WO2019124536A1 - 発熱体組成物用吸水性樹脂粉末、及び発熱体組成物 - Google Patents
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Abstract
化学カイロ(使い捨てカイロ)などの発熱体組成物の製造において、吸水性樹脂由来の凝集物の生成や上記付着を抑制し得る発熱体組成物用吸水性樹脂粉末を提供すること。 本発明の発熱体組成物用吸水性樹脂粉末は、嵩比重(JIS K3362で規定)が0.630g/cm3以下、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する無加圧下吸水倍率(CRC)(ERT441.01-2で規定)が32.0g/g以下、重量平均粒子径(篩分級で規定)が250μm以上、残存グリシジル系架橋剤が10ppm以下である。
Description
本発明は発熱体組成物用吸水性樹脂粉末、及び該吸水性樹脂粉末を含む発熱体組成物、及び該吸水性樹脂粉末の発熱体組成物への使用に関する。
多量の水を吸水して膨潤ゲル化させる吸水性樹脂(別称;高吸水性ポリマー、Superabsorbent Polymer、略称SAP)は紙おむつ、生理用ナプキン、失禁パット等の衛生材料を中心に使用され、その他、その高い吸水能・保湿能・吸湿性を利用して、緑化保水材、消臭剤など徐放ゲル化剤、土木用ゲル化剤(セメント用保水材、H鋼引き抜き剤)、食品用、玩具、センサー、ケーブル止水剤など、数多くの用途に使用されている(例えば非特許文献1,2など)。
吸水性樹脂の用途の一つに発熱体組成物、例えば使い捨て発熱具、化学カイロ(例えば使い捨てカイロ)がある。活性炭、保水剤、及びアルカリ金属塩水溶液(特に高濃度塩水、例えば、10%塩化ナトリウム水溶液)を含む混合物と、金属粉末(例えば鉄粉)を混合した組成物は、その金属粉末の空気による酸化による発熱を化学カイロ(以下、化学カイロを「カイロ」ということがある)などの発熱体組成物として使用することができ、活性炭は金属粉末酸化のための酸素富化剤であり、アルカリ金属塩水溶液は金属粉末の酸化を促進する働きをする。上記発熱体組成物、例えば化学カイロ用組成物を通気性のある袋内に封入し、化学カイロ、その他、具体的用途として、化学カイロと類似又は同等の発熱体として、例えば、中敷き、マスク、ベルト、ホットアイマスク、美顔マスク、サポーター、足用温熱具等として従来から広く使用されている。例えば、化学カイロなどの発熱体組成物に用いるアルカリ金属塩水溶液の保水剤としては繊維粉、木粉、シリカゲル、鉱物など保水性を有する材料が使用されているが、近年、吸水性樹脂が保水剤(アルカリ金属塩水溶液の含水ゲル化剤)として利用され、化学カイロなどの発熱体組成物には活性炭、金属粉末、アルカリ金属塩水溶液の吸水性樹脂による含水ゲルが使用されている(例えば特許文献1~8)。特許文献1~3、5では、化学カイロ向けの吸水性樹脂で粒径や加圧下吸水倍率や吸水倍率や残存モノマーなどの物性が規定された化学カイロ向けの吸水性樹脂が提案されている。特許文献6~8では化学カイロ向けの吸水性樹脂で特定のカチオン性やノニオン性の架橋重合体が提案されている。
吸水性樹脂の物性や高分子構造(繰り返し単位)は目的や用途に応じて制御され、例えば、吸水性樹脂の一般的な基本物性でも吸水倍率、加圧下吸水倍率、水可溶分、pH、粒度、ダスト量、粉体の流れ性、嵩比重、含水率など10数種が知られている(非特許文献3)。また、さらに、吸水性樹脂では衛生材料用を中心に、通液性(SFC,GBP)やAnti-Caking性など、数10種類の新たなパラメーター物性(パラメーター特許)やその組み合わせの提案や新たな吸水性樹脂の高分子構造が提案されている(特許文献9~15)。
Modern Superabsorbent Polymer Technology(1988), page251-272
高吸水性ポリマー 高分子新素材 One Point-4 高分子学会-編集 増田房義-著 共立出版、p81-110
EDANA RECOMMENDED TEST METHODS(2002年)
化学カイロなどの発熱体組成物の製造において、アルカリ金属塩水溶液の保水剤としては繊維粉、木粉、シリカゲルなど保水剤に比べて、吸水性樹脂は高倍率で長期間水を保持する利点を有する。しかし、吸水性樹脂はその高い吸水性、吸水速度および粘着性ゆえに、化学カイロなどの発熱体組成物の製造において、保水剤として上記特許文献1~8などに記載の従来のカイロ用の吸水性樹脂粉末を用いた場合、吸水性樹脂粉末とアルカリ金属塩水溶液(特に高濃度のアルカリ金属塩水溶液)とを混合した際に、ゲル化した吸水性樹脂粉末同士がくっついて凝集物を生成したり、化学カイロなどの発熱体組成物の調合容器などの製造装置にゲル化した吸水性樹脂粉末が付着するなど製造上様々な問題が生じていた。また吸水性樹脂の主用途は紙おむつなどの衛生材料であるが、数多くの吸水性樹脂の用途の中で、衛生材料用に設計された吸水性樹脂は他の用途では必ずしも目的とする性能を発揮するものでなく、よって、用途に応じて吸水性樹脂の性能や高分子構造は個々に設計されるのが実情であった。
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、数多くの吸水性樹脂の用途の中で、化学カイロなどの発熱体組成物の製造において、吸水性樹脂由来の上記凝集物の生成や上記付着を抑制し、良好な取扱性を有する安全性の高い発熱体組成物用吸水性樹脂粉末、好ましくは化学カイロ用吸水性樹脂粉末を提供することである。また本発明の他の目的は該発熱体組成物用吸水性樹脂粉末、好ましくは化学カイロ用吸水性樹脂粉末を含む発熱体組成物、好ましくは化学カイロ用組成物、並びに該吸水性樹脂粉末の発熱体組成物、好ましくは化学カイロへの使用を提供することである。
本発明の発熱体組成物用吸水性樹脂粉末は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末であって、嵩比重(JIS K3362で規定)が0.630g/cm3以下、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する無加圧下吸水倍率(CRC)(ERT441.01-2で規定)が32.0g/g以下、重量平均粒子径(篩分級で規定)が250μm以上、残存グリシジル系架橋剤が10ppm以下である。
本発明の発熱体組成物用吸水性樹脂粉末は、(A)前記吸水性樹脂粉末の加圧下拡散吸水倍率(PDAUP)(WSP243.3(10)で規定)が6.0g/g以上であること、および/または(B)前記吸水性樹脂粉末の10重量%塩化ナトリウム水溶液に対する保水能DW2minが8.0g/g以上であることはいずれも好ましい実施態様である。
本発明には上記吸水性樹脂粉末の発熱体組成物への使用も含まれ、前記発熱体組成物が活性炭、前記吸水性樹脂粉末、及びアルカリ金属塩水溶液を含むものである。
また本発明には発熱体組成物も含まれ、前記組成物が吸水性樹脂粉末、活性炭、アルカリ金属塩水溶液を含むものである。
更に本発明の上記発熱体組成物は、化学カイロであることも好ましい。
本発明によれば、吸水性樹脂の無数の用途や、吸水性樹脂の10数種類の基本物性や無数の吸水性樹脂のパラメーター物性において、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を発熱体組成物、好ましくは化学カイロ向けに4つの物性(吸水性樹脂粉末の嵩比重、重量平均粒子径、無加圧下吸水倍率、及び残存グリシジル系架橋剤)を特定の範囲に制御することによって、発熱体組成物、好ましくは化学カイロの製造において、アルカリ金属塩水溶液との混合時の凝集や付着等を従来よりも抑制可能であり、且つ取扱性も良好な安全性の高い発熱体組成物用吸水性樹脂粉末、好ましくは化学カイロ用吸水性樹脂粉末を提供できる。また本発明によれば、該吸水性樹脂粉末を含む発熱体組成物、好ましくは化学カイロ用組成物、並びに該吸水性樹脂粉末の発熱体組成物、好ましくは化学カイロへの使用を提供できる。
以下、本発明について詳しく説明するが、下記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更、実施し得る。
[1]用語の定義
(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意味する。また「水膨潤性」とは、ERT441.2-02(2002)で規定するCRC(無加圧下吸水倍率)が5[g/g]以上であることをいい、「水不溶性」とは、ERT470.2-02(2002)で規定されるExt(水可溶分)が50重量%以下であることを意味する。
(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意味する。また「水膨潤性」とは、ERT441.2-02(2002)で規定するCRC(無加圧下吸水倍率)が5[g/g]以上であることをいい、「水不溶性」とは、ERT470.2-02(2002)で規定されるExt(水可溶分)が50重量%以下であることを意味する。
上記吸水性樹脂は、適宜設計可能であり、特に限定されるものではないが、カルボキシル基を有する不飽和単量体を架橋重合させた、親水性架橋重合体であることが好ましい。また全量(100重量%)が重合体である形態に限定されず、上記性能を維持する範囲内において、表面架橋されたものや添加剤等を含んだ組成物であってもよい。
本発明では、上記親水性架橋重合体を粉砕して粉末状とした吸水性樹脂であり、便宜上、表面処理又は表面架橋を行う前の吸水性樹脂を「吸水性樹脂粒子」、表面処理又は表面架橋を行った後の吸水性樹脂を「吸水性樹脂粉末」と称することがある。更に、各工程で得られる形状が異なる吸水性樹脂(形状として、例えば、シート状、繊維状、フィルム状、ゲル状等が挙げられる)であっても、添加剤等を含有した吸水性樹脂組成物であっても、「吸水性樹脂」と総称する。
(1-2)「ポリアクリル酸(塩)」
本発明における「ポリアクリル酸(塩)」とは、グラフト成分を任意に含み、繰り返し単位として、アクリル酸及び/またはその塩(以下、「アクリル酸(塩)」と称する)を10モル%以上含む重合体、特に主成分とする重合体を意味する。「主成分」とは、アクリル酸(塩)の含有量(使用量)が、重合に用いられる単量体(内部架橋剤を除く)全体に対して、通常50~100モル%、好ましくは70~100モル%、より好ましくは90~100モル%、更に好ましくは実質100モル%であることをいう。また、重合体としてポリアクリル酸塩を用いる場合は、必須にカウターカチオンとして水溶性塩を含み、中和塩の主成分として一価塩が好ましく、アルカリ金属塩又はアンモニウム塩がより好ましく、アルカリ金属塩が更に好ましく、ナトリウム塩が特に好ましい。
本発明における「ポリアクリル酸(塩)」とは、グラフト成分を任意に含み、繰り返し単位として、アクリル酸及び/またはその塩(以下、「アクリル酸(塩)」と称する)を10モル%以上含む重合体、特に主成分とする重合体を意味する。「主成分」とは、アクリル酸(塩)の含有量(使用量)が、重合に用いられる単量体(内部架橋剤を除く)全体に対して、通常50~100モル%、好ましくは70~100モル%、より好ましくは90~100モル%、更に好ましくは実質100モル%であることをいう。また、重合体としてポリアクリル酸塩を用いる場合は、必須にカウターカチオンとして水溶性塩を含み、中和塩の主成分として一価塩が好ましく、アルカリ金属塩又はアンモニウム塩がより好ましく、アルカリ金属塩が更に好ましく、ナトリウム塩が特に好ましい。
(1-3)「EDANA」及び「ERT」
「EDANA」は、欧州不織布工業会(European Disposables and Nonwovens Assoiations)の略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)である吸水性樹脂の測定方法(EDANA Recommended Test Methods)の略称である(10数種類の基本物性の測定法を規定)。なお、本発明においては、特に断りのない限り、非特許文献3であるERT原本(公知文献:2002年改定ないし2005年版)に準拠して測定を行う。又、本発明の吸水性樹脂粉末についても同様にERT原本に準じて測定することができる。
「EDANA」は、欧州不織布工業会(European Disposables and Nonwovens Assoiations)の略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)である吸水性樹脂の測定方法(EDANA Recommended Test Methods)の略称である(10数種類の基本物性の測定法を規定)。なお、本発明においては、特に断りのない限り、非特許文献3であるERT原本(公知文献:2002年改定ないし2005年版)に準拠して測定を行う。又、本発明の吸水性樹脂粉末についても同様にERT原本に準じて測定することができる。
(a)「CRC」(ERT441.2-02)
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、吸水性樹脂の無加圧下吸水倍率(以下、「吸水倍率」と称することもある。又、「吸収倍率」と同義である。)を意味する。具体的には、不織布袋中の吸水性樹脂0.200gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に30分間浸漬(自由膨潤)させた後、遠心分離機で水切りした後の吸水倍率(単位;[g/g])である。
「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吸水倍率(以下、「吸水倍率」と称することもある。又、「吸収倍率」と同義である。)を意味する。具体的には、不織布袋中の吸水性樹脂0.200gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に30分間浸漬(自由膨潤)させた後、遠心分離機で水切りした後の吸水倍率(単位;[g/g])である。
(b)「AAP」(ERT442.2-02)
「AAP」は、Absorbency Against Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.900gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対して、2.06kPa(0.3psi,21[g/cm2])の荷重下で1時間膨潤させた後の吸水倍率(単位;[g/g])である。尚、ERT442.2-02では、Absorption Under Pressureと表記されているが、実質的にはAAPと同一内容である。又、荷重条件を4.83kPa(0.7psi,50[g/cm2])に変更して測定することもある。
「AAP」は、Absorbency Against Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.900gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対して、2.06kPa(0.3psi,21[g/cm2])の荷重下で1時間膨潤させた後の吸水倍率(単位;[g/g])である。尚、ERT442.2-02では、Absorption Under Pressureと表記されているが、実質的にはAAPと同一内容である。又、荷重条件を4.83kPa(0.7psi,50[g/cm2])に変更して測定することもある。
(c)「Ext」(ERT470.2-02)
「Ext」は、Extractablesの略称であり、水可溶分(水可溶成分量)を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.000gを0.9重量%塩化ナトリウム水溶液200mlに添加し、16時間攪拌した後の溶解ポリマー量(単位:重量%)である。溶解ポリマー量の測定はpH滴定を用いて行う。
「Ext」は、Extractablesの略称であり、水可溶分(水可溶成分量)を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.000gを0.9重量%塩化ナトリウム水溶液200mlに添加し、16時間攪拌した後の溶解ポリマー量(単位:重量%)である。溶解ポリマー量の測定はpH滴定を用いて行う。
(d)「PSD」(ERT420.2-02)
「PSD」は、Particle Size Distributionの略称であり、篩分級により測定される吸水性樹脂の粒度分布を意味する。又、吸水性樹脂の重量平均粒子径(D50)及び粒子径分布幅は欧州特許第0349240明細書7頁25~43行に記載された「(1) Average Particle Diameter and Distribution of Particle Diameter」と同様の方法で測定する。
「PSD」は、Particle Size Distributionの略称であり、篩分級により測定される吸水性樹脂の粒度分布を意味する。又、吸水性樹脂の重量平均粒子径(D50)及び粒子径分布幅は欧州特許第0349240明細書7頁25~43行に記載された「(1) Average Particle Diameter and Distribution of Particle Diameter」と同様の方法で測定する。
(e)「Moisture Content」(ERT430.2-02)
「Moisture Content」は、吸水性樹脂の含水率を意味する。具体的には、吸水性樹脂1g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;重量%)である。なお、乾燥温度を180℃に変更しても良い。また、含水ゲル状架橋重合体の含水率は、試料を2g、乾燥温度を180℃、乾燥時間を16時間にそれぞれ変更して測定することができる。更に、{100-含水率(重量%)}で算出される値を、本発明では「樹脂固形分」とし、吸水性樹脂及び含水ゲル状架橋重合体の双方に適用することができる。
「Moisture Content」は、吸水性樹脂の含水率を意味する。具体的には、吸水性樹脂1g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;重量%)である。なお、乾燥温度を180℃に変更しても良い。また、含水ゲル状架橋重合体の含水率は、試料を2g、乾燥温度を180℃、乾燥時間を16時間にそれぞれ変更して測定することができる。更に、{100-含水率(重量%)}で算出される値を、本発明では「樹脂固形分」とし、吸水性樹脂及び含水ゲル状架橋重合体の双方に適用することができる。
(1-4)「通液性」
本発明における「通液性」とは、荷重下又は無荷重下での膨潤ゲルの粒子間を通過する液の流れ性のことをいい、代表的な測定方法として、SFC(Saline Flow Conductivity/生理食塩水流れ誘導性)や、GBP(Gel Bed Permeability/ゲル床透過性)がある。また、PDAUP(Permeability Dependent Absorption Under Pressure)も通液性を評価する測定である。
本発明における「通液性」とは、荷重下又は無荷重下での膨潤ゲルの粒子間を通過する液の流れ性のことをいい、代表的な測定方法として、SFC(Saline Flow Conductivity/生理食塩水流れ誘導性)や、GBP(Gel Bed Permeability/ゲル床透過性)がある。また、PDAUP(Permeability Dependent Absorption Under Pressure)も通液性を評価する測定である。
(1-5)加圧下拡散吸水倍率「PDAUP」(WSP243.3(10))
「PDAUP」は、上記EDANAの2005年改訂版に追加で規定された測定法であり、Permeability Dependent Absorption Under Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下での拡散吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂5.0gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対して、1時間、4.83kPa(49g/cm2、0.7psi)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。
「PDAUP」は、上記EDANAの2005年改訂版に追加で規定された測定法であり、Permeability Dependent Absorption Under Pressureの略称であり、吸水性樹脂の加圧下での拡散吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂5.0gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対して、1時間、4.83kPa(49g/cm2、0.7psi)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。
(1-6)「嵩比重」(JIS K3362)
「嵩比重」とは、吸水性樹脂100gをJIS K3362の装置に投入し、100mL容器に、該吸水性樹脂を自由落下させて充填させたときの、吸水性樹脂の重量(単位;[g/cm3])をいう。なお、EDANAでも吸水性樹脂の嵩比重はERT460.2-02で規定されている。
「嵩比重」とは、吸水性樹脂100gをJIS K3362の装置に投入し、100mL容器に、該吸水性樹脂を自由落下させて充填させたときの、吸水性樹脂の重量(単位;[g/cm3])をいう。なお、EDANAでも吸水性樹脂の嵩比重はERT460.2-02で規定されている。
(1-7)保水能「DW」
「DW」はDemand Wettabilityの略称であり、本発明において化学カイロなどの発熱体組成物向け吸水性樹脂粉末の製造に適した新たな指標(パラメーター)として規定されるものである。「高濃度塩水DW2min」は、2分での無加圧下での高濃度塩水(化学カイロなどの発熱体組成物で使用されるアルカリ金属塩水溶液の代表例)の吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.0gを、上記AAPの測定と同様に、底面にメッシュを有する円筒形のセルに均一に散布し、10重量%塩化ナトリウム水溶液に2分間接触させて自由膨潤させた後の吸水倍率(単位;g/g)のことをいう。測定方法の詳細は実施例の項に記述する。
「DW」はDemand Wettabilityの略称であり、本発明において化学カイロなどの発熱体組成物向け吸水性樹脂粉末の製造に適した新たな指標(パラメーター)として規定されるものである。「高濃度塩水DW2min」は、2分での無加圧下での高濃度塩水(化学カイロなどの発熱体組成物で使用されるアルカリ金属塩水溶液の代表例)の吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.0gを、上記AAPの測定と同様に、底面にメッシュを有する円筒形のセルに均一に散布し、10重量%塩化ナトリウム水溶液に2分間接触させて自由膨潤させた後の吸水倍率(単位;g/g)のことをいう。測定方法の詳細は実施例の項に記述する。
(1-8)グリシジル系架橋剤
グリシジル系架橋剤とは、複数の官能基のうち1つ以上のエポキシ基、好ましくはグリシジル基を有する架橋剤である。複数の官能基のうち1つがエポキシ基としては、他の官能基として水酸基を有するグリシドールなどが挙げられる。また、エポキシ基(グリシジル基)を複数有する架橋剤をポリエポキシ架橋剤(ポリグリシジル系架橋剤)としては、エチレングリコールジグリシジルエーテルなどが挙げられる。
グリシジル系架橋剤とは、複数の官能基のうち1つ以上のエポキシ基、好ましくはグリシジル基を有する架橋剤である。複数の官能基のうち1つがエポキシ基としては、他の官能基として水酸基を有するグリシドールなどが挙げられる。また、エポキシ基(グリシジル基)を複数有する架橋剤をポリエポキシ架橋剤(ポリグリシジル系架橋剤)としては、エチレングリコールジグリシジルエーテルなどが挙げられる。
(1-9)その他
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、重量の単位である「t(トン)」は、「Metric ton(メトリック トン)」を意味し、更に、特に注釈のない限り、「ppm」は「重量ppm」を意味する。また、「重量」と「質量」、「重量%」と「質量%」、「重量部」と「質量部」は同義語として扱う。更に、「~酸(塩)」は「~酸及び/またはその塩」を意味し、「(メタ)アクリル」は「アクリル及び/またはメタクリル」を意味する。
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、重量の単位である「t(トン)」は、「Metric ton(メトリック トン)」を意味し、更に、特に注釈のない限り、「ppm」は「重量ppm」を意味する。また、「重量」と「質量」、「重量%」と「質量%」、「重量部」と「質量部」は同義語として扱う。更に、「~酸(塩)」は「~酸及び/またはその塩」を意味し、「(メタ)アクリル」は「アクリル及び/またはメタクリル」を意味する。
[2]化学カイロなどの発熱体組成物用吸水性樹脂粉末
本発明の化学カイロなどの発熱体組成物用吸水性樹脂粉末は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末であって、嵩比重(JIS K3362で規定)が0.630g/cm3以下、無加圧下吸水倍率(CRC)(ERT441.01-2で規定)が32.0g/g以下、重量平均粒子径(篩分級で規定)が250μm以上、残存グリシジル系架橋剤が10ppm以下である。本発明の吸水性樹脂粉末は化学カイロなどの発熱体組成物向けに高分子構造でポリアクリル酸(塩)を選択し、さらに4つの物性(嵩比重、無加圧下吸水倍率、平均粒子径、及び残存グリシジル系架橋剤10ppm以下)を適切に制御することで、安全性に優れ、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液には低吸水倍率(低CRC)であるにも関わらず、アルカリ金属塩水溶液、好ましくは更に活性炭などの化学カイロなどの発熱体組成物用材料と混合した際に、該アルカリ金属塩水溶液(特に高濃度塩水、例えば10重量%塩化ナトリウム水溶液)を速やかに吸収・保持できると共に、膨潤等による吸水性樹脂粉末の粘着性増加を抑えることができるため、カイロなどの発熱体組成物製造時の凝集や付着等の問題を解消できる。
本発明の化学カイロなどの発熱体組成物用吸水性樹脂粉末は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末であって、嵩比重(JIS K3362で規定)が0.630g/cm3以下、無加圧下吸水倍率(CRC)(ERT441.01-2で規定)が32.0g/g以下、重量平均粒子径(篩分級で規定)が250μm以上、残存グリシジル系架橋剤が10ppm以下である。本発明の吸水性樹脂粉末は化学カイロなどの発熱体組成物向けに高分子構造でポリアクリル酸(塩)を選択し、さらに4つの物性(嵩比重、無加圧下吸水倍率、平均粒子径、及び残存グリシジル系架橋剤10ppm以下)を適切に制御することで、安全性に優れ、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液には低吸水倍率(低CRC)であるにも関わらず、アルカリ金属塩水溶液、好ましくは更に活性炭などの化学カイロなどの発熱体組成物用材料と混合した際に、該アルカリ金属塩水溶液(特に高濃度塩水、例えば10重量%塩化ナトリウム水溶液)を速やかに吸収・保持できると共に、膨潤等による吸水性樹脂粉末の粘着性増加を抑えることができるため、カイロなどの発熱体組成物製造時の凝集や付着等の問題を解消できる。
(従来技術と本発明の差異)
吸水性樹脂の無数の用途がある中(非特許文献1には代表的な用途としておむつなど10個を記載するが、カイロの記載はない。)、また、吸水性樹脂の10数種類の基本物性や無数の吸水性樹脂のパラメーター物性や多くの高分子構造において、発熱体組成物向けの吸水性樹脂、好ましくはカイロ向けの吸水性樹脂には特に4つの物性を特定範囲としたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂が好適であることが見出された。
吸水性樹脂の無数の用途がある中(非特許文献1には代表的な用途としておむつなど10個を記載するが、カイロの記載はない。)、また、吸水性樹脂の10数種類の基本物性や無数の吸水性樹脂のパラメーター物性や多くの高分子構造において、発熱体組成物向けの吸水性樹脂、好ましくはカイロ向けの吸水性樹脂には特に4つの物性を特定範囲としたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂が好適であることが見出された。
すなわち、一般に吸水性樹脂の吸水倍率(CRC)は高いこと、30数g/g以上が望まれるが、本発明では発熱体組成物向け、好ましくは化学カイロ向けには吸水倍率(CRC)が低いことが好適であることが見出された。吸水性樹脂の平均粒径は目的に応じて様々であり、化学カイロ向け吸水性樹脂では10~150μmが好適であるとの提案(特許文献1)もなされるが、本発明では上記4つの組み合わせの物性規定で発熱体組成物向けに平均粒径250μm以上、好ましくはカイロ向けに平均粒径250μm以上が好適であることが見出された。
また吸水性樹脂の嵩比重も製造方法によって様々であり、衛生材料向けでは通液性や機械的ダメージに対する物性安定性から、嵩比重が高い0.71g/cm3以上の吸水性樹脂も提案され(上記特許文献9(特開2000-302876号公報)、また上記非特許文献2のEDANAの嵩比重(ERT460.2-02)では3種類の吸水性樹脂(サンプルA~C)の測定結果として0.67g/ml,0.69g/ml,0.72g/mlを規定、また特許文献11は衛生材料用に嵩比重0.60~0.80g/cm3(好ましくは0.63~0.70g/cm3)の吸水性樹脂が提案されているが、本発明において、上記4つの組み合わせの物性規定で発熱体組成物向けでは好ましくはカイロ向けには嵩比重が低い吸水性樹脂(臨界的に0.630g/cm3以下)が好適であることが見出された。
さらに、カイロ向け吸水性樹脂の安全性で残存モノマーが少ない吸水性樹脂(特許文献5)が提案される中、本発明では発熱体組成物向け吸水性樹脂の安全性、好ましくはカイロ向け吸水性樹脂の安全性に残存グリシジル架橋剤に注目した。なお、特許文献5ではカイロ向け吸水性樹脂でグリシジル系架橋剤による表面架橋をその実施例を含め開示するが、かかる特許文献5の表面架橋方法は特許文献12、13の比較例(10ppm超の残存グリシジル架橋剤)と類似の方法であり、特許文献5は本発明の残存グリシジル系架橋剤を示唆しない(参考で後述の比較例5。特許文献5と類似の表面架橋を開示する特許文献15に相当する本件比較例5)。
またカイロ向けの吸水性樹脂にカチオン性やノニオン性の多くの高分子構造が提案されているが(特許文献6~8)、本発明では発熱体組成物用吸水性樹脂、好ましくはカイロ用吸水性樹脂として上記4つの物性(吸水倍率、嵩比重、平均粒径、残存グリシジル架橋剤)を規定したポリアクリル酸(塩)が発熱体組成物、特にカイロに優れていることが見出された。
またカイロ向けの吸水性樹脂にカチオン性やノニオン性の多くの高分子構造が提案されているが(特許文献6~8)、本発明では発熱体組成物用吸水性樹脂、好ましくはカイロ用吸水性樹脂として上記4つの物性(吸水倍率、嵩比重、平均粒径、残存グリシジル架橋剤)を規定したポリアクリル酸(塩)が発熱体組成物、特にカイロに優れていることが見出された。
上記特許文献1~8はカイロ向けの吸水性樹脂を開示し、特許文献9は衛生材料向けに嵩比重の高い吸水性樹脂を開示し、特許文献10は吸水速度(FSR)と加圧下吸水倍率(AAP)を両立した吸水性樹脂を開示し、非特許文献1は吸水性樹脂の数多くの用途を開示し、また非特許文献2は吸水性樹脂の基本物性として、嵩比重(測定結果は0.67~0.72g/ml)など10数種類の測定項目を開示する。しかし、これら従来技術は本発明の課題(発熱体組成物製造時の付着と凝集、好ましくはカイロ製造時の付着と凝集)の解決において、上記4つの物性で規定されたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を開示しない。特許文献1~8ではカイロ向け吸水性樹脂が開示され、特許文献1~13や非特許文献1、2は本発明の上記4つの物性(吸水倍率、嵩比重、平均粒径、残存グリシジル架橋剤)を含め、吸水性樹脂の無数の用途や無数の物性やその組み合わせが記載されている中、本発明では発熱体組成物用、好ましくはカイロ用に上記4つの物性を特定範囲に制御することで本発明の課題を解決した。
(2-1)[嵩比重](JIS K3362で規定)
特許文献9(特開2000-302876号公報)や上記非特許文献2のEDANAの嵩比重(ERT460.2-02)では高い嵩比重の吸水性樹脂を開示する中、本発明では発熱体組成物の製造、好ましくはカイロの製造において、低い嵩比重の吸水性樹脂粉末は特にアルカリ金属塩水溶液(特に高濃度塩水、例えば10%塩化ナトリウム水溶液)の速やかな吸収・保持に有効であることが見出された。
特許文献9(特開2000-302876号公報)や上記非特許文献2のEDANAの嵩比重(ERT460.2-02)では高い嵩比重の吸水性樹脂を開示する中、本発明では発熱体組成物の製造、好ましくはカイロの製造において、低い嵩比重の吸水性樹脂粉末は特にアルカリ金属塩水溶液(特に高濃度塩水、例えば10%塩化ナトリウム水溶液)の速やかな吸収・保持に有効であることが見出された。
特許文献1~8などに開示の従来の吸水性樹脂粉末はアルカリ金属塩水溶液(特に高濃度塩水)の吸収が遅く、アルカリ金属塩水溶液が吸水性樹脂粉末に十分に吸収されていない状態で混合されるため吸水性樹脂粉末表面がべたつき、粘着性が高い状態になっていたが、本発明では従来よりも吸水性樹脂粉末の嵩比重を低くすることでアルカリ金属塩水溶液(特に高濃度塩水)の速やかな吸収・保持性能が向上し、吸水性樹脂粉末表面のべたつきを抑制できる。そのため吸水性樹脂粉末表面のべたつきに起因する吸水性樹脂粉末の凝集や付着を抑制できる。
このような効果を奏する吸水性樹脂粉末の嵩比重は0.630g/cm3以下、好ましくは0.625g/cm3以下、更に好ましくは0.620g/cm3以下である。嵩比重を低下させる程、アルカリ金属塩水溶液の速やかな吸収・保水能は向上するため下限は特に限定されないが、好ましくは0.400g/cm3以上、より好ましくは0.450g/cm3以上、更に好ましくは0.500g/cm3以上である。嵩比重が0.400g/cm3未満では、プロセスによるダメージを受けやすくなり、物性が低下する虞がある。吸水性樹脂粉末の高い嵩比重は特許文献9の乾燥後の粒子研磨で制御できるが、本発明の低い嵩比重は、例えば、発泡重合での多孔質化、吸水性樹脂粒子の造粒、ゲル粉砕工程でのせん断条件を適宜制御すること、などで調整できる。
(2-2)[無加圧下吸水倍率](CRC)(ERT441.01-2で規定)
従来、吸水性樹脂の吸水倍率は一般に高いことが望まれる中、発熱体組成物の製造、好ましくはカイロの製造において、吸水性樹脂粉末の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する低い無加圧下吸水倍率(CRC)は、高濃度塩水(例えば10重量%塩化ナトリウム水溶液)で発熱体組成物を製造する際、好ましくはカイロを製造する際の吸水性樹脂粉末表面の膨潤に起因する凝集抑制に有効であることが見出された。
すなわち、発熱体組成物中、好ましくは化学カイロ中により多くのアルカリ金属塩水溶液(特に高濃度塩水、例えば10重量%塩化ナトリウム水溶液)を保持させるには、一見、なるべく0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する無加圧下吸水倍率(CRC)の高い吸水性樹脂粉末を用いることが有効であると思える。しかしながら吸水性樹脂粉末の無加圧下吸水倍率(CRC)が高い場合、吸水性樹脂粉末の膨潤と混合時の攪拌力とが相俟って吸水性樹脂粉末同士が粘着して大きな凝集物を形成することが見出された。一方、発熱体組成物の製造、好ましくはカイロの製造において、無加圧下吸水倍率(CRC)を低くするとアルカリ金属塩水溶液の吸収に伴う膨潤が抑制され、吸水性樹脂粉末の強度を維持できるため混合時の攪拌力が加わっても凝集物やダマの形成を抑制できる。このような効果を奏する吸水性樹脂粉末の無加圧下吸水倍率(CRC)は32.0g/g以下、好ましくは31.0g/g以下、より好ましくは30.0g/g以下、更に好ましくは29.0g/g以下である。無加圧下吸水倍率を低下させる程、膨潤に起因する凝集物の形成を抑制できるため下限は特に限定されないが、発熱体組成物へ使用するアルカリ金属塩水溶液、好ましくは化学カイロに使用するアルカリ金属塩水溶液を十分に保持する観点から、好ましくは10.0g/g以上、より好ましくは15.0g/g以上、更に好ましくは20.0g/g以上である。なお、吸水性樹脂粉末のCRCは重合時の架橋剤量、及びその後の表面架橋(2次架橋)を適切に制御することで調整できる。
従来、吸水性樹脂の吸水倍率は一般に高いことが望まれる中、発熱体組成物の製造、好ましくはカイロの製造において、吸水性樹脂粉末の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する低い無加圧下吸水倍率(CRC)は、高濃度塩水(例えば10重量%塩化ナトリウム水溶液)で発熱体組成物を製造する際、好ましくはカイロを製造する際の吸水性樹脂粉末表面の膨潤に起因する凝集抑制に有効であることが見出された。
すなわち、発熱体組成物中、好ましくは化学カイロ中により多くのアルカリ金属塩水溶液(特に高濃度塩水、例えば10重量%塩化ナトリウム水溶液)を保持させるには、一見、なるべく0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する無加圧下吸水倍率(CRC)の高い吸水性樹脂粉末を用いることが有効であると思える。しかしながら吸水性樹脂粉末の無加圧下吸水倍率(CRC)が高い場合、吸水性樹脂粉末の膨潤と混合時の攪拌力とが相俟って吸水性樹脂粉末同士が粘着して大きな凝集物を形成することが見出された。一方、発熱体組成物の製造、好ましくはカイロの製造において、無加圧下吸水倍率(CRC)を低くするとアルカリ金属塩水溶液の吸収に伴う膨潤が抑制され、吸水性樹脂粉末の強度を維持できるため混合時の攪拌力が加わっても凝集物やダマの形成を抑制できる。このような効果を奏する吸水性樹脂粉末の無加圧下吸水倍率(CRC)は32.0g/g以下、好ましくは31.0g/g以下、より好ましくは30.0g/g以下、更に好ましくは29.0g/g以下である。無加圧下吸水倍率を低下させる程、膨潤に起因する凝集物の形成を抑制できるため下限は特に限定されないが、発熱体組成物へ使用するアルカリ金属塩水溶液、好ましくは化学カイロに使用するアルカリ金属塩水溶液を十分に保持する観点から、好ましくは10.0g/g以上、より好ましくは15.0g/g以上、更に好ましくは20.0g/g以上である。なお、吸水性樹脂粉末のCRCは重合時の架橋剤量、及びその後の表面架橋(2次架橋)を適切に制御することで調整できる。
(2-3)[重量平均粒子径](篩分級で規定)
特許文献1はカイロ向けの吸水性樹脂で平均粒径20~150μmの吸水性樹脂を開示する中、本発明では発熱体組成物の製造、好ましくはカイロの製造において、吸水性樹脂粉末の重量平均粒子径D50は特に膨潤後の吸水性樹脂粉末の凝集や付着の制御に有効であることが見出された。
吸水性樹脂粉末の平均粒子径が小さすぎると(例えば特許文献1に記載の平均粒径20~150μm)、アルカリ金属塩水溶液等との混合時の攪拌によって容器壁面に吸水性樹脂粉末が付着しやすく、また吸水性樹脂粉末がアルカリ金属塩水溶液をはじいてダマになったり、吸水性樹脂粉末同士がくっついて混合後に得られる吸水性樹脂粉末の粒径の均一性が低下することがある。更に吸水性樹脂粉末の平均粒子径が小さすぎると取扱性が悪化して粉塵が発生する等の問題が生じる。一方、吸水性樹脂粉末の平均粒子径を適切に制御することによって、上記凝集や付着、取扱性等の問題を抑制できる。このような効果を奏する吸水性樹脂粉末の平均粒子径は250μm以上、好ましくは280μm以上、より好ましくは300μm以上である。平均粒子径の上限は特に限定されないが、好ましくは600μm以下、より好ましくは500μm以下、更に好ましくは450μm以下である。吸水性樹脂粉末の平均粒子径は、粉砕工程、分級工程にて篩い分けの条件を適宜設定することで調整できる。
特許文献1はカイロ向けの吸水性樹脂で平均粒径20~150μmの吸水性樹脂を開示する中、本発明では発熱体組成物の製造、好ましくはカイロの製造において、吸水性樹脂粉末の重量平均粒子径D50は特に膨潤後の吸水性樹脂粉末の凝集や付着の制御に有効であることが見出された。
吸水性樹脂粉末の平均粒子径が小さすぎると(例えば特許文献1に記載の平均粒径20~150μm)、アルカリ金属塩水溶液等との混合時の攪拌によって容器壁面に吸水性樹脂粉末が付着しやすく、また吸水性樹脂粉末がアルカリ金属塩水溶液をはじいてダマになったり、吸水性樹脂粉末同士がくっついて混合後に得られる吸水性樹脂粉末の粒径の均一性が低下することがある。更に吸水性樹脂粉末の平均粒子径が小さすぎると取扱性が悪化して粉塵が発生する等の問題が生じる。一方、吸水性樹脂粉末の平均粒子径を適切に制御することによって、上記凝集や付着、取扱性等の問題を抑制できる。このような効果を奏する吸水性樹脂粉末の平均粒子径は250μm以上、好ましくは280μm以上、より好ましくは300μm以上である。平均粒子径の上限は特に限定されないが、好ましくは600μm以下、より好ましくは500μm以下、更に好ましくは450μm以下である。吸水性樹脂粉末の平均粒子径は、粉砕工程、分級工程にて篩い分けの条件を適宜設定することで調整できる。
(2-4)[グリシジル系架橋剤]
グリシジル系架橋剤とは上記したように複数の官能基のうち1つ以上のエポキシ基、好ましくはグリシジル基を有する架橋剤である。複数の官能基のうち1つがエポキシ基としては、他の官能基として水酸基を有するグリシドールなどが挙げられる。またエポキシ基(グリシジル基)を複数有するポリエポキシ架橋剤(ポリグリシジル系架橋剤)としてエチレングリコールジグリシジルエーテル、ジ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ジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ペンタ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が挙げられる。
グリシジル系架橋剤とは上記したように複数の官能基のうち1つ以上のエポキシ基、好ましくはグリシジル基を有する架橋剤である。複数の官能基のうち1つがエポキシ基としては、他の官能基として水酸基を有するグリシドールなどが挙げられる。またエポキシ基(グリシジル基)を複数有するポリエポキシ架橋剤(ポリグリシジル系架橋剤)としてエチレングリコールジグリシジルエーテル、ジ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ジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ペンタ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が挙げられる。
特許文献5は化学カイロ用吸水性樹脂として安全性から残存モノマー200ppm以下の吸水性樹脂を開示するが、特許文献5はグリシジル系架橋剤の残存量についてなんら着目していない。グリシジル系架橋剤は吸水性樹脂粉末の製造過程で内部架橋剤や表面架橋剤として使用されるが、使用時の安全性を考慮すると吸水性樹脂粉末に含まれるグリシジル系架橋剤は少ない方がよい。したがって吸水性樹脂粉末に含まれる(残存する)グリシジル系架橋剤は、該吸水性樹脂粉末の乾燥基準に対して10ppm以下、好ましくは未検出(N.D.)レベル、更に好ましくはグリシジル架橋剤未使用である。吸水性樹脂粉末に含まれるグリシジル系架橋剤が、該吸水性樹脂粉末の乾燥基準に対して10ppm以下であれば、該吸水性樹脂がアルカリ金属塩水溶液と共に発熱体組成物に使用された際、好ましくは化学カイロに使用された際、(残存)グリシジル系架橋剤がアルカリ金属塩水溶液により希釈され、未検出(N.D.)レベルに低減され得る。
本発明の発熱体組成物用吸水性樹脂粉末、好ましくは化学カイロ用吸水性樹脂粉末は本発明の課題(発熱体組成物の製造時、好ましくは化学カイロ製造時の凝集や付着防止)の解決のために上記4つの物性を同時に満足するものであるが、本発明の効果をより一層向上させるために吸水性樹脂粉末の他の物性を調整してもよい。また本発明の上記効果を阻害しない範囲で吸水性樹脂粉末の通液性などの各種物性を適宜調整してもよい。
(2-5)[保水能力]
(a)[保水能DW2min](Demand Wettability)
本発明では発熱体組成物用、好ましくは化学カイロ用に上記4つの物性を特定範囲に制御することで課題を解決したが、さらに、本発明では発熱体組成物用吸水性樹脂、好ましくは化学カイロ用吸水性樹脂に適した新規パラメーターとして保水能DW2minを提供する。
本発明の新規パラメーターである吸水性樹脂粉末の保水能DW2minは発熱体組成物向け吸水性樹脂、好ましくは化学カイロ向け吸水性樹脂において、短時間での高濃度塩水の吸水能を示す指標である。吸水性樹脂粉末の保水能DW2minが低いと吸水が十分でない状態で混合されて混合物の粘着性が高くなったり、容器への付着量が多くなることがある。したがって吸水性樹脂粉末の保水能DW2minは好ましくは8.0g/g以上、より好ましくは8.5g/g以上であって、好ましくは15.0g/g以下、より好ましくは12.0g/g以下である。なお、吸水性樹脂粉末のDW2minは、吸水性樹脂粉末の嵩比重を適切に制御することで調整できる。
(a)[保水能DW2min](Demand Wettability)
本発明では発熱体組成物用、好ましくは化学カイロ用に上記4つの物性を特定範囲に制御することで課題を解決したが、さらに、本発明では発熱体組成物用吸水性樹脂、好ましくは化学カイロ用吸水性樹脂に適した新規パラメーターとして保水能DW2minを提供する。
本発明の新規パラメーターである吸水性樹脂粉末の保水能DW2minは発熱体組成物向け吸水性樹脂、好ましくは化学カイロ向け吸水性樹脂において、短時間での高濃度塩水の吸水能を示す指標である。吸水性樹脂粉末の保水能DW2minが低いと吸水が十分でない状態で混合されて混合物の粘着性が高くなったり、容器への付着量が多くなることがある。したがって吸水性樹脂粉末の保水能DW2minは好ましくは8.0g/g以上、より好ましくは8.5g/g以上であって、好ましくは15.0g/g以下、より好ましくは12.0g/g以下である。なお、吸水性樹脂粉末のDW2minは、吸水性樹脂粉末の嵩比重を適切に制御することで調整できる。
吸水性樹脂粉末とアルカリ金属塩水溶液(特に高濃度塩水)とを混合した際にDWが低いと吸水性樹脂粉末の表面の粘着性が高くなって吸水性樹脂粉末が混合容器壁面に付着したり、壁面に付着した吸水性樹脂粉末同士がくっついて凝集する可能性もある。一方、DWを向上させても無加圧下吸水倍率(CRC)が32g/gよりも高いと吸水性樹脂粉末の表面が膨潤して粘着性が高くなると共に吸水性樹脂粉末の強度も低下するため、活性炭などとの混合性が低下する可能性もある。
(b)[PDAUP](WSP243.3(10)で規定)
PDAUPは上記所定の条件下(0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する荷重条件4.83kPaで測定時の吸水性樹脂5.0g)での加圧下拡散吸水倍率である。なお、後述のAAPは上記4つの組み合わせの物性規定で荷重条件4.83kPaで測定時の吸水性樹脂0.9gでの吸水倍率である。
PDAUPが低いと通液性が低いことを意味する。本発明では上記構成を満足する吸水性樹脂粉末のPDAUPを好ましくは6.0g/g以上、より好ましくは10.0g/g以上、更に好ましくは15.0g/g以上であって、好ましくは40.0g/g以下、より好ましくは35.0g/g以下、更に好ましくは30.0g/g以下とすることが望ましい。吸水性樹脂粉末の物性である無加圧下吸水倍率(CRC)と通液性(PDAUP)には相関があり、無加圧下吸水倍率(CRC)が高いと通液性は下がる傾向にあるため、例えば本実施例に示す比較例5のようにCRCが32.0g/g以下であっても通液性(PDAUP)が低い場合、上記混合して得られた調合物全体にアルカリ金属塩水溶液を行き渡させることができず、良好な混合状態にできないことがある。一方、上記CRC等とPDAUPを満足する吸水性樹脂粉末は、無加圧下吸水倍率(CRC)と通液性(PDAUP)との関係性に優れているため、調合物全体にアルカリ金属塩水溶液を行き渡らせることができるため、実施例1に示す様に良好な混合状態が得られる。なお、吸水性樹脂粉末のPDAUPは、CRCを適切に制御することや、表面架橋(2次架橋)を吸水性樹脂粒子表面に均一に施すことで調整できる。
PDAUPは上記所定の条件下(0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する荷重条件4.83kPaで測定時の吸水性樹脂5.0g)での加圧下拡散吸水倍率である。なお、後述のAAPは上記4つの組み合わせの物性規定で荷重条件4.83kPaで測定時の吸水性樹脂0.9gでの吸水倍率である。
PDAUPが低いと通液性が低いことを意味する。本発明では上記構成を満足する吸水性樹脂粉末のPDAUPを好ましくは6.0g/g以上、より好ましくは10.0g/g以上、更に好ましくは15.0g/g以上であって、好ましくは40.0g/g以下、より好ましくは35.0g/g以下、更に好ましくは30.0g/g以下とすることが望ましい。吸水性樹脂粉末の物性である無加圧下吸水倍率(CRC)と通液性(PDAUP)には相関があり、無加圧下吸水倍率(CRC)が高いと通液性は下がる傾向にあるため、例えば本実施例に示す比較例5のようにCRCが32.0g/g以下であっても通液性(PDAUP)が低い場合、上記混合して得られた調合物全体にアルカリ金属塩水溶液を行き渡させることができず、良好な混合状態にできないことがある。一方、上記CRC等とPDAUPを満足する吸水性樹脂粉末は、無加圧下吸水倍率(CRC)と通液性(PDAUP)との関係性に優れているため、調合物全体にアルカリ金属塩水溶液を行き渡らせることができるため、実施例1に示す様に良好な混合状態が得られる。なお、吸水性樹脂粉末のPDAUPは、CRCを適切に制御することや、表面架橋(2次架橋)を吸水性樹脂粒子表面に均一に施すことで調整できる。
[3]更なる物性
本発明の吸水性樹脂粉末は、下記の物性を更に満たすことが好ましい。吸水性樹脂粉末が下記の各物性を満たすことで本発明の効果がより一層高くなる。
本発明の吸水性樹脂粉末は、下記の物性を更に満たすことが好ましい。吸水性樹脂粉末が下記の各物性を満たすことで本発明の効果がより一層高くなる。
AAP(圧力に対する吸水性)(ERT442.2-02)
本発明で得られる吸水性樹脂粉末のAAP(加圧下吸水倍率(0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する荷重条件4.83kPaで測定時の吸水性樹脂0.9g))は、4.8kPaの加圧下におけるAAPとして、20[g/g]以上が好ましく、22[g/g]以上がより好ましく、24[g/g]以上が更に好ましい。なお、上記PDAUPは荷重条件4.83kPaで測定時の吸水性樹脂5.0gでの吸水倍率である。
AAPの上限値は、特に限定されないが、他の物性とのバランスから、35[g/g]以下が好ましく、30[g/g]以下がより好ましく、28[g/g]以下が更に好ましい。当該AAPに優れる吸水性樹脂粉末を用いることで、発熱体組成物を製造する際、好ましくは化学カイロを製造する際、材料の自重により吸水性能が低下することを抑制できる。
尚、当該AAPは、粒度制御後の表面架橋によって向上させることができ、上記範囲となるまで表面架橋を行うことによって得られる。
本発明で得られる吸水性樹脂粉末のAAP(加圧下吸水倍率(0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する荷重条件4.83kPaで測定時の吸水性樹脂0.9g))は、4.8kPaの加圧下におけるAAPとして、20[g/g]以上が好ましく、22[g/g]以上がより好ましく、24[g/g]以上が更に好ましい。なお、上記PDAUPは荷重条件4.83kPaで測定時の吸水性樹脂5.0gでの吸水倍率である。
AAPの上限値は、特に限定されないが、他の物性とのバランスから、35[g/g]以下が好ましく、30[g/g]以下がより好ましく、28[g/g]以下が更に好ましい。当該AAPに優れる吸水性樹脂粉末を用いることで、発熱体組成物を製造する際、好ましくは化学カイロを製造する際、材料の自重により吸水性能が低下することを抑制できる。
尚、当該AAPは、粒度制御後の表面架橋によって向上させることができ、上記範囲となるまで表面架橋を行うことによって得られる。
PSD(粒度分布)
本発明で得られる吸水性樹脂粉末の物性向上を考慮すると分級後の吸水性樹脂粒子の重量平均粒子径(D50)は、好ましくは250~500μm、より好ましくは280~500μm、更に好ましくは300~450μmである。また、目開き150μmの篩(JIS標準篩)を通過する微細な粒子は、吸水性樹脂粒子全体に対して、好ましくは0~25重量%、より好ましくは0~15重量%、更に好ましくは0~10重量%である。また目開き850μm以上(或いは710μm以上)(JIS標準篩)を通過しない巨大な粒子は少ないほどよく、吸水性樹脂粒子全体に対して、好ましくは0~3重量%、より好ましくは0~1重量%、更に好ましくは0重量%である。また本発明では粒子径が150μm以上850μm未満である粒子の割合、更には150μm以上710μm未満である粒子の割合が、吸水性樹脂粒子全体に対して、好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上(上限は100重量%)に調整される。更に、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0.25~0.50、更に好ましくは0.25~0.45、特に好ましくは0.30~0.40である。
これらの粒度は、欧州特許第0349240号明細書7頁25~43行に記載された「(1) Average Particle Diameter and Distribution of Particle Diameter」と同様の方法で測定できる。なお、粒度測定で使用する標準篩(目開き)は、対象物の粒度によって適宜追加してもよい。例えば、目開きが710μm、600μm等の標準篩を追加し、目的の平均粒子径が得られるよう篩い分けを行うと良い。上記表面架橋前の粒度は、好ましくは表面架橋後、更には最終製品(吸水性樹脂粉末)にも適用される。
本発明で得られる吸水性樹脂粉末の物性向上を考慮すると分級後の吸水性樹脂粒子の重量平均粒子径(D50)は、好ましくは250~500μm、より好ましくは280~500μm、更に好ましくは300~450μmである。また、目開き150μmの篩(JIS標準篩)を通過する微細な粒子は、吸水性樹脂粒子全体に対して、好ましくは0~25重量%、より好ましくは0~15重量%、更に好ましくは0~10重量%である。また目開き850μm以上(或いは710μm以上)(JIS標準篩)を通過しない巨大な粒子は少ないほどよく、吸水性樹脂粒子全体に対して、好ましくは0~3重量%、より好ましくは0~1重量%、更に好ましくは0重量%である。また本発明では粒子径が150μm以上850μm未満である粒子の割合、更には150μm以上710μm未満である粒子の割合が、吸水性樹脂粒子全体に対して、好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上(上限は100重量%)に調整される。更に、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0.25~0.50、更に好ましくは0.25~0.45、特に好ましくは0.30~0.40である。
これらの粒度は、欧州特許第0349240号明細書7頁25~43行に記載された「(1) Average Particle Diameter and Distribution of Particle Diameter」と同様の方法で測定できる。なお、粒度測定で使用する標準篩(目開き)は、対象物の粒度によって適宜追加してもよい。例えば、目開きが710μm、600μm等の標準篩を追加し、目的の平均粒子径が得られるよう篩い分けを行うと良い。上記表面架橋前の粒度は、好ましくは表面架橋後、更には最終製品(吸水性樹脂粉末)にも適用される。
[4]発熱体組成物への使用、好ましくは化学カイロへの使用
本発明には本発明の上記吸水性樹脂粉末の発熱体組成物への使用、好ましくは化学カイロへの使用も含まれる。該発熱体組成物、好ましくは該化学カイロには活性炭、前記吸水性樹脂粉末、アルカリ金属塩水溶液を含むものであり、更に好ましくは金属粉末などが含まれる。
本発明には本発明の上記吸水性樹脂粉末の発熱体組成物への使用、好ましくは化学カイロへの使用も含まれる。該発熱体組成物、好ましくは該化学カイロには活性炭、前記吸水性樹脂粉末、アルカリ金属塩水溶液を含むものであり、更に好ましくは金属粉末などが含まれる。
活性炭は、金属粉末に酸素を供給するものであり、各種公知の活性炭を用いることができる。例えばヤシ殻、木材、石炭、石油ピッチ、樹脂など各種公知原料から調製された活性炭を用いることができる。もちろん市販されている各種活性炭も使用可能である。
アルカリ金属塩水溶液は、金属粉末の酸化を促進する触媒作用を有するアルカリ金属の塩化物を含む液体である。アルカリ金属水溶液は好ましくは塩化ナトリウム水溶液、塩化リチウム水溶液、塩化カリウム水溶液であり、より好ましくは塩化ナトリウム水溶液である。濃度は特に限定されないが、濃度は高いほど、触媒効果も高いため、好ましくは濃度1%以上、より好ましくは3%以上、更に好ましくは5%以上であって、好ましくは使用温度での飽和濃度未満、より好ましくは30%以下、更に好ましくは20%以下の高濃度塩水である。例えばアルカリ金属塩水溶液は濃度1%以上の塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。
金属粉末としては、酸化により発熱する金属であれば特に限定されず、鉄粉、アルミニウム粉など各種公知の金属粉末を用いることができる。
[5]発熱体組成物、好ましくは化学カイロ用組成物
発熱体組成物、好ましくは化学カイロ組成物は上記材料、すなわち、本発明の吸水性樹脂粉末(好ましくは上記DWおよび/または上記PDAUPを満足する吸水性樹脂粉末)、活性炭、アルカリ金属塩水溶液を含んでいればよいが、必要に応じて、フィラー、界面活性剤等や、また、吸水性樹脂粉末以外の保水剤として、バーミキュライト等、各種公知の添加剤が含まれていてもよい。また発熱体組成物、好ましくは化学カイロは不織布など通気性を有する袋体に封入して発熱体組成物、好ましくは化学カイロとして用いることができる。
発熱体組成物、好ましくは化学カイロ組成物は上記材料、すなわち、本発明の吸水性樹脂粉末(好ましくは上記DWおよび/または上記PDAUPを満足する吸水性樹脂粉末)、活性炭、アルカリ金属塩水溶液を含んでいればよいが、必要に応じて、フィラー、界面活性剤等や、また、吸水性樹脂粉末以外の保水剤として、バーミキュライト等、各種公知の添加剤が含まれていてもよい。また発熱体組成物、好ましくは化学カイロは不織布など通気性を有する袋体に封入して発熱体組成物、好ましくは化学カイロとして用いることができる。
上記発熱体組成物の各含有量、好ましくはカイロ用組成物の各含有量は特に限定されず、適宜調整すればよい。例えば、吸水性樹脂粉末1重量部に対し、活性炭0.5~10重量部、アルカリ金属塩水溶液5~20重量部、金属粉末10~50重量部が使用できる。
[6]発熱体組成物の調合、好ましくは化学カイロの調合
発熱体組成物の製造方法、好ましくは化学カイロの製造方法は特に限定されず、各種公知の製造方法を採用できる。例えば予め活性炭、本発明の吸水性樹脂粉末、及びアルカリ金属塩水溶液とを混合して発熱体組成物用材料、好ましくは化学カイロ用材料を準備し、該発熱体組成物用材料、好ましくは該化学カイロ用材料と金属粉末とを混合して、さらに空気と遮断するようにシールすることで発熱体組成物、好ましくは化学カイロとすることができる。
発熱体組成物の製造方法、好ましくは化学カイロの製造方法は特に限定されず、各種公知の製造方法を採用できる。例えば予め活性炭、本発明の吸水性樹脂粉末、及びアルカリ金属塩水溶液とを混合して発熱体組成物用材料、好ましくは化学カイロ用材料を準備し、該発熱体組成物用材料、好ましくは該化学カイロ用材料と金属粉末とを混合して、さらに空気と遮断するようにシールすることで発熱体組成物、好ましくは化学カイロとすることができる。
(発熱体組成物用材料の調合、好ましくは化学カイロ用材料の調合)
また上記発熱体組成物用材料、好ましくは上記化学カイロ用材料を構成する活性炭、本発明の吸水性樹脂粉末、及びアルカリ金属塩水溶液の混合割合、混合条件は各種公知の条件を採用できる。上記発熱体組成物用材料、好ましくは化学カイロ用材料の調合において本発明の吸水性樹脂粉末を用いると、混合時に問題となる吸水性樹脂粉末の凝集物の形成や容器内壁などへの付着など上記各種問題を抑制することができるため、得られた化学カイロ用材料の粒径の均一度が高く、また製造ロスも少なくできる。また該化学カイロ用材料を用いた化学カイロは、金属粉末と化学カイロ用材料との混合の均一性が高いため、発熱部の偏在を抑制できる。
また上記発熱体組成物用材料、好ましくは上記化学カイロ用材料を構成する活性炭、本発明の吸水性樹脂粉末、及びアルカリ金属塩水溶液の混合割合、混合条件は各種公知の条件を採用できる。上記発熱体組成物用材料、好ましくは化学カイロ用材料の調合において本発明の吸水性樹脂粉末を用いると、混合時に問題となる吸水性樹脂粉末の凝集物の形成や容器内壁などへの付着など上記各種問題を抑制することができるため、得られた化学カイロ用材料の粒径の均一度が高く、また製造ロスも少なくできる。また該化学カイロ用材料を用いた化学カイロは、金属粉末と化学カイロ用材料との混合の均一性が高いため、発熱部の偏在を抑制できる。
本発明の吸水性樹脂粉末を使用した発熱体組成物用材料の調合、好ましくは化学カイロ用材料の調合とは、本発明の吸水性樹脂粉末とアルカリ金属塩水溶液とを混合した後、活性炭を添加、混合してもよいし、あるいは;本発明の吸水性樹脂粉末、アルカリ金属塩水溶液及び、活性炭とを同時に混合してもよいし、あるいは;本発明の吸水性樹脂粉末と活性炭とを混合した後、アルカリ金属塩水溶液を添加、混合してもよい。その際、必要に応じて公知の添加剤を加えて混合してもよい。
[7]上記発熱体組成物用吸水性樹脂粉末の製造方法、好ましくは化学カイロ用吸水性樹脂粉末の製造方法
本発明の上記発熱体組用吸水性樹脂粉末、好ましくは化学カイロ用吸水性樹脂粉末は重合体としてポリアクリル酸(塩)を選択し、さらに上記4つの物性(吸水倍率、嵩比重、重量平均粒子径、残存グリシジル架橋剤)を上記範囲に制御すればよい。例えば、吸水性樹脂の吸水倍率、嵩比重、重量平均粒子径、残存グリシジル架橋剤のひとつ以上について記載された特許文献を適宜参考にして下記製造方法で製造できるが、本発明の吸水性樹脂粉末の製造方法は下記製法に限定されず、上記物性を有する吸水性樹脂粉末の製造方法はいずれも採用可能である。
本発明の上記発熱体組用吸水性樹脂粉末、好ましくは化学カイロ用吸水性樹脂粉末は重合体としてポリアクリル酸(塩)を選択し、さらに上記4つの物性(吸水倍率、嵩比重、重量平均粒子径、残存グリシジル架橋剤)を上記範囲に制御すればよい。例えば、吸水性樹脂の吸水倍率、嵩比重、重量平均粒子径、残存グリシジル架橋剤のひとつ以上について記載された特許文献を適宜参考にして下記製造方法で製造できるが、本発明の吸水性樹脂粉末の製造方法は下記製法に限定されず、上記物性を有する吸水性樹脂粉末の製造方法はいずれも採用可能である。
(7-1)重合工程
本工程は、原料(単量体)としてアクリル酸(塩)を主成分として含む水溶液(以下、「単量体水溶液」と称することがある)を好ましくは水溶液状体で重合して、含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称することがある)を得る工程である。
本工程は、原料(単量体)としてアクリル酸(塩)を主成分として含む水溶液(以下、「単量体水溶液」と称することがある)を好ましくは水溶液状体で重合して、含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称することがある)を得る工程である。
(単量体)
単量体水溶液中の単量体(モノマー)濃度は、好ましくは10~80重量%、より好ましくは20~80重量%、更に好ましくは30~70重量%、特に好ましくは40~60重量%である。
単量体水溶液中の単量体(モノマー)濃度は、好ましくは10~80重量%、より好ましくは20~80重量%、更に好ましくは30~70重量%、特に好ましくは40~60重量%である。
上記単量体水溶液の重合により得られる含水ゲルは、吸水性能や残存モノマーを考慮すると重合体の酸基の少なくとも一部が中和されていることが好ましい。かかる部分中和塩としては特に限定されないが、吸水性能を考慮すると好ましくはアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩から選ばれる一価塩、より好ましくはアルカリ金属塩、更に好ましくはナトリウム塩、リチウム塩、カリウム塩から選ばれるアルカリ金属塩、特に好ましくはナトリウム塩である。上記中和に用いられる塩基性物質としては特に限定されないが、好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属の水酸化物、炭酸(水素)ナトリウム、炭酸(水素)カリウム等の炭酸(水素)塩等の一価の塩基性物質、より好ましくは水酸化ナトリウムである。
上記中和は、重合前、重合中または重合後でのそれぞれの形態・状態で行うことができる。例えば、未中和または低中和(例えば、0~30モル%)のアクリル酸を重合して得られる含水ゲルを中和、特にゲル粉砕と同時に中和を行うこともできる。生産性や物性向上等を考慮すると好ましくは重合前のアクリル酸に対して中和を行うことである。すなわち、中和されたアクリル酸(アクリル酸の部分中和塩)を単量体として使用することが好ましい。
上記中和における中和率は、特に限定されないが、最終的な吸水性樹脂粉末として好ましくは10~100モル%、より好ましくは30~95モル%、更に好ましくは45~90モル%、特に好ましくは60~80モル%である。また中和温度についても特に限定されないが、好ましくは10~100℃、より好ましくは30~90℃である。その他の中和処理条件として好ましくは欧州特許第574260号に開示された条件が本発明に適用される。上記中和率の含水ゲルを下記ゲル粉砕工程においてゲル粉砕することが好ましい。
本発明で得られる吸水性樹脂粉末の物性改善を目的として、澱粉、セルロース、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(塩)、ポリエチレンイミン等の水溶性樹脂または吸水性樹脂;炭酸塩、アゾ化合物、気泡等の各種発泡剤;界面活性剤;添加剤等の任意成分を、単量体水溶液、含水ゲル、乾燥重合体または吸水性樹脂等、本発明の製造工程の何れかにおいて添加してもよい。これら任意成分の添加量は、上記水溶性樹脂または吸水性樹脂の場合、単量体に対して合計(単独の場合は1種、複数の場合は合計、以下同じ)で、好ましくは0~50重量%、より好ましくは0~20重量%、更に好ましくは0~10重量%、特に好ましくは0~3重量%である。一方、上記発泡剤、界面活性剤または添加剤の場合、単量体に対して合計で、好ましくは0~5重量%、より好ましくは0~1重量%である。なお、上記水溶液樹脂または吸水性樹脂の添加によって、グラフト重合体または吸水性樹脂組成物が得られるが、これら澱粉-アクリル酸重合体、PVA-アクリル酸重合体等も本発明ではポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂として扱う。
更に、本発明で得られる吸水性樹脂粉末の性能向上や劣化防止の観点から、キレート剤、α-ヒドロキシカルボン酸化合物、無機還元剤を使用してもよく、好ましくはキレート剤である。これらの使用量としては、吸水性樹脂粉末に対して合計で好ましくは10~5000ppm、より好ましくは10~1000ppm、更に好ましくは50~1000ppm、特に好ましくは100~1000ppmである。上記キレート剤として米国特許第6599989号や国際公開第2008/090961号パンフレットに開示される化合物が例示され、好ましくはアミノカルボン酸系金属キレート剤や多価リン酸系化合物、後記実施例で使用しているキレート剤である。
本発明ではアクリル酸(塩)を主成分として使用する場合に、アクリル酸(塩)以外の親水性または疎水性の不飽和単量体(以下、「他の単量体」を称する)を併用してもよい。他の単量体は特に限定されないが、メタクリル酸、(無水)マレイン酸、2-(メタ)アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリロキシアルカンスルホン酸、N-ビニル-2-ピロリドン、N-ビニルアセトアミド、(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ステアリルアクリレート、及びこれらの塩等が例示される。他の単量体の使用量は、得られる吸水性樹脂粉末の吸水性能を損なわない範囲で適宜決定すればよく、特に限定されないが、全単量体の重量に対して合計で好ましくは0~50モル%、より好ましくは0~30モル%、更に好ましくは0~10モル%である。
(内部架橋剤)
本発明において、得られる吸水性樹脂粉末の吸水性能の観点から、架橋剤(以下「内部架橋剤」と称することもある)を使用することが好ましい。内部架橋剤としては特に限定されないが、アクリル酸との重合性架橋剤、カルボキシル基との反応性架橋剤、またはこれらを併せ持った架橋剤等が例示される。
本発明において、得られる吸水性樹脂粉末の吸水性能の観点から、架橋剤(以下「内部架橋剤」と称することもある)を使用することが好ましい。内部架橋剤としては特に限定されないが、アクリル酸との重合性架橋剤、カルボキシル基との反応性架橋剤、またはこれらを併せ持った架橋剤等が例示される。
重合性架橋剤としては、N,N’-メチレンビスアクリルアミド、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリオキシエチレン)トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ポリ(メタ)アリロキシアルカン等分子内に重合性二重結合を少なくとも2個有する化合物が例示される。また反応性架橋剤としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のポリグリシジルエーテル;プロパンジオール、グリセリン、ソルビトール等の多価アルコール等の共有結合性架橋剤、アルミニウム塩等の多価金属化合物等のイオン結合性架橋剤が例示される。これらの中でも吸水性能を考慮すると好ましくはアクリル酸との重合性架橋剤であり、より好ましくはアクリレート系、アリル系、アクリルアミド系の重合性架橋剤である。これらの内部架橋剤は1種を単独で用いてもよいし、または2種以上を併用してもよい。重合性架橋剤と共有結合性架橋剤とを併用する場合の混合比率は好ましくは10:1~1:10である。
上記内部架橋剤の使用量は、物性を考慮すると架橋剤を除く上記単量体に対して、好ましくは0.001~5モル%、より好ましくは0.002~2モル%、更に好ましくは0.04~1モル%、特に好ましくは0.06~0.5モル%、最も好ましくは0.07~0.2モル%である。また本発明の特に好ましい実施形態では、上記重合性架橋剤の使用量は上記単量体に対して、好ましくは0.01~1モル%、より好ましくは0.04~0.5モル%、更に好ましくは0.05~0.1モル%である。
(重合開始剤)
重合開始剤は重合形態によって適宜選択すればよく、特に限定されないが、光分解型重合開始剤、熱分解型重合開始剤、レドックス系重合開始剤等が例示される。
重合開始剤は重合形態によって適宜選択すればよく、特に限定されないが、光分解型重合開始剤、熱分解型重合開始剤、レドックス系重合開始剤等が例示される。
光分解型重合開始剤としては、ベンゾイン誘導体、ベンジル誘導体、アセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、アゾ化合物等が挙げられる。また、上記熱分解型重合開始剤としては、例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩;過酸化水素、t-ブチルパーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシド等の過酸化物;2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジヒドロクロリド等のアゾ化合物等が例示される。また上記レドックス系重合開始剤としては、上記過硫酸塩や過酸化物にL-アスコルビン酸や亜硫酸水素ナトリウム等の還元性化合物を併用した系が例示される。更に好ましい実施態様として上記光分解型重合開始剤と熱分解型重合開始剤との併用が例示される。
上記重合開始剤の使用量は、上記単量体に対して好ましくは0.0001~1モル%、より好ましくは0.0005~0.5モル%である。重合開始剤の使用量が1モル%を超えると未反応のまま残存した開始剤が生じ、安全上問題であったり、経済的に好ましくない。一方、重合開始剤の使用量が0.0001モル%未満の場合、残存モノマーが増加することがあるため好ましくない。
(重合方法)
この重合工程で適用される重合方法は、特に限定されない。吸水特性や重合制御の容易性等の観点から、噴霧液滴重合、水溶液重合及び逆相懸濁重合が好ましく、水溶液重合及び逆相懸濁重合がより好ましく、水溶液重合が更に好ましい。中でも、連続水溶液重合が特に好ましい。この連続水溶液重合は、連続ベルト重合でもよいし、連続ニーダー重合でもよい。
上記連続ベルト重合の具体例は、米国特許第4893999号、米国特許第6241928号、米国特許出願公開第2005/215734号等に開示されている。上記連続ニーダー重合の具体例は、米国特許第6987151号、米国特許第6710141号等に開示されている。これらの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。
また、上記連続水溶液重合の好ましい一例として、高温開始重合や高濃度重合が挙げられる。「高温開始重合」とは、単量体水溶液の温度を好ましくは30℃以上、より好ましくは35℃以上、更に好ましくは40℃以上、特に好ましくは50℃以上(上限は沸点)の温度で重合を開始する重合方法をいい、「高濃度重合」とは、単量体濃度を好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、更に好ましくは40質量%以上、特に好ましくは45質量%以上(上限は飽和濃度)で重合を行う重合方法をいう。これらの重合方法を併用することもできる。
なお、重合中に固形分濃度を上昇させてもよい。このような固形分濃度の上昇の指標としての固形分上昇度は、下記式により定義される。
(固形分上昇度(質量%))=(重合後の含水ゲルの固形分濃度(質量%))-(単量体水溶液の固形分濃度(質量%))
ただし、単量体水溶液の固形分濃度とは下記式で求められる値である。この式において、重合系内の成分とは、単量体水溶液、グラフト成分、吸水性樹脂粉末及びその他固形物(例えば水不溶性微粒子等)である。逆相懸濁重合における疎水性溶媒は、重合系内の成分に含まれない。
(単量体水溶液の固形分(質量%))=((単量体成分+グラフト成分+吸水性樹脂粉末+その他固形物)の質量)/(重合系内の成分の質量)×100
好ましい固形分上昇度は、1質量%以上、より好ましくは2質量%以上である。
この重合工程で適用される重合方法は、特に限定されない。吸水特性や重合制御の容易性等の観点から、噴霧液滴重合、水溶液重合及び逆相懸濁重合が好ましく、水溶液重合及び逆相懸濁重合がより好ましく、水溶液重合が更に好ましい。中でも、連続水溶液重合が特に好ましい。この連続水溶液重合は、連続ベルト重合でもよいし、連続ニーダー重合でもよい。
上記連続ベルト重合の具体例は、米国特許第4893999号、米国特許第6241928号、米国特許出願公開第2005/215734号等に開示されている。上記連続ニーダー重合の具体例は、米国特許第6987151号、米国特許第6710141号等に開示されている。これらの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。
また、上記連続水溶液重合の好ましい一例として、高温開始重合や高濃度重合が挙げられる。「高温開始重合」とは、単量体水溶液の温度を好ましくは30℃以上、より好ましくは35℃以上、更に好ましくは40℃以上、特に好ましくは50℃以上(上限は沸点)の温度で重合を開始する重合方法をいい、「高濃度重合」とは、単量体濃度を好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、更に好ましくは40質量%以上、特に好ましくは45質量%以上(上限は飽和濃度)で重合を行う重合方法をいう。これらの重合方法を併用することもできる。
なお、重合中に固形分濃度を上昇させてもよい。このような固形分濃度の上昇の指標としての固形分上昇度は、下記式により定義される。
(固形分上昇度(質量%))=(重合後の含水ゲルの固形分濃度(質量%))-(単量体水溶液の固形分濃度(質量%))
ただし、単量体水溶液の固形分濃度とは下記式で求められる値である。この式において、重合系内の成分とは、単量体水溶液、グラフト成分、吸水性樹脂粉末及びその他固形物(例えば水不溶性微粒子等)である。逆相懸濁重合における疎水性溶媒は、重合系内の成分に含まれない。
(単量体水溶液の固形分(質量%))=((単量体成分+グラフト成分+吸水性樹脂粉末+その他固形物)の質量)/(重合系内の成分の質量)×100
好ましい固形分上昇度は、1質量%以上、より好ましくは2質量%以上である。
上記重合方法において、さらに発泡させることは、低い嵩比重の調整に好ましい一例である(例えば本件実施例4、5参照)。発泡重合としては、単量体または重合体に導入する気泡としてモノマー水溶液に発泡剤(例えば、炭酸塩や炭酸水素塩や有機溶媒)を添加する方法、不活性ガスを吹き込む方法、溶存ガスの溶解度を低下させて溶存気体由来の気泡を単量体に発生させ分散させる方法、重合時の水分蒸発(特に沸騰重合)で気泡を発生させる方法などがあり、さらに、気泡安定化のために界面活性剤や水溶性ポリマー(増粘剤)を添加する方法などが挙げられる。例えば、発泡重合として、WO2011/078298、WO2010/095427、WO2013/072268、WO2016/204390などの方法が適宜参照できる。
発泡重合に任意に使用できる界面活性剤(気泡安定化剤)、発泡剤、水溶性ポリマー(気泡安定化のための増粘剤)は適宜選択でき、特に界面活性剤が好適に使用される。使用量としては、吸水性樹脂の原料の単量体の固型分100重量部に対して、界面活性剤であれば0~1重量部が好ましく、0~0.1重量部がより好ましい。発泡剤の使用量としては、0~5重量部が好ましく、さらには0~3重量部が好ましい。水溶性ポリマーの使用量としては、0~30重量部が好ましく、さらには0~5重量部が好ましい。使用量の下限としては0であればよく、好ましくは0.01重量部以上であればよい。炭酸塩(炭酸水素塩)などの発泡剤での発泡重合する場合、重合または重合後の乾燥時に発泡剤での発泡が起こる。また発泡剤での発泡以外に、任意に気泡安定剤である界面活性剤や水溶性ポリマーに、気泡を導入した気泡分散状態の単量体水溶液を混合して重合してもよく、気泡導入によって単量体水溶性の体積が好ましくは1.001~10倍、より好ましくは1.01~5倍、さらには1.05~2倍に膨張した状態で重合すればよい。
ここで、得られた吸水性樹脂粉末が発泡体であることは後述の造粒物と同様に、SEM写真や空隙率や内部気泡率で確認できる。発泡重合で本発明の嵩比重の吸水性樹脂粉末を得る場合、吸水性樹脂粉末の表面に形成される凹み部分の孔径が、好ましくは0.1~100μm、さらには1~50μm、特に2~40μmとなるよう発泡重合させればよい。
発泡重合に任意に使用できる界面活性剤(気泡安定化剤)、発泡剤、水溶性ポリマー(気泡安定化のための増粘剤)は適宜選択でき、特に界面活性剤が好適に使用される。使用量としては、吸水性樹脂の原料の単量体の固型分100重量部に対して、界面活性剤であれば0~1重量部が好ましく、0~0.1重量部がより好ましい。発泡剤の使用量としては、0~5重量部が好ましく、さらには0~3重量部が好ましい。水溶性ポリマーの使用量としては、0~30重量部が好ましく、さらには0~5重量部が好ましい。使用量の下限としては0であればよく、好ましくは0.01重量部以上であればよい。炭酸塩(炭酸水素塩)などの発泡剤での発泡重合する場合、重合または重合後の乾燥時に発泡剤での発泡が起こる。また発泡剤での発泡以外に、任意に気泡安定剤である界面活性剤や水溶性ポリマーに、気泡を導入した気泡分散状態の単量体水溶液を混合して重合してもよく、気泡導入によって単量体水溶性の体積が好ましくは1.001~10倍、より好ましくは1.01~5倍、さらには1.05~2倍に膨張した状態で重合すればよい。
ここで、得られた吸水性樹脂粉末が発泡体であることは後述の造粒物と同様に、SEM写真や空隙率や内部気泡率で確認できる。発泡重合で本発明の嵩比重の吸水性樹脂粉末を得る場合、吸水性樹脂粉末の表面に形成される凹み部分の孔径が、好ましくは0.1~100μm、さらには1~50μm、特に2~40μmとなるよう発泡重合させればよい。
上記重合は空気雰囲気下でも実施できるが、水蒸気、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気(例えば、酸素濃度1容積%以下)下で実施することが好ましい。更には単量体または単量体を含む溶液中の溶存酸素を不活性ガスで置換(脱気)(例えば、酸素1[mg/L]未満)した後に、重合することが好ましい。このような脱気を行っても単量体の安定性に優れ、重合前のゲル化が起らず、より高物性の吸水性樹脂粉末を提供できる。
(7-2)ゲル粉砕工程
本工程は、重合中または重合後の含水ゲル状架橋重合体を細分化して粒子状の含水ゲル状架橋重合体(以下、「粒子状含水ゲル」と称することがある)を得る工程である。下記(7-4)粉砕工程・分級工程での「粉砕」と区別するために本工程を「ゲル粉砕」という。
本工程は、重合中または重合後の含水ゲル状架橋重合体を細分化して粒子状の含水ゲル状架橋重合体(以下、「粒子状含水ゲル」と称することがある)を得る工程である。下記(7-4)粉砕工程・分級工程での「粉砕」と区別するために本工程を「ゲル粉砕」という。
従来のゲル粉砕技術は、米国特許第7694900号、同第6565768号、及び同第6140395等に開示されているようにできるだけせん断力を与えない技術が主流であったが、本発明は従来以上のせん断力を与え、上記所定の嵩密度となるまでせん断することに特徴がある。ゲル粉砕の実施形態や稼働条件等に関しては、例えばゲル粉砕工程を強ゲル粉砕、好ましくは特許文献10(国際公開第2011/126079号パンフレット)に記載されたゲル粉砕方法において、嵩比重が本発明の規定を満たすまで、特許文献10のゲル粉砕エネルギー(GGE)の中でもより高いゲル粉砕エネルギー、さらには特許文献10のゲル粉砕エネルギーを超える条件で採用することで表面架橋後の吸水性樹脂の嵩密度を高めることができる(例えば本件実施例1~3参照)。また例えばミートチョッパーなどの粉砕装置のダイス孔径、含水ゲルの投入量、水添加量、温度、スクリュー軸の回転数などの粉砕条件を適切に制御することで不定形破砕状、かつ所望の嵩密度等を有する粒子状含水ゲルが得られる。
なお、特許文献10はゲル粉砕エネルギー(GGE)が吸水速度(FSR)に与える影響は開示するが、ゲル粉砕エネルギー(GGE)が嵩比重に与える影響の記載はなく、本発明で、特許文献10での嵩比重が低減できることを見出し、本発明のカイロ向け吸水性樹脂の嵩比重の制御方法の一例(例えば本件実施例1~3参照)として、かかる特許文献10のゲル粉砕をカイロ向け吸水性樹脂の製造方法に適用できる。
なお、特許文献10はゲル粉砕エネルギー(GGE)が吸水速度(FSR)に与える影響は開示するが、ゲル粉砕エネルギー(GGE)が嵩比重に与える影響の記載はなく、本発明で、特許文献10での嵩比重が低減できることを見出し、本発明のカイロ向け吸水性樹脂の嵩比重の制御方法の一例(例えば本件実施例1~3参照)として、かかる特許文献10のゲル粉砕をカイロ向け吸水性樹脂の製造方法に適用できる。
(a)ゲル温度
ゲル粉砕前の含水ゲルの温度(ゲル温度)は、粒度制御や物性を考慮すると好ましくは40~120℃、より好ましくは60℃~120℃、さらに好ましくは60~110℃、特に好ましくは65℃~110℃である。上記ゲル温度が40℃未満の場合、含水ゲルの特性上、硬度が増してゲル粉砕時に粒子形状や粒度分布の制御が困難になることがある。一方、ゲル温度が120℃を超えると含水ゲルの軟度が増して粒子形状や粒度分布の制御が困難になることがある。ゲル温度は、重合温度や重合後の加熱、保温または冷却等で適宜制御できる。
ゲル粉砕前の含水ゲルの温度(ゲル温度)は、粒度制御や物性を考慮すると好ましくは40~120℃、より好ましくは60℃~120℃、さらに好ましくは60~110℃、特に好ましくは65℃~110℃である。上記ゲル温度が40℃未満の場合、含水ゲルの特性上、硬度が増してゲル粉砕時に粒子形状や粒度分布の制御が困難になることがある。一方、ゲル温度が120℃を超えると含水ゲルの軟度が増して粒子形状や粒度分布の制御が困難になることがある。ゲル温度は、重合温度や重合後の加熱、保温または冷却等で適宜制御できる。
(b)樹脂固形分
ゲル粉砕前の含水ゲルの樹脂固形分は、物性の観点から、10~80重量%であり、好ましくは30~80重量%、より好ましくは40~80重量%、更に好ましくは45~60重量%であり、特に好ましくは50~60重量%である。上記樹脂固形分が10重量%未満の場合、含水ゲルの軟度が増し、逆に上記樹脂固形分が80重量%を超える場合、含水ゲルの硬度が増すため、粒子形状や粒度分布の制御が困難になる虞があるため、好ましくない。かような含水ゲルの樹脂固形分は、重合濃度や重合中の水分蒸発、重合工程への吸水性樹脂微粉の添加(微粉リサイクル工程)、必要により重合後の水添加や部分乾燥等で適宜制御することができる。
ゲル粉砕前の含水ゲルの樹脂固形分は、物性の観点から、10~80重量%であり、好ましくは30~80重量%、より好ましくは40~80重量%、更に好ましくは45~60重量%であり、特に好ましくは50~60重量%である。上記樹脂固形分が10重量%未満の場合、含水ゲルの軟度が増し、逆に上記樹脂固形分が80重量%を超える場合、含水ゲルの硬度が増すため、粒子形状や粒度分布の制御が困難になる虞があるため、好ましくない。かような含水ゲルの樹脂固形分は、重合濃度や重合中の水分蒸発、重合工程への吸水性樹脂微粉の添加(微粉リサイクル工程)、必要により重合後の水添加や部分乾燥等で適宜制御することができる。
なお、ゲル粉砕前の樹脂固形分は、ハサミやカッター等を使用して一辺が5mm以下、好ましくは1~3mmに切断・細粒化してから、乾燥減量によって求められる。
(c)ゲル粉砕機
本工程で使用するゲル粉砕装置としては、特に限定されず、バッチ型または連続型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や、押出機、ミートチョッパー、特にスクリュー型押出機等が挙げられる。
本工程で使用するゲル粉砕装置としては、特に限定されず、バッチ型または連続型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や、押出機、ミートチョッパー、特にスクリュー型押出機等が挙げられる。
好ましくはケーシングの一方の端部に多孔板が設置されたスクリュー型押出機であり、特開2000-63527号公報に開示されたスクリュー型押出機が例示される。
(d)添加剤の使用
添加剤や中和剤等を含水ゲルに添加・混練してゲル粉砕することもでき、こうして得られた吸水性樹脂を改質してもよい。具体的には、ゲル粉砕時に、塩基性物質を含む水溶液(例えば、10~50重量%の水酸化ナトリウム水溶液)を添加して中和(特に前述した中和率の範囲内)してもよいし、吸水性樹脂微粉(0.1~30重量%(対樹脂固形分)を添加して微粉リサイクルを行ってもよい。更に、重合開始剤や還元剤、キレート剤を0.001~3重量%(対樹脂固形分)、ゲル粉砕時に添加・混合して、残存モノマーの低減や耐久性を付与してもよい。
添加剤や中和剤等を含水ゲルに添加・混練してゲル粉砕することもでき、こうして得られた吸水性樹脂を改質してもよい。具体的には、ゲル粉砕時に、塩基性物質を含む水溶液(例えば、10~50重量%の水酸化ナトリウム水溶液)を添加して中和(特に前述した中和率の範囲内)してもよいし、吸水性樹脂微粉(0.1~30重量%(対樹脂固形分)を添加して微粉リサイクルを行ってもよい。更に、重合開始剤や還元剤、キレート剤を0.001~3重量%(対樹脂固形分)、ゲル粉砕時に添加・混合して、残存モノマーの低減や耐久性を付与してもよい。
(7-3)乾燥工程
本工程は、上記ゲル粉砕工程で得られた粒子状含水ゲルを乾燥し、乾燥重合体を得る工程であり、以下、本発明で好ましく適用される乾燥方法について説明する。
本工程は、上記ゲル粉砕工程で得られた粒子状含水ゲルを乾燥し、乾燥重合体を得る工程であり、以下、本発明で好ましく適用される乾燥方法について説明する。
本発明の乾燥工程における乾燥方法としては、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、ドラムドライヤー乾燥、疎水性有機溶媒との共沸脱水乾燥、高温の水蒸気を用いた高湿乾燥等、種々の乾燥方法が採用されるが、好ましくは熱風乾燥、より好ましくは露点が40~100℃、更に好ましくは露点が50~90℃の熱風乾燥が採用される。
また乾燥工程で使用される乾燥装置としては、より好ましい態様ではベルト型乾燥機が用いられ、その他必要により、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種または2種以上を併用することができる。中でも、乾燥速度の観点から熱風伝熱型乾燥機(以下、「熱風乾燥機」という)が好ましい。該熱風乾燥機として、通気ベルト(バンド)式、通気回路式、通気縦型式、平行流ベルト(バンド)式、通気トンネル式、通気溝型攪拌式、流動層式、気流式、噴霧式等の熱風乾燥機が挙げられる。本発明では、物性制御の観点から通気ベルト式熱風乾燥機が好ましい。
以下、本発明の乾燥工程における乾燥条件等について述べる。下記の乾燥条件で乾燥を行うことによって、得られる乾燥重合体を表面処理した吸水性樹脂粉末の通液性を向上させることができる。
(乾燥温度)
本発明の乾燥工程(好ましくは、上記通気ベルト型乾燥機)での乾燥温度は、100~300℃であり、好ましくは150~250℃、より好ましくは160~220℃、更に好ましくは170~200℃である。該乾燥温度を100~300℃とすることで、乾燥時間の短縮が可能となる。更に、得られる吸水性樹脂粉末の通液性や吸水速度が向上する傾向が見られる。なお、乾燥温度が300℃を超えると、高分子鎖がダメージを受け、物性が低下する虞がある。また、乾燥温度が100℃未満では、吸水速度に変化はなく、未乾燥物が生成し、後の粉砕工程時に詰まりが生じる虞がある。
本発明の乾燥工程(好ましくは、上記通気ベルト型乾燥機)での乾燥温度は、100~300℃であり、好ましくは150~250℃、より好ましくは160~220℃、更に好ましくは170~200℃である。該乾燥温度を100~300℃とすることで、乾燥時間の短縮が可能となる。更に、得られる吸水性樹脂粉末の通液性や吸水速度が向上する傾向が見られる。なお、乾燥温度が300℃を超えると、高分子鎖がダメージを受け、物性が低下する虞がある。また、乾燥温度が100℃未満では、吸水速度に変化はなく、未乾燥物が生成し、後の粉砕工程時に詰まりが生じる虞がある。
(乾燥時間)
本発明の乾燥工程(好ましくは、上記通気ベルト型乾燥機)での乾燥時間は、粒子状含水ゲルの表面積及び乾燥機の種類等に依存し、目的とする含水率となるように適宜設定すればよいが、好ましくは1分~10時間、より好ましくは5分~2時間、更に好ましくは10~120分間、特に好ましくは20~60分間である。
本発明の乾燥工程(好ましくは、上記通気ベルト型乾燥機)での乾燥時間は、粒子状含水ゲルの表面積及び乾燥機の種類等に依存し、目的とする含水率となるように適宜設定すればよいが、好ましくは1分~10時間、より好ましくは5分~2時間、更に好ましくは10~120分間、特に好ましくは20~60分間である。
また、上記ゲル粉砕工程から排出された粒子状含水ゲルが乾燥工程に導入されるまでの時間、即ち、粒子状含水ゲルがゲル粉砕機出口から乾燥機入口まで移動する時間は、短い方がよく、好ましくは2時間以内、より好ましくは1時間以内、更に好ましくは30分以内、特に好ましくは10分以内、最も好ましくは2分以内である。
(熱風の露点)
本発明の乾燥工程において、上記通気ベルト型乾燥機で用いられる熱風は、少なくとも水蒸気を含有し、かつ露点が好ましくは30~100℃、より好ましくは30~80℃であることが好ましい。熱風の露点や更に好ましくはゲル粒径を上記範囲に制御することで残存モノマーを低減することができ、更に、乾燥重合体の嵩比重の低下を防止することができる。なお、上記露点は、粒子状含水ゲルの含水率が少なくとも10重量%以上、好ましくは20重量%以上の時点での値とする。
本発明の乾燥工程において、上記通気ベルト型乾燥機で用いられる熱風は、少なくとも水蒸気を含有し、かつ露点が好ましくは30~100℃、より好ましくは30~80℃であることが好ましい。熱風の露点や更に好ましくはゲル粒径を上記範囲に制御することで残存モノマーを低減することができ、更に、乾燥重合体の嵩比重の低下を防止することができる。なお、上記露点は、粒子状含水ゲルの含水率が少なくとも10重量%以上、好ましくは20重量%以上の時点での値とする。
(樹脂固形分)
上記ゲル粉砕工程で得られた粒子状含水ゲルは、本乾燥工程で乾燥され、乾燥重合体とされるが、その乾燥減量(粉末または粒子1gを180℃で3時間加熱)から求められる樹脂固形分は、好ましくは80重量%を超え、より好ましくは85~99重量%、更に好ましくは90~98重量%、特に好ましくは92~97重量%である。
上記ゲル粉砕工程で得られた粒子状含水ゲルは、本乾燥工程で乾燥され、乾燥重合体とされるが、その乾燥減量(粉末または粒子1gを180℃で3時間加熱)から求められる樹脂固形分は、好ましくは80重量%を超え、より好ましくは85~99重量%、更に好ましくは90~98重量%、特に好ましくは92~97重量%である。
(7-4)粉砕工程、分級工程
本工程は、上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を、粉砕・分級して、吸水性樹脂粒子を得る工程である。なお、上記ゲル粉砕工程とは、粉砕時の樹脂固形分、特に粉砕対象物が乾燥工程を経ている点(好ましくは、上記樹脂固形分まで乾燥)で異なる。また、粉砕工程後に得られる吸水性樹脂粒子を粉砕物と称することもある。
本工程は、上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を、粉砕・分級して、吸水性樹脂粒子を得る工程である。なお、上記ゲル粉砕工程とは、粉砕時の樹脂固形分、特に粉砕対象物が乾燥工程を経ている点(好ましくは、上記樹脂固形分まで乾燥)で異なる。また、粉砕工程後に得られる吸水性樹脂粒子を粉砕物と称することもある。
上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を、そのまま吸水性樹脂粉末として使用することもできるが、後述する表面処理工程、特に表面架橋工程での物性向上のため、特定粒度に制御することが好ましい。粒度制御は、本粉砕工程、分級工程に限らず、重合工程、微粉回収工程、造粒工程等で適宜実施することができる。以下、粒度は標準篩(JIS Z8801-1(2000))で規定する。
粉砕工程で使用できる粉砕機は、特に限定されないが、振動ミル、ロールグラニュレーター、ナックルタイプ粉砕機、ロールミル、高速回転式粉砕機(ピンミル、ハンマーミル、スクリューミル)、円筒状ミキサー等が例示される。粒度制御を考慮すると好ましくはロールミルまたはロールグラニュレーターである。
本分級工程は、以下の粒度となるように分級操作をするが、表面架橋を行う場合には、分級操作は表面架橋工程前に実施するのが好ましく(第1分級工程)、更に表面架橋後にも分級操作(第2分級工程)を実施してもよい。なお、該分級操作は、特に限定されないが、例えば篩を用いた篩い分けを実施しても良い。好ましい粒度分布(PSD)は発熱体組成物、好ましくはカイロ用吸水性樹脂の範囲に表面架橋前ないし表面架橋後に調整される。
(7-5)表面処理工程
本発明に係るポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法は、吸水性能(圧力に対する吸水性、通液性、吸水速度等)向上のため、好ましくは表面処理工程を更に含む。表面処理工程は、公知の表面架橋剤及び表面架橋方法を用いて行う表面架橋工程を含み、更に必要に応じてその他の添加工程を含む。
本発明に係るポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法は、吸水性能(圧力に対する吸水性、通液性、吸水速度等)向上のため、好ましくは表面処理工程を更に含む。表面処理工程は、公知の表面架橋剤及び表面架橋方法を用いて行う表面架橋工程を含み、更に必要に応じてその他の添加工程を含む。
(共有結合性表面架橋剤)
本発明で用いることのできる表面架橋剤としては、種々の有機または無機架橋剤を例示できるが、有機表面架橋剤が好ましく使用できる。物性面で好ましくは、表面架橋剤として、多価アルコール化合物、エポキシ化合物(グリシジル系化合物)、多価アミン化合物またはそのハロエポキシ化合物との縮合物、オキサゾリン化合物、(モノ、ジ、またはポリ)オキサゾリジノン化合物、アルキレンカーボネート化合物であり、特に高温での反応が必要な、多価アルコール化合物、アルキレンカーボネート化合物、オキサゾリジノン化合物からなる脱水反応性架橋剤が使用できる。脱水反応性架橋剤を使用しない場合、より具体的には、米国特許第6228930号、同第6071976号、同第6254990号等に例示されている化合物を挙げることが出来る。例えば、モノ,ジ,トリ,テトラまたはプロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、グリセリン、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、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やグリシドール等のエポキシ化合物;エチレンカーボネート等のアルキレンカーボネート化合物;オキセタン化合物;2-イミダゾリジノンのような環状尿素化合物等が挙げられる。
本発明で用いることのできる表面架橋剤としては、種々の有機または無機架橋剤を例示できるが、有機表面架橋剤が好ましく使用できる。物性面で好ましくは、表面架橋剤として、多価アルコール化合物、エポキシ化合物(グリシジル系化合物)、多価アミン化合物またはそのハロエポキシ化合物との縮合物、オキサゾリン化合物、(モノ、ジ、またはポリ)オキサゾリジノン化合物、アルキレンカーボネート化合物であり、特に高温での反応が必要な、多価アルコール化合物、アルキレンカーボネート化合物、オキサゾリジノン化合物からなる脱水反応性架橋剤が使用できる。脱水反応性架橋剤を使用しない場合、より具体的には、米国特許第6228930号、同第6071976号、同第6254990号等に例示されている化合物を挙げることが出来る。例えば、モノ,ジ,トリ,テトラまたはプロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、グリセリン、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、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やグリシドール等のエポキシ化合物;エチレンカーボネート等のアルキレンカーボネート化合物;オキセタン化合物;2-イミダゾリジノンのような環状尿素化合物等が挙げられる。
(溶媒等)
表面架橋剤の使用量は、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、好ましくは0.001~10重量部、より好ましくは0.01~5重量部程度で適宜決定される。表面架橋剤に合わせて、水が好ましく使用される。使用される水の量は、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、好ましくは0.5~20重量部、より好ましくは0.5~10重量部の範囲である。無機表面架橋剤と有機表面架橋剤とを併用する場合も、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、それぞれ、好ましくは0.001~10重量部、より好ましくは0.01~5重量部で併用される。
表面架橋剤の使用量は、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、好ましくは0.001~10重量部、より好ましくは0.01~5重量部程度で適宜決定される。表面架橋剤に合わせて、水が好ましく使用される。使用される水の量は、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、好ましくは0.5~20重量部、より好ましくは0.5~10重量部の範囲である。無機表面架橋剤と有機表面架橋剤とを併用する場合も、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、それぞれ、好ましくは0.001~10重量部、より好ましくは0.01~5重量部で併用される。
また、この際、親水性有機溶媒を使用してもよく、その使用量は、吸水性樹脂粒子100重量部に対して、好ましくは0~10重量部、より好ましくは0~5重量部の範囲である。また、吸水性樹脂粒子への架橋剤溶液の混合に際し、本発明の効果を妨げない範囲、例えば、好ましくは0~10重量部、より好ましくは0~5重量部、更により好ましくは0~1重量部で、水不溶性微粒子粉体や界面活性剤を共存させてもよい。用いられる界面活性剤やその使用量は米国特許第7473739号等に例示されている。
(混合)
上記表面架橋剤溶液を吸水性樹脂粒子に混合すると、表面架橋剤溶液中の水等により吸水性樹脂粒子は膨潤する。該膨潤した吸水性樹脂粒子は加熱により乾燥される。このとき、加熱温度は好ましくは80~220℃である。また、加熱時間は好ましくは10~120分である。
上記表面架橋剤溶液を吸水性樹脂粒子に混合すると、表面架橋剤溶液中の水等により吸水性樹脂粒子は膨潤する。該膨潤した吸水性樹脂粒子は加熱により乾燥される。このとき、加熱温度は好ましくは80~220℃である。また、加熱時間は好ましくは10~120分である。
(残存グリシジル系架橋剤)
本発明では、得られる吸水性樹脂粉末の安全性の観点から、残存グリシジル系架橋剤が低減されていることが好ましい。表面架橋剤としてグリシジル系架橋剤を使用しないことも好ましい一手段(例えば本件実施例1~5参照)であるが、例えば、グリシジル系架橋剤を使用する場合、特許文献12(国際公開第97/03114号パンフレット)や特許文献13(特開平7-278225号)に記載の残存グリジシル架橋剤の低減方法、具体的には、多価アルコール、無機酸、有機酸に代表される残存グリシジル架橋剤低減剤を、グリシジル系架橋剤と同時に使用することや、グリシジル系架橋剤の混合後に更に水を混合すること、特許文献14(国際公開第2014/021388号パンフレット)による特定表面架橋の併用(例えば本件実施例6参照)もグリシジル系架橋剤低減の好ましい一手段である。すなわち、本発明の吸水性樹脂粉末が表面架橋される場合、表面架橋剤としてグリシジル系架橋剤が未使用または残存グリシジル系架橋剤が後述の手法で10ppm以下、さらには5ppm以下、3ppm以下、1ppm、特にND(Non-Detectable。検出限界以下の1ppm未満)に低減される表面架橋が選択され、特に好ましくは表面架橋剤としてグリシジル系架橋剤が未使用または残存グリシジル架橋剤がND、さらには表面架橋剤としてグリシジル系架橋剤が未使用とされる。
なお、特許文献5ではカイロ向け吸水性樹脂でグリシジル系架橋剤による表面架橋をその実施例を含め開示するが、かかる特許文献5の表面架橋方法は特許文献12、13の比較例(10ppm超の残存グリシジル架橋剤)や特許文献15の実施例と類似の方法であり、特許文献5は本発明の残存グリシジル系架橋剤を示唆しない。なお、特許文献5の残存グリシジル架橋剤については、後述の比較例5も参照(特許文献5と類似の表面架橋での残存グリシジル系架橋剤を開示する特許文献15での残存グリシジル架橋剤量)。後述の比較例5からも特許文献5や特許文献15は本発明を示唆しない。
本発明では、得られる吸水性樹脂粉末の安全性の観点から、残存グリシジル系架橋剤が低減されていることが好ましい。表面架橋剤としてグリシジル系架橋剤を使用しないことも好ましい一手段(例えば本件実施例1~5参照)であるが、例えば、グリシジル系架橋剤を使用する場合、特許文献12(国際公開第97/03114号パンフレット)や特許文献13(特開平7-278225号)に記載の残存グリジシル架橋剤の低減方法、具体的には、多価アルコール、無機酸、有機酸に代表される残存グリシジル架橋剤低減剤を、グリシジル系架橋剤と同時に使用することや、グリシジル系架橋剤の混合後に更に水を混合すること、特許文献14(国際公開第2014/021388号パンフレット)による特定表面架橋の併用(例えば本件実施例6参照)もグリシジル系架橋剤低減の好ましい一手段である。すなわち、本発明の吸水性樹脂粉末が表面架橋される場合、表面架橋剤としてグリシジル系架橋剤が未使用または残存グリシジル系架橋剤が後述の手法で10ppm以下、さらには5ppm以下、3ppm以下、1ppm、特にND(Non-Detectable。検出限界以下の1ppm未満)に低減される表面架橋が選択され、特に好ましくは表面架橋剤としてグリシジル系架橋剤が未使用または残存グリシジル架橋剤がND、さらには表面架橋剤としてグリシジル系架橋剤が未使用とされる。
なお、特許文献5ではカイロ向け吸水性樹脂でグリシジル系架橋剤による表面架橋をその実施例を含め開示するが、かかる特許文献5の表面架橋方法は特許文献12、13の比較例(10ppm超の残存グリシジル架橋剤)や特許文献15の実施例と類似の方法であり、特許文献5は本発明の残存グリシジル系架橋剤を示唆しない。なお、特許文献5の残存グリシジル架橋剤については、後述の比較例5も参照(特許文献5と類似の表面架橋での残存グリシジル系架橋剤を開示する特許文献15での残存グリシジル架橋剤量)。後述の比較例5からも特許文献5や特許文献15は本発明を示唆しない。
(その他表面架橋方法)
本発明で用いられる表面架橋方法として、上記表面架橋剤を用いる表面架橋に代わって、ラジカル重合開始剤を用いる表面架橋方法(米国特許第4783510号、国際公開第2006/062258号パンフレット)や、吸水性樹脂粒子の表面で単量体を重合する表面架橋方法(米国出願公開第2005/048221号、同第2009/0239966号、国際公開第2009/048160号パンフレット)を用いてもよい。
本発明で用いられる表面架橋方法として、上記表面架橋剤を用いる表面架橋に代わって、ラジカル重合開始剤を用いる表面架橋方法(米国特許第4783510号、国際公開第2006/062258号パンフレット)や、吸水性樹脂粒子の表面で単量体を重合する表面架橋方法(米国出願公開第2005/048221号、同第2009/0239966号、国際公開第2009/048160号パンフレット)を用いてもよい。
上記表面架橋方法において、好ましく用いられるラジカル重合開始剤は過硫酸塩であり、任意に好ましく用いられる単量体としてアクリル酸(塩)やその他前記した架橋剤があり、好ましく用いられる溶媒として水であり、これらが吸水性樹脂粒子の表面に添加されたのち活性エネルギー線(特に紫外線)や加熱によって、吸水性樹脂粒子表面で架橋重合またはラジカル重合開始剤での架橋反応を行うことで表面架橋が行われる。
(イオン結合性表面架橋剤)
本発明では、上述した表面架橋工程と同時または別途に、多価金属塩、カチオン性ポリマーまたは無機微粒子の何れか1つ以上を添加する添加工程を更に含む。これら添加剤の具体的な添加のタイミングは上記表面架橋工程以外では、表面架橋処理工程後が例示される。また上記有機表面架橋剤以外に無機表面架橋剤を使用または併用して通液性・吸水速度等を向上させてもよい。使用される無機表面架橋剤は2価以上、好ましくは3価若しくは4価値の多価金属の塩(有機塩または無機塩)または水酸化物が例示できる。使用できる多価金属としてはアルミニウム、ジルコニウム等が挙げられ、乳酸アルミニウムや硫酸アルミニウムが挙げられる。好ましくは硫酸アルミニウムを含む水溶液である。これら無機表面架橋は有機表面架橋剤と同時または別途に使用される。多価金属による表面架橋は国際公開第2007/121037号パンフレット、同第2008/09843号パンフレット、同第2008/09842号パンフレット、米国特許第7157141号、同第6605673号、同第6620889号、米国特許出願公開第2005/0288182号、同第2005/0070671号、同第2007/0106013号、同第2006/0073969号に示されている。
本発明では、上述した表面架橋工程と同時または別途に、多価金属塩、カチオン性ポリマーまたは無機微粒子の何れか1つ以上を添加する添加工程を更に含む。これら添加剤の具体的な添加のタイミングは上記表面架橋工程以外では、表面架橋処理工程後が例示される。また上記有機表面架橋剤以外に無機表面架橋剤を使用または併用して通液性・吸水速度等を向上させてもよい。使用される無機表面架橋剤は2価以上、好ましくは3価若しくは4価値の多価金属の塩(有機塩または無機塩)または水酸化物が例示できる。使用できる多価金属としてはアルミニウム、ジルコニウム等が挙げられ、乳酸アルミニウムや硫酸アルミニウムが挙げられる。好ましくは硫酸アルミニウムを含む水溶液である。これら無機表面架橋は有機表面架橋剤と同時または別途に使用される。多価金属による表面架橋は国際公開第2007/121037号パンフレット、同第2008/09843号パンフレット、同第2008/09842号パンフレット、米国特許第7157141号、同第6605673号、同第6620889号、米国特許出願公開第2005/0288182号、同第2005/0070671号、同第2007/0106013号、同第2006/0073969号に示されている。
また、カチオン性ポリマー、特に重量平均分子量5,000~1,000,000程度を同時または別途で使用して通液性等を向上させてもよい。使用されるカチオン性ポリマーは、例えば、ビニルアミンポリマー等が好ましく、米国特許第7098284号、国際公開2006/082188号パンフレット、同第2006/082189号パンフレット、同第2006/082197号パンフレット、同第2006/111402号パンフレット、同第2006/111403号パンフレット、同第2006/111404号パンフレット等に例示されている。
また、同様に無機微粒子を用いても良い。例えば、米国特許第7638570号等に例示されている、二酸化ケイ素等が好ましい。
(7-6)造粒工程
粉砕工程、分級工程の後、もしくは(7-5)表面処理工程後に、造粒工程を含むことができる。本工程は、低い嵩比重の調整に有用な第三の方法である。
本発明において造粒とは、後述の本件実施例6のように、粒子同士を物理的、化学的な手法により付着させることにより元の粒子より大きな粒子を形成させることである。本発明における造粒工程において使用される吸水性樹脂粒子の重量平均粒子径(篩分級で規定)は10μm~200μmが好ましく、15~180μmが更に好ましく、20μm~180μmが特に好ましい。造粒方法としては、水溶液をバインダーとして造粒する方法の一例として、米国特許第7153910に記載の水性液を予め加熱してから添加して造粒する方法、特開2015-54151号に記載の水蒸気を用いて造粒する方法、国際公開2009/031701号に記載の水蒸気と水性液を用いて造粒する方法などが参照できる。
バインダー量は造粒前の吸水性樹脂の微粉末100重量部に対して、0.1~200重量部、さらには1~150重量部、5~120重量部で適宜選択され、必要により添加後のバインダー(特に水)は乾燥し、所定の固形分(含水率)、例えば、吸水性樹脂粉末の造粒物の固型分(180℃で3時間の乾燥減量)で70%以上、80重量%以上とすればよい。バインダーが過剰では得られた吸水性樹脂粉末の吸水能が低下し、少ない場合は造粒強度が低下する。
得られた吸水性樹脂粉末が造粒体であることは、複数の吸水性樹脂の微粒子同士(例えば、重量平均粒子径10~200μm)が互に結着して本発明の重量平均粒子径250μm以上となっていることで確認でき、SEM写真での表面状態の観察(粒子同士の結着界面の確認)や空隙率や気泡率の分析でも確認できる。必要によりバインダー(特に水)を使用しさらに必要により乾燥する本発明で造粒によって、造粒前後での重量平均粒子径の向上は好ましくは1.1~10倍、さらには1.2~5倍、特に1.4~4倍に平均粒子径が増大させることで本発明の嵩比重の吸水性樹脂とすることができる(例えば本件実施例6参照)。
粉砕工程、分級工程の後、もしくは(7-5)表面処理工程後に、造粒工程を含むことができる。本工程は、低い嵩比重の調整に有用な第三の方法である。
本発明において造粒とは、後述の本件実施例6のように、粒子同士を物理的、化学的な手法により付着させることにより元の粒子より大きな粒子を形成させることである。本発明における造粒工程において使用される吸水性樹脂粒子の重量平均粒子径(篩分級で規定)は10μm~200μmが好ましく、15~180μmが更に好ましく、20μm~180μmが特に好ましい。造粒方法としては、水溶液をバインダーとして造粒する方法の一例として、米国特許第7153910に記載の水性液を予め加熱してから添加して造粒する方法、特開2015-54151号に記載の水蒸気を用いて造粒する方法、国際公開2009/031701号に記載の水蒸気と水性液を用いて造粒する方法などが参照できる。
バインダー量は造粒前の吸水性樹脂の微粉末100重量部に対して、0.1~200重量部、さらには1~150重量部、5~120重量部で適宜選択され、必要により添加後のバインダー(特に水)は乾燥し、所定の固形分(含水率)、例えば、吸水性樹脂粉末の造粒物の固型分(180℃で3時間の乾燥減量)で70%以上、80重量%以上とすればよい。バインダーが過剰では得られた吸水性樹脂粉末の吸水能が低下し、少ない場合は造粒強度が低下する。
得られた吸水性樹脂粉末が造粒体であることは、複数の吸水性樹脂の微粒子同士(例えば、重量平均粒子径10~200μm)が互に結着して本発明の重量平均粒子径250μm以上となっていることで確認でき、SEM写真での表面状態の観察(粒子同士の結着界面の確認)や空隙率や気泡率の分析でも確認できる。必要によりバインダー(特に水)を使用しさらに必要により乾燥する本発明で造粒によって、造粒前後での重量平均粒子径の向上は好ましくは1.1~10倍、さらには1.2~5倍、特に1.4~4倍に平均粒子径が増大させることで本発明の嵩比重の吸水性樹脂とすることができる(例えば本件実施例6参照)。
本発明の製法において好ましいのは、上記多価金属、カチオン性ポリマー、無機微粒子の何れか1つ以上を添加する工程を含む吸水性樹脂粉末の製造方法である。これらの添加剤は、上記共有結合性表面架橋剤に対して、同時または別途に併用されることが好ましい。
(7-7)その他の工程(微粉リサイクル工程等)
上記工程以外に、必要により、蒸発モノマーのリサイクル工程、造粒工程、微粉除去工程、微粉リサイクル工程等を設けてもよく、ゲル劣化防止等のために、上記各工程の何れか一部または全部に、以下の添加剤を必要により使用してもよい。即ち、水溶性または水不溶性のポリマー、滑剤、キレート剤、消臭剤、抗菌剤、水、界面活性剤、水不溶性微粒子、酸化防止剤、還元剤等を、吸水性樹脂粉末に対して、好ましくは0~30重量%、より好ましくは0.01~10重量%を添加混合することができる。これらの添加剤は、表面処理剤として使用することもできる。
上記工程以外に、必要により、蒸発モノマーのリサイクル工程、造粒工程、微粉除去工程、微粉リサイクル工程等を設けてもよく、ゲル劣化防止等のために、上記各工程の何れか一部または全部に、以下の添加剤を必要により使用してもよい。即ち、水溶性または水不溶性のポリマー、滑剤、キレート剤、消臭剤、抗菌剤、水、界面活性剤、水不溶性微粒子、酸化防止剤、還元剤等を、吸水性樹脂粉末に対して、好ましくは0~30重量%、より好ましくは0.01~10重量%を添加混合することができる。これらの添加剤は、表面処理剤として使用することもできる。
また、本発明の製造方法において、微粉リサイクル工程を含むことができる。該微粉リサイクル工程とは、乾燥工程及び必要により粉砕工程、分級工程で発生する微粉(特に粒子径150μm以下の粉体を70重量%以上含む微粉)を分離した後、そのままの状態で、或いは水和して、重合工程や乾燥工程にリサイクルする工程をいい、米国特許出願公開第2006/247351号や米国特許第6228930号等に記載された方法を適用することができる。
更に、目的に応じて、酸化剤、酸化防止剤、水、多価金属化合物、シリカや金属石鹸等の水不溶性無機または有機粉末、消臭剤、抗菌剤、高分子ポリアミン、等を吸水性樹脂粉末中に0~3重量%、好ましくは0~1重量%添加してもよい。
(用途)
本発明の発熱体組成物は、鉄粉等の被酸化性金属の酸化反応で発生する熱を利用して発熱するものである。本発明の発熱体組成物は特に使い捨て発熱具、さらには化学カイロ、いわゆる使い捨てカイロとして好適である。また本発明の発熱体組成物は、発生する熱を利用して各種用途に使用できる。
使い捨て発熱具として化学カイロと類似の発熱具に本発明の吸水性樹脂粉末は適宜使用可能であり、例えば所望の形状にした袋状物に本発明の発熱体組成物を内包させることで、中敷き、マスク、ベルト、ホットアイマスク、美顔マスク(特開2003-334212など)、サポーター、足用温熱具(特開2003-334211など)などの温熱具、特に身体用温熱具として好適である。ここで、発熱具として身体とは人間の身体に限らず、動物の身体にも使用可能であるが、好適には人間の身体に適用される。また、本発明の吸水性樹脂粉末を含む発熱具は、身体用温熱具以外にも保温や加熱を必要とする物品、例えば、食材用温熱具(例えば、弁当類の保温や加熱)などにも適宜使用できる。
本発明の発熱体組成物は、鉄粉等の被酸化性金属の酸化反応で発生する熱を利用して発熱するものである。本発明の発熱体組成物は特に使い捨て発熱具、さらには化学カイロ、いわゆる使い捨てカイロとして好適である。また本発明の発熱体組成物は、発生する熱を利用して各種用途に使用できる。
使い捨て発熱具として化学カイロと類似の発熱具に本発明の吸水性樹脂粉末は適宜使用可能であり、例えば所望の形状にした袋状物に本発明の発熱体組成物を内包させることで、中敷き、マスク、ベルト、ホットアイマスク、美顔マスク(特開2003-334212など)、サポーター、足用温熱具(特開2003-334211など)などの温熱具、特に身体用温熱具として好適である。ここで、発熱具として身体とは人間の身体に限らず、動物の身体にも使用可能であるが、好適には人間の身体に適用される。また、本発明の吸水性樹脂粉末を含む発熱具は、身体用温熱具以外にも保温や加熱を必要とする物品、例えば、食材用温熱具(例えば、弁当類の保温や加熱)などにも適宜使用できる。
本願は、2017年12月21日に出願された日本国特許出願第2017-245273号に基づく優先権の利益を主張するものである。2017年12月21日に出願された日本国特許出願第2017-245273号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
以下、実施例に従って発明を説明するが、本発明は実施例に限定され解釈されるものではない。又、本発明の特許請求の範囲や実施例に記載の諸物性は、特に記載のない限り、室温(20~25℃)、湿度50RH%の条件下で、EDANA法及び以下の測定法に従って求めた。更に、実施例及び比較例に提示される電気機器は、200V又は100V、60Hzの電源を使用した。尚、便宜上「リットル」を「L」、「重量%」を「wt%」と記すことがある。
(a)重量平均粒子径(D50)
吸水性樹脂粉末の重量平均粒子径(D50)の測定は特許文献9,10を参考にして、欧州特許第0349240号に記載された測定方法に準じて行った。
吸水性樹脂粉末の重量平均粒子径(D50)の測定は特許文献9,10を参考にして、欧州特許第0349240号に記載された測定方法に準じて行った。
(b)嵩比重
吸水性樹脂粉末の嵩比重は、特許文献11(国際公開第2010/095427号パンフレット)を参考にして、嵩比重測定器(蔵持科学機器製作所製)を用い、JIS K 3362に準じて測定した。粒度による偏りを無くすため十分に混合された吸水性樹脂粉末100.0gを、ダンパーを閉めた漏斗に入れた後、速やかにダンパーを開け、吸水性樹脂粉末を内容量100cm3の受器(重量W1[g])に落とした。受器から盛り上がった吸水性樹脂粉末は、ガラス棒ですり落とした後、吸水性樹脂粉末の入った受器の重さ(重量W2[g])を0.1gまで正確に量り、次式にしたがって嵩比重を算出した。
嵩比重[g/cm3]=(W2-W1)/100cm3
吸水性樹脂粉末の嵩比重は、特許文献11(国際公開第2010/095427号パンフレット)を参考にして、嵩比重測定器(蔵持科学機器製作所製)を用い、JIS K 3362に準じて測定した。粒度による偏りを無くすため十分に混合された吸水性樹脂粉末100.0gを、ダンパーを閉めた漏斗に入れた後、速やかにダンパーを開け、吸水性樹脂粉末を内容量100cm3の受器(重量W1[g])に落とした。受器から盛り上がった吸水性樹脂粉末は、ガラス棒ですり落とした後、吸水性樹脂粉末の入った受器の重さ(重量W2[g])を0.1gまで正確に量り、次式にしたがって嵩比重を算出した。
嵩比重[g/cm3]=(W2-W1)/100cm3
(c)無加圧下吸水倍率(CRC)
吸水性樹脂粉末のCRCの測定はERT441.2-02に準じて行った。
吸水性樹脂粉末のCRCの測定はERT441.2-02に準じて行った。
(d)残存グリシジル系架橋剤量
吸水性樹脂粉末の残存グリシジル系架橋剤量の測定は特許文献12(国際公開第97/03114号パンフレット)および特許文献13(特開平7-278225号)を参考にして、以下のように行った。
吸水性樹脂粉末2.0gを100mlのビーカーに加え、メチルアルコール/水=2/1(重量比)からなる組成液2mlを加え、蓋をして室温で1時間放置した。次いで、メチルアルコール5mlを上記ビーカーに加え、吸水性樹脂粉末の分散液からシリンジに付けたHPLC用フィルターを用いて溶液を濾過した。得られた濾液1.0gを50mlのナスフラスコに入れ、12wt%のニコチンアミド水溶液0.05mlを添加した。ナスフラスコに空冷管をつけ沸騰したウォーターバスで溶液が乾固しないように30分間加熱することで、ニコチンアミドと残存グリシジル系架橋剤とを反応させた。反応液を濾紙を用いて濾過し、濾過液を濃縮乾固した後、HPLC溶離液を加えニコチンアミド-グリシジル系架橋剤付加物を高性能液体クロマトグラフィー(HPLC)で、UV吸収によって分析した。一方、吸水性樹脂粉末を用いず既知量のグリシジル系架橋剤を加えて同様の操作を行い、得られた検量線を外部標準となし、濾過液の希釈倍率を考慮して、吸水性樹脂粉末のグリシジル系架橋剤含有量(残存グリシジル系架橋剤量)(ppm)を求めた。なお、1ppm未満を検出限界以下のNDとする。
吸水性樹脂粉末の残存グリシジル系架橋剤量の測定は特許文献12(国際公開第97/03114号パンフレット)および特許文献13(特開平7-278225号)を参考にして、以下のように行った。
吸水性樹脂粉末2.0gを100mlのビーカーに加え、メチルアルコール/水=2/1(重量比)からなる組成液2mlを加え、蓋をして室温で1時間放置した。次いで、メチルアルコール5mlを上記ビーカーに加え、吸水性樹脂粉末の分散液からシリンジに付けたHPLC用フィルターを用いて溶液を濾過した。得られた濾液1.0gを50mlのナスフラスコに入れ、12wt%のニコチンアミド水溶液0.05mlを添加した。ナスフラスコに空冷管をつけ沸騰したウォーターバスで溶液が乾固しないように30分間加熱することで、ニコチンアミドと残存グリシジル系架橋剤とを反応させた。反応液を濾紙を用いて濾過し、濾過液を濃縮乾固した後、HPLC溶離液を加えニコチンアミド-グリシジル系架橋剤付加物を高性能液体クロマトグラフィー(HPLC)で、UV吸収によって分析した。一方、吸水性樹脂粉末を用いず既知量のグリシジル系架橋剤を加えて同様の操作を行い、得られた検量線を外部標準となし、濾過液の希釈倍率を考慮して、吸水性樹脂粉末のグリシジル系架橋剤含有量(残存グリシジル系架橋剤量)(ppm)を求めた。なお、1ppm未満を検出限界以下のNDとする。
(e)加圧下拡散吸水倍率(PDAUP)
吸水性樹脂粉末のPDAUP(加圧下拡散吸水倍率)の測定は、EDANA法(WSP243.3(10))に準拠して測定した。
吸水性樹脂粉末のPDAUP(加圧下拡散吸水倍率)の測定は、EDANA法(WSP243.3(10))に準拠して測定した。
(f)保水能(DW)
吸水性樹脂粉末のDWの測定は以下のようにして行った。図1に示す装置を用い、内径60mmのプラスチックの支持円筒100の底に、ステンレス製400メッシュの金網101(目の大きさ38μm)を融着させ、室温(20~25℃)、湿度50RH%の条件下で、該網上に吸水性樹脂粉末(膨潤ゲル102)1.000g±0.005gを均一に散布し、この測定装置一式の重量W5(g)を測定した。
底面積が400cm2の円形もしくは正方形のペトリ皿103の内側に直径120mmのガラスフィルター104(株式会社相互理化学硝子製作所社製、細孔直径:100~120μm)を置き、10重量%塩化ナトリウム水溶液106(23±0.5℃)をガラスフィルターの上面と同じレベル(ガラスフィルターの外周上に液が表面張力でわずかに浮き上がっている状態、もしくはガラスフィルターの表面の50%程度が液に覆われている状態)になるように加えた。その上に、直径110mmの濾紙105(ADVANTEC東洋株式会社、品名:(JIS P 3801、No.2)、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)を1枚載せ、濾紙の全面が濡れるようにした。
上記測定装置一式を前記湿った濾紙上に載せ、液を吸収させた(測定中も液温度は厳密に23±0.5℃に管理される)。2分後、測定装置一式を持ち上げ、その質量W6(g)を測定した。そして、W5、W6から、下記の式に従って高濃度塩水DW2min(g/g)を算出した。
高濃度塩水DW2min[g/g]={(W6-W5)/(吸水性樹脂粉末の重量)}
吸水性樹脂粉末のDWの測定は以下のようにして行った。図1に示す装置を用い、内径60mmのプラスチックの支持円筒100の底に、ステンレス製400メッシュの金網101(目の大きさ38μm)を融着させ、室温(20~25℃)、湿度50RH%の条件下で、該網上に吸水性樹脂粉末(膨潤ゲル102)1.000g±0.005gを均一に散布し、この測定装置一式の重量W5(g)を測定した。
底面積が400cm2の円形もしくは正方形のペトリ皿103の内側に直径120mmのガラスフィルター104(株式会社相互理化学硝子製作所社製、細孔直径:100~120μm)を置き、10重量%塩化ナトリウム水溶液106(23±0.5℃)をガラスフィルターの上面と同じレベル(ガラスフィルターの外周上に液が表面張力でわずかに浮き上がっている状態、もしくはガラスフィルターの表面の50%程度が液に覆われている状態)になるように加えた。その上に、直径110mmの濾紙105(ADVANTEC東洋株式会社、品名:(JIS P 3801、No.2)、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)を1枚載せ、濾紙の全面が濡れるようにした。
上記測定装置一式を前記湿った濾紙上に載せ、液を吸収させた(測定中も液温度は厳密に23±0.5℃に管理される)。2分後、測定装置一式を持ち上げ、その質量W6(g)を測定した。そして、W5、W6から、下記の式に従って高濃度塩水DW2min(g/g)を算出した。
高濃度塩水DW2min[g/g]={(W6-W5)/(吸水性樹脂粉末の重量)}
(取扱性)
各種試験において、吸水性樹脂粉末が取扱い難い場合、すなわち、粉塵等の発生により作業性に問題が生じた場合は、取扱性を「×」と評価し、付着性や凝集性は評価しなかった。
各種試験において、吸水性樹脂粉末が取扱い難い場合、すなわち、粉塵等の発生により作業性に問題が生じた場合は、取扱性を「×」と評価し、付着性や凝集性は評価しなかった。
カイロ調剤性確認試験1(付着性)
容量500mLのSUS製容器に吸水性樹脂粉末7.5gおよび活性炭(フタムラ化学製商品名;太閤活性炭P)30gを投入し、2枚羽根の攪拌羽根(縦1.3cm×横7cm)を備えたスリーワンモーターを使用して攪拌羽根回転数200rpmで2分間、吸水性樹脂粉末と活性炭とが均一になるように混合した。次に攪拌羽根回転数400rpmで混合しながら、10重量%塩化ナトリウム水溶液82.5gを41.25g/分の速度で2分間かけて投入した。その後、混合を止めてSUS製容器を上下反転させ、上から該容器の底を10秒間に10回叩いて内部の調剤物を落とした後、容器内に残留した調剤物の付着量を調べて下記の基準で付着性を評価した。
調剤物の付着割合[%]=付着量[g]/仕込み材料の総重量[g]×100%
〇:付着割合が20%以下
△:付着割合が20%超、50%未満
×:付着割合が50%以上
容量500mLのSUS製容器に吸水性樹脂粉末7.5gおよび活性炭(フタムラ化学製商品名;太閤活性炭P)30gを投入し、2枚羽根の攪拌羽根(縦1.3cm×横7cm)を備えたスリーワンモーターを使用して攪拌羽根回転数200rpmで2分間、吸水性樹脂粉末と活性炭とが均一になるように混合した。次に攪拌羽根回転数400rpmで混合しながら、10重量%塩化ナトリウム水溶液82.5gを41.25g/分の速度で2分間かけて投入した。その後、混合を止めてSUS製容器を上下反転させ、上から該容器の底を10秒間に10回叩いて内部の調剤物を落とした後、容器内に残留した調剤物の付着量を調べて下記の基準で付着性を評価した。
調剤物の付着割合[%]=付着量[g]/仕込み材料の総重量[g]×100%
〇:付着割合が20%以下
△:付着割合が20%超、50%未満
×:付着割合が50%以上
カイロ調剤性確認試験2(凝集性)
上記のカイロ調剤性確認試験1において、10重量%塩化ナトリウム水溶液の投入完了(2分)後、更に8分間混合を継続し、合計10分間混合した調剤物の混合状態を調べて下記の基準で凝集性を評価した。
調剤物のダマ量[g]=目開き11.2mmの篩を通過しない調剤物の重量
〇:ダマ量が12g以下(仕込み材料の総重量の10重量%以下)
×:ダマ量が12g超(仕込み材料の総重量の10重量%超)
上記のカイロ調剤性確認試験1において、10重量%塩化ナトリウム水溶液の投入完了(2分)後、更に8分間混合を継続し、合計10分間混合した調剤物の混合状態を調べて下記の基準で凝集性を評価した。
調剤物のダマ量[g]=目開き11.2mmの篩を通過しない調剤物の重量
〇:ダマ量が12g以下(仕込み材料の総重量の10重量%以下)
×:ダマ量が12g超(仕込み材料の総重量の10重量%超)
[製造例1]
容量1Lのポリプロピレン製容器に、アクリル酸361g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)1.52g、キレート剤として0.1重量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液22.03g、48.5重量%の水酸化ナトリウム水溶液296g及びイオン交換水327gを投入して撹拌、混合して単量体水溶液(1)を作製した。なお、単量体水溶液(1)の液温は、中和熱によって約80℃まで上昇した。
容量1Lのポリプロピレン製容器に、アクリル酸361g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)1.52g、キレート剤として0.1重量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液22.03g、48.5重量%の水酸化ナトリウム水溶液296g及びイオン交換水327gを投入して撹拌、混合して単量体水溶液(1)を作製した。なお、単量体水溶液(1)の液温は、中和熱によって約80℃まで上昇した。
単量体水溶液(1)の攪拌を継続し、単量体水溶液(1)の液温が78℃となった時点で3.8重量%の過硫酸ナトリウム水溶液15.8gを添加し、反応液(1)を作製した。
反応液(1)を直ちにステンレス製バット型反応装置(底面;340×340mm、高さ;25mm、内表面;テフロン(登録商標)コーティング)に大気開放系で注ぎ込んだところ、間もなく重合反応が開始した。なお、上記ステンレス製バット型反応装置は、ホットプレート(NEO HOTPLATE HI-1000/株式会社井内盛栄堂製)を用いて、表面温度が50℃となるように予め設定した。
上記重合反応は、水蒸気を発生させながらバット型反応装置の上方に向かって四方八方に膨張発泡して進行し、その後、当該反応装置の底面より若干大きなサイズまで収縮した。当該操作で得られた重合物を含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称する)(1)とした。なお、当該重合反応(膨張・収縮)は約1分間で終了したが、その後3分間、当該含水ゲル(1)を反応装置内に保持した。なお、これら一連の操作は大気開放系で行った。
[製造例2]
製造例1において、アクリル酸364g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)2.11g、キレート剤として0.1重量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液22.16g、48.5重量%の水酸化ナトリウム水溶液296g及びイオン交換水330gからなる単量体水溶液(2)を作製した以外は、製造例1と同様の操作を行い、含水ゲル(2)を得た。
製造例1において、アクリル酸364g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)2.11g、キレート剤として0.1重量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液22.16g、48.5重量%の水酸化ナトリウム水溶液296g及びイオン交換水330gからなる単量体水溶液(2)を作製した以外は、製造例1と同様の操作を行い、含水ゲル(2)を得た。
[製造例3]
製造例1において、アクリル酸354g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)1.00g、キレート剤として0.1重量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液21.66g、48.5重量%の水酸化ナトリウム水溶液296g及びイオン交換水319gからなる単量体水溶液(3)を作製した以外は、製造例1と同様の操作を行い、含水ゲル(3)を得た。
製造例1において、アクリル酸354g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)1.00g、キレート剤として0.1重量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液21.66g、48.5重量%の水酸化ナトリウム水溶液296g及びイオン交換水319gからなる単量体水溶液(3)を作製した以外は、製造例1と同様の操作を行い、含水ゲル(3)を得た。
[実施例1]
(ゲル粉砕)
製造例1で得られた含水ゲル(1)を、ダイス孔径9.5mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いてゲル粉砕し、粒子状含水ゲル(1)を得た。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を130rpmとした状態で、含水ゲル(1)2.4(kg/min)および水蒸気5.0(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。なお、当該ゲル粉砕は、最終的に得られる吸水性樹脂粉末の嵩比重が0.630g/cm3以下となるように、適宜、条件を変更した。
(ゲル粉砕)
製造例1で得られた含水ゲル(1)を、ダイス孔径9.5mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いてゲル粉砕し、粒子状含水ゲル(1)を得た。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を130rpmとした状態で、含水ゲル(1)2.4(kg/min)および水蒸気5.0(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。なお、当該ゲル粉砕は、最終的に得られる吸水性樹脂粉末の嵩比重が0.630g/cm3以下となるように、適宜、条件を変更した。
(乾燥)
次いで、上記ゲル粉砕で得られた粒子状含水ゲル(1)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、乾燥重合体(1)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に粒子状含水ゲル(1)を広げて載せ、180℃の熱風を30分間通気させることで行った。
次いで、上記ゲル粉砕で得られた粒子状含水ゲル(1)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、乾燥重合体(1)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に粒子状含水ゲル(1)を広げて載せ、180℃の熱風を30分間通気させることで行った。
(粉砕、分級)
続いて、上記乾燥で得られた乾燥重合体(1)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(1)を得た。
続いて、上記乾燥で得られた乾燥重合体(1)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(1)を得た。
(表面架橋)
次に、上記吸水性樹脂粒子(1)100重量部に対して、エチレンカーボネート0.375重量部、プロピレングリコール0.63重量部及びイオン交換水2.53重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度198℃で30分間加熱処理した。その後冷却を行い、27.5重量%硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8重量%)0.503重量部、60重量%乳酸ナトリウム水溶液0.084重量部及びプロピレングリコール0.012重量部からなる(イオン結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合した。
次に、上記吸水性樹脂粒子(1)100重量部に対して、エチレンカーボネート0.375重量部、プロピレングリコール0.63重量部及びイオン交換水2.53重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度198℃で30分間加熱処理した。その後冷却を行い、27.5重量%硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8重量%)0.503重量部、60重量%乳酸ナトリウム水溶液0.084重量部及びプロピレングリコール0.012重量部からなる(イオン結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合した。
(整粒)
その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)390μm、嵩比重0.590g/cm3の吸水性樹脂粉末(1)を得た。吸水性樹脂粉末(1)の諸物性を表1に示す。
その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)390μm、嵩比重0.590g/cm3の吸水性樹脂粉末(1)を得た。吸水性樹脂粉末(1)の諸物性を表1に示す。
[実施例2]
製造例2で得られた含水ゲル(2)を、ダイス孔径9.5mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いてゲル粉砕し、粒子状含水ゲル(2)を得た。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を130rpmとした状態で、含水ゲル(2)2.4(kg/min)および水蒸気5.0(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。なお、当該ゲル粉砕は、最終的に得られる吸水性樹脂粉末の嵩比重が0.630g/cm3以下となるように、適宜、条件を変更した。
製造例2で得られた含水ゲル(2)を、ダイス孔径9.5mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いてゲル粉砕し、粒子状含水ゲル(2)を得た。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を130rpmとした状態で、含水ゲル(2)2.4(kg/min)および水蒸気5.0(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。なお、当該ゲル粉砕は、最終的に得られる吸水性樹脂粉末の嵩比重が0.630g/cm3以下となるように、適宜、条件を変更した。
(乾燥)
次いで、上記ゲル粉砕で得られた粒子状含水ゲル(2)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、乾燥重合体(2)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に粒子状含水ゲル(2)を広げて載せ、180℃の熱風を30分間通気させることで行った。
次いで、上記ゲル粉砕で得られた粒子状含水ゲル(2)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、乾燥重合体(2)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に粒子状含水ゲル(2)を広げて載せ、180℃の熱風を30分間通気させることで行った。
(粉砕、分級)
続いて、上記乾燥で得られた乾燥重合体(2)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(2)を得た。
続いて、上記乾燥で得られた乾燥重合体(2)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(2)を得た。
(表面架橋)
次に、上記吸水性樹脂粒子(2)100重量部に対して、エチレンカーボネート0.373重量部、プロピレングリコール0.74重量部及びイオン交換水2.52重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度198℃で30分間加熱処理した。
次に、上記吸水性樹脂粒子(2)100重量部に対して、エチレンカーボネート0.373重量部、プロピレングリコール0.74重量部及びイオン交換水2.52重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度198℃で30分間加熱処理した。
(整粒)
その後冷却を行い、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)392μm、嵩比重0.610g/cm3の吸水性樹脂粉末(2)を得た。吸水性樹脂粉末(2)の諸物性を表1に示す。
その後冷却を行い、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)392μm、嵩比重0.610g/cm3の吸水性樹脂粉末(2)を得た。吸水性樹脂粉末(2)の諸物性を表1に示す。
[実施例3]
(再架橋)
実施例2で得られた吸水性樹脂粉末(2)100重量部に対して、27.5重量%硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8重量%)1.17重量部、60重量%乳酸ナトリウム水溶液0.196重量部及びプロピレングリコール0.029重量部からなる(イオン結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合した。
(再架橋)
実施例2で得られた吸水性樹脂粉末(2)100重量部に対して、27.5重量%硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8重量%)1.17重量部、60重量%乳酸ナトリウム水溶液0.196重量部及びプロピレングリコール0.029重量部からなる(イオン結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合した。
(整粒)
その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)390μm、嵩比重0.570g/cm3の吸水性樹脂粉末(3)を得た。吸水性樹脂粉末(3)の諸物性を表1に示す。
その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)390μm、嵩比重0.570g/cm3の吸水性樹脂粉末(3)を得た。吸水性樹脂粉末(3)の諸物性を表1に示す。
[製造例4]吸水性樹脂含水ゲルの発泡重合その1(溶存酸素由来の気泡の導入による発泡)
アクリル酸300.1[g/min]、37重量%のアクリル酸ナトリウム水溶液595.4[g/min]、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)2.71[g/min]、キレート剤として31重量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液0.42[g/min]、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液198.6[g/min]、イオン交換水203.9[g/min]及び界面活性剤として10重量%のポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート水溶液0.46[g/min]を連続的に分散機により混合し、該分散機を通過した後の単量体水溶液(4)に、3重量%の過硫酸ナトリウム水溶液26.0[g/min]をラインミキシングした後、ベルト重合機に供給した。該ベルト重合機は、表面がフッ素樹脂コーティングされた長さ3.8m、幅60cmのエンドレスベルトを備え、該ベルトの底面側及び重合機の周囲が約90℃に加熱且つ保温され、中央部に蒸発水を回収する為の吸気配管を備えている。また、ベルト上に供給する単量体水溶液の温度は92℃となるように分散機中に通水して制御した。該重合装置に供給される単量体水溶液(4)の温度は92℃であり、溶存酸素量は4.30[ml/L]であった。尚、このとき、気体の溶解度低下によって、界面活性剤を含んだ該単量体水溶液(4)は、非常に細かい気泡が導入されて白濁しており、ベルト重合機に連続的に供給された後、直ぐに重合反応が開始し、重合機中でおよそ2分間重合させ、連続的に重合機出口より帯状の含水ゲル(4)を得た。
アクリル酸300.1[g/min]、37重量%のアクリル酸ナトリウム水溶液595.4[g/min]、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)2.71[g/min]、キレート剤として31重量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液0.42[g/min]、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液198.6[g/min]、イオン交換水203.9[g/min]及び界面活性剤として10重量%のポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート水溶液0.46[g/min]を連続的に分散機により混合し、該分散機を通過した後の単量体水溶液(4)に、3重量%の過硫酸ナトリウム水溶液26.0[g/min]をラインミキシングした後、ベルト重合機に供給した。該ベルト重合機は、表面がフッ素樹脂コーティングされた長さ3.8m、幅60cmのエンドレスベルトを備え、該ベルトの底面側及び重合機の周囲が約90℃に加熱且つ保温され、中央部に蒸発水を回収する為の吸気配管を備えている。また、ベルト上に供給する単量体水溶液の温度は92℃となるように分散機中に通水して制御した。該重合装置に供給される単量体水溶液(4)の温度は92℃であり、溶存酸素量は4.30[ml/L]であった。尚、このとき、気体の溶解度低下によって、界面活性剤を含んだ該単量体水溶液(4)は、非常に細かい気泡が導入されて白濁しており、ベルト重合機に連続的に供給された後、直ぐに重合反応が開始し、重合機中でおよそ2分間重合させ、連続的に重合機出口より帯状の含水ゲル(4)を得た。
[実施例4]発泡重合後の表面架橋による本発明の吸水性樹脂粉末およびその製造
(ゲル粉砕)
製造例(4)で得られた含水ゲル(4)を、長さ200mmに切断し、ダイス孔径7.5mmを有するダイスを備えたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いてゲル粉砕し、粒子状含水ゲル(4)を得た。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を412rpmとした状態で、含水ゲル(4)1.6(kg/min)、同時に、90℃の温水を50(g/min)かつ水蒸気4.2(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。
(ゲル粉砕)
製造例(4)で得られた含水ゲル(4)を、長さ200mmに切断し、ダイス孔径7.5mmを有するダイスを備えたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いてゲル粉砕し、粒子状含水ゲル(4)を得た。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を412rpmとした状態で、含水ゲル(4)1.6(kg/min)、同時に、90℃の温水を50(g/min)かつ水蒸気4.2(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。
(乾燥)
次いで、上記ゲル粉砕で得られた粒子状の含水ゲル(4)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、乾燥重合体(4)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に粒子状含水ゲル(4)を広げて載せ、180℃の熱風を30分間通気させることで行った。
次いで、上記ゲル粉砕で得られた粒子状の含水ゲル(4)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、乾燥重合体(4)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に粒子状含水ゲル(4)を広げて載せ、180℃の熱風を30分間通気させることで行った。
(粉砕、分級)
続いて、上記乾燥で得られた乾燥重合体(4)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び45μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(4)を得た。
続いて、上記乾燥で得られた乾燥重合体(4)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び45μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(4)を得た。
(表面架橋)
次に、上記吸水性樹脂粒子(4)100重量部に対して、エチレンカーボネート0.4重量部、プロピレングリコール0.6重量部、イオン交換水2.5重量部及びポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート0.001重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度180℃で45分間加熱処理した。その後冷却を行い、27.5重量%硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8重量%)0.76重量部、60重量%乳酸ナトリウム水溶液0.23重量部及びプロピレングリコール0.06重量部からなる(イオン架橋性)表面架橋剤溶液を均一に混合した。
次に、上記吸水性樹脂粒子(4)100重量部に対して、エチレンカーボネート0.4重量部、プロピレングリコール0.6重量部、イオン交換水2.5重量部及びポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート0.001重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度180℃で45分間加熱処理した。その後冷却を行い、27.5重量%硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8重量%)0.76重量部、60重量%乳酸ナトリウム水溶液0.23重量部及びプロピレングリコール0.06重量部からなる(イオン架橋性)表面架橋剤溶液を均一に混合した。
(整粒)
その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均分子量(D50)380μm、嵩比重0.610g/cm3の吸水性樹脂粉末(4)を得た。吸水性樹脂粉末(4)の諸物性を表1に示す。
その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均分子量(D50)380μm、嵩比重0.610g/cm3の吸水性樹脂粉末(4)を得た。吸水性樹脂粉末(4)の諸物性を表1に示す。
[製造例5]吸水性樹脂含水ゲルの発泡重合その2(窒素気泡の導入による発泡)
容量5Lのビーカーに、アクリル酸306g、37重量%のアクリル酸ナトリウム水溶液3240g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート分子量487、平均エチレンオキサイドユニット数;n=8)8.2g、ヒドロキシエチルセルロース3g及びイオン交換水1420gを投入して攪拌、混合して単量体水溶液(5)を作製した。次いでポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート3gを加えた後、単量体水溶液中(5)に窒素を吹き込み、溶液中の溶存酸素を除去し、窒素気流下にホモディスパーを用い6000rpmで高速強撹拌し、単量体水溶液(5)中に多量の窒素気泡を分散せしめた。単量体水溶液(5)中に窒素ガスが均一に分散し、その体積が1.38倍になった時点で、10Lの双腕型ニーダーに気泡の分散した単量体水溶液(5)を注ぎ、攪拌下に10重量%の過硫酸ナトリウム水溶液10gおよび10重量%の亜硫酸水素ナトリウム水溶液10gを添加し、直ちに重合を開始せしめた。引き続き、気泡が分散した状態で温度25~75℃で1時間静置重合を行った。重合後ニーダーにより、多量に気泡を含むスポンジ状含水ゲルを10mm角から50mm角の大きさに解砕し、粒子状含水ゲル(5)を得た。
容量5Lのビーカーに、アクリル酸306g、37重量%のアクリル酸ナトリウム水溶液3240g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート分子量487、平均エチレンオキサイドユニット数;n=8)8.2g、ヒドロキシエチルセルロース3g及びイオン交換水1420gを投入して攪拌、混合して単量体水溶液(5)を作製した。次いでポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート3gを加えた後、単量体水溶液中(5)に窒素を吹き込み、溶液中の溶存酸素を除去し、窒素気流下にホモディスパーを用い6000rpmで高速強撹拌し、単量体水溶液(5)中に多量の窒素気泡を分散せしめた。単量体水溶液(5)中に窒素ガスが均一に分散し、その体積が1.38倍になった時点で、10Lの双腕型ニーダーに気泡の分散した単量体水溶液(5)を注ぎ、攪拌下に10重量%の過硫酸ナトリウム水溶液10gおよび10重量%の亜硫酸水素ナトリウム水溶液10gを添加し、直ちに重合を開始せしめた。引き続き、気泡が分散した状態で温度25~75℃で1時間静置重合を行った。重合後ニーダーにより、多量に気泡を含むスポンジ状含水ゲルを10mm角から50mm角の大きさに解砕し、粒子状含水ゲル(5)を得た。
[実施例5]発泡重合後の表面架橋による本発明の吸水性樹脂粉末およびその製造
(乾燥)
次いで、粒子状含水ゲル(5)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、乾燥重合体(5)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に粒子状含水ゲル(5)を広げて載せ、160℃の熱風を60分間通気させることで行った。
(乾燥)
次いで、粒子状含水ゲル(5)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、乾燥重合体(5)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に粒子状含水ゲル(5)を広げて載せ、160℃の熱風を60分間通気させることで行った。
(粉砕、分級)
続いて、上記乾燥で得られた乾燥重合体(5)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)を用いて粉砕した後、目開き850μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(5)を得た。
続いて、上記乾燥で得られた乾燥重合体(5)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)を用いて粉砕した後、目開き850μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の吸水性樹脂粒子(5)を得た。
(表面架橋)
次に、上記吸水性樹脂粒子(5)100重量部に対して、エチレンカーボネート0.4重量部、プロピレングリコール0.5重量部、イオン交換水2.5重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度197℃で35分間加熱処理した。
次に、上記吸水性樹脂粒子(5)100重量部に対して、エチレンカーボネート0.4重量部、プロピレングリコール0.5重量部、イオン交換水2.5重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度197℃で35分間加熱処理した。
(整粒)
その後冷却を行い、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均分子量(D50)410μm、嵩比重0.600g/cm3の吸水性樹脂粉末(5)を得た。吸水性樹脂粉末(5)の諸物性を表1に示す。
その後冷却を行い、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均分子量(D50)410μm、嵩比重0.600g/cm3の吸水性樹脂粉末(5)を得た。吸水性樹脂粉末(5)の諸物性を表1に示す。
[製造例6]
容量10Lのポリプロピレン製容器に、アクリル酸425g、37重量%のアクリル酸ナトリウム水溶液4500g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)4.4gを投入して攪拌、混合して単量体水溶液(6)を作製した。次に、単量体水溶液(6)中に窒素を吹き込み、溶液中の溶存酸素を除去した。次いで、10Lの双腕型ニーダーに単量体水溶液(6)を注ぎ、攪拌下に過硫酸ナトリウム2.8gおよびL-アスコルビン酸0.12gを添加したところ、凡そ1分後に重合が開始した。引き続き、温度30~90℃で1時間静置重合を行った。重合後ニーダーにより、含水ゲルを約5mm角の大きさに解砕し、粒子状含水ゲル(6)を得た。
容量10Lのポリプロピレン製容器に、アクリル酸425g、37重量%のアクリル酸ナトリウム水溶液4500g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)4.4gを投入して攪拌、混合して単量体水溶液(6)を作製した。次に、単量体水溶液(6)中に窒素を吹き込み、溶液中の溶存酸素を除去した。次いで、10Lの双腕型ニーダーに単量体水溶液(6)を注ぎ、攪拌下に過硫酸ナトリウム2.8gおよびL-アスコルビン酸0.12gを添加したところ、凡そ1分後に重合が開始した。引き続き、温度30~90℃で1時間静置重合を行った。重合後ニーダーにより、含水ゲルを約5mm角の大きさに解砕し、粒子状含水ゲル(6)を得た。
[実施例6]造粒による本発明の吸水性樹脂粉末およびその製造
(乾燥)
次いで、粒子状含水ゲル(6)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、乾燥重合体(6)を得た。当該乾燥は、目開き300μmのステンレス製金網上に粒子状含水ゲル(6)を広げて載せ、160℃の熱風を60分間通気させることで行った。
(乾燥)
次いで、粒子状含水ゲル(6)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、乾燥重合体(6)を得た。当該乾燥は、目開き300μmのステンレス製金網上に粒子状含水ゲル(6)を広げて載せ、160℃の熱風を60分間通気させることで行った。
(粉砕、分級)
続いて、上記乾燥で得られた乾燥重合体(6)をハンマーミルを用いて粉砕した後、目開き180μmのJIS標準篩を用いて分級し、180μmの篩を通過した分画である吸水性樹脂粒子(6)を得た。
続いて、上記乾燥で得られた乾燥重合体(6)をハンマーミルを用いて粉砕した後、目開き180μmのJIS標準篩を用いて分級し、180μmの篩を通過した分画である吸水性樹脂粒子(6)を得た。
(造粒)
次に、上記吸水性樹脂粒子(6)300gを、西日本試験機製作所製5Lモルタルミキサー(5L容器は80℃のバスで保温されている)に入れ、該モルタルミキサーの攪拌羽根を60Hz/100Vで高速回転させながら、吸水性樹脂粒子(6)の造粒のバインダーとして、90℃に加熱したイオン交換水300gを一気に投入した。吸水性樹脂粒子(6)とイオン交換水とは10秒以内に混合され、内容物全体が粒子径約3~10mmの含水ゲル状造粒物となった。1分間モルタルミキサー中で高速攪拌した後、得られたバラバラの含水ゲル状造粒物を目開き300μmのステンレス製金網上に広げて載せ、150℃で60分間熱風乾燥した。次いで、乾燥造粒物をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、吸水性樹脂造粒物(6)を得た。
次に、上記吸水性樹脂粒子(6)300gを、西日本試験機製作所製5Lモルタルミキサー(5L容器は80℃のバスで保温されている)に入れ、該モルタルミキサーの攪拌羽根を60Hz/100Vで高速回転させながら、吸水性樹脂粒子(6)の造粒のバインダーとして、90℃に加熱したイオン交換水300gを一気に投入した。吸水性樹脂粒子(6)とイオン交換水とは10秒以内に混合され、内容物全体が粒子径約3~10mmの含水ゲル状造粒物となった。1分間モルタルミキサー中で高速攪拌した後、得られたバラバラの含水ゲル状造粒物を目開き300μmのステンレス製金網上に広げて載せ、150℃で60分間熱風乾燥した。次いで、乾燥造粒物をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研社製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、吸水性樹脂造粒物(6)を得た。
(表面架橋)
次に、上記吸水性樹脂造粒物(6)100重量部に対して、エチレンカーボネート0.3重量部、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.025重量部、プロピレングリコール0.5重量部、イオン交換水2.0重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度200℃で50分間加熱処理した。
次に、上記吸水性樹脂造粒物(6)100重量部に対して、エチレンカーボネート0.3重量部、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.025重量部、プロピレングリコール0.5重量部、イオン交換水2.0重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度200℃で50分間加熱処理した。
(整粒)
その後冷却を行い、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均分子量(D50)340μm、嵩比重0.580g/cm3の吸水性樹脂粉末(6)を得た。吸水性樹脂粉末(6)の諸物性を表1に示す。
その後冷却を行い、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均分子量(D50)340μm、嵩比重0.580g/cm3の吸水性樹脂粉末(6)を得た。吸水性樹脂粉末(6)の諸物性を表1に示す。
[比較例1]
(再整粒)
実施例1で得られた吸水性樹脂粉末(1)を、目開き500μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、比較吸水性樹脂粉末(1)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(1)は、500-150μmが74%で、重量平均粒子径(D50)200μm、嵩比重0.666g/cm3であった。比較吸水性樹脂粉末(1)の諸物性を表1に示す。
(再整粒)
実施例1で得られた吸水性樹脂粉末(1)を、目開き500μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、比較吸水性樹脂粉末(1)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(1)は、500-150μmが74%で、重量平均粒子径(D50)200μm、嵩比重0.666g/cm3であった。比較吸水性樹脂粉末(1)の諸物性を表1に示す。
[比較例2]
(ゲル粉砕)
製造例1で得られた含水ゲル(1)を、ダイス孔径11mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いてゲル粉砕し、比較粒子状含水ゲル(2)とした。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を130rpmとした状態で、含水ゲル(1)2.4(kg/min)および水蒸気5.0(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。
(ゲル粉砕)
製造例1で得られた含水ゲル(1)を、ダイス孔径11mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いてゲル粉砕し、比較粒子状含水ゲル(2)とした。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を130rpmとした状態で、含水ゲル(1)2.4(kg/min)および水蒸気5.0(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。
次いで、実施例(1)の粒子状の含水ゲル(1)に変えて、比較粒子状含水ゲル(2)を用いた以外は実施例(1)と同様の操作を行い、比較吸水性樹脂粉末(2)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(2)は、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)420μm、嵩比重0.650g/cm3であった。比較吸水性樹脂粉末(2)の諸物性を表1に示す。
[比較例3](特許文献10相当)
特許文献10(国際公開第2011/126079号パンフレット)明細書の実施例4に準じて吸水性樹脂粉末の製造を行った。即ち、吸水性樹脂粉末の製造装置として、重合工程、ゲル粉砕工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程、表面架橋工程、冷却工程、整粒工程、及び各工程間を連結する輸送工程から構成される連続製造装置を用意した。該連続製造装置の生産能力は約3500[kg/hr]であり、上記工程はそれぞれ1系列又は2系列以上であってもよい。2系列以上の場合、生産能力は各系列の合計量で示す。該連続製造装置を用いて、吸水性樹脂粉末を連続的に製造した。
特許文献10(国際公開第2011/126079号パンフレット)明細書の実施例4に準じて吸水性樹脂粉末の製造を行った。即ち、吸水性樹脂粉末の製造装置として、重合工程、ゲル粉砕工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程、表面架橋工程、冷却工程、整粒工程、及び各工程間を連結する輸送工程から構成される連続製造装置を用意した。該連続製造装置の生産能力は約3500[kg/hr]であり、上記工程はそれぞれ1系列又は2系列以上であってもよい。2系列以上の場合、生産能力は各系列の合計量で示す。該連続製造装置を用いて、吸水性樹脂粉末を連続的に製造した。
まず、アクリル酸193.3重量部、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量522.66、平均エチレンオキサイドユニット数;n=9)1.26重量部、キレート剤として0.1重量%エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)5ナトリウム水溶液52重量部、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液64.4重量部、イオン交換水134重量部からなる比較単量体水溶液(3)を作製した。
次に、40℃に調温した上記比較単量体水溶液(3)を定量ポンプで連続供給した後、更に48重量%の水酸化ナトリウム水溶液97.1重量部を連続的にラインミキシングした。尚、この時、中和熱によって比較単量体水溶液(3)の液温は85℃まで上昇した。更に、4重量%の過硫酸ナトリウム水溶液8.05重量部を連続的にラインミキシングした後、両端に堰を備えた平面状の重合ベルトを有する連続重合機に、厚みが約7.5mmとなるように連続的に供給した。その後、重合(重合時間3分間)が連続的に行われ、帯状の比較含水ゲル(3)を得た。
(ゲル粉砕)
次に、比較含水ゲル(3)を重合ベルトの進行方向に対して幅方向に、切断長が約300mmとなるように等間隔に連続して切断した。上記比較含水ゲル(3)を、ダイス直径340mm、孔径22mmを有するダイスを備え付けた、スクリュー軸の直径が152mmのミートチョッパーを用いてゲル粉砕し、比較粒子状含水ゲル(3)を得た。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を96rpmとした状態で、比較含水ゲル(3)132.8(kg/min)、同時に、70℃の温水を855.8[g/min]かつ水蒸気199.8(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。
次に、比較含水ゲル(3)を重合ベルトの進行方向に対して幅方向に、切断長が約300mmとなるように等間隔に連続して切断した。上記比較含水ゲル(3)を、ダイス直径340mm、孔径22mmを有するダイスを備え付けた、スクリュー軸の直径が152mmのミートチョッパーを用いてゲル粉砕し、比較粒子状含水ゲル(3)を得た。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を96rpmとした状態で、比較含水ゲル(3)132.8(kg/min)、同時に、70℃の温水を855.8[g/min]かつ水蒸気199.8(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。
(乾燥)
次いで、上記ゲル粉砕で得られた比較粒子状含水ゲル(3)を、ゲル粉砕終了後1分以内に通気ベルト上に散布し、185℃で30分間乾燥し、比較乾燥重合体(3)を得た。
次いで、上記ゲル粉砕で得られた比較粒子状含水ゲル(3)を、ゲル粉砕終了後1分以内に通気ベルト上に散布し、185℃で30分間乾燥し、比較乾燥重合体(3)を得た。
(粉砕、分級)
続いて、蒸気乾燥で得られた比較乾燥重合体(3)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き710μm及び175μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の比較吸水性樹脂粒子(3)を得た。
続いて、蒸気乾燥で得られた比較乾燥重合体(3)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き710μm及び175μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の比較吸水性樹脂粒子(3)を得た。
(表面架橋)
次に、上記比較吸水性樹脂粒子(3)100重量部に対して、1,4-ブタンジオール0.3重量部、プロピレングリコール0.6重量部及びイオン交換水3.0重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度208℃で40分間加熱処理した。その後冷却を行い、27.5重量%硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8重量%)1.17重量部、60重量%乳酸ナトリウム水溶液0.196重量部及びプロピレングリコール0.029重量部からなる(イオン結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合した。
次に、上記比較吸水性樹脂粒子(3)100重量部に対して、1,4-ブタンジオール0.3重量部、プロピレングリコール0.6重量部及びイオン交換水3.0重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度208℃で40分間加熱処理した。その後冷却を行い、27.5重量%硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8重量%)1.17重量部、60重量%乳酸ナトリウム水溶液0.196重量部及びプロピレングリコール0.029重量部からなる(イオン結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合した。
(整粒)
その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)350μm、嵩比重0.660g/cm3の比較吸水性樹脂粉末(3)を得た。比較吸水性樹脂粉末(3)の諸物性を表1に示す。
その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)350μm、嵩比重0.660g/cm3の比較吸水性樹脂粉末(3)を得た。比較吸水性樹脂粉末(3)の諸物性を表1に示す。
[比較例4]
(ゲル粉砕)
製造例3で得られた含水ゲル(3)を、ダイス孔径9.5mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いてゲル粉砕し、比較粒子状含水ゲル(4)を得た。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を130rpmとした状態で、含水ゲル(3)2.4(kg/min)および水蒸気5.0(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。なお、当該ゲル粉砕は、最終的に得られる吸水性樹脂粉末の嵩比重が0.630g/cm3以下となるように、適宜粉砕時間を延長した。
(ゲル粉砕)
製造例3で得られた含水ゲル(3)を、ダイス孔径9.5mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(No.32型/株式会社平賀製作所製)を用いてゲル粉砕し、比較粒子状含水ゲル(4)を得た。当該ゲル粉砕は、該ミートチョッパーのスクリュー軸回転数を130rpmとした状態で、含水ゲル(3)2.4(kg/min)および水蒸気5.0(kg/h)をミートチョッパーに投入することで行った。なお、当該ゲル粉砕は、最終的に得られる吸水性樹脂粉末の嵩比重が0.630g/cm3以下となるように、適宜粉砕時間を延長した。
(乾燥)
次いで、上記ゲル粉砕で得られた比較粒子状含水ゲル(4)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、比較乾燥重合体(4)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に比較粒子状含水ゲル(4)を広げて載せ、180℃の熱風を30分間通気させることで行った。
次いで、上記ゲル粉砕で得られた比較粒子状含水ゲル(4)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、比較乾燥重合体(4)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に比較粒子状含水ゲル(4)を広げて載せ、180℃の熱風を30分間通気させることで行った。
(粉砕、分級)
続いて、上記乾燥で得られた比較乾燥重合体(4)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の比較吸水性樹脂粒子(4)を得た。
続いて、上記乾燥で得られた比較乾燥重合体(4)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の比較吸水性樹脂粒子(4)を得た。
(表面架橋)
次に、上記比較吸水性樹脂粒子(4)100重量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテル(デナコールEX-810)0.024重量部、エチレンカーボネート0.308重量部、プロピレングリコール0.515重量部及びイオン交換水2.08重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度190℃で30分間加熱処理した。
次に、上記比較吸水性樹脂粒子(4)100重量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテル(デナコールEX-810)0.024重量部、エチレンカーボネート0.308重量部、プロピレングリコール0.515重量部及びイオン交換水2.08重量部からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液を均一に混合し、温度190℃で30分間加熱処理した。
(添加)
その後冷却を行い、45重量%ジエチレントリアミン5酢酸3ナトリウム塩(キレストPC-45)0.022重量部、イオン交換水1重量部からなる溶液を均一に混合した。
その後冷却を行い、45重量%ジエチレントリアミン5酢酸3ナトリウム塩(キレストPC-45)0.022重量部、イオン交換水1重量部からなる溶液を均一に混合した。
(整粒)
その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、親水性シリカ(レオロシールQS-20)0.35重量部を混合した。混合は容量225mLのマヨネーズ瓶を用いて3分間振とうすることで行い、比較吸水性樹脂粉末(4)を得た。比較吸水性樹脂粉末(4)は、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)350μm、嵩比重0.610g/cm3であった。比較吸水性樹脂粉末(4)の諸物性を表1に示す。
その後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕(整粒工程)し、親水性シリカ(レオロシールQS-20)0.35重量部を混合した。混合は容量225mLのマヨネーズ瓶を用いて3分間振とうすることで行い、比較吸水性樹脂粉末(4)を得た。比較吸水性樹脂粉末(4)は、850-150μmが99%で、重量平均粒子径(D50)350μm、嵩比重0.610g/cm3であった。比較吸水性樹脂粉末(4)の諸物性を表1に示す。
[比較例5](特許文献15相当)
特許文献15(特許第5264850号明細書)の実施例1に準じて吸水性樹脂粉末の製造を行った。ここで、特許文献15は膨潤容積/見掛け密度(0.55~0.64g/ml)/保水量(表3で28~38g/g)/重量平均粒径(表3で380~405μm)などのパラメーターを開示する。また、特許文献15の表面架橋は特許文献5と類似の表面架橋であり、特許文献5および特許文献15は残存グリシジル架橋剤を開示しない。即ち、特許文献15の実施例1に準じて、アクリル酸108.5部(1.51モル部)、内部架橋剤としてペンタエリスリトールトリアリルエーテル0.35部(0.0014モル部)及びイオン交換水389.9部を攪拌・混合しながら3℃に保ち、比較単量体水溶液(5)を作製した。続いて、比較単量体水溶液(5)中に窒素を吹き込み、溶液中の酸素を除去した後、1重量%の過酸化水素水溶液0.43部及び2重量%のL-アスコルビン酸水溶液0.81部を添加し、重合を開始させた。温度が60℃に達した後、60±2℃で約8時間重合することにより比較含水ゲル(5)を得た。
特許文献15(特許第5264850号明細書)の実施例1に準じて吸水性樹脂粉末の製造を行った。ここで、特許文献15は膨潤容積/見掛け密度(0.55~0.64g/ml)/保水量(表3で28~38g/g)/重量平均粒径(表3で380~405μm)などのパラメーターを開示する。また、特許文献15の表面架橋は特許文献5と類似の表面架橋であり、特許文献5および特許文献15は残存グリシジル架橋剤を開示しない。即ち、特許文献15の実施例1に準じて、アクリル酸108.5部(1.51モル部)、内部架橋剤としてペンタエリスリトールトリアリルエーテル0.35部(0.0014モル部)及びイオン交換水389.9部を攪拌・混合しながら3℃に保ち、比較単量体水溶液(5)を作製した。続いて、比較単量体水溶液(5)中に窒素を吹き込み、溶液中の酸素を除去した後、1重量%の過酸化水素水溶液0.43部及び2重量%のL-アスコルビン酸水溶液0.81部を添加し、重合を開始させた。温度が60℃に達した後、60±2℃で約8時間重合することにより比較含水ゲル(5)を得た。
(ゲル粉砕)
上記操作で得た比較含水ゲル(5)400部をダイス孔径6.4mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(MEAT-CHOPPER TYPE 12VR-400KSOX/飯塚工業株式会社製)を用いてゲル粉砕しながら、35重量%の水酸化ナトリウム水溶液99.2部を添加して混合・中和し、引き続きポリ乳酸(活性剤を用いた高圧乳化により得られたポリ乳酸エマルション(重量平均分子量50,000、体積平均粒子径1.0μm、有効分40%)39.7部を添加して混合し、比較粒子状含水ゲル(5)を得た。
上記操作で得た比較含水ゲル(5)400部をダイス孔径6.4mmを有するダイスを備え付けたミートチョッパー(MEAT-CHOPPER TYPE 12VR-400KSOX/飯塚工業株式会社製)を用いてゲル粉砕しながら、35重量%の水酸化ナトリウム水溶液99.2部を添加して混合・中和し、引き続きポリ乳酸(活性剤を用いた高圧乳化により得られたポリ乳酸エマルション(重量平均分子量50,000、体積平均粒子径1.0μm、有効分40%)39.7部を添加して混合し、比較粒子状含水ゲル(5)を得た。
(乾燥)
次いで、上記ゲル粉砕で得られた比較粒子状含水ゲル(5)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、比較乾燥重合体(5)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に比較粒子状含水ゲル(5)を広げて載せ、90℃の熱風を30分間通気させることで行った。
次いで、上記ゲル粉砕で得られた比較粒子状含水ゲル(5)を、熱風乾燥機を用いて乾燥し、比較乾燥重合体(5)を得た。当該乾燥は、目開き850μmのステンレス製金網上に比較粒子状含水ゲル(5)を広げて載せ、90℃の熱風を30分間通気させることで行った。
(粉砕、分級)
続いて、上記乾燥で得られた比較乾燥重合体(5)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の比較吸水性樹脂粒子(5)を得た。
続いて、上記乾燥で得られた比較乾燥重合体(5)をロールミル(WML型ロール粉砕機/有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕した後、目開き850μm及び150μmのJIS標準篩を用いて分級し、不定形破砕状の比較吸水性樹脂粒子(5)を得た。
(表面架橋)
次に、上記比較吸水性樹脂粒子(5)100重量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテルを濃度9%で含有する水/メタノール混合溶液(水/メタノール=70/30;重量比)からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液5.5部を均一に混合し、温度90℃で45分間加熱処理し、比較吸水性樹脂粉末(5)を得た。比較用吸水性樹脂粉末(5)は、850-150μmが98%で、重量平均粒子径(D50)363μm、嵩比重0.520g/cm3であった。比較用吸水性樹脂粉末(5)の諸物性を表1に示す。
次に、上記比較吸水性樹脂粒子(5)100重量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテルを濃度9%で含有する水/メタノール混合溶液(水/メタノール=70/30;重量比)からなる(共有結合性)表面架橋剤溶液5.5部を均一に混合し、温度90℃で45分間加熱処理し、比較吸水性樹脂粉末(5)を得た。比較用吸水性樹脂粉末(5)は、850-150μmが98%で、重量平均粒子径(D50)363μm、嵩比重0.520g/cm3であった。比較用吸水性樹脂粉末(5)の諸物性を表1に示す。
(まとめ)
表1、2より実施例1~6に示すように、本発明の吸水性樹脂粉末は取扱性が良好である。また本発明の吸水性樹脂粉末を使用してカイロ用剤料と混合した際に容器への付着量が少なく、また凝集することなく混合できるため、良好なカイロ調剤を行うことができる。
表1、2より実施例1~6に示すように、本発明の吸水性樹脂粉末は取扱性が良好である。また本発明の吸水性樹脂粉末を使用してカイロ用剤料と混合した際に容器への付着量が少なく、また凝集することなく混合できるため、良好なカイロ調剤を行うことができる。
一方、比較例1に示すように、重量平均粒子径(D50)が200μmの吸水性樹脂粉末は取扱性が悪く、カイロ用材料としては不向きである。
また比較例2、比較例3(特許文献10相当)に示すように、嵩比重が0.630g/cm3を超える吸水性樹脂粉末を使用してカイロ用剤料と混合した際に容器への付着量が多くなり、調剤物を容器から取りだし難くなる。
比較例4に示すように、CRCが32.0g/gを超えると共に、PDAUPが低い吸水性樹脂粉末を使用してカイロ用剤料と混合すると凝集物の発生(ダマ)が多くなり、混合性が悪かった。
比較例5(特許文献15の実施例1相当)に示すように、CRCが32.0g/g以下であっても、PDAUPが低い吸水性樹脂粉末を使用してカイロ用剤料と混合すると、凝集物の発生(ダマ)が多くなり、混合性が悪かった。
比較例5(特許文献15の実施例1相当)に示すように、仮に、重量平均粒子径、嵩比重、CRCを所定の範囲に調整しても、架橋剤として使用したグリシジル系化合物が吸水性樹脂粉末に多量に残存する場合、カイロ用吸水性樹脂粉末は肌に間接的に接することがあるため、安全面を考慮すると望ましくない。なお、特許文献15の表面架橋は特許文献5と類似の表面架橋であり、特許文献5および特許文献15は残存グリシジル架橋剤を開示しない。また、特許文献15は膨潤容積/見掛け密度(表3で0.55~0.64g/ml)/保水量(表3で28~38g/g)/重量平均粒径(表3で380~405μm)などのパラメーターを開示するが、本発明の吸水性樹脂粉末の発熱体への適用をしない。
100 支持円筒
101 金網
102 膨潤ゲル
103 ペトリ皿
104 ガラスフィルター
105 濾紙
106 0.9重量%塩化ナトリウム水溶液
101 金網
102 膨潤ゲル
103 ペトリ皿
104 ガラスフィルター
105 濾紙
106 0.9重量%塩化ナトリウム水溶液
Claims (8)
- ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末であって、
嵩比重(JIS K3362で規定)が0.630g/cm3以下、
0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に対する無加圧下吸水倍率(CRC)(ERT441.01-2で規定)が32.0g/g以下、
重量平均粒子径(篩分級で規定)が250μm以上、
残存グリシジル系架橋剤が10ppm以下
である発熱体組成物用吸水性樹脂粉末。 - 前記吸水性樹脂粉末の加圧下拡散吸水倍率(PDAUP)(WSP243.3(10)で規定)が6.0g/g以上である請求項1に記載の発熱体組成物用吸水性樹脂粉末。
- 前記吸水性樹脂粉末の10重量%塩化ナトリウム水溶液に対する保水能DW2minが8.0g/g以上である請求項1または2に記載の発熱体組成物用吸水性樹脂粉末。
- 請求項1~3のいずれかに記載の吸水性樹脂粉末の発熱体組成物への使用であって、前記発熱体組成物が活性炭、前記吸水性樹脂粉末、及びアルカリ金属塩水溶液を含むものである使用。
- 請求項1~3のいずれかに記載の吸水性樹脂粉末、
活性炭、
アルカリ金属塩水溶液、
を含む発熱体組成物。 - 前記発熱体組成物は化学カイロである請求項1~3のいずれかに記載の発熱体組成物用吸水性樹脂粉末。
- 前記発熱体組成物は化学カイロである請求項4に記載の使用。
- 前記発熱体組成物は化学カイロである請求項5に記載の発熱体組成物。
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59145277A (ja) * | 1983-02-08 | 1984-08-20 | Nippon Paionikusu Kk | 足温用発熱組成物 |
JP2004026904A (ja) * | 2002-06-21 | 2004-01-29 | Sanyo Chem Ind Ltd | 発熱体用保水剤及び発熱体 |
WO2011126079A1 (ja) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | 株式会社日本触媒 | ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法及びポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末 |
JP5264850B2 (ja) * | 2010-02-19 | 2013-08-14 | サンダイヤポリマー株式会社 | 吸収性樹脂粒子及びこの製造方法 |
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Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2720051B2 (ja) | 1988-10-26 | 1998-02-25 | 三洋化成工業株式会社 | 高濃度無機塩類水溶液の吸収剤 |
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CN103459473B (zh) * | 2011-01-28 | 2016-04-13 | 株式会社日本触媒 | 聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂粉末的制造方法 |
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US20140276516A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Indevco Ltd. | Absorbent article having improved permeability-dependent absorption under pressure |
EP3053831B1 (en) * | 2013-09-30 | 2023-12-27 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Filled particulate water absorbing agent |
JP2015144729A (ja) | 2014-02-03 | 2015-08-13 | 株式会社日本触媒 | 使い捨てカイロの製造方法 |
CN106726165A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-05-31 | 福建恒安集团有限公司 | 一种一次性吸收物品 |
-
2018
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59145277A (ja) * | 1983-02-08 | 1984-08-20 | Nippon Paionikusu Kk | 足温用発熱組成物 |
JP2004026904A (ja) * | 2002-06-21 | 2004-01-29 | Sanyo Chem Ind Ltd | 発熱体用保水剤及び発熱体 |
JP5264850B2 (ja) * | 2010-02-19 | 2013-08-14 | サンダイヤポリマー株式会社 | 吸収性樹脂粒子及びこの製造方法 |
WO2011126079A1 (ja) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | 株式会社日本触媒 | ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末の製造方法及びポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂粉末 |
WO2017170501A1 (ja) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 株式会社日本触媒 | 吸水剤およびその製造方法、並びに吸水剤を用いた吸収性物品 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115190897A (zh) * | 2020-07-27 | 2022-10-14 | 株式会社Lg化学 | 用于超吸收性聚合物膜的制备方法 |
EP4095185A4 (en) * | 2020-07-27 | 2023-08-16 | Lg Chem, Ltd. | METHOD FOR PREPARING A SUPERABSORBENT POLYMERIC FILM |
CN115190897B (zh) * | 2020-07-27 | 2024-02-23 | 株式会社Lg化学 | 用于超吸收性聚合物膜的制备方法 |
Also Published As
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