JP6151790B2 - 吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1−1)「吸水性樹脂」及び「吸水剤」
本発明における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤を意味し、以下の物性を有するものをいう。即ち、「水膨潤性」として、ERT441.2−02(2002)で規定されるCRC(無加圧下吸水倍率)が5(g/g)以上、及び、「水不溶性」として、ERT470.2−02(2002)で規定されるExt(可溶分量)が50重量%以下の物性を有する高分子ゲル化剤を意味する。当該吸水性樹脂は、その用途に応じて適宜、設計が可能であり、特に限定されないが、カルボキシル基を有する不飽和単量体を架橋重合させた親水性架橋重合体であることが好ましい。
本発明における「ポリアクリル酸(塩)」とは、ポリアクリル酸及び/又はポリアクリル酸塩を指し、グラフト成分を任意に含み、繰り返し単位としてアクリル酸及び/又はその塩(以下、「アクリル酸(塩)」と称する)を主成分とする重合体を意味する。当該「主成分」は、アクリル酸(塩)の使用量(含有量)が重合に用いられる単量体(内部架橋剤を除く)全体に対して、通常50〜100モル%、好ましくは70〜100モル%、より好ましくは80〜100モル%、更に好ましくは90〜100モル%、実質100モル%である状態をいう。また、重合体としてのポリアクリル酸塩は、水溶性塩を必須に含み、好ましくは一価の塩、より好ましくはアルカリ金属塩またはアンモニウム塩を含む。
「EDANA」は、欧州不織布工業会(European Disposables and Nonwovens Associations)の略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)の吸水性樹脂の測定法(EDANA Recommended Test Methods)の略称である。
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、無加圧下吸水倍率(「吸水倍率」と称することもある)を意味する。具体的には、吸水性樹脂又は粒子状吸水剤0.2gを不織布製の袋に入れた後、大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して自由膨潤させた後、遠心分離機(250G)で水切りした後の吸水倍率(単位;g/g)である。なお、本発明においては、含水率補正を行った値で評価した。
「AAP」は、Absorption Against Pressureの略称であり、加圧下吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂又は粒子状吸水剤0.9gを大過剰の0.9重量%塩化ナトリウム水溶液に1時間、2.06kPa(0.3psi)の荷重下で膨潤させた後の吸水倍率(単位;g/g)である。
「Ext」は、Extractablesの略称であり、可溶分量を意味する。具体的には、吸水性樹脂又は粒子状吸水剤1.0gを0.9重量%塩化ナトリウム水溶液200mlに添加して500rpmで16時間攪拌した後、溶解したポリマー量をpH滴定で測定した値(単位;重量%)である。
「Moisture Content」は、吸水性樹脂又は粒子状吸水剤の含水率を意味する。具体的には、吸水性樹脂又は粒子状吸水剤4.0gについて、105℃で3時間乾燥した際の乾燥減量から算出した値(単位;重量%)である。なお、本発明では、試料量を1.0g、乾燥温度を180℃に変更して測定した。
「PSD」は、Particle Size Distributionの略称であり、篩分級により測定される粒度分布を意味する。なお、重量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、米国特許第7638570号に記載された「(3)Mass−Average Particle Diameter (D50) and Logarithmic Standard Deviation (σζ) of Particle Diameter Distribution」と同様の方法で測定される。なお、本発明では上記手法を利用して、粒度別のキレート剤含有量等を求めた。
本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上、Y以下」を意味する。また、特に注釈のない限り、重量の単位である「t(トン)」は「Metric ton(メトリック トン)」を意味し、「ppm」は「重量ppm」又は「質量ppm」を意味する。更に、「重量」と「質量」、「重量部」と「質量部」、「重量%」と「質量%」はそれぞれ同義語として扱う。また、「〜酸(塩)」は「〜酸及び/又はその塩」、「(メタ)アクリル」は「アクリル及び/又はメタクリル」をそれぞれ意味する。
以下、本発明に係る粒子状吸水剤に使用される、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法について述べる。
本工程は、アクリル酸(塩)を主成分として含む水溶液(以下、「単量体水溶液」と称する)を調製する工程である。なお、当該「主成分」は、(1−2)「ポリアクリル酸(塩)」で述べた内容と同義である。また、単量体水溶液に代えて、吸水性能を低下させない程度に単量体のスラリー液を使用することもできるが、便宜上、単量体水溶液として以下、説明する。
本発明では効果の観点から、単量体としてアクリル酸が使用されるが、このようなアクリル酸には、通常、重合禁止剤や不純物等の微量成分が含まれている。
本発明で得られる吸水性樹脂又は粒子状吸水剤の主成分は、アクリル酸(塩)を架橋重合したポリアクリル酸(塩)であるが、当該ポリアクリル酸(塩)を得るには、アクリル酸を塩基性組成物で中和することが好ましい。なお、当該「塩基性組成物」とは、塩基性化合物を含有する組成物を意味する。
本工程における中和処理(中和工程と称する場合もある)は、単量体としてのアクリル酸に対する中和、又は、アクリル酸を架橋重合して得られる含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称する)に対する中和(後中和)が含まれる。何れの場合でも、連続式又はバッチ式とすることができるが、好ましくは連続式である。
本発明で使用される内部架橋剤は、アクリル酸と反応しうる置換基を2個以上有する化合物が挙げられる。具体的には、米国特許第6241928号の第14カラムに記載される内部架橋剤のうち、1種又は2種以上が使用される。
本発明においては、アクリル酸(塩)以外の単量体(以下、「他の単量体」と称する)を併用することもできる。当該他の単量体としては、例えば、水溶性又は疎水性の不飽和単量体が挙げられる。
本発明においては、単量体水溶液を調製する際に、上述した物質以外に下記の物質を添加することもできる。
本工程において、上述した各物質を混合することで単量体水溶液を調製する。その際、単量体水溶液中の単量体成分の濃度としては特に限定されないが、吸水性樹脂又は粒子状吸水剤の物性の観点から、好ましくは10〜80重量%、より好ましくは20〜75重量%、更に好ましくは30〜70重量%とする。
本工程は、上記単量体水溶液の調製工程で得られるアクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合させて、含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」と称する)を得る工程である。
本発明で使用される重合開始剤は、重合の形態等によって適宜選択されるため、特に限定されないが、例えば、熱分解型重合開始剤、光分解型重合開始剤、又はこれらの重合開始剤の分解を促進する還元剤を併用したレドックス系重合開始剤等が挙げられる。
本発明における重合方法は、吸水特性や重合制御の容易性等の観点から、好ましくは気相中の噴霧液滴重合、水溶液重合又は疎水性溶媒中での逆相懸濁重合、より好ましくは水溶液重合又は逆相懸濁重合、更に好ましくは水溶液重合、特に好ましくは連続水溶液重合である。なお、重合は一段でも二段以上の多段でもよく、特に逆相懸濁重合での多段重合は、粒子径の制御や造粒(球状粒子の凝集による大粒子径化)又は重合熱の除去という観点から好適である。
本工程は、上記重合工程で得られる含水ゲルを、ニーダー、ミートチョッパー又はカッターミル等のゲル粉砕機でゲル粉砕し、粒子状の含水ゲル(以下、「粒子状含水ゲル」という。)を得る工程である。なお、上記重合工程がニーダー重合の場合、重合工程とゲル粉砕工程が同時に実施されている。
本工程は、上記重合工程及び/又はゲル粉砕工程で得られる含水ゲル及び/又は粒子状含水ゲルを所望する樹脂固形分まで乾燥させて乾燥重合体を得る工程である。
本工程は、上記乾燥工程で得られる乾燥重合体を粉砕(粉砕工程)し、所定範囲の粒度に調整(分級工程)して、吸水性樹脂粉末(表面架橋を施す前の、粉末状の吸水性樹脂を便宜上「吸水性樹脂粉末」と称する)を得る工程である。
本工程は、上述した工程を経て得られる吸水性樹脂粉末の表面層(吸水性樹脂粉末の表面から数10μmの部分)に、架橋密度の高い部分を形成する工程であり、以下の(2−6−1)〜(2−6−3)の工程から構成されている。
(表面架橋剤)
本発明で使用される表面架橋剤としては、特に限定されないが、例えば、種々の有機又は無機の表面架橋剤が挙げられる。中でも、吸水性樹脂又は粒子状吸水剤の物性や表面架橋剤の取扱性の観点から、カルボキシル基と反応して共有結合を形成する有機表面架橋剤が好ましい。
上記表面架橋剤の添加・混合方法は、特に限定されないが、表面架橋剤及び溶媒としての水、親水性有機溶媒又はこれらの混合物を予め用意した後、吸水性樹脂粉末に対して、噴霧又は滴下して添加し混合することが好ましく、噴霧して添加し混合することがより好ましい。
上述した表面架橋剤と吸水性樹脂粉末との混合物は加熱処理することで、表面架橋反応をおこし、表面が架橋された吸水性樹脂粒子が得られる。
上述した表面架橋反応の停止や次工程への搬送等を目的として、表面架橋反応後に、必要に応じて冷却処理される。
本工程は、上記表面架橋工程で得られた吸水性樹脂粒子に、多価金属塩、カチオン性ポリマー、キレート剤、無機還元剤、α−ヒドロキシカルボン酸化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の添加剤を添加する工程である。
本発明において、得られる吸水性樹脂又は粒子状吸水剤の吸水速度(Vortex)向上、通液性(SFC)向上や吸湿時の流動性等の観点から、多価金属塩及び/又はカチオン性ポリマーを添加することが好ましい。
本発明において、得られる吸水性樹脂又は粒子状吸水剤の着色防止の観点から、α−ヒドロキシカルボン酸化合物を更に添加することができる。なお、「α−ヒドロキシカルボン酸化合物」とは、分子内にヒドロキシル基を有するカルボン酸又はその塩のことで、α位にヒドロキシル基を有するヒドロキシカルボン酸である。
吸水性樹脂に種々の機能を付与させるため、上述した添加剤以外の添加剤を添加することができる。かような添加剤として具体的には、界面活性剤、リン原子を有する化合物、酸化剤、有機還元剤、水不溶性無機微粒子、金属石鹸等の有機粉末、水溶性消臭剤、抗菌剤、パルプや熱可塑性繊維等が挙げられる。なお、上記界面活性剤は、国際公開第2005/075070号に記載される界面活性剤が好ましく適用される。
上述した工程以外に、造粒工程、整粒工程、微粉除去工程、微粉の再利用工程等を必要に応じて設けることができる。また、輸送工程、貯蔵工程、梱包工程、保管工程等の1種または2種以上の工程を更に含んでもよい。ここで整粒工程とは、表面架橋工程以降の微粉除去工程や吸水性樹脂が凝集し、所望の大きさを超えた場合に分級、粉砕を行う工程を含む。また、微粉の再利用工程は微粉をそのまま、または微粉造粒工程で大きな含水ゲルにして、吸水性樹脂の製造工程のいずれかの工程で添加する工程を含む。なお、本発明に係る粒子状吸水剤の製造工程においても、同様に適用されるものである。
本発明に係る粒子状吸水剤は、上述した製造方法を一例として得られる吸水性樹脂とキレート剤とを含み、以下の要件を満たすことを特徴とする。
本発明に係る粒子状吸水剤は、課題解決のため、必須にキレート剤が含まれる。当該キレート剤として、効果の観点から、好ましくは高分子化合物又は非高分子化合物、より好ましくは非高分子化合物が挙げられる。また、好ましくは炭素、水素、酸素以外の元素、より好ましくは窒素又はリンが分子内に含まれるキレート剤が望まれる。
本発明に係る粒子状吸水剤の製造方法は、吸水性樹脂及びキレート剤を含み、JIS標準篩で規定される粒子径が300μm未満の粒子と、300μm以上850μm未満の粒子とを含む、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、上記キレート剤の含有量が、吸水性樹脂100重量部に対して、0.001〜5重量部であり、かつ、式(1)を満たす粒子状吸水剤の製造方法である。
本発明に係る粒子状吸水剤は、上記キレート剤以外に、所望する性能を付与するため、各種の添加剤を添加することもできる。かような添加剤として、好ましくは水不溶性無機微粒子、無機還元剤、水溶性消臭剤及び多価金属塩(但し、鉄イオンは除く)等が挙げられる。
吸水性樹脂を主成分とする吸水剤を、紙オムツ等の吸収性物品中に配合する際、湿度の高い環境下では当該吸水剤の流動性が低下するため、均一に混合することが困難となる。このことが、吸収性物品に混合される吸水性樹脂の粒度偏析を生じさせる原因となっている。
無機還元剤は、着色防止や残存モノマーを低減するため、添加され、還元性無機元素を有する化合物を指す。具体的には、還元性の硫黄原子又はリン原子を有する化合物が挙げられる。当該化合物は無機化合物でも有機化合物でも、本発明では該当する。無機還元剤はゲル安定性を更に向上させ、本発明の課題をより解決するため、好ましい。
水溶性消臭剤は、粒子状吸水剤に消臭性を付与するため、添加される。なお、水溶性とする理由は、粒子状吸水剤の吸収性能を低下させることなく、優れた消臭性を付与することができるからである。また、「水溶性」とは、25℃の水100gに対して、少なくとも0.1g以上、好ましくは1g以上、より好ましくは10g以上、溶解することをいう。
多価金属塩(但し、鉄イオンは除く)は、吸水速度や通液性の向上、吸湿時の流動性を向上させるため、添加される。上記多価金属塩として、典型金属又は4〜11族の遷移金属の中から選ばれる少なくとも1つ以上の金属(多価金属カチオン)を含む有機酸塩又は無機酸塩が挙げられる。例えば、Mg、Ca、Ti、Zr、V、Cr、Mn、Co、Ni、Pd、Cu、Zn、Cd、Alの中から選ばれる少なくとも1つ以上の金属(多価金属カチオン)を含む有機酸塩又は無機酸塩が好ましい。具体的には、硫酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、硫酸ジルコニウム等が挙げられる。
上述した、水不溶性無機微粒子、無機還元剤、水溶性消臭剤及び多価金属塩(但し、鉄イオンは除く)以外に、必要に応じて、抗菌剤、香料、発泡剤、顔料、染料、可塑剤、粘着剤、界面活性剤、肥料、酸化剤、塩類、殺菌剤、ポリエチレングリコールやポリエチレンイミン等の親水性高分子、パラフィン等の疎水性高分子、ポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、ポリエステル樹脂やユリア樹脂等の熱硬化性樹脂等を、所望する機能を付加するため、適宜、本発明に係る粒子状吸水剤に添加してもよい。
上記水不溶性無機微粒子、無機還元剤、水溶性消臭剤又は多価金属塩の、吸水性樹脂への添加方法は、特に限定されず、上述したキレート剤の添加と同時に又は別途、行ってもよい。また、水等に懸濁させて添加する、いわゆる湿式混合法等を採用しても、粉体同士を混合するドライブレンド法を採用しても良い。
本発明では、キレート剤以外の添加剤、即ち、上記水不溶性無機微粒子、無機還元剤、水溶性消臭剤又は多価金属塩(但し、鉄イオンを除く)についても、粒度ごとに添加量が異なることが好ましく、特に粒子径が小さい粒子の方により多く添加されることがより好ましい。
本発明に係る粒子状吸水剤の可溶分量(後述の実施例で規定される1時間可溶分量)は、溶出成分による紙オムツ使用時のベトつき等の観点から、含水率補正値で、好ましくは5〜30重量%、より好ましくは5〜25重量%、更に好ましくは5〜20重量%に制御される。制御方法は、内部架橋剤等で適宜実施することができる。なお、上記可溶分量が5重量%未満の粒子状吸水剤を得るには、内部架橋剤を大量に使用する必要があり、コストアップや残存架橋剤の発生に加え、無加圧下吸水倍率(CRC)を著しく低下させるため、好ましくない。
本発明に係る粒子状吸水剤の劣化可溶分量(後述の実施例で規定される1時間劣化可溶分量)は、含水率補正値で、好ましくは0〜40重量%、より好ましくは0〜35重量%、更に好ましくは0〜31重量%に制御される。当該劣化可溶分量が40重量%を超える場合、紙オムツ使用時に、尿によってゲル劣化が進行し、モレや液戻りの原因となる。
本発明に係る粒子状吸水剤の可溶分劣化増加量(後述の実施例で規定)は、以下の条件を満たすことが好ましい。即ち、粒子状吸水剤を構成する粒子のうち、1)JIS標準篩で規定される粒子径が300μm未満の粒子の、可溶分劣化増加量が0〜15質量%であり、かつ、2)JIS標準篩で規定される粒子径が300μm以上850μm未満の粒子の、可溶分劣化増加量が0〜20質量%であることが好ましい。
本発明に係る粒子状吸水剤の粒度(JIS Z8801−01(2000)で規定)は、本発明の課題をより解決するため、更に、当該粒子状吸水剤をより効率よく生産するため、以下の範囲にそれぞれ制御される。
本発明に係る粒子状吸水剤の無加圧下吸水倍率(CRC)は、生理食塩水に対して、含水率補正値で、好ましくは25(g/g)以上、より好ましくは30(g/g)以上、更に好ましくは33(g/g)以上に制御される。また、上限は、他の物性(例えば、加圧下吸水倍率(AAP))とのバランスの観点から、好ましくは60(g/g)以下、より好ましくは50(g/g)以下、更に好ましくは45(g/g)以下である。無加圧下吸水倍率(CRC)は重合時又は表面架橋時での架橋密度で制御することができる。
本発明に係る粒子状吸水剤の加圧下吸水倍率(AAP)は、2.06kPa荷重下での生理食塩水に対して、含水率補正値で、好ましくは15(g/g)以上、より好ましくは20(g/g)以上、更に好ましくは23(g/g)以上に制御される。また、上限は、他の物性(例えば、無加圧下吸水倍率(CRC))とのバランスの観点から、好ましくは40(g/g)以下、より好ましくは35(g/g)以下、更に好ましくは33(g/g)以下である。加圧下吸水倍率(AAP)は表面架橋で制御することができる。
本発明に係る粒子状吸水剤の含水率(180℃、3時間の乾燥減量で規定)は、吸水速度や耐衝撃性の観点から、好ましくは0.5〜15重量%、より好ましくは1.0〜10重量%に制御される。当該含水率は、上記乾燥工程や再湿潤工程で好ましい範囲に調整される。
本発明に係る粒子状吸水剤のFe量は、粒子状吸水剤の着色防止の観点から、好ましくは2ppm以下、より好ましくは1.5ppm以下、更に好ましくは1ppm以下、特に好ましくは0.5ppm以下である。また、下限としては、塩基(特に苛性ソーダ)の精製コストの観点から、好ましくは0.001ppm以上、より好ましくは0.01ppm以上である。なお、Fe量の制御は、吸水性樹脂の原料、特に中和に用いる塩基を適宜精製し、例えば、NaOH、Na2CO3中に存在するFeを除去することにより制御することができる。
本発明に係る粒子状吸水剤は、紙オムツ等の吸収性物品に用いられるものであり、白色粉末であることが望まれる。したがって、当該粒子状吸水剤の初期色調は、分光式色差計によるハンターLab表色系測定において、L値(Lightness)が好ましくは88以上、より好ましくは89以上、更に好ましくは90以上である。なお、L値の上限値は100であるが、少なくとも88を示せば、紙オムツ等の吸収性物品において、色調による問題は発生しない。また、a値は好ましくは−3〜3、より好ましくは−2〜2、更に好ましくは−1〜1である。更に、b値は好ましくは0〜12、より好ましくは0〜10、更に好ましくは0〜9である。なお、上記L値は100に近づくほど白色度が増し、a値及びb値は0に近づくほど低着色で実質的に白色となる。
本発明に係る粒子状吸水剤は、紙オムツ等の吸収性物品に用いられるものであり、高温高湿下での長期保存された場合であっても、清浄な白色状態を維持していることが望まれる。したがって、当該粒子状吸水剤の経時色調は、分光式色差計によるハンターLab表色系測定において、L値(Lightness)が好ましくは80以上、より好ましくは81以上、更に好ましくは82以上、特に好ましくは83以上である。なお、L値の上限値は100であるが、少なくとも80を示せば、高温高湿下での長期保存でも実質問題が発生しない。また、a値は好ましくは−3〜3、より好ましくは−2〜2、更に好ましくは−1〜1である。更に、b値は好ましくは0〜15、より好ましくは0〜12、更に好ましくは0〜10である。なお、上記L値は100に近づくほど白色度が増し、a値及びb値は0に近づくほど低着色で実質的に白色となる。
本発明に係る粒子状吸水剤の吸湿ブロッキング率は、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下、更に好ましくは10重量%以下、特に好ましくは5重量%以下である。下限値として、好ましくは0重量%であるが、0.1重量%程度であってもよい。該吸湿ブロッキング率を上記範囲内とすることで、粉体取扱性に優れるため、好ましい。一方、該吸湿ブロッキング率が30重量%を超える場合、例えば、紙オムツ等の吸収性物品を製造する際、粒子状吸水剤の流動性が悪く、紙オムツ等の製造が困難となる等の弊害が生じる。
本発明に係る粒子状吸水剤のSFC(生理食塩水流れ誘導性)は、好ましくは1(×10−7・cm3・s・g−1)以上、より好ましくは10(×10−7・cm3・s・g−1)以上である。上限として好ましくは1000(×10−7・cm3・s・g−1)である。該SFCが1(×10−7・cm3・s・g−1)未満の場合、尿や血液等の体液等の液透過性が低いため、紙オムツ等の吸収性物品の吸収体として適さない。一方、該SFCが1000(×10−7・cm3・s・g−1)を超える場合、尿や血液等の体液等が十分に吸収されずに液漏れが発生する虞があるため、紙オムツ等の衛生用品の吸収体として適さない。なお、SFCは、粒度や表面架橋剤、多価金属塩、カチオン性ポリマー等で制御することができる。
本発明に係る粒子状吸水剤は、各種の用途に適用することができるが、物性の振れが小さいく、安定しているため、吸収性物品、特に紙オムツや生理用ナプキン、失禁パット等の吸収性物品に使用される。その際、当該粒子状吸水剤と親水性繊維等とを複合化してシート状等に成形される。なお、親水性繊維が使用されない場合には、紙や不織布等に粒子状吸水剤を固定化することで、吸収性物品が得られる。
以下に掲げる粒子状吸水剤の物性測定方法は、吸水性樹脂の物性測定にも適宜適用することができる。その際は、「粒子状吸水剤」を「吸水性樹脂」に読み替えて適用する。
本発明に係る粒子状吸水剤の粒度(重量平均粒子径(D50)、粒度別含有量)は、米国特許出願公開第2006/204755号に記載された測定方法に準拠して、JIS標準篩を用いて測定した。
本発明に係る粒子状吸水剤の無加圧下吸水倍率(CRC)は、ERT441.2−02(2002)に準拠して測定した。
本発明に係る粒子状吸水剤の加圧下吸水倍率(AAP)は、ERT442.2−02(2002)に準拠して測定した。測定は、2.06kPa(0.3psi)の荷重下で行った。
本発明に係る粒子状吸水剤の含水率は、ERT430.2−02(2002)に準拠して測定した。なお、本発明においては、試料量を1.0g、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更して測定した。
本発明に係る粒子状吸水剤のキレート剤含有量は、以下に掲げる手法により測定した。
《溶離液》;0.4モル/Lのミョウバン水溶液0.3ml、0.1Nの水酸化カリウム水溶液450ml、0.4モル/Lの水酸化テトラn−ブチルアンモニウム水溶液3ml、硫酸3ml、エチレングリコール1.5ml及びイオン交換水2550mlの混合溶液
《カラム》;LichroCART 250−4 Superspher 100 RP−18e(4μm)(メルク株式会社)
《カラム温度》;23±2℃
《流量》;1ml/min
《検出器》;UV、波長258nm
測定条件2:
《溶離液》;0.01モル/Lの炭酸ナトリウム水溶液、0.01モル/Lの炭酸水素ナトリウム水溶液及び0.002モル/Lの水酸化テトラn−ブチルアンモニウム水溶液について、同量を混合し、2Nの塩酸を加えてpH7.5に調整した。
《カラム温度》;40℃
《流量》;0.7ml/min
《検出器》;UV、波長254nm
《試料液の調製》;粒子状吸水剤からキレート剤を抽出したろ液に対して、キレート剤含有量より過剰量の0.01モル/Lの塩化鉄(III)水溶液を添加した。(例えば、キレート剤の含有量が100ppmである水溶液20mLに対して、約2mLの0.01モル/Lの塩化鉄(III)水溶液を添加すればよい。)
測定条件3:
《溶離液》;0.003モル/Lの硫酸水溶液
《カラム》;Shodex IC NI−424(昭和電工株式会社)
《カラム温度》;40℃
《流量》;1ml/min
《検出器》;RI
上記キレート剤含有量は、含水率の影響を受けるため、本発明では含水率補正した値であり、吸水性樹脂固形分100重量部あたりに換算した値である。
本発明に係る粒子状吸水剤の可溶分量は、以下の手法に従って、測定を行った。
本発明に係る粒子状吸水剤の劣化可溶分量は、以下の手法に従って、測定を行った。
本発明に係る粒子状吸水剤の可溶分劣化増加量は、式(2)に従って求められる。
粒子状吸水剤の着色評価は、HunterLab社製のLabScan(登録商標)XEを用いて行った。測定の設定条件は、反射測定が選択され、内径30mm、高さ12mmの粉末・ペースト試料用容器が用いられ、標準として粉末・ペースト用標準丸白板No.2が用いられ、30Φ投光パイプが用いられた。備え付けの試料用容器に約5gの粒子状吸水剤を充填した。この充填は、備え付け試料用容器を約6割程度充填するものであった。室温(20〜25℃)及び湿度50RH%の条件下で、上記分光式色差計にて表面のL値(Lightness:明度指数)を測定した。この値を、「曝露前の明度指数」とし、その値が大きいほど白色である。
粒子状吸水剤1重量部を100mlのビーカーに入れ、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液20重量部を加えた後、フィルムでビーカーを密閉し37℃で1時間放置した。その後、成人の被験者10名による臭気官能試験を行った。評価方法は、不快な臭気がなく、オムツ等の衛生材料に使用可能な臭気であると判断されるものを○、不快な臭気があり、オムツ等の衛生材料に使用不可な臭気であると判断されるものを×とした。特に、不快な臭気が強いものを××とした。
粒子状吸水剤2gを底面の直径52mm、高さ22mmのアルミニウムカップの底に均一に散布し、あらかじめ25℃、相対湿度90%に調整した恒温恒湿器(タバイエスペック製PLATIOOUS LUCIFER PL−2G)にすばやく入れ、60分間放置した。その後、吸湿した吸水剤を直径7.5cm、目開き2000μmのJIS標準ふるいに移す。この時、吸湿した吸水剤がアルミカップに強固に付着し、ふるいに移せない場合は、吸湿しブロッキングを起こした状態の吸水剤を、できるだけ崩さないように注意しながら剥がし取ってふるいに移す。これをすぐに、振動分級器(IIDA SIEVE SHAKER、TYPE:ES−65型、SER.No.0501)により8秒間ふるい、ふるい上に残存した吸水剤の重量Wo(g)及びふるいを通過した吸水剤の重量Wp(g)を測定した。下記計算式により吸湿ブロッキング率(重量%)を算出した。吸湿ブロッキング率が低いほど、吸湿流動性に優れており、粉体の取り扱い性等が向上する。
本発明の吸水性樹脂のSFC(生理食塩水流れ誘導性)は、米国特許第5669894号に開示された測定方法に準拠して測定した。
p−メトキシフェノールを70ppm含有するアクリル酸を水酸化ナトリウム水溶液で中和した、中和率75モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液5500g(単量体濃度38重量%)に、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(平均分子量523)2.5gを溶解し、単量体水溶液(1)とした。
製造例1で得られた吸水性樹脂粒子(1)100重量部に対して、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム0.1重量部及びイオン交換水1重量部からなる混合液を滴下し、均一に混合した。その後、60℃の熱風乾燥機中に60分間静置させたところ、数個の粒子が凝集した造粒体状(以下、便宜上、「吸水性樹脂造粒物」という)となっていた。実施例1での吸水性樹脂造粒物(1)の重量平均粒子径(D50)は477μm(吸水性樹脂粒子(1)の重量平均粒子径(D50)に対して、1.07倍)であった。
実施例1において、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウムの使用量を0.05重量部に変更した以外は実施例1と同様の操作(キレート剤水溶液1.05重量部による造粒、ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)を行って、粒子状吸水剤(2)を得た。
実施例1において、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウムの使用量を0.003重量部に変更した以外は実施例1と同様の操作(キレート剤水溶液1.003重量部による造粒、ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)を行って、粒子状吸水剤(3)を得た。
実施例3において、ペイントシェーカーを使用しなかった以外は実施例3と同様の操作(キレート剤水溶液1.003重量部による造粒)を行って、比較粒子状吸水剤(1)を得た。
比較例1において、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウムの使用量を0.002重量部に変更した以外は比較例1と同様の操作(キレート剤水溶液1.002重量部による造粒)を行って、比較粒子状吸水剤(2)を得た。
製造例1で得られた吸水性樹脂粒子(1)を目開き300μmのJIS標準篩を用いて分級し、当該篩上に残留した分(以下、「吸水性樹脂粒子(1−on)」と表記する)と当該篩を通過した分(以下、「吸水性樹脂粒子(1−pass)」と表記する)とに分離した。なお、吸水性樹脂粒子(1−on)の粒度分布は300μm以上850μm未満、吸水性樹脂粒子(1−pass)の粒度分布は300μm未満であった。
断熱材の発泡スチロールで覆った、容量1Lのポリプロピレン製容器に、アクリル酸291g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)0.63g、1.0重量%のジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム水溶液1.80g及び1.0重量%のIRGACURE(登録商標)184アクリル酸溶液3.60gを投入して、混合溶液(a)を作成した。
実施例1において、吸水性樹脂粒子(1)(キレート剤なし)を吸水性樹脂粒子(2)(キレート剤を重合時に50ppm添加)に変更した以外は実施例1と同様の操作(キレート剤水溶液1.1重量部による造粒、ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)を行って、粒子状吸水剤(5)を得た。
実施例5において、キレート剤添加後の吸水性樹脂造粒物(5)100重量部に対して、無機還元剤として10重量%の亜硫酸水素水溶液1.5重量部を滴下して均一に混合する操作を追加した以外は、実施例5と同様の操作(ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)を行って、粒子状吸水剤(6)を得た。
実施例5で得られた粒子状吸水剤(5)100重量部に対して、水不溶性無機微粒子として二酸化ケイ素(アエロジル200;日本アエロジル社)0.3重量部を乾式混合することによって、粒子状吸水剤(7)を得た。
実施例5において、キレート剤添加後の吸水性樹脂造粒物(5)100重量部に対して、水溶性消臭剤として15重量%のツバキ科植物の葉抽出物水溶液(FS−89MO、白井松新薬株式会社)1.0重量部を滴下して均一に混合する操作を追加した以外は、実施例5と同様の操作(ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)を行って、粒子状吸水剤(8)を得た。
実施例5において、キレート剤添加後の吸水性樹脂造粒物(5)100重量部に対して、27重量%の硫酸アルミニウム水溶液1.0重量部、60重量%の乳酸ナトリウム水溶液0.3重量部及びプロピレングリコール0.025重量部からなる硫酸アルミニウム混合液1.2重量部を滴下する操作を追加した以外は、実施例5と同様の操作(ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)を行って、粒子状吸水剤(9)を得た。
製造例2で得られた吸水性樹脂粒子(2)100重量部に対して、ジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム0.1重量部、プロピレングリコール0.05重量部及びイオン交換水1.5重量部からなる混合液を滴下し、均一に混合した。以後、実施例1と同様の操作(キレート剤水溶液1.1重量部による造粒、ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)を行って、吸水性樹脂造粒物(10)及び粒子状吸水剤(10)を得た。
製造例2で得られた吸水性樹脂粒子(2)100重量部に対して、トリエチレンテトラミン6酢酸0.1重量部及び1Nの水酸化ナトリウム水溶液1重量部からなる混合液を滴下し、均一に混合した。以後、実施例1と同様の操作(キレート剤水溶液1.1重量部による造粒、ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)を行って、吸水性樹脂造粒物(11)及び粒子状吸水剤(11)を得た。
製造例2において、吸水性樹脂粉末(2)100重量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテルの使用量を0.024重量部に変更し、更に加熱処理を176℃で40分間に変更した以外は、製造例2と同様の操作を行って、吸水性樹脂粒子(3)を得た。当該吸水性樹脂粒子(3)の重量平均粒子径(D50)は355μmであった。
実施例1において、吸水性樹脂粒子(1)を吸水性樹脂粒子(3)に変更した以外は実施例1と同様の操作(キレート剤水溶液1.1重量部による造粒、ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)を行って、吸水性樹脂造粒物(12)を得た。得られた吸水性樹脂造粒物(12)に、水不溶性無機微粒子として二酸化ケイ素(アエロジル200;日本アエロジル社)0.3重量部を乾式混合することによって、粒子状吸水剤(12)を得た。
製造例2において、吸水性樹脂粉末(2)100重量部に対して、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.024重量部、プロピレングリコール0.52重量部、イオン交換水2.1重量部及びエチレンカーボネート0.31重量部からなる表面架橋剤溶液を均一に混合し、176℃で40分間加熱処理した以外は、製造例2と同様の操作を行って、吸水性樹脂粒子(4)を得た。当該吸水性樹脂粒子(4)の重量平均粒子径(D50)は356μmであった。
実施例1において、吸水性樹脂粒子(1)を吸水性樹脂粒子(4)に変更した以外は実施例1と同様の操作(キレート剤水溶液1.1重量部による造粒、ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)を行って、吸水性樹脂造粒物(13)を得た。得られた吸水性樹脂造粒物(13)に、水不溶性無機微粒子として二酸化ケイ素(アエロジル200;日本アエロジル社)0.3重量部を乾式混合することによって、粒子状吸水剤(13)を得た。
実施例1において、キレート剤をエチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)(EDTMP)・5ナトリウム0.1重量部に変更した以外は実施例1と同様の操作(ペイントシェーカーでの解砕、及びガラスビーズの除去)に行って、粒子状吸水剤(14)を得た。
[比較例3]
製造例2(重合時にキレート剤0.005質量%(対モノマー固形分)を添加)で得られた吸水性樹脂粒子(2)を比較粒子状吸水剤(3)とした。
上記表1に示したように、キレート剤の含有量を粒度ごとに調整することによって、ゲル安定性のバラつきが抑制され、かつ、高い吸収性能を維持できる。
粒子状吸水剤(6)では、製造例2(添加剤なし)、粒子状吸水剤(5)(キレート剤のみ)に比べて着色が改善された。
Claims (26)
- 吸水性樹脂及びキレート剤を含み、JIS標準篩で規定される粒子径が150μm以上850μm未満である粒子の割合が90重量%以上であり、JIS標準篩で規定される粒子径が300μm未満の粒子と、300μm以上850μm未満の粒子とを重量比で70:30〜10:90で含む、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤であって、
上記キレート剤の含有量が、吸水性樹脂固形分100重量部に対して、0.02〜1重量部であり、かつ、式(1)を満たすことを特徴とする、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤。
- 上記キレート剤の含有量が、吸水性樹脂固形分100重量部に対して、0.03〜0.9重量部である、請求項1に記載の粒子状吸水剤。
- 1)JIS標準篩で規定される粒子径が300μm未満の粒子の、可溶分劣化増加量が0〜15重量%であり、かつ、
2)JIS標準篩で規定される粒子径が300μm以上850μm未満の粒子の、可溶分劣化増加量が0〜20重量%である、請求項1または2に記載の粒子状吸水剤。
なお、上記可溶分劣化増加量は式(2)で定義される値であり、式(2)中、劣化試験液はL−アスコルビン酸が0.1重量%添加された生理食塩水を指す。
- (粒子径が300μm未満の粒子の劣化可溶分量)−(粒子径が300μm以上850μm未満の粒子の劣化可溶分量)が5重量%以下である、請求項1〜3の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 可溶分量が5〜30重量%である、請求項1〜4の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 経時色調(70±1℃、相対湿度65±1%の雰囲気中に7日間曝露後のL値)が80以上である、請求項1〜5の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 上記キレート剤が、アミノ多価カルボン酸、有機多価リン酸、無機多価リン酸、アミノ多価リン酸及びトロポロン誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種以上の化合物である、請求項1〜6の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 上記キレート剤がジエチレントリアミン5酢酸、トリエチレンテトラミン6酢酸およびそれらの塩である、請求項1〜7の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 無機還元剤を更に含む、請求項1〜8の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 上記無機還元剤が、還元性硫黄原子を有する無機還元剤である、請求項9に記載の粒子状吸水剤。
- 水不溶性無機微粒子を更に含む、請求項1〜10の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 水溶性消臭剤を更に含む、請求項1〜11の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 多価金属塩及び/又はカチオン性ポリマーを更に含む、請求項1〜12の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- ポリオールを更に含む、請求項1〜13の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 鉄イオンを更に含み、当該鉄イオンの含有量が0.001〜2ppmである、請求項1〜14の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 上記粒子状吸水剤の、生理食塩水に対する含水率補正後の無加圧下吸水倍率(CRC)が30(g/g)以上であり、生理食塩水に対する含水率補正後の2.06kPa加圧下での加圧下吸水倍率(AAP)が20(g/g)以上である、請求項1〜15の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 180℃、3時間の乾燥減量から求められる含水率が、0.5〜15重量%である、請求項1〜16の何れか1項に記載の粒子状吸水剤。
- 吸水性樹脂及びキレート剤を含み、JIS標準篩で規定される粒子径が150μm以上850μm未満である粒子の割合が90重量%以上であり、JIS標準篩で規定される粒子径が300μm未満の粒子と、300μm以上850μm未満の粒子とを重量比で70:30〜10:90で含む、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法であって、
上記キレート剤の含有量が、吸水性樹脂固形分100重量部に対して、0.02〜1重量部であり、
(a)表面架橋された吸水性樹脂を異なる複数の粒度に分級する工程、上記異なる複数の粒度ごとにキレート剤を添加する工程、及び、上記キレート剤添加後の複数の吸水性樹脂を再混合して、粒子状吸水剤を得る工程を含む、または、
(b)表面架橋された吸水性樹脂にキレート剤を添加し、その重量平均粒子径(D50)を上昇させた吸水性樹脂造粒物を得る工程、及び、当該吸水性樹脂造粒物を解砕して、その重量平均粒子径(D50)を5%以上低下させて、粒子状吸水剤を得る工程を含み、
かつ、式(1)を満たすことを特徴とする、吸水性樹脂を主成分とする粒子状吸水剤の製造方法。
- 上記(b)において、キレート剤を複数の工程で添加する、請求項18に記載の製造方法。
- モノマー又は含水ゲル状架橋重合体へのキレート剤添加、および、乾燥後の吸水性樹脂へのキレート剤添加が併用される、請求項18または19に記載の製造方法。
- キレート剤の全体の添加量に対して0〜50モル%のキレート剤をモノマー又は含水ゲル状架橋重合に添加する、請求項20に記載の製造方法。
- 上記キレート剤が、水及び親水性有機溶媒を含む混合溶媒に溶解及び/又は分散した状態で吸水性樹脂粒子に添加される、請求項18〜21の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記親水性有機溶媒がポリオールである、請求項22に記載の製造方法。
- 前記キレート剤が、アミノ多価カルボン酸、有機多価リン酸、無機多価リン酸、アミノ多価リン酸及びトロポロン誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種以上の化合物である、請求項18〜23の何れか1項に記載の製造方法。
- 前記キレート剤がジエチレントリアミン5酢酸、トリエチレンテトラミン6酢酸およびそれらの塩である、請求項18〜24の何れか1項に記載の製造方法。
- 請求項1〜17の何れか1項に記載の粒子状吸水剤を含む、吸収性物品。
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