JP6727301B2 - 吸水剤の製造方法 - Google Patents
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Description
〔1−1〕「吸水性樹脂」「吸水性樹脂粉末」「吸水性樹脂粒子」「吸水剤」
本願における「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤を指し、下記の物性を満たすものをいう。即ち、水膨潤性としてERT441.2−02で規定されるCRC(遠心分離機保持容量)が5g/g以上であり、かつ、水不溶性としてERT470.2−02で規定されるExt(水可溶分)が50質量%以下である、高分子ゲル化剤を指す。
本願における「ポリアクリル酸(塩)」とは、ポリアクリル酸及び/又はその塩を意味する。詳細には、「ポリアクリル酸(塩)」とは、主成分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)を繰り返し単位として含み、任意成分としてグラフト成分を含む架橋重合体を意味する。
「EDANA」は、European Disposables and Nonwovens Associationsの略称であり、「ERT」は、EDANA Recommended Test Methodsの略称である。ERTは、吸水性樹脂の物性測定方法に関する欧州標準である。本願では、特に断りのない限り、ERT原本(2002年改定)に準拠して、吸水性樹脂の物性の測定を行う。
「CRC」は、Centrifuge Retention Capacityの略称であり、無加圧下での吸水性樹脂の吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.2gを不織布製の袋に入れた後、大過剰の0.9質量%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、その後、遠心分離機(250G)を用いて3分間、脱水した後の吸水倍率(単位;g/g)のことをいう。
「AAP」は、Absorption Against Pressureの略称であり、加圧下での吸水性樹脂の吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.9gを大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液に対して、1時間、2.06kPa(21g/cm2、0.3psi)の荷重下で膨潤させた後の吸水倍率(単位;g/g)のことをいう。なお、ERT442.2−02には、Absorption Under Pressureと表記されているが、実質的には同一内容である。
「Ext」は、Extractablesの略称であり、吸水性樹脂の水可溶分(水可溶成分量)を意味する。具体的には、吸水性樹脂1.0gを0.9質量%塩化ナトリウム水溶液200mlに入れ、500rpmで16時間攪拌した後、水溶液に溶解した物質の量(単位;質量%)のことをいう。水可溶分の測定には、pH滴定が用いられる。
「Moisture Content」は、吸水性樹脂の含水率を意味する。具体的には、吸水性樹脂4.0gを105℃で3時間乾燥した際の乾燥減量から算出した値(単位;質量%)のことをいう。なお、吸水性樹脂の量を1.0gに、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更して測定する場合もある。
「PSD」とは、Particle Size Distributionの略称であり、篩分級により測定される吸水性樹脂の粒度分布を意味する。なお、質量平均粒子径(D50)及び粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、米国特許第7638570号に記載された方法で測定される。
本願において、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、質量の単位である「t(トン)」は「Metric ton(メトリック
トン)」を意味し、「ppm」は「質量ppm」又は「重量ppm」を意味する。更に、「質量」と「重量」、「質量部」と「重量部」、「質量%」と「重量%」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、本発明に係る吸水剤の好ましい製造方法について、各製造工程を説明する。
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。上記「主成分」とは、アクリル酸(塩)の使用量(含有量)が重合反応に供される単量体全体に対して、通常50モル%以上、好ましくは70モル%以上、より好ましくは80モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上(上限は100モル%)であることをいう。なお、最終製品として得られる吸水剤の吸水性能が低下しない範囲内で、単量体のスラリー液を使用することもできるが、本項では便宜上、単量体水溶液について説明を行う。
本発明に係る吸水剤の製造方法において、使用される単量体としては、重合して吸水性樹脂となり得る化合物であればよく、例えば、(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、ビニルスルホン酸、アリルトルエンスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルフォスフェート等のアニオン性官能基含有不飽和単量体又はその塩;(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有不飽和単量体;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のアミノ基含有不飽和単量体;メルカプト基含有不飽和単量体;フェノール性水酸基含有不飽和単量体;N−ビニルピロリドン等のラクタム基含有不飽和単量体等が挙げられる。
本発明に係る吸水剤の製造方法において、単量体水溶液は、必要に応じて内部架橋剤を含んでもよい。該内部架橋剤は、公知のものが使用できる。例えば、N,N'−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチルロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリンアクリレートメタクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルホスフェート、トリアリルアミン、ポリ(メタ)アリロキシアルカン、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、1,4−ブタンジオール、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ポリエチレンイミン、グリシジル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。これらの中から、反応性を考慮して、1種又は2種以上を使用することができる。中でも、一分子中に2個以上の重合性不飽和基を有する化合物を使用することが好ましい。
得られる吸水剤の物性向上の観点から、下記の物質を上述した単量体水溶液の調製時や架橋重合中、架橋重合後の何れか1箇所以上で添加することができる。当該物質として、例えば、澱粉、澱粉誘導体、セルロース、セルロース誘導体、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸(塩)、ポリアクリル酸(塩)架橋体等の親水性高分子や、炭酸塩、アゾ化合物、気泡等の発泡剤、界面活性剤、キレート剤、連鎖移動剤等の化合物が挙げられる。
本工程では、上述した各物質を目的に応じて種々選択し、上記範囲内を満たす所定量を、水又は水と親水性溶媒との混合溶媒に溶解することによって、単量体水溶液が調製される。上記アクリル酸(塩)を主成分とする単量体等の物質を、水に溶解して得られる単量体水溶液が好ましい。上記単量体水溶液における単量体の濃度は、吸水剤の物性の観点から、好ましくは10質量%〜80質量%、より好ましくは20質量%〜75質量%、更に好ましくは30質量%〜70質量%である。
単量体の濃度(質量%)=(単量体の質量)/(単量体水溶液の質量)×100 ・・・ (数式1)
本工程は、上記単量体水溶液の調製工程で得られた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。
上記単量体水溶液は、重合開始剤を含んでいてもよい。この重合開始剤として、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が挙げられる。例えば、米国特許第7265190号等に記載された重合開始剤が適用される。これらの中から重合形態等を考慮して、1種又は2種以上の重合開始剤が選択される。重合開始剤の取扱性や吸水剤の物性の観点から、好ましくは過酸化物又はアゾ化合物、より好ましくは過酸化物、更に好ましくは過硫酸塩が選択される。
重合工程における重合形態として、水溶液重合、逆相懸濁重合、噴霧重合、バルク重合、沈殿重合等が挙げられる。重合の制御性、吸水剤の吸水性能及び生産性等の観点から、水溶液重合又は逆相懸濁重合が好ましい。
本工程で得られる含水ゲルの重合率は、乾燥工程における粒子状含水ゲル状架橋重合体の凝集抑制や、得られる吸水剤の物性の観点から、好ましくは70質量%以上、以下順に、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、98質量%以上、99質量%以上が好ましく、99.5質量%以上が最も好ましい(上限値は100質量%)。含水ゲルの重合率を上記範囲内とすることで、乾燥工程での粒子状含水ゲル状架橋重合体の凝集及び/又は塊状化を抑制することができる。なお、本工程における重合時間は、含水ゲルの重合率を指標として調整される。
本工程は、上記重合工程で得られた含水ゲルをゲル粉砕して、粒子状含水ゲルを得る工程である。当該「ゲル粉砕」とは、ニーダー、ミートチョッパー、カッターミル等のゲル粉砕機を用いて含水ゲルを粒子状にすることをいう。ゲル粉砕の実施形態や条件等については、例えば、国際公開第2011/126079号等に記載された内容が本発明に適用されうる。
乾燥工程に供給される粒子状含水ゲルの形状は、限定されない。例えば、ゲル粉砕工程を含む一連の工程を経て得られる粒子状含水ゲル及びニーダー重合により得られる粒子状含水ゲルは、ゲル粉砕によって形成された破断面を有する。一方、逆相懸濁重合で得られる粒子状含水ゲルの形状は、球形状又はその凝集物(造粒物)である。
乾燥工程に供給される粒子状含水ゲルのゲル固形分は、乾燥コストの観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは30質量%以上、特に好ましくは35質量%以上である。また、ゲル分散性の観点から、上記ゲル固形分は、好ましくは70質量%以下、より好ましくは60質量%以下、更に好ましくは50質量%以下である。上記ゲル固形分が上記範囲内の粒子状含水ゲルを後述の乾燥工程に供給することによって、本発明の効果が顕著となる。なお、「ゲル固形分」とは、乾燥減量(試料2.0gを180℃で24時間乾燥した際の質量変化)から算出される値を意味する。
乾燥工程に供給される粒子状含水ゲルのゲルExt(含水ゲルの水可溶分)は、上記ゲル固形分に対して、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。上記ゲルExtが上記範囲内の粒子状含水ゲルを後述の乾燥工程に供給することによって凝集及び/又は塊状化が抑制され、本発明の効果が顕著となる。なお、ゲルExtは、吸水性樹脂のExtの測定方法に準じて測定される。
乾燥工程に供給される粒子状含水ゲルの粒子径(以下、「ゲル粒子径」と称する)は、乾燥効率の観点から、好ましくは2000μm以下、より好ましくは1800μm以下、更に好ましくは1500μm以下である。また、得られる吸水剤の物性の観点から、ゲル粒子径は、好ましくは25μm以上、より好ましくは50μm以上、更に好ましくは75μm以上である。上記範囲内であるゲル粒子径は、乾燥助剤を含有する粒子状含水ゲルのゲル分散性を向上させ、攪拌等によって流動化しやすくする。その結果、乾燥効率が向上するため、上記範囲内であるゲル粒子径が好ましい。
ゲル粒子径(μm)=Σ[(長径(μm)+短径(μm))/2]/n
乾燥工程に供給される粒子状含水ゲルの温度(以下、「ゲル温度」と称する)は、好ましくは30℃以上であり、以下順に、40℃以上、50℃以上が好ましく、55℃以上が最も好ましい。またゲル温度は、好ましくは120℃以下であり、以下順に、100℃以下、90℃以下、80℃以下が好ましく、70℃以下が最も好ましい。上記ゲル温度を上記の温度範囲内とすることで、乾燥助剤の混合性や粒子状含水ゲルのゲル分散性や流動性が向上するため、本発明の攪拌乾燥がより効率的に実施される。なお、上記ゲル温度は、粒子状含水ゲルが乾燥工程に供給される直前に、接触温度計のセンサー部を粒子状含水ゲルに接触させることで測定される。当該ゲル温度は、安定した時点の温度を指す。
本工程は、上述した工程を経て得られる粒子状含水ゲルを乾燥させて、所望する固形分の乾燥重合体を得る工程である。なお、当該「固形分」とは、乾燥減量(試料1.0gを180℃で3時間乾燥した際の質量変化)から算出される値を意味する。
本発明に係る吸水剤の製造方法は、乾燥助剤を含有する粒子状含水ゲル状架橋重合体を乾燥させる乾燥工程を含む。上記乾燥助剤は、(a)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第4級窒素及び1個の酸基を有し且つベタイン構造を有する化合物、及び/又は、(b)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第3級窒素及び1個以上の酸基を有する化合物である。なお、上記(a)及び(b)で規定される化合物の分子量は、いずれも好ましくは100〜800、より好ましくは100〜650、更に好ましくは100〜500である。本発明において、この乾燥助剤を含有する粒子状含水ゲル状架橋重合体を、「吸水性樹脂の中間体組成物」と称する。
本発明の乾燥工程における乾燥温度は、乾燥速度の観点から、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上、更に好ましくは140℃以上、特に好ましくは160℃以上である。また、該乾燥温度は、乾燥重合体の劣化や着色、及び、吸水剤の性能の観点から、好ましくは250℃以下、より好ましくは230℃以下、更に好ましくは200℃以下である。なお、この乾燥温度は、通常、熱媒の温度で規定される。例えば、熱風乾燥の場合は熱風の温度で規定される。しかし、熱媒温度では規定できないマイクロ波乾燥等の場合、乾燥温度は、粒子状含水ゲルの温度で規定される。また、当該乾燥温度は、乾燥工程を通して一定温度でもよいし、乾燥途中で適宜変更してもよい。
上記粒子状含水ゲルの乾燥方法として、例えば、伝導伝熱乾燥、対流伝熱乾燥(熱風乾燥)、放射伝熱乾燥、減圧乾燥、疎水性有機溶媒との共沸脱水による乾燥、高温の水蒸気を用いた過熱水蒸気乾燥等が公知の方法として挙げられる。
本発明で使用される乾燥装置は、上記攪拌乾燥が可能な攪拌型乾燥装置であって、該乾燥装置内の被乾燥物が攪拌翼や回転円筒等の攪拌手段により流動される形態であればよい。この攪拌型乾燥装置として、例えば、一軸又は二軸のディスク型乾燥機、一軸又は二軸のパドル型乾燥機、ロータリードライヤー、ロータリーキルン、チューブドライヤ等が挙げられる。具体的には、ソリッドエアー(ホソカワミクロン株式会社製)、CDドライヤー(株式会社栗本鐵工所製)、パドルドライヤー(株式会社奈良機械製作所製)、スチームチューブドライヤー(月島機械株式会社製)、ロータリーキルン(株式会社栗本鐵工所製)、ロータリードライヤー(株式会社大川原製作所製)等の攪拌型乾燥装置を使用することができる。
本工程は、上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を粉砕(粉砕工程)し、所望する範囲の粒度に調整(分級工程)して、吸水性樹脂粉末を得る、任意の工程である。なお、当該粉砕工程は、粉砕対象である乾燥重合体が乾燥工程を経ている点で、上記〔2−3〕のゲル粉砕工程とは異なる。なお、本発明は、粒子状含水ゲルに特定の乾燥助剤を添加して攪拌乾燥を行うため、乾燥後の粉砕工程や分級工程が不要となる場合もある。また、粉砕時の負荷が低減されるため、目的外の微粉発生を効果的に抑制することができる。
本工程は、上記吸水性樹脂粉末の表層部において架橋反応を行う工程である。好ましくは、この表面架橋工程は、上記吸水性樹脂粉末の表層部(吸水性樹脂粉末の表面から内部に数10μmまでの部分)に、架橋密度の高い部分を更に設ける工程である。好ましくは、本工程は、熱処理工程を含む。より好ましくは、本工程は、混合工程、熱処理工程及び冷却工程を含む。当該表面架橋工程において、吸水性樹脂粉末の表層部でラジカル架橋、モノマー重合、表面架橋剤との架橋反応等が行われることで、表面架橋された吸水性樹脂(以下、「吸水性樹脂粒子」と称する)が得られる。
本工程は、上記乾燥工程、粉砕工程及び分級工程を経た吸水性樹脂粉末と表面架橋剤とを混合装置内で混合して、混合物を得る工程である。
この混合工程に供される吸水性樹脂粉末の含水率は、後述する表面架橋剤との混合性の観点から、好ましくは20質量%以下、より好ましくは1質量%〜15質量%、更に好ましくは1質量%〜10質量%、特に好ましくは1質量%〜8質量%である。吸水性樹脂粉末の含水率は、表面架橋工程の混合工程に供される直前に測定される。
上記表面架橋剤として、例えば、米国特許第7183456号等に記載された表面架橋剤が適用される。これらの中から反応性等を考慮して、1種又は2種以上の表面架橋剤が選択される。また、表面架橋剤の取扱性や吸水剤の吸水性能の観点から、好ましくは吸水性樹脂のカルボキシル基と反応して、共有結合を形成する官能基を2以上有する有機化合物が選択される。具体的には、多価アルコール化合物、エポキシ化合物、多価アミン化合物、多価アミン化合物とハロエポキシ化合物との縮合物、オキサゾリン化合物、オキサゾリジノン化合物、アルキレンカーボネート化合物、多価グリシジル化合物、オキセタン化合物、ビニルエーテル化合物、環状尿素化合物等が挙げられる。
上記吸水性樹脂粉末と表面架橋剤溶液との好ましい混合方法として、例えば、当該表面架橋剤溶液を吸水性樹脂粉末に対して噴霧する方法、又は当該表面架橋剤溶液を吸水性樹脂粉末に滴下する方法が挙げられる。より好ましくは噴霧して混合する方法が選択される。
本工程は、上記混合工程で得られた混合物を熱処理して、表面架橋された吸水性樹脂(以下、「吸水性樹脂粒子」と称する)を得る工程である。
上記混合物を加熱する方法として、例えば、当該混合物を静置状態で加熱する方法、攪拌混合下で加熱する方法等が挙げられる。混合物全体が均等に加熱されるという観点から、攪拌混合下で加熱する方法が好ましい。なお、本工程で使用される装置として、好ましくはパドルドライヤー、マルチフィンプロセッサー、タワードドライヤー等が挙げられる。
本工程は、上記熱処理工程後に、必要に応じて設置される任意の工程である。本工程において、吸水性樹脂粒子が強制冷却されるため、その表層部で進行中の表面架橋反応が速やかに終了される。
上記吸水性樹脂粒子を冷却する方法として、例えば、当該吸水性樹脂粒子を静置状態で冷却する方法、攪拌混合下で冷却する方法等が挙げられる。吸水性樹脂粒子全体に均等に、速やかに冷却されるという観点から、攪拌混合下で冷却する方法が好ましい。なお、本工程で使用される装置として、好ましくはパドルドライヤー、マルチフィンプロセッサー、タワードドライヤー等が挙げられる。
本工程は、吸水剤に様々な付加機能を付与することや、吸水性能の向上を目的として実施される、任意の工程である。この工程において、上記表面架橋工程で得られた吸水性樹脂粒子に、キレート剤、有機還元剤、無機還元剤、酸化剤、ヒドロキシカルボン酸化合物、界面活性剤、リン原子を有する化合物、金属石鹸等の有機粉末、消臭剤、抗菌剤、パルプや熱可塑性繊維、多価金属塩、カチオン性ポリマー、無機微粒子等の添加剤が添加される。当該添加剤は、添加効果の観点から、吸水性樹脂粒子の表面に存在させることが好ましい。したがって、この添加工程は、好ましくは、上記表面架橋工程と同時に、又は上記表面架橋工程後に実施される。より好ましくは、この添加工程は、上記表面架橋工程後に実施される。
上述した工程以外に、必要に応じて、整粒、微粉除去、造粒、微粉リサイクル、除鉄等の工程を設けてもよい。また、輸送、貯蔵、梱包、保管等の工程から選ばれるすくなくとも1の工程を更に含むこともできる。
本発明に係る製造方法で得られる吸水剤を、紙オムツ等の吸収性物品の吸収体用途に用いる場合、好ましくは、下記に掲げた物性のうち、〔3−1〕CRC(遠心分離機保持容量)、〔3−2〕AAP(加圧下吸水倍率)及び〔3−6〕色調(White Balance)を所望する範囲内に制御する。また、これらの物性を満たした上で、〔3−3〕Ext(水可溶分)、〔3−4〕粒度及び〔3−5〕Moisture Content(含水率)のうち少なくとも1、好ましくは2以上、より好ましくは全ての物性を、所望する範囲内に制御する。
本発明の吸水剤のCRC(遠心分離機保持容量)は、通常は5g/g以上、好ましくは10g/g以上、より好ましくは20g/g以上、更に好ましくは25g/g以上である。また、他の物性とのバランスを考慮して、CRCは、好ましくは60g/g以下、より好ましくは55g/g以下、更に好ましくは50g/g以下である。
本発明の吸水剤のAAP(加圧下吸水倍率)は、好ましくは10g/g以上、より好ましくは20g/g以上、更に好ましくは30g/g以上である。また、他の物性とのバランスを考慮して、AAP2.06kPaは、好ましくは50g/g以下、より好ましくは45g/g以下、更に好ましくは40g/g以下である。
本発明の吸水剤のExt(水可溶分)は、通常は50質量%以下、好ましくは35質量%以下、より好ましくは25質量%以下、更に好ましくは15質量%以下である。また、下限は特に限定されないが、Extは、好ましくは0質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上である。
本発明の吸水剤の粒度(PSD(粒度分布)、D50(質量平均粒子径)及びσζ(粒度分布の対数標準偏差)は、以下の範囲内であることが好ましい。
本発明の吸水剤のMoisture Content(含水率)は、好ましくは0質量%を超えて15質量%以下、より好ましくは1質量%〜13質量%、更に好ましくは2質量%〜10質量%、特に好ましくは2質量%〜9質量%である。
本発明の吸水剤の色調(White Balance/以下、「WB」と略記する)は、好ましくは69以上、より好ましくは71以上、更に好ましくは73以上である。また、上限は85以下である。
本発明の吸水剤は、好ましくは紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パッド等の吸収性物品の吸収体、食品等のドリップシート等の包装用品、工業用の止水剤、農園芸用の保水剤等の用途に用いられる。
以下、吸水剤及び含水ゲルの物性測定方法について記載する。なお、測定対象物が、乾燥重合体、吸水性樹脂粉末、吸水性樹脂粒子である場合には、それぞれ吸水剤を測定対象物に読み替えて適用する。
吸水剤のCRC(遠心分離機保持容量)は、EDANA法(ERT441.2−02)に準拠して測定した。なお、乾燥重合体についても同様に測定した。
吸水剤のAAP(加圧下吸水倍率)を、EDANA法(ERT442.2−02)に準拠して測定した。
ゲルExt(含水ゲルの水可溶分)を、EDANA法(ERT470.2−02)に準拠して測定した。なお、測定に当たり、試料の量を2.0gに変更し、測定値をゲル固形分で補正した。
吸水剤の含水率を、EDANA法(ERT430.2−02)に準拠して測定した。なお、測定に当たり、試料の量を1.0g、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更した。
吸水剤の固形分及び含水ゲルのゲル固形分は、EDANA法(ERT430.2−02)で規定される「Moisture Content(含水率)」を100から減ずることで求めた(単位;質量%)。なお、吸水剤の測定にあたり、試料量を1.0g、乾燥温度を180℃にそれぞれ変更した。また、含水ゲルの測定に当たり、試料量を2.0g、乾燥温度を180℃、乾燥時間を24時間にそれぞれ変更したつまり、上記(100−含水率)で求められる値を、吸水剤については固形分(単位;質量%)、含水ゲルについてはゲル固形分(単位;質量%)とした。
吸水剤の色調(WB;White Balance)は、以下の手順にしたがって測定した。先ず、測定装置として、分光式色差計(日本電色工業株式会社製;SZ−Σ80)を用いた。また、測定条件として、反射測定を選択した。なお、上記分光式色差計には、粉末・ペースト試料用容器(内径30mm、高さ12mm)、粉末・ペースト試料用標準丸白板No.2及び30Φ(直径30mm)の投光パイプが備えられている。次に、上記粉末・ペースト試料用容器に、吸水剤5gを充填した後、室温(20℃〜25℃)、相対湿度50%RHの雰囲気下で、吸水剤の表面の色調(WB)を測定した。なお、吸水剤の色調(WB)は、製造後1週間以内に測定した。
含水ゲルの重合率は、以下の手順にしたがって測定した。先ず、脱イオン水1000gに含水ゲル1.00gを投入し、300rpmで2時間攪拌した。その後、濾過することで不溶分を取り除いた。この操作で得られた濾液中に抽出された単量体の量を、液体クロマトグラフを用いて測定した。得られたデータについて、下記(数式3)にしたがって、ゲル固形分補正によって、重合率C(単位;質量%)を算出した。
重合率C(質量%)=100×{1−m/(α・M/100)} ・・・ (数式3)
ここで、(数式3)中、mは単量体の質量(単位;g)、Mは含水ゲルの質量(単位;g)、αは含水ゲルのゲル固形分(単位;質量%)である。
容量1L、内径80mmのポリプロピレン製の容器に、アクリル酸368g、48.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液307g、脱イオン水303g、及び、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0.8gを入れて混合し、単量体水溶液(1)を調製した。上記ポリエチレングリコールジアクリレートのエチレンオキシドの平均付加モル数nは9であり、添加量はアクリル酸に対して0.03モル%であった。
上記製造例(1)で得られた粒子状の含水ゲル(1)について、下記の乾燥を行った。なお、乾燥装置には、容量5Lの攪拌型乾燥機(株式会社栗本鐵工所製;CDドライヤー、型式;CD−80)を使用した。このCDドライヤーは、攪拌盤の回転軸及びジャケットの温度をそれぞれ180℃とし、回転数30rpmとした。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.0質量%のラウリン酸アミドプロピルベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)20AB)水溶液に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(2)及び吸水剤(2)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(2)の含水率は、2.0質量%であった。また、吸水剤(2)の諸物性を表1に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、4.0質量%の2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)20YB)水溶液に変更し、更にその添加量を0.08kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.15質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(3)及び吸水剤(3)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(3)の含水率は、2.0質量%であった。また、吸水剤(3)の諸物性を表1に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、2.7質量%のステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)86B)水溶液に変更し、更にその添加量を0.02kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.02質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(4)及び吸水剤(4)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(4)の含水率は、2.7質量%であった。また、吸水剤(4)の諸物性を表1に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.0質量%のヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)55AB)水溶液に変更し、更にその添加量を0.03kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.04質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(5)及び吸水剤(5)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(5)の含水率は、2.5質量%であった。また、吸水剤(5)の諸物性を表1に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.0質量%のラウリルヒドロキシスルホベタイン(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)20HD)水溶液に変更し、更にその添加量を0.03kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.04質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(6)及び吸水剤(6)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(6)の含水率は、2.5質量%であった。また、吸水剤(6)の諸物性を表1に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、2.8質量%のラウリルアミノジ酢酸モノナトリウム(日油株式会社製;ニッサンアノン(登録商標)LA)水溶液に変更し、更にその添加量を0.15kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(7)及び吸水剤(7)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(7)の含水率は、2.0質量%であった。また、吸水剤(7)の諸物性を表1に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、10.0質量%のトリメチルグリシン水溶液に変更し、更にその添加量を0.08kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物同士の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.0質量%の塩化セチルトリメチルアンモニウム(花王株式会社製;コータミン(登録商標)60W)水溶液に変更し、更にその添加量を0.14kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物同士の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
実施例1において、アンヒトール20BSの添加量を、0.14kg/hrから0.75kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%から1.10質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較吸水性樹脂粉末(3)及び比較吸水剤(3)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(3)の含水率は、1.5質量%であった。また、比較吸水剤(3)の諸物性を表1に示す。
上記製造例(1)で得られた粒子状の含水ゲル(1)について、下記の乾燥を行った。なお、乾燥装置には、容量110Lの攪拌型乾燥機(ホソカワミクロン株式会社製;ソリッドエアー、型式;SJS−10−6)を使用した。このソリッドエアーは、水平円筒状の乾燥機であり、その内径は0.25mであり、乾燥機の中心部にシャフト(直径0.1m)と、乾燥機外周にジャケットを備えており、それぞれ予め180℃に調温し、シャフト回転数600rpmとした。
実施例1において、アンヒトール20BSの添加量を、0.14kg/hrから0.36kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%から0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(9)及び吸水剤(9)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(9)の含水率は、1.3質量%であった。また、吸水剤(9)の諸物性を表1に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.4質量%のラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(日油株式会社製;ニッサンアノン(登録商標)BL)水溶液に変更し、更にその添加量を0.13kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(10)及び吸水剤(10)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(10)の含水率は、1.8質量%であった。また、吸水剤(10)の諸物性を表2に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.5質量%のラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(東邦化学工業株式会社製;オバゾリン(登録商標)LB−SF)水溶液に変更し、更にその添加量を0.13kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(11)及び吸水剤(11)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(11)の含水率は、1.8質量%であった。また、吸水剤(11)の諸物性を表2に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.5質量%のラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン(日油株式会社製;ニッサンアノン(登録商標)BL−SF)水溶液に変更し、更にその添加量を0.13kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(12)及び吸水剤(12)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(12)の含水率は、1.9質量%であった。また、吸水剤(12)の諸物性を表2に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.1質量%のラウリン酸アミドプロピルベタイン(新日本理化株式会社製;リカビオン(登録商標)B−300)水溶液に変更し、更にその添加量を0.15kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(13)及び吸水剤(13)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(13)の含水率は、2.0質量%であった。また、吸水剤(13)の諸物性を表2に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、2.8質量%のラウリン酸アミドプロピルベタイン(日油株式会社製;ニッサンアノン(登録商標)BDL−SF)水溶液に変更し、更にその添加量を0.16kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、吸水性樹脂粉末(14)及び吸水剤(14)を得た。得られた吸水性樹脂粉末(14)の含水率は、1.8質量%であった。また、吸水剤(14)の諸物性を表2に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、9.9質量%のステアリルアミンアセテート(花王株式会社製;アセタミン(登録商標)86)水溶液に変更し、更にその添加量を0.11kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着や、被乾燥物同士の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、10.0質量%のラウリルグリコールカルボン酸ナトリウム(三洋化成工業株式会社製;ビューライト(登録商標)SHAA)水溶液に変更し、更にその添加量を0.11kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物同士の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、3.5質量%のラウリルジメチルアミンオキサイド(花王株式会社製;アンヒトール(登録商標)20N)水溶液に変更し、更にその添加量を0.32kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
実施例1において、アンヒトール20BSの添加量を、0.14kg/hrから0.51kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.20質量%から0.70質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較吸水性樹脂粉末(7)及び比較吸水剤(7)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(7)の含水率は、1.7質量%であった。また、比較吸水剤(7)の諸物性を表2に示す。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、10.0質量%のポリエチレングリコール600(重量平均分子量570〜630)水溶液に変更し、更にその添加量を0.11kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、10.0質量%のポリエチレングリコール20000(重量平均分子量20000±5000)水溶液に変更し、更にその添加量を0.11kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較吸水性樹脂粉末(9)及び比較吸水剤(9)を得た。得られた比較吸水性樹脂粉末(9)の含水率は、7.9質量%であった。また、比較吸水剤(9)の諸物性を表2に示す。なお、CDドライヤーから排出される比較乾燥重合体(9)中には、内部が未乾燥状態である粗大粒子(以下、「未乾燥物」という)が含まれていた。そのため、当該比較乾燥重合体(9)をロールミルで粉砕した際、未乾燥物がロールミルに付着してしまい、過負荷で停止することが頻繁に発生した。
実施例1において、3.1質量%のアンヒトール20BS水溶液を、10.0質量%のポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート(花王株式会社製;レオドールスーパー(登録商標)S120V)水溶液に変更し、更にその添加量を0.11kg/hr(含水ゲル(1)のゲル固形分に対しては0.50質量%)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。結果、比較例1と同様に、CDドライヤーへの被乾燥物の付着、被乾燥物同士の凝集又は塊状化が短時間で発生した。そのため、攪拌が困難となり過負荷となったため、CDドライヤーの停止を余儀なくされ、乾燥することができなかった。
表1及び2に示される通り、本願請求項1に規定する特定の構造を有する乾燥助剤が添加された実施例1−14では、添加量が少量でも高いゲル分散性が得られ、効率よく攪拌乾燥することができた。これに対して、比較例1が示すように、ベタインではあるが上記特定の構造を有していないトリメチルグリシンを添加しても、攪拌乾燥が困難になるほどゲル分散性は低く、乾燥できなかった。また、比較例2が示すように、第4級アンモニウム塩を添加した場合も、攪拌乾燥が困難になるほどゲル分散性は低く、乾燥できなかった。また、例えば実施例1の添加量は、比較例3に対して5分の1以下であるが、実施例1ではゲル分散性がよく、効率的に攪拌乾燥することができた。一方、添加量が0.5質量%を超える比較例3及び比較例7では、添加量が0.5質量%以下の実施例1及び9と比較して、表面架橋後の吸水剤の色調(WB)が大きく低下するだけではなく、加圧下吸水倍率(AAP)までが急激に低下した。
Claims (7)
- 単量体水溶液を重合させて、含水ゲル状架橋重合体を得る重合工程と、この重合工程後に乾燥助剤を添加して得られる乾燥助剤を含有する粒子状含水ゲル状架橋重合体を乾燥させる乾燥工程とを含む、吸水剤の製造方法であって、
上記乾燥助剤が、(a)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第4級窒素及び1個の酸基を有し且つベタイン構造を有する化合物、及び/又は、(b)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第3級窒素及び1個以上の酸基を有する化合物であり、
上記化合物(a)及び(b)が、下記一般式(1)から(3)からなる群から選択される1以上であり、
上記乾燥助剤の添加量が、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体のゲル固形分に対して、0.001質量%〜0.5質量%であり、
上記乾燥工程を経て得られる吸水性樹脂粉末を表面架橋することを特徴とする、吸水剤の製造方法。 - 上記乾燥工程に供給される上記粒子状含水ゲル状架橋重合体の粒子径が、25μm以上2000μm以下である、請求項1に記載の製造方法。
- 上記乾燥工程の前に、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕するゲル粉砕工程を更に含んでおり、
上記乾燥助剤が、上記ゲル粉砕工程の後に添加される、請求項1又は2に記載の製造方法。 - 上記乾燥工程における乾燥方法が攪拌乾燥である、請求項1から3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 上記乾燥工程に供給される粒子状含水ゲル状架橋重合体の重合率が70質量%以上であり、且つ、該粒子状含水ゲル状架橋重合体のゲルExtが20質量%以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載の製造方法。
- (a)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第4級窒素及び1個の酸基を有し且つベタイン構造を有する化合物、及び/又は、(b)分子内に、炭素数8以上の長鎖アルキル基、1個の第3級窒素及び1個以上の酸基を有する化合物からなる乾燥助剤と、粒子状含水ゲル状架橋重合体とを含み、
上記粒子状含水ゲル状架橋重合体が、重合後のゲル粉砕により形成された破断面を有しており、上記乾燥助剤がこの破断面に付着しており、
上記化合物(a)及び(b)が、下記一般式(1)から(3)からなる群から選択される1以上であり、
上記乾燥助剤の含有量が、上記粒子状含水ゲル状架橋重合体のゲル固形分に対して、0.001質量%〜0.5質量%であることを特徴とする、吸水性樹脂の中間体組成物。 - 上記粒子状含水ゲル状架橋重合体の粒子径が25μm以上2000μm以下である請求項6に記載の中間体組成物。
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