CN114929380A - 吸收体、吸水性树脂、及吸收性物品 - Google Patents
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Abstract
提供一种吸收体,其中该吸收用于例如具备了纸浆等纤维材料(亲水性纤维)含量比率小的吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,该纸尿裤等吸收性物品对第2次以后的排尿进行吸收的液体捕获功能比以往高,尤其对于第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量比以往高。还提供一种供吸收体所用的、对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率比以往高的吸水性树脂。吸收体包含4.83kPa加压下的凝胶膨胀力为26N以上的吸水性树脂。
Description
技术领域
本发明涉及吸收体、用于该吸收体的吸水性树脂、以及包含该吸收体的吸收性物品,其中,在例如被用于吸收体所含纸浆等纤维材料比率较小的薄型纸尿裤等吸收性物品的情况下,该吸收体对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量比以往高,且该吸水性树脂对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率比以往高。
背景技术
近年来,儿童用、成人用、轻度失禁用等各种纸尿裤等卫生用品均进一步呈现薄型化倾向,该卫生用品的吸收体中的吸水性树脂的比率不断提高。一般而言,所述吸收体是由吸水性树脂与木材粉碎纸浆所形成的复合体。木材粉碎纸浆是以纤维素为主体的亲水性纤维,木材粉碎纸浆例如帮助纸尿裤中的吸收体发挥将刚排出的尿迅速吸入吸收体且使尿扩散遍及整个吸收体的功能(短时间内液体捕获功能)。然而,随着近年来的薄型化,纸浆等纤维材料的比率减少,并且出现了采用无纸浆型吸收体的纸尿裤,由此,吸收体中以往纸浆所承担的所述短时间内液体捕获功能,需要由吸水性树脂来代替承担。
也就是说,就纸尿裤等卫生用品所采用的新一代吸收体而言,要求即使在纸浆等纤维材料的含量比率较小的情况下也具有优越的短时间内液体捕获功能。并且,以所述具有优越的短时间内液体捕获功能的纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体来看,该吸收体需要具备一种比以往的吸水性树脂具有更优越的短时间内液体捕获功能的吸水性树脂。
由此,为了得到即使在纸浆等纤维材料的含量比率小的情况下也具有优越的液体捕获功能的吸收体、以及液体捕获功能得以改善了的吸水性树脂,迄今已着眼于吸水性树脂的吸水速度来进行了改进,例如提出了下列专利文献1~5的吸水性树脂。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1:WO2016/111223A1
专利文献2:WO2019/221235A1
专利文献3:EP3241861A1
专利文献4:EP3438162A1
专利文献5:EP3260485A1
发明内容
(发明要解决的问题)
但是,关于所述专利文献1~5的吸水性树脂,尽管吸水性树脂本身的吸水速度优越,但将之用于例如吸收体所含纸浆等纤维材料的含量比率较小的薄型纸尿裤等吸收性物品时,存在该纸尿裤等吸收性物品对第2次以后的排尿进行吸收的液体捕获功能不充分的课题。尤其存在吸收体对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量不充分且吸水性树脂对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率不充分的问题。
本发明的一个方面的目的在于实现:即使将纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体用于薄型纸尿裤等吸收性物品,该纸尿裤等吸收性物品对第2次以后的排尿进行吸收的液体捕获功能也比以往高。本发明的主要目的尤其是为了提供:对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量比以往高的吸收体;以及供吸收体中所用的、对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率比以往高的吸水性树脂。
(用以解决问题的技术手段)
本发明人为解决上述问题而进行了锐意研究,结果发现,在采用4.83kPa加压下的凝胶膨胀力为26N以上的吸水性树脂时,该吸水性树脂对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率比以往高。将该吸水性树脂用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体后,发现该吸收体对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量比以往高。由此发现了将该吸收体用于薄型纸尿裤等吸收性物品时,该纸尿裤等吸收性物品对第2次以后的排尿进行吸收的液体捕获功能比以往高,从而本发明人完成了本发明。
即,本发明的一个实施方式的吸收体包含:4.83kPa加压下的凝胶膨胀力为26N以上的吸水性树脂。
(发明的效果)
根据本发明的一个方面,能够提供一种吸收体,其中将该吸收体用于纸浆等纤维材料的含量比率小的薄型纸尿裤等吸收性物品时,该纸尿裤等吸收性物品对第2次以后的排尿进行吸收的液体捕获功能比以往高,尤其是对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量比以往高;还能提供一种吸水性树脂,其对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率比以往高。
附图说明
图1是对本发明一个实施方式的吸水性树脂中形成着的空洞(凹穴及空腔)进行说明的概略正面图。
图2是测量本发明一个实施方式的吸水性树脂的凝胶厚度5mm到达时间、凝胶膨胀力、及凝胶膨胀速率时所用的单元组A的结构图。
图3是本发明一个实施方式的吸水性树脂的凝胶厚度5mm到达时间的测定方法的说明图。
图4是单元组A中砝码的顶面上粘贴的白色胶带的粘贴位置示意图。
图5是本发明一个实施方式的吸水性树脂的凝胶膨胀力及凝胶膨胀速率的测定方法的斜视说明图,示出了在示踪器(Autograph)上设置有测压元件、压缩夹具及AAP测定用器具时的状态。
图6是本发明一个实施方式的吸水性树脂的凝胶膨胀力及凝胶膨胀速率的测定方法的步骤说明图。
图7是测定本发明一个实施方式的吸水性树脂对第2次的排尿进行吸收的加压下吸收倍率时所用的单元组B的结构说明图。
图8是单元组B中砝码的顶面上粘贴的白色胶带的粘贴位置示意图。
图9是向SFC测定时所用的缸筒内放入吸水性树脂并且在吸水性树脂的上放置了模拟透液性正面垫片的无纺布后的状态示意图。
图10是测定本发明一个实施方式的吸收体的加压下液体捕获量时所用的单元组C的结构说明图。
图11是本发明一个实施方式的吸收体的加压下液体捕获量的测定方法的说明图。
<附图标记说明>
1 砝码
2 活塞
3 缸筒
4 吸水性树脂
5 胶带
6 滤纸
7 玻璃制过滤器
8 0.9质量%氯化钠水溶液
9 SUS制托盘
10 面加热器
11 支架
12 嵌合套
13 夹钳
14 传感器头
15 放大器单元
16 电源单元
17 数据记录器
18 激光的照射方向
19 测压元件
20 上压盘
21 下压盘
22 砝码
23 盖
24 缸筒
25 活塞
26 无纺布
具体实施方式
对本发明的一个实施方式说明如下,但本发明不限定于此。本发明不限定为以下说明的各方案,可在说明书所示的范围内进行各种变更,对不同实施方式及实施例中分别披露的技术手段进行适当组合而得到的实施方式及实施例也包含在本发明的技术范围内。另外,本说明书中记载的所有文献均作为参考文献在本说明书中引用。本说明书中,若记载了关于数值范围的“A~B”,则该记载是指“A以上且B以下”。
[1]术语的定义
[1-1]吸水性树脂
本说明书中,“吸水性树脂”是指水溶胀性的不溶水性高分子凝胶化剂,一般为颗粒状。另外,“水溶胀性”是指WSP241.3(10)中规定的无加压下吸收倍率(CRC)为5g/g以上,“不溶水性”是指WSP270.3(10)中规定的可溶成分(Ext)为50质量%以下。另外,“CRC”是Centrifuge Retention Capacity的简称,是指吸水性树脂在无加压下的吸收倍率。
所述“吸水性树脂”优选是使含有羧基的不饱和单体交联聚合而得到的亲水性的交联聚合物。但不限定其全量、即100质量%为交联聚合物,在满足所述CRC及Ext等的要求性能的范围内,也可以含有添加剂等。
另外,所述“吸水性树脂”有时是指“仅内部交联了的聚合物、即内部与表面的交联密度实质相同的聚合物”或“内部以及表面均交联了的聚合物、即表面的交联密度相对地高于内部的交联密度的聚合物”。
本说明书中,原则上不区分所述“仅内部交联了的聚合物”及所述“内部以及表面均交联了的聚合物”,它们均记作“吸水性树脂”。但若需要明确区分是否存在表面交联,则所述“仅内部交联了的聚合物”由于是实施表面交联前的聚合物,因此记作“表面交联前的吸水性树脂”,而所述“内部以及表面均交联了的聚合物”由于是实施了表面交联后的聚合物,因此记作“表面交联后的吸水性树脂”。另外,“表面交联前”是指“添加表面交联剂之前”或“虽已添加了表面交联剂,但加热处理下的交联反应尚未开始前”。
另外,所述“吸水性树脂”除了单指树脂成分之外,有时也包含添加剂等树脂之外的成分。
[1-2]丙烯酸(盐)系单体、聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂
本说明书中,“丙烯酸(盐)”是指丙烯酸及/或其盐,“丙烯酸(盐)系单体”是指,其中的丙烯酸(盐)的含量相对于除交联剂之外的全部单体为50摩尔%以上。
本说明书中,“聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂”是指以丙烯酸(盐)为原料的聚合物。即,“聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂”是:含有源自丙烯酸(盐)的结构单元且含有作为任意成分的接枝成分的聚合物。
具体地,聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂是如下的聚合物:相对于参与聚合反应的单体当中的除内部交联剂之外的部分,优选含有50摩尔%以上的丙烯酸(盐),更优选含有70摩尔%以上的丙烯酸(盐),进而优选含有90摩尔%以上的丙烯酸(盐),并且优选含有100摩尔%以下的丙烯酸(盐),尤其优选实质含有100摩尔%的丙烯酸(盐)。
[1-3]“EDANA”及“WSP”
“EDANA”是欧洲无纺布工业协会(European Disposables and NonwovensAssociations)的简称。另外,“WSP”是Worldwide Strategic Partners的简称,是EDANA就吸水性树脂提出的世界标准性测定方法。本说明书中,依照WSP正本(2010年改订)来测定吸水性树脂的物性。
本说明书中如无特别说明,则吸水性树脂的各种物性的测定按照后述实施例的测定方法进行。
[1-4]其它
本说明书中,“某酸(盐)”是指“某酸及/或其盐”,“(甲基)丙烯”是指“丙烯及/或甲基丙烯”。
[2]吸水性树脂的制造方法
本发明的一个实施方式中的吸水性树脂在4.83kPa加压下的凝胶膨胀力为26N以上。以下,对该吸水性树脂的优选制造方法的一例进行说明。
[2-1]单体水溶液的制备工序
本工序是制备单体水溶液的工序,该单体水溶液包含以丙烯酸(盐)为主成分的单体、及至少1种聚合性内部交联剂。尽管也可以采用单体的浆液,但为方便起见,本说明书中以单体水溶液为例进行说明。
(单体)
作为本发明中所用的单体,例如,可举出丙烯酸、马来酸(酐)、衣康酸、肉桂酸、乙烯基磺酸、烯丙基甲苯磺酸、乙烯基甲苯磺酸、苯乙烯磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰氧基丙烷磺酸、2-羟乙基(甲基)丙烯酰磷酸酯等阴离子性不饱和单体及/或其盐;含有巯基的不饱和单体;含有羟基的酚性不饱和单体;(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺等含酰胺基的不饱和单体;(甲基)丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲基氨基丙酯、N,N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺等含氨基的不饱和单体等。该单体包括水溶性或疏水性的不饱和单体。这些之中,优选丙烯酸(盐)。另外,可将丙烯酸(盐)与其它单体并用。这种情况下,相对于除交联剂之外的全部单体,丙烯酸(盐)的使用量优选为50摩尔%以上,更优选为70摩尔%以上,进而优选为90摩尔%以上,尤其优选为实质100摩尔%。
(利用碱性化合物进行的中和)
本发明中若采用丙烯酸(盐)系单体,则丙烯酸优选用碱性化合物经过了部分中和。即,本发明中,聚丙烯酸的酸基被部分中和了的吸水性树脂为优选。
作为所述碱性化合物,例如可举出碱金属的碳酸盐及碳酸氢盐、碱金属的氢氧化物、氨、有机胺等。其中,从吸水性树脂的吸水性能的观点来看,选择强碱性的化合物。因此,优选钠、钾、锂等碱金属的氢氧化物,更优选氢氧化钠。另外,从处理性的观点来看,优选该碱性化合物的水溶液形态。市售的氢氧化钠包含了ppm级(质量基准)的锌、铅、铁等重金属,因此严密而言,其可以说是组合物。本发明中,该组合物也包含在碱性化合物的范畴内。
进行所述中和的时期为聚合前、聚合中、聚合后均可,可在多个时期或多次地进行中和。另外,从吸水性树脂的生产效率的观点来看,优选连续式中和。
本发明中,在采用丙烯酸(盐)的情况下,相对于单体的酸基,丙烯酸(盐)的中和率优选为10摩尔%以上,更优选为40摩尔%以上,进而优选为50摩尔%以上,尤其优选为60摩尔%以上,并且优选为90摩尔%以下,更优选为85摩尔%以下,进而优选为80摩尔%以下,尤其优选为75摩尔%以下。中和率在该范围,则能够抑制吸水性树脂的吸水性能的下降。所述中和率的要求也适用于前述的聚合前、聚合中、聚合后。另外,也同样适用于吸水性树脂。
(内部交联剂)
本发明的优选制造方法中,使用内部交联剂。作为该内部交联剂,例如可举出N,N’-甲撑双(甲基)丙烯酰胺、(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙三醇三(甲基)丙烯酸酯、丙三醇丙烯酸酯甲基丙酸酯、乙氧基改质三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二聚季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、氰尿酸三烯丙酯、异氰尿酸三烯丙酯、磷酸三烯丙酯、三烯丙胺、聚(甲基)烯丙氧基链烷、(聚)乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇二缩水甘油醚、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇、乙二胺、聚乙亚胺、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等。考虑到反应性等,从这些内部交联剂之中选择至少1种内部交联剂。
本发明中,从吸水性树脂的吸水性能等观点来看,优选选择具有2个以上聚合性不饱和基的内部交联剂,更优选选择具有(聚)亚烷基甘醇结构且具有2个以上聚合性不饱和基的内部交联剂。作为所述聚合性不饱和基,具体而言,可举出烯丙基、(甲基)丙烯酸酯基。其中,优选(甲基)丙烯酸酯基。另外,关于具有所述(聚)亚烷基甘醇结构且具有2个以上聚合性不饱和基的内部交联剂,可举出聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯。关于亚烷基甘醇结构单元的数量(以下,记作“n”),优选为1以上,更优选为2以上,进而优选为4以上,尤其优选为6以上,且优选为100以下,更优选为50以下,进而优选为20以下,尤其优选为10以下。
相对于除内部交联剂之外的单体,所述内部交联剂的使用量优选为0.0001摩尔%以上,更优选为0.001摩尔%以上,进而优选为0.01摩尔%以上,尤其优选为0.02摩尔%以上,并且优选为10摩尔%以下,更优选为5摩尔%以下,进而优选为1摩尔%以下,尤其优选为0.50摩尔%以下。使用量在该范围内,则能够得到具有预期吸水性能的吸水性树脂。另一方面,使用量在该范围外,则随着凝胶强度的降低,可能出现水可溶成分的增加以及吸收倍率的降低。
本发明中,添加所述内部交联剂的时机能够使聚合物均匀地交联即可,可举出向聚合前的单体水溶液、聚合中或聚合后的含水凝胶中添加内部交联剂的方法。其中,优选预先向单体水溶液中添加规定量的内部交联剂的方法。
(向单体水溶液中添加的物质)
本发明中,从提高吸水性树脂的物性的观点来看,可以在所述单体水溶液的制备时、所述聚合反应及交联反应的期间中、或所述聚合反应后及交联反应后的这些中任一以上阶段,向单体水溶液中添加下列物质。
作为该物质,具体而言,可举出淀粉、淀粉衍生物、纤维素、纤维素衍生物、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(盐)、聚丙烯酸(盐)的交联物等亲水性高分子;碳酸盐、偶氮化合物、各种产生气泡的发泡剂、表面活性剂、螯合剂、链转移剂等化合物。
相对于所述单体水溶液,所述亲水性高分子的添加量优选为50质量%以下,更优选为20质量%以下,进而优选为10质量%以下,尤其优选为5质量%以下,并且优选为0质量%以上,更优选超过0质量%。另外,相对于所述单体水溶液,上述化合物的添加量优选为5质量%以下,更优选为1质量%以下,进而优选为0.5质量%以下,并且优选为0质量%以上,更优选超过0质量%。
将水溶性树脂或吸水性树脂用作所述亲水性高分子时,能够得到枝接聚合物或吸水性树脂组合物,例如能得到淀粉-丙烯酸(盐)共聚物、PVA-丙烯酸(盐)共聚物等。这些枝接聚合物或吸水性树脂组合物也包含在聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂的范畴内。
(单体成分的浓度)
根据目的,可分别选择前述各物质及各成分(以下,记作“单体成分”),并以满足前述范围的方式分别对此物质、成分的量进行规定并将之相互混合,从而制作单体水溶液。本发明中,单体除了可为水溶液形态之外,还可以为水与亲水性溶剂的混合溶液的形态。
另外,从吸水性树脂的物性的观点来看,单体成分的合计浓度优选为10质量%以上,更优选为20质量%以上,进而优选为30质量%以上,并且优选为80质量%以下,更优选为75质量%以下,进而优选为70质量%以下。该单体成分的浓度通过下式(A)来计算。
单体成分的浓度(质量%)=〔(单体成分的质量)/(单体水溶液的质量)〕×100…式(A)
所述式(A)中,“单体水溶液的质量”不包括枝接成分的质量、吸水性树脂的质量、反相悬浮聚合情况下所用的疏水性有机溶剂的质量。
[2-2]聚合工序
本工序是使单体水溶液聚合从而得到含水凝胶状交联聚合物(以下,简记为“含水凝胶”)的工序。优选是如下工序:使经所述单体水溶液的制备工序得到的、包含以丙烯酸(盐)为主成分的单体及至少1种聚合性内部交联剂的单体水溶液进行聚合,从而得到含水凝胶。
(聚合引发剂)
关于本发明所用的聚合引发剂,可以根据聚合单体的种类及聚合条件等,从通常制造吸水性树脂时所用的聚合引发剂之中选用1种或2种以上。作为聚合引发剂,例如可举出热分解型引发剂及光分解型引发剂。
作为热分解型引发剂,例如可举出过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵等过硫酸盐;过氧化氢、过氧化叔丁基、过氧化甲乙酮等过氧化物;偶氮腈化合物、偶氮脒化合物、环状偶氮脒化合物、偶氮酰胺化合物、烷基偶氮化合物、2,2’-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2’-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐等偶氮化合物等。
作为光分解型引发剂,例如可举出苯偶姻衍生物、苯偶酰衍生物、苯乙酮衍生物、二苯酮衍生物、偶氮化合物等。
这些之中,考虑到成本、以及抑制残留单体出现的能力,优选过硫酸盐。另外,还可以并用促进所述过硫酸盐或过氧化物等氧化性聚合引发剂分解的还原剂,从而将氧化性聚合引发剂和还原剂组合来得到氧化还原体系引发剂。作为所述还原剂,例如可举出:亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等(重)亚硫酸(盐):L-抗坏血酸(盐)、亚铁盐等还原性金属(盐);胺类等。
相对于除内部交联剂之外的单体,所述聚合引发剂的使用量优选为0.001摩尔%以上,更优选为0.01摩尔%以上,并且优选为1摩尔%以下,更优选为0.5摩尔%以下,进而优选为0.1摩尔%以下。另外,相对于除内部交联剂之外的单体,所述还原剂的使用量优选为0.0001摩尔%以上,更优选为0.0005摩尔%以上,并且优选为0.02摩尔%以下,更优选为0.015摩尔%以下。使用量在该范围内,则能够得到具有预期吸水性能的吸水性树脂。
另外,本发明中,可通过照射放射线、电子束、紫外线等活性能量射线来使所述聚合反应开始。另外,活性能量射线的照射与所述聚合引发剂可并用。
(聚合形态)
作为适用于本发明的聚合形态,可举出水溶液聚合、反相悬浮聚合、喷雾聚合、液滴聚合、大批聚合、沉淀聚合等。其中,从聚合的易控制性及吸水性树脂的吸水性能的观点来看,优选选择水溶液聚合或反相悬浮聚合,更优选选择水溶液聚合,进而优选选择连续式水溶液聚合。关于反相悬浮聚合,国际公布第2007/004529号、国际公布第2012/023433号等中有记载。另外,连续式水溶液聚合能够以较高的生产性来制造吸水性树脂,可举出美国专利第4893999号、美国专利第6906159号、美国专利第7091253号、美国专利第7741400号、美国专利第8519212号、日本特开2005-36100号公报等中记载的连续带式聚合、以及美国专利第6987151号等中记载的连续捏合机式聚合。
所述连续式水溶液聚合的优选形态有高温开始聚合、高浓度聚合、发泡聚合等。该“高温开始聚合”是指如下的聚合形式:聚合开始时的单体水溶液的温度优选为35℃以上、更优选40℃以上、进而优选45℃以上、尤其优选50℃以上,且优选为单体水溶液的沸点以下。另外,“高浓度聚合”是指如下的聚合形式:聚合开始时的单体浓度优选为30质量%以上、更优选35质量%以上、进而优选40质量%以上、尤其优选45质量%以上,且优选为单体水溶液的饱和浓度以下。“发泡聚合”是指如下的聚合形式:使含有发泡剂或气泡的所述单体水溶液进行聚合。这些聚合形式可各自单独实施,也可并用地实施2种以上。
关于所述发泡聚合时用的气泡的分散方法,可举出:降低单体水溶液中溶解的气体的溶解度从而使该气体作为气泡分散的方法、从外部导入气体来使该气体作为气泡分散的方法、向单体水溶液添加发泡剂来使其发泡的方法等。此外,可根据吸水性树脂的目标物性,适当并用地实施这些分散方法。
若是从所述外部导入气体,则作为该气体,具体地可举出氧、空气、氮、二氧化碳、臭氧等、以及这些气体的混合气体。从聚合性及成本的观点来看,优选使用氮及二氧化碳等非活性气体,更优选使用氮。
作为可使用的发泡剂,可举出偶氮化合物、有机或无机的碳酸盐溶液、分散液、粒径0.1μm以上且1000μm以下的粉末。其中,优选无机碳酸盐,具体而言,可使用碳酸钠、碳酸铵、碳酸镁等碳酸盐、碳酸氢盐。
对通过发泡聚合而得到的发泡状的含水凝胶进行凝胶粉碎,则更易于干燥。另外,通过聚合成发泡状的吸水性树脂,能够提高吸水性树脂的吸水速度,并且能更易于将该吸水性树脂固定在吸收性物品中。可用电子显微镜确认吸水性树脂的表面的孔、例如直径1μm以上且100μm以下的孔,由此判断其是否为发泡状。平均每粒吸水性树脂的孔数优选为1个以上,更优选为10个以上,并且优选为10000个以下,更优选为1000个以下。孔数可通过所述发泡聚合来控制。
[2-3]凝胶粉碎工序
本工序是在所述聚合工序中途及/或聚合工序后实施的、对含水凝胶进行粉碎的工序。具体而言,可在所述聚合工序中对含水凝胶进行粉碎,也可在所述聚合工序后对含水凝胶进行粉碎。即,本工序是对含水凝胶进行凝胶粉碎从而得到颗粒状的含水凝胶(以下,记作“颗粒状含水凝胶”)的工序。为便于与后述粉碎工序中的“粉碎”进行区分,将本工序记作“凝胶粉碎”。另外,凝胶粉碎的对象不单是所述聚合工序中得到的含水凝胶,若无特别说明,则此对象还包括后述经再利用而得的造粒凝胶。若无特别说明,则其它工序中有关凝胶的宗旨也同样。
所述凝胶粉碎是指,使用捏合机、绞肉机等螺旋型挤出机、切磨机等凝胶粉碎机来将含水凝胶调整为规定大小的处理。
对含水凝胶进行凝胶粉碎时,优选向凝胶粉碎机添加温水及/或水蒸汽。添加温水及/或水蒸汽,则能够得到粘着性低且通气性良好的颗粒状含水凝胶,从而易于干燥,因此优选。温水的温度优选为40℃以上,更优选为50℃以上,进而优选为60℃以上,并且优选为100℃以下。
关于凝胶粉碎的实施方式及运作条件等,国际公布第2011/126079号小册子中记载的内容优选适用于本发明。若聚合形态为捏合机式聚合,则此相当于聚合工序与凝胶粉碎工序同时实施。另外,本发明中经过凝胶粉碎工序,能够得到无规破碎状的吸水性树脂。
另外,本发明的吸水性树脂的制造方法中,更优选微粉再利用工序包含:造粒工序,将去除出的微粉与水性液混合而得到造粒凝胶;造粒凝胶添加工序,在自凝胶粉碎工序结束后起至干燥工序的干燥完成前为止的过程内的、至少1个工序中及/或工序间,向含水凝胶添加所述造粒凝胶。此外,本发明的凝胶粉碎工序中,更优选对凝胶粉碎能量进行适当控制。关于以下述规定的凝胶粉碎能量来进行凝胶粉碎而得到的颗粒状含水凝胶,即使从此后得到的吸水性树脂的物性方面来看,其吸水速度的评价也是很高的,这例如可以通过国际公布第2009/016055号中记载的FSR、及JIS K7224(1996年度)“高吸水性树脂的吸水速度试验方法”中记载的Vortex来评价。
这里,本发明中的“凝胶粉碎能量”是指:在对含水凝胶进行凝胶粉碎时,凝胶粉碎装置相对于每单位质量、即含水凝胶的单位质量而需要的机械能,但不包含对外罩进行加热冷却的能量及所导入的水及蒸汽的能量。这里,根据英文写法“Gel Grinding Energy”,将“凝胶粉碎能量”简称为“GGE”。
若凝胶粉碎装置以三相交流电来驱动,那么GGE可通过下式(I)来计算。
GGE[J/g]={√3×电压×电流×功率因数×马达效率}/{每秒投入凝胶粉碎机的含水凝胶的质量}…式(I)
上述“功率因数”以及“马达效率”是随凝胶粉碎装置的运作条件等而变化的装置固有值,其取值为0~1。这些值可向装置生产厂家询问而知。另外,若凝胶粉碎装置以单相交流电来驱动,则只要将上述式(I)中的“√3”换为“1”,便可算出GGE。另外,电压的单位是“[V]”,电流的单位是“[A]”,有关含水凝胶质量的单位是“[g/s]”。
关于所述GGE中的“功率因数”及“马达效率”,取的是凝胶粉碎时的值。由于空载工作时的电流值有时较小,因此拟合地以式(I)来定义上述空载工作时的功率因数及马达效率的值。所述式(I)中的“每秒投入凝胶粉碎机的含水凝胶的质量”(g/s)例如是:将通过定量给料器来连续提供含水凝胶时的供应量的单位换算为[g/s]后的值。但如后所述的,含水凝胶有时也会包含通过再利用而得的造粒凝胶。
本发明中进行凝胶粉碎的凝胶粉碎能量(GGE)优选为100J/g以下,更优选为80J/g以下,进而优选为60J/g以下,并且优选为20J/g以上,更优选为25J/g以上,进而优选为30J/g以上。将凝胶粉碎能量控制在所述范围内,则能够一边向含水凝胶施加恰当的剪切力、压缩力,一边进行凝胶粉碎。
这里,若在捏合机式聚合后使用螺旋挤出机或使用多个螺旋挤出机等,也就是若通过多个装置来进行凝胶粉碎,则将各装置分别消耗的能量合计为凝胶粉碎能量(GGE)。
另外,在如前述那样对凝胶粉碎能量进行控制的情况下,通过组合地添加具有前述温度的温水,则能够获得更好的效果。另外,也可在实施了通常的凝胶粉碎后,再进行基于所述凝胶粉碎能量的凝胶粉碎。
从易于干燥、及所得到的吸水性树脂的物性的观点来看,经凝胶粉碎工序而细粒化了的颗粒状含水凝胶的粒径优选处在0.1mm以上且10mm以下的范围。另外,颗粒状含水凝胶的质均粒径(D50)优选为0.1mm以上,更优选为0.15mm以上,进而优选为0.20mm以上,尤其优选为0.25mm以上,并且优选为5mm以下,更优选为2mm以下,进而优选为1mm以下,尤其优选为0.80mm以下。颗粒状含水凝胶的质均粒径(D50)若偏离上述范围,则干燥可能不充分。本发明中向干燥工序提供的含水凝胶的质均粒径优选在上述范围内,更优选所述粒径及所述质均粒径均满足上述范围。
关于所述颗粒状含水凝胶的粒度,其粒度分布的对数标准差体现了粒度分布的狭窄程度,该对数标准差(σζ)优选为0.2以上,且优选为1.5以下,更优选为1.3以下,进而优选为1.2以下。粒度分布的对数标准差(σζ)的值越小则粒度越均匀,从而有能够均匀干燥的优点。但是,若要使该粒度分布的对数标准差(σζ)低于0.2,就需要进行特殊操作,例如需要在凝胶粉碎前的聚合时进行粒度控制,或对凝胶粉碎后的颗粒状含水凝胶进行分级等,然而从生产性及成本的观点来看,这实质上难以实现。
另外,为了提高后述的吸水性树脂的比表面积,优选采用国际公布第2011/126079号小册子中记载的凝胶粉碎方法。另外,也可将该凝胶粉碎方法与前述的发泡聚合组合地运用。
另外,为了均匀且高效地进行干燥,颗粒状含水凝胶的含水率优选为30质量%以上,更优选为45质量%以上,并且优选为70质量%以下,更优选为55质量%以下。
[2-4]干燥工序
本工序是对凝胶粉碎了的含水凝胶进行干燥的工序,具体而言,本工序是如下工序:将所述颗粒状含水凝胶干燥得达到预期的固体成分量,从而得到干燥聚合物;或者,在所述颗粒状含水凝胶中添加有造粒凝胶的情况下,将造粒凝胶及颗粒状含水凝胶这两者均干燥得达至期望的固体成分量,从而得到干燥聚合物。该固体成分量的值、也就是从所述凝胶100质量%中减去含水率后的值优选为80质量%以上,更优选为85质量%以上,进而优选为90质量%以上,尤其优选为92质量%以上,并且优选为99质量%以下,进而优选为98质量%以下,尤其优选为97质量%以下。干燥聚合物的固体成分量在所述范围内,则能够高效实施粉碎、分级、表面交联。本说明书中的“干燥完成”是指固体成分量已达到了80质量%的状态。本工序中,干燥聚合物有时可能是凝块状,并且凝块的上下、中央/边缘的含水率可能不同。这种情况下,可从不同位置适当获取干燥聚合物,根据需要将其弄碎后再测定含水率,并取平均值。
本说明书中,有时将不满足上述规定的固体成分量的干燥聚合物记作“未干燥物”。干燥工序中的“被干燥物”或“颗粒状含水凝胶”中有时包含颗粒状含水凝胶及造粒凝胶这两者。另外,尤其对于包含颗粒状含水凝胶及造粒凝胶这两者的情况而言,本发明的干燥工序是更为有效的条件。这里,有关其它工序也同样地,含水凝胶及其处理物中可能包含造粒凝胶及其处理物。
干燥工序中的干燥方法例如可举出加热干燥、热风干燥、减压干燥、流动层干燥、红外线干燥、微波干燥、与疏水性有机溶剂的共沸脱水干燥、运用高温水蒸汽的高湿干燥、搅拌干燥等。这些干燥方法采用连续式或批次式的方式均可,但从生产效率的观点来看,更优选连续式。另外,从干燥效率的观点来看,其中优选搅拌干燥及热风干燥。关于搅拌干燥,优选使用桨式干燥机或旋转滚筒式干燥机等搅拌干燥机。另外,关于热风干燥,优选使用通气带式干燥机来在其通气传送带上进行热风干燥。通过使用通气带式干燥机,能够防止干燥聚合物及干燥途中的颗粒状含水凝胶等被干燥物受到机械性破损及摩擦而产生微粉末等,并且高效进行干燥。
从干燥效率来考虑,进行热风干燥时的干燥温度、也就是热风温度优选为120℃以上,更优选为130℃以上,进而优选为150℃以上,并且优选为250℃以下,更优选为230℃以下,进而优选为200℃以下。另外,干燥时间选为10分钟以上,更优选为20分钟以上,进而优选为30分钟以上,并且优选为2小时以下,更优选为1.5小时以下,进而优选为1小时以下。干燥温度及干燥时间在该范围内,则得到的吸水性树脂的物性能够在预期范围。关于其它干燥条件,根据接受干燥的颗粒状含水凝胶及造粒凝胶的含水率、总质量及目标固体成分量来适当进行设定即可,进行带式干燥时,可适当采用国际公布第2006/100300号小册子、国际公布第2011/025012号小册子、国际公布第2011/025013号小册子、国际公布第2011/111657号小册子等中记载的各条件。
(通气带式干燥机)
本发明中所用的干燥机采用连续式或批次式的方式均可,但从生产效率的观点来看,更优选连续式的通气带式干燥机。在用该连续式的通气带式干燥机对被干燥物进行干燥的情况下,可将被干燥物以成为层状(以下,记作“凝胶层”)的方式连续提供至带式干燥机的带上,并进行热风干燥。该干燥机的带宽优选为0.5m以上,更优选为1m以上,并且优选为10m以下,更优选为5m以下。带长选为20m以上,更优选为40m以上,并且优选为100m以下,更优选为50m以下。
可根据传送带宽、传送带长、生产量、干燥时间等来适当设定带上的被干燥物的移动速度,但从传送带驱动装置承受的负荷及耐久性等观点来看,所述移动速度优选为0.3m/分钟以上,更优选为0.5m/分钟以上,进而优选为0.7m/分钟以上,并且优选为5m/分钟以下,更优选为2.5m/分钟以下,进而优选为2m/分钟以下,尤其优选为1.5m/分钟以下。
散布在通气带式干燥机上的被干燥物的凝胶层的平均厚度优选为3cm以上,更优选为5cm以上,进而优选为8cm以上,并且优选为30cm以下,更优选为20cm以下,进而优选为15cm以下。为了以上述条件来有效地达到所述固体成分量,优选将凝胶层的厚度控制在上述范围。另一方面,若凝胶层过厚,则容易出现未干燥物的残留及干燥不均匀,从而即使进行上述规定的干燥工序,不符合所述优选固体成分量的干燥聚合物的比例也可能较多。
[2-5]粉碎工序、分级工序
粉碎工序是对干燥后的聚合物进行粉碎的工序,分级工序是从粉碎了的聚合物中将微粉除去的工序。具体而言,将经所述干燥工序而得到的干燥聚合物,在粉碎工序中粉碎,并在分级工序中调整为预期范围的粒度,从而得到吸水性树脂。经过干燥后的粉碎工序,能够得到无规破碎状的吸水性树脂。
关于所述粉碎工序中所使用的粉碎机,可举出辊磨机、锤磨机、螺旋磨机、针磨机等高速旋转式粉碎机、振磨机、曲肘型粉碎机、圆筒式搅拌器等。其中,从粉碎效率的观点来看,优选选择辊磨机。另外,这些粉碎机也能多个并用。
作为所述分级工序中的粒度调整方法,可举出使用了JIS标准筛(JIS Z8801-1(2000))的筛分级、或气流分级等。其中,从分级效率的观点来看,优选选择筛分级。这里,从易于进行粉碎的观点来看,也可以在粉碎工序前附加地进行分级工序。
关于吸水性树脂的粒度分布,吸水性树脂的质均粒径(D50)优选为250μm以上且600μm以下,并且,300μm~600μm的颗粒的比例优选为50质量%以上,低于150μm的颗粒的比例优选为5质量%以下。质均粒径(D50)的上限优选为550μm,更优选为500μm,进而优选为450μm。另外,300μm~600μm的颗粒的比例更优选为55质量%以上,进而优选为60质量%以上,尤其优选为65质量%以上。另外,低于150μm的颗粒的比例优选为4质量%以下,更优选为3质量%以下,进而优选为2质量%以下。另外,超过710μm的颗粒的比例优选为3质量%以下,更优选为2质量%以下,进而优选为1质量%以下。另外,体现粒度分布狭窄程度的粒度分布对数标准差(σζ)优选为0.20以上,更优选为0.25以上,进而优选为0.27以上,并且优选为0.50以下,更优选为0.40以下,进而优选为0.35以下。粒度分布的对数标准差(σζ)的值越小,则有粒径越均匀的优点,也就是有颗粒分布偏倚情况越少的优点。优选质均粒径(D50)及低于150μm的颗粒的比例均满足上述范围,更优选质均粒径(D50)、低于150μm的颗粒的比例、及超过710μm的颗粒的比例均满足上述范围,进而优选质均粒径(D50)、低于150μm的颗粒的比例、超过710μm的颗粒的比例、及对数标准差均满足上述范围,可在上述各范围内进行适当组合。
前述对粒度的要求也适用于粉碎工序及分级工序后的吸水性树脂。因此,若进行表面交联,则优选以维持表面交联前的吸水性树脂的、经调整而得的前述范围的粒度不变的方式,通过表面交联工序进行表面交联处理,更优选在表面交联工序之后设置整粒工序来对粒度进行调整。分级工序中筛不过网眼710μm的筛的吸水性树脂优选返回粉碎工序来再次在粉碎工序中接受粉碎。另外,分级工序中筛过网眼150μm的筛的吸水性树脂优选在后述微粉再利用工序中接受处理。
[2-6]表面交联工序
本工序是根据需要在经前述各工序而得到的表面交联前的吸水性树脂的表面层上进一步形成交联密度较高部分的工序,本工序包括混合工序、热处理工序、冷却工序等。该表面交联工序中,在表面交联前的吸水性树脂的表面发生自由基交联、表面聚合、以及与表面交联剂的交联反应等,从而得到表面交联了的吸水性树脂。
[2-6-1]混合工序
本工序是将包含表面交联剂的溶液(以下,记作“表面交联剂溶液”)在混合装置内与表面交联前的吸水性树脂混合从而得到加湿混合物的工序。
(表面交联剂)
本发明中,在表面交联时使用表面交联剂。作为该表面交联剂,例如可举出美国专利第7183456号中记载的表面交联剂。考虑到反应性等,从这些表面交联剂中可选择至少1种表面交联剂。另外,从表面交联剂的操作性及吸水性树脂的吸水性能等观点来看,优选选择具有2个以上能与羧基反应的官能基且能形成共价键的有机化合物来作为所述表面交联剂。
作为所述表面交联剂,具体而言,例如可举出乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、聚丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,2-戊二醇、1,3-戊二醇、1,4-戊二醇、1,5-戊二醇、2,3-戊二醇、2,4-戊二醇、1,2-己二醇、1,3-己二醇、1,4-己二醇、1,5-己二醇、1,6-己二醇、2,3-己二醇、2,4-己二醇、甘油、聚甘油、二乙醇胺、三乙醇胺等多元醇化合物;乙二胺、二乙三胺、三乙四胺、四乙五胺、五乙六胺、聚烯丙胺、聚亚乙基亚胺等多胺化合物;卤代环氧化合物、多胺化合物和卤代环氧化合物的缩合物;1,2-亚乙基双恶唑啉等恶唑啉化合物;恶唑烷酮化合物;1,3-二氧杂戊环-2-酮(碳酸亚乙酯)、4-甲基-1,3-二氧杂戊环-2-酮、4,5-二甲基-1,3-二氧杂戊环-2-酮、4,4-二甲基-1,3-二氧杂戊环-2-酮、4-乙基-1,3-二氧杂戊环-2-酮、4-羟甲基-1,3-二氧杂戊环-2-酮、1,3-二氧杂己环-2-酮、4-甲基-1,3-二氧杂己环-2-酮、4,6-二甲基-1,3-二氧杂己环-2-酮、1,3-二氧杂庚环-2-酮等碳酸亚烷基酯化合物;乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、甘油聚缩水甘油醚、二甘油聚缩水甘油醚、聚甘油聚缩水甘油醚、缩水甘油等多缩水甘油基化合物;氧杂丁环化合物;乙烯醚化合物;环脲化合物等。
若使用多种所述表面交联剂,则相对于表面交联前的吸水性树脂100质量份,这些表面交联剂的合计使用量优选为0.01质量份以上,并且优选为10质量份以下,更优选为5质量份以下,进而优选为2质量份以下。表面交联剂的使用量在该范围内,则能够在表面交联前的吸水性树脂的表面层上得到最佳的交联结构,从而得到高物性的吸水性树脂。
所述表面交联剂优选以水溶液的方式添加给表面交联前的吸水性树脂。这种情况下,相对于表面交联前的吸水性树脂100质量份,水的使用量优选为0.1质量份以上,更优选为0.3质量份以上,进而优选为0.5质量份以上,并且优选为20质量份以下,更优选为15质量份以下,进而优选为10质量份以下。水的使用量在该范围内,则能够提高表面交联剂溶液的操作性,并且能将表面交联剂均匀地混合入表面交联前的吸水性树脂。
另外,根据需要,可以将亲水性有机溶剂与所述水并用,从而形成所述表面交联剂溶液。这种情况下,相对于表面交联前的吸水性树脂100质量份,亲水性有机溶剂的使用量优选为5质量份以下,更优选为3质量份以下,进而优选为1质量份以下。作为该亲水性有机溶剂,具体而言,可举出甲醇等低级醇类;丙酮等酮类;二氧杂己环等醚类;N,N-二甲基甲酰胺等酰胺类;二甲基亚砜等砜类;乙二醇等多元醇类等。但是,使用这些亲水性有机溶剂时,优选将使用量限制得尽可能少。
另外,可以在5质量份以下的范围内,将后述“[2-7]添加剂及其添加工序”栏中所述的各种添加剂添加给所述表面交联剂溶液,或者通过混合工序来另行添加。
(混合方法、混合条件)
关于所述表面交联前的吸水性树脂与所述表面交联剂溶液的混合,可选择以下方法:预先制备表面交联剂溶液,优选将该溶液向表面交联前的吸水性树脂喷雾或滴下,更优选将该溶液喷雾,从而进行混合。
进行所述混合的混合装置优选具备将表面交联前的吸水性树脂与表面交联剂均匀且确实地混合的所需扭矩。该混合装置优选是高速搅拌型混合机,更优选是高速搅拌型连续混合机。该高速搅拌型混合机的转数优选为100rpm以上,更优选为300rpm以上,并且优选为10000rpm以下,更优选为2000rpm以下。
从与表面交联剂溶液的混合性、以及加湿混合物的凝聚性的观点来看,向本工序提供的表面交联前的吸水性树脂的温度优选为35℃以上,并且优选为80℃以下,更优选为70℃以下,进而优选为60℃以下。另外,混合时间优选为1秒以上,更优选为5秒以上,并且优选为1小时以下,更优选为10分钟以下。
[2-6-2]热处理工序
本工序是,对所述混合工序中得到的加湿混合物进行加热来使表面交联前的吸水性树脂的表面发生交联反应的工序。关于所述加湿混合物的热处理,可以在静置状态下对该加湿混合物进行加热,也可以通过搅拌等动力而在流动状态下进行加热,但从能够对加湿混合物整体均匀加热这一点来看,优选在搅拌下进行加热。从上述观点来看,进行所述热处理的热处理装置可举出桨式干燥机、多搅拌叶搅拌器、塔式干燥机等。
从表面交联剂的种类及量、以及吸水性树脂的吸水性能等观点来看,本工序中的加热温度优选为100℃以上,更优选为150℃以上,进而优选为170℃以上,尤其优选为180℃以上,并且优选为250℃以下,更优选为230℃以下。另外,加热时间优选为至少5分钟,更优选为至少7分钟。通过将加热温度及加热时间控制在上述范围内,能够提高所得到的吸水性树脂的吸水性能,因此优选。
[2-6-3]冷却工序
本工序是在所述热处理工序后根据需要设置的任意工序。本工序是,将经所述热处理工序后的高温的吸水性树脂强制冷却至规定温度来使表面交联反应迅速停止的工序。
关于所述吸水性树脂的冷却,可以在静置状态下进行冷却,也可以通过搅拌等动力而在流动状态下进行冷却,但从能够对吸水性树脂整体均匀冷却这一点来看,优选在搅拌下进行冷却。从上述观点来看,作为进行所述冷却的冷却装置,可举出桨式干燥机、多搅拌叶搅拌器、塔式干燥机等。这些冷却装置可以与热处理工序中使用的热处理装置为相同规格。将热处理装置的热媒换成冷媒,就能用作冷却装置。
可根据热处理工序中的加热温度、吸水性树脂的吸水性能等来适当设定本工序中的冷却温度,优选为40℃以上,更优选为50℃以上,并且优选为100℃以下,更优选为90℃以下,进而优选为70℃以下。
[2-7]添加剂及其添加工序
本发明中,除了前述的工序之外,还可根据需要,实施将下述的添加剂(表面改性剂、其它添加剂)添加给吸水性树脂的工序。
[2-7-1]表面改性剂
表面改性剂是为了对吸水性树脂的颗粒表面进行改性而添加的添加剂,具体而言,可举出渗液性提高剂、吸湿下的抗结块(Anti-Caking)剂、粉体流动控制剂、吸水性树脂的粘合剂等。尤其从提高渗液性的观点来看,可以使用选自多价金属盐、阳离子性聚合物、无机微粒的至少1种化合物,根据需要可并用2种以上。可根据所选择的化合物,对所述表面改性剂的添加量进行适当设定。为了达成对吸水性树脂的颗粒表面进行改性的目的,表面改性剂的添加工序优选在聚合工序之后进行,更优选在干燥工序之后进行,进而优选在表面交联工序之后进行。另外,表面改性剂的添加可在任意1个以上工序中进行。
(多价金属盐)
若使用多价金属盐,则多价金属盐的多价金属阳离子优选为2价以上,更优选为2价以上,并且优选为4价以下,进而优选为3价或4价。另外,作为可以使用的多价金属,可举出铝、锆等。因此,作为本工序中可以使用的多价金属盐,可举出乳酸铝、乳酸锆、硫酸铝、硫酸锆等。其中,从食盐水导流性(SFC)的提升效果的观点来看,更优选乳酸铝或硫酸铝,进而优选硫酸铝。
相对于吸水性树脂1g,所述多价金属盐的添加量优选为0摩尔以上,并且优选低于3.6×10-5摩尔,更优选低于1.4×10-5摩尔,进而优选低于1.0×10-5摩尔。
另外,含所述多价金属的溶液中,作为用于调整多价金属向吸水性树脂内的渗透性的调整剂,可还包含氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠、乳酸钠等1价金属化合物。
(阳离子性聚合物)
若使用阳离子性聚合物,则作为该阳离子性聚合物,可举出美国专利第7098284号中记载的物质。其中,从提高渗液性的观点来看,更优选乙烯基胺聚合物。另外,阳离子性聚合物的质均分子量优选为5000以上且1000000以下。
相对于吸水性树脂100质量份,所述阳离子性聚合物的添加量优选为0质量份以上,并且优选低于2.5质量份,更优选低于2.0质量份,进而优选低于1.0质量份。
(无机微粒)
若使用无机微粒,则作为无机微粒,可举出美国专利第7638570号中记载的物质。其中,从提高渗液性的观点来看,优选二氧化硅。另外,从加压下吸收倍率与吸湿流动性之间的平衡的观点来看,无机微粒优选水滑石、磷酸钙、及氢氧化铝。
所述无机微粒的一次粒径若低于20nm,则相对于吸水性树脂100质量份,该无机微粒的添加量优选为0质量份以上,并且优选低于1.2质量份,更优选低于1.0质量份,进而优选低于0.5质量份。另外,所述无机微粒的一次粒径若为20nm以上,则相对于吸水性树脂100质量份,该无机微粒的添加量优选为0质量份以上,并且优选低于2.0质量份,更优选低于1.5质量份,进而优选低于1.0质量份。
将选自所述多价金属盐、阳离子性聚合物及无机微粒的至少1种化合物添加给吸水性树脂后,有可能引起该吸水性树脂的加压下吸收倍率下降。本发明尤其以提高吸水性树脂对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率为目的之一,因此从这一观点看,上述的化合物的添加量要限制。关于该添加量,在将未被添加上述化合物的吸水性树脂的加压下吸收倍率设为a(g/g),且将被添加了上述化合物的吸水性树脂的加压下吸收倍率设为b(g/g)的情况下,该添加量是不妨碍以下事项的添加量:此两类加压下吸收倍率之差“a-b”(g/g)为优选的0.30g/g以内,更优选为0.10g/g以内,进而优选为0.05g/g以内,尤其优选为0.00g/g。
[2-7-2]其它添加剂
作为其它添加剂,可举出螯合剂、还原剂、羟基羧酸化合物、表面活性剂、含有磷原子的化合物、氧化剂、金属皂等有机粉末、除臭剂、抗菌剂、纸浆及热塑性纤维、萜系芳香性化合物、酚系芳香性化合物等芳香性物质等,这些可采用1者或2者以上。作为其它添加剂,优选螯合剂,更优选氨基多元羧酸或氨基多磷酸,具体而言,可举出日本特开平11-060975号公报、国际公布第2007/004529号小册子、国际公布第2011/126079号小册子、国际公布第2012/023433号小册子、日本特表2009-509722号公报、日本特开2005-097519号公报、日本特开2011-074401号公报、日本特开2013-076073号公报、日本特开2013-213083号公报、日本特开昭59-105448号公报、日本特开昭60-158861号公报、日本特开平11-241030号公报、日本特开平2-41155号公报等中记载的螯合剂。
与前述多价金属盐、阳离子性聚合物及无机微粒的情况同样,若向吸水性树脂中添加其它添加剂(优选为螯合剂),则有可能引起该吸水性树脂的加压下吸收倍率下降。因此,其它添加剂的添加量也要限制。关于该添加量,在将未被添加上述其它添加剂的吸水性树脂的加压下吸收倍率设为a(g/g),且将被添加了上述其它添加剂的吸水性树脂的加压下吸收倍率设为b(g/g)的情况下,该添加量是不妨碍以下事项的添加量:这两类加压下吸收倍率之差“a-b”(g/g)优选为0.30g/g以内,更优选为0.10g/g以内,进而优选为0.05g/g以内,尤其优选为0.00g/g。这与对前述选自多价金属盐、阳离子性聚合物及无机微粒的至少1种化合物的添加量的要求是同样的。具体而言,相对于单体或吸水性树脂,所述其它添加剂的添加量或含量优选为0质量份以上且1质量份以下的范围。
所述添加剂可以在选自前述的单体水溶液制备工序、聚合工序、凝胶粉碎工序、干燥工序、粉碎工序、分级工序、表面交联工序这些工序中的至少1工序的前后或其中途进行添加。优选在聚合工序之后的任意工序的前后或其中途进行添加。
[2-7-3]添加剂的添加工序
若将添加剂添加给吸水性树脂且该添加剂的形态为液体或含水等水性媒质的溶液,则优选向吸水性树脂喷雾该液体或溶液,并施以充分的扭矩来将吸水性树脂与添加剂均匀且确实地混合。另一方面,若所述添加剂为粉状等固体,则其可以与吸水性树脂干混,还可将水等水性液体用作粘合剂。
关于用于所述混合的装置,具体而言,可举出搅拌型混合机、圆筒型混合机、双层壁圆锥型混合机、V字型混合机、领结型混合机、螺旋型混合机、流动型旋盘式混合机、气流型混合机、双臂型捏合机、内部混合机、粉碎型捏合机、旋转式混合机、螺旋型挤出机等。这里,若是使用搅拌型混合机,则其转数优选为5rpm以上,更优选为10rpm以上,并且优选为10000rpm以下,更优选为2000rpm以下。
[2-8]整粒工序
本发明中,除了前述的工序之外,还可以根据需要实施整粒工序。整粒工序是指:将经所述表面交联工序而得到的表面交联后的吸水性树脂的粒度调整为预期范围,从而得到作为最终产品而处于可出厂状态的吸水性树脂的工序。但若表面交联工序之前无粉碎工序及分级工序,则将表面交联工序之后的后述操作作为粉碎工序、分级工序。整粒工序中的粒度调整方法可采用与所述分级工序相同的调整方法。另外,若吸水性树脂在所述表面交联工序、表面改性剂添加工序中发生了凝聚,则也可进行碎解,例如进行轻度粉碎。另外,粒度调整后的粒度分布也可视用途来适当设计,优选与所述分级工序为相同程度。因此,以满足预期质均粒径(D50)、该质均粒径(D50)的比例、及对数标准差等的方式,用筛等来进行分级等即可。
[2-9]微粉再利用工序
本发明中,除了前述的工序之外,还可以根据需要实施微粉再利用的工序。本工序(微粉再利用工序)是:将所述分级工序中去除出的微粉,回收利用到所述干燥工序的干燥完成前的阶段的工序。具体而言,是将所述吸水性树脂的制造工序中得到的微粉,回收利用到制备工序,优选回收利用到所述干燥工序之前的阶段,从而制造吸水性树脂的工序。
作为干燥工序之前的工序,可举出单体水溶液的制备工序、对含水凝胶进行凝胶粉碎的工序、及将细粒化了的凝胶进行干燥的工序。
若要将微粉再利用至单体水溶液的制备工序,则可以将该微粉添加至单体水溶液中来制为浆料状,然后再开始进行预期的聚合反应。另外,也可不添加微粉,而是将后述的造粒凝胶添加至单体水溶液中,然后再开始进行预期的聚合反应。
若要将微粉再利用至含水凝胶的凝胶粉碎工序,则可以将含水凝胶与微粉同时提供给预定的凝胶粉碎机,从而在排料时将含水凝胶与微粉一体化。
被再利用的微粉优选是所述分级工序中去除出的微粉,更优选是所述分级工序及所述整粒工序等中去除出的微粉。但微粉无需一定要再利用至与产生了该微粉的吸水性树脂制造工序严格相同的吸水性树脂制造工序,其也可再利用至差异程度并不影响本发明主旨的其它吸水性树脂制造工序。例如,可以将某一生产线上产生的微粉再利用至相邻的生产线,也可以就同一生产线,在微粉去除处理与微粉再利用处理之间的过程中变更聚合条件等。
[2-9-1]造粒工序
本工序是将所述去除出的微粉与水性液混合从而得到造粒凝胶的工序。造粒凝胶是指如下凝胶:在光学显微镜观察下,单个颗粒多个地聚集、凝聚或熔合成较大的颗粒状凝胶,并且其优选地具有不会因分级操作及搬运操作等而损坏的强度。
(微粉)
本发明中,以吸水性树脂制造过程中得到的全部微粉为对象,优选以所述分级工序中去除出的微粉为对象,更优选以所述分级工序及所述整粒工序中去除出的微粉为对象,向该微粉添加水性液来进行造粒。分级工序中去除出的微粉与整粒工序中去除出的微粉的混合比率(质量比)优选为99︰1~50︰50,更优选为98︰2~60︰40,进而优选为95︰5~70︰30。由于整粒工序中去除出的微粉已经过了表面交联工序,而且有时不仅经过了表面交联工序还经过了前述“表面改性剂”栏所述的表面改性剂的添加工序,因此,通过在造粒工序中按照规定的比率来使用整粒工序中去除出的微粉,就能降低造粒凝胶的凝聚性,因而有利。另外,本发明中,例如也可将各制造工序中由滤袋等去除得到的微粉用于造粒,另外还可将不同工序中去除得到的微粉、及其它制造过程(其它制造装置)中去除得到的微粉混合使用。另外,微粉和与其一同干燥的含水凝胶可以为相同组分,也可以为不同组分,但作为优选,所用的微粉源自与其一同干燥的含水凝胶且组分与该含水凝胶的组分相同。
供于造粒的微粉的尺寸优选低于吸水性树脂的最终产品尺寸。例如,微粉的以JIS标准筛分级方式规定的质均粒径(D50)的上限优选为150μm,更优选为106μm。微粉的质均粒径(D50)的下限优选为38μm,更优选为45μm。本工序虽以微粉为对象,但也可对超过最终产品尺寸的凝聚物进行适当粉碎,并将其作为微粉来供于造粒。优选地,粒径低于以JIS标准筛分级方式规定的150μm的颗粒的含量优选为50质量%以上,更优选为70质量%以上,进而优选为90质量%以上,并且优选为100质量%以下。另外,从造粒强度来看,相较于反相悬浮聚合得到的球形,微粉的形状更优选为水溶液聚合得到的无规状。另外,如上述的,所述微粉既可以是在吸水性树脂制造上通常实施的表面交联工序后所除去的微粉,也可以是在表面交联工序前所除去的微粉,还可以是它们的混合物。
可以向所述微粉,优选向将所述微粉以规定比率混合而成的混合物,添加水性液来得到造粒凝胶。关于造粒凝胶,使用了从前述的单个工序或多个工序得到的具有各种粒径的微粉。
与水性液混合时的微粉的温度优选为40℃以上,更优选为50℃以上,进而优选为60℃以上,并且优选为120℃以下,更优选为100℃以下,进而优选为90℃以下。通过提高微粉的温度,微粉与水性液的混合性可提高,易于得到预期的造粒凝胶。但另一方面,微粉的温度若提升得过高,则加热成本会升高。根据需要,微粉的温度可通过以下方式等进行适当调节:利用热风等来自外部的加热;在干燥工序的加热后进行保温;或者吹室温空气等来进行冷却。优选地,在具有伴热蒸汽管等加热手段的容器中将微粉加热或保温。
(水性液)
关于用以与微粉混合的水性液,具体可举出含以下成分的水溶液等:水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇等低级醇类;丙酮等酮类;二氧杂己环、四氢呋喃等醚类;N,N-二甲基甲酰胺等酰胺类;二甲基亚砜等砜类等。从物性及造粒强度来看,水性液的水优选为90质量%以上,更优选99质量%以上,并且优选为100质量%以下的范围,尤其优选仅由水构成。另外,在不影响本发明效果的范围下,所述水性液还可少量含有交联剂、螯合剂、表面活性剂、聚合引发剂、氧化剂、还原剂、亲水性高分子等其它添加剂。添加剂可添加1种或2种以上,且不问添加2种以上时的其种类异同。例如,通过使用添加有聚合工序中所述的聚合引发剂及还原剂的水性液,能够减少造粒凝胶及含水凝胶中发生残留单体的情况。优选的聚合引发剂是过硫酸盐,优选的还原剂是(重)亚硫酸(盐)。例如,通过使用添加有氧化剂的水性液,有时就能够抑制对造粒凝胶进行干燥时的、吸收倍率等物性的下降。优选的氧化剂是选自亚氯酸盐、次氯酸盐、过氧化物的至少1种氧化剂,更优选为过氧化氢。例如,通过使用添加有表面活性剂的水性液,能够使造粒凝胶含有表面活性剂,从而能够有效抑制该造粒凝胶彼此凝聚。作为表面活性剂,可例示阴离子性表面活性剂、非离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂、两性表面活性剂。另外,通过使用添加有交联剂及亲水性高分子的水性液,可提高相应的造粒凝胶的凝聚强度,从而能够抑制后续工序中发生再微粉化。所述交联剂选自前述的内部交联剂及表面交联剂,所述亲水性高分子选自前述的向单体水溶液中添加的亲水性高分子。
另外,微粉若含有前述的交联剂、螯合剂、表面活性剂、聚合引发剂、氧化剂、还原剂等添加剂,则也可以不向水性液中特意添加添加剂,或着也可以向水性液中仅添加缺少的添加剂。微粉中尤其优选含有“添加剂的添加工序”栏所涉及的螯合剂、表面活性剂、氧化剂、还原剂等。
将微粉与水性液混合从而进行造粒的情况下,优选使用预先加热了的水性液。通过使用加热了的水性液,就能够在短时间内均匀地对微粉进行造粒,从而提高生产性。水性液的温度优选为40℃以上,更优选为50℃以上,进而优选为60℃以上,尤其优选为70℃以上,并且优选为水性液的沸点以下,更优选为100℃以下。水性液的沸点可通过添加盐类及溶剂,以及通过减压及加压等压力条件来进行调整。另外,作为其它方法,也可同时添加水蒸汽与常温的水性液来实质达成上述的温度。
相对于微粉100质量份(原本形态),水性液的添加量优选低于100质量份,更优选为80质量份以下,进而优选为50质量份以下,并且优选为10质量份以上,更优选为15质量份以上,进而优选为20质量份以上。水性液的添加量若为100质量份以上,则干燥时的负担较大。另一方面,水性液的添加量若少于10质量份,则造粒强度可能不充分,微粉的混合也可能不均匀,从而易导致造粒物受损。
(混合装置)
无论前述的哪个实施方式,本发明中对将水性液与微粉混合时所用的混合装置均无特别限定。例如若为容器固定型混合机,则优选机械搅拌型混合机。具体可例示湍流搅拌器(turbulizer;细川MICRON株式会社制造)、Loedige搅拌器(Loedige公司制造)、及灰浆搅拌器(西日本试验机株式会社制造)等。另外,无论是批次式混合机还是连续式混合机,均可用来进行混合。
本发明中,优选将加热了的水性液与加热了的微粉在上述混合装置中混合。本发明中,更优选在加热水性液及微粉的基础上,还对混合装置内进行加热,具体而言,可以对混合装置的壁面及/或搅拌叶片等搅拌手段进行加热。如此地在将混合装置内、水性液、微粉均加热至规定温度的状态下进行混合,则能够更有效地、更容易地得到具有预期粒径的造粒凝胶。本发明中,即使均不对微粉、水性液、混合装置进行加热,也能够得到如此的效果,但优选将其中至少1者,更优选将2者,进而优选将它们全部加热至规定温度,从而可得到更优越的效果。
所述混合时,混合装置内的加热温度、优选混合装置的内壁面及/或搅拌手段的加热温度为优选的50℃以上,更优选为55℃以上,进而优选为60℃以上,尤其优选为65℃以上,最优选为70℃以上,并且优选为120℃以下,更优选为100℃以下,进而优选为90℃以下。通过将混合装置加热,优选通过将内壁面或搅拌手段加热,更优选通过将此两者均加热,就能够在短时间内将微粉均匀造粒,从而提高生产性。混合装置内的温度例如可通过供应加热了的气体,或通过导电导热等来适当调整。
本发明中,若将微粉与水性液混合,则优选通过高速混合来进行造粒。通过进行高速混合,能够抑制形成巨大的凝胶状物,因此无需耗费因巨大凝胶状物的出现而需的巨大混合力,并且能够避免如下问题:凝胶状的结块成为混炼状态而引起主链的断裂或缠结,结果导致吸水性树脂劣化。
所述高速混合是指:在混合装置内,从作为原料的微粉与水性液的接触时点、到生成出造粒凝胶时的时间较短。即,从向混合装置内投入原料时起、到取出造粒凝胶时的时间较短。混合时间优选为3分钟以下,更优选为1分钟以下,并且优选为1秒以上,更优选为5秒以上。混合时间长,则水性液与微粉难以均匀混合,易形成一体化了的巨大凝胶状物。另外,混合时间长,则所得到的吸水性树脂的水可溶成分可能增加,或加压下吸收倍率可能降低等,从而导致吸水性树脂的性能下降。
因此,作为实现高速混合的手段,优选短时间地将原料投入混合装置中。在通过喷雾或滴下等方法来慢慢添加水性液的情况下,如果任一方原料或两方原料投入时间增长,则混合时间也会增长,从而微粉可能形成为较大的凝聚块,或者由于长时间混炼而可能使吸水性树脂劣化。微粉与水性液可以同时投入混合装置,或者也可以在不同时机先将一者投入,然后再投入另一者。因此,对于同时投入的情况,两方原料的投入开始时至投入结束时的时间优选为60秒以下,更优选为30秒以下,进而优选为10秒以下,另外,对于投入时机不同的情况,后投入的原料的投入开始时至投入结束时的时间优选为60秒以下,更优选为30秒以下,进而优选为10秒以下。
另外,为了进而达成高速混合,优选使用高速搅拌桨式混合机。此时,搅拌桨的转数优选为100rpm以上,更优选为200rpm以上,进而优选为300rpm以上,并且优选为5000rpm以下,更优选为4000rpm以下,进而优选为3000rpm以下。搅拌桨的转轴方向并无限定,但从易排出造粒凝胶的观点来看,优选垂直方向(铅锤线方向)。另外,搅拌桨的转轴的数量并无限定,但从易于检修的观点来看,优选1轴或2轴,更优选1轴。
本发明中,为防止附着,混合机的内壁优选采用与水的接触角为90度以上的材料。优选的材料为特氟隆(注册商标)等氟树脂。但无需全部内壁均使用所述材料,为了得到较大的搅拌力,搅拌桨附近的内壁可以采用与水的接触角小于90度的材料。从耐久性的观点来看,优选的材料是不锈钢。
(输送工序)
吸水性树脂的各制造工序优选连结成一系列。各工序的连结方式上未必都需要输送工序,但例如可以包含:在对所述造粒工序中得到的造粒凝胶进行再利用时,将该造粒凝胶输送至规定添加位置的工序。
造粒凝胶的输送可采用连续式或批次式,优选连续式。输送工序所用的输送机例如为斗式输送机、带式输送机、螺旋输送机、链式输送机、振动输送机及气动输送机等,优选为斗式输送机。另外,优选使输送的造粒凝胶处于从输送机的外侧受到加热及/或保温的状态,从而即使在输送过程也中将造粒凝胶的温度维持在所述高温。可通过具备从外侧对输送机的内壁面进行加热的手段及/或保温的手段,来达成这样的加热及/或保温。输送过程中的造粒凝胶的温度若低,则造粒凝胶在与含水凝胶混合前会彼此粘结而形成为凝聚物,或者造粒凝胶会因温度下降而变硬,这些都是造成干燥工序中干燥不均匀的原因,容易产生未干燥物。因此,输送造粒凝胶时,优选维持制得的造粒凝胶的温度,更优选将制得的造粒凝胶的温度加热至及/或保温在与所要混合的含水凝胶同水平的温度。
若无输送工序,则优选通过重力使造粒凝胶从所述微粉与水性液的混合装置落到要与含水凝胶混合的位置。这种情况下,从混合装置到要与含水凝胶混合的位置为止的距离优选为10m以内,更优选为5m以内,进而优选为3m以内。另外,处于与输送机相同的理由,优选对供造粒凝胶经过的管道进行加热及/或保温。
若造粒凝胶长时间滞留在处于所述加热及/或保温状态下的装置及配管中,则造粒凝胶的表面可能干燥而变硬。因此,造粒工序中得到的造粒凝胶优选尽快在加热至规定温度的状态下与含水凝胶混合。具体而言,所述造粒工序中,从微粉与水性液的混合开始时起、至将得到的造粒凝胶在再添加工序中添加给含水凝胶时的时间优选为5分钟以内,更优选为3分钟以内,进而优选为1分钟以内。另外,即使无法在所述时间内实现与含水凝胶的混合,也可以将温度降低了的造粒凝胶重新加热来使其成为加热在规定温度的状态,这样凝聚性就可降低,从而能使造粒凝胶软化。因此,通过将温度降低了的造粒凝胶重新加热,然后将之与含水凝胶混合,便能够与在所述规定时间内实现混合的情况一样地,得到良好的混合状态。
为解决造粒凝胶表面干燥的问题,在从所述造粒工序到再添加工序的过程中,也就是在将造粒后的造粒凝胶添加给含水凝胶前的输送工序中,该造粒凝胶所处的气氛的露点优选为50℃以上,更优选为55℃以上,进而优选为60℃以上,并且优选为99℃以下,更优选为95℃以下,进而优选为90℃以下。另外,本发明中,优选在将所述输送工序的露点控制在上述范围的基础上,还将造粒工序及/或再添加工序的气氛的露点也控制在上述范围。具体而言,造粒工序中将微粉与水性液混合时的装置内的气氛、将造粒凝胶添加给含水凝胶时的装置内的气氛优选被控制在上述的范围。“气氛的露点”是指气氛中存在的空气的露点。例如可通过吹送水蒸汽,或通过对热风的循环率进行控制等,来将气氛的露点调整为上述的范围。
[2-9-2]造粒凝胶添加工序
本工序是:在所述干燥工序的干燥结束前的、所述聚合工序~干燥工序当中至少1个工序中及/或在这些工序彼此间,将造粒凝胶添加给含水凝胶的工序。具体而言,优选在选自以下的至少1个工序阶段将造粒凝胶添加给含水凝胶:所述聚合工序中;所述聚合工序后且所述凝胶粉碎工序前;所述凝胶粉碎工序中;所述凝胶粉碎工序后且所述干燥工序前;所述干燥工序中。这里,由于所述聚合工序中也得到含水凝胶,因此可以在该聚合工序中添加造粒凝胶。另外,也可以在凝胶粉碎工序中,将造粒凝胶添加给含水凝胶并将凝胶提供给凝胶粉碎机。干燥工序中,固体成分量低于80质量%的聚合物通常可视为含水凝胶。即,干燥工序的中途阶段时尚还存在含水凝胶,因此可在该干燥工序中添加造粒凝胶。优选地,在所述凝胶粉碎工序后且所述干燥工序前,或在所述干燥工序中,将造粒凝胶添加给含水凝胶,更优选在凝胶粉碎工序后且干燥工序前将造粒凝胶添加给含水凝胶。如此地将造粒凝胶添加给粉碎后的含水凝胶,则两者的粒度差较小而易于混合,不易发生干燥的不均匀。尤其是在实施凝胶粉碎能量得到了控制的粉碎处理的情况下,含水凝胶可成为造粒形状,因此能够进一步抑制干燥的不均匀。“工序前”、“工序后”的意思包括该工序前的全部工序或者该工序后的全部工序。即,“包括该工序前的全部工序或者该工序后的全部工序”是指,可以在处于工序间的输送工序及储存工序等任意工序中添加造粒凝胶。例如,“凝胶粉碎工序后”包括了从凝胶粉碎工序结束时起至输送到下一工序为止的中间过程、以及该下一工序。
造粒凝胶添加工序中,造粒凝胶的固体成分量为50质量%以上且90质量%以下。造粒凝胶的固体成分量将后述。
(温度)
本发明中,将造粒凝胶添加给含水凝胶。此时的该造粒凝胶的温度及该含水凝胶的温度均在50℃以上且100℃以下的范围内,优选为55℃以上,更优选为60℃以上,并且优选为95℃以下,更优选为90℃以下。在如此的温度范围内,能够实现两者的良好混合状态。若造粒凝胶及含水凝胶的温度低于50℃,则如前述那样造粒凝胶可能变硬,或含水凝胶与造粒凝胶混合时可能形成凝聚物。即,若混合时形成了凝聚物,则含水凝胶及造粒凝胶会进而相互粘附而形成为巨大的凝聚物,从而导致混合状态不佳。另外,即使完成了混合,但若干燥时存在凝聚物,则容易发生干燥不佳,即容易形成未干燥物。另外,若将该凝聚物持续加热干燥直至达到预期的含水率,则已干燥完的其它造粒凝胶及含水凝胶会变为过度干燥状态,从而出现热劣化而导致可溶成分的增加等,由此使吸水性树脂的品质劣化。即使一方凝胶的温度为50℃以上,而另一方凝胶的温度低于50℃,也会出现这样的问题。反之,若造粒凝胶及含水凝胶的温度超过100℃,则凝胶表面可能干燥而导致凝胶变硬。
另外,本发明中,从减少不均匀干燥的观点来看,所述温度范围内的造粒凝胶的温度与含水凝胶的温度之间的差越小越好,两者的温度差优选为40℃以内,更优选为30℃以内,进而优选为20℃以内。造粒凝胶的温度及含水凝胶的温度可通过以下手法来适当调整:利用制造过程中的加热处理及保温处理;或者利用来自外部的热风等来进行加热;或者利用放冷、低温空气等来进行冷却。
[2-9-3]凝胶混合工序
(机械性混合)
本发明中,通过将造粒凝胶及含水凝胶控制在所述温度范围,便能利用将造粒凝胶添加给含水凝胶时的轻微的冲击及自重等,使含水凝胶及造粒凝胶松散开来而彼此稍微混合。本发明的优选实施方式中,在自所述造粒凝胶添加工序起、至干燥工序的干燥完成为止的这一过程内的至少1个工序中及/或在这些工序之间,对含水凝胶及添加了的造粒凝胶进行机械性混合。本发明中,虽然如前所述那样,将造粒凝胶添加给干燥工序完成之前的含水凝胶,但无论在哪个时期进行添加,造粒凝胶及含水凝胶均是以混合状态接受干燥。并且,若造粒凝胶及含水凝胶为均匀存在的状态,则能够进一步抑制未干燥物的发生。这里,“均匀存在”是指:造粒凝胶及含水凝胶得到了搅拌后的混合状态;或者,造粒凝胶及含水凝胶得到均等散布从而每单位面积中的、造粒凝胶及含水凝胶的比例基本相同的状态。为了发挥本发明的效果,自造粒凝胶添加给含水凝胶时起、至开始进行机械性混合时的时间优选为5分钟以内,更优选为2分钟以内,进而优选为1分钟以内。另外,从造粒工序至开始进行机械性混合的时间优选为10分钟以内,更优选为5分钟以内,进而优选为2分钟以内。在开始进行机械性混合的这一时间点,被添加有造粒凝胶的含水凝胶的温度同样也要求处在50℃以上且100℃以下的范围内,优选为55℃以上,更优选为60℃以上,并且优选为95℃以下,更优选为90℃以下。
本发明中,为了尽量使造粒凝胶及含水凝胶成为均匀混合的状态,对造粒凝胶及/或含水凝胶进行机械性混合。对于机械性混合,采用能够实现前述任一共存状态的装置即可。作为搅拌方法,例如可举出通过搅拌翼及容器自身的旋转等来进行的旋转搅拌、利用进行振摆式运动的送料器等来进行的搅拌。作为实施该搅拌方法的装置,可分别例举旋转搅拌装置、摆头型带式送料器、振摆式输送机。
若要在聚合工序中进行机械性混合,则所述旋转搅拌装置优选为捏合机式聚合机。若要在凝胶粉碎工序中进行机械性混合,则所述旋转搅拌装置例如优选为捏合机或绞肉机。
若在所述凝胶粉碎工序后且所述干燥工序前,或所述干燥工序中,或者干燥工序的干燥完成前进行机械性混合,则优选摆头型带式送料器或旋转搅拌装置。即,优选将造粒凝胶及含水凝胶提供给摆头型带式送料器或旋转搅拌装置来进行混合。具体而言,通过在自所述凝胶粉碎工序后起至干燥工序前的过程中使用摆头型带式送料器或旋转搅拌装置来进行所述机械性混合,或者通过在干燥工序中使用旋转搅拌装置来进行所述机械性混合,能够在更均质的状态下进行干燥,从而能够抑制干燥不均匀及未干燥物的产生。
使用摆头型带式送料器的情况下,通过摆头型送料器将造粒凝胶添加给传送带上输送着的含水凝胶,造粒凝胶便能够得到均匀分散。另外,还可以通过摆头型送料器将含水凝胶添加给传送带上输送着的造粒凝胶,或也可将造粒凝胶及含水凝胶提供给摆头型送料器,从而通过摆头型送料器将两者提供到传送带上。摆头型带式送料器的摆动带末端相对于传送带进行往返运动,因此即使摆头型带式送料器中的造粒凝胶及含水凝胶的分布有不均,也能使它们基本均匀地分布在传送带上。
可考虑传送带的速度及供给量等来任意选择摆头型送料器的头摆动角度θ及带速度等,1个往返期间的传送带行程优选在1m以内,更优选在0.5m以内。1个往返期间的传送带行程距离过长,则造粒凝胶的分布不均会较显著。所述传送带优选是通气带式干燥机的传送带。
另外,作为旋转搅拌装置,可例示转轴为水平方向且容器自身也旋转的类型、转轴为水平方向且容器自身固定的类型、转轴为垂直方向且容器自身固定的类型等。这些装置为连续式或批次式均可。另外,可以使用供所述干燥工序所用的旋盘式整平机,一边将干燥机中层积着的含水凝胶整平,一边进行混合。另外,优选使用供所述干燥工序所用的搅拌干燥机,一边干燥一边混合。上述装置的搅拌转数等并无特别限定,优选为50rpm以上,更优选为100rpm以上,并且优选为500rpm以下,更优选为300rpm以下。另外,用搅拌装置进行的混合(滞留)时间优选为180秒以内,更优选为60秒以内,进而优选为30秒以内,并且优选为0.1秒以上,更优选为1秒以上。
(固体成分量)
关于再添加工序(将造粒后的造粒凝胶添加给含水凝胶的工序)的相应条件,本发明中进一步优选对造粒凝胶的固体成分量及含水凝胶的固体成分量进行适当控制。即,若造粒凝胶及含水凝胶的固体成分量过少(换言之,若相对于凝胶100%的含水率过高),则会局部性地发生不完全干燥,或易形成凝聚物。本发明中,造粒凝胶的固体成分量及/或含水凝胶的固体成分量优选处在适当范围内。含水凝胶的固体成分量优选为30质量%以上,更优选为45质量%以上,并且优选为70质量%以下,更优选为55质量%以下,进而优选为50质量%以下。造粒凝胶的固体成分量优选为50质量%以上,更优选为55质量%以上,进而优选为60质量%以上,并且优选为90质量%以下,更优选为85质量%以下,进而优选为80质量%以下。优选的条件有:造粒凝胶及含水凝胶的温度处在上述的范围内,并且这些凝胶的固体成分量处在上述的范围内。另外,其它优选的条件有:再添加工序时的造粒凝胶的固体成分量处在上述的范围内,并且凝胶粉碎工序时的凝胶粉碎能量处在上述范围内。
另外,本发明中,考虑到进一步实现均匀干燥,优选在前述任一者的固体成分量得到满足的情况下,更优选在前述两者的固体成分量得到满足的情况下,进而要求造粒凝胶的固体成分量高于含水凝胶的固体成分量。造粒凝胶的固体成分量较高,则能够降低干燥负担。具体而言,造粒凝胶的固体成分量“A(%)”与含水凝胶的固体成分量“B(%)”之间的差“A-B”优选为6以上,更优选为11以上,进而优选为16以上,并且优选为60以下,更优选为50以下,进而优选为40以下。两者的固体成分量的差在所述范围,则干燥负担小,能够更进一步抑制干燥不均匀,从而能够避免制造上的故障及品质上的问题等。
本发明中,可根据所分离出的微粉的量及造粒凝胶的固体成分量的设定情况,来适当决定造粒凝胶与含水凝胶之间的比率。从吸水性树脂的物性的观点来看,相对于含水凝胶100质量份(原本形态),造粒凝胶的添加量通常为10质量份以上,优选15质量份以上,更优选20质量份以上,并且优选50质量份以下,更优选40质量份以下,进而优选30质量份以下。造粒凝胶与含水凝胶之间的比率在上述范围,则凝胶的膨胀速度可提高。根据本发明的方法,即使造粒凝胶的比例为10质量份以上,也能够抑制干燥不均匀。但造粒凝胶的比例若过多,则作为最终产品的吸水性树脂的最终品质及物性可能会受到所再利用的微粉即造粒凝胶的较大影响。
被添加有造粒凝胶的含水凝胶在所述干燥工序中接受处理。混合凝胶的干燥条件等与所述干燥工序的干燥条件等相同,因此省略其说明。另外,干燥工序之后进行的粉碎工序、分级工序也与所述粉碎工序、分级工序相同,可根据需要来实施所述表面交联工序及整粒工序等,得到作为产品的吸水性树脂。另外,分级工序等中得到的微粉也同样可在所述再利用工序中接受处理。
[2-10]其它工序
本发明中,除了前述工序之外,还可以根据需要包含选自运输工序、储存工序、捆包工序、保管工序等的至少1种工序。
[3]吸水性树脂
通过进行前述各种工序,能够得到本发明的吸水性树脂。即,能得到加压下的凝胶膨胀力及加压下的凝胶膨胀速率均较大的吸水性树脂。
本发明的吸水性树脂的、4.83kPa加压下的凝胶膨胀力优选为26N以上,更优选为27N以上,进而优选为28N以上。由此,在将本发明的吸水性树脂例如用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体中,且将该吸收体用于薄型纸尿裤等吸收性物品的情况下,尤其是对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率比以往高。如后述那样,本发明中规定的“凝胶膨胀力”是指,吸水性树脂在达到规定吸收倍率之后进而抗负荷性地进行膨胀的力。也就是说,“凝胶膨胀力”作为一种指标来评价如下能力:吸收第1次排尿而溶胀后的薄型纸尿裤等吸收性物品在对第2次以后的排尿进行吸收时,即使在加压下也能够吸收尿。所述凝胶膨胀力若低于26N,则吸水性树脂对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率会不充分,从而含有该吸水性树脂的吸收体的加压下液体捕获量会不充分,进而含有该吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品的液体捕获功能会不充分,因此不优选。
另外,本发明的吸水性树脂的、4.83kPa加压下的凝胶膨胀力的上限并无特别限定,但优选为40N,更优选为35N。
作为与本发明中的凝胶膨胀力类似的吸水性树脂评价方法,国际公布公报WO2018/181548等提出了初始溶胀力的评价方法。该方法是在0.16kPa(1.6g/cm2、0.02psi)的非常轻的加压下,测定未溶胀的吸水性树脂进行膨胀时的力。另外,日本国专利第3210009号等提出了凝胶膨胀压力的评价方法。该方法中,对于在无加压下达到了规定吸收倍率的吸水性树脂,测定其在无加压下进一步膨胀时的力。与此相比,关于本发明中的凝胶膨胀力,如后述那样是对于在4.83kPa(49g/cm2;0.7psi)的加压下达到了规定吸收倍率后的吸水性树脂,测定其在4.83kPa(49g/cm2;0.7psi)的加压下进一步膨胀时的力,因此本发明中的凝胶膨胀力与前述现有技术文献的评价方法所评价的功能是不同的。
即,本发明中的凝胶膨胀力的评价是针对如下的设想情况来进行的评价方法:使用的是包含该吸收体或该吸水性树脂的吸收性物品,且排尿时的状况为加压下,且对多次的排尿进行吸收。这与前述现有技术文献所提出的在非常轻的加压下或无加压下进行的评价方法相比,本发明中的凝胶膨胀力的评价可以说是更进一步考虑到吸收性物品实际使用时的严苛环境来进行的评价方法。
另外,本发明的目的是提供一种对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量优越的吸收体、及对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率优越的吸水性树脂。关于预测在加压下对第2次以后的尿进行吸收的吸收情况,前述现有文献所提出的评价方法对此毫无意义,而是需要本发明中所述的、对经过了一个阶段的溶胀后的吸收性树脂在加压下进一步膨胀时的力进行评价的方法。
可以通过调整吸水性树脂的吸收倍率(CRC、AAP)、颗粒形状(无规且具有凹穴(Cavity)及空腔(Void)的颗粒形状)及粒度等,来对所述4.83kPa加压下的凝胶膨胀力进行控制。通过调整这些,可以将4.83kPa加压下的凝胶膨胀力控制为26N以上。
在满足所述凝胶膨胀力的基础上,还优选本发明的吸水性树脂在4.83kPa加压下的凝胶膨胀速率为8.5以上,更优选为9.0以上,进而优选为9.5以上。由此,本发明的吸水性树脂用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体、及含有该吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率可进一步提高。
另外,本发明的吸水性树脂在4.83kPa加压下的凝胶膨胀速率的上限并无特别限定,但该上限优选为15.0,更优选为14.0。
关于吸水性树脂的传统评价方法,已提出有在无加压下或加压下对吸收速度进行评价的方法,但这些方法评价的均是未溶胀的吸水性树脂初次与生理盐水等被吸收液接触后的吸收速度。与此相比,本发明的凝胶膨胀速率的评价方法是,针对在加压下达到了规定吸收倍率以后的吸水性树脂来测定其在加压下进一步膨胀时的速度。由此,与所述凝胶膨胀力的评价同样,可以说本发明的凝胶膨胀速率是针对如下的设想情况来进行的评价方法:吸收性物品被实际使用,且该吸收性物品需要在加压下吸收多次的排尿。
本发明的吸水性树脂的总体积中,凹穴体积率为15体积%以上的颗粒的体积占据率优选为40体积%以上,更优选为42体积%以上,进而优选为44体积%以上。凹穴体积率较大的吸水性树脂具有比表面积较大的倾向。凹穴体积率所评价的是颗粒表面的凹陷部分的体积,而凹陷部分的体积却无法仅通过测定比表面积来充分评价。凹穴体积率增大,则吸水性树脂溶胀后的凝胶颗粒彼此的间隙也增大,因此凝胶颗粒具有的凹穴体积部分及凝胶颗粒彼此的间隙所能保持的水性液体的量增加。结果是所述凝胶膨胀力得到控制。由此,本发明的吸水性树脂用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体、及含有该吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率可进一步提高。
这里,如图1所示,本发明中所说的凹穴(Cavity)是指吸水性树脂1中形成着的空洞当中的、与吸水性树脂1的外部连通的(暴露至吸水性树脂1的表面)空洞。该空洞也包括形成在吸水性树脂1的表面的凹陷及沟槽等。具体而言,凹穴是指:使用后述微聚焦X射线CT系统(inspeXio SMX-100CT;株式会社岛津制作所制造)在后述条件下获取3维图像数据,并使用高速3维分析软件(TRI/3D-VOL-FCS64;Ratoc System Engineering Co.,Ltd.制造)在后述条件下分析了该3维图像数据后,所能确认到的存在于吸水性树脂1的表面的洞、贯通孔、凹陷、槽等。
本发明的吸水性树脂的总体积中,空腔体积率为1体积%以下的颗粒的体积占据率优选为65体积%以上,更优选为67体积%以上,进而优选为70体积%以上,进而优选为72体积%以上,进而优选为73体积%以上,其结果是所述凝胶膨胀力得到控制。由此,本发明的吸水性树脂例如用于薄型纸尿裤等吸收性物品时,对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率可进一步提高。空腔体积率较大的吸水性树脂进行溶胀后,易因压力而压散,因此其用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体、及含有该吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率会降低。
这里,如图1所示,本发明中所说的空腔(Void)是指,吸水性树脂1具有的空洞当中的、不与吸水性树脂1的外部连通的(存在于吸水性树脂1内部的)独立气泡等空洞。具体而言,空腔是指:在使用后述微聚焦X射线CT系统(inspeXio SMX-100CT;株式会社岛津制作所制造)在后述条件下获取3维图像数据,并使用高速3维分析软件(TRI/3D-VOL-FCS64;RatocSystem Engineering Co.,Ltd.制造)在后述条件下分析完该3维图像数据后,所能够确认到的存在于吸水性树脂1内部的独立气泡等空洞。
吸水性树脂的总体积中,凹穴体积率为15体积%以上且空腔体积率为1体积%以下的颗粒的体积占据率优选为20体积%以上,更优选为25体积%以上。其结果是所述凝胶膨胀力得到控制。由此,将本发明所述的吸水性树脂用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体、及含有该吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率可进一步提高。
本发明的吸水性树脂的无加压下吸收倍率(CRC)优选为25g/g以上,更优选为27g/g以上,进而优选为28g/g以上。其结果是所述凝胶膨胀力得到控制。由此,将本发明的吸水性树脂用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体、及含有该吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率可进一步提高。
该无加压下吸收倍率(CRC)的上限并无特别限定,但为了使加压下吸收倍率(AAP)及生理盐水导流性(SFC)达到预期范围,无加压下吸收倍率(CRC)优选为40g/g以下,更优选为38g/g以下。
本发明的吸水性树脂在4.83kPa加压下的加压下吸收倍率(AAP)优选为20g/g以上,更优选为23g/g以上,进而优选为24g/g以上,尤其优选为24.5g/g以上,最优选为25g/g以上。其结果是所述凝胶膨胀力得到控制。由此,将本发明的吸水性树脂用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体、及含有该吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,对该纸尿裤等吸收性物品所应吸收的全排尿量的尿进行吸收的加压下吸收倍率可进一步提高。关于该加压下吸收倍率(AAP),其上限并无特别限定,但优选不超过所述无加压下吸收倍率(CRC)而为35g/g以下。
在满足所述凝胶膨胀力的基础上,还优选用以评价本发明吸水性树脂之液体扩散性的生理盐水导流性(SFC)为15(×10-7cm3·sec/g)以上,更优选为18(×10-7cm3·sec/g)以上,进而优选为20(×10-7cm3·sec/g)以上,并且优选为55(×10-7cm3·sec/g)以下,更优选为53(×10-7cm3·sec/g)以下。SFC为15(×10-7cm3·sec/g)以上且55(×10-7cm3·sec/g)以下,则能用本发明的吸水性树脂来承担以往吸收体中纸浆所承担的液体扩散能力,因此,将本发明的该吸水性树脂用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体、及含有该吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,不会发生因凝胶结块而导致的液体扩散能力下降,从而吸收体及纸尿裤等吸收性物品可表现出良好的性能。
该生理盐水导流性(SFC)的上限并无特别限定。但该生理盐水导流性(SFC)与所述无加压下吸收倍率(CRC)为互相制衡的关系,因此若生理盐水导流性(SFC)过高,则无法得到预期范围的无加压下吸收倍率(CRC)。
本发明的吸水性树脂的质均粒径(D50)优选为250μm以上,更优选为300μm以上,并且优选为550μm以下,更优选为500μm以下。另外,本发明的吸水性树脂的总质量中,粒径低于150μm的吸水性树脂的质量优选占3质量%以下,更优选占2质量%以下。其结果是所述凝胶膨胀力得到控制,并且发挥维持前述CRC、AAP、SFC之间的平衡性(均衡)的功能。由此,本发明的该吸水性树脂用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体、及含有该吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率可进一步提高。
本发明的吸水性树脂的总质量中,粒径超过710μm的吸水性树脂的质量优选占2质量%以下,更优选占1质量%以下。由此,尤其将本发明的吸水性树脂用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体、及含有该吸收体的薄型纸尿裤等卫生用品时,吸水性树脂的粗糙感可降低,穿着感受可提高。
为了控制所述凝胶膨胀力,可对吸水性树脂的吸收倍率(CRC、AAP)、颗粒形状(无规且具有凹穴及空腔的颗粒形状)及粒度进行调整。优选对吸水性树脂的CRC、AAP、凹穴体积率、空腔体积率、粒度进行调整,更优选将选自吸水性树脂的CRC、AAP、颗粒的凹穴体积率、空腔体积率及粒度的至少1者以上(优选2者以上,更优选3者以上,尤其优选4者以上,最优选全部)调整为上述的范围。
在满足所述凝胶膨胀力的基础上,还优选本发明的吸水性树脂的凝胶厚度5mm到达时间为150秒以下,更优选为140秒以下。由此,将本发明的吸水性树脂用于纸浆等纤维材料的含量比率小的吸收体、及含有该吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率可进一步提高。
并且,至少所述凝胶膨胀力处在所述范围的本发明吸水性树脂对第2次排尿进行吸收的加压下吸收倍率为14cm3/g以上,优选为14.2cm3/g以上,更优选为14.4cm3/g以上,进而优选为14.6cm3/g以上。
作为本发明吸水性树脂之初始色调的WI值优选为45以上,更优选为50以上,进而优选为52以上。由此,例如将本发明的吸水性树脂用于纸浆等纤维材料含量比率小的吸收体且将该吸收体用在薄型纸尿裤等吸收性物品的上层部时,该吸收性物品能够保持具有清洁感的白色状态,因此优选。
[4]吸水性树脂的用途(吸收体)
本发明的吸水性树脂的用途并无特别限定,优选用于纸尿裤等吸收性物品的吸收体,更优选用于薄型纸尿裤等吸收性物品中所采用的、吸水性树脂质量比率大的吸收体。
关于吸收体的构成,除了含吸水性树脂之外,一般还含有木材粉碎纸浆等纤维材料(亲水性纤维)。吸收体若含有吸水性树脂及亲水性纤维,则作为吸收体的构成,例如可举出含有将吸水性树脂与亲水性纤维均匀混合而成的混合体的吸收体。具体而言,可例示:单纯地将吸水性树脂与亲水性纤维均匀混合而形成的结构体;在将吸水性树脂与亲水性纤维均匀混合而成的层上层叠层状的亲水性纤维而形成的结构体;在将吸水性树脂和亲水性纤维均匀混合而成的层与层状的亲水性纤维之间设置吸水性树脂而形成的结构体;等。另外,还可以是将吸水性树脂设置在层状的亲水性纤维之间而形成的结构体等。但吸收体的构成不限是上述例示的结构体。
作为所述亲水性纤维的例子,除了有前述的木材粉碎纸浆(用木材得到的机械纸浆)之外,例如还可举出:化学纸浆、半化学纸浆、溶解纸浆等纤维素系纤维;人造丝、醋酸酯等人造纤维素系纤维等这类亲水性纤维。上述例示的亲水性纤维之中,优选纤维素系纤维。另外,亲水性纤维也可含有聚酰胺、聚酯、聚烯烃等合成纤维。亲水性纤维不限是上述例示的纤维。
另外,吸收体的质量中,吸水性树脂的质量比率优选为75质量%~100质量%,更优选为80质量%~100质量%,进而优选为85质量%~100质量%,尤其优选为90质量%~100质量%。吸收体的质量中的吸水性树脂质量比率在所述范围内,则能够实现近年对吸收性物品所倾向要求的薄型化,因此优选。另外,吸收体的质量中的吸水性树脂质量比率在所述范围内,则将所述吸收体用在吸收性物品的上层部时,该吸收性物品能够保持具有清洁感的白色状态,因此优选。
另外,为了提高吸收体被使用前及正被使用时的该吸收体的强度及形状保持性,也可以使用粘接性粘合剂。作为所述粘接性粘合剂,可例示聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、1-丁烯-乙烯共聚物等聚烯烃纤维等这类热熔接纤维、及具有粘接性的乳剂等。这些粘接性粘合剂可单独使用,也可混合使用2种以上。吸水性树脂与粘接性粘合剂之间的质量比优选在50/50~99/1的范围内,更优选在70/30~95/5的范围内,进而优选在80/20~95/5的范围内。
另外,作为吸收体的其它结构,例如可以是从上方及/或下方用无纺布夹住含有前述吸水性树脂及亲水性纤维的层而成的结构,其中,含有前述吸水性树脂及亲水性纤维的层包括:将吸水性树脂与亲水性纤维均匀混合而形成的层;在将吸水性树脂与亲水性纤维均匀混合而成的层上层叠层状的亲水性纤维而形成的结构体;在将吸水性树脂和亲水性纤维均匀混合而成的层与层状的亲水性纤维之间设置吸水性树脂而形成的结构体;将吸水性树脂设置在层状的亲水性纤维之间而形成的结构体;等。该无纺布为该技术领域公知的无纺布即可,并无特别限定,可举出聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃纤维;聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸亚丙酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等聚酯纤维;尼龙等聚酰胺纤维;人造丝纤维;其它合成纤维制的无纺布、及将棉、丝、麻、纸浆(纤维素)纤维等混合而制成的无纺布等。所述无纺布的单位面积质量可为5~300g/m2。另外,无纺布的厚度可为20~800μm。所述无纺布的后述的液体扩散面积可为1~100m2。
另外,吸收体的形状并无特别限定,优选成型为片状、纤维状、筒状等,更优选成型为片状。
并且,关于本发明的吸收体,其在4.83kPa加压下的凝胶膨胀力必须为26N以上,优选其进而对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率为14cm3/g以上,更优选其进而含有满足了前述“[3]吸水性树脂”栏所述各物性的吸水性树脂。由此,本发明的吸收体对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量可提高。对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量优选为34.5g以上,更优选为35.0g,进而优选为35.5g以上。另外,对第1次及第2次的排尿进行吸收的加压下总液体捕获量优选为72.0g以上,更优选为72.5g以上,进而优选为73.0g以上。由此,本发明的吸收体例如用于薄型纸尿裤等吸收性物品时,尤其该吸收体对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率可提高,并且该吸收性物品对第2次以后的排尿进行吸收的液体捕获功能可提高。
关于本发明的吸水性树脂的用途,除了可用于所述卫生物品等吸收性物品中所含的吸收体之外,还可以较好地用于宠物尿吸收剂、便携式厕所的尿凝胶化剂、蔬果等的保鲜剂、肉类及海鲜类的漏液吸收剂、保冷剂、一次性怀炉、电池用凝胶化剂、农园艺用(植物及土壌等)的土壌保水剂、防结露剂、工业用的止水剂及填包剂、以及人工雪等各种用途。
[5]吸收体的用途(吸收性物品)
本发明的吸收体的用途并无特别限定,优选用于纸尿裤等吸收性物品,更优选用于薄型纸尿裤等吸收性物品。
吸收性物品若例如为纸尿裤,则该纸尿裤可通过以下方式制作:在穿着时位于与人体肌肤接触侧的液体渗透性的正面垫片、与穿着时位于外侧的液体非渗透性的背面垫片之间,夹持含有本发明的吸收体的吸收层。所述液体渗透性的正面垫片(以下,称为液体渗透性垫片)由具备水性液体渗透性质的材料构成。作为液体渗透性垫片的材料,例如可举出无纺布;织物;由聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺等构成的多孔性合成树脂膜等。所述液体非渗透性的背面垫片(以下,称为液体非渗透性垫片)由具备水性液体不渗透性质的材料构成。作为液体非渗透性垫片的材料,例如可举出由聚乙烯、聚丙烯、乙烯基醋酸乙酯、聚氯乙烯等构成的合成树脂膜;由这些合成树脂与无纺布所构成的复合材料膜;由所述合成树脂与织物所构成的复合材料材膜等。液体非渗透性垫片也可具有蒸汽渗透性质。另外,纸尿裤等吸收性物品中,也可以在液体渗透性垫片与所述吸收层之间,设置用以辅助液体扩散的由无纺布、纤维素、交联纤维素等所构成的扩散层。另外,纸尿裤等吸收性物品中可进而设有用以将穿着后的纸尿裤固定的胶带等这类本领域技术人员公知的部件。
所述吸收层含有吸收体,除此之外并无特别限定。例如,可以在吸收层中添加除臭剂、抗菌剂、香料、各种无机粉末、发泡剂、颜料、染料、亲水性短纤维、肥料、氧化剂、还原剂、水、盐类等,从而向吸收体或吸收性物品赋予各种功能。另外,也可采用吸收层中不含前述添加剂的方案(吸收层仅含有吸收体的方案)。
另外,吸收层的制造方法并无特别限定。此外,用液体渗透性垫片与液体非渗透性垫片来夹持吸收层的方法、即吸收性物品的制造方法也无特别限定。
另外,本发明的吸收性物品具有对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获能力得以提高了的吸收体,因此该吸收性物品对第2次以后的排尿表现出优越的液体捕获功能。
关于本发明的吸收体的用途,除了可用于所述吸收性物品之外,还可以较好地用于宠物尿吸收剂、便携式厕所的尿凝胶化剂、蔬果等的保鲜剂、肉类及海鲜类的漏液吸收剂、保冷剂、一次性怀炉、电池用凝胶化剂、农园艺用(植物及土壌等)土壌保水剂、防结露剂、工业用的止水剂及填包剂、以及人工雪等各种用途。
(实施例)
以下,通过实施例及比较例,进一步对本发明进行详细说明,但本发明不限定为这些实施例。
〔实施例1〕
(单体水溶液的制备工序)
向容量2L的聚丙烯制容器中投入丙烯酸422.0质量份、48.5质量%氢氧化钠水溶液173.9质量份、聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量:523)2.5质量份、1.0质量%二乙三胺5乙酸·3钠水溶液2.6质量份、及去离子水403.3质量份,并混合,从而制备了单体水溶液。由于所述混合过程中产生的中和热及溶解热,该单体水溶液的液温超过了40℃。
(聚合工序)
接着,一边搅拌一边使所述单体水溶液冷却,在液温变为了40℃的时点,将调温至40℃的48.5质量%氢氧化钠水溶液178.7质量份,在大气开放状态下花费约20秒添加入所述单体水溶液中,并进行混合(开始第二阶段的中和)。由此,制备了单体水溶液(1)。其中,由于所述混合过程中产生的中和热及溶解热,所述单体水溶液(1)的液温上升至了约78℃。另外,所述单体水溶液与所述氢氧化钠水溶液的混合刚开始后,起初观察到了析出物,但其之后逐渐溶解,制备的单体水溶液(1)变为了透明的均匀溶液。
然后,向搅拌状态下的所述单体水溶液(1)中,使用木下式玻璃球过滤器(过滤器颗粒No.4;木下理化工业株式会社制造),在压力0.1MPa、流量0.1L/分钟的条件下导入了氮气5秒。接着,向单体水溶液(1)中,加入了4.5质量%过硫酸钠水溶液18.4质量份。然后,立即在大气开放状态下将该单体水溶液(1)倒入了不锈钢制缸型容器(底面340×340mm、高度25mm、内面为特氟隆(注册商标)涂层)。从第二阶段的中和开始的时点起、到向缸型容器倒入所述单体水溶液(1)为止的时间为65秒。另外,该缸型容器用加热板(NEO HOTPLATE HI-1000;株式会社井内盛荣堂制造)经过了加热而表面温度达到了50℃。
所述单体水溶液(1)被倒入所述缸型容器后,1分钟之内聚合反应开始。该聚合反应中,一边产生水蒸汽一边向四面八方膨胀发泡,从而单体水溶液(1)不断地聚合。此后,得到的聚合物收缩成了比缸型容器的底面略大的尺寸。聚合反应开始2分钟后,将含水凝胶(1)从缸型容器取出。其中,这一系列操作是在大气开放状态下进行的。
(凝胶粉碎工序)
接着,将所述聚合反应中得到的含水凝胶(1)切断成每1个的质量为60g左右的小块,然后使用绞肉机(HL-G22SN;板牙孔径6.0mm;REMACOM株式会社制造)来进行凝胶粉碎,得到了颗粒状含水凝胶(1)。其中,所述含水凝胶(1)的投入量为约360g/分钟,与该含水凝胶(1)的投入操作并行地,一边以25g/分钟的添加量向绞肉机中添加调温至90℃的去离子水,一边进行了凝胶粉碎。
所述颗粒状含水凝胶(1)的D50(质均粒径)为320μm,σζ(粒度分布的对数标准差)为0.91。
(干燥工序)
接着,将所述颗粒状含水凝胶(1)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹190℃的热风30分钟来使颗粒状含水凝胶(1)干燥,得到了干燥聚合物(1)。该干燥聚合物(1)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(1)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼710μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼710μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的、无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(1)。
(表面交联工序)
接着,相对于所述表面交联前的吸水性树脂(1)100质量份,喷雾添加由碳酸亚乙酯0.4质量份、丙二醇0.7质量份、去离子水2.9质量份、及聚氧乙烯(20)脱水山梨糖醇单硬脂酯(花王株式会社制造)0.001质量份构成的表面交联剂水溶液,并均匀混合。然后,将得到的混合物在200℃下加热处理40分钟来进行了表面交联。接着,用网眼710μm及150μm的2种JIS标准筛对该混合物进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼710μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的表面交联后的吸水性树脂(1)。表面交联后的吸水性树脂(1)的各物性示于表2。作为该吸水性树脂(1)初始色调的WI值为52.4。
〔实施例2〕
将实施例1中所用的表面交联剂水溶液变更为由1,6-己二醇0.2质量份、三乙二醇0.6质量份、去离子水2.6质量份、及聚氧乙烯(20)脱水山梨糖醇单硬脂酯(花王株式会社制造)0.001质量份构成的表面交联剂水溶液,除此之外,进行了与实施例1相同的操作,得到了表面交联后的吸水性树脂(2)。表面交联后的吸水性树脂(2)的各物性示于表2。
作为该吸水性树脂(2)初始色调的WI值为53.0。
经凝胶粉碎工序而得到的颗粒状含水凝胶(2)的D50(质均粒径)为330μm,σζ(粒度分布的对数标准差)为0.92。
〔实施例3〕
将实施例1中进行凝胶粉碎工序时所添加的去离子水的添加量变更为50g/分钟,除此之外,进行了与实施例1相同的操作,得到了颗粒状含水凝胶(3)。
所述颗粒状含水凝胶(3)的D50(质均粒径)为400μm,σζ(粒度分布的对数标准差)为0.95。
(干燥工序)
接着,将所述颗粒状含水凝胶(3)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹190℃的热风30分钟来使颗粒状含水凝胶(3)干燥,得到了干燥聚合物(3)。该干燥聚合物(3)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(3)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼710μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼710μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(3)、以及筛过网眼150μm的筛的微粉(3-1)。
(表面交联工序)
接着,相对于所述表面交联前的吸水性树脂(3)100质量份,喷雾添加由碳酸亚乙酯0.4质量份、丙二醇0.7质量份、去离子水2.9质量份、及聚氧乙烯(20)脱水山梨糖醇单硬脂酯(花王株式会社制造)0.001质量份构成的表面交联剂水溶液,并均匀混合。然后,将得到的混合物在200℃下加热处理40分钟来进行了表面交联。接着,用网眼710μm及150μm的2种JIS标准筛对该混合物进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼710μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的表面交联后的吸水性树脂(3)、以及筛过网眼150μm的筛的微粉(3-2)。
(造粒工序)
接着,将所述微粉(3-1)与微粉(3-2)以17︰3(w︰w)的质量比例进行混合,得到了微粉(3-3)。该微粉(3-3)的D50(质均粒径)为85μm。接着,将所述微粉(3-3)60质量份加热至70℃后,投入食品粉碎机(MK-K48P/Panasonic制造)中,并一边搅拌,一边添加调温至80℃的去离子水49质量份来混合30秒,得到了造粒凝胶(3-3)。
(造粒凝胶添加工序)
接着,在自上述造粒开始时起经过了1分钟后,向再次实施前述的操作而制得的颗粒状含水凝胶(3)320质量份中,加入了所述造粒凝胶(3-3)80质量份。之后,立即用事先加热至了80℃的灰浆搅拌器(西日本试验机株式会社制造)混合10秒,得到了混合凝胶(3-4)。其中,用所述灰浆搅拌器进行混合紧前的造粒凝胶(3-3)及颗粒状含水凝胶(3)的温度分别为55℃、50℃。另外,用所述灰浆搅拌器混合时的造粒凝胶(3-3)及颗粒状含水凝胶(3)的混合性良好。
(干燥工序)
接着,将所述混合凝胶(3-4)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹190℃的热风30分钟来使混合凝胶(3-4)干燥,得到了干燥聚合物(3-4)。该干燥聚合物(3-4)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(3-4)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼710μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼710μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(3-4)。
(表面交联工序)
接着,相对于所述表面交联前的吸水性树脂(3-4)100质量份,喷雾添加由碳酸亚乙酯0.4质量份、丙二醇0.7质量份、去离子水2.9质量份、及聚氧乙烯(20)脱水山梨糖醇单硬脂酯(花王株式会社制造)0.001质量份构成的表面交联剂水溶液,并均匀混合。然后,将得到的混合物在200℃下加热处理40分钟来进行了表面交联。接着,用网眼710μm及150μm的2种JIS标准筛对该混合物进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼710μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的表面交联后的吸水性树脂(3-4)。表面交联后的吸水性树脂(3-4)的各物性示于表2。
作为该吸水性树脂(3-4)初始色调的WI值为54.7。
〔实施例4〕
将实施例3中所用的表面交联剂水溶液变更为由1,6-己二醇0.2质量份、三乙二醇0.6质量份、去离子水2.6质量份、及聚氧乙烯(20)脱水山梨糖醇单硬脂酯(花王株式会社制造)0.001质量份构成的表面交联剂水溶液,除此之外,进行了与实施例3相同的操作,得到了表面交联后的吸水性树脂(4-4)。表面交联后的吸水性树脂(4-4)的各物性示于表2。
作为该吸水性树脂(4-4)初始色调的WI值为52.6。
经凝胶粉碎工序而得到的颗粒状含水凝胶(4)的D50(质均粒径)为410μm,σζ(粒度分布的对数标准差)为0.94。
〔比较例1〕
(单体水溶液的制备工序)
向容量2L的聚丙烯制容器中投入丙烯酸421.7质量份、48.5质量%氢氧化钠水溶液140.4质量份、聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量:523)2.4质量份、1.0质量%二乙三胺5乙酸·3钠水溶液11.3质量份、及去离子水390.3质量份,并混合,从而制备了单体水溶液。由于所述混合过程中产生的中和热及溶解热,该单体水溶液的液温超过了40℃。
(聚合工序)
接着,一边搅拌所述单体水溶液一边冷却,在液温变为了38.3℃的时点,加入了1.0质量%聚氧乙烯(20)脱水山梨糖醇单硬脂酯(花王株式会社制造)水溶液4.4质量份。并且,还在液温变为了38.0℃的时点,将调温至40℃的48.5质量%氢氧化钠水溶液211.9质量份,在大气开放状态下花费约20秒添加入所述单体水溶液中,并进行了混合(开始第二阶段的中和)。由此,制备了单体水溶液(1’)。其中,由于所述混合过程中产生的中和热及溶解热,所述单体水溶液(1’)的液温上升至了约81℃。另外,所述单体水溶液与所述氢氧化钠水溶液的混合刚开始后,起初观察到了析出物,但其之后逐渐溶解,制备的单体水溶液(1’)变为了透明的均匀溶液。
然后,向搅拌状态下的所述单体水溶液(1’)中,使用木下式玻璃球过滤器(过滤器颗粒No.4;木下理化工业株式会社制造),在压力0.1MPa、流量0.1L/分钟的条件下导入了氮气10秒。接着,向单体水溶液(1’)中,加入了4.0质量%过硫酸钠水溶液17.6质量份。然后,立即在大气开放状态下将该单体水溶液(1’)倒入了不锈钢制缸型容器(底面340×340mm、高度25mm、内面为特氟隆(注册商标)涂层)。从第二阶段的中和开始的时点起、到向缸型容器中倒入所述单体水溶液(1’)为止的时间为55秒。另外,该缸型容器用加热板(NEOHOTPLATE HI-1000;株式会社井内盛荣堂制造)经过了加热而表面温度达到了40℃。
所述单体水溶液(1’)被倒入所述缸型容器后,59秒后聚合反应开始。该聚合反应中,一边产生水蒸汽一边向四面八方膨胀发泡,从而单体水溶液(1’)不断地聚合。此后,得到的聚合物收缩成了比缸型容器的底面略大的尺寸。聚合反应开始3分钟后,将含水凝胶(1’)从缸型容器取出。其中,这一系列操作是在大气开放状态下进行的。
(凝胶粉碎工序)
接着,将所述聚合反应中得到的含水凝胶(1’)切断成每1个的质量为60g左右的小块,然后使用绞肉机(HL-G22SN;板牙孔径6.0mm;REMACOM株式会社制造)来进行凝胶粉碎,得到了颗粒状含水凝胶(1’)。其中,所述含水凝胶(1’)的投入量为约230g/分钟,与该含水凝胶(1’)的投入操作并行地,一边以50g/分钟的添加量向绞肉机中添加调温至90℃的去离子水,一边进行了凝胶粉碎。
所述颗粒状含水凝胶(1’)的D50(质均粒径)为350μm,σζ(粒度分布的对数标准差)为0.93。
(干燥工序)
接着,将所述颗粒状含水凝胶(1’)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹180℃的热风30分钟来使颗粒状含水凝胶(1’)干燥,得到了干燥聚合物(1’)。该干燥聚合物(1’)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(1’)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼710μm及45μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼710μm的筛且残留在网眼45μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(1’)。
(表面交联工序)
接着,相对于所述表面交联前的吸水性树脂(1’)100质量份,喷雾添加由碳酸亚乙酯0.3质量份、丙二醇0.6质量份、去离子水3.0质量份、及聚氧乙烯(20)脱水山梨糖醇单硬脂酯(花王株式会社制造)0.001质量份构成的表面交联剂水溶液,并均匀混合。然后,将得到的混合物在208℃下加热处理40分钟来进行了表面交联。接着,用网眼710μm及45μm的2种JIS标准筛对该混合物进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼710μm的筛且残留在网眼45μm的筛上的表面交联后的吸水性树脂(1’)。表面交联后的吸水性树脂(1’)的各物性示于表2。
〔比较例2〕
(单体水溶液的制备工序)
向容量2L的聚丙烯制容器中投入丙烯酸404.7质量份、48.5质量%氢氧化钠水溶液344.6质量份、聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量:523)2.2质量份、及去离子水405.6质量份,并混合,从而制备了单体水溶液(2’)。由于所述混合过程中产生的中和热及溶解热,该单体水溶液(2’)的液温超过了90℃。
(聚合工序)
接着,将所述单体水溶液(2’)的液温保持为90℃,一边搅拌一边加入了3.2质量%过硫酸钠水溶液22.2质量份。然后,立即在大气开放状态下将该单体水溶液(2’)倒入了不锈钢制缸型容器(底面340×340mm、高度25mm、内面为特氟隆(注册商标)涂层)。其中,该缸型容器用加热板(NEO HOTPLATE HI-1000;株式会社井内盛荣堂制造)经过了加热而表面温度达到了50℃。
所述单体水溶液(2’)被倒入所述缸型容器后,聚合反应马上开始。该聚合反应中,一边产生水蒸汽一边向四面八方膨胀发泡,从而单体水溶液(2’)不断地聚合。此后,得到的聚合物收缩成了比缸型容器的底面略大的尺寸。聚合反应开始3分钟后,将含水凝胶(2’)从缸型容器取出。其中,这一系列操作是在大气开放状态下进行的。
(凝胶粉碎工序)
接着,将所述聚合反应中得到的含水凝胶(2’)切断成每1个的质量为60g左右的小块,然后使用绞肉机(HL-G22SN;板牙孔径8.0mm;REMACOM株式会社制造)来进行凝胶粉碎,得到了颗粒状含水凝胶(2’)。其中,所述含水凝胶(2’)的投入量为约360g/分钟,与该含水凝胶(2’)的投入操作并行地,一边以50g/分钟的添加量向绞肉机中添加调温至80℃的去离子水,一边进行了凝胶粉碎。
然后,立即将得到的颗粒状含水凝胶(2’)用绞肉机(HL-G22SN;板牙孔径8.0mm;REMACOM株式会社制造)再次进行粉碎,得到了颗粒状含水凝胶(2’)。这里,对颗粒状含水凝胶(2’)进行再次粉碎时,未向绞肉机中添加去离子水。
所述颗粒状含水凝胶(2’)的D50(质均粒径)为400μm,σζ(粒度分布的对数标准差)为0.97。
(干燥工序)
接着,将所述颗粒状含水凝胶(2’)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹190℃的热风20分钟来使颗粒状含水凝胶(2’)干燥,得到了干燥聚合物(2’)。该干燥聚合物(2’)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(2’)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。至于残留在网眼850μm的筛上的凝聚体状的干燥聚合物,对其反复进行了粉碎及分级,直至其全量可筛过网眼850μm的筛。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(2’)、以及筛过网眼150μm的筛的微粉(2’-1)。
(表面交联工序)
接着,相对于所述表面交联前的吸水性树脂(2’)100质量份,喷雾添加由碳酸亚乙酯0.3质量份、丙二醇0.5质量份、及去离子水2.7质量份构成的表面交联剂水溶液,并均匀混合。然后,将得到的混合物在200℃下加热处理40分钟来进行了表面交联。接着,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛对该混合物进行了分级。至于残留在网眼850μm的筛上的凝聚体状的混合物,对其反复进行了凝聚体碎解、分级,直至其全量可筛过网眼850μm的筛。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的表面交联后的吸水性树脂(2’)、以及筛过网眼150μm的筛的微粉(2’-2)。
(造粒工序)
接着,将所述微粉(2’-1)与微粉(2’-2)以17︰3(w︰w)的质量比例进行混合,得到了微粉(2’-3)。该微粉(2’-3)的D50(质均粒径)为91μm。接着,将所述微粉(2’-3)60质量份加热至67℃后,投入烘热至80℃的食品粉碎机(MK-K48P;Panasonic制造)中,并一边搅拌,一边花费5秒添加了调温至82℃的去离子水40质量份,然后进一步混合了15秒,得到了造粒凝胶(2’-3)。
(造粒凝胶添加工序)
接着,在自上述造粒开始时起经过了2分钟后,向再次实施前述的操作而制得的颗粒状含水凝胶(2’)360质量份中,加入了所述造粒凝胶(2’-3)80质量份。之后,立即用事先加热至了80℃的灰浆搅拌器(西日本试验机公司制造)混合10秒,得到了混合凝胶(2’-4)。其中,用所述灰浆搅拌器进行混合紧前的造粒凝胶(2’-3)及颗粒状含水凝胶(2’)的温度分别为70℃、55℃。另外,用所述灰浆搅拌器混合时的造粒凝胶(2’-3)及颗粒状含水凝胶(2’)的混合性良好。
(干燥工序)
接着,将所述混合凝胶(2’-4)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹190℃的热风20分钟来使混合凝胶(2’-4)干燥,得到了干燥聚合物(2’-4)。该干燥聚合物(2’-4)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(2’-4)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。至于残留在网眼850μm的筛上的凝聚体状的干燥聚合物,对其反复进行了粉碎及分级,直至其全量可筛过网眼850μm的筛。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(2’-4)。
(表面交联工序)
接着,相对于所述表面交联前的吸水性树脂(2’-4)100质量份,喷雾添加由碳酸亚乙酯0.3质量份、丙二醇0.5质量份、及去离子水2.7质量份构成的表面交联剂水溶液,并均匀混合。然后,将得到的混合物在200℃下加热处理40分钟来进行了表面交联。
接着,一边搅拌和冷却所述混合物,一边添加了由27质量%硫酸铝水溶液1质量份及60质量%乳酸钠水溶液0.2质量份构成的添加剂水溶液。然后,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛对得到的混合物进行了分级。至于残留在网眼850μm的筛上的凝聚体状的混合物,对其反复进行了凝聚体解碎、分级,直至其全量可筛过网眼850μm的筛。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的表面交联后的吸水性树脂(2’-4)。表面交联后的吸水性树脂(2’-4)的各物性示于表2。
〔比较例3〕
(单体水溶液的制备工序)
向容量2L的聚丙烯制容器中投入丙烯酸400.0质量份、聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量:523)3.2质量份、甲基丙烯酸烯丙酯0.08质量份、及0.04质量份的IRGACURE(注册商标)819,并混合。然后,进一步将24.0质量%氢氧化钠水溶液640.0质量份缓慢投入容器中,并混合,从而制备了液温40℃的单体水溶液(3’)。
(聚合工序)
接着,一边搅拌液温40℃的所述单体水溶液(3’),一边添加了4质量%过硫酸钠水溶液24.0质量份。然后,立即在大气开放状态下将该单体水溶液(3’)倒入不锈钢制缸型容器(底面340×340mm、高度25mm、内面为特氟隆(注册商标)涂层)。另外,在向所述缸型容器中倒入单体水溶液(3’)的同时,还向该单体水溶液(3’)照射了紫外线。其中,该缸型容器用加热板(NEO HOTPLATE HI-1000;株式会社井内盛荣堂制造)经过了加热而表面温度达到了50℃。
所述单体水溶液(3’)被倒入所述缸型容器后不久,聚合反应开始。该聚合反应开始1分钟后,停止照射紫外线,再待经过2分钟后,将含水凝胶(3’)从缸型容器取出。其中,这一系列操作是在大气开放状态下进行的。
(凝胶粉碎工序)
接着,将所述聚合反应中得到的含水凝胶(3’)切断成每1个的质量为60g左右的小块,然后用绞肉机(HL-G22SN;板牙孔径8.0mm;REMACOM株式会社制造)进行凝胶粉碎,得到了颗粒状含水凝胶(3’)。其中,所述含水凝胶(3’)的投入量为约360g/分钟,与该含水凝胶(3’)的投入操作并行地,一边以25g/分钟的添加量向绞肉机中添加调温至80℃的去离子水,一边进行了凝胶粉碎。
所述颗粒状含水凝胶(3’)的D50(质均粒径)为550μm,σζ(粒度分布的对数标准差)为1.01。
(干燥工序)
接着,将所述颗粒状含水凝胶(3’)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹180℃的热风30分钟来使颗粒状含水凝胶(3’)干燥,得到了干燥聚合物(3’)。关于所述180℃的热风,前15分钟是从金属网的下方向上方吹热风,后15分钟是从金属网的上方向下方吹热风。该干燥聚合物(3’)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(3’)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(3’)、以及筛过网眼150μm的筛的微粉(3’-1)。
(造粒工序)
接着,将所述微粉(3’-1)100质量份加热至70℃后,投入雷迪格(Loedige)搅拌器中,一边搅拌一边添加调温至70℃的去离子水100质量份,混合约1分钟,得到了造粒凝胶(3’-1)。
(造粒凝胶添加工序)
接着,在自上述造粒开始时起经过了2.5分钟后,向再次实施前述操作而制得的颗粒状含水凝胶(3’)320质量份中,加入了所述造粒凝胶(3’-1)80质量份。之后,立即用事先加热至了80℃的灰浆搅拌器(西日本试验机公司制造)混合10秒,得到了混合凝胶(3’-2)。其中,用所述灰浆搅拌器进行混合紧前的造粒凝胶(3’-1)及颗粒状含水凝胶(3’)的温度分别为55℃、52℃。另外,用所述灰浆搅拌器混合时的造粒凝胶(3’-1)及颗粒状含水凝胶(3’)的混合性良好。
(干燥工序)
接着,将所述混合凝胶(3’-2)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹180℃的热风30分钟来使混合凝胶(3’-2)干燥,得到了干燥聚合物(3’-2)。关于所述180℃的热风,前15分钟是从金属网的下方向上方吹热风,后15分钟是从金属网的上方向下方吹热风。该干燥聚合物(3’-2)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(3’-2)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(3’-2)。
(表面交联工序)
接着,相对于所述表面交联前的吸水性树脂(3’-2)100质量份,喷雾添加由碳酸亚乙酯1.0质量份、及去离子水4.0质量份构成的表面交联剂水溶液,并均匀混合。然后,将得到的混合物在180℃下加热处理40分钟来进行了表面交联。接着,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛对该混合物进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的表面交联后的吸水性树脂(3’-2)。表面交联后的吸水性树脂(3’-2)的各物性示于表2。
〔比较例4〕
(单体水溶液的制备工序)
向容量2L的聚丙烯制容器中投入丙烯酸400.0质量份、聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量:523)3.2质量份、己二醇二丙烯酸酯0.4质量份、及0.04质量份的IRGACURE(注册商标)819,并混合。然后,进一步将24.0质量%氢氧化钠水溶液640.0质量份缓慢投入容器中,并混合,从而制备了液温40℃的单体水溶液(4’)。
(聚合工序)
接着,一边搅拌液温40℃的所述单体水溶液(4’)一边添加了4质量%过硫酸钠水溶液24.0质量份。然后,立即在大气开放状态下将该单体水溶液(4’)倒入不锈钢制缸型容器(底面340×340mm、高度25mm、内面为特氟隆(注册商标)涂层)中。另外,在向所述缸型容器中倒入单体水溶液(4’)的同时,还向该单体水溶液(4’)照射了紫外线。其中,该缸型容器用加热板(NEO HOTPLATE HI-1000;株式会社井内盛荣堂制造)经过了加热而表面温度达到了50℃。
所述单体水溶液(4’)被倒入所述缸型容器后不久,聚合反应开始。该聚合反应开始1分钟后,停止照射紫外线,再待经过2分钟后,将含水凝胶(4’)从缸型容器取出。其中,这一系列操作是在大气开放状态下进行的。
(凝胶粉碎工序)
接着,将所述聚合反应中得到的含水凝胶(4’)切断成每1个的质量为60g左右的小块,然后用绞肉机(HL-G22SN;板牙孔径8.0mm;REMACOM株式会社制造)进行凝胶粉碎,得到了颗粒状含水凝胶(4’)。其中,所述含水凝胶(4’)的投入量为约360g/分钟,与该含水凝胶(4’)的投入操作并行地,一边以25g/分钟的添加量向绞肉机中添加调温至80℃的去离子水,一边进行了凝胶粉碎。
所述颗粒状含水凝胶(4’)的D50(质均粒径)为540μm,σζ(粒度分布的对数标准差)为1.04。
(干燥工序)
接着,将所述颗粒状含水凝胶(4’)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹180℃的热风30分钟来使颗粒状含水凝胶(4’)干燥,得到了干燥聚合物(4’)。关于所述180℃的热风,前15分钟是从金属网的下方向上方吹热风,后15分钟是从金属网的上方向下方吹热风。该干燥聚合物(4’)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(4’)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(4’)、以及筛过网眼150μm的筛的微粉(4’-1)。
(造粒工序)
接着,将所述微粉(4’-1)100质量份加热至70℃后,投入雷迪格(Loedige)搅拌器中,一边搅拌一边添加调温至70℃的去离子水100质量份,混合约1分钟,得到了造粒凝胶(4’-1)。
(造粒凝胶添加工序)
接着,在自上述造粒开始时起经过了2.5分钟后,向再次实施前述操作而制得的颗粒状含水凝胶(4’)300质量份中,加入了所述造粒凝胶(4’-1)100质量份。之后,立即用事先加热至了80℃的灰浆搅拌器(西日本试验机公司制造)混合10秒,得到了混合凝胶(4’-2)。其中,用所述灰浆搅拌器进行混合紧前的造粒凝胶(4’-1)及颗粒状含水凝胶(4’)的温度分别为55℃、52℃。另外,用所述灰浆搅拌器混合时的造粒凝胶(4’-1)及颗粒状含水凝胶(4’)的混合性良好。
(干燥工序)
接着,将所述混合凝胶(4’-2)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹180℃的热风30分钟来使混合凝胶(4’-2)干燥,得到了干燥聚合物(4’-2)。关于所述180℃的热风,前15分钟是从金属网的下方向上方吹热风,后15分钟是从金属网的上方向下方吹热风。该干燥聚合物(4’-2)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(4’-2)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(4’-2)。
(表面交联工序)
接着,相对于所述表面交联前的吸水性树脂(4’-2)100质量份,喷雾添加由碳酸亚乙酯0.5质量份、甲醇3.0质量份、及去离子水3.0质量份构成的表面交联剂水溶液,并均匀混合。然后,将得到的混合物在180℃下加热处理40分钟来进行了表面交联。接着,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛对该混合物进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的表面交联后的吸水性树脂(4’-2)。表面交联后的吸水性树脂(4’-2)的各物性示于表2。
〔比较例5〕
(单体水溶液的制备工序)
向容量2L的聚丙烯制容器中,投入了用丙烯酸稀释而得的0.5质量%IRGACURE(注册商标)819的溶液11.0质量份、用丙烯酸稀释而得的5.0质量%聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量:400)的溶液26.0质量份、用丙烯酸稀释而得的5.0质量%三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(乙氧基化TMPTA、TMP(EO)9TA、M-3190;MIWON Specialty Chemical Co.,Ltd.制造)的溶液14.0质量份、及丙烯酸445.2质量份,并混合。然后,进一步将24.0质量%氢氧化钠水溶液800.0质量份缓慢投入容器中,并混合,从而制备了单体水溶液(5’)。该单体水溶液(5’)中的丙烯酸的中和率为70摩尔%。另外,由于所述混合过程中产生的中和热及溶解热,得到的单体水溶液(5’)的液温超过了50℃。
(聚合工序)
接着,一边搅拌一边将所述单体水溶液(5’)冷却,在液温变为了45℃的时点,投入了5.0质量%碳酸氢钠水溶液30.0质量份、将硫酸铝1.6质量份溶解于5.0质量%碳酸氢钠水溶液28.0质量份中而得的水溶液、及1.0质量%OFX-0193(XIAMETER(注册商标))水溶液60.0质量份,并混合。将得到的混合物搅拌2秒左右后,在大气开放状态下倒入了不锈钢制缸型容器(底面150×150mm、高度90mm、内面为特氟隆(注册商标)涂层)中。另外,在向所述缸型容器中倒入所述混合物的同时,还向该混合物照射了紫外线。其中,该缸型容器的表面温度被加热至了80℃。
所述混合物被倒入所述缸型容器后,约30秒后聚合反应开始。该聚合反应开始2分钟后,停止照射紫外线,将含水凝胶(5’)从缸型容器取出。其中,这一系列操作是在大气开放状态下进行的。
(凝胶粉碎工序)
接着,将所述聚合反应中得到的含水凝胶(5’)切断成每1个的质量为60g左右的小块,然后用绞肉机(HL-G22SN;板牙孔径8.0mm;REMACOM株式会社制造)进行凝胶粉碎,得到了颗粒状含水凝胶(5’)。其中,所述含水凝胶(5’)的投入量为约360g/分钟,与该含水凝胶(5’)的投入操作并行地,一边以50g/分钟的添加量向绞肉机中添加调温至80℃的去离子水,一边进行了凝胶粉碎。
所述颗粒状含水凝胶(5’)的D50(质均粒径)为910μm,σζ(粒度分布的对数标准差)为1.02。
(干燥工序)
接着,将所述颗粒状含水凝胶(5’)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹180℃的热风30分钟来使颗粒状含水凝胶(5’)干燥,得到了干燥聚合物(5’)。关于所述180℃的热风,前15分钟是从金属网的下方向上方吹热风,后15分钟是从金属网的上方向下方吹热风。该干燥聚合物(5’)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(5’)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(5’)。
(表面交联工序)
接着,相对于所述表面交联前的吸水性树脂(5’)100质量份,喷雾添加由碳酸亚乙酯0.4质量份、甲醇3.0质量份、去离子水3.0质量份、及Aerosil200(EVONIK公司制造)0.5质量份构成的表面交联剂水溶液,并均匀混合。然后,将得到的混合物在190℃下加热处理30分钟来进行了表面交联。接着,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛对该混合物进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的表面交联后的吸水性树脂(5’)。表面交联后的吸水性树脂(5’)的各物性示于表2。
〔比较例6〕
(单体水溶液的制备工序)
向容量1L的聚丙烯制容器中投入丙烯酸291.0质量份、48.5质量%氢氧化钠水溶液247.0质量份、聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量:523)0.4质量份、1.0质量%二乙三胺5乙酸·5钠水溶液1.8质量份、用丙烯酸稀释而得的1.0质量%IRGACURE(注册商标)814的溶液3.6质量份、及去离子水255.0质量份,并混合,从而制备了单体水溶液(6’)。由于所述混合过程中产生的中和热及溶解热,该单体水溶液(6’)的液温超过了90℃。
(聚合工序)
接着,将所述单体水溶液(6’)的液温保持为90℃,一边搅拌一边加入了3.0质量%过硫酸钠水溶液1.8质量份。然后,立即在大气开放状态下将该单体水溶液(6’)倒入不锈钢制缸型容器(底面340×340mm、高度25mm、内面为特氟隆(注册商标)涂层)。另外,在向所述缸型容器中倒入单体水溶液(6’)的同时,还向该单体水溶液(6’)照射了紫外线。其中,该缸型容器用加热板(NEO HOTPLATE HI-1000;株式会社井内盛荣堂制造)经过了加热而表面温度达到了50℃。
所述单体水溶液(6’)被倒入所述缸型容器后不久,聚合反应开始。该聚合反应中,一边产生水蒸汽一边向四面八方膨胀发泡,从而单体水溶液(6’)不断地聚合。此后,得到的聚合物收缩成了比缸型容器的底面略大的尺寸。该聚合反应开始3分钟后,停止照射紫外线,将含水凝胶(6’)从缸型容器取出。这一系列操作是在大气开放状态下进行的。
(凝胶粉碎工序)
接着,将所述聚合反应中得到的含水凝胶(6’)切断成每1个的质量为60g左右的小块,然后使用绞肉机(HL-G22SN;板牙孔径6.0mm;REMACOM株式会社制造)来进行凝胶粉碎,得到了颗粒状含水凝胶(6’)。其中,所述含水凝胶(6’)的投入量为约360g/分钟,与该含水凝胶(6’)的投入操作并行地,一边以50g/分钟的添加量向绞肉机中添加调温至90℃的去离子水,一边进行了凝胶粉碎。
所述颗粒状含水凝胶(6’)的D50(质均粒径)为750μm,σζ(粒度分布的对数标准差)为1.01。
(干燥工序)
接着,将所述颗粒状含水凝胶(6’)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹180℃的热风30分钟来使颗粒状含水凝胶(6’)干燥,得到了干燥聚合物(6’)。该干燥聚合物(6’)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(6’)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(6’)、以及筛过网眼150μm的筛的微粉(6’-1)。
(造粒工序)
接着,将所述微粉(6’-1)100质量份投入雷迪格(Loedige)搅拌器中,一边搅拌一半添加调温至60℃的去离子水100质量份,混合约1分钟,得到了造粒凝胶(6’-1)。
(干燥工序)
接着,将所述造粒凝胶(6’-1)散布在网眼300μm的金属网上,放入热风干燥机中。然后,吹170℃的热风30分钟来使造粒凝胶(6’-1)干燥,得到了干燥聚合物(6’-1)。该干燥聚合物(6’-1)中不含有未干燥物。
(分级工序)
接着,将所述干燥聚合物(6’-1)投入辊磨机(WML型辊粉碎机;有限会社井之口技研制造)进行粉碎后,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的无规破碎状的表面交联前的吸水性树脂(6’-1)。
接着,将所述表面交联前的吸水性树脂(6’)80质量份与该表面交联前的吸水性树脂(6’-1)20质量份混合,得到了表面交联前的吸水性树脂(6’-2)。
(表面交联工序)
接着,相对于所述表面交联前的吸水性树脂(6’-2)100质量份,喷雾添加由阳离子性胶质氧化硅(商品名:Klebosol 30CAL25 30%水溶液;AZ Electronic Material公司制造)3.3质量份、1,3-丙二醇0.5质量份、甲醇1.0质量份、及去离子水3.0质量份构成的表面交联剂水溶液,并均匀混合。然后,将得到的混合物在200℃下加热处理40分钟来进行了表面交联。接着,用网眼850μm及150μm的2种JIS标准筛进行了分级。通过该操作,得到了筛过网眼850μm的筛且残留在网眼150μm的筛上的表面交联后的吸水性树脂(6’-2)。表面交联后的吸水性树脂(6’-2)的各物性示于表2。
对实施例1~4及比较例1~6中得到的表面交联后的吸水性树脂的各种物性进行了测定。测定方法如下所示。另外,测定结果示于表2。
<测定方法>
[CRC(无加压下吸收倍率)]
本发明的吸水性树脂的CRC(无加压下吸收倍率)是依照EDANA法(WSP241.3(10))测定的。具体而言,将吸水性树脂0.2g放入无纺布袋,将其在过剩量的0.9质量%氯化钠水溶液中浸渍30分钟来使该吸水性树脂自由溶胀,之后用离心分离机(离心力:250G)进行脱水,然后测定其CRC(无加压下吸收倍率)(单位:g/g)。
[AAP(加压下吸收倍率)]
本发明的吸水性树脂的AAP(加压下吸收倍率)是依照EDANA法(WSP242.3(10))测定的。但本发明中,将加压条件变更为4.83kPa(49g/cm2;0.7psi)来进行了测定。具体而言,使吸水性树脂0.9g在4.83kPa(49g/cm2;0.7psi)的加压下于过剩量的0.9质量%氯化钠水溶液中溶胀1小时,然后测定其AAP(加压下吸收倍率)(单位:g/g)。即,本说明书中,AAP(加压下吸收倍率)均为4.83kPa加压下的测定值。
[SFC(生理盐水导流性)]
本发明的吸水性树脂的SFC(生理盐水导流性)(单位:×10-7cm3·sec/g)是依照美国专利第5669894号中记载的测定方法来测定的。
[固体成分量]
本发明的吸水性树脂的固体成分量是采用依照EDANA法(WSP 230.3(10))测得的含水率来算出的。但本发明中,从WSP 230.3(10)规定的测定条件当中,将作为试料的吸水性树脂的量变更为了1.0g,且将干燥温度变更为了180℃。并且,将通过式子“100-含水率(质量%)”算出的值作为吸水性树脂的固体成分量(单位:质量%)。
另外,关于颗粒状含水凝胶或造粒凝胶的固体成分量,也同样地采用依照EDANA法(WSP 230.3(10))测得的含水率来进行计算。但本发明中,从WSP 230.3(10)规定的测定条件当中,将作为试料的颗粒状含水凝胶或造粒凝胶的量变更为了2.0g,且将干燥温度变更为了180℃。并且,将通过式子“100-含水率(质量%)”算出的值作为颗粒状含水凝胶或造粒凝胶的固体成分量(单位:质量%)。
另外,关于块状干燥聚合物的固体成分量,从干燥工序中的任意位置采集样本(吸水性树脂)并将该样本粉碎至粒径5mm以下,然后与前述吸水性树脂的固体成分量的测定方法同样地,采用依照EDANA法(WSP230.3(10))测得的含水率来进行了计算。并且,将通过式子“100-含水率(质量%)”算出的值作为块状干燥聚合物的固体成分量(单位:质量%)。这里予以说明,从干燥工序中的任意5处采集了所述样本,并将得到的值的平均值作为了块状干燥聚合物的固体成分量。
[D50(质均粒径)]
本发明的吸水性树脂的D50(质均粒径)(单位:μm)是依照美国专利第7638570号中记载的“(3)Mass-Average Particle Diameter(D50)and Logarithmic StandardDeviation(σζ)of Particle Diameter Distribution”所述的测定方法来测定的。
〔颗粒状含水凝胶的D50(质均粒径)〕
测定了粉碎后的颗粒状含水凝胶的、以固体成分量换算的质均粒径(D50)。即,将温度20~25℃的颗粒状含水凝胶(固体成分量α质量%)20g添加到含0.08质量%的EMAL20C(表面活性剂;花王株式会社制造)的20质量%氯化钠水溶液(以下,称为“EMAL水溶液”)500g中,得到分散液,并使用长度50mm×直径7mm的搅拌子以300rpm搅拌了1小时(这里使用了高度21cm、直径8cm的圆柱形聚丙烯制容器,其容量约1.14L)。
搅拌结束后,向层叠设置在转盘上的各JIS标准筛(直径21cm;各筛的网眼径为:8mm/4mm/2mm/1mm/0.60mm/0.30mm/0.15mm/0.075mm)的中央部注入了所述分散液。用EMAL水溶液100g来将颗粒状含水凝胶全部冲洗到筛上后,一边用手转动(20rpm)筛,一边使用淋浴头(孔数为72个,淋液量为6.0L/min)从筛的上方30cm高处以淋液范围(50cm2)覆盖筛全体的方式,全面地淋下EMAL水溶液6000g,由此对颗粒状含水凝胶进行了分级。对分级后的第1层的筛上的颗粒状含水凝胶进行约2分钟的沥干后,对其进行了称量。对第2层以后的筛也进行同样的操作来进行分级,沥干后,分别称量了每个筛上残留的颗粒状含水凝胶。
通过下式(1)来计算了各筛上残留的颗粒状含水凝胶的质量相对于颗粒状含水凝胶全体的质量比例X(单位:质量%)。对于筛上残留的固体成分量为α质量%的颗粒状含水凝胶,按照下式(2)来计算了该颗粒状含水凝胶的相应所用筛的网眼径R(α)(单位:mm)。将每个筛上残留的颗粒状含水凝胶的X及R(α)标绘到对数概率纸上,来制作了示出X的累积重量比与R(α)之间关系的图表(粒度分布)。从该图表中读取出残留百分率相当于50质量%时的粒径,将之作为颗粒状含水凝胶的质均粒径(D50)。
X=(w/W)×100 式(1)
R(α)=(20/W)1/3×r 式(2)
其中,X、w、W、R(α)及r是指下列的值。
X:分级及沥干后,残留在每个筛上的颗粒状含水凝胶的质量%(单位:质量%)
w:分级及沥干后,残留在每个筛上的颗粒状含水凝胶的各自质量(单位:g)
W:分级及沥干后,各筛上残留的颗粒状含水凝胶的总质量(单位:g)
R(α):以固体成分量α质量%换算后的颗粒状含水凝胶被分级的情况下的相应筛眼径(单位:mm;换算值)
r:对在含0.08质量%的EMAL 20C(表面活性剂;花王株式会社制造)的20质量%氯化钠水溶液中溶胀后的颗粒状含水凝胶进行分级而得出的JIS标准筛网眼径(单位:mm;实测值)
[σζ(粒度分布的对数标准差)]
本发明的吸水性树脂的σζ(粒度分布的对数标准差)(无单位)是依照美国专利第7638570号中记载的“(3)Mass-Average Particle Diameter(D50)and LogarithmicStandard Deviation(σζ)of Particle Diameter Distribution”所述的测定方法来测定的。
另一方面,颗粒状含水凝胶的σζ(粒度分布的对数标准差)是通过下列方法来测定的。
即,通过与所述颗粒状含水凝胶的D50(质均粒径)的测定方式相同的方法,计算各筛上残留的颗粒状含水凝胶的质量%,并在对数概率纸上标绘出该颗粒状含水凝胶的粒度分布。根据该标绘图,求取“筛上物累计%值R”=84.1质量%(将此作为X1)时的相应粒径、以及“筛上物累计%值R”=15.9质量%(将此作为X2)时的相应粒径,并基于下式(3),求取σζ(粒度分布的对数标准差)。
σζ=0.5×ln(X2/X1)…式(3)
σζ的值越小,则意味着粒度分布越窄。
[凝胶厚度5mm到达时间]
在将加压条件变更为了4.83kPa(49g/cm2;0.7psi)的所述AAP(加压下吸收倍率)测定中,使用KEYENCE制造的激光式位移测量仪(放大器单元为IL-1000,传感器头为IL-S100,电源单元为KZ-U3)、数据记录器(GRAPHTEC株式会社制造的midiLOGGER GL220)、及Microsoft Excel,来计算了砝码在垂直方向上的移动距离,由此测定了本发明的吸水性树脂的凝胶厚度5mm到达时间(单位:秒)。
测定是在将温度调整为23.0±0.5℃且将湿度调整为35%至50%之间的室内进行的。另外,测定上所用的0.9质量%氯化钠水溶液是调温至23±0.5℃的溶液。
具体的测定方法如下。如图2所示,首先,准备了在加压条件变更为了4.83kPa(49g/cm2;0.7psi)的AAP测定时所用的缸筒3、活塞2、砝码1,向缸筒3内放入吸水性树脂0.9g,并向放入有吸水性树脂的缸筒3中插入了活塞2。插入时,注意避免吸水性树脂夹在缸筒3的内壁与活塞2之间。然后,在活塞2上放置了砝码1。所用的砝码1为圆筒形且顶面为平面。缸筒3的底面为网状。以下,将通过前述步骤而准备好的由吸水性树脂、缸筒3、活塞2、及砝码1构成的一套装置称为单元组A。
接着,如图3所示,在水平的实验台上放置了设定在23℃的面加热器10,又在面加热器10上放置了AAP测定时所用的SUS制托盘9,然后在SUS制托盘9的中央部放置了AAP测定时所用的玻璃制过滤器7,其中使玻璃制过滤器7的凹凸较少的面处在上侧,然后向SUS制托盘9内注入0.9质量%氯化钠水溶液8,直至0.9质量%氯化钠水溶液8的水位与玻璃制过滤器7的顶面高度相同。注入时,注意不让气泡进入玻璃制过滤器中。接着,在玻璃制过滤器7的中央部放置了AAP测定时所用的滤纸6,其中使滤纸6的凹凸较少的面处在上侧。
另外,为了测定吸水性树脂溶胀时的、砝码1在垂直方向上的位置信息,设置了KEYENCE制造的激光式位移测量仪(放大器单元15为IL-1000,传感器头14为IL-S100,电源单元16为KZ-U3)。电源单元16介由放大器单元15与传感器头14连接着。另外,通过嵌合套12将夹钳13安装在了支架11的上部,夹钳13支撑着传感器头14。传感器头14的设置要求为:当将单元组A设置在所述滤纸6上的中央部后,从传感器头14照射的激光垂直于单元组A中的砝码1的顶面,具体而言是使激光沿着箭头18所示的照射方向进行照射。另外,为了使所照射的激光适当反射,在砝码1顶面中的被激光照射的部分粘贴了白色的胶带5(产品名:无铅型胶带;型号21-10W;日东电工株式会社制造)。砝码1的顶面上粘贴有胶带的情形如图4的平面图所示。由此,能够对砝码1在垂直方向上的位置信息(数值数据)进行测定。由传感器头14测得的砝码1的位置信息传送给数据记录器(GRAPHTEC株式会社制造的midiLOGGERGL220)17,并保存在数据记录器17中。数据记录器17连接在放大器单元15与电源单元16之间,且设定为能够以1秒间隔连续保存砝码1的位置信息。
在所述测定环境下,将单元组A放置到滤纸的中央部时即为测定开始时,在测定开始的同时,激光式位移测量仪也开始测定砝码1的位置信息。自测定开始时起经过了1小时后,激光式位移测量仪结束砝码1的位置信息的测定。其中,图3示出了将单元组A放置到滤纸上并开始进行测定的这一阶段的测定情形。
从数据记录器17中提取经所述测定而得到的砝码1位置信息,在Microsoft Excel上进行以下分析。首先,将自溶胀开始时起的10秒期间内的、砝码1下沉得最低的时刻设为“凝胶厚度0mm的时点”。在“凝胶厚度0mm的时点”以后,吸水性树脂会进行溶胀沿垂直方向将砝码上推,因此“凝胶厚度0mm的时点”的位置信息数值与在“凝胶厚度0mm的时点”以后所测得的位置信息数值之间的差的绝对值,就代表了溶胀了的吸水性树脂沿垂直方向将砝码1上推的距离α(凝胶厚度αmm)。按每次测得的经过时间来分别计算了距离α,并将(用Microsoft Excel计算的)该距离达到5mm而花费的时间(从凝胶厚度0mm的时点到凝胶厚度5mm的时点的时间)作为“凝胶厚度5mm到达时间”。
使用同一样本(吸水性树脂)进行了2次上述的测定,将其平均值作为了本发明中的凝胶厚度5mm到达时间。
[凝胶膨胀力、凝胶膨胀速率]
在将加压条件变更为了4.83kPa(49g/cm2;0.7psi)的所述AAP(加压下吸收倍率)测定中,使用作为示踪器(Autograph)的拉伸试验机(AG-1kNX;株式会社岛津制作所制造)及运算软件(TRAPEZIUM X),测定了已溶胀至“凝胶厚度5mm”的吸水性树脂发生进一步溶胀时的、将活塞及砝码沿垂直方向上推的力,并对测定而得的数值数据用Microsoft Excel进行分析,从而求取了本发明的吸水性树脂的凝胶膨胀力(单位:N)及凝胶膨胀速率(无单位)。
具体的测定方法如下。如图2所示,首先,准备了将加压条件已变更为4.83kPa(49g/cm2;0.7psi)后的AAP测定时所用的缸筒3、活塞2、砝码1,向缸筒3内放入吸水性树脂0.9g,并向放入有吸水性树脂的缸筒3中插入了活塞2。插入时,注意避免吸水性树脂夹在缸筒3的内壁与活塞2之间。然后,在活塞2上放置了砝码1。所用的砝码1为圆筒形且顶面为平面。以下,将通过前述的步骤而准备好的由吸水性树脂、缸筒3、活塞2、及砝码1构成的一套装置称为单元组A。至此为止的操作,是在将温度调整为23±0.5℃且将湿度调整为35%至50%之间的室内实施的,而此后的操作,是在将温度调整为23±0.5℃且将湿度调整为35%至60%之间的室内实施的。
在示踪器(AG-1kNX;株式会社岛津制作所制造)上设置了测压元件19(SLBL-50N;株式会社岛津制作所制造)及压缩夹具(上压盘20为Φ20的S346-51687-08,下压盘21为Φ118的S346-51687-12),并且在上压盘20与下压盘21之间的间隔充分的状态下,在下压盘21上放置AAP测定用器具。示踪器上30设置有测压元件19、压缩夹具及AAP测定用器具的状态示于图5。其中,“在下压盘21上放置AAP测定用器具”是指如下操作:以使下压盘21的中央部与SUS制托盘9的中央部重合的方式,在下压盘21上放置AAP测定时所用的SUS制托盘9,然后在SUS制托盘9的中央部,以玻璃制过滤器7的凹凸较少的面处在上侧的方式,放置AAP测定时所用的玻璃制过滤器7,然后在玻璃制过滤器7的中央部,以滤纸6的凹凸较少的面处在上侧的方式,放置AAP测定时所用的滤纸6,然后在滤纸6的中央部放置了所述单元组A。
另外,在运算软件(TRAPEZIUM X)方面,设定了如下测定条件:从测定开始的时点起,使设置在某位置的上压盘20以每秒0.1mm的速度自动下降,然后,在上压盘20与单元组A中的砝码1的顶面接触的时点,将上压盘20固定在该接触位置。另外还设定了如下测定条件:以0.5秒间隔,连续地经由固定后的上压盘20来测取溶胀的吸水性树脂将活塞2及砝码1上推的力。具体而言,在运算软件上点击“制定新的试验条件”,并设定了如下的试验条件。
〔系统〕
试验模式:单
试验种类:压缩
测压元件极性:压缩
移动方向:下降
单位:SI
格式:四舍五入
〔传感器〕
(试验力)
信道:试验力放大器
名称:试验力
最大:50N
极限:40N(勾选)
应力名称:应力
采用真应力:去掉勾选
(冲程)
名称:冲程
极限:500mm(勾选)
冲程(变形)名称:冲程(变形)
采用真变形:去掉勾选
进行挠度补正:去掉勾选
(位移计)
位移计1
信道:无
(幅度计)
信道:无
(其它)
其它1
信道:无
〔试验控制〕
伸展原点:从最初开始
区域1
控制的动作:施加负荷
控制:冲程
V1:0.100000mm/sec
区域1与区域2之间的设定
目标值信道
试验力
0.01N
区域2
控制的动作:保持
控制:冲程
区域2与区域3之间的设定
保持时间
6000sec
区域3
控制的动作:OFF
(结束条件)
断裂设定:去掉所有勾选
试验后的动作:停止
断裂检测的起始点:0.035%
(采样)
时间:0.5sec
(预备负荷)
去掉所有勾选
〔试验片〕
材质:塑料
形状:平板
批次数:1
子批次数:1
尺寸单位:mm
〔数据处理项目〕
无需特别设定
〔图表〕
任意设定
〔报告〕
任意设定
接着,在运算软件上点击“选择条件并执行试验”,选择了前述试验条件后,打开了试验执行画面。另外,在该画面上右键点击“试验力”来实施了校正,以使该画面上显示的“试验力”低于0.02N。
关于在前述测定环境下进行的、吸水性树脂的凝胶膨胀力及凝胶膨胀速率的测定方法的流程,参考图6来进行说明。
首先,如图6的(a)所示,手动地使上压盘20下降而接触到单元组A中的砝码1的顶面,将发生接触时的上压盘20的位置设为0mm。具体而言,以上压盘20的该位置为准,右键点击试验执行画面上的“冲程”来实施归零复位。这里所说的手动,是指使用与示踪器连接着的智能控制器(株式会社岛津制作所制造)的按钮及刻度盘来进行操作。另外,以下记载的“手动”也是指同样操作。另外,砝码1与上压盘接触时,会稍微产生砝码1将上压盘20上推的力,因此在试验执行画面上可确认到“试验力”的上升。这里,将因该“试验力的上升”而“试验力”变得达到0.1N以上且低于0.5N的时点,定义为“接触”。接着,如图6的(b)所示,手动地使上压盘20上升7.5mm,并将上压盘20的该位置设定为“测定开始位置”。上升7.5mm的理由如下:关于凝胶膨胀力的测定,经估计,吸水性树脂的溶胀会使砝码1上升5.0mm(相当于凝胶厚度5mm),而在试验开始后,当上压盘20下降并在凝胶厚度达到5mm的时点与砝码1接触时,上压盘20的下降距离应该会是2.5mm,上升的7.5mm便是这些估计值的合计数值。凝胶厚度达到5mm的时点已预先测知,于是将试验的开始时刻设定在早于该时点的25秒前,因此能够估算出上压盘20的下降距离(前述的情况下,由于上压盘20的下降速度设定在每秒0.1mm,因此可设定成每秒0.1mm×25秒=2.5mm)。
接着,如图6的(c)所示,手动地使上压盘20从所述“测定开始位置(7.5mm)”进一步上升,将单元组A及滤纸6以不触碰上压盘20的方式从玻璃制过滤器7上拿起,然后向SUS制托盘9内注入0.9质量%氯化钠水溶液8,直至0.9质量%氯化钠水溶液8的水位与玻璃制过滤器7的顶面高度相同。这里,所用的0.9质量%氯化钠水溶液8的液温调温为了23±0.5℃。另外,此时注意不让气泡进入玻璃制过滤器7内。
在该状态下,如图6的(d)所示,在玻璃制过滤器7的中央部再次放置滤纸6,并在滤纸6的中央部轻轻地放置单元组A,由此吸水性树脂开始溶胀。另外,在将单元组A放置在滤纸6上的同时,还开始计测时间。溶胀开始后,立即如图6的(e)所示那样,手动地使上压盘20下降至所述“测定开始位置(7.5mm)”。
接着,以自溶胀开始时起算的“凝胶厚度5mm到达时间”的完结时刻为准,在早于该完结时刻的25秒前的时点,点击试验执行画面上的“试验开始”,从而如图6的(f)所示那样使上压盘20以每秒0.1mm的速度自动下降。在所述25秒前使上压盘20开始下降目的在于,使上压盘20正好在自溶胀开始时起算的“凝胶厚度5mm到达时间”的完结时刻下降完2.5mm,从而该上压盘20也正好与单元组A中的砝码1的顶面接触。由此,在自溶胀开始时起算的“凝胶厚度5mm到达时间”的完结时刻,上压盘与单元组A中的砝码1的顶面接触,然后如图6的(g)所示那样以该接触的时点作为测定开始点,连续60分钟、每隔0.5秒地,测定了颗粒状含水凝胶将活塞2及砝码1上推的力。
然后,将通过前述60分钟的测定而得的、颗粒状含水凝胶将活塞及砝码上推的力,在Microsoft Excel上进行分析,从而计算出了吸水性树脂的凝胶膨胀力及凝胶膨胀速率。
即,在Microsoft Excel上,从该上推力之中,确定出自测定开始(0秒)时到经过了1000秒时为止的期间内的最大力,并将之作为凝胶膨胀力(N)。
另外,在Microsoft Excel上,制作了以横轴为测定时间(分钟)且以纵轴为相应上推力(N)的图表,根据该图表,利用SLOPE函数计算出自测定开始时(0秒)到经过了100秒时为止的数据所示的曲线的斜率,并将该斜率的值作为凝胶膨胀速率(无单位)。
使用同一样本(吸水性树脂)进行了2次上述的测定,将平均值作为了本发明的凝胶膨胀力及凝胶膨胀速率。
[凹穴体积率为15体积%以上的颗粒的体积率、空腔体积率为1体积%以下的颗粒的体积率]
本发明的吸水性树脂的总体积中,凹穴体积率为15体积%以上的颗粒的体积占据率(单位:体积%)、及空腔体积率为1体积%以下的颗粒的体积占据率(单位:体积%)按如下方式求取:使用微聚焦X射线CT系统(inspeXio SMX-100CT;株式会社岛津制作所制造)来获取吸水性树脂的3维图像数据,并使用高速3维分析软件(TRI/3D-VOL-FCS64;RatocSystem Engineering Co.,Ltd.制造)对该3维图像数据进行分析,然后使用统计分析软件JMP(注册商标)14(SAS Institute Inc.,Cary,NC,USA)及Microsoft Excel来作计算。这里,凹穴体积率及、空腔体积率是使用300μm~600μm粒度的吸水性树脂来求取的。具体而言,使用所述微聚焦X射线CT系统来分别获取500μm~600μm粒度的吸水性树脂、425μm~500μm粒度的吸水性树脂、及300μm~425μm粒度的吸水性树脂的3维图像数据,并使用上述高速3维分析软件进行分析,然后使用JMP及Excel,就这些分析结果进行了统括计算。
关于更具体的计算方法,以500μm~600μm粒度的吸水性树脂为例来进行说明。先对500μm~600μm粒度的吸水性树脂的提取方法进行说明。首先,将JIS标准的筛(The IIDATESTING SIEVE;株式会社饭田制作所制造;直径8cm,筛的网眼径各为600μm、500μm、425μm、300μm),自上而下地按网眼径从大到小的顺序层叠,最底层放置受皿(株式会社饭田制作所制造;直径8cm)。接着,向最上层的筛(筛的网眼径:600μm)投下吸水性树脂10.0g,盖上盖(株式会社饭田制作所制造;直径:8cm)。接着,将由盖、4个筛及受皿所层叠而成的组件,用IIDA SIEVE SHAKER(型号ES-65型,系列号0632)振动了5分钟。振动后,仅提取了残留在网眼500μm的筛上的吸水性树脂,以此作为500μm~600μm粒度的吸水性树脂。上述操作是在将温度调整为20.0~25.0℃且将湿度调整为35%至50%之间的室内实施的。这里,上述操作中,若要提取425μm~500μm粒度的吸水性树脂,则仅提取残留在网眼425μm的筛上的吸水性树脂,若要提取300μm~425μm粒度的吸水性树脂,则仅提取残留在网眼300μm的筛上的吸水性树脂。
接着,在塑料制带盖圆筒型容器(内径约1cm、高度约5cm)中投入热固化性球状微粒(Epostar MV1002;株式会社日本触媒制造)0.3g,然后投入500μm~600μm粒度的吸水性树脂0.1g,充分摇匀来使吸水性树脂均匀分散于热固化性球状微粒,从而制作了样本。接着,在所述圆筒型容器的底面粘贴双面胶带来将其固定至所述微聚焦X射线CT系统的试料台,然后按照下列条件来获取了3维图像数据。
[表1]
接着,使用所述高速3维分析软件,按下列步骤来实施了分析。
1.从菜单栏依次选择颗粒测量、3D颗粒、颗粒分离、巨大颗粒分离。
2.在EVC画面上的“Binarize”标签中选择“L-W”,将W值设定在原本的初始值,将L值变更为比初始值大“1”的值,提取了圆形的测量对象区域。接着,对全部的分层图像实施了该处理。将通过该操作而提取出的图像数据作为(A),并保管至BC画面上的“bin5ch”(b5)。
3.在EVC画面上的“Binarize”标签中选择“L-W”,将W值设定在原本的初始值,将L值从初始值变更为“37580”,就测量对象区域中的全部吸水性树脂作了提取。接着,对全部的分层图像实施了该处理。将通过该操作而提取出的颗粒图像数据作为(B),并保管至BC画面上的“binDch”(bD)。
4.以颗粒图像数据(B)为基础,首先在EVC画面上的“Binary”标签中选择“ErsSml”,排除了颗粒尺寸为10voxcel以下的认为是噪声的颗粒。接着,在EVC画面上的“Binary”标签中选择“Invert”,由此将提取到了颗粒的区域与未能提取到颗粒的区域反转。接着,在EVC画面上的“Binary”标签中选择“Ers Sml”,排除了颗粒尺寸为1voxcel以下的认为是噪声的颗粒。接着,在EVC画面上的“3D”标签中选择“Labeling”,进一步选择体积及Max,仅提取了体积最大的区域。这里,在确认到“Label Count”显示为1后,在EVC画面上的“Binary”标签中再次选择“Invert”,从而将测量对象区域中的噪声排除,并且就全部颗粒,以其空腔被填满了的形态作了提取。将通过上述操作而提取出的颗粒图像数据作为(C),并保管至BC画面上的“bin2ch”(b2)。
5.在“LOp”标签(信道间逻辑运算处理)中将对象1选为“2”并将对象2选为“D”,进一步选择“SUB”,并按下“执行”,从而从颗粒图像数据(C)减算颗粒图像数据(B)。然后,在EVC画面上的“Binary”标签中选择“Ers Sml”,排除了颗粒尺寸为1voxcel以下的认为是噪声的颗粒,从而提取出了空腔(Void)。将通过这些操作来提取出的颗粒图像数据作为(D),并保管至BC画面上的“bin6ch”(b6)。
6.以颗粒图像数据(C)为基础,在EVC画面上的“3D”标签中选择“8连通领域”(8-connected neighborhood),进行了2次扩张处理,然后进行了2次收缩处理。将通过该操作来提取出的颗粒图像数据作为(E),并保管至BC画面上的“bin1ch”(b1)。
7.在“LOp”标签(信道间逻辑运算处理)中将对象1选为“2”并将对象2选为“D”,进一步选择“SUB”,并按下“执行”,从而从颗粒图像数据(E)中减算颗粒图像数据(C)。通过该操作,提取出了凹穴。将得到的颗粒图像数据作为(F),并保管至BC画面上的“bin7ch”(b7)。
8.以颗粒图像数据(E)为基础,在巨大颗粒分离画面上,选择“小颗粒提取”(不选择大颗粒提取),将收腰(constriction)比、“Repair Filter Size”、及“Repair Mrg SmlDiameter”均设定为“0”,由此进行了颗粒的分离及颗粒的标色分类。
9.在EVC画面上的“3D”标签中选择“Labeling”,进一步选择“坐标值”(循环),并将微小颗粒尺寸设定为“100”,进行颗粒的分离操作。将通过这些操作所提取出的颗粒图像数据作为(G),并保管至BC画面上的“bin1ch”(b1)。
10.从菜单栏依次选择“颗粒测量”、“3D颗粒中的Void”、“分离后的测量”。
11.在分离后测量画面上,选择“voxcel”作为单位,接着选择“边缘颗粒除去”,进一步选择“表面积计算”及“Void计算”作为测量项目,选择“Binary 5ch”来将之指定为所要测量的ROI,由此进行了计算处理。
12.通过Excel的CSV形式,提取了由上述第10项的计算处理而得到的数据。
通过以上操作,对于测量对象区域中存在的全部吸水性树脂,就每一个颗粒得到了体积(单位:mm3)、空腔体积(单位:mm3)及凹穴体积(单位:mm3)的数据。所述每一个颗粒的空腔体积及凹穴体积是以吸水性树脂中的该空腔及该凹穴被填满了的形态来算出的值。另外,所述测量对象区域中存在的吸水性树脂含有50个~500个左右的颗粒。
接着,对于425μm~500μm粒度的吸水性树脂、及300μm~425μm粒度的吸水性树脂,也以与前述相同的顺序进行了分析。
接着,将通过以上操作得到的、300μm~600μm粒度的吸水性树脂的有关每一个颗粒的体积(单位:mm3)、空腔体积(单位:mm3)及凹穴体积(单位:mm3)的数据,全部导入Excel的同一处理表中。这里,所用的Excel的文件格式为XLSX格式。
接着,在所述处理表内,基于下式(4),分别计算了每一个颗粒的空腔体积率(单位:体积%)。
空腔体积率=H/(I-J)×100…式(4)
其中,
H:空腔体积(单位:mm3)
I:体积(单位:mm3)
J:凹穴体积(单位:mm3)
接着,在所述处理表内,基于下式(5),分别计算了每一个颗粒的凹穴体积率(单位:体积%)。
凹穴体积率=J/(I-H)×100…式(5)
其中,
H:空腔体积(单位:mm3)
I:体积(单位:mm3)
J:凹穴体积(单位:mm3)
接着,在所述处理表内,基于下式(6),分别计算了每一个颗粒的真体积(单位:mm3)。
真体积=I-H-J…式(6)
其中,
H:空腔体积(单位:mm3)
I:体积(单位:mm3)
J:凹穴体积(单位:mm3)
接着,将通过以上的操作得到的、300μm~600μm粒度的吸水性树脂的有关每一个颗粒的空腔体积率、凹穴体积率及真体积全部导入统计分析软件(JMP)中,制作了数据表。
然后,按下列步骤来计算了空腔体积率为1体积%以下的颗粒的体积率(单位:体积%)、及凹穴体积率为15体积%以上的颗粒的体积率(单位:体积%)。
1.首先,在统计分析软件(JMP)的分析功能中,选择“单变值分布”(UnivariateDistribution),将输入有真体积的列选为“Y,列”,按下“OK”,确认了分析结果中的梗概统计量的合计,从而算出了全部吸水性树脂的真体积的和(单位:mm3)。将这里得到的和的值设为(K)。
2.接着,使用统计分析软件(JMP)的数据过滤功能,来仅选定空腔体积率为1体积%以下的吸水性树脂。
3.接着,在统计分析软件(JMP)的分析功能中,选择“单变值分布”,将输入有真体积的列选为“Y,列”,按下“OK”,确认了分析结果中的梗概统计量的合计,从而算出了上述第2步骤操作中所选定的吸水性树脂的真体积之和(单位:mm3)。将这里得到的和的值设为(L)。
4.接着,使用统计分析软件(JMP)的数据过滤功能,来仅选定凹穴体积率为15体积%以上的吸水性树脂。
5.接着,在统计分析软件(JMP)的分析功能中,选择“单变值分布”,将输入有真体积的列选为“Y,列”,按下“OK”,确认了分析结果中的梗概统计量的合计,从而算出了上述第4步骤操作中所选定的吸水性树脂的真体积之和(单位:mm3)。将这里得到的和的值设为(M)。
6.然后,根据通过上述第1、3、5步骤操作所算出的(K)、(L)、(M)的值,基于下式(7)、(8),算出了空腔体积率为1体积%以下的颗粒的体积率(单位:体积%)、及凹穴体积率为15体积%以上的颗粒的体积率(单位:体积%)。
空腔体积率为1体积%以下的颗粒的体积率=L/K×100…式(7)
凹穴体积率为15体积%以上的颗粒的体积率=M/K×100…式(8)
[对第2次排尿进行吸收的加压下吸收倍率]
本发明的吸水性树脂对第2次排尿进行吸收的加压下吸收倍率(单位:cm3/g)是按照下列方法测定的。这里,该加压下吸收倍率是一种指标,用来模拟性地评价如下能力:吸收第1次排尿而溶胀后的薄型吸收体在对第2次以后的排尿进行吸收时,即使在加压下也能够吸收尿。纸尿裤中的吸收体大多是由吸水性树脂与木材粉碎纸浆等纤维材料构成的混合物。本发明中,作为薄型化倾向最强时的条件,设想了不使用木材粉碎纸浆等纤维材料,即实质上100%由吸水性树脂构成的吸收体,并测定了其加压下吸收倍率。
具体的测定方法如下。如图7所示,首先,准备了所述SFC测定时所用的缸筒24、活塞25、用于盖住缸筒24且具备2个贯通孔的盖23、及砝码22,向缸筒24内放入3.0g吸水性树脂4,然后向放入有吸水性树脂4的缸筒24中插入活塞25。插入时,注意避免吸水性树脂4被夹在缸筒24的内壁与活塞25之间。然后,盖上盖23,并在活塞25的上部放置砝码22。以下,将这里制作的由吸水性树脂4、缸筒24、活塞25、盖23、及砝码22构成的一套装置称为单元组B。至此为止的操作,是在将温度调整为23±0.5℃且将湿度调整为35%至50%之间的室内实施的,而此后的操作,是在将温度调整为23±0.5℃且将湿度调整为35%至60%之间的室内实施的。
接着,以与图3同样的方式,在水平的实验台上放置了设定在23℃的面加热器10,又在面加热器10上放置了AAP测定时所用的SUS制托盘9,然后在SUS制托盘9的中央部放置了AAP测定时所用的玻璃制过滤器7,其中使玻璃制过滤器7的凹凸较少的面处在上侧,然后在玻璃制过滤器7的中央部放置了AAP测定时所用的滤纸6,其中使滤纸6的凹凸较少的面处在上侧,然后在滤纸6的中央部放置了代替所述单元组A的所述单元组B。
另外,为了测定吸水性树脂进行溶胀时的、砝码22在垂直方向上的位置信息,设置了KEYENCE制造的激光式位移测量仪(放大器单元15为IL-1000,传感器头14为IL-S100,电源单元16为KZ-U3)。测定环境为如下状态:图3中的单元组A被替换为单元组B,且不向SUS制托盘9中投入0.9质量%氯化钠水溶液。如图3所示,该传感器头14的设置要求为:从传感器头14照射的激光垂直于单元组B中的砝码22的顶面。另外,为了使所照射的激光适当反射,在砝码22顶面中的被激光照射的部分粘贴了白色的胶带(产品名:无铅型胶带;型号21-10W;日东电工株式会社制造)5。砝码22的顶面上粘贴有胶带的情形如图8所示。由此,能够对砝码22在垂直方向上的位置信息(数值数据)进行测定。由传感器头14所测得的砝码22的位置信息传送给数据记录器(GRAPHTEC株式会社制造的midiLOGGER GL220)17,并保存在数据记录器17中。数据记录器17连接在放大器单元15与电源单元16之间,且设定为以1秒间隔来连续保存砝码22的位置信息。
在该测定环境下,用容量60mL的注射器量取了40g的调温至23±0.5℃的0.9质量%氯化钠水溶液8,将注射器的前端插入单元组B中的盖23的孔,花费6秒左右向缸筒24内添加所述0.9质量%氯化钠水溶液,以使吸水性树脂4开始溶胀。这里,在开始添加所述0.9质量%氯化钠水溶液的同时,激光式位移测量仪也开始读取砝码22的位置信息。所述0.9质量%氯化钠水溶液的添加开始2分钟后,再次与上述大致同样地使用注射器,花费6秒左右,从单元组B中的盖的孔向缸筒内添加了调温至23±0.5℃的0.9质量%氯化钠水溶液50g(开始第2次吸液)。自0.9质量%氯化钠水溶液的所述第2次添加开始(第2次吸液开始)时起经过了8分钟后,结束了激光式位移测量仪对砝码22位置信息的读取(测定结束)。
然后,基于下式(4),计算了自0.9质量%氯化钠水溶液的所述第2次添加开始时起至经过了8分钟时为止的这段期间的加压下吸收倍率,来作为对第2次排尿进行吸收的加压下吸收倍率(单位:cm3/g)。
对第2次排尿进行吸收的加压下吸收倍率=A×C/1000/B…式(4)
其中,
A:供放入吸水性树脂的缸筒的基于内径的截面积(单位:mm2)
B:吸水性树脂的放入量(单位:g)
C:通过Microsoft Excel对激光式位移测量仪读取到的砝码位置信息进行分析而计算出的、砝码22在自0.9质量%氯化钠水溶液的第2次添加开始时起至经过8分钟时为止的这段过程中沿垂直方向移动的距离(第2次吸液开始时的砝码22位置信息(数值)与测定结束时的砝码22位置信息(数值)之间的差距;单位:mm)
[初始色调]
本发明的吸水性树脂的初始色调是用亨特Lab表色体系来测定的。作为测定装置,使用了亨特Lab公司制造的LabScan(注册商标)XE,作为测定条件,选择了反射式测定,作为测定口径,选择了1.75英寸。作为初始色调测定容器,使用了内径9.5cm、高度0.6cm、材质为铝制或不锈钢制的容器。
作为具体的测定方法,首先,向初始色调测定容器中投入吸水性树脂直至吸水性树脂溢出。接着,将超过该容器的顶面而隆出的吸水性树脂用尺子等刮平,从而整平了粉面。然后,在室温20℃~25℃、相对湿度50RH%的气氛下,测定了该吸水性树脂表面的WI值。
这里,所述吸水性树脂若为刚制造出的或即将出厂前的吸水性树脂,或者若是制造后在30℃以下且相对湿度50%RH的气氛下保存了1年以内的吸水性树脂,则将其色调视为初始色调。
[表2]
由表2明显可知,关于本发明的吸水性树脂,其不仅AAP值得到维持,4.83kPa加压下的凝胶膨胀力也得到提高,更佳的是凝胶膨胀力及凝胶膨胀速率得到提高,因此,即使是在吸收了第1次排尿之后又发生了第2次排尿(在加压下进一步吸收尿)的情况下,加压下吸收倍率也比以往(比较例)高。即,对第2次排尿进行吸收的加压下吸收倍率比以往(比较例)高。
与此相比,比较例的吸水性树脂在4.83kPa加压下的凝胶膨胀力较低,并且凝胶膨胀力及凝胶膨胀速率这两者也均较低,因此对第2次排尿进行吸收的加压下吸收倍率不充分。
接着,使用实施例1~4及比较例1~6中得到的表面交联后的吸水性树脂,制作了吸收体。制作方法如下所示。
[吸收体的制作]
本发明中,作为纸尿裤等吸收性物品的薄型化倾向最强情况下的条件,设想了不使用木材粉碎纸浆等纤维材料,即实质上100%由吸水性树脂构成的吸收体,并制作了该吸收体。具体而言,如图9所示,向所述SFC测定时所用的缸筒24内放入3.0g吸水性树脂4,然后在缸筒24内的吸水性树脂4上放置了模拟透液性正面垫片的无纺布(制法为纺粘法,厚度为0.1mm,单位面积质量为13g/m2,液体扩散面积为18mm2)26。这里所用的该无纺布26被剪切成了直径比缸筒24的内径短0.2mm的圆形,另外,该无纺布26的厚度、单位面积质量及液体扩散面积是通过后述测定方法所测得的。接着,使用所制作的吸收体,测定了加压下液体捕获量。测定方法如下所示。另外,测定结果示于表3。
[吸收体的加压下液体捕获量]
本发明的吸收体的加压下液体捕获量(单位:g)是通过下列方法测定的。这里,关于该吸收体的加压下液体捕获量,其与前述对第2次排尿进行吸收的加压下吸收倍率的不同点在于,将所用的0.9质量%氯化钠水溶液(优选地,用相对于0.9质量%氯化钠水溶液1000g为0.04g的亮蓝FCF(蓝色1号)实施了着色)的液温改为了接近人尿温度的36.5±0.5℃,从而在考虑吸收性物品实际使用的前提下对该吸收体的功能进行适当的评价,这方面是与对第2次排尿进行吸收的加压下吸收倍率不同的。
具体的测定方法如下。首先,如图10所示,准备所述SFC测定时所用的活塞25、用于盖住缸筒24且具备2个贯通孔的盖23、及砝码22,向装有所制备的吸收体的缸筒24内插入活塞25。插入时,注意避免吸水性树脂4及无纺布26被夹在缸筒24的内壁与活塞25之间。然后,盖上盖23,并在活塞25的上部放置砝码22。以下,将这里制作的由吸水性树脂4、无纺布26、缸筒24、活塞25、盖23、及砝码22构成的一套装置称为单元组C。至此为止的操作,是在将温度调整为23±0.5℃且将湿度调整为35%至50%之间的室内实施的,而此后的操作,是在将温度调整为23±0.5℃且将湿度调整为35%至60%之间的室内实施的。
对单元组C的质量进行测量,将测得的质量设为(A)。接着,如图11的测定环境所示,在水平的实验台上放置了设定在23℃的面加热器10,又在面加热器10上放置了AAP测定时所用的SUS制托盘9,然后在SUS制托盘9的中央部放置了AAP测定时所用的玻璃制过滤器7,其中使玻璃制过滤器7的凹凸较少的面处在上侧,然后在玻璃制过滤器7的中央部放置了AAP测定时所用的滤纸6,其中使滤纸6的凹凸较少的面处在上侧,然后在滤纸6的中央部放置了所述单元组C。
在该测定环境下,用容量60mL的注射器量取了40g的调温至36.5±0.5℃的0.9质量%氯化钠水溶液(优选地,用相对于0.9质量%氯化钠水溶液1000g为0.04g的亮蓝FCF(蓝色1号)实施了着色),将注射器的前端插入单元组C中的盖23的孔,花费6秒左右向缸筒24内添加所述0.9质量%氯化钠水溶液,以使吸水性树脂4开始溶胀。这里,从开始添加所述0.9质量%氯化钠水溶液时起进行计时,当经过了2分钟时迅速测量了单元组C的质量,并将测得的质量设为(B)。其中,测量质量时,当从滤纸6上将单元组C移动到电子称等上时,并不将单元组C拆开,而是维持其构造。具体而言,用手抓住缸筒24的外壁部分来搬运,此时注意不触碰盖23、活塞25、及设置在活塞25的上部的砝码22。另外,测量质量时,还并行地将玻璃制过滤器7上的滤纸6更换为了未使用的滤纸。测量完质量后,再次将单元组C放置在该未使用的滤纸6的中央部,并再次与上述大致同样地使用注射器,花费6秒左右,从单元组C中的盖23的孔向缸筒24内添加了调温至36.5±0.5℃的0.9质量%氯化钠水溶液(优选地,用相对于0.9质量%氯化钠水溶液1000g为0.04g的亮蓝FCF(蓝色1号)实施了着色)40g。其中,所述单元组C的质量测量操作及滤纸6的更换操作是在30秒内完成的。也就是说,在自开始第1次添加0.9质量%氯化钠水溶液时起计时的2分30秒以内,开始第2次添加0.9质量%氯化钠水溶液。然后,从开始第2次添加0.9质量%氯化钠水溶液时起进行计时,当经过了3分钟时迅速测量了单元组C的质量,并将测得的质量设为(C)。其中,测量质量时,当从滤纸6将单元组C移动到电子称等上时,与上述同样地并不将单元组C拆开,而是维持其构造。
然后,基于下式(5),计算了自0.9质量%氯化钠水溶液的第2次添加开始时起至经过了3分钟时为止的这段期间的加压下液体捕获量,来作为吸收体对第2次排尿进行吸收的加压下液体捕获量(单位:g)。这里,吸收体对第2次排尿进行吸收的加压下液体捕获量是一种指标,用来评价吸收体的如下能力:吸收第1次排尿而溶胀后的吸收体在对第2次以后的排尿进行吸收时,即使在加压下也能够吸收尿。
吸收体对第2次排尿进行吸收的加压下液体捕获量=(C)-(B)…式(5)
另外,基于下式(6),计算了自0.9质量%氯化钠水溶液的第1次添加开始时起至经过了2分钟时为止的这段期间的加压下液体捕获量、与自0.9质量%氯化钠水溶液的第2次添加开始时起至经过了3分钟时为止的这段期间的加压下液体捕获量的合计量,并将此合计量作为了吸收体对第1次及第2次排尿进行吸收的加压下总液体捕获量(单位:g)。
吸收体对第1次及第2次排尿进行吸收的加压下总液体捕获量=(C)-(A)…式(6)
这里,本测定中,在测量所述(B)及所述(C)时,若溶胀后的吸水性树脂的层上残留有0.9质量%氯化钠水溶液,则视作无法测定。即,若在所述测量的过程中目视发现溶胀后的吸水性树脂的层上残留有0.9质量%氯化钠水溶液,则视作无法就该吸水性树脂来测定“吸收体对第2次排尿进行吸收的加压下液体捕获量”及“吸收体对第1次及第2次排尿进行吸收的加压下总液体捕获量”。
[无纺布的厚度]
通过下列测定方法,对测定所述吸收体的加压下液体捕获量时所用的无纺布的厚度(单位:mm)作了测定。即,使用大型款式的刻度盘式厚度计(厚度测定器)(株式会社尾崎制作所制造;型号:J-B;测头规格:基准台上下)来测定了无纺布厚度。关于测定次数,对5个不同位置进行了测定,将5处的平均值作为了测定值。其中,测定厚度时,为了尽量不向无纺布施加压力,将手从手柄慢慢地放开,从而测出了厚度。
[无纺布的单位面积质量]
通过下列测定方法,对测定所述吸收体的加压下液体捕获量时所用的无纺布的单位面积质量(单位:g/m2)作了测定。即,对切取为宽10cm以上、长40cm以上的长方形无纺布的质量进行了测定,然后用测得的该质量除以所切取的无纺布的面积,从而算出了单位面积质量。
[无纺布的液体扩散面积]
通过下列测定方法,对测定所述吸收体的加压下液体捕获量时所用的无纺布的液体扩散面积(单位:mm2)作了测定。即,将具有网眼径2mm且网线径0.9mm的网的直径30cm不锈钢制筛放置在水平的实验台上,并在该筛的网上放置切取为10cm见方的无纺布。在容量1mL的注射器上安装口径0.50mm的注射针,并量取了含有20ppm的亮蓝FCF(蓝色1号)的0.9质量%氯化钠水溶液1.00g,沿垂直于无纺布的方向将该氯化钠水溶液注射至筛上的无纺布的中央。此时,为防止已穿过了无纺布及筛网的该氯化钠水溶液重新附着到筛网或无纺布,在筛网的下方与实验台之间设有充分的空间。在无纺布吸收了该氯化钠水溶液且液体扩散完成的时点,对该氯化钠水溶液的扩散面积进行了测定。
[表3]
由表3明显可知,通过不仅维持吸水性树脂的AAP值,还提高4.83kPa加压下的凝胶膨胀力,更优选提高凝胶膨胀力及凝胶膨胀速率,能使含有该吸水性树脂的吸收体即使是在吸收了第1次排尿之后又发生了第2次排尿(在加压下进一步吸收尿)的这种情况下,加压下液体捕获量也比以往高。即,对第2次排尿进行吸收的加压下液体捕获量比以往高。另外,吸收体对第1次及第2次排尿进行吸收的加压下总液体捕获量也比以往高。
与此相比,比较例的吸水性树脂在4.83kPa加压下的凝胶膨胀力较低,并且凝胶膨胀力及凝胶膨胀速率这两者也均较低,因此,含有该吸水性树脂的吸收体对第2次排尿进行吸收的加压下液体捕获量不充分。另外,吸收体对第1次及第2次排尿进行吸收的加压下总液体捕获量也不充分。
本发明的一实施方式包括以下方面。
[1]一种吸收体,其特征在于,包含:4.83kPa加压下的凝胶膨胀力为26N以上的吸水性树脂。
[2]根据[1]所述的吸收体,其特征在于,该吸收体的总质量中,吸水性树脂的质量比率为75质量%以上且100质量%以下。
[3]一种吸收性物品,其包含[1]或[2]所述的吸收体。
[4]一种吸水性树脂,其特征在于,4.83kPa加压下的凝胶膨胀力为26N以上。
[5]根据[4]所述的吸水性树脂,其特征在于,4.83kPa加压下的凝胶膨胀速率为8.5以上。
[6]根据[4]或[5]所述的吸水性树脂,其特征在于,凹穴体积率为15体积%以上的颗粒的体积在该吸水性树脂的总体积中占40体积%以上。
[7]根据[4]~[6]中任一项所述的吸水性树脂,其特征在于,空腔体积率为1体积%以下的颗粒的体积在该吸水性树脂的总体积中占65体积%以上。
[8]根据[4]~[7]中任一项所述的吸水性树脂,其特征在于,无加压下吸收倍率(CRC)为25g/g以上。
[9]根据[4]~[8]中任一项所述的吸水性树脂,其特征在于,4.83kPa加压下的加压下吸收倍率(AAP)为20g/g以上。
[10]根据[4]~[9]中任一项所述的吸水性树脂,其特征在于,生理盐水导流性(SFC)为15(×10-7cm3·sec/g)以上且55(×10-7cm3·sec/g)以下。
[11]根据[4]~[10]中任一项所述的吸水性树脂,其特征在于,该吸水性树脂的质均粒径(D50)为250μm以上且550μm以下,粒径超过710μm的颗粒的质量在该吸水性树脂的总质量中占2质量%以下,粒径低于150μm的颗粒的质量在该吸水性树脂的总质量中占3质量%以下。
(产业上的可利用性)
本发明的吸收体例如被用于具备了纸浆等纤维材料含量比率小的吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品时,该吸收体对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量比以往高,其结果是该纸尿裤等吸收性物品的液体捕获功能比以往高。另外,本发明的吸水性树脂即使例如被用于具备了纸浆等纤维材料含量比率小的吸收体的薄型纸尿裤等吸收性物品内的该吸收体,该吸水性树脂对第2次以后的排尿进行吸收的加压下吸收倍率也高,其结果是该吸收体对第2次以后的排尿进行吸收的加压下液体捕获量高。因此,本发明的吸收体及吸水性树脂能够较好地用于例如纸浆等纤维材料含量比率小的薄型纸尿裤等吸收性物品。另外,本发明的吸收体及吸水性树脂也能够较好地用于除纸尿裤之外的吸收性物品(生理用卫生巾、失禁垫等)、农园艺用土壤保水剂、工业用止水剂等各种用途。
Claims (11)
1.一种吸收体,其特征在于,
包含:4.83kPa加压下的凝胶膨胀力为26N以上的吸水性树脂。
2.根据权利要求1所述的吸收体,其特征在于,
该吸收体的总质量中,吸水性树脂的质量比率为75质量%以上且100质量%以下。
3.一种吸收性物品,其包含权利要求1或2所述的吸收体。
4.一种吸水性树脂,其特征在于,
4.83kPa加压下的凝胶膨胀力为26N以上。
5.根据权利要求4所述的吸水性树脂,其特征在于,
4.83kPa加压下的凝胶膨胀速率为8.5以上。
6.根据权利要求4或5所述的吸水性树脂,其特征在于,
凹穴体积率为15体积%以上的颗粒的体积在该吸水性树脂的总体积中占40体积%以上。
7.根据权利要求4~6中任一项所述的吸水性树脂,其特征在于,
空腔体积率为1体积%以下的颗粒的体积在该吸水性树脂的总体积中占65体积%以上。
8.根据权利要求4~7中任一项所述的吸水性树脂,其特征在于,
无加压下吸收倍率CRC为25g/g以上。
9.根据权利要求4~8中任一项所述的吸水性树脂,其特征在于,
4.83kPa加压下的加压下吸收倍率AAP为20g/g以上。
10.根据权利要求4~9中任一项所述的吸水性树脂,其特征在于,
生理盐水导流性SFC为15×10-7cm3·sec/g以上且55×10-7cm3·sec/g以下。
11.根据权利要求4~10中任一项所述的吸水性树脂,其特征在于,
该吸水性树脂的质均粒径D50为250μm以上且550μm以下,
粒径超过710μm的颗粒的质量在该吸水性树脂的总质量中占2质量%以下,粒径低于150μm的颗粒的质量在该吸水性树脂的总质量中占3质量%以下。
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