으로 분산되었다.

(3. 중합 공정)

2.에서 얻어진 분산액을 중합 장치(14)에 공급하였다.

상기 단량체 조성물 (1)을 포함하는 액적은 상기 연속상인 유기 용매가 채워진 중합 장치 내를 낙하하면서, 중합 반응의 진행에 수반하여 미소한 구형 함수 겔 (1)로 변화하였다. 이들 미소한 구형 겔은 낙하함에 따라 서로 부착되어 응집체를 형성하였다. 그리고, 해당 중합 장치의 배출구 부근에 있어서, 미소한 구형 겔의 응집체를 포함하는 직경 1㎝ 정도의 함수 겔 (1)을 확인하였다. 또한, 중합 장치(14)에 있어서의 공간 속도(LHSV)는 4.2hr^-1이었다.

상기 일련의 조작으로 얻어진 함수 겔 (1)은, 유기 용매와 함께 연속적으로 중합 장치(14)로부터 배출되었다.

(4. 분리 및 리사이클 공정)

중합 장치(14)로부터 배출된 함수 겔 (1)과 유기 용매는 그대로 분리 장치(16)에 연속적으로 공급되었다. 해당 분리 장치에 있어서, 해당 함수 겔 (1)과 유기 용매를 분리하였다. 또한, 해당 분리 장치에서 분리된 유기 용매는 배관(32), 송액 펌프(18), 배관(33)을 통하여 열교환기(20)에 공급되고, 설정 온도(유기 용매 온도)가 90℃가 되도록 열교환기(20)에서 조온된 후, 배관(35)을 통하여 70℃ 이상으로 유지되면서, 분산 장치(12) 및 중합 장치(14)에 공급되었다. 그때, 보충용 분산 보조제로서 상기 분산 보조제 용액 (1)을, 배관(43)을 통하여 유량 5㎖/분으로, 배관(33)을 흐르는 유기 용매를 포함하는 연속상으로, 분산 장치로의 단량체 조성물의 송액을 개시하고 10분 후부터 연속적으로 투입을 개시하였다. 즉, 분산 보조제 유량[㎖/분]/연속상 유량[㎖/분]은 0.017이었다. 또한, 분산 보조제(무수 말레산 변성 폴리에틸렌)의 첨가량은, 상기 단량체 조성물 (1)에 대하여 0.005중량％이다.

상기 조작으로 얻어진 함수 겔 (1)은 미소한 구형의 함수 겔이 부착 응집된 형상을 하고 있었다.

(5. 건조 공정)

분리 장치(16)로부터 배출된 함수 겔 (1)은 그대로 간접 가열식 교반 건조 장치에 연속적으로 공급함과 함께, 미리 준비한 폴리에틸렌글리콜 400(PEG400)의 에탄올 용액(농도 20중량％)을 투입하였다. 함수 겔 (1)에 대한 PEG400 에탄올 용액의 양은 2.5중량％였다. 계속해서, 건조 장치의 열매체 온도를 180℃로 조정하여, 상기 함수 겔 (1)을 PEG400과 혼합하면서, 연속 건조를 행하여 입자상의 건조 중합체 (1)을 얻었다. 얻어진 건조 중합체 (1)을 눈 크기 850㎛ 및 150㎛의 금속 체망(JIS 표준 체)을 갖는 체 분류 장치에 연속적으로 공급하여 분급하고, 흡수성 수지 분말 (1)을 샘플링하였다. 중합 공정 개시로부터 1시간 후에 샘플링한 흡수성 수지 분말 (1)의 표면 장력은 69mN/m이고, 5시간 후에 샘플링한 흡수성 수지 분말 (1)의 표면 장력은 69mN/m으로, 경시에서의 표면 장력 저하는 보이지 않았다.

상기 공정 1. 내지 5.를 10시간 운전하고, 배출량이 안정되어 있지 않은 중합 개시 직후 1시간, 및 중합 정지 후의 샘플을 제외하고 혼합하여 흡수성 수지 분말 (1)을 얻었다.

[실시예 2]

실시예 1에 있어서, 분산 보조제 용액 (1) 대신에, 분산 보조제로서의 무수 말레산 변성 에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체(산가: 30mgKOH/g)를 n-헵탄에 혼합하고, 90℃로 가열하여 용해시켜 이루어지는 분산 보조제 용액 (2)(농도 0.30중량％)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 흡수성 수지 분말 (2)를 얻었다. 당해 분산 보조제에 대하여, 상기 방법에 의해 측정되는 내열성 지수는 72mN/m이었다. 중합 개시 전의 유기 용매 전량에 대한 무수 말레산 변성 에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체의 함유량의 비율은 0.05중량％였다. 중합 중에 유기 용매에 연속 투입하는 무수 말레산 변성 에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체의 첨가량은, 상기 단량체 조성물 (1)에 대하여 0.05중량％였다. 중합 개시로부터 1시간 후에 샘플링한 흡수성 수지 분말 (2)의 표면 장력은 70mN/m이고, 5시간 후에 샘플링한 흡수성 수지 분말 (2)의 표면 장력은 70mN/m으로, 경시에서의 표면 장력 저하는 보이지 않았다.

[실시예 3]

실시예 1에 있어서, 이중 원통형의 고속 회전 전단형 교반기 대신에, 도 5에 도시하는 2유체 스프레이 노즐(분산 장치(12D))을 사용하여 분산 공정을 실시한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 흡수성 수지 분말 (3)을 얻었다.

구체적으로는, 분산 장치로서 2유체 스프레이 노즐(외부 혼합형, 스프레이 노즐 내경: 1.0mm, 형식: SETOJet, 공기 소비량 구분 075, 분출량 10, 가부시키가이샤 이케우치제)을 사용하였다. 2유체 스프레이 노즐은, 단량체 조성물을 연속적으로 공급하는 제1 공급관(101)과, 유기 용매 및 분산 보조제의 혼합액을 연속적으로 공급하는 제2 공급관(102)을 갖는다. 단량체 조성물은 제1 노즐(103)로부터, 유기 용매 및 분산 보조제의 혼합액은 제2 노즐(104)로부터 각각 분무 분산되어 연속적으로 중합 장치로 배출된다. 이때, 2유체 스프레이의 위치를, 2유체 스프레이의 노즐의 선단이 중합 장치에 수용된 유기 용매에 잠기도록 조정하였다. 또한, 순환하는 유기 용매 및 분산 보조제의 혼합액의 유량을 1000㎖/분으로 변경하고, 순환시킨 유기 용매 및 분산 보조제의 혼합액의 경로를, 분산 장치(2유체 스프레이 노즐)를 통하여 중합 장치에 투입하는 경로와, 직접 중합 장치에 투입하는 경로로 분기시켰다. 이때, 분산 장치(2유체 스프레이 노즐)를 통하여 중합 장치에 투입되는 유기 용매 및 분산 보조제의 혼합액의 유량을 800㎖/분으로 하고, 직접 중합 장치에 투입되는 유기 용매 및 분산 보조제의 혼합액의 유량을 200㎖/분으로 하였다. 다음에, 상기 혼합 공정에서 조제한 단량체 조성물 (1)을 빠르게 상기 2유체 스프레이의 제1 공급관(101)에 송액하였다. 그 후, 상기 2유체 스프레이를 사용하여, 유량 40mL/분(47.2g/분)으로, 단량체 조성물 (1)을 상기 중합 장치 내를 채우고 있는 유기 용매 중에 투입하였다.

상기 2유체 스프레이에 의해 투입된 상기 단량체 조성물 (1)은, 상기 유기 용매 중에서 미세 액적상으로 분산되었다. 또한, 중합 장치(14)에 있어서의 공간 속도(LHSV)는 12.7hr^-1이었다.

중합 개시로부터 1시간 후에 샘플링한 흡수성 수지 분말 (3)의 표면 장력은 68mN/m이고, 5시간 후에 샘플링한 흡수성 수지 분말 (3)의 표면 장력은 68mN/m으로, 경시에서의 표면 장력 저하는 보이지 않았다.

[실시예 4]

실시예 1에 있어서, 분산 보조제 용액 (1) 대신에, 분산 보조제로서의 무수 말레산 변성 폴리프로필렌(산가: 18mgKOH/g)을 n-헵탄에 혼합하고, 90℃로 가열하여 용해시켜 이루어지는 분산 보조제 용액 (4)(농도 0.030중량％)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 흡수성 수지 분말 (4)를 얻었다. 당해 분산 보조제에 대하여, 상기 방법에 의해 측정되는 내열성 지수는 70mN/m이었다. 중합 개시 전의 유기 용매 전량에 대한 무수 말레산폴리프로필렌의 함유량은 0.005중량％였다. 중합 중에 유기 용매에 연속 투입하는 무수 말레산폴리프로필렌의 첨가량은, 상기 단량체 조성물 (1)에 대하여 0.005중량％였다. 중합 개시로부터 1시간 후에 샘플링한 흡수성 수지 분말 (4)의 표면 장력은 67mN/m이고, 5시간 후에 샘플링한 흡수성 수지 분말 (4)의 표면 장력은 67mN/m으로, 경시에서의 표면 장력 저하는 보이지 않았다.

[비교예 1]

실시예 3에 있어서, 분산 보조제 용액 (1) 대신에, 분산 보조제로서의 자당 지방산 에스테르(HLB값 6)를 n-헵탄에 혼합하고, 90℃로 가열하여 용해시켜 이루어지는 분산 보조제 용액 (3)(농도 0.030중량％)을 사용한 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 하여 비교 흡수성 수지 분말 (1)을 얻었다. 또한, 당해 분산 보조제에 대하여, 상기 방법에 의해 측정되는 내열성 지수는 56mN/m이었다. 중합 개시로부터 1시간 후에 샘플링한 비교 흡수성 수지 분말 (2)의 표면 장력은 67mN/m이고, 5시간 후에 샘플링한 비교 흡수성 수지 분말 (2)의 표면 장력은 60mN/m으로, 경시에서의 표면 장력의 저하가 보였다.

얻어진 흡수성 수지 분말 (1) 내지 (4) 및 비교 흡수성 수지 분말 (1)에 대하여 측정한 여러 물성을 표 1에 나타낸다.

[실시예 5]

(6. 표면 가교 공정)

실시예 1에서 얻어진 흡수성 수지 분말 (1) 100중량부에 대하여, 에틸렌글리콜디글리시딜에테르 0.015중량부, 프로필렌글리콜 1.0중량부 및 이온 교환수 3.0중량부를 포함하는 표면 가교제 용액을 스프레이 노즐로 분무하고, 연속 고속 혼합기를 사용하여 균일하게 혼합하였다. 그 후, 표면 가교제를 포함하는 흡수성 수지 분말 (1)을, 분위기 온도를 195℃±2℃로 조온한 열처리기에 도입하여 30분간 가열 처리한 후, 분말 온도가 60℃로 될 때까지 강제적으로 냉각하여 흡수성 수지 (1')를 얻었다.

(7. 정립 공정)

다음에, 상기 공정에서 얻어진 흡수성 수지 (1')를 눈 크기 850㎛의 금속 체(JIS 표준 체)를 갖는 체 분류 장치로 분급하였다. 또한, 눈 크기 850㎛의 금속 체 상의 잔류물에 대해서는 다시 분쇄를 행한 후, 눈 크기 850㎛의 금속 체 통과물과 혼합하였다. 이상의 조작에 의해, 전량의 입자경이 850㎛ 미만인 정립된 흡수성 수지 (4)를 얻었다. 얻어진 흡수성 수지 (4)의 여러 물성을 표 2에 나타낸다.

[실시예 6]

실시예 5에 있어서, 흡수성 수지 분말 (1)을 실시예 2에서 얻어진 흡수성 수지 분말 (2)로 변경한 것 이외에는 실시예 5와 마찬가지로 하여 흡수성 수지 (5)를 얻었다.

[실시예 7]

실시예 5에 있어서, 흡수성 수지 분말 (1)을 실시예 3에서 얻어진 흡수성 수지 분말 (3)으로 변경한 것 이외에는 실시예 5와 마찬가지로 하여 흡수성 수지 (6)을 얻었다.

[비교예 2]

실시예 5에 있어서, 흡수성 수지 분말 (1)을 비교예 1에서 얻어진 비교 흡수성 수지 분말 (1)로 변경한 것 이외에는 실시예 5와 마찬가지로 하여 비교 흡수성 수지 (2)를 얻었다.

[실시예 8]

실시예 1에 있어서, 내부 가교제인 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트를 단량체에 대하여 0.010몰％로 변경하고, 건조 공정에서 첨가하는 폴리에틸렌글리콜 400(PEG400)의 에탄올 용액 대신에 라우릴디메틸아미노아세트산베타인 수용액(농도 3.1중량％)으로 변경하고, 함수 겔 (1)에 대한 라우릴디메틸아미노아세트산베타인 수용액의 양을 0.5중량％로 변경하여 실시한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 흡수성 수지 분말 (7)을 얻었다. 또한 실시예 5에 있어서, 흡수성 수지 분말 (1)을 흡수성 수지 분말 (7)로 변경한 것 이외에는 실시예 5와 마찬가지로 하여 흡수성 수지 (7)을 얻었다.

[실시예 9]

실시예 5에 있어서, 흡수성 수지 분말 (1)을 실시예 4에서 얻어진 흡수성 수지 분말 (4)로 변경한 것 이외에는 실시예 5와 마찬가지로 하여 흡수성 수지 (8)을 얻었다.

[비교예 3]

환류 냉각기, 적하 깔때기, 질소 가스 도입관, 교반기로서, 날개 직경 50mm의 4매 경사 패들 날개를 2단으로 갖는 교반 날개를 구비한 1ℓ의 4구 원통형 둥근 바닥 세퍼러블 플라스크를 준비하였다. 이 플라스크에 n-헵탄 550㎖를 취하고, 실시예 1에서 사용한 무수 말레산 변성 폴리에틸렌 2.76g을 첨가 분산하여 50℃까지 승온하고, 분산 보조제를 용해한 후 30℃까지 냉각하였다. 별도로 500㎖의 삼각 플라스크 중에 80중량％의 아크릴산 수용액 92g을 취하고, 외부로부터 빙냉하면서, 20.1중량％의 수산화나트륨 수용액 152.5g을 적하하여 75몰％의 중화를 행한 후, 에틸렌글리콜디글리시딜에테르 18.4mg을 첨가하고, 추가로 과황산칼륨 0.11g을 첨가하여 용해하였다. 이 아크릴산 부분 중화염 수용액을 4구 플라스크에 첨가하여 교반기에 의해 분산시키고, 계 내를 질소로 충분히 치환한 후 승온하고, 욕온을 70℃로 유지하여 1단째의 중합 반응을 30분간 행하였다. 그 후, 반응액을 20℃로 냉각하고, 상기와 마찬가지로 조제한 동량의 아크릴산 부분 중화염 수용액을 계 내에 적하하고, 30분간 흡수시킴과 동시에 계 내를 질소로 충분히 치환한 후, 승온하고, 욕온을 70℃로 유지하여 2단째의 중합 반응을 30분간 행하였다. 이 반응액을 증류하여 물 및 n-헵탄을 제거하고, 비교 흡수성 수지 분말 (3)을 얻었다. 또한, 실시예 5에 있어서, 흡수성 수지 분말 (1)을 비교 흡수성 수지 분말 (3)으로 변경한 것 이외에는 실시예 5와 마찬가지로 하여 비교 흡수성 수지 (3)을 얻었다.

얻어진 흡수성 수지 (4) 내지 (8) 및 비교 흡수성 수지 (2) 내지 (3)에 대하여 측정한 여러 물성을 표 2에 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 연속 조업을 행해도 흡수성 수지 분말의 표면 장력의 경시적인 저하는 보이지 않는다. 또한, 표 2에 나타내는 바와 같이, 당해 흡수성 수지 분말을 표면 가교하여 얻어지는 흡수성 수지는 DRC 5min과 표면 장력의 밸런스가 우수한 것이며, 위생 재료에 사용된 경우에 우수한 흡수 특성이 나타나는 범위 내에 있다. 본 발명의 흡수성 수지를 사용함으로써, 액 복귀량이 적고, 고성능의 흡수체가 얻어짐을 알 수 있다. 한편, 내열성 지수가 60mN/m 미만인 분산 보조제를 사용한 경우(비교예 1)에는, 연속 조업을 행하면 흡수성 수지 분말의 표면 장력의 경시적인 저하가 보인다. 또한, 당해 흡수성 수지 분말을 표면 가교하여 얻어지는 흡수성 수지는 표면 장력이 낮다. 또한, 분산 장치에 단량체 조성물과 유기 용매와 분산 보조제를 연속적으로 공급하고 있지 않은 배치 조작을 행한 경우(비교예 3)에는, 얻어지는 흡수성 수지의 DRC 5min이 낮다. 표 2에 따르면, 어느 비교예에서 얻어진 흡수성 수지를 흡수체에 사용한 경우에도 액 복귀량이 증가하는 것을 알 수 있다.

본 출원은 2018년 9월 27일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2018-182114호 및 2019년 7월 10일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2019-128663호에 기초하고 있으며, 그 개시 내용은 참조되어 전체로서 원용되고 있다.

10: 혼합 장치
12, 12A 내지 12D: 분산 장치
14: 중합 장치
16: 분리 장치
18: 송액 펌프
20: 열교환기
22: 건조 장치
31 내지 37, 41 내지 44: 배관
50A, 52A: 한 쌍의 벽
50B, 52B: 한 쌍의 벽
50C, 52C: 한 쌍의 벽
51A, 53A: 대향면
51B, 53B: 대향면
51C, 53C: 대향면
54A 내지 54C: 유로
60A 내지 60C: 구동부
55A 내지 55C: 제1 공급계
56A 내지 55C: 제2 공급계
101: 제1 공급관
102: 제2 공급관
103: 제1 노즐
104: 제2 노즐
200: 지지 원통
201: 금속망
202: 흡수성 수지
203: 페트리 접시
204: 유리 필터
205: 여과지
206: 식염수

Claims (16)

1. 분산 장치에 단량체 조성물과 유기 용매와 분산 보조제를 연속적으로 공급하고, 상기 유기 용매 중에 상기 단량체 조성물을 포함하는 미세 액적을 분산시키는 것과,
   상기 유기 용매 중에 분산된 미세 액적을 중합 장치에 공급하고, 상기 단량체를 중합하여 함수 겔상 중합체를 얻는 것과,
   상기 함수 겔상 중합체로부터 분리한 상기 유기 용매를 상기 분산 장치에 다시 공급하는 것
   을 갖는 흡수성 수지의 제조 방법이며,
   상기 분산 보조제의 내열성 지수가 60mN/m 이상이고,
   상기 분산 장치에 다시 공급되는 상기 유기 용매의 온도가 70℃ 이상인, 흡수성 수지의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매에 연속적으로 상기 분산 보조제를 첨가하는 것을 갖는, 흡수성 수지의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 함수 겔상 중합체로부터 분리한 상기 유기 용매를 70℃ 이상으로 유지하면서 상기 분산 장치에 다시 공급하는, 흡수성 수지의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분산 보조제는 산 변성 폴리올레핀인, 흡수성 수지의 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분산 장치에 공급되는 유기 용매 중의 에스테르계 분산 보조제의 농도가 0.005중량％ 미만인, 흡수성 수지의 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분산 보조제의 첨가량은 상기 단량체 조성물에 대하여 0.5중량％ 이하인, 흡수성 수지의 제조 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단량체가 수용성 에틸렌성 불포화 단량체인, 흡수성 수지의 제조 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단량체 조성물이 산기 함유 불포화 단량체의 부분 중화염과, 열분해형 중합 개시제와, 물을 포함하는, 흡수성 수지의 제조 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중합 장치에 있어서의 공간 속도(LHSV)가 2 내지 30hr^-1인, 흡수성 수지의 제조 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 함수 겔상 중합체를 건조하여 흡수성 수지 분말을 얻는 것과,
    상기 흡수성 수지 분말을 표면 가교제에 의해 표면 가교를 실시하는 것을 더 갖는, 흡수성 수지의 제조 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 기재된 제조 방법에 의해 제조되는 흡수성 수지이며, 표면 장력이 65mN/m 이상이고, 또한 DRC 5min이 46g/g 이상이고, 평균 1차 입자경이 100㎛ 미만인, 흡수성 수지.
12. 제11항에 있어서, 가압 하 흡수 배율(AAP)이 20g/g 이상인, 흡수성 수지.
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