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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022127922
(43)【公開日】2022-09-01
(54)【発明の名称】吸水性樹脂粒子を製造する方法
(51)【国際特許分類】
   C08J 3/12 20060101AFI20220825BHJP
   C08L 101/14 20060101ALI20220825BHJP
【FI】
C08J3/12 A
C08L101/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021026165
(22)【出願日】2021-02-22
(71)【出願人】
【識別番号】000195661
【氏名又は名称】住友精化株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100140578
【弁理士】
【氏名又は名称】沖田 英樹
(72)【発明者】
【氏名】西田 萌
【テーマコード(参考)】
4F070
4J002
【Fターム(参考)】
4F070AA29
4F070AB13
4F070DA48
4F070DB03
4F070DB06
4F070DB09
4F070DC06
4F070DC07
4F070DC11
4J002BC121
4J002BG011
4J002BG071
4J002BG131
4J002BH001
4J002GD03
(57)【要約】
【課題】造粒粒子を含む吸水性樹脂粒子を製造する方法であって、重合体微粉に対する水性液の量が少量(例えば、重合体微粉のうち水を除いた部分と水性液との合計質量に対して10~45質量%)である場合であっても、優れた吸水性能を有する吸水性樹脂粒子を得ることができる方法を提供すること。
【解決手段】造粒粒子を含む吸水性樹脂粒子を製造する方法が開示される。当該方法は、重合体微粉と、水を含み、温度が0℃以上40℃未満である水性液と、を混合することにより混合物を形成し、混合物を混錬することにより、重合体微粉の凝集物を得る工程と、凝集物から水の少なくとも一部を除去することにより、乾燥させた凝集物を得る工程と、乾燥させた凝集物を粉砕して、造粒粒子を形成する工程と、を含む。当該方法において、重合体微粉と混合される水性液の量は、重合体微粉のうち水を除いた部分と水性液との合計質量に対して10~45質量%である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
造粒粒子を含む吸水性樹脂粒子を製造する方法であって、当該方法が、
重合体微粉と、水を含み、温度が0℃以上40℃未満である水性液と、を混合することにより混合物を形成し、前記混合物を混練することにより、前記重合体微粉の凝集物を得る工程と、
前記凝集物から水の少なくとも一部を除去することにより、乾燥させた前記凝集物を得る工程と、
乾燥させた前記凝集物を粉砕して、造粒粒子を形成する工程と、
を含み、
前記重合体微粉と混合される前記水性液の量が、前記重合体微粉のうち水を除いた部分と前記水性液との合計質量に対して10~45質量%である、方法。
【請求項2】
前記重合体微粉の温度が70℃未満である、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記重合体微粉と混合される前記水性液の温度が、15℃以上である、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項4】
前記重合体微粉の前記凝集物を得る工程において得られる前記凝集物のうち、目開き31.5mmの篩を通過しない部分の割合が10質量%以下で、目開き180μmの篩を通過する部分の割合が25質量%未満である、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、吸水性樹脂粒子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、尿等の水を主成分とする液体を吸収するための吸収性物品には、吸水性樹脂粒子を含有する吸収体が用いられている。吸水性樹脂粒子の製造工程中に発生した微粉を凝集させて、吸収性物品への適用に適した粒子径を有する造粒粒子を形成することがある。造粒粒子は、例えば、水性液を加熱しておき、かつ、該加熱した水性液と吸水性樹脂粉末とを高速混合する工程を含む製造方法によって得ることができる(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平11-106514号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
吸水性樹脂粒子に用いる造粒粒子を製造する場合、重合体微粉と混合する水性液の量は、乾燥効率を高める観点から少量であることが好ましい。しかし、水性液の量が少なすぎると、重合体微粉と水性液とを均一に混合しにくいため、造粒粒子を得ることが困難となる。
【0005】
そこで、本発明の一側面は、造粒粒子を含む吸水性樹脂粒子を製造する方法であって、重合体微粉に対する水性液の量が少量(例えば、重合体微粉のうち水を除いた部分と水性液との合計質量に対して10~45質量%)である場合であっても、優れた吸水性能を有する吸水性樹脂粒子を得ることができる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面は、造粒粒子を含む吸水性樹脂粒子を製造する方法を提供する。当該方法は、重合体微粉と、水を含み、温度が0℃以上40℃未満である水性液と、を混合することにより混合物を形成し、混合物を混練することにより、重合体微粉の凝集物を得る工程と、凝集物から水の少なくとも一部を除去することにより、乾燥させた凝集物を得る工程と、乾燥させた凝集物を粉砕して、造粒粒子を形成する工程と、を含む。当該方法において、重合体微粉と混合される水性液の量は、重合体微粉のうち水を除いた部分と水性液との合計質量に対して10~45質量%である。
【発明の効果】
【0007】
本発明の一側面によれば、造粒粒子を含む吸水性樹脂粒子を製造する方法であって、重合体微粉に対する水性液の量が少量(例えば、重合体微粉のうち水を除いた部分と水性液との合計質量に対して10~45質量%)である場合であっても、優れた吸水性能を有する吸水性樹脂粒子を得ることができる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】加圧下吸収倍率の測定方法を示す概略図である。
図2】吸水性樹脂粒子の無加圧DWの測定装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【0010】
本明細書において「(メタ)アクリル」はアクリル及びメタクリルの両方を意味する。「アクリレート」及び「メタクリレート」も同様に「(メタ)アクリレート」と表記する。他の類似の用語も同様である。「(ポリ)」とは、「ポリ」の接頭語がある場合及びない場合の双方を意味するものとする。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。「水溶性」とは、25℃において水に5質量%以上の溶解性を示すことをいう。本明細書に例示する材料は、1種単独で用いられてもよく、2種以上を組み合わせて用いられてもよい。「生理食塩水」とは、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液をいう。篩はJIS標準篩を意味する。「乾燥」とは、目的のものから水の少なくとも一部を除去することをいう。
【0011】
吸水性樹脂粒子を製造する方法の一実施形態は、重合体微粉と、水を含み、温度が0℃以上40℃未満である水性液と、を混合することにより混合物を形成し、混合物を混合機内で混練することにより、重合体微粉の凝集物を得る工程と、混合機から取り出された凝集物から水の少なくとも一部を除去することにより、乾燥させた凝集物を得る工程と、乾燥させた凝集物を粉砕して、造粒粒子を形成する工程と、を含む。当該方法において、重合体微粉と混合される水性液の量は、重合体微粉のうち水を除いた部分と水性液との合計質量に対して10~45質量%である。
【0012】
[重合体微粉]
架橋重合体を含有する乾燥ゲルを粉砕し、粉砕された乾燥ゲルを、粒度分布の異なる2以上の粒子群に分級することによって重合体微粉が回収される。以下、重合体微粉を得る方法の例について詳述する。含水ゲル状重合体は、例えば、単量体及び水を含む単量体水溶液である反応液中で単量体を重合させることによって形成される。
【0013】
単量体は、エチレン性不飽和単量体を含んでもよく、エチレン性不飽和単量体は水溶性エチレン性不飽和単量体であってもよい。エチレン性不飽和単量体の例としては、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸等の不飽和カルボン酸及びその塩などのカルボン酸系単量体;(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の非イオン性単量体;N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジエ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、及び、その第四級化物;ビニルスルホン酸、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、及び、それらの塩等のスルホン酸系単量体が挙げられる。エチレン性不飽和単量体は、(メタ)アクリル酸及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも一種の(メタ)アクリル酸化合物を含むことができる。不飽和カルボン酸((メタ)アクリル酸等)の塩は、例えば、アルカリ金属塩(ナトリウム塩、カリウム塩等)、又はアンモニウム塩であってもよい。
【0014】
酸基を有するエチレン性不飽和単量体(例えば(メタ)アクリル酸)は、酸基が予め中和剤(アルカリ性中和剤)により中和されていてもよい。中和剤の例としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属塩;アンモニアが挙げられる。中和剤は、これら成分の水溶液であってもよい。エチレン性不飽和単量体の酸基は、エチレン性不飽和単量体の重合前、重合中、又は重合後に中和してもよい。
【0015】
エチレン性不飽和単量体の中和度は、浸透圧を高めることにより、良好な吸水性能を得やすい観点、及び、安全性を高める観点から、10モル%以上、30モル%以上、50モル%以上、又は60モル%以上であってよく、100モル%以下、90モル%以下、85モル%以下、又は80モル%以下であってもよい。本明細書において中和度とは、重合に用いられたエチレン性不飽和単量体が有する全ての酸基に対する中和度を意味する。
【0016】
反応液中の単量体(例えば(メタ)アクリル酸化合物)の含有量は、反応液の全質量を基準として、10質量%以上、15質量%以上、20質量%以上、25質量%以上、30質量%以上、又は35質量%以上であってもよい。反応液中の単量体の含有量は、60質量%以下、55質量%以下、50質量%以下、45質量%以下、又は40質量%以下であってもよい。
【0017】
(メタ)アクリル酸化合物の含有量は、反応液に含まれる単量体の合計量、又は、反応液に含まれるエチレン性不飽和単量体の合計量を基準として、50モル%以上、70モル%以上、90モル%以上、95モル%以上、97モル%以上、又は、99モル%以上であってもよい。反応液に含まれる単量体は、実質的に(メタ)アクリル酸化合物からなる態様、すなわち反応液に含まれる単量体の100モル%が(メタ)アクリル酸化合物である態様であってもよい。
【0018】
反応液は、重合開始剤を含有してもよい。重合開始剤を含む反応液を加熱又は露光することによって重合反応を開始してよい。重合開始剤としては、光重合開始剤、熱ラジカル重合開始剤、又はこれらの組み合わせであってもよい。重合開始剤が水溶性であってもよい。熱ラジカル重合開始剤は、吸水性能を高めやすい観点から、アゾ系化合物及び過酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでもよい。
【0019】
アゾ系化合物の例としては、2,2’-アゾビス[2-(N-フェニルアミジノ)プロパン]二塩酸塩、2,2’-アゾビス{2-[N-(4-クロロフェニル)アミジノ]プロパン}二塩酸塩、2,2’-アゾビス{2-[N-(4-ヒドロキシフェニル)アミジノ]プロパン}二塩酸塩、2,2’-アゾビス[2-(N-ベンジルアミジノ)プロパン]二塩酸塩、2,2’-アゾビス[2-(N-アリルアミジノ)プロパン]二塩酸塩、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’-アゾビス{2-[N-(2-ヒドロキシエチル)アミジノ]プロパン}二塩酸塩、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]二塩酸塩、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’-アゾビス[2-(4,5,6,7-テトラヒドロ-1H-1,3-ジアゼピン-2-イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’-アゾビス[2-(5-ヒドロキシ-3,4,5,6-テトラヒドロピリミジン-2-イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’-アゾビス{2-[1-(2-ヒドロキシエチル)-2-イミダゾリン-2-イル]プロパン}二塩酸塩、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]二硫酸塩二水和物、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]四水和物、2,2’-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]が挙げられる。アゾ系化合物は、良好な吸水性能が得られやすい観点から、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミド)二塩酸塩、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’-アゾビス{2-[1-(2-ヒドロキシエチル)-2-イミダゾリン-2-イル]プロパン}二塩酸塩、及び、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]四水和物からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでもよい。
【0020】
過酸化物の例としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩;メチルエチルケトンパーオキシド、メチルイソブチルケトンパーオキシド、ジ-t-ブチルパーオキシド、t-ブチルクミルパーオキシド、t-ブチルパーオキシアセテート、t-ブチルパーオキシイソブチレート、t-ブチルパーオキシピバレート等の有機過酸化物が挙げられる。過酸化物は、良好な吸水性能を有する吸水性樹脂粒子が得やすい観点、及び、吸水性樹脂粒子に含まれる未反応の単量体量を低減しやすい観点から、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、及び、過硫酸ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでもよい。
【0021】
重合開始剤の含有量は、良好な吸水性能を有する吸水性樹脂粒子を得やすい観点、及び、吸水性樹脂粒子に含まれる未反応の単量体量を低減しやすい観点から、単量体(例えば(メタ)アクリル酸化合物)1モルに対して、0.001ミリモル以上、0.005ミリモル以上、0.01ミリモル以上、0.05ミリモル以上、0.1ミリモル以上、0.15ミリモル以上、0.3ミリモル以上、又は0.5ミリモル以上であってもよい。重合開始剤の含有量は、良好な吸水性能を有する吸水性樹脂粒子を得やすい観点、及び、急激な重合反応を回避しやすい観点から、単量体(例えば(メタ)アクリル酸化合物)1モルに対して、5ミリモル以下、4ミリモル以下、2ミリモル以下、1ミリモル以下、0.9ミリモル以下、0.7ミリモル以下、又は0.6ミリモル以下であってもよい。
【0022】
反応液は、還元剤を含有してもよい。還元剤の例としては、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、硫酸第一鉄、L-アスコルビン酸が挙げられる。
【0023】
反応液は、酸化剤を含有してもよい。酸化剤の例としては、過酸化水素、過ホウ酸ナトリウム、過リン酸及びその塩、過マンガン酸カリウムが挙げられる。
【0024】
反応液は、単量体の重合により生成する重合体を架橋するための架橋剤を含有してもよい。単量体水溶液に含まれる架橋剤を内部架橋剤ということがある。内部架橋剤は、反応性官能基(例えば重合性不飽和基)を2個以上有する化合物であってもよい。内部架橋剤の例としては、(ポリ)エチレングリコール、(ポリ)プロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリンポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、(ポリ)グリセリン等のポリオールのジ又はトリ(メタ)アクリル酸エステル類;上記ポリオールと不飽和酸(マレイン酸、フマル酸等)とを反応させて得られる不飽和ポリエステル類;(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリンジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリントリグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリンポリグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基含有化合物;N,N’-メチレンビス(メタ)アクリルアミド等のビスアクリルアミド類;ポリエポキシドと(メタ)アクリル酸とを反応させて得られるジ又はトリ(メタ)アクリル酸エステル類;ポリイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等)と(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチルとを反応させて得られるジ(メタ)アクリル酸カルバミルエステル類;アリル化澱粉;アリル化セルロース;ジアリルフタレート;N,N’,N”-トリアリルイソシアヌレート;ジビニルベンゼン;ペンタエリスリトール;エチレンジアミン;ポリエチレンイミンが挙げられる。
【0025】
内部架橋剤の含有量は、良好な吸水性能が得られやすい観点から、エチレン性不飽和単量体(例えば(メタ)アクリル酸化合物)1モルに対して、0.001ミリモル以上、0.005ミリモル以上、0.01ミリモル以上、0.05ミリモル以上、0.1ミリモル以上、0.2ミリモル以上、又は0.3ミリモル以上であってもよい。内部架橋剤の含有量は、良好な吸水性能が得られやすい観点から、エチレン性不飽和単量体1モルに対して、5ミリモル以下、4ミリモル以下、3ミリモル以下、2ミリモル以下、1ミリモル以下、0.5ミリモル以下、又は0.4ミリモル以下であってもよい。
【0026】
反応液は、連鎖移動剤、増粘剤、無機フィラー等を更に含有してもよい。連鎖移動剤の例としては、チオール類、チオール酸類、第二級アルコール類、次亜リン酸、亜リン酸、アクロレインが挙げられる。増粘剤の例としては、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸中和物、ポリアクリルアミドが挙げられる。無機フィラーの例としては、金属酸化物、セラミック、粘度鉱物が挙げられる。
【0027】
重合反応中、反応液を撹拌しなくてもよく、撹拌してもよい。重合の形態は、例えば、回分、半連続、又は連続であってもよい。例えば、単量体水溶液を撹拌しない静置重合方式において連続重合を採用する場合、反応容器(例えば、ベルトコンベア状の反応容器)に単量体水溶液を連続的に供給しながら重合反応を行い、連続的に含水ゲル状重合体を得ることができる。
【0028】
重合反応中の反応液の温度、すなわち重合温度は、例えば、0~130℃又は10~110℃であってもよい。重合時間は、例えば、1~200分又は5~100分であってもよい。
【0029】
(粗砕工程)
反応液が重合反応の進行にともなってゲル化し、含水ゲル状重合体が形成される。形成された含水ゲル状重合体から水の一部を除去することにより、乾燥ゲルが形成される。含水ゲル状重合体を粗砕することと、粗砕された含水ゲル状重合体中の水の一部を除去することとを含む方法によって、乾燥ゲルを形成してもよい。含水ゲル状重合体を粗砕してから乾燥することで、含水ゲル状重合体からより効率的に水を除去することができる。
【0030】
含水ゲル状重合体の粗砕は、例えば、ニーダー(加圧式ニーダー、双腕型ニーダー等)、ミートチョッパー、カッターミル、又はファーマミルのような粗砕機を用いて行ってもよい。塊状の含水ゲル状重合体を例えば5cm角程度に予め裁断し、裁断された含水ゲル状重合体を粗砕してもよい。ニーダー等の装置によって撹拌重合により重合反応が行われる場合、単量体の重合と含水ゲル状重合体の粗砕とを実質的に同時に行ってもよい。粗砕された含水ゲル状重合体の最小幅は、例えば、0.2~15mm、又は1.0~10mmであってもよい。粗砕された含水ゲル状重合体の最大幅は、例えば、0.3~200mm、又は1.7~150mmであってもよい。
【0031】
含水ゲル状重合体から水を除去する、すなわち乾燥する方法は、例えば、自然乾燥、加熱乾燥、送風乾燥、凍結乾燥又はこれらの組み合わせであってもよい。常圧下又は減圧下で含水ゲル状重合体又はその粗砕物から水を除去してもよい。含水ゲル状重合体から水を除去するために用いられる乾燥装置は、例えば、熱風乾燥機、減圧乾燥機、通気ベルト式乾燥機、通気バンド型乾燥機、回転型通気乾燥機、撹拌乾燥機、流動層乾燥機、振動流動乾燥機、又は減圧乾燥機であってもよい。
【0032】
含水ゲル状重合体を乾燥させるための加熱温度(乾燥温度)、及び乾燥時間は、所定の含水率の乾燥ゲルが形成されるように調整することができる。例えば、乾燥温度の最高温度は、80℃以上、100℃以上、120℃以上、140℃以上、160℃以上、170℃以上、又は180℃以上であってもよく、250℃以下、220℃以下、200℃以下、190℃以下、又は180℃以下であってもよい。乾燥温度は、乾燥装置の設定温度、又は、含水ゲル状重合体の暴露雰囲気温度であってもよい。乾燥時間は、例えば、15分以上、20分以上、25分以上、又は30分以上であってよく、120分以下、90分以下、又は60分以下であってもよい。
【0033】
乾燥される前の含水ゲル状重合体の含水率は、得られる乾燥ゲルの含水率を調整しやすい観点、及び、含水ゲル状重合体中の固形性分の劣化を抑制する観点から、含水ゲル状重合体の全質量に対して50質量%以上、又は55質量%以上であってもよく、75質量%以下、70質量%以下、65質量%以下、又は60質量%以下であってもよい。乾燥される前の含水ゲル状重合体の含水率は、例えば、架橋重合体の重合に用いる単量体水溶液の水分量により調整することができる。
【0034】
乾燥ゲルの含水率は、例えば、15質量%以下、13質量%以下、又は11質量%以下であってもよい。本明細書において含水率とは、湿潤基準の水分割合、すなわち含水ゲル状重合体の全量に対する水分量の質量割合とする。
【0035】
乾燥ゲルは、目開き180μmの篩を通過する粒子を含む粉体が形成されるように粉砕される。乾燥ゲルの粉砕には、例えば、ローラーミル(ロールミル)、スタンプミル、ジェットミル、高速回転粉砕機(ハンマーミル、ピンミル、ロータミル、ロータビータミル等)、容器駆動型ミル(回転ミル、振動ミル、遊星ミル等)などの粉砕機を用いることができる。粉砕機は、粒子の最大粒子径を制御する開口部を有する粒子出口を備えていてもよい。粒子出口は、例えば、多孔板、スクリーン、又はグリッドであってもよい。開口部の最大径は、0.1~5mm、0.3~3.0mm、又は0.5~1.5mmであってもよい。
【0036】
粉砕された乾燥ゲルは、架橋重合体を含む重合体粒子の粉体であり、例えば、目開き180μmの篩を通過する粒子を含む重合体微粉と、目開き180μmの篩を通過しない粒子を含む粒子群とに分級される。重合体微粉は、分級前の粉体のうち、相対的に小さい粒子径を有する粒子の分画であり、主として、目開き180μmの篩を通過する粒子を含む。重合体微粉は、180μmの篩を通過しない粒子を更に含んでいてもよい。重合体微粉の全質量に対する目開き180μmの篩を通過する粒子の質量割合は、50質量%以上、70質量%以上、90質量%以上、又は95質量%以上であってもよい。重合体微粉の全質量に対する目開き180μmの篩を通過する粒子の質量割合は、100質量%以下であってもよい。
【0037】
ここで、「目開き180μmの篩を通過する粒子」は、目開き180μmのJIS標準篩に粉砕後に得られた重合体粒子を入れ、ロータップ式振とう器(株式会社飯田製作所製)を用いてJIS Z 8815(1994)に準じた条件で10分間分級した後、目開き180μmの篩を通過した粒子を意味する。
【0038】
粉砕された乾燥ゲルの分級は、例えば、篩分け、スクリーン分級、又は風力分級等の方法によって行うことができる。篩分けの場合、例えば、目開き106~180μmの最下段の篩と、最下段の篩の目開きよりも大きい目開きの最上段の篩とを含む2以上の篩の組み合わせによって、粉砕された乾燥ゲルを分級することができる。その場合、最下段の篩を通過した粒子を重合体微粉として回収してもよい。最下段の篩の目開きは、180μmであってもよいがこれに限られず、例えば120~180μmであってもよい。各篩上に残った粒子から構成される粒子群を、目開き180μmの篩を通過しない粒子を含む粒子群として回収することができる。この粒子群は、2以上の篩のうち、一部又は全部の篩上に残った粒子の混合物であることができる。例えば、最上段の篩上に残った粒子が粒子群から排除されてもよい。最上段の篩の目開きは、例えば850~1000μmであってもよい。目開き180μmの篩を通過しない粒子を含む粒子群は、造粒を必要とせずに、吸水性樹脂粒子の製品を得るために用いることができる。粉砕された乾燥ゲルの分級は、ロータップ式振とう器(株式会社飯田製作所製)を用いてJIS Z 8815(1994)に準じて行ってもよい。
【0039】
[造粒粒子]
重合体微粉と、水を含み、温度が0℃以上40℃未満である水性液と、を混合することにより混合物を形成することと、混合物を混練することにより、重合体微粉の凝集物を得ることと、凝集物から水の少なくとも一部を除去することにより、乾燥させた凝集物を得ることと、乾燥させた凝集物を粉砕して、造粒粒子を形成することと、を含み、重合体微粉と混合される水性液の量が、重合体微粉のうち水を除いた部分と水性液との合計質量に対して10~45質量%である方法によって、造粒粒子を得ることができる。
【0040】
重合体微粉は、例えば、粉砕された乾燥ゲルのうち、篩分けの分級を行い、最下段の篩を通過する粒子群であってもよく、粉砕された乾燥ゲルのうち目開き180μmの篩を通過する粒子群であってもよい。重合体微粉の含水率は、例えば、15質量%以下、13質量%以下、又は11質量%以下であってもよい。
【0041】
水性液の温度は、重合体微粉と水性液とが接触する時点における水性液の温度である。例えば、混合機内の重合体微粉に対して水性液の全量が一度に添加される場合、水性液を添加する直前の水性液の温度が、所定の範囲内となるように調整されていることによって、重合体微粉と温度が所定の範囲内の水性液とを混合することができる。混合機内の重合体微粉に対して水性液が少量ずつ添加される場合、重合体微粉又は混練されている混合物に接触する直前の水性液の温度が、所定の範囲内となるように調整されていることによって、重合体微粉と温度が所定の範囲内の水性液とを混合することができる。水性液を噴霧によって添加する場合、噴霧される直前の水性液の温度が、所定の範囲内となるように調整されていることによって、重合体微粉と温度が所定の範囲内の水性液とを混合することができる。
【0042】
水性液の温度は、優れた吸水性能を得やすい観点から、38℃以下、35℃以下、30℃以下、20℃以下、10℃以下、7℃以下、又は4℃以下であってもよい。同様の観点から、水性液の温度は、1℃以上、3℃以上、5℃以上、10℃以上、15℃以上、20℃以上、25℃以上、30℃以上、又は35℃以上であってもよい。
【0043】
重合体微粉と混合される水性液の量は、重合体微粉の乾燥固形分(重合体微粉のうち水を除いた部分)と水性液との合計質量に対して10~45質量%である。重合体微粉と混合される水性液の量は、優れた吸水性能を有する吸水性樹脂粒子を効率的に得やすい観点から、12質量%以上、15質量%以上、20質量%以上、30質量%以上、又は40質量%以上であってもよい。重合体微粉と混合される水性液の量は、凝集物を効率的に乾燥しやすい観点から、43質量%以下、40質量%以下、30質量%以下、25質量%以下、20質量%以下、又は16質量%以下であってもよい。
【0044】
重合体微粉と混合される水性液は、水に加えて、その他の成分を含んでもよい。その他の成分の例としては、水溶性塩、水溶性の重合性単量体、架橋剤、及び親水性有機溶媒が挙げられる。架橋剤は、例えば、内部架橋剤又は後述の表面架橋剤と同様の化合物から選択することができる。水性液中の水の割合は、水性液の全質量を基準として90~100質量%であってもよい。
【0045】
水性液と混合される重合体微粉の温度は、優れた吸水性能を得やすい観点から、70℃未満、60℃以下、50℃以下、45℃以下、40℃以下、40℃未満、35℃以下、又は30℃以下であってもよい。水性液と混合される重合体微粉の温度は、0℃以上、10℃以上、20℃以上、25℃以上、30℃以上、40℃以上、又は50℃以上であってもよい。水性液と混合される重合体微粉の温度は、重合体微粉と水性液とが接触する時点における重合体微粉の温度である。重合体微粉の温度は、例えば、水性液と混合される前の重合体微粉が入った容器又は混合機をウォーターバス等により加熱することによって調整することができる。
【0046】
重合体微粉と水性液とを混合する時点、言い換えると重合体微粉と水性液とが最初に接触する時点における重合体微粉の温度と水性液の温度との差(絶対値)は、50℃以下、40℃以下、30℃以下、25℃未満、23℃以下、18℃以下、13℃以下、又は10℃以下であってもよい。
【0047】
重合体微粉と水性液とを含む混合物を混練する時間(混練時間)は、重合体微粉と水性液とを均一に混合しやすい観点から、重合体微粉と水性液の全量とを混合してから、10~150秒、20~130秒、又は30~110秒であってもよい。
【0048】
重合体微粉と水性液とを含む混合物は、例えば、撹拌翼を有する各種撹拌機を用いて混合機内で混練することができる。撹拌翼は、例えば、平板翼、格子翼、パドル翼、プロペラ翼、アンカー翼、タービン翼、ファウドラー翼、リボン翼、フルゾーン翼、又はマックスブレンド翼であってもよい。平板翼は、軸(撹拌軸)と、軸の周囲に配置された平板部(撹拌部)とを有する。平板部は、スリット等を有していてもよい。撹拌翼として平板翼を用いることにより、混合物を均一に混練しやすい傾向がある。撹拌型混合機の例としては、モルタルミキサー、連続ニーダー、レディゲミキサーが挙げられる。
【0049】
混練されている間の混合物の温度は、60℃以下、50℃以下、又は40℃以下であってもよく、0℃以上、10℃以上、又は20℃以上であってもよい。混合物が混練されている間、混合機が適度に保温されてもよいし、所定の温度の環境下に置かれてもよい。例えば、0℃以上40℃未満の環境下に置かれた混合機中で混合物を混練してもよい。
【0050】
混練により形成される重合体微粉の凝集物は、架橋重合体及び水性液を含む塊状物であってもよい。混練により形成される重合体微粉の凝集物のうち、目開き31.5mmの篩を通過しない部分の割合は、優れた吸水性能を得やすい観点から、10質量%以下、5質量%以下、3質量%以下、又は1質量%以下であってもよい。混練により形成される重合体微粉の凝集物のうち、目開き180μmの篩を通過する部分の割合は、同様の観点から、25質量%未満、20質量%以下、15質量%以下、10質量%以下、又は5質量%以下であってもよい。凝集物が塊状物である場合、乾燥効率を向上させる観点から、塊状の凝集物を最大幅3~10mm程度に裁断してから、乾燥してもよい。
【0051】
乾燥させた凝集物は、凝集物から水の少なくとも一部を除去することによって得ることができる。凝集物を乾燥させるための乾燥温度は、80℃以上、100℃以上、120℃以上、140℃以上、又は150℃以上であってもよく、250℃以下、200℃以下、180℃以下、160℃以下、又は150℃以下であってもよい。凝集物を乾燥させる時間(乾燥時間)は、乾燥温度等の条件に応じて設定してよく、例えば、15分以上、30分以上、45分以上、又は60分以上であってよく、120分以下、90分以下、又は60分以下であってもよい。
【0052】
乾燥させた凝集物を粉砕することにより、造粒粒子の粉体が形成される。乾燥させた凝集物の粉砕は、上記の乾燥ゲルを粉砕する方法と同様の方法を適用することができる。乾燥させた凝集物を粉砕して得られる粉体を、所望の粒度分布を有する造粒粒子を得るために分級して、粒度を調整してもよい。すなわち、本実施形態に係る方法は、乾燥させた凝集物を粉砕する工程と、粉砕された凝集物を分級して、粒度が調整された造粒粒子を得る工程とを更に含んでもよい。粉砕された凝集物を、例えば、目開き850μmの篩を通過し、目開き180μmの篩を通過しない粒子群が得られるように分級してもよい。乾燥させた凝集物の粉砕、及び粉砕された凝集物の分級は同時に行われてもよい。
【0053】
(造粒粒子の表面架橋)
本実施形態に係る方法は、造粒粒子を表面架橋する工程を更に含んでもよい。造粒粒子は、例えば、表面架橋を行うための架橋剤(以下「表面架橋剤」ということがある)を含む架橋剤液と、造粒粒子とを含む混合物を加熱することにより、表面架橋することができる。造粒粒子の表面架橋は、造粒粒子が分級される前に実施してもよく、分級された後(粒度を調整された後)に実施してもよい。表面架橋された造粒粒子を、乾燥及び/又は分級してもよい。
【0054】
表面架橋剤は、例えば、エチレン性不飽和単量体由来の官能基との反応性を有する官能基(反応性官能基)を2個以上含有する化合物であってもよい。表面架橋剤の例としては、エチレンカーボネート等のアルキレンカーボネート化合物;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、及びポリグリセリン等のポリオール化合物;(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリンジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(ポリ)プロピレングリコールポリグリシジルエーテル、及び(ポリ)グリセロールポリグリシジルエーテル等のポリグリシジル化合物;エピクロルヒドリン、エピブロムヒドリン、及びα-メチルエピクロルヒドリン等のハロエポキシ化合物;2,4-トリレンジイソシアネート、及びヘキサメチレンジイソシアネート等のイソシアネート化合物;3-メチル-3-オキセタンメタノール、3-エチル-3-オキセタンメタノール、3-ブチル-3-オキセタンメタノール、3-メチル-3-オキセタンエタノール、3-エチル-3-オキセタンエタノール、及び3-ブチル-3-オキセタンエタノール等のオキセタン化合物;1,2-エチレンビスオキサゾリン等のオキサゾリン化合物;ビス[N,N-ジ(β-ヒドロキシエチル)]アジプアミド等のヒドロキシアルキルアミド化合物が挙げられる。
【0055】
表面架橋剤の量は、造粒粒子の表面近傍の架橋密度を適度に高める観点から、造粒粒子の質量から算出される単量体単位の1モルに対して、0.001~40ミリモル、又は0.01~20ミリモルであってもよい。
【0056】
架橋剤液は、水を含んでいてもよい。架橋剤液における水の量は、造粒粒子100質量部に対して1~20質量部であってもよい。
【0057】
造粒粒子を表面架橋するための加熱温度は、例えば20~250℃であってもよい。加熱時間は、1~200分又は5~100分であってもよい。
【0058】
本実施形態に係る方法により得られる吸水性樹脂粒子は、造粒粒子の他に、ゲル安定化剤、消臭剤、金属キレート剤、無機粒子等を更に含んでよい。金属キレート剤としては、例えば、エチレンジアミン4酢酸、ジエチレントリアミン5酢酸、トリエチレンテトラアミン6酢酸等のポリカルボン酸系化合物及びこれらの塩が挙げられる。無機粒子としては、シリカ粒子等が挙げられる。
【0059】
本実施形態に係る製造方法により得られる吸水性樹脂粒子の形状は、例えば、破砕状、又は破砕状粒子が凝集して形成された形状であってもよい。吸水性樹脂粒子の中位粒子径は、250μm以上、280μm以上、300μm以上、320μm以上、又は340μm以上であってよく、850μm以下、800μm以下、750μm以下、700μm以下、650μm以下、600μm以下、550μm以下、500μm以下、450μm以下、420μm以下、400μm以下、又は390μm以下であってもよい。
【0060】
本実施形態に係る方法により得られる吸水性樹脂粒子の遠心分離機保持容量(CRC)は、例えば、25g/g以上、30g/g以上、32g/g以上、又は34g/g以上であってよく、60g/g以下、50g/g以下、又は40g/g以下であってもよい。
【0061】
本実施形態に係る方法により得られる吸水性樹脂粒子の、4.83kPaにおける加圧下吸収倍率(AAP、Absorption Against Pressure)は、例えば、10g/g以上、又は12g/g以上であってよく、40g/g以下、30g/g以下、20g/g以下、又は17g/g以下であってもよい。吸水性樹脂粒子の4.83kPa加圧下の吸収倍率は、後述の実施例に記載の方法によって測定することができる。
【0062】
本実施形態に係る方法により得られる吸水性樹脂粒子の無加圧DWの3分値は、例えば、23mL/g以上、25mL/g以上、又は、26mL/g以上であってよく、65mL以下、50mL/g以下、40mL/g以下、又は、35mL/g以下であってもよい。無加圧DWの3分値は、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。無加圧DWの3分値は、吸水性樹脂粒子が、無加圧下で、生理食塩水と接触してから3分経過するまでに生理食塩水を吸収した量で表される吸水速度である。無加圧DWは、生理食塩水の吸収前の吸水性樹脂粒子1g当たりの吸収量[mL/g]で表される。
【0063】
本実施形態に係る製造方法により得られる吸水性樹脂粒子は、優れた吸水性能を有するため、例えば、紙おむつ、生理用品等の衛生材料、保水剤、土壌改良剤等の農園芸材料、止水剤、結露防止剤等の工業資材などの分野において用いることができる。
【実施例0064】
以下、実施例を挙げて本発明について更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0065】
(実施例1)
[重合工程]
撹拌機を備えた内径11cm、内容積2Lの丸底円筒型セパラブルフラスコに、515.50g(7.15モル)のアクリル酸を入れた。アクリル酸を撹拌しながらセパラブルフラスコ内にイオン交換水441.00gを加えた後、氷浴下で48質量%水酸化ナトリウムを446.76g滴下することにより、単量体濃度45質量%のアクリル酸ナトリウム部分中和液(アクリル酸の中和度75mol%)1403.26gを調製した。
【0066】
上記アクリル酸ナトリウム部分中和液1330.67gにイオン交換水194.98g、及びポリエチレングリコールジアクリレート(内部架橋剤、日油株式会社製、ブレンマーADE-400A)1.39gを加えて反応液(単量体水溶液)を得た。反応液を、温度計及び窒素吹込み管を備え、開閉可能な蓋付きのシグマ型羽根を2本有するジャケット付きの内容積3Lのステンレス製双腕型ニーダー(株式会社入江商会製)に供給し、供給した反応液の温度を25℃に保ちながら窒素ガス雰囲気下で60分間窒素ガス置換をした。ニーダー内を窒素ガスで置換した後、反応液を30rpmの回転数で撹拌しながら、2.0質量%の過硫酸ナトリウム水溶液44.32g(3.72ミリモル)、及び0.5質量%のL-アスコルビン酸水溶液7.58gを加えたところ、約1分後に温度が上昇し始め、重合が開始した。温度上昇から8分後に温度計は最高温度75℃を示し、その後、ジャケット温度を60℃に保ちながら撹拌し続け、重合を開始してから60分後に、生成した含水ゲル状重合体を取り出した。
【0067】
[乾燥工程]
得られた含水ゲル状重合体をミートチョッパー(喜連ローヤル社製、12VR-750SDX)に投入して粗砕した。ミートチョッパーの出口に位置するプレートの穴の径は6.4mmであった。得られた含水ゲル状重合体の粗砕物を目開き0.8cm×0.8cmの金網上に広げ、180℃で30分間熱風乾燥して乾燥ゲルを得た。
【0068】
[粉砕工程]
得られた乾燥ゲルを遠心粉砕機(Retsch社製ZM200、スクリーン口径1mm、12000rpm)を用いて粉砕して、不定形破砕状の粉砕された乾燥ゲル569.25gを得た。
【0069】
[分級工程]
粉砕された乾燥ゲルを目開き180μmの篩を用いて、ロータップ式振とう器(株式会社飯田製作所製)によりJIS Z 8815(1994)に準じて10分間分級し、目開き180μmの篩上に残存した分画と、180μmの篩を通過した分画をそれぞれ得た。この時、目開き180μmの篩上に残存した分画を再度上記の粉砕工程に供し、粉砕工程後に得られた粉体を目開き180μmの篩を用いて分級し、目開き180μmの篩上に残存した分画と、目開き180μmの篩を通過した分画をそれぞれ得た。それぞれの分級により得られた目開き180μmの篩を通過した分画を足し合わせ、重合体微粉341.55gを得た。重合体微粉の含水率を後述の測定方法に従って測定したところ、重合体微粉の含水率は7%であった。
【0070】
[造粒工程]
得られた重合体微粉30gを、撹拌機を備えた内径11cm、内容積2Lの丸底円筒型セパラブルフラスコ(混合機)に入れ、重合体微粉の温度を室温(25℃)に調整した。撹拌機には、軸と平板部を備える撹拌翼としてスリットを有する平版翼を取り付けた。撹拌翼の平板部は、軸に溶接されるとともに、湾曲した先端を有しており、軸の軸方向に沿って延びる4つのスリットが形成されていた。4つのスリットは、平板部の幅方向に配列されており、内側の2つのスリットの幅は1cmであり、外側の2つのスリットの幅は0.5cmであった。平板部の長さは、約10cmであり、平板部の幅は約6cmであった。
【0071】
重合体微粉の温度が25℃であることを確認した後、撹拌機の撹拌翼を284rpmで回転させながら、重合体微粉が入っているフラスコ内に3.5℃に調整したイオン交換水7.5gを一度に投入した。セパラブルフラスコ内で重合体微粉とイオン交換水との混合物を60秒間混練することにより凝集物(A)を得た。得られた凝集物(A)について、粒子径分布を測定した。
【0072】
粒子径分布の測定を終えた後、凝集物(A)の全量を150℃で60分間の熱風乾燥によって乾燥させて、乾燥させた凝集物(A)を得た。
【0073】
乾燥させた凝集物(A)を遠心粉砕機(Retsch社製ZM200、スクリーン口径1mm、6000rpm)により粉砕して、得られた粉体を目開き850μmの篩、及び目開き180μmの篩で分級した。分級により、目開き850μmの篩を通過し、目開き180μmの篩を通過しなかった分画である造粒粒子(A)を得た。
【0074】
[表面架橋工程]
造粒粒子(A)10gと、エチレンカーボネート0.089g、イソプロパノール0.039g、及び脱イオン水0.150gを含む表面架橋剤溶液と、を混合して混合物を得た。得られた混合物を200℃で35分間加熱処理した後、目開き850μmの篩で分級することにより、目開き850μmの篩を通過し、180μmの篩を通過しなかった分画として、吸水性樹脂粒子(A)を得た。
【0075】
(実施例2)
造粒工程において、セパラブルフラスコ内に投入するイオン交換水の量を20gに変更したこと以外は実施例1と同様にして、凝集物(B)を得た。得られた凝集物(B)について、粒子径分布を測定した後、凝集物(B)の全量を150℃で60分間の熱風乾燥によって乾燥して、乾燥させた凝集物(B)を得た。乾燥させた凝集物(B)を遠心粉砕機(Retsch社製ZM200、スクリーン口径1mm、6000rpm)により粉砕して、目開き850μmの篩を通過し、目開き180μmの篩を通過しなかった分画である造粒粒子(B)を得た。
【0076】
表面架橋工程において、造粒粒子(A)を造粒粒子(B)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、吸水性樹脂粒子(B)を得た。
【0077】
(実施例3)
造粒工程において、セパラブルフラスコ内に投入するイオン交換水の温度を35℃に調整したこと以外は実施例1と同様にして、凝集物(C)を得た。得られた凝集物(C)について、粒子径分布を測定した後、凝集物(C)の全量を150℃で60分間の熱風乾燥によって乾燥して、乾燥させた凝集物(C)を得た。乾燥させた凝集物(C)を遠心粉砕機(Retsch社製ZM200、スクリーン口径1mm、6000rpm)により粉砕して、目開き850μmの篩を通過し、目開き180μmの篩を通過しなかった分画である造粒粒子(C)を得た。
【0078】
表面架橋工程において、造粒粒子(A)を造粒粒子(C)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、吸水性樹脂粒子(C)を得た。
【0079】
(実施例4)
造粒工程において、セパラブルフラスコ内に投入するイオン交換水の温度を35℃に調整し、イオン交換水の量を20gに変更したこと以外は実施例1と同様にして、凝集物(D)を得た。得られた凝集物(D)について、粒子径分布を測定した後、凝集物(D)の全量を150℃で60分間の熱風乾燥によって乾燥して、乾燥させた凝集物(D)を得た。乾燥させた凝集物(D)を遠心粉砕機(Retsch社製ZM200、スクリーン口径1mm、6000rpm)により粉砕して、目開き850μmの篩を通過し、目開き180μmの篩を通過しなかった分画である造粒粒子(D)を得た。
【0080】
表面架橋工程において、造粒粒子(A)を造粒粒子(D)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、吸水性樹脂粒子(D)を得た。
【0081】
(実施例5)
造粒工程において、重合体微粉30gを入れた丸底円筒型セパラブルフラスコを55℃に調整したウォーターバスに浸漬させることによって重合体微粉の温度を50℃に調整したこと、セパラブルフラスコ内に投入するイオン交換水の温度を35℃に調整し、イオン交換水の量を20gに変更したこと以外は実施例1と同様にして、凝集物(E)を得た。得られた凝集物(E)について、粒子径分布を測定した後、凝集物(E)の全量を150℃で60分間の熱風乾燥によって乾燥して、乾燥させた凝集物(E)を得た。乾燥させた凝集物(E)を遠心粉砕機(Retsch社製ZM200、スクリーン口径1mm、6000rpm)により粉砕して、目開き850μmの篩を通過し、目開き180μmの篩を通過しなかった分画である造粒粒子(E)を得た。
【0082】
表面架橋工程において、造粒粒子(A)を造粒粒子(E)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、吸水性樹脂粒子(E)を得た。
【0083】
(比較例1)
造粒工程において、セパラブルフラスコ内に投入するイオン交換水の量を1.6gに変更したこと以外は実施例1と同様にして、凝集物(F)を得た。得られた凝集物(F)について、粒子径分布を測定したところ、目開き180μmの篩を通過する粒子の割合が多く、充分な量の造粒粒子を得ることができなかった。
【0084】
(比較例2)
造粒工程において、セパラブルフラスコ内に投入するイオン交換水の量を30gに変更したこと以外は実施例1と同様にして、凝集物(G)を得た。得られた凝集物(G)について、粒子径分布を測定した後、凝集物(G)の全量を150℃で60分間の熱風乾燥によって乾燥して、乾燥させた凝集物(G)を得た。しかし、乾燥させた凝集物(G)は、粒子径が31.5mm以上である凝集物の割合が多かったことから、凝集物(G)の乾燥が不十分となり、乾燥させた凝集物(G)を粉砕することが困難であったため、充分な量の造粒粒子を得ることができなかった。
【0085】
(比較例3)
造粒工程において、セパラブルフラスコ内に投入するイオン交換水の温度を50℃に調整したこと以外は実施例1と同様にして、凝集物(H)を得た。得られた凝集物(H)の全量について、粒子径分布を測定した後、凝集物(H)の全量を150℃で60分間の熱風乾燥によって乾燥して、乾燥させた凝集物(H)を得た。乾燥させた凝集物(H)を遠心粉砕機(Retsch社製ZM200、スクリーン口径1mm、6000rpm)により粉砕して、目開き850μmの篩を通過し、目開き180μmの篩を通過しなかった分画である造粒粒子(H)を得た。
【0086】
表面架橋工程において、造粒粒子(A)を造粒粒子(H)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、吸水性樹脂粒子(H)を得た。
【0087】
(比較例4)
造粒工程において、セパラブルフラスコ内に投入するイオン交換水の温度を50℃に調整し、イオン交換水の量を20gに変更したこと以外は実施例1と同様にして、凝集物(I)を得た。得られた凝集物(I)の全量について、粒子径分布を測定した後、凝集物(I)の全量を150℃で60分間の熱風乾燥によって乾燥して、乾燥させた凝集物(I)を得た。しかし、乾燥させた凝集物(I)は、粒子径が31.5mm以上である凝集物の割合が多かったことから、凝集物(I)の乾燥が不十分となり、乾燥させた凝集物(I)を粉砕することが困難であったため、充分な量の造粒粒子を得ることができなかった。
【0088】
以下の手順により重合体微粉及び乾燥後の凝集物の含水率、粒子径分布、吸水性樹脂粒子の性能を測定した。測定結果を表1、2に示す。
【0089】
<重合体微粉の含水率の測定方法>
予め恒量としたアルミホイルケース(8号、質量W1(g))に測定サンプルとして重合体微粉1gを量り取り、その合計質量W2(g)を精秤した。精秤後、内温を200℃に設定した熱風乾燥機(ADVANTEC社製、型式:FV-320)でアルミホイルケース及び測定サンプルを2時間乾燥させた。乾燥させたアルミホイルケース及び測定サンプルをデシケーター中で放冷した後、アルミホイルケース及び測定サンプルの合計質量W3(g)を精秤した。以下の式から、測定サンプルの含水率を算出した。
含水率(質量%)=[{(W2-W1)-(W3-W1)}/(W2-W1)]×100
【0090】
<乾燥後の凝集物の含水率の測定方法>
乾燥させる前の凝集物の質量W4(g)、及び乾燥させた後の凝集物の質量W5(g)を測定した。重合体微粉の質量及び含水率から重合体微粉の水分質量W6(g)と、混練工程時に添加した水の質量W7(g)から、以下の式により乾燥後の凝集物の含水率を算出した。
含水率(質量%)={(W6+W7)-(W4-W5)}/W5×100
W6(g)=(重合体微粉の質量(g)×重合体微粉の含水率(質量%))/100
【0091】
<混練後の凝集物の粒子径分布の測定方法>
JIS規格の目開き31.5mm、9.5mm、2.8mm、850μm、及び180μmの篩、並びに受け皿の順に上から重ねた。得られた凝集物の全量を最上段の篩(目開き31.5mmの篩)に入れ、振動強度を7に設定した電磁振動式ふるい振とう機(オクタゴン200、endecotts社製)を用いて、上記篩及び受け皿を上下方向に10分間振動させて、凝集物を分級した。測定に用いた凝集物の質量と、各目開きの篩上に残存した凝集物の質量とに基づき、各篩における凝集物の質量割合を算出した。
各篩における凝集物の質量割合(質量%)=各篩又は受け皿上に残存した凝集物の質量(g)/測定に用いた凝集物の質量(g)×100
【0092】
<吸水性樹脂粒子の中位粒子径>
吸水性樹脂粒子5gを、連続全自動音波振動式ふるい分け測定器(ロボットシフター RPS-205、株式会社セイシン企業製)と、JIS規格の目開き850μm、600μm、500μm、425μm、300μm、250μm、及び180μmの篩と、受け皿とを用いて篩分けした。各篩上に残った吸水性樹脂粒子の質量と篩分けした吸水性樹脂粒子の全質量から各篩上に残存した吸水性樹脂粒子の質量百分率を算出した。各篩上に残存した吸水性樹脂粒子の質量百分率を、粒子径の大きいものから順に積算し、篩の目開きと、篩上に残った吸水性樹脂粒子の質量百分率の積算値との関係を対数確率紙にプロットした。対数確率紙上のプロットを直線で結ぶことにより、積算質量百分率50質量%に相当する粒子径を求め、これを中位粒子径とした。
【0093】
<遠心分離機保持容量>
EDANA法(NWSP 241.0.R2(15)、page.769~778)を参考に遠心分離機保持容量(CRC)を下記の手順で測定した。測定は、温度25℃±2℃、湿度50%±10%の環境下で行った。
【0094】
60mm×170mmの大きさの不織布(製品名:ヒートパックMWA-18、日本製紙パピリア株式会社製)を長手方向に半分に折ることで60mm×85mmの大きさに調整した。短手方向の各端部をヒートシールで不織布同士を圧着することにより60mm×85mmの不織布バッグを作製した(長手方向に沿って短手方向の各端部に幅5mmの圧着部を形成した)。不織布バッグの内部に測定対象の粒子(吸水性樹脂粒子)を0.2g精秤し収容した。その後、長手方向の折りたたんだ部分とは反対側の端部をヒートシールで圧着することにより不織布バッグを閉じた。
【0095】
不織布バッグが折り重ならない状態で、ステンレス製バット(240mm×320mm×高さ45mm)に入れた生理食塩水1000gの上に不織布バッグを浮かべることにより、不織布バッグの全体を完全に湿らせた。不織布バッグを生理食塩水の上に浮かべてから1分後にスパチュラを用いて不織布バッグを生理食塩水に浸漬させて、ゲルが収容された不織布バッグを得た。
【0096】
不織布バッグを生理食塩水に投入してから30分後(浮かべた時間1分、及び、浸漬させた時間29分の合計)に生理食塩水の中から不織布バッグを取り出した。取り出した不織布バックを遠心分離機(株式会社コクサン製、型番:H-122)に入れ、遠心分離機における遠心力が250Gに到達してから3分間不織布バッグの脱水を行った。脱水後、ゲルの質量を含む不織布バッグの質量Ma(g)を秤量した。測定対象の粒子を収容していない不織布バッグに対して同様の操作を施し、脱水後の不織布バッグの質量Mb(g)を測定した。測定に用いた測定対象の粒子の質量0.2gの精秤値をMc(g)として、下記式に基づきCRC(g/g)を算出した。
CRC=[(Ma-Mb)-Mc]/Mc
【0097】
<加圧下吸収倍率>
図1に示す測定装置110を用いて4.83kPa加圧下の吸収倍率(AAP)を測定した。まず、4.83kPaの圧力になるように調整した重り112(断面:円形)、内径60mmのプラスチック製の円筒114、及び、円筒114の一端(底面)に配置された400メッシュ(目開き38μm)の金網116を備える測定装置110を準備した。重り112は、円板部112a(直径59mm)と、円板部112aに垂直な方向に円板部112aの中央から延びる棒状部112bと、棒状部112bに挿入される貫通孔を中央に有する円柱部112cと、を有している。重り112の円板部112aは、円筒114の内部において円筒114の長手方向に移動可能であるように円筒114の内径と略同等の径を有している。円柱部112cの径は円板部112aの径よりも小さい。円筒114の一端は、開放されているものの金網116に遮蔽されており、円筒114の他端は、重り112を挿入することができるように開放されている。円筒114の内部において金網116上に0.90gの測定対象粒子(吸水性樹脂粒子)120を均一に散布した。そして、円筒114の内部に重り112を挿入して測定対象粒子120上に重り112を載せた後、測定装置110の全体の質量(測定装置110及び吸液前の測定対象粒子120の総質量)Wa(g)を測定した。
【0098】
直径150mmのステンレスシャーレ130の凹部における底面の中央に直径90mm、厚さ7mmのガラスフィルター140(ISO4793 P-250)を置いた後、水面がガラスフィルター140の上面と同じ高さになるように0.90質量%の塩化ナトリウム水溶液(25℃±2℃)を加えた。ガラスフィルター140上に直径90mmの1枚のろ紙150(ADVANTEC東洋株式会社製、製品名:(No.3)、厚さ0.23mm、保留粒子径5μm)を載せ、表面が全て濡れるようにし、かつ、過剰の液を除いた。そして、ろ紙150上に上述の測定装置110を載せ、液を荷重下で吸収させた。1時間後、測定装置110を持ち上げ、測定装置110の全体の質量(測定装置110及び吸液後の測定対象粒子120の総質量)Wb(g)を測定した。Wa及びWbから、下記式に基づき4.83kPa加圧下の吸収倍率(AAP)(g/g)を算出した。
AAP(g/g)=(Wb-Wa)/0.90
【0099】
<無加圧DW>
図2に示す測定装置Zを用いて、吸水性樹脂粒子の無加圧DWを測定した。測定装置Zは、ビュレット部71、導管72、平板状の測定台73、ナイロンメッシュ74、架台75、及び、クランプ76を有する。ビュレット部71は、目盛が記載されたビュレット71aと、ビュレット71aの上部の開口を密栓するゴム栓71bと、ビュレット71aの下部の先端に連結されたコック71cと、ビュレット71aの下部に連結された空気導入管71d及びコック71eとを有する。ビュレット部71はクランプ76で固定されている。測定台73は、その中央部に形成された直径2mmの貫通孔73aを有しており、高さが可変の架台75によって支持されている。測定台73の貫通孔73aとビュレット部71のコック71cとが導管72によって連結されている。導管72の内径は6mmである。
【0100】
測定は温度25℃、湿度60±10%の環境下で行った。まずビュレット部71のコック71cとコック71eを閉め、25℃に調節された生理食塩水77をビュレット71a上部の開口からビュレット71aに入れた。ゴム栓71bでビュレット71aの開口の密栓した後、コック71c及びコック71eを開けた。気泡が入らないように導管72内部を生理食塩水77で満たした。貫通孔73a内に到達した生理食塩水77の水面の高さが、測定台73の上面の高さと同じになるように、測定台73の高さを調整した。このとき貫通孔73aから吸い出された生理食塩水77と同じ体積の空気が、速やかに空気導入管71dよりビュレット内に供給されることを確認した。調整後、ビュレット71a内の生理食塩水77の水面の高さをビュレット71aの目盛で読み取り、その位置をゼロ点(0秒時点の読み値)とした。
【0101】
測定台73上の貫通孔73aの近傍にてナイロンメッシュ74(100mm×100mm、250メッシュ、厚さ:約50μm)を敷き、その中央部に、内径30mm、高さ20mmのシリンダーを置いた。このシリンダーに1.00gの吸水性樹脂粒子78を均一に散布した。その後、シリンダーを注意深く取り除き、ナイロンメッシュ74の中央部に吸水性樹脂粒子78が円状に分散されたサンプルを得た。次いで、吸水性樹脂粒子78が載置されたナイロンメッシュ74を、その中心が貫通孔73aの位置になるように、吸水性樹脂粒子78が散逸しない程度にすばやく移動させて、測定を開始した。空気導入管71dからビュレット71a内に気泡が最初に導入された時点を吸水開始(0秒)とした。
【0102】
ビュレット71a内の生理食塩水77の減少量(すなわち、吸水性樹脂粒子78が吸水した生理食塩水77の量)を0.1mL単位で順次読み取り、吸水性樹脂粒子78の吸水開始から起算して3分後の生理食塩水77の減量分Wc(g)を読み取った。Wcから、下記式により無加圧DWの3分値を求めた。無加圧DWは、吸水性樹脂粒子78の1.00g当たりの吸水量である。
無加圧DW値[mL/g]=Wc/1.00
【0103】
【表1】
【0104】
【表2】
【0105】
実施例1~5と比較例1、2とを比較すると、重合体微粉と混合される水性液の量を重合体微粉のうち水を除いた部分と水性液との合計質量に対して10~45質量%であると、造粒粒子を含み吸水性樹脂粒子を効率的に形成できることができる。加えて、表1、2より、実施例1~5と比較例3、4とを比較すると、40℃未満の水性液を用いることにより、重合体微粉と混合される水性液の量を重合体微粉のうち水を除いた部分と水性液との合計質量に対して10~45質量%であっても、優れた吸水性能を有する吸水性樹脂粒子が得られることを確認することができる。
【符号の説明】
【0106】
71a…ビュレット、71b…ゴム栓、71c,71e…コック、71d…空気導入管、72…導管、73…測定台、73a…貫通孔、74…ナイロンメッシュ、75…架台、76…クランプ、77…生理食塩水、78…吸水性樹脂粒子、114…円筒、110…測定装置、112…重り、112a…円板部、112b…棒状部、112c…円柱部、116…金網、120…測定対象粒子、130…ステンレスシャーレ、140…ガラスフィルター、150…ろ紙、Z…測定装置。

図1
図2