JP5602428B2 - モノマー溶液の液滴の重合による、高い吸収性を有する後架橋された吸水性ポリマー粒子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モノマー溶液の液滴の重合によって該液滴を取り囲む気相中で、高い吸収性を有する後架橋された吸水性ポリマー粒子を製造する方法において、前記モノマー溶液の固体含有率が少なくとも３５質量％であり、かつ前記ポリマー粒子が少なくとも１５０μｍの平均直径を有する方法に関する。

吸水性ポリマー粒子の製造は、モノグラフ"Ｍｏｄｅｒｎ Ｓｕｐｅｒａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ"，Ｆ．Ｌ．Ｂｕｃｈｈｏｌｚ及びＡ．Ｔ．Ｇｒａｈａｍ，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ，１９９８，第７１〜１０３頁に記載される。

吸水性ポリマーは、おむつ、タンポン、生理帯及びその他の衛生用品を製造するための、水溶液を吸収する製品として使用されているが、農業園芸における保水剤としても使用されている。

該吸水性ポリマーの特性は、架橋度によって調節することができる。架橋度が高まると、ゲル強度が高まり、そして吸収能が低下する。それは、圧力下吸収（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｕｎｔｅｒ Ｄｒｕｃｋ）（ＡＵＬ）が高まると、遠心保持能力（Ｚｅｎｔｒｉｆｕｇｅｎｒｅｔｅｎｔｉｏｎｓｋａｐａｚｉｔａｅｔ）（ＣＲＣ）が低下する（架橋度が高すぎても、圧力下吸収は低下する）ことを意味する。

例えばおむつでの膨潤ゲルベッドにおける液体通過性（Ｆｌｕｅｓｓｉｇｋｅｉｔｓｗｅｉｔｅｒｌｅｉｔｕｎｇ）（ＳＦＣ）並びに圧力下吸収（ＡＵＬ）などの応用特性の改善のためには、吸水性ポリマー粒子は、一般に、後架橋される。それによって、粒子表面の架橋度のみが高まり、そうして圧力下吸収（ＡＵＬ）と遠心保持能力（ＣＲＣ）とのつながりを少なくとも部分的になくすことができる。前記の後架橋は、水性ゲル相中で実施することができる。しかし、好ましくは、粉砕されかつ篩別されたポリマー粒子（基礎ポリマー）は、その表面上で後架橋剤によって被覆され、熱的に後架橋され、そして乾燥される。このために適切な架橋剤は、親水性ポリマーのカルボキシル基と共有結合を形成することができる少なくとも２の基を有する化合物である。

噴霧重合によって、重合と乾燥という方法工程を統合することができた。加えて、粒度は、好適な方法操作によって、ある特定の範囲に調整することができた。

モノマー溶液の液滴の重合による吸水性ポリマー粒子の製造は、例えばＥＰ−Ａ０３４８１８０号、ＷＯ９６／４０４２７号、ＵＳ５，２６９，９８０号、ＤＥ−Ａ１０３１４４６６号、ＤＥ−Ａ１０３４０２５３号及びＤＥ−Ａ１０２００４０２４４３７号並びに整理番号１０ ２００５ ００２ ４１２．２及び１０ ２００６ ００１ ５９６．７を有するより以前のドイツ国出願に記載されている。

ＤＥ−Ａ１０２００４０４２９４６号、ＤＥ−Ａ１０２００４０４２９４８号及びＤＥ−Ａ１０２００４０４２９５５並びに整理番号１０ ２００５ ０１９ ３９８．６を有するより以前のドイツ国出願は、噴霧重合による増粘剤の製造を記載している。

本発明の課題は、改善された特性プロフィール、すなわち高い遠心保持能力（ＣＲＣ）、高い圧力下吸収（ＡＵＬ）及び高い膨潤速度（ＦＳＲ）を有する吸水性ポリマー粒子の製造方法を提供することであった。

前記課題は、吸水性ポリマー粒子を、
ａ）少なくとも１つのエチレン性不飽和モノマー、
ｂ）少なくとも１つの架橋剤、
ｃ）少なくとも１つの開始剤、
ｄ）水
を含有するモノマー溶液の液滴を該液滴を取り囲む気相中で重合させることによって製造する方法において、前記モノマー溶液の固体含有率が少なくとも３５質量％であり、かつ前記ポリマー粒子が少なくとも１５０μｍの平均直径を有することを特徴とする方法によって解決された。

本発明による方法により得られる吸水性ポリマー粒子は、一般に少なくとも２０ｇ／ｇ、好ましくは少なくとも２５ｇ／ｇ、有利には少なくとも３０ｇ／ｇ、特に有利には少なくとも３５ｇ／ｇ、殊に有利には少なくとも４０ｇ／ｇの遠心保持能力（ＣＲＣ）を有する。該吸水性ポリマー粒子の遠心保持能力（ＣＲＣ）は、通常は、６０ｇ／ｇ未満である。

本発明による方法に従って得られた吸水性ポリマー粒子の４．８３ｋＰａの圧力下吸収（ＡＵＬ０．７ｐｓｉ）は、以下の条件を満たす。

係数ａは、−０．０１７であり、係数ｂは、＋１．５であり、係数ｃは、一般に、−６であり、好ましくは−５．５であり、特に有利には−５であり、殊に有利には−４．５である。４．８３ｋＰａの圧力下吸収は、通常は、以下の条件を満たす。

その関数的関係は、約２０ｇ／ｇ〜約５０ｇ／ｇの遠心保持能力（ＣＲＣ）についても当てはまる。

本発明による方法に従って得られる吸水性ポリマー粒子の膨潤速度（ＦＳＲ）は、以下の条件を満たす。

係数ａは、−０．０００８２であり、係数ｂは、＋０．０７であり、係数ｃは、一般に、−０．９５であり、好ましくは−０．９であり、特に有利には−０．８５であり、殊に有利には−０．８である。膨潤速度（ＦＳＲ）は、通常は、以下の条件を満たす。

その関数的関係は、約２０ｇ／ｇ〜約５０ｇ／ｇの遠心保持能力（ＣＲＣ）についても当てはまる。

本発明による方法により得られる吸水性ポリマー粒子は、一般に少なくとも２×１０^-7ｃｍ³ｓ／ｇ、好ましくは少なくとも１０×１０^-7ｃｍ³ｓ／ｇ、有利には少なくとも３０×１０^-7ｃｍ³ｓ／ｇ、特に有利には少なくとも６０×１０^-7ｃｍ³ｓ／ｇ、殊に有利には少なくとも２００×１０^-7ｃｍ³ｓ／ｇの透過性（ＳＦＣ）を有する。該吸水性ポリマー粒子の透過性（ＳＦＣ）は、通常は、５００×１０^-7ｃｍ³ｓ／ｇ未満である。

モノマー溶液の固体含有率は、好ましくは少なくとも３８質量％、有利には少なくとも４０質量％、特に有利には少なくとも４１質量％、殊に有利には少なくとも４２質量％である。その際、固体含有率は、重合の後に不揮発な全ての成分の合計である。それは、モノマーａ）と、架橋剤ｂ）と、開始剤ｃ）である。

吸水性ポリマー粒子の特性プロフィールは、固体含有率が高まるとともに向上する。固体含有率は、溶解度によってのみ上限が制限される。

ポリマー粒子の平均直径は、好ましくは少なくとも２００μｍ、特に有利には２５０〜６００μｍ、殊に３００〜５００μｍであり、その際、該粒径は、光散乱によって測定でき、体積重み付けされた平均直径を意味する。ポリマー粒子の９０％は、好ましくは１００〜８００μｍの直径、特に有利には１５０〜７００μｍの直径、殊に有利には２００〜６００μｍの直径を有する。

気相の酸素含有率は、好ましくは０．００１〜０．１５容量％、特に有利には０．００２〜０．１容量％、殊に有利には０．００５〜０．０５容量％である。

気相は、酸素の他に、好ましくは不活性ガスのみを、すなわち反応条件下で重合に干渉しないガス、例えば窒素及び／又は水蒸気のみを含有する。

モノマーａ）は、好ましくは水溶性である。すなわち、２３℃での水中での溶解度は、一般に少なくとも１ｇ／１００ｇ（水）、好ましくは少なくとも５ｇ／１００ｇ（水）、特に有利には少なくとも２５ｇ／１００ｇ（水）、殊に有利には少なくとも５０ｇ／１００ｇ（水）であり、それを、好ましくは１つの酸基ごとに有する。

好適なモノマーａ）は、例えばエチレン性不飽和カルボン酸、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸及びイタコン酸である。特に好ましいモノマーは、アクリル酸及びメタクリル酸である。殊に、アクリル酸が好ましい。

好ましいモノマーａ）は、少なくとも１つの酸基を有し、その際、該酸基は、好ましくは少なくとも部分的に中和されている。

モノマーａ）の全量に対するアクリル酸及び／又はそれらの塩の割合は、有利には少なくとも５０モル％、特に有利には少なくとも９０モル％、殊に有利には少なくとも９５モル％である。

モノマーａ）の酸基は、通常は部分的に、好ましくは２５〜８５モル％までが、有利には５０〜８０モル％までが、特に有利には６０〜７５モル％までが中和されており、その際、慣用の中和剤、好ましくはアルカリ金属水酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属炭酸塩又はアルカリ金属炭酸水素塩並びにそれらの混合物を使用することができる。アルカリ金属塩の代わりに、アンモニウム塩を使用することもできる。ナトリウム及びカリウムは、アルカリ金属として特に好ましいが、殊には、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム又は炭酸水素ナトリウム並びにそれらの混合物が好ましい。通常、中和は、水溶液として、溶融物として、又は有利には固体として中和剤を混入することによって達成される。例えば、５０質量％を明らかに下回る含水量を有する水酸化ナトリウムは、２３℃より高い融点を有するロウ状材料として存在しうる。この場合に、配量は、ばら材としても、又は高められた温度で溶融物としても可能である。

モノマーａ）、特にアクリル酸は、有利には０．０２５質量％までのヒドロキノン半エーテルを含む。好ましいヒドロキノン半エーテルは、ヒドロキノンモノメチルエーテル（ＭＥＨＱ）及び／又はトコフェロールである。

トコフェロールとは、以下の式

［式中、Ｒ¹は、水素もしくはメチルを意味し、Ｒ²は、水素もしくはメチルを意味し、Ｒ³は、水素もしくはメチルを意味し、かつＲ⁴は、水素もしくは１〜２０個の炭素原子を有する酸基を意味する］で示される化合物を表す。

Ｒ⁴についての好ましい基は、アセチル、アスコルビル、スクシニル、ニコチニル及び他の生理学的に認容性のカルボン酸である。カルボン酸は、モノカルボン酸、ジカルボン酸もしくはトリカルボン酸であってよい。

有利には、Ｒ¹＝Ｒ²＝Ｒ³＝メチルであるα−トコフェロール、特にラセミ体のα−トコフェロールである。Ｒ¹は、特に有利には水素又はアセチルである。特に有利には、ＲＲＲ−α−トコフェロールである。

モノマー溶液は、それぞれアクリル酸に対して、有利には高くても１３０質量ｐｐｍ、特に有利には高くても７０質量ｐｐｍ、好ましくは少なくとも１０質量ｐｐｍ、特に好ましくは少なくとも３０質量ｐｐｍ、特に約５０質量ｐｐｍのヒドロキノン半エーテルを含有し、その際、アクリル酸塩は、アクリル酸としてともに考慮される。例えば、モノマー溶液の製造のために、ヒドロキノン半エーテルの相応の含有率を有するアクリル酸を使用することができる。

架橋剤ｂ）は、少なくとも２つのラジカル重合可能な基を有し、それらがラジカル的に重合してポリマー網目構造を形成しうる化合物である。好適な架橋剤ｂ）は、例えばエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、アリルメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリアリルアミン、テトラアリルオキシエタン（例えばＥＰ−Ａ０５３０４３８号に記載される）、ジアクリレート及びトリアクリレート（例えばＥＰ−Ａ０５４７８４７号、ＥＰ−Ａ０５５９４７６号、ＥＰ−Ａ０６３２０６８号、ＷＯ９３／２１２３７号、ＷＯ０３／１０４２９９号、ＷＯ０３／１０４３００号、ＷＯ０３／１０４３０１号及びＤＥ−Ａ１０３３１４５０号に記載される）、アクリレート基の他に更なるエチレン性不飽和基を有する混合型アクリレート（例えばＤＥ−Ａ１０３３１４５６号及びＤＥ−Ａ１０３５５４０１号に記載される）又は架橋剤混合物（例えばＤＥ−Ａ１９５４３３６８号、ＤＥ−Ａ１９６４６４８４号、ＷＯ９０／１５８３０号及びＷＯ０２／３２９６２号に記載される）である。

適切な架橋剤ｂ）は、特にＮ，Ｎ′−メチレンビスアクリルアミド及びＮ，Ｎ′−メチレンビスメタクリルアミド、不飽和モノカルボン酸またはポリカルボン酸とポリオールとのエステル、例えばジアクリレート又はトリアクリレート、例えばブタンジオールジアクリレート又はエチレングリコールジアクリレート、又はブタンジオールジメタクリレート又はエチレングリコールジメタクリレート並びにトリメチロールプロパントリアクリレート及びアリル化合物、例えばアリル（メタ）アクリレート、トリアリルシアヌレート、マレイン酸ジアリルエステル、ポリアリルエステル、テトラアリルオキシエタン、トリアリルアミン、テトラアリルエチレンジアミン、リン酸のアリルエステル並びに例えば、ＥＰ−Ａ−０３４３４２７中に記載されているようなビニルホスホン酸誘導体である。更に適した架橋剤ｂ）は、ペンタエリトリトールジ−、ペンタエリトリトール−及びペンタエリトリトールテトラアリルエーテル、ポリエチレングリコールジアリルエーテル、エチレングリコールジアリルエーテル、グリセリンジ−及びグリセリントリアリルエーテル、ソルビトールを基礎とするポリアリルエーテル、並びにそれらのエトキシ化された別形である。本発明による方法においては、ポリエチレングリコールのジ（メタ）アクリレートを使用可能であり、その際、使用されるポリエチレングリコールは、３００〜１０００の分子量を有する。

しかしながら、特に好ましい架橋剤ｂ）は、３ないし１５エトキシ化されたグリセリンの、３ないし１５エトキシ化されたトリメチロールプロパンの、３ないし１５エトキシ化されたトリメチロールエタンのジ−及びトリアクリレート、特に２ないし６エトキシ化されたグリセリンの又はトリメチロールプロパンのジ−及びトリアクリレート、３プロポキシ化されたグリセリンの又はトリメチロールプロパンのジ−及びトリアクリレートであり、並びに３混合エトキシ化された又はプロポキシ化されたグリセリンの又はトリメチロールプロパンのジ−及びトリアクリレート、１５エトキシ化されたグリセリンの又はトリメチロールプロパンのジ−及びトリアクリレート、並びに４０エトキシ化されたグリセリンの、トリメチロールエタンのもしくはトリメチロールプロパンのジ−及びトリアクリレートである。

殊に好ましい架橋剤ｂ）は、例えばＷＯ０３／１０４３０１号に記載される、アクリル酸もしくはメタクリル酸とエステル化してジ−又はトリアクリレートとなった多重エトキシ化された及び／又はプロポキシ化されたグリセリンである。特に有利には、３ないし１０エトキシ化されたグリセリンのジアクリレート及び／又はトリアクリレートである。殊に、１ないし５エトキシ化された及び／又はプロポキシ化されたグリセリンのジアクリレート又はトリアクリレートが好ましい。最も好ましくは、３ないし５エトキシ化された及び／又はプロポキシ化されたグリセリンのトリアクリレートである。これらは、吸水性ポリマー中での特に低い残留含有率（一般に、１０質量ｐｐｍ未満）の点で優れており、かつそれを用いて製造された吸水性ポリマーの水性抽出物は、同じ温度の水と比較して、ほぼ不変の表面張力（一般に、少なくとも０．０６８Ｎ／ｍ）を有する。

該モノマー溶液は、それぞれモノマーａ）に対して、一般に少なくとも０．４質量％の、好ましくは少なくとも０．６質量％の、有利には少なくとも０．８質量％の、特に有利には少なくとも１．５質量％の、殊に有利には少なくとも３．０質量％の架橋剤ｂ）を含有する。

開始剤ｃ）としては、重合条件下でラジカルに分解する全ての化合物、例えばペルオキシド、ヒドロペルオキシド、過酸化水素、過硫酸塩、アゾ化合物及びいわゆるレドックス開始剤を使用することができる。水溶性の開始剤を使用することが好ましい。多くの場合に、種々の開始剤の混合物、例えば過酸化水素とペルオキソ二硫酸ナトリウムもしくはペルオキソ二硫酸カリウムとからの混合物を使用することが好ましい。過酸化水素とペルオキソ二硫酸ナトリウムとからの混合物は、あらゆる任意の比率で使用することができる。

特に好ましい開始剤ｃ）は、アゾ開始剤、例えば２，２′−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］ジヒドロクロリド及び２，２′−アゾビス［２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］ジヒドロクロリド及び光開始剤、例えば２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン及び１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン、レドックス開始剤、例えば過硫酸ナトリウム／ヒドロキシメチルスルフィン酸、ペルオキソ二硫酸アンモニウム／ヒドロキシメチルスルフィン酸、過酸化水素／ヒドロキシメチルスルフィン酸、過硫酸ナトリウム／アスコルビン酸、ペルオキソ二硫酸アンモニウム／アスコルビン酸及び過酸化水素／アスコルビン酸、光開始剤、例えば１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン並びにそれらの混合物である。

開始剤は、通常の量で、例えばモノマーａ）に対して、０．００１〜５質量％の量で、好ましくは０．０１〜１質量％の量で使用される。

好ましい重合抑制剤は、最適な作用のために溶解された酸素を必要とする。従って、モノマー溶液からは、重合前に、不活性化によって、すなわち不活性ガス、好ましくは窒素での流過によって、溶解酸素を除去されることがある。有利には、モノマー溶液の重合前の酸素含有率は、１質量ｐｐｍ未満に、特に有利には０．５質量ｐｐｍ未満に低下される。

重合開始剤は、吸収によっても、例えば活性炭上での吸収によっても除去することができる。

モノマー溶液は、気相中での重合のために液滴化される。

モノマー溶液の液滴での重合は、好ましくは均質相中で行われる。それは、該モノマー溶液が均質であり、モノマー溶液は重合の間にも均質なままであることを意味する。ポリマーは重合の間に膨潤することはあるが、沈殿せずに液滴中に第二の相を形成することが望ましい。さもなくば、各液滴中に複数のポリマー核が生成され、それらが乾燥の間に、非常に小さい一次粒子の凝集物を形成することとなる。本発明による方法の目的は、好ましくは、１液滴あたりにそれぞれ１つの一次粒子を製造することである。従って、モノマーａ）及び架橋剤ｂ）は、生成するポリマーが液滴の水相中で膨潤可能なように選択されるべきである。

従って、本発明による方法は、好ましくは、疎水性の不活性溶剤の不在下で実施される。疎水性の不活性溶剤は、水と混和し得ず、重合に干渉しない、すなわち重合可能な基を有さない事実上全ての液体である。水と混和し得ない、とは、該疎水性の溶剤の水中での溶解度が、５ｇ／１００ｇ未満、好ましくは１ｇ／１００ｇ未満、特に有利には０．５ｇ／１００ｇ未満であることを意味する。

液滴化に際して、モノマー溶液は液滴の形成下に気相へと配量される。モノマー溶液の液滴化は、例えば液滴化プレート（Ｖｅｒｔｒｏｐｆｅｒｐｌａｔｔｅ）を用いて実施できる。

液滴化プレートは、少なくとも１つの穿孔を有し、液体が上方からその穿孔を通り抜けるプレートである。液滴化プレートもしくは液体は、振動において動かすことができ、それによって該液滴化プレートの上側で各穿孔ごとに理想的に単分散した液滴の鎖状物が作成される。

穿孔の数と大きさは、所望の容量と液滴寸法に応じて選択される。その際、液滴直径は、通常は、穿孔の直径の１．９倍である。この場合に重要なことは、液滴化されるべき液体の通り抜けが速すぎないこと、あるいは穿孔にわたる圧力損失が大きすぎないことである。さもなくば、液体は液滴化されず、液体噴射は、その高い運動エネルギーの結果として分裂（噴霧）される。液滴化装置は、層流分解の流動範囲で作業される。すなわち１穿孔あたりの流量及び穿孔直径に対するレイノルズ数は、好ましくは２０００未満、有利には１０００未満、特に有利には５００未満、殊に有利には１００未満である。穿孔にわたる圧力損失は、好ましくは２．５バール未満、特に有利には１．５バール未満、殊に有利には１バール未満である。

液滴化プレートは、通常は少なくとも１個の、好ましくは少なくとも１０個の、特に有利には少なくとも５０個の、通常は１００００個までの、好ましくは５０００個までの、特に有利には１０００個までの穿孔を有し、その際、それらの穿孔は、通常は一様に液滴化プレート上に分布しており、好ましくは三角ピッチで分布している。すなわち、それぞれ３つの穿孔が正三角形の頂点を形成する。

穿孔の直径は、所望の液滴寸法に適合される。

該液滴化プレートを支持プレート上に載置することが好ましいことがある。その際、該支持プレートは同様に穿孔を有する。その際、支持プレートの穿孔は、液滴化プレートの穿孔よりも大きい直径を有し、かつ液滴化プレートの各穿孔の下に、それと同心の支持プレートの穿孔が存在するように配置されている。この配置は、例えば別の大きさの液滴を生成するために、液滴化プレートを迅速に交換することを可能にする。

しかし、該液滴化は、気送式引込みノズル（ｐｎｅｕｍａｔｉｓｃｈｅ Ｚｉｅｈｄｕｅｓｅ）、回転、噴射の切断又は迅速に制御可能な微細バルブノズル（Ｍｉｋｒｏｖｅｎｔｉｌｄｕｅｓｅ）によっても実施できる。

気送式引込みノズルでは、液体噴射は、ガス流と一緒に絞りを通って加速される。ガス量によって、液体噴射の直径、従って液滴直径に影響を及ぼすことができる。

回転による液滴化の場合には、液体は、回転ディスクの開口部を通り抜ける。液体に作用する遠心力によって、定義された寸法の液滴が引き取られる。回転液滴化は、例えばＤＥ−Ａ４３０８８４２号及びＵＳ６３３８４３８号に記載されている。

しかし、流出する液体噴射を、回転刃によっても定義された区間で切り分けてもよい。各区間は、引き続き１つの液滴を形成する。

微細バルブノズルを使用する場合には、直接的に、定義された液体容量を有する液滴が作成される。

好ましくは、キャリヤーガスとしての気相が反応室中に流れる。その際、キャリヤーガスは、自由落下しているモノマー溶液の液滴に対して順流もしくは向流で、好ましくは順流で反応室中に導かれる。好ましくは、キャリヤーガスは、１回の通過後に、少なくとも部分的に、好ましくは少なくとも５０％まで、特に好ましくは少なくとも７５％までが、循環ガスとして反応室に返送される。通常は、キャリヤーガスの部分流は、その都度の通過後に、好ましくは１０％まで、特に有利には３％まで、殊に有利には１％までが排出される。

重合は、好ましくは、層状ガス流中で実施される。層状ガス流は、個々の流動の層が混ざらずに平行して移動するガス流である。流動挙動についての尺度は、レイノルズ数（Ｒｅ）である。２３００の臨界レイノルズ数（Ｒｅ_臨界）未満では、ガス流は層状である。層状ガス流のレイノルズ数は、好ましくは２０００未満、特に有利には１５００未満、殊に有利には１０００未満である。層状の不活性ガス流の低い方の境界例は、静止している不活性ガス雰囲気（Ｒｅ＝０）である。すなわち、連続的に不活性ガスが供給されない状態である。

ガス速度は、好ましくは、流動が反応器に向けられるように、例えば一般的な流動方向と反対の対流渦が存在しないように調整され、それは例えば０．１〜２ｍ／ｓ、好ましくは０．５〜１．８ｍ／ｓ、有利には１〜１．５ｍ／ｓである。

キャリヤーガスは、適宜、反応器の前で、反応温度に予熱される。

反応温度は、熱誘導型重合の場合には、好ましくは７０〜２５０℃、特に有利には１００〜２２０℃、殊に有利には１２０〜２００℃である。

該反応は、過圧もしくは減圧下で実施することができ、周囲圧に対して１００ミリバールまでの減圧が好ましい。

反応排ガス、すなわち反応室から出て行くキャリヤーガスは、例えば熱交換器中で冷却することができる。その際、水及び未反応のモノマーａ）が凝縮する。次いで、反応排ガスは、少なくとも部分的に再び加熱でき、そして循環ガスとして反応器へと返送することができる。反応排ガスの一部を排出し、そして新たなキャリヤーガスによって置き換えることができる。その際、反応排ガス中に含まれる水及び未反応のモノマーａ）は分離して返送することができる。

特に、熱統合体（Ｗａｅｒｍｅｖｅｒｂｕｎｄ）、すなわち、排ガスの冷却時の排熱の一部が循環ガスの加熱に使用されるものが好ましい。

該反応器は随伴加熱することができる。随伴加熱は、その際、壁部温度が、反応器内部温度より少なくとも５℃高く、反応器壁部での凝縮が確実に回避されるように調整される。

反応生成物は、反応器から通常のように取り出すことができる、例えば底部でスクリューコンベアを介して取り出すことができ、そして場合により所望の残留湿分まで、かつ所望の残留モノマー含有率にまで乾燥させることができる。

ポリマー粒子は、引き続き後架橋させて、更なる特性の改善をすることができる。

適切な後架橋剤は、ヒドロゲルのカルボキシル基と共有結合を形成しうる少なくとも２つの基を有する化合物である。好適な化合物は、例えばアルコキシシリル化合物、ポリアジリジン、ポリアミン、ポリアミドアミン、ジ−もしくはポリグリシジル化合物（例えばＥＰ−Ａ００８３０２２号、ＥＰ−Ａ０５４３３０３号及びＥＰ−Ａ０９３７７３６号に記載される）、二官能性もしくは多官能性のアルコール（例えばＤＥ−Ｃ３３１４０１９号、ＤＥ−Ｃ３５２３６１７号及びＥＰ−Ａ０４５０９２２号に記載される）又はβ−ヒドロキシアルキルアミド（例えばＤＥ−Ａ１０２０４９３８号及びＵＳ６，２３９，２３０号に記載される）である。

更に、ＤＥ−Ａ４０２０７８０号において、環状カーボネートが、ＤＥ−Ａ１９８０７５０２号において、２−オキサゾリドン及びそれらの誘導体、例えば２−ヒドロキシエチル−２−オキサゾリドンが、ＤＥ−Ａ１９８０７９９２号において、ビス−及びポリ−２−オキサゾリジノンが、ＤＥ−Ａ１９８５４５７３号において、２−オキソテトラヒドロ−１，３−オキサジン及びそれらの誘導体が、ＤＥ−Ａ１９８５４５７４号においては、Ｎ−アシル−２−オキサゾリドンが、ＤＥ−Ａ１０２０４９３７号においては、環状尿素が、ＤＥ−Ａ１０３３４５８４号においては、二環状アミドアセタールが、ＥＰ−Ａ１１９９３２７号においては、オキセタン及び環状尿素が、そしてＷＯ０３／０３１４８２号においては、モルホリン−２，３−ジオン及びそれらの誘導体が、好適な後架橋剤として記載されている。

後架橋剤の量は、それぞれポリマーに対して、有利には０．０１〜１質量％、特に有利には０．０５〜０．５質量％、殊に有利には０．１〜０．２質量％である。

後架橋は、通常は、後架橋剤の溶液を、ヒドロゲル上にもしくは乾燥ポリマー粒子上に噴霧して実施される。噴霧に引き続いて、熱的に乾燥され、この場合に架橋反応は、乾燥前にも乾燥の間にも起こりうる。

架橋剤の溶液の噴霧は、有利には、可動式の混合装置を有する混合機、例えばスクリュー混合機、パドル混合機、ディスク混合機、鋤刃混合機及びブレード混合機中で行われる。特に有利には、垂直混合機、殊に有利には、鋤刃混合機及びパドル混合機である。好適な混合機は、例えばＬｏｅｄｉｇｅ（登録商標）混合機、Ｂｅｐｅｘ（登録商標）混合機、Ｎａｕｔａ（登録商標）混合機、Ｐｒｏｃｅｓｓａｌｌ（登録商標）混合機及びＳｃｈｕｇｉ（登録商標）混合機である。

熱的乾燥は、有利には、接触乾燥機中で、特に有利にはパドル乾燥機、殊に有利にはディスク乾燥機中で実施される。

好適な乾燥機は、例えばＢｅｐｅｘ（登録商標）乾燥機及びＮａｒａ（登録商標）乾燥機である。さらに、流動床乾燥機も使用することができる。

乾燥は、混合機それ自体中で、ジャケットの加熱または熱風の吹き込みによって行なうことができる。後接続された乾燥機、例えば箱形乾燥機、回転管炉または加熱可能なスクリューは、同様に適当である。特に好ましくは、流動床乾燥機中で混合及び乾燥される。

好ましい乾燥温度は、１７０〜２５０℃、有利には１８０〜２２０℃、特に有利には１９０〜２１０℃の範囲にある。反応型混合機もしくは乾燥機における前記温度での好ましい滞留時間は、好ましくは少なくとも１０分、特に好ましくは少なくとも２０分、殊に好ましくは少なくとも３０分である。

本発明による方法によって、高い遠心保持能力（ＣＲＣ）及び４．８３ｋＰａの圧力下での高い吸収（ＡＵＬ０．７ｐｓｉ）を有する吸水性ポリマー粒子の製造が可能となる。

本発明の更なる１つの対象は、本発明による方法により得られる吸水性ポリマー粒子である。

本発明による吸水性ポリマー粒子は、一般に０．００５質量％未満の、好ましくは０．００２質量％未満の、特に有利には０．００１質量％未満の、殊に有利には０．０００５質量％未満の疎水性溶剤の含有率を有する。疎水性溶剤の含有率は、ガスクロマトグラフィーによって、例えばヘッドスペース技術によって測定することができる。

逆懸濁重合によって得られたポリマー粒子は、通常はなおも、反応媒体として使用された疎水性溶剤０．０１質量％を含有する。

本発明による吸水性ポリマー粒子は、一般に１質量％未満の、好ましくは０．５質量％未満の、特に有利には０．１質量％未満の、殊に有利には０．０５質量％未満の界面活性剤含有率を有する。

逆懸濁重合によって得られたポリマー粒子は、通常はなおも、懸濁液の安定化のために使用された界面活性剤少なくとも１質量％を含有する。

本発明による吸水性ポリマー粒子は、ほぼ円形である。すなわち該ポリマー粒子は、一般に少なくとも０．８４の、好ましくは少なくとも０．８６の、特に有利には少なくとも０．８８の、殊に有利には少なくとも０．９の平均球形度を有する。球形度（ＳＰＨＴ）は、

［式中、Ａは、横断面積であり、かつＵは、ポリマー粒子の横断面周囲長である］として定義される。平均球形度は、体積重み付けされた球形度である。

平均球形度は、例えば画像解析システムＣａｍｓｉｚｅｒ（登録商標）（Ｒｅｔｓｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ；ＤＥ）で測定することができる。

その測定のために、生成物をホッパを介して導入し、そして配量溝路により投下口（Ｆａｌｌｓｃｈａｃｈｔ）へと搬送する。粒子は照明壁に沿って落ちていく一方で、粒子はカメラによって選択的に検知される。撮影された写真をソフトウェアによって、選択されたパラメータに相応して評価する。

丸みを特徴付けるために、プログラムにおいて球形度で特徴付けられた測定値が考慮される。指定されているのは、体積で重み付けされた平均球形度であり、その際、粒子の体積は相当直径ｘｃ_minを介して測定される。相当直径ｘｃ_minの測定のために、全体で３２の異なる空間的方向についてのそれぞれの最長弦直径が測定される。相当直径ｘｃ_minは、前記の３２の弦直径の最短のものである。相当直径ｘｃ_minは、粒子がちょうど通過しうる篩いのメッシュ幅に相当する。粒子の検知のためには、いわゆるＣＣＤ−ズームカメラ（ＣＡＭ−Ｚ）が使用される。配量溝路の進路制御のために、０．５％の表面被覆割合が設定される。

比較的低い球形度を有するポリマー粒子は、ポリマー粒子が重合の間もしくは後に凝集される場合に、逆懸濁重合によって得られる。

通常の溶液重合（ゲル重合）によって製造される吸水性ポリマー粒子は、乾燥後に粉砕され、分級される。その際、不規則なポリマー粒子が得られる。このポリマー粒子の平均球形度は、約０．７２〜約０．７８である。

本発明の更なる対象は、上述の方法に従って製造された吸水性ポリマー粒子の使用を含む、衛生製品、特におむつの製造方法である。

本発明の更なる対象は、本発明による吸水性ポリマー粒子を、衛生製品において、廃棄物の濃縮のために、特に医学的廃棄物の濃縮のために、又は農業での保水剤として用いる使用である。

吸水性ポリマー粒子は、以下に記載される試験方法によって試験される。

方法：
測定は、別に記載がない限り、２３±２℃の環境温度及び５０±１０％の相対空気湿度で実施される。吸水性ポリマーは、測定前に良く混和する。

液体通過性（ＳＦＣ食塩水の流れの誘導）
０．３ｐｓｉ（２０７０Ｐａ）の圧力負荷下での膨潤されたゲル層の液体通過性は、ＥＰ−Ａ０６４０３３０号中の記載と同様に、高吸収性のポリマーからなる膨潤したゲル層のゲル層透過性として測定され、この場合上記の特許出願明細書第１９頁及び図８に記載の装置は、ガラスフリット（４０）がもはや使用されず、プランジャー（３９）が円筒体（３７）と同様のプラスチック材料からなり、今や全載置面にわたって均一に分布するように２１個の同じ大きさの孔を含むように十分に変更した。測定の方法及び評価は、ＥＰ−Ａ０６４０３３０号に対して不変のままである。通過流量は、自動的に捕捉される。

液体通過性（ＳＦＣ）は、次のように計算される：
ＳＦＣ ［ｃｍ³ｓ／ｇ］＝（Ｆｇ（ｔ＝０）×Ｌ０）／（ｄ×Ａ×ＷＰ）
上記式中、Ｆｇ（ｔ＝０）は、ｇ／秒でのＮａＣｌ溶液の流量であり、これは、流量測定のデータＦｇ（ｔ）の線形の回帰分析に基づいてｔ＝０に対する外挿法によって得られ、Ｌ０は、ｃｍでのゲル層の厚さであり、ｄは、ｇ／ｃｍ³でのＮａＣｌ溶液の比重であり、Ａは、ｃｍ²でのゲル層の面積であり、かつＷＰは、ｄｙｎ／ｃｍ²でのゲル層上の静水圧力である。

膨潤速度（ＦＳＲ 自由膨潤速度）
膨潤速度を測定するために、乾燥した吸水性ポリマー粒子１．００ｇ（＝Ｗ_１）を２５ｍｌのガラスビーカー中に秤量し、かつその底の上に均一に分散させる。次いで０．９質量％の食塩溶液２０ｍｌを第２のガラスビーカーへ供給し、かつこのビーカー中の内容物を第１のビーカーに素早く添加し、かつストップウォッチを開始した。液体表面上での反射の消失により認識される、塩溶液の最後の滴の吸収後に、ストップウォッチを停止した。第２のガラスビーカーから流し出され、かつ第１のガラスビーカー中のポリマーにより吸収された液体の正確な量を第２のガラスビーカーの逆秤量により正確に測定した（＝Ｗ₂）。ストップウォッチで測定された、吸収のために必要とされる期間をｔとして記載した。表面上での最後の液滴が消失するまでを、時点ｔとして測定した。

ここから膨潤速度（ＦＳＲ）が以下のとおりに算出される：
ＦＳＲ［ｇ／ｇｓ］＝Ｗ₂／（Ｗ₁×ｔ）
遠心保持能力（ＣＲＣ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｙ）
吸水性ポリマー粒子の遠心保持能力は、ＥＤＡＮＡ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅｓ ａｎｄ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）によって推奨された試験方法Ｎｏ．４４１．２−０２"遠心保持能力（Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ）"によって測定される。

圧力下吸収（ＡＵＬ０．７ｐｓｉ Ａｂｓｏｒｂｅｎｃｙ Ｕｎｄｅｒ Ｌｏａｄ）
圧力下吸収は、ＥＤＡＮＡ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅｓ ａｎｄ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）によって推奨された試験方法Ｎｏ．４４２．２−０２"圧力下吸収（Ａｂｄｏｒｐｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）"によって測定する。

それらのＥＤＡＮＡ試験法は、例えば欧州不織布工業会（Ａｖｅｎｕｅ Ｅｕｇｅｎｅ Ｐｌａｓｋｙ １５７，Ｂ−１０３０ ブリュッセル，ベルギー）で入手できる。

実施例
実施例１〜７
１４．６ｋｇのアクリル酸ナトリウム（水中３７．５質量％の溶液）及び１．４ｋｇのアクリル酸を、１１．２ｇ〜１６８ｇの１５エトキシ化されたトリメチロールプロパントリアクリレートと混合した。該溶液を、加熱され窒素雰囲気で充填された液滴化塔（Ｖｅｒｔｒｏｐｆｕｎｇｓｔｕｒｍ）（１８０℃、１２ｍの高さ、２ｍの幅、並流で０．１ｍ／ｓのガス速度）中に液滴化した。計量供給速度は、１６ｋｇ／ｈであった。液滴化プレートは、１７０μｍの穿孔を３７個有していた。液滴化プレートの直径は、６５ｍｍであった。開始剤を、液滴化装置の直前で、ベンチュリミキサを介してモノマー溶液へと計量供給した。開始剤としては、２，２′−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］ジヒドロクロリドを水中に溶かした１５質量％の溶液を使用した。開始剤溶液の計量供給速度は、０．２２４ｋｇ／ｈであった。液滴化塔からのガス出口温度は１３０℃であった。得られたポリマー粒子の平均粒径は、２７０μｍであった。

引き続き、得られた吸水性ポリマー粒子を後架橋させた。そのために、２０ｇの吸水性ポリマー粒子に、Ｗａｒｉｎｇ（登録商標）研究室用混合機中で、中程度の撹拌段階で注入噴霧器によって後架橋剤溶液を噴霧した。湿ったポリマーを、へらでもう一度均質化し、１８．５ｃｍの内径を有するペトリ皿に均等に分配し、そして循環空気乾燥機内で熱処理した。後架橋されたポリマー粒子から、６００μｍの篩いを介して塊りを取り除き、そして分析した。

後架橋Ａ： 後架橋剤溶液は、０．０１６ｇのジエチレングリコールジグリシジルエーテルと、０．３５ｇの水と、０．２３４ｇのプロピレングリコールからなっていた。その湿ったポリマーを、循環空気乾燥機中で１２０℃で３０分間にわたり熱処理した。

後架橋Ｂ： 後架橋剤溶液は、０．０３ｇのＮ−ヒドロキシエチルオキサゾリジン−２−オンと、０．４２ｇの水と、０．１８ｇのイソプロパノールからなっていた。その湿ったポリマーを、循環空気乾燥機中で１７０℃で６０分間にわたり熱処理した。

それらの結果を、第１表及び第２表にまとめる。

第１表： ジエチレングリコールジグリシジルエーテルでの後架橋（後架橋Ａ）

^*） アクリル酸に対する
第１表（続き）：

第２表： Ｎ−ヒドロキシエチルオキサゾリジン−２−オンでの後架橋（後架橋Ｂ）

^*） アクリル酸に対する
第２表（続き）：

実施例８
１４．６ｋｇのアクリル酸カリウム（水中４５．０質量％の溶液）及び１．４ｋｇのアクリル酸を、１７．１ｇの１５エトキシ化されたトリメチロールプロパントリアクリレートと混合した。該溶液を、加熱され窒素雰囲気で充填された液滴化塔（Ｖｅｒｔｒｏｐｆｕｎｇｓｔｕｒｍ）（１８０℃、１２ｍの高さ、２ｍの幅、並流で０．１ｍ／ｓのガス速度）中に液滴化した。計量供給速度は、１６ｋｇ／ｈであった。液滴化プレートは、１７０μｍの穿孔を３７個有していた。液滴化プレートの直径は、６５ｍｍであった。開始剤を、液滴化装置の直前で、ベンチュリミキサを介してモノマー溶液へと計量供給した。開始剤としては、２，２′−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］ジヒドロクロリドを水中に溶かした１５質量％の溶液を使用した。開始剤溶液の計量供給速度は、０．２２４ｋｇ／ｈであった。液滴化塔からのガス出口温度は１３０℃であった。得られたポリマー粒子の平均粒径は、２７０μｍであった。引き続き、得られた吸水性ポリマー粒子を後架橋させた。

後架橋Ａ： 得られたポリマー粒子は、３５．１ｇ／ｇのＣＲＣ、２７．６ｇ／ｇのＡＵＬ０．７ｐｓｉ、そして１７×１０^-7ｃｍ³ｇ／ｓを有していた。−０．０１７ＣＲＣ²＋１．５ＣＲＣ−６についての値は、２５．７ｇ／ｇであった。

後架橋Ｂ： 得られたポリマー粒子は、３６．０ｇ／ｇのＣＲＣ、２９．５ｇ／ｇのＡＵＬ０．７ｐｓｉ、そして１１×１０^-7ｃｍ³ｇ／ｓを有していた。−０．０１７ＣＲＣ²＋１．５ＣＲＣ−６についての値は、２６．０ｇ／ｇであった。

比較例：
比較のために、慣用の後架橋された吸水性ポリマー粒子（Ｈｙｓｏｒｂ（登録商標）Ｍ７０５５、ＢＡＳＦ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ，ＤＥ）を調査した。

該ポリマー粒子は、３１．１ｇ／ｇのＣＲＣ、２２．１ｇ／ｇのＡＵＬ０．７ｐｓｉ、３１×１０^-7ｃｍ³ｇ／ｓのＳＦＣ、そして０．２４ｇ／ｇｓのＦＳＲを有していた。−０．０１７ＣＲＣ²＋１．５ＣＲＣ−６についての値は、２４．２ｇ／ｇであった。−０．０００８２ＣＲＣ²＋０．０７ＣＲＣ−０．９５についての値は、０．４３ｇ／ｇｓであった。

Claims (22)

1. ａ）少なくとも１つのエチレン性不飽和モノマー、
   ｂ）少なくとも１つの架橋剤、
   ｃ）少なくとも１つの開始剤、
   ｄ）水
   を含有するモノマー溶液の液滴を気相中で重合させることによって、少なくとも０．８４の平均球形度の吸水性ポリマー粒子を製造する方法において、得られたポリマー粒子は後架橋され、前記モノマー溶液の重合の後の固体含有率が少なくとも３５質量％であり、かつ前記ポリマー粒子が少なくとも１５０μｍの平均直径を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、モノマーａ）が少なくとも１つの酸基を有することを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、モノマーａ）の酸基が、少なくとも部分的に中和されていることを特徴とする方法。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法において、モノマーａ）が少なくとも５０モル％までアクリル酸であることを特徴とする方法。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、ポリマー粒子が、少なくとも２００μｍの平均直径を有することを特徴とする方法。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法において、ポリマー粒子の少なくとも９０質量％が、１００〜８００μｍの直径を有することを特徴とする方法。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法において、キャリヤーガスを反応室中に流すことを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、反応室を出て行くキャリヤーガスを、１回の通過後に、少なくとも部分的に返送することを特徴とする方法。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法において、キャリヤーガスの酸素含有率が０．００１〜０．１５容量％であることを特徴とする方法。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法において、得られるポリマー粒子を、少なくとも１つの更なる方法工程において乾燥させることを特徴とする方法。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法により製造できる少なくとも０．８４の平均球形度の吸水性ポリマー粒子。
12. 請求項１〜１０のいずれかに記載の製造方法により得られる、少なくとも２０ｇ／ｇの遠心保持能力（ＣＲＣ）と、以下の条件
    

    

    を満たす４．８３ｋＰａの圧力下吸収（ＡＵＬ０．７ｐｓｉ）を有する、少なくとも０．８４の平均球形度の吸水性ポリマー粒子。
13. 請求項１２に記載のポリマー粒子であって、前記ポリマー粒子が０．００５質量％未満の疎水性溶剤の含有率を有することを特徴とするポリマー粒子。
14. 請求項１〜１０のいずれかに記載の製造方法により得られる、少なくとも０．８４の平均球形度、０．００５質量％未満の疎水性溶剤の含有率及び少なくとも２０ｇ／ｇの遠心保持能力（ＣＲＣ）と、以下の条件
    

    

    を満たす膨潤速度（ＦＳＲ）を有する吸水性ポリマー粒子。
15. 請求項１２から１４までのいずれか１項に記載のポリマー粒子であって、前記ポリマー粒子が少なくとも２×１０^-7ｃｍ³ｓ／ｇの透過性を有することを特徴とするポリマー粒子。
16. 請求項１２から１５までのいずれか１項に記載のポリマー粒子であって、該ポリマー粒子が少なくとも２００μｍの平均直径を有することを特徴とするポリマー粒子。
17. 請求項１２から１６までのいずれか１項に記載のポリマー粒子であって、該ポリマー粒子の少なくとも９０質量％が、１００〜８００μｍの直径を有することを特徴とするポリマー粒子。
18. 請求項１２から１７までのいずれか１項に記載のポリマー粒子であって、該ポリマー粒子が少なくとも部分的に、重合された酸基を有するモノマーａ）からなることを特徴とするポリマー粒子。
19. 請求項１８に記載のポリマー粒子であって、重合されたモノマーａ）の酸基が、少なくとも部分的に中和されていることを特徴とするポリマー粒子。
20. 請求項１６又は１９に記載のポリマー粒子であって、モノマーａ）が少なくとも５０モル％までアクリル酸であることを特徴とするポリマー粒子。
21. 請求項１１から２０までのいずれか１項に記載のポリマー粒子を衛生製品の製造のために用いる使用。
22. 請求項１１から２０までのいずれか１項に記載のポリマー粒子を含有する衛生製品。