吸水剂和吸水剂的制造方法
文献发布时间:2023-06-19 12:19:35
技术领域
本发明涉及吸水剂和吸水剂的制造方法。
背景技术
一次性尿布、生理用卫生巾、所谓的失禁垫等卫生材料中,出于吸收体液的目的而广泛利用使用了吸水性树脂的吸水剂。作为该吸水性树脂的原料,采用各种单体、亲水性高分子,尤其是,通常使用将丙烯酸和/或其盐(以下表述为“丙烯酸(盐)”)用作单体的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂。
作为上述吸水性树脂的物性,吸收倍率、加压下吸收倍率、水可溶成分、粒度等在WSP(全球战略合作伙伴标准(Worldwide Strategic Partners standards))、ERT(EDANA推荐试验方法(EDANA Recommended Test Methods))中有所规定。作为其物性之一,规定了粉尘量(非专利文献1、2)。
需要说明的是,已知的是:在吸水剂的制造工序的处理、工序间的转移时,含水凝胶状交联聚合物(以下称为“含水凝胶”)、吸水性树脂会发生磨耗、损伤,因此,起因于它们而产生的粉尘会浮游而导致作业环境恶化。
作为降低上述粉尘量的方法,至今为止提出了以下的技术。具体而言,已知的是:作为吸水性树脂的微粉、粉尘的粘结剂,向吸水性树脂中添加水的技术(专利文献1、2);添加表面活性剂的技术(专利文献3~5);添加树枝状大分子的技术(专利文献6);添加聚硅氧烷、多元醇的技术(专利文献7);添加聚亚烷基二醇的技术(专利文献8);添加热塑性粘接剂的技术(专利文献9)、添加亲水性高分子和稳定剂的技术(专利文献10);用蜡覆盖吸水性树脂的技术(专利文献11);添加C3~C6的二醇的技术(专利文献12);添加水滑石类的技术(专利文献13);添加脲类和多价金属盐的技术(专利文献14);使明矾等多价金属盐与吸水性树脂熔合的技术(专利文献15)、使用无机粉末与氧亚烷基醚的混合物的技术(专利文献16)。
此外已知的是:作为上述吸水性树脂的除粉尘量之外的物性改善,出于减少残留单体、防止着色或劣化的目的而使用还原性的无机酸碱金属盐(专利文献17~22)。此外已知的是:作为吸水性树脂的酸基的中和剂(专利文献23、24)、表面交联剂水溶液的混合助剂(专利文献25、26),使用非还原性的无机酸碱金属盐。进而已知的是:作为血液吸收改进剂,使用无机酸碱金属盐(专利文献27)。进而还已知的是:出于提高上述吸水性树脂的通液性、抗结块的目的,混合水不溶性多价金属盐的技术(专利文献28)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利第4734478号
专利文献2:国际公开第1991/017200号
专利文献3:国际公开第1994/022940号
专利文献4:国际公开第1997/030109号
专利文献5:国际公开第1997/037695号
专利文献6:国际公开第2005/061014号
专利文献7:欧州专利第0679678号
专利文献8:国际公开第2007/121941号
专利文献9:国际公开第2005/011860号
专利文献10:国际公开第2014/034667号
专利文献11:欧州公开第0755964号
专利文献12:国际公开第1995/027739号
专利文献13:国际公开第2014/054656号
专利文献14:欧州公开第1616581号
专利文献15:国际公开第2004/069293号
专利文献16:日本特开昭63-039934号
专利文献17:欧州公开第0249391号
专利文献18:国际公开第1991/03497号
专利文献19:国际公开第2004/061010号
专利文献20:国际公开第2005/005549号
专利文献21:国际公开第2003/059962号
专利文献22:国际公开第2006/088115号
专利文献23:日本特开平01-131209号
专利文献24:日本特开平06-298841号
专利文献25:国际公开第2002/100451号
专利文献26:国际公开第1998/004922号
专利文献27:美国专利第4693713号
专利文献28:国际公开第2002/060983号
非专利文献
非专利文献1:WSP280.2和290.2
非专利文献2:EDANA ERT480.2(02)和490.2(02)
发明内容
上述专利文献1~16中提出的粉尘减少方法均能够抑制粉尘的产生,但另一方面,产生吸水性能降低或原料成本增加等问题。具体而言,上述专利文献1、2中,通过提高制造过程的吸水性树脂的含水率而能够抑制粉尘的产生,但若提高含水率,则产生有助于吸水的吸水性树脂成分的比例变少、吸水性能降低的问题。此外,专利文献3~16中,通过各种添加剂而能够抑制粉尘的产生,但表面活性剂、水溶性聚合物、水不溶性聚合物等会产生如下问题:表面张力降低,蜡、热熔合性粘接剂等的吸水速度降低,多价金属盐的加压下吸收倍率、耐尿性、耐经时着色性降低。进而,这些添加剂大多粘度高,产生难以在吸水性树脂中均匀混合的问题。
因而,本发明人等针对粉尘的产生原因进行研究时发现:本发明中得到的吸水剂以不规则形破碎状的吸水性树脂作为主成分,因此,在制造过程中,吸水性树脂的端部容易因磨耗等而缺损,其结果会产生粉尘。需要说明的是,可知:吸水性树脂的含水率对粉尘产生量造成影响,含水率越低则明显变多。此外还可知:吸水性树脂的比表面积的大小也对粉尘产生量造成影响,比表面积越大则产生量明显变多。
此外,上述专利文献17~27是公开了出于减少残留单体等的目的而使用无机酸碱金属盐的文献,其未公开或启示出于减少粉尘的目的而使用无机酸碱金属盐。进而,专利文献28中发生因使用水不溶性的多价金属盐粉末而导致粉尘量增加的问题。
本发明是鉴于上述课题而进行的,其用于解决不规则形破碎状的吸水性树脂中的粉尘问题。进而,本发明的目的是提供含水率低且表面张力等各物性不会降低、廉价且简便的粉尘产生量少的吸水剂的制造方法和吸水剂。
以往的粉尘减少技术中,通过使用水、液体粘结剂、在常温下为固体的粘结剂溶液、熔融液而使粉尘减少或固定,与此相对,本发明的特征在于,向吸水性树脂中添加无机酸碱金属盐的粉末。发现:通过使用该无机酸碱金属盐的粉末,吸水性树脂的表面张力等物性也不会降低,能够特异性地减少粉尘量,从而完成了本发明。
能够解决上述课题的本发明的吸水剂的制造方法具有如下主旨:相对于经表面交联的不规则形破碎状的吸水性树脂100质量份,混合0.06质量份以上且5质量份以下的无机酸碱金属盐粉末。
本发明的制造方法包括下述(A)~(J)中的至少一者以上也是优选的实施方式,下述(A)~(J)可任意选择。
(A)上述吸水性树脂的含水率为10质量%以下;
(B)上述吸水性树脂的比表面积为25m
(C)上述吸水性树脂是将以丙烯酸(盐)为主成分的单体水溶液进行发泡聚合而得到的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂;
(D)上述吸水性树脂是使含水凝胶状交联聚合物历经以7J/g以上且40J/g以下的凝胶粉碎能量2进行凝胶粉碎的工序而得到的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂,所述含水凝胶状交联聚合物是在以丙烯酸(盐)为主成分的单体水溶液的聚合的同时或聚合后得到的;
(E)上述吸水性树脂是使含水凝胶状交联聚合物或其干燥物历经造粒工序而得到的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂,所述含水凝胶状交联聚合物是在以丙烯酸(盐)为主成分的单体水溶液的聚合的同时或聚合后得到的;
(F)向上述吸水性树脂中进一步添加通液性改进剂;
(G)上述无机酸碱金属盐粉末为选自由碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硫酸氢盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐和它们的氯化物组成的组中的至少1种;
(H)用添加上述无机酸碱金属盐粉末后的吸水性树脂中的粉尘量相对于添加上述无机酸碱金属盐粉末前的吸水性树脂中的粉尘量规定的减少后粉尘比例小于100%;
(I)上述吸水性树脂用选自由多元醇或其衍生物、氨基醇、亚烷基碳酸酯化合物、噁唑烷酮化合物和环氧化合物组成的组中的1种以上有机表面交联剂进行了表面交联;
(J)上述无机酸碱金属盐粉末的质均粒径D50为200μm以下。
本发明的吸水剂包括以经表面交联的不规则形破碎状的吸水性树脂为主成分的吸水剂,在上述吸水剂的表面配置有无机酸碱金属盐粉末。
本发明的吸水剂包括下述(a)~(h)中的至少一者以上也是优选的实施方式,下述(a)~(h)可任意选择。
(a)上述吸水剂的含水率为10质量%以下;
(b)上述吸水剂的比表面积为25m
(c)上述吸水剂中的多元醇量以质量基准计为100ppm以上且15000ppm以下;
(d)上述吸水剂的促进试验后的着色度以L值计为80以上;
(e)用基于Heubach粉尘测定仪的30分钟值规定的上述吸水剂的粉尘量为150mg/kg以下;
(f)上述吸水剂中的无机酸碱金属盐粉末量相对于吸水剂100质量份为0.06质量份以上且5质量份以下;
(g)上述无机酸碱金属盐粉末为选自由碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硫酸氢盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐和它们的氯化物组成的组中的至少1种碱金属盐;
(h)上述无机酸碱金属盐粉末的质均粒径D50为200μm以下。
根据本发明,可提供含水率低且粉尘产生量少的、以不规则形破碎状的吸水性树脂为主成分的吸水剂及其制造方法。
具体实施方式
本发明人等针对粉尘进行研究的结果可知:由于在制造过程中被破碎的含水凝胶、吸水性树脂的形状为不规则形状,因此,若含水率低则该含水凝胶、吸水性树脂的端部容易因磨耗等而缺损,其结果会产生粉尘。这种粉尘可如上所述地通过提高含水率来抑制,但例如向每1g可吸收50g水溶液的吸水性树脂中添加2%的水时,同样的每1g的生理盐水的吸收量理论上变少1g。由于市售的儿童用一次性尿布中,每1片包含约10g的吸水剂,因此,每1片该尿布的吸收量会减少约10g。此时,对于消费者而言,有可能成为泄露的原因。
此外,吸水性树脂可通过加热来降低含水率,但追加干燥工序不仅会导致成本增加,而且随着该加热,吸水性树脂中的水会蒸发,借助水分子的羧基的氢键会断裂,因此粘合性减弱,作为其结果,有可能发生再次产生粉尘的问题。
作为本发明中应用的聚合形态,可列举出水溶液聚合、逆相悬浮聚合、本体聚合、沉淀聚合等,有时任意聚合形态均可获得期望粒径以上的颗粒。该情况下,要将含水凝胶或吸水性树脂粉碎至成为期望粒径为止,此时,有时会产生粒径为1μm以下的粉尘。需要说明的是,逆相悬浮聚合是包括气相液滴聚合、喷雾聚合、液相液滴聚合在内的概念。
本发明人等经深入研究的结果发现:若相对于上述不规则形破碎状的吸水性树脂100质量份而添加0.06质量份以上且5质量份以下的粉末状的无机酸碱金属盐(以下称为“无机酸碱金属盐粉末”),则即便含水率低,其粉尘产生量也少,从而完成了本发明。
以下,针对本发明的吸水剂的制造方法进行详细说明,但本发明的范围不限定于这些说明,关于除以下例示之外,可以在不损害本发明主旨的范围内适当变更、实施。具体而言,本发明不限定于以下的各实施方式,可以在权利要求所示的范围内进行各种变更,将在不同实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式也包括在本发明的技术范围内。
[1]术语的定义
[1-1]吸水性树脂、吸水剂
本说明书中的“吸水性树脂”是指水溶胀性水不溶性的高分子胶凝剂,通常为粉末状。此外,“水溶胀性”是指WSP241.3(10)中规定的无加压下吸收倍率(以下有时表述为“CRC”)为5g/g以上,“水不溶性”是指WSP270.3(10)中规定的可溶成分(以下有时表述为“Ext”)为50质量%以下。
上述“吸水性树脂”优选为使具有羧基的不饱和单体发生交联聚合而成的亲水性交联聚合物,但不需要其总量、即100质量%均为交联聚合物,也可以在满足上述CRC、Ext等性能的范围内含有添加剂等。
此外,上述“吸水性树脂”有时是指“仅内部发生了交联的聚合物、换言之、内部与表面的交联密度实质上相同的聚合物”或“内部与表面进行了交联的聚合物、换言之、表面的交联密度较之内部的交联密度相对较高的聚合物”。
本说明书中,上述“仅内部发生了交联的聚合物”与上述“内部与表面发生了交联的聚合物”原则上没有区别,均表述为“吸水性树脂”。其中,针对表面交联的有无需要明确区分时,由于上述“仅内部发生了交联的聚合物”处于实施表面交联之前,因此表述为“表面交联前的吸水性树脂”,由于上述“内部与表面发生了交联的聚合物”处于实施表面交联之后,因此表述为“表面交联后的吸水性树脂”。需要说明的是,“表面交联前”是指“添加表面交联剂之前”或者“添加表面交联剂后且基于加热处理的交联反应开始之前”。
此外,上述“吸水性树脂”有时也仅指树脂成分,也可以包含除添加剂等树脂之外的成分。
本说明书中的“吸水剂”是指将上述“吸水性树脂”与“无机酸碱金属盐粉末”混合而得的产物(以下有时表述为“吸水性树脂组合物”)。因此,上述“吸水剂”包括如下两种情况:处于包含无机酸碱金属盐粉末的吸水性树脂组合物能够直接以最终制品的形式出货的状态的情况;以及,处于对包含无机酸碱金属盐粉末的吸水性树脂组合物进一步实施了任意处理的状态的情况。
上述“吸水剂”包含吸水性树脂作为主成分。该“主成分”是指:吸水性树脂相对于吸水剂整体的质量比例优选为50质量%以上、以下依次为60质量%以上、70质量%以上、80质量%以上、90质量%以上,且为100质量%以下。此外,上述“吸水剂”中,作为其它成分,优选包含无机酸碱金属盐粉末、水、微量成分。
[1-2]聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂
本说明书中的“聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂”是指:以丙烯酸和/或其盐(以下表述为“丙烯酸(盐)”)作为原料的交联聚合物。换言之,“聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂”是指具有源自丙烯酸(盐)的结构单元的交联聚合物,其是具有接枝成分作为任选成分的交联聚合物。
具体而言,聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂是包含丙烯酸(盐)的交联聚合物,所述丙烯酸(盐)相对于参与聚合反应的单体之中除内部交联剂之外的部分,优选为50摩尔%以上、更优选为70摩尔%以上、进一步优选为90摩尔%以上,且优选为100摩尔%以下、特别优选实质为100摩尔%。
[1-3]“EDANA”和“WSP”
“EDANA”为欧州无纺布工业会(European Disposables and NonwovensAssociations)的简称。此外,“WSP”为Worldwide Strategic Partners的简称,表示由EDANA提供的吸水剂或吸水性树脂的世界标准的测定方法。本发明中,只要没有特别记载,则根据WSP原本(2010年修订)来测定吸水剂或吸水性树脂的物性。需要说明的是,只要本发明中没有另行提及,则基于下述实施例中的测定方法。
[1-4]“CRC”(WSP241.3(10))
“CRC”为Centrifuge Retention Capacity的简称,是指吸水剂或吸水性树脂在无加压下的吸收倍率。具体而言,是将吸水剂或吸水性树脂0.2g装入无纺布制的袋后,在大量过量的0.9质量%氯化钠水溶液中浸渍30分钟而使吸水剂或吸水性树脂自由溶胀,其后,使用离心分离机(离心力:250G)进行脱水后的吸收倍率(单位:g/g)。
[1-5]“Ext”(WSP270.3(10))
“Ext”是Extractables的简称,是指吸水剂或吸水性树脂的水可溶成分、即水可溶成分量。具体而言,是指将吸水剂或吸水性树脂1.0g添加至0.9质量%氯化钠水溶液200ml中,以250rpm搅拌1小时或16小时后的溶解聚合物量(单位:质量%)。溶解聚合物量的测定使用pH滴定来进行。搅拌时间在报告结果时进行记载。
[1-6]凝胶粉碎能量
本发明中的“凝胶粉碎能量”是指:对含水凝胶进行凝胶粉碎时,凝胶粉碎装置所需要的含水凝胶的每单位质量的机械能量。因此,不包括将凝胶粉碎装置加热或冷却的能量以及向凝胶粉碎装置投入的水和蒸汽的能量。
需要说明的是,“凝胶粉碎能量”因英语表示的“Gel Grinding Energy”而简称为“GGE”。在凝胶粉碎装置用三相交流电进行驱动时,上述GGE通过以下的(式1)来计算。
GGE(J/g)=(√3×电压×功率因数×发动机效率)/(1秒钟投入的含水凝胶的质量)···(式1)
上述“功率因数”和上述“发动机效率”是因凝胶粉碎装置的运转条件等而发生变化的装置固有的值,采取0~1的值。此外,凝胶粉碎装置利用单相交流电进行驱动时,上述GGE可通过将上述(式1)中的“√3”变更为“1”来计算。需要说明的是,“电压”的单位为[V]、“电流”的单位为[A]、“1秒钟投入的含水凝胶的质量”的单位为[g/s]。
此外,也可以使用多个凝胶粉碎装置来进行含水凝胶的凝胶粉碎。此时,针对各个凝胶粉碎装置计算GGE即可。
对含水凝胶施加的机械能量是重要的因素之一,因此,优选减去凝胶粉碎装置空运转时的电流值来计算上述凝胶粉碎能量。尤其是,利用多个装置进行凝胶粉碎时,空运转时的电流值的合计变大,因此,适合为减去空运转时的电流值而计算的方法。此时的凝胶粉碎能量通过以下的(式2)来计算。需要说明的是,为了与上述GGE加以区分,将通过下述(式2)而算出的凝胶粉碎能量记作GGE2。
GGE2(J/g)=(√3×电压×(凝胶粉碎时的电流-空运转时的电流)×功率因数×发动机效率)/(1秒钟投入的含水凝胶的质量)···(式2)
上述(式2)中的“功率因数”和“发动机效率”采用凝胶粉碎时的值。需要说明的是,空运转时的功率因数和发动机效率的值因空运转时的电流值小而近似性地如上述(式2)那样定义。此外,针对上述(式1)和(式2)中的“1秒钟投入的含水凝胶的质量”,在利用定量进料器连续供给含水凝胶的情况下,如果其供给量为[t/hr],则换算成[g/s]来计算。
[1-7]其它
本说明书中,“~酸(盐)”是指“~酸和/或其盐”,“(甲基)丙烯酸类”是指“丙烯酸类和/或甲基丙烯酸类”。
[2]吸水剂的制造方法
本发明所述的吸水剂是向经表面交联的不规则形破碎状的吸水性树脂中添加无机酸碱金属盐粉末而得的,作为上述吸水性树脂,优选使用聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂。以下,针对上述吸水性树脂的制造方法进行详细说明。
[2-1]单体水溶液的制备工序
本工序是制备包含含有丙烯酸(盐)作为主成分的单体和1种以上聚合性内部交联剂的单体水溶液的工序。上述“主成分”是指:相对于供于聚合反应的单体之中除内部交联剂之外的部分,丙烯酸(盐)的含量为50摩尔%以上、优选为70摩尔%以上、更优选为90摩尔%以上,且优选为100摩尔%以下。需要说明的是,也可以在不对作为最终制品而得到的吸水剂的吸水性能造成影响的范围内使用单体的浆料液,但本说明书中,为了方便,针对单体水溶液进行说明。
[2-1-1]丙烯酸(盐)
本发明中,从吸水剂或吸水性树脂的物性和生产率的观点出发,优选将公知的丙烯酸(盐)用作单体(以下有时称为“聚合性单体”)。公知的丙烯酸可以包含微量的阻聚剂、杂质等成分。
作为上述阻聚剂,优选使用甲氧基苯酚类,更优选使用对甲氧基苯酚类。从丙烯酸的聚合性、吸水剂或吸水性树脂的色调等观点出发,该阻聚剂在丙烯酸中的浓度以质量基准计优选为10ppm以上、更优选为20ppm以上,且优选为200ppm以下、更优选为160ppm以下、进一步优选为100ppm以下。
作为上述杂质,除乙酸、丙酸、糠醛等有机化合物之外,可列举出美国专利申请公开第2008/0161512号中记载的化合物。
此外,作为丙烯酸盐,可列举出将上述丙烯酸用下述碱性化合物中和而得的盐。该丙烯酸盐可以是市售的丙烯酸盐,也可以是将丙烯酸中和而得到的盐。
[2-1-2]碱性化合物
本发明中的“碱性化合物”是指显碱性的化合物。具体而言,氢氧化钠是符合的。需要说明的是,市售的氢氧化钠以ppm数量级(质量基准)包含锌、铅、铁等重金属,因此,严格来说,也可以称为组合物。本发明中,针对这种组合物,也视作包括在碱性化合物的范畴内。
作为上述碱性化合物的具体例,可列举出碱金属的碳酸盐、碳酸氢盐、碱金属的氢氧化物、氨、有机胺。其中,从吸水剂或吸水性树脂的吸水性能的观点出发,选择强碱性的化合物。因此,优选为钠、钾、锂等碱金属的氢氧化物,更优选为氢氧化钠。需要说明的是,从处理性的观点出发,该碱性化合物优选制成水溶液。
[2-1-3]中和
作为上述丙烯酸盐,使用将丙烯酸中和而得到的盐时,作为进行中和的时机,可以是聚合前、聚合中、聚合后中的任一时机,也可以在多个时机或部位进行中和。此外,从吸水剂或吸水性树脂的生产效率的观点出发,优选通过连续式进行中和。
本发明中,使用丙烯酸(盐)时,其中和率相对于单体的酸基优选为10摩尔%以上、更优选为40摩尔%以上、进一步优选为50摩尔%以上、特别优选为60摩尔%以上,且优选为90摩尔%以下、更优选为85摩尔%以下、进一步优选为80摩尔%以下、特别优选为75摩尔%以下。通过设为该中和率的范围,容易进一步抑制吸水剂或吸水性树脂的吸水性能的降低。
需要说明的是,上述中和率的范围在上述聚合前、聚合中、聚合后中的任意中和中均可应用。此外,不仅可应用于吸水性树脂的酸基,还可同样地应用于作为最终制品的吸水剂的酸基。
[2-1-4]其它单体
本发明中,可以将除上述丙烯酸(盐)之外的单体(以下表述为“其它单体”)根据需要与丙烯酸(盐)组合使用。
作为上述其它单体,具体而言,可列举出马来酸、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-甲基丙磺酸、2-(甲基)丙烯酰基乙磺酸、2-(甲基)丙烯酰基丙磺酸、(甲基)丙烯酰基磷酸2-羟基乙酯等阴离子性不饱和单体及其盐;含有硫醇基的不饱和单体;含有酚性羟基的不饱和单体;(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺等含有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)丙烯酰胺等含有氨基的不饱和单体。此外,该其它单体包含水溶性或疏水性的不饱和单体。使用该其它单体时,其用量相对于除内部交联剂之外的单体,优选为30摩尔%以下、更优选为10摩尔%以下、进一步优选为5摩尔%以下。
[2-1-5]内部交联剂
在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,具体而言,可列举出N,N’-亚甲基双(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、甘油三(甲基)丙烯酸酯、甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯、环氧乙烷改性三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、磷酸三烯丙酯、三烯丙胺、聚(甲基)烯丙氧基烷烃、(聚)乙二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、甘油、季戊四醇、乙二胺、聚乙烯亚胺、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯。考虑反应性等,从这些内部交联剂中选择1种以上的内部交联剂。此外,从吸水剂或吸水性树脂的吸水性能的观点出发,优选选择具有两个以上聚合性不饱和基团的内部交联剂,更优选选择在后述干燥温度下具有热分解性的内部交联剂,进一步优选选择具有两个以上具有(聚)亚烷基二醇结构的聚合性不饱和基团的内部交联剂。
作为上述聚合性不饱和基团,具体而言,可列举出烯丙基、(甲基)丙烯酸酯基。其中,优选为(甲基)丙烯酸酯基。此外,作为上述具有(聚)亚烷基二醇结构的内部交联剂,具体而言,可列举出聚乙二醇。需要说明的是,亚烷基二醇单元的数量(以下有时表述为“n”)优选为1以上、更优选为6以上,且优选为100以下、更优选为50以下、进一步优选为20以下、特别优选为10以下。
上述内部交联剂的用量相对于除内部交联剂之外的单体,优选为0.0001摩尔%以上、更优选为0.001摩尔%以上、进一步优选为0.01摩尔%以上,且优选为10摩尔%以下、更优选为5摩尔%以下、进一步优选为1摩尔%以下。通过设为该范围内的用量,容易进一步获得具有期望吸水性能的吸水剂或吸水性树脂。另一方面,为该范围外的用量时,有时观察到与凝胶强度的降低相伴的水可溶成分的增加、吸收倍率的降低。
上述内部交联剂优选在制作单体水溶液时预先添加,此时,与聚合反应同时进行交联反应。另一方面,也可以不添加内部交联剂地开始聚合反应,并在该聚合反应中或该聚合反应后添加内部交联剂来进行交联反应。此外,还可以组合使用这些方法。此外,还可以设为不使用上述内部交联剂的自交联。
[2-1-6]向单体水溶液中添加的物质
本发明中,从提高吸水剂或吸水性树脂的物性的观点出发,可以在制作上述单体水溶液时、上述聚合反应和交联反应的过程中、或者上述聚合反应和交联反应后的任一个部位以上,向单体水溶液中添加下述物质。
作为该物质,具体而言,可列举出淀粉、淀粉衍生物、纤维素、纤维素衍生物、聚乙烯醇(以下有时称为“PVA”)、聚丙烯酸(盐)、聚丙烯酸(盐)的交联体等亲水性高分子、碳酸盐、偶氮化合物、产生气泡的发泡剂、表面活性剂、螯合剂、链转移剂等化合物。
上述亲水性高分子的添加量相对于上述单体水溶液优选为50质量%以下、更优选为20质量%以下、进一步优选为10质量%以下、特别优选为5质量%以下,且优选为0质量%以上、更优选超过0质量%。此外,上述化合物的添加量相对于上述单体水溶液优选为5质量%以下、更优选为1质量%以下、进一步优选为0.5质量%以下,且优选为0质量%以上、更优选超过0质量%。
若使用水溶性树脂或吸水性树脂作为上述亲水性高分子,能够获得淀粉-丙烯酸(盐)共聚物、PVA-丙烯酸(盐)共聚物等接枝聚合物或吸水性树脂组合物。这些接枝聚合物或吸水性树脂组合物也包括在本发明所述的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂的范畴内。
[2-1-7]不规则形破碎状的吸水性树脂
本发明所述的吸水剂的制造方法可应用于容易产生粉尘的不规则形破碎状的吸水性树脂。作为该不规则形破碎状的吸水性树脂,优选含水率低的树脂,更优选含水率为10质量%以下的树脂。此外,作为该不规则形破碎状的吸水性树脂,“发泡形状”或“多孔形状”、“造粒物”的吸水性树脂也成为对象。
作为获得上述“不规则形破碎状”的吸水性树脂的方法,具体而言,优选选择从下述(a)~(c)组成的组中选出的1个以上的工序。
(a)吸水性树脂是将以丙烯酸(盐)为主成分的单体水溶液进行发泡聚合而得到的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂;
(b)吸水性树脂是使含水凝胶状交联聚合物历经以7J/g以上且40J/g以下的凝胶粉碎能量2进行凝胶粉碎的工序而得到的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂,所述含水凝胶状交联聚合物为在以丙烯酸(盐)为主成分的单体水溶液的聚合的同时或聚合后得到的;
(c)吸水性树脂是使含水凝胶状交联聚合物或其干燥物历经造粒的工序而得到的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂,所述含水凝胶状交联聚合物为在以丙烯酸(盐)为主成分的单体水溶液的聚合的同时或聚合后得到的。
[2-1-8]单体成分的浓度
通过根据目的分别选择上述各物质、各成分(以下表述为“单体成分”),以满足上述范围的方式规定各自的量并相互混合,从而制作单体水溶液。需要说明的是,本发明中,除了将单体制成水溶液之外,也可以制成水与亲水性溶剂的混合溶液。
此外,从吸水剂或吸水性树脂的物性的观点出发,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、进一步优选为30质量%以上,且优选为80质量%以下、更优选为75质量%以下、进一步优选为70质量%以下。该单体成分的浓度由下述式(3)进行计算。
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(3)
需要说明的是,上述式(3)中,“单体水溶液的质量”不包括接枝成分、吸水性树脂、逆相悬浮聚合中的疏水性有机溶剂的质量。
[2-2]聚合工序
本工序是使上述单体水溶液的制备工序中得到的、包含含有丙烯酸(盐)作为主成分的单体和1种以上聚合性内部交联剂的单体水溶液发生聚合而得到含水凝胶的工序。
[2-2-1]聚合引发剂
本发明中,在聚合时使用聚合引发剂。作为该聚合引发剂,可列举出热分解型聚合引发剂、光分解型聚合引发剂、或者组合使用会促进这些聚合引发剂分解的还原剂而得的氧化还原系聚合引发剂。作为该聚合引发剂,具体而言,可列举出过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢、过氧化氢、2,2’-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐等自由基聚合引发剂。考虑聚合形态等,从这些聚合引发剂中选择1种以上的聚合引发剂。此外,从聚合引发剂的处理性、吸水剂或吸水性树脂的物性的观点出发,作为该聚合引发剂,优选选择过氧化物或偶氮化合物,更优选选择过氧化物,进一步优选选择过硫酸盐。此外,使用氧化性自由基聚合引发剂时,也可以组合使用亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、L-抗坏血酸等还原剂来进行氧化还原聚合。
上述聚合引发剂的用量相对于除内部交联剂之外的单体,优选为0.001摩尔%以上、更优选为0.01摩尔%以上,且优选为1摩尔%以下、更优选为0.5摩尔%以下、进一步优选为0.1摩尔%以下。此外,上述还原剂的用量相对于除内部交联剂之外的单体,优选为0.0001摩尔%以上、更优选为0.0005摩尔%以上,且优选为0.02摩尔%以下、更优选为0.015摩尔%以下。通过设为该范围内的用量,从而更容易获得具有期望吸水性能的吸水剂或吸水性树脂。
此外,本发明中,也可以通过照射辐射线、电子射线、紫外线等活性能量射线的照射来引发上述聚合反应。此外,也可以组合使用活性能量射线的照射和上述聚合引发剂。
[2-2-2]聚合形态
作为本发明中应用的聚合形态,可列举出水溶液聚合、逆相悬浮聚合、喷雾聚合、液滴聚合、本体聚合、沉淀聚合等。其中,从聚合控制容易性、吸水剂或吸水性树脂的吸水性能的观点出发,优选选择水溶液聚合或逆相悬浮聚合,更优选选择水溶液聚合,进一步优选选择连续水溶液聚合。逆相悬浮聚合记载于国际公开第2007/004529号、国际公开第2012/023433号等。此外,该连续水溶液聚合可列举出美国专利第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聚合;美国专利第6987151号等中记载的连续捏合机聚合。
作为上述连续水溶液聚合的优选形态,可列举出高温开始聚合、高浓度聚合、发泡聚合等。该“高温开始聚合”是指:将聚合开始时的单体水溶液的温度设定至优选为30℃以上、更优选为35℃以上、进一步优选为40℃以上、特别优选为50℃以上,且将上限设为单体水溶液的沸点的聚合形态。此外,“高浓度聚合”是指:将聚合开始时的单体浓度设定至优选为30质量%以上、更优选为35质量%以上、进一步优选为40质量%以上、特别优选为45质量%以上,且将上限设为单体水溶液的饱和浓度的聚合形态。进而,“发泡聚合”是指对包含发泡剂或气泡的上述单体水溶液进行聚合的聚合形态。需要说明的是,这些聚合形态可分别单独实施,也可以组合使用两种以上。
上述各聚合可以在空气气氛下实施,从吸水剂或吸水性树脂的色调的观点出发,优选在氮气、氩气等非活性气体气氛下实施,更优选在氧浓度为1容积%以下的气氛下实施。需要说明的是,关于单体水溶液中的溶解氧,也优选使用非活性气体来充分置换,更优选预先将溶解氧量设为小于1mg/L。
[2-2-2-1]发泡聚合
本发明的聚合工序中,作为聚合形态,优选选择上述“发泡聚合”。通过该发泡聚合,能够得到发泡形状或多孔形状的含水凝胶、吸水性树脂、吸水剂。该吸水剂或吸水性树脂的比表面积大,因此,吸水速度变快。此外,还容易向吸收性物品固定吸水剂,故而优选。需要说明的是,为发泡形状或多孔形状可利用电子显微镜下的颗粒表面的孔来确认。此外,作为孔的大小,可例示出直径为1μm以上且100μm以下的孔。该孔相对于吸水剂或吸水性树脂的一个颗粒优选为1个以上、更优选为10个以上,且优选为10000个以下、更优选为1000个以下。该孔可通过上述发泡聚合来控制。
上述发泡形状或多孔形状的含水凝胶、吸水性树脂、吸水剂因其形状而不抗机械损伤,容易产生粉尘。本发明可出于减少具有这种形状的含水凝胶、吸水性树脂、吸水剂的粉尘的目的而优选地应用。以下,针对作为粉尘减少方法之一的发泡聚合,进行详细说明。
作为上述发泡聚合,可应用选自下述(a-1)~(a-3)中的1种以上的方法。
(a-1)方法1:向单体水溶液中导入气体
(a-2)方法2:由单体水溶液中的溶解气体产生气泡
(a-3)方法3:对单体水溶液使用发泡剂
(a-1)方法1:向单体水溶液中导入气体
相对于上述单体水溶液,优选通过向该单体水溶液中导入0.0015ml/g以上的气体而得到上述效果。气体相对于单体水溶液的导入量更优选为0.0035ml/g以上、进一步优选为0.0050ml/g以上,且优选为0.030ml/g以下、更优选为0.025ml/g以下、进一步优选为0.020ml/g以下。需要说明的是,上述气体的导入量是20℃、1个大气压下的值。
作为向单体水溶液中导入气体的方法,具体而言,可列举出鼓泡方式、静态搅拌器方式、气蚀方式、文丘里方式。这些方法也可以组合使用。作为上述气体,具体而言,可列举出氧气、空气、氮气、二氧化碳、臭氧和它们的混合气体。其中,从聚合性和成本的观点出发,优选使用氮气或二氧化碳等非活性气体,更优选使用空气或氮气。导入气体时或导入后的压力可以为常压、加压或减压中的任一者。
(a-2)方法2:由单体水溶液中的溶解气体产生气泡
本发明中,若使单体水溶液中的溶解气体的溶解度降低,而在单体水溶液中产生气泡的过程中开始聚合,则能够使含水凝胶中包含气泡。溶解气体的溶解度降低方法可根据目标物性和制造成本等来适当决定。若使用添加有表面活性剂和/或分散剂的单体水溶液,则能够使气泡稳定地分散,故而更优选。
作为溶解气体的溶解度降低方法,具体而言,有使单体水溶液的温度上升的方法和添加水溶性有机物的方法等,最优选使单体水溶液的温度上升的方法。为了控制导入气泡量,可以预先控制单体水溶液中的溶解气体量。
(a-3)方法3:对单体水溶液使用发泡剂
本发明中,向单体水溶液中添加发泡剂而使其发泡时,作为该发泡剂,具体而言,可列举出因加热而产生气体的偶氮化合物、有机或无机的碳酸酯溶液、分散液、或者粒径为0.1μm以上且1000μm以下的粉末,优选使用碳酸钠、碳酸铵、碳酸镁等碳酸盐、碳酸氢盐。
上述发泡剂的用量优选为5质量%以下、更优选为1质量%以下、进一步优选为0.5质量%以下,且优选超过0质量%、更优选为0.1质量%以上。若该发泡剂的用量过多,则大量产生气泡,气泡容易合为一体,其结果,有时所得吸水剂的比表面积变小,吸水速度降低。
上述工序(a-1)~(a-3)可单独进行或组合进行两个以上,作为组合,为工序(a-1)与工序(a-2);工序(a-1)与工序(a-3);工序(a-2)与工序(a-3);工序(a-1)与工序(a-2)与工序(a-3)。需要说明的是,在上述两个工序和上述三个工序的组合中,工序顺序没有限定,此外,也可以同时进行。与单独进行上述工序相比,优选将两个工序加以组合,更优选将三个工序加以组合,由此,能够进一步提高单体水溶液中的气泡量。若考虑到制造成本,则为工序(a-1)和/或工序(a-2)。此外,工序(a-1)可利用由聚合时的中和引起的升温,故而优选。进而,若将工序(a-1)与工序(a-2)加以组合,则随着单体水溶液的溶解度降低,能够更容易使单体水溶液中产生和含有气泡,故而特别优选。
上述(a-1)~(a-3)中说明的包含发泡剂或气泡的上述单体水溶液中,为了稳定地保持气泡,也可以使用表面活性剂。作为该表面活性剂,可列举出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、氟系表面活性剂、有机金属表面活性剂。具体而言,可列举出国际公开第97/017397号、美国专利第6107358号记载的表面活性剂。
通过适当调整上述表面活性剂和/或分散剂的种类和/或量,能够得到具有期望物性的吸水剂。需要说明的是,该表面活性剂优选为非高分子表面活性剂,分散剂优选为高分子分散剂。此外,表面活性剂和/或分散剂优选在聚合前或聚合时的单体水溶液的温度成为50℃以上的之前阶段中添加。
表面活性剂和/或分散剂的种类可根据目标物性来适当决定。作为具体的表面活性剂,适合使用国际公开第2011/078298号中例示的表面活性剂。其中,优选为非离子性表面活性剂,更优选在分子内具有聚氧乙烯链的非离子性表面活性剂,最优选为聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯。
这些表面活性剂的用量根据所使用的表面活性剂的种类、目标物性来适当调整即可,相对于使用单体的量,优选超过0质量%,且优选为2质量%以下、更优选为0.03质量%以下、进一步优选为0.015质量%以下、更进一步优选为0.01质量%以下、特别优选为0.008质量%以下。上述表面活性剂的用量也可以应用于聚合后的含水凝胶。需要说明的是,使用多种表面活性剂时的用量设为其合计量。进而,也可以应用于根据需要进行后述“(2-6)表面交联工序”记载的表面活性剂的覆盖后得到的最终制品形式的吸水剂。
[2-3]凝胶粉碎工序
本工序是对上述聚合工序中得到的含水凝胶进行凝胶粉碎,从而得到颗粒状的含水凝胶(以下表述为“颗粒状含水凝胶”)的工序。需要说明的是,为了与后述粉碎工序中的“粉碎”加以区分,将本工序中的粉碎表述为“凝胶粉碎”。
上述“凝胶粉碎”是指:使用捏合机、碎肉机、切割磨等凝胶粉碎机,将含水凝胶调整至规定的大小。
关于凝胶粉碎的实施方式、运转条件等,在本发明中优选应用国际公开第2015/030129号和国际公开第2015/030130中记载的内容。需要说明的是,聚合形态为捏合机聚合时,同时实施聚合工序和凝胶粉碎工序。此外,在逆相悬浮聚合、喷雾聚合或液滴聚合等通过聚合工序而得到颗粒状含水凝胶的情况下,视作凝胶粉碎工序与该聚合工序同时实施。此外,通过在本发明中历经凝胶粉碎工序,能够得到不规则形破碎状的吸水性树脂、吸水剂。需要说明的是,不规则形破碎状也可以由电子显微镜照片等的颗粒断裂面来确认。
利用凝胶粉碎工序进行了细粒化的凝胶的粒径通常为0.1mm以上,优选为10mm以下的范围。若使凝胶过于细粒化,则所得吸水性树脂的物性有可能变低。另一方面,若凝胶的粒径过大,则干燥有可能不充分。
此外,上述颗粒状含水凝胶的质均粒径D50优选为300μm以上、更优选为350μm以上,且优选为1700μm以下、更优选为1000μm以下。若上述质均粒径D50过大,则有时颗粒状含水凝胶承受的剪切力和压缩力不均匀或不充分。进而,颗粒状含水凝胶从表层部朝向内部逐渐被干燥,因此,若质均粒径D50过大,则在表层部与内部的干燥度不同的状态下被粉碎,生成物性不均匀的颗粒。其结果,所得吸水剂整体的物性降低,故不优选。
上述质均粒径D50在上述范围内时,因其与颗粒状含水凝胶的表面积的关系而抑制过度的干燥,单体难以残留在含水凝胶中,有助于减少残留单体,故而优选。进而,不会因干燥后的粉碎而生成大量的微粉,因此,不仅容易控制粒度,通液性等物性也不会降低,故而优选。
作为上述颗粒状含水凝胶的粒度,表示其粒度分布的窄度的对数标准偏差σζ优选为0.2以上,且优选为1.5以下、更优选为1.3以下、进一步优选为1.2以下。粒度分布的对数标准偏差σζ的值越小,则粒径越均匀,存在能够更均匀地干燥的优点。然而,为了将该粒度分布的对数标准偏差σζ设为小于0.2,需要凝胶粉碎前的聚合时的粒度控制、凝胶粉碎后的颗粒状含水凝胶的分级等特殊操作,因此,若考虑到生产率、成本,则优选设为0.2以上。
本发明中,理想的是:以表面交联前的吸水性树脂的比表面积成为25m
此外,通过适当控制碎肉机等粉碎装置的模具孔径、孔数、模具厚度、温水添加量、螺杆轴的转速等,能够得到期望的比表面积。此外,也可以将该凝胶粉碎技术与前述的发泡聚合加以组合。
上述颗粒状含水凝胶的质均粒径D50、粒度分布的对数标准偏差σζ的测定方法利用国际公开第2016/111223号记载的方法来进行。
本发明中,通过利用凝胶粉碎能量2(以下表述为“GGE2”)为7J/g以上且40J/g以下的动力使含水凝胶进行细粒化,能够容易地将表面交联前的吸水性树脂的比表面积设为25m
[2-4]干燥工序
本工序是使上述聚合工序和/或凝胶粉碎工序中得到的含水凝胶和/或颗粒状含水凝胶干燥至期望的树脂固体成分而得到干燥聚合物的工序。
该干燥聚合物的树脂固体成分根据将吸水性树脂1g以180℃加热3小时时的质量变化来求出,优选为80质量%以上、更优选为85质量%以上、进一步优选为90质量%以上、特别优选为92质量%以上,且优选为99质量%以下、更优选为98质量%以下、进一步优选为97质量%以下。
作为上述含水凝胶和/或颗粒状含水凝胶的干燥方法,具体而言,可列举出加热干燥、热风干燥、减压干燥、流动层干燥、红外线干燥、微波干燥、转筒干燥机干燥、基于与疏水性有机溶剂的共沸脱水的干燥、利用高温水蒸气的高湿干燥等。其中,从干燥效率的观点出发,优选为热风干燥,更优选为在通气带上进行热风干燥的带式干燥。
从吸水性树脂的色调、干燥效率的观点出发,上述热风干燥中的干燥温度优选为100℃以上、更优选为150℃以上,且优选为300℃以下、更优选为200℃以下。需要说明的是,热风干燥中的干燥温度通过热风温度来规定。此外,关于热风风速、干燥时间等除上述干燥温度之外的干燥条件,根据供于干燥的颗粒状含水凝胶的含水率、总质量和作为目标的树脂固体成分来适当设定即可,进行带式干燥时,适当应用国际公开第2006/100300号、国际公开第2011/025012号、国际公开第2011/025013号、国际公开第2011/111657号等记载的各条件。
本发明中的干燥时间优选为1分钟以上、更优选为5分钟以上、进一步优选为10分钟以上,且优选为10小时以下、更优选为3小时以下、进一步优选为1小时以下。通过设为该范围内的干燥温度和干燥时间,能够将所得吸水剂的物性设为期望范围。此外,通过热风干燥来进行干燥时,作为热风风速,优选为0.5m/s以上,且优选为3.0m/s以下、更优选为2.0m/s以下。需要说明的是,关于其它干燥条件,根据进行干燥的颗粒状含水凝胶的含水率和总重量、以及作为目标的固体成分等来适当设定即可。
通过将上述干燥的各条件控制至上述范围内,从而干燥聚合物的物性不易产生不均,能够将固体成分控制至规定的范围,进而,能够抑制所得吸水性树脂的色调恶化和吸水性能的降低。
[2-5]粉碎工序、分级工序
本工序是利用粉碎工序对历经上述干燥工序而得到的干燥后的干燥聚合物进行粉碎,并通过分级工序而调整至期望范围的粒度,从而得到比表面积为25m
作为上述粉碎工序中使用的粉碎机,可列举出辊磨机、锤磨机、螺杆磨机、销磨机等高速旋转式粉碎机;振动磨机、转向节类型的粉碎机、圆筒型搅拌器等。其中,从粉碎效率的观点出发,优选选择辊磨机。此外,也可以将这些粉碎机组合使用多种。
作为上述分级工序中的粒度调整方法,可列举出使用了JIS标准筛(JIS Z8801-1(2000))的筛分级、气流分级等。其中,从分级效率的观点出发,优选选择筛分级。需要说明的是,吸水剂或吸水性树脂的粒度调整不限定于在粉碎工序、分级工序中实施,也可以在聚合工序、尤其在逆相悬浮聚合、液滴聚合等、其它工序、例如造粒工序、微粉回收工序中实施。
分级后的表面交联前的吸水性树脂所包含的(i)粒径小于150μm的吸水性树脂的颗粒的比例优选为3质量%以下、更优选为2.5质量%以下、进一步优选为2质量%以下。
此外,(ii)表面交联前的吸水性树脂的质均粒径D50优选为300μm以上,且优选为500μm以下、更优选为450μm以下、进一步优选为400μm以下。
进而,关于(iii)表面交联前的吸水性树脂的粒度分布,更优选的是:质均粒径D50在上述(ii)的范围内,且小于150μm的颗粒的比例在上述(i)的范围内。
进而,(iv)表示表面交联前的吸水性树脂粒度分布的窄度的对数标准偏差σζ优选为0.20以上、更优选为0.25以上、进一步优选为0.27以上,且优选为0.50以下、更优选为0.40以下、进一步优选为0.35以下。粒度分布的对数标准偏差σζ的值越小,则粒径越均匀,存在颗粒的偏析变少的优点。然而,为了过度减小该粒度分布的对数标准偏差σζ,需要反复进行粉碎和分级来去除粗颗粒和微粒,从生产率、成本观点出发,有可能导致不利。
进而,(v)表面交联前的吸水性树脂的比表面积优选为25m
上述粒度等、即上述(i)~(v)不仅可应用于表面交联前的吸水性树脂,也可以应用于表面交联后的吸水性树脂、吸水剂。因此,为了维持用表面交联前的吸水性树脂进行了调整的上述范围的粒度,优选在表面交联工序中进行表面交联处理,更优选在表面交联工序及之后设置整粒工序来进行粒度调整。此外,本发明中,可以任意地组合上述(i)~(v)。即,(i)~(v)还优选单独调整,也优选组合两种以上,组合多种时,能够获得协同效应。此外,组合两种以上时,任意组合均可以选择上述的各适合范围。自不用说,也可以将(i)~(v)全部组合。这些之中,优选作为(i)与(ii)的组合的(iii),更优选(iii)与(iv)的组合,进一步优选(iii)与(iv)与(v)的组合。该组合被应用于本发明。
[2-6]表面交联工序
本工序是在历经上述各工序而得到的表面交联前的吸水性树脂的表面层进一步设置交联密度高的部分的工序,呈现包含混合工序、热处理工序、冷却工序等的构成。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、与表面交联剂的交联反应等,从而得到经表面交联的吸水性树脂。
[2-6-1]混合工序
本工序是通过在混合装置内将包含表面交联剂的溶液(以下表述为“表面交联剂溶液”)与表面交联前的吸水性树脂混合而得到加湿混合物的工序。
[2-6-1-1]表面交联剂
本发明中,在表面交联时使用表面交联剂。作为表面交联剂,优选为选自由多元醇或其衍生物、氨基醇、亚烷基碳酸酯化合物、噁唑烷酮化合物和环氧化合物组成的组中的1种以上有机表面交联剂。此外,作为表面交联剂,优选为能够在与羧基之间形成酯键的有机表面交联剂。作为与聚羧酸系吸水性树脂的官能团、例如与羧基形成酯键、优选形成脱水酯键的表面交联剂,可例示出多元醇或氨基醇等在分子内具有羟基的有机表面交联剂;亚烷基碳酸酯、噁唑烷酮、氧杂环丁烷、环氧化合物等通过开环而产生羟基的有机表面交联剂。
作为上述表面交联剂,更具体而言,可列举出乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1-甲基-1,3-丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、二丙二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、2,3,4-三甲基-1,3-戊二醇、聚丙二醇、甘油、聚甘油、2-丁烯-1,4-二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,2-环己烷甲醇、1,2-环己烷二甲醇、1,2-环己二醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺、聚氧丙烯、氧亚乙基-氧亚丙基嵌段共聚物、季戊四醇、内消旋赤藓醇、D-山梨糖醇、山梨糖醇等多元醇化合物;乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、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、丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、缩水甘油等环氧化合物;乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、聚乙烯亚胺、聚酰胺多胺等多元胺化合物以及它们的无机盐或有机盐、例如吖丙啶盐等;2,4-甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯等多异氰酸酯化合物;表氯醇、表溴醇、α-甲基表氯醇等卤代环氧化合物;1,2-亚乙基双噁唑啉等多噁唑啉化合物;N-酰基噁唑烷酮、2-噁唑烷酮等噁唑烷酮化合物;1,3-二氧戊环-2-酮、4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,5-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-羟基甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、1,3-二噁烷-2-酮、4-甲基-1,3-二噁烷-2-酮、4,6-二甲基-1,3-二噁烷-2-酮、1,3-二氧杂环庚烷(dioxopane)-2-酮等亚烷基碳酸酯化合物;环状脲化合物;氧杂环丁烷、2-甲基氧杂环丁烷、3-甲基-3-羟基甲基氧杂环丁烷、3-乙基-3-羟基甲基氧杂环丁烷等氧杂环丁烷化合物;乙醇胺等氨基醇化合物;锌、钙、镁、铝、铁、锆等的氢氧化物或氯化物等多价金属化合物等。
这些表面交联剂之中,适合为选自由多元醇化合物、环氧化合物、多胺化合物和它们的盐、氧杂环丁烷化合物及亚烷基碳酸酯化合物组成的组中的至少1种化合物。表面交联剂更优选为选自由碳原子数为3以上且6以下并且分子内含有的羟基为2以上且3以下的多元醇、碳原子数为6以上且12以下的环氧化合物、碳原子数为3以上且5以下的亚烷基碳酸酯、以及碳原子数为3以上且10以下的氧杂环丁烷化合物组成的组中的1种以上化合物。
此外,上述表面交联剂考虑到其反应性、热处理工序中的加热温度,可使用1种或2种以上。需要说明的是,表面交联工序考虑到其效果可以进行2次以上,此时,第二次及之后的工序可以使用与第一次相同的表面交联剂来进行,也可以使用不同的表面交联剂来进行。
上述表面交联剂的用量相对于表面交联前的吸水性树脂100质量份,优选为0.01质量份以上,且优选为10质量份以下、更优选为5质量份以下、进一步优选为2质量份以下。通过将表面交联剂的用量设为该范围内,能够在表面交联前的吸水性树脂的表面层形成最佳的交联结构,容易获得更高物性的吸水性树脂、吸水剂。需要说明的是,使用多个表面交联剂时的用量设为其合计量。
上述表面交联剂优选以水溶液的形式添加至表面交联前的吸水性树脂中。此时,水的用量相对于表面交联前的吸水性树脂100质量份,优选为0.1质量份以上、更优选为0.3质量份以上、进一步优选为0.5质量份以上,且优选为20质量份以下、更优选为15质量份以下、进一步优选为10质量份以下。通过将水的用量设为该范围内,表面交联剂溶液的处理性进一步提高,容易对表面交联前的吸水性树脂均匀地混合表面交联剂。
表面交联剂溶液中的表面交联剂的浓度可适当决定,为了对作为本发明对象的比表面积高的表面交联前的吸水性树脂进行表面交联而在表面交联前的吸水性树脂的表面层形成最佳的交联结构,从而获得提高物性的效果,表面交联剂溶液中的表面交联剂的浓度优选为0.1质量%以上、更优选为1质量%以上、进一步优选为5质量%以上,且优选为50质量%以下、更优选为40质量%以下、进一步优选为30质量%以下。
此外,也可以将亲水性有机溶剂根据需要与上述水组合使用,制成上述表面交联剂溶液。此时,亲水性有机溶剂的用量相对于表面交联前的吸水性树脂100质量份,优选为5质量份以下、更优选为3质量份以下、进一步优选为1质量份以下。作为该亲水性有机溶剂,具体而言,可列举出甲醇等低级醇类;丙酮等酮类;二噁烷等醚类;N,N-二甲基甲酰胺等酰胺类;二甲基亚砜等亚砜类;乙二醇等多元醇类等。然而,这些亲水性有机溶剂应该抑制在必要最小限,即便在使用时也优选限制到尽量小的用量,最优选不使用。
此外,也可以将下述“[2-7]添加剂及其添加工序”中添加的各种添加剂以5质量份以下的范围内添加至上述表面交联剂溶液,或者在混合工序中另行添加。
[2-6-1-2]混合方法、混合条件
作为上述表面交联前的吸水性树脂与上述表面交联剂溶液的混合方法,可列举出:预先制作表面交联剂溶液,并对表面交联前的吸水性树脂优选喷雾或滴加该溶液、更优选喷雾该溶液,并混合的方法。
作为进行上述混合的混合装置,优选为具有对于将表面交联前的吸水性树脂与表面交联剂均匀且可靠地混合而言必要的转矩的混合装置。该混合装置优选为高速搅拌型混合机,更优选为高速搅拌型连续混合机。需要说明的是,该高速搅拌型混合机的转速优选为100rpm以上、更优选为300rpm以上,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、加湿混合物的聚集性的观点出发,向本工序中供给的表面交联前的吸水性树脂的温度优选为15℃以上、更优选为17℃以上、进一步优选为20℃以上,且优选为80℃以下、更优选为70℃以下、进一步优选为60℃以下。此外,混合时间优选为1秒钟以上、更优选为5秒钟以上,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
本工序是对上述混合工序中得到的加湿混合物施加热,在表面交联前的吸水性树脂的表面上使其发生交联反应的工序。
上述加湿混合物的热处理中,可以将该加湿混合物在静置状态下加热,也可以使用搅拌等动力在流动状态下加热,从能够将加湿混合物整体均匀加热的观点出发,优选在搅拌下进行加热。作为进行上述热处理的热处理装置,具体而言,可列举出桨式干燥器、多翅片处理器、塔式干燥器等。
从表面交联剂的种类和量、以及吸水剂或吸水性树脂的吸水性能的观点出发,本工序中的加热温度优选为150℃以上、更优选为170℃以上、进一步优选为180℃以上,且优选为250℃以下、更优选为230℃以下。此外,加热时间优选为5分钟以上、更优选为7分钟以上。
通过将加热温度和加热时间控制在上述范围内,从而所得吸水剂或吸水性树脂的吸水性能会提高,故而优选。
[2-6-3]冷却工序
本工序是在上述热处理工序后根据需要而设置的任选工序。本工序是将结束上述热处理工序后的表面交联后的吸水性树脂强制冷却至规定温度,而使表面交联反应迅速结束的工序。
上述表面交联后的吸水性树脂的冷却可以在静置状态下进行冷却,也可以使用搅拌等动力在流动状态下进行冷却,从能够将吸水性树脂整体均匀冷却的观点出发,优选在搅拌下进行冷却。作为进行上述冷却的冷却装置,具体而言,可列举出桨式干燥器、多翅片处理器、塔式干燥器等。需要说明的是,这些冷却装置也可以设为与热处理工序中使用的热处理装置相同的规格。这是因为:通过将热处理装置的热介质变更为制冷剂,能够用作冷却装置。
本工序中的冷却温度根据热处理工序中的加热温度、吸水剂或吸水性树脂的吸水性能来适当设定即可。理想的是:以在表面交联后向吸水性树脂中添加无机酸碱金属盐粉末时的吸水性树脂的温度优选为150℃以下、更优选为100℃以下、进一步优选为90℃以下、特别优选为70℃以下,且优选为5℃以上、更优选为10℃以上的方式进行冷却。如果吸水性树脂的温度在上述范围内,则能够获得与无机酸碱金属盐粉末的良好混合性。
进行表面交联而得到的吸水性树脂的形状如果不进行造粒等,则是不规则形破碎状,因此,具有高比表面积,吸水速度高。需要说明的是,可以在表面交联后对吸水性树脂颗粒进行破碎等,但若进行破碎等,则表面交联效果会减少。不规则形破碎状的吸水性树脂、更优选具有不规则形状和高比表面积的吸水性树脂可通过对聚合时的发泡聚合、含水凝胶或干燥聚合物进行粉碎来获得。
表面交联后的吸水性树脂所包含的(i)穿过网眼为150μm的筛的颗粒的比例相对于吸水性树脂整体优选为3质量%以下。穿过网眼为150μm的筛的颗粒、即粒径小于150μm的颗粒可通过对吸水性树脂采用与上述分级工序相同的粒度调整方法来适当调整。理想的是:除了小于150μm的颗粒的比例之外,也与上述分级后的表面交联前的吸水性树脂同样地,(ii)质均粒径D50优选为300μm以上且500μm以下、(iii)质均粒径D50与小于150μm的颗粒优选在上述各范围内、(iv)对数标准偏差σζ优选为0.20以上且0.50以下、(v)比表面积优选为25m
[2-7]添加剂及其添加工序
本发明中,可以对表面交联后的吸水性树脂加入添加剂。换言之,吸水剂除了含有吸水性树脂之外,还可以含有添加剂。作为添加剂,包含通液性改进剂或其成分剂、其它添加剂等,它们可以使用1种,也可以组合2种以上。
[2-7-1]通液性改进剂或同成分剂
作为本发明中使用的通液性改进剂,可列举出具有使吸水剂或吸水性树脂的食盐水流动诱导性(以下称为“SFC”)、载荷或无载荷下的凝胶床透过性(以下称为“GBP”)提高这一功能的添加剂,可以使用选自多价金属盐、阳离子性聚合物、无机微粒中的1种以上化合物,可根据需要组合使用2种以上。
这些添加剂也可以不将提高通液性作为目的,而是为了发挥出吸湿下的抗结块剂、粉体的流动控制剂、吸水性树脂的粘结剂等其它功能而使用。需要说明的是,以其它功能为目的进行添加时,称为同成分剂。
上述通液性改进剂或同成分剂的添加量根据所选择的化合物来适当设定。需要说明的是,不仅是这些添加剂单独使用的情况,而且在组合使用2种以上时各自的适合添加量的范围可以在以下记载的范围内适当选择。
上述“SFC”是指Saline Flow Conductivity的简称,是2.07kPa载荷下的0.69质量%氯化钠水溶液相对于吸水剂或吸水性树脂的通液性,是按照美国专利第5669894号中记载的SFC试验方法而测得的值。
此外,上述“GBP”是指Gel Bed Permeability的简称,是载荷下或自由溶胀时的0.9质量%氯化钠水溶液相对于吸水剂或吸水性树脂的通液性,是按照国际公开第2005/016393号中记载的GBP试验方法而测得的值。
[2-7-1-1]多价金属盐
使用多价金属盐时,多价金属盐的多价金属阳离子优选为2价以上、更优选为3价以上,且优选为4价以下。此外,作为可使用的多价金属,可列举出铝、锆等。因此,作为本工序中可使用的多价金属盐,可列举出乳酸铝、乳酸锆、硫酸铝、硫酸锆等。其中,从提高SFC效果的观点出发,更优选为乳酸铝或硫酸铝,进一步优选为硫酸铝。
作为上述多价金属盐的添加量,相对于吸水性树脂1g,优选为0摩尔以上且小于3.6×10
[2-7-1-2]阳离子性聚合物
使用阳离子性聚合物时,作为阳离子性聚合物,可列举出美国专利第7098284号中记载的物质。其中,从提高SFC、GBP的效果的观点出发,更优选为乙烯胺聚合物。此外,阳离子性聚合物的质均分子量优选为5000以上且1000000以下。
上述阳离子性聚合物的添加量相对于吸水性树脂100质量份优选为0质量份以上、更优选超过0质量份,且优选小于2.5质量份、更优选小于2.0质量份、进一步优选小于1.0质量份。
[2-7-1-3]无机微粒
使用无机微粒时,作为无机微粒,可列举出美国专利第7638570号中记载的物质。其中,从提高SFC、GBP的效果的观点出发,优选为二氧化硅。
上述无机微粒的一次粒径小于20nm时,只要以相对于吸水性树脂100质量份优选为0质量份以上、更优选超过0质量份、且优选小于1.2质量份、更优选小于1.0质量份、进一步优选小于0.5质量份的方式来添加即可。此外,一次粒径为20nm以上时,只要以相对于吸水性树脂100质量份优选为0质量份以上、更优选超过0质量份、且优选小于2.0质量份、更优选小于1.5质量份、进一步优选小于1.0质量份的方式来添加即可。需要说明的是,根据所选择的无机微粒的种类、量,粉尘有时显著增加,有时无法利用本发明的制法来减少粉尘,因此,只要适当选择/调整即可。
[2-7-2]其它的添加剂
作为其它添加剂,具体而言,可列举出螯合剂、无机还原剂、芳香性物质、有机还原剂、羟基羧酸化合物、表面活性剂、具有磷原子的化合物、氧化剂、金属皂等有机粉末、消臭剂、抗菌剂、纸浆、热塑性纤维等。这些其它添加剂可以使用1种或2种以上。其中,优选为螯合剂,更优选为氨基多元羧酸或氨基多元磷酸。作为该螯合剂,具体而言,可列举出日本特开平11-060975号、国际公开第2007/004529号、国际公开第2011/126079号、国际公开第2012/023433号、日本特表2009-509722号、日本特开2005-097519号、日本特开2011-074401号、日本特开2013-076073号、日本特开2013-213083号、日本特开昭59-105448号、日本特开昭60-158861号、日本特开平11-241030号、日本特开平2-41155号等中记载的螯合剂。
其它添加剂、尤其是螯合剂优选相对于单体或吸水性树脂以0.001质量%以上且1质量%以下的范围来添加或含有,更优选选择尽可能不会使固体成分降低的添加法。
[2-7-3]添加剂的添加工序
上述添加剂可以在选自上述单体水溶液的制备工序、聚合工序、凝胶粉碎工序、干燥工序、粉碎工序、分级工序、表面交联工序中的一个以上工序的前后或者该工序的过程中进行添加。优选在聚合工序及之后的任意工序的前后或者该工序的过程中进行添加。
将上述添加剂添加至吸水性树脂时,添加剂为液体或水等水性介质的溶液时,优选对吸水性树脂喷雾该液体或溶液,施加充分的转矩而将吸水性树脂与添加剂均匀且可靠地混合。另一方面,上述添加剂为粉状等固体状时,可以与吸水性树脂进行干式共混,也可以将水等水性液体用作粘结剂。
作为上述混合中使用的装置,具体而言,可列举出搅拌型混合机、圆筒型混合机、双重圆锥型混合机、V字型混合机、螺带型混合机、螺杆型混合机、流动型转盘型混合机、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、螺杆型挤出机等。使用搅拌型混合机时,其转速优选为5rpm以上、更优选为10rpm以上,且优选为10000rpm以下、更优选为2000rpm以下。
[2-8]无机酸碱金属盐粉末及其添加工序
本工序是相对于经表面交联的不规则形破碎状的吸水性树脂混合无机酸碱金属盐粉末的工序。通过按照本发明的下述条件进行该处理,从而粉尘的产生量变低。
成为添加无机酸碱金属盐粉末的对象的吸水性树脂是经表面交联的不规则形破碎状的吸水性树脂,更优选满足以下(i)~(iii)中的任一项以上。
(i)将表面交联前的吸水性树脂用有机表面交联剂进行表面交联而得的不规则形破碎状的吸水性树脂;
(ii)吸水性树脂的含水率为10质量%以下;
(iii)吸水性树脂的比表面积为25m
(i)将表面交联前的吸水性树脂用有机表面交联剂进行表面交联而得的不规则形破碎状的吸水性树脂
如上所述,作为表面交联剂,优选使用有机表面交联剂。
(ii)吸水性树脂的含水率为10质量%以下
通常已知的是:若不规则形破碎状的吸水性树脂的含水率成为10质量%以下,则容易因由摩擦等导致的破损而产生粉尘。然而得到了如下令人震惊的结果:通过将无机酸碱金属盐粉末添加至吸水性树脂中,与未添加无机酸碱金属盐粉末的情况相比,粉尘的产生量低。将吸水性树脂的含水率设为优选10质量%以下、更优选8质量%以下、进一步优选5质量%以下、特别优选4质量%以下时,也能够获得该效果。
(iii)吸水性树脂的比表面积为25m
吸水性树脂因上述破碎而导致比表面积变高,但树脂端部容易因磨耗等而损坏。尤其是,若吸水性树脂的比表面积成为25m
吸水性树脂、吸水剂的粒度越小,则比表面积越大,本发明中,优选使用上述微粉少的吸水性树脂,尤其是小于150μm的颗粒的比例优选为3质量%以下、更优选为2质量%以下。
上述(i)~(iii)可适当组合使用,优选为(i)~(iii)中的任一者或(i)~(iii)中的任两者或全部。例如,在(ii)与(iii)的情况下,处于更容易产生粉尘的状态,但添加具有规定粒径的无机酸碱金属盐粉末时,与不添加无机酸碱金属盐粉末的情况相比,粉尘的产生量变低。
[2-8-1]无机酸碱金属盐
作为无机酸碱金属盐,可使用水不溶性盐或水溶性盐,优选使用水溶性盐,尤其是使用在25℃的水100g中溶解1g以上的无机酸碱金属盐。
无机酸碱金属盐可以是氧化性盐,也可以是还原性盐,还可以是非氧化性非还原性盐,优选使用还原性或非氧化性非还原性的无机酸碱金属盐。无机酸碱金属盐可以是无机酸的酸基全部形成盐,也可以是部分为盐的氢盐。
作为还原性的无机酸碱金属盐,可列举出亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸锂等亚硫酸的碱金属盐;亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢锂等亚硫酸氢的碱金属盐;焦亚硫酸钠、焦亚硫酸钾、焦亚硫酸锂等焦亚硫酸的碱金属盐;硫酸氢钠、硫酸钾、硫酸锂等硫酸的碱金属盐;硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硫代硫酸锂等硫代硫酸的碱金属盐(及其水合物);亚磷酸钠、亚磷酸氢钠等亚磷酸的碱金属盐;次磷酸钠、次磷酸氢钠等次磷酸的碱金属盐等。
作为非还原性的无机酸碱金属盐,可例示出碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂等碳酸的碱金属盐;碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢锂等碳酸氢的碱金属盐;碳酸钠与碳酸氢钠等上述碳酸的碱金属盐与上述碳酸氢的碱金属盐;氯化钠、氯化钾、氯化锂等盐酸的碱金属盐;无水磷酸二氢钠、无水磷酸二氢锂等无水磷酸二氢的碱金属盐等。
这些之中,若考虑到抑制粉尘产生的效果和成本,则优选为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫酸氢钠、硫代硫酸钠及其水合物、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠和碳酸氢钠、无水磷酸二氢钠等钠盐;碳酸钾、氯化钾、硫酸钾等钾盐;碳酸锂等锂盐。
此外,还原性无机酸碱金属盐、具体为亚硫酸氢的碱金属盐、亚硫酸的碱金属盐、焦亚硫酸的碱金属盐、硫酸的碱金属盐、硫代硫酸的碱金属盐等含硫碱金属盐具有抗经时着色的效果、抗凝胶劣化的效果,且还能够抑制粉尘的产生量,故而优选。本发明中,上述无机酸碱金属盐粉末优选为选自由碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硫酸氢盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐和它们的氯化物组成的组中的1种以上。
本发明中,使用上述无机酸碱金属盐的粉末。本发明人等使用粒度不同的碱金属盐粉末进行研究的结果,仅使用微细的无机酸碱金属盐粉末时,本发明的效果、即粉尘的产生少。上述无机酸碱金属盐粉末的用筛分级规定的质均粒径D50优选为200μm以下、更优选为150μm以下、进一步优选为100μm以下。若考虑到处理性,则下限为50μm以上、更优选为75μm以上。
无机酸碱金属盐粉末、其中组合使用2种以上时为合计量的添加量相对于添加无机酸碱金属盐粉末前的吸水性树脂100质量份,必须为0.06质量份以上、优选为0.1质量份以上、更优选为0.3质量份以上、进一步优选为0.5质量份以上,且为5质量份以下、优选为3质量份以下、更优选为1质量份以下。
若无机酸碱金属盐粉末的用量过少,则有时得不到充分的抑制粉尘的效果。另一方面,若无机酸碱金属盐粉末的用量过多,则有时粉尘量增加、吸水性能降低。本发明中,用添加无机酸碱金属盐粉末后的粉尘量相对于添加无机酸碱金属盐粉末前的粉尘量规定的减少后粉尘比例优选小于100%、更优选为90%以下、进一步优选为80%以下。
对上述吸水性树脂混合无机酸碱金属盐粉末时,作为具体的混合方法,可以使用公知的搅拌装置进行混合。具体而言,可以使用桨式共混器、螺带搅拌器、旋转共混器、jartumbler、柱塞式搅拌器(plunger mixer)、灰浆搅拌器等进行混合。其转速优选为5rpm以上、更优选为10rpm以上,且优选为10000rpm以下、更优选为2000rpm以下。
这些搅拌装置可以具备将上述吸水性树脂与上述无机酸碱金属盐粉末的混合物加热的加热装置,也可以具备将利用加热装置进行了加热的上述混合物冷却的冷却装置。搅拌时间没有特别限定,优选为60分钟以下、更优选为30分钟以下。
此外,作为无机酸碱金属盐粉末的混合方法,可以在表面交联后的各工序中将无机酸碱金属盐粉末混合,而不另行设置混合工序。在吸水性树脂的制造工序中,将各工序间用空气运输、螺杆进料器等搬运机连接的情况较多,可以在这些搬运工序中在搬运吸水性树脂的同时混合无机酸碱金属盐粉末,也可以在表面交联后的分级工序、聚集物的破碎工序中混合无机酸碱金属盐粉末。
此外,上述吸水性树脂和无机酸碱金属盐粉末为颗粒状的粉体,在进行混合时防止聚集是重要的。因此,将上述无机酸碱金属盐粉末与吸水性树脂混合时或混合后,优选对上述无机酸碱金属盐粉末和吸水性树脂进行空气运输。通过进行空气运输,能够防止吸水性树脂和无机酸碱金属盐粉末的聚集。因此,能够相对于吸水性树脂更均匀地混合无机酸碱金属盐粉末,能够提高所得吸水剂的物性。
需要说明的是,添加无机酸碱金属盐粉末时,可以进一步与无机酸碱金属盐粉末一同包含或者与无机酸碱金属盐粉末分开包含选自由后述的螯合剂、植物成分、抗菌剂、水溶性高分子、无机盐等其它添加剂组成的组中的1种以上。此外,根据需要可以使用水、多元醇等粘结剂。此时的添加剂的含量可根据需要来适当选择,设为无机酸碱金属盐粉末的0.001质量%以上且50质量%以下。作为上述螯合剂,优选对于Fe和Cu的离子掩蔽能力、螯合能力高的螯合剂,具体而言,可列举出相对于Fe离子的稳定度常数为10以上的螯合剂、优选为20以上的螯合剂、进一步优选为氨基多元羧酸及其盐、特别优选为具有3个以上羧基的氨基羧酸及其盐。具体而言,这些多元羧酸可列举出二乙烯三胺五乙酸、三乙烯四胺六乙酸、环己烷-1,2-二胺四乙酸、N-羟乙基乙二胺三乙酸、乙二醇二乙基醚二胺四乙酸、乙二胺四丙酸乙酸、N-烷基-N’-羧甲基天冬氨酸、N-烯基-N’-羧甲基天冬氨酸和它们的碱金属盐、碱土金属盐、铵盐或胺盐。盐可以为完全中和,也可以为部分中和,还可以为混合物。其中,最优选为二乙烯三胺五乙酸、三乙烯四胺六乙酸、N-羟乙基乙二胺三乙酸及其盐。此外,其用量相对于吸水性树脂100质量份,优选为0.00001质量份以上、更优选为0.0001质量份以上,且优选为10质量份以下、更优选为1质量份以下。
为了发挥出消臭性,上述植物成分可以以相对于吸水性树脂100质量份优选为0质量份以上、更优选为0.001质量份以上、进一步优选为0.002质量份以上、且优选为10质量份以下、更优选为5质量份以下、进一步优选为3质量份以下的范围来配混。植物成分优选为选自多酚、黄酮及黄酮类、咖啡因中的至少1种化合物,更优选为选自丹宁、丹宁酸、五倍子、没食子和没食子酸中的1种以上化合物。此外,作为上述抗菌剂,为具有抗菌性的至今为止的公知抗菌剂,可列举出日本特开平11-267500号记载的抗菌剂。需要说明的是,向吸水性树脂中添加这些螯合剂、植物成分、抗菌剂、水溶性高分子、无机盐等时,优选选择尽可能不使固体成分减少的添加方法。
本发明中,对于添加无机酸碱金属盐粉末并混合后的上述吸水性树脂,根据需要进行加热干燥处理即可。即,吸水性树脂的含水率超过10质量%时,可以进行加热干燥处理,但本发明中对无机酸碱金属盐粉末进行了干混,因此,与以往的水溶液添加相比,吸水性树脂的含水率低。尤其是,以往为了将吸水性树脂的含水率设为10质量%以下而必须进行加热干燥处理,但如上所述,由于本发明的吸水性树脂的含水率低、优选为10质量%以下,因此,加热干燥处理不是必须的处理。因此,根据本发明,能够降低加热干燥处理所需的作业成本。此外,即便在进行加热干燥处理的情况下,吸水性树脂的含水率也比以往低,因此,能够通过短时间的加热干燥处理来降低含水率。此外,不对添加无机酸碱金属盐粉末并混合后的上述吸水性树脂添加水或水性液作为将含水率设为10质量%以下的方法也是有用的。
[2-9]其它工序
本发明中,除上述工序之外,可根据需要来实施造粒工序、整粒工序、微粉去除工序、微粉回收工序、微粉的再利用工序、除铁工序等。此外,可以还包括选自运输工序、贮藏工序、捆包工序、保管工序等中的至少1种工序。
需要说明的是,上述造粒工序可以为微粉回收工序中得到的微粉的含水凝胶化工序等。上述整粒工序包括:在表面交联工序及之后将微粉分级而去除的工序;在吸水性树脂聚集而超过期望大小的情况下,进行分级、粉碎的工序等。上述微粉的再利用工序可以是将微粉直接添加、或者在上述造粒工序中制成大的含水凝胶并在吸水性树脂的制造工序的任意工序中添加至作为原料的含水凝胶等中的工序。
例如,可以从添加无机酸碱金属盐粉末后的吸水剂中分离去除粒径小于150μm的颗粒,并将去除的颗粒在吸水性树脂的制造工序中进行再利用,优选在进行上述固化后,分离出粒径小于150μm的颗粒,并将小于150μm的颗粒送回至吸水性树脂的制造工序,作为吸水性树脂的原料来进行再利用。优选向凝胶粉碎前的工序中供给该微粒。
此外,可以将添加无机酸碱金属盐粉末后的吸水剂保存在贮槽中。本发明优选包括如下工序:在上述固化后,将所得吸水剂在贮槽中保持优选1分钟以上且20小时以下的时间。在贮槽中的保持时间更优选为5分钟以上、进一步优选为10分钟以上,且更优选为18小时以下、进一步优选为15小时以下。若上述贮藏时间过长,则相对于生产量,贮槽的尺寸变得过大,在经济方面变得不利。另一方面,若贮藏时间过短,则还取决于生产量,但发挥不出作为用于设置贮槽的缓冲罐的作用,故不优选。
本发明中可以包括在上述贮槽中保持后,将吸水剂填充至制品出货用容器中的工序。从贮槽中分离出规定量,将吸水剂作为最终制品而填充至袋、容器中。
[3]吸水性树脂和吸水剂
如上那样制造的吸水剂只要是能够出货的状态,就成为最终制品。本发明的吸水剂是以经表面交联的不规则形破碎状的吸水性树脂为主成分的吸水剂,在吸水剂的表面配置有无机酸碱金属盐粉末。
“在吸水剂的表面配置有无机酸碱金属盐粉末”是指:在吸水剂的表面附着有无机酸碱金属盐粉末或者无机酸碱金属盐粉末的至少一部分露出在吸水性树脂的表面。本发明中,可通过扫描型电子显微镜(SEM)来确认在吸水性树脂的表面以粒状存在有碱金属盐粉末。
[3-1]吸水性树脂与吸水剂的关系
吸水剂所包含的吸水性树脂的量相对于吸水剂总量为上述[1-1]的范围,优选为95质量%以上、更优选为98质量%以上、进一步优选为99质量%以上、特别优选为100质量%。需要说明的是,未达到100质量%时,剩余的成分中可以包含例如上述的各种添加剂。
[3-2]吸水剂的特性
本发明的吸水剂优选具备以下特性(a)~(m)中的至少一者。
(a)质均粒径D50、(b)粒径小于150μm的颗粒的比例、(c)无加压下吸收倍率CRC、(d)加压下吸收倍率(AAP)、(e)含水率、(f)吸水速度(Vortex法)、(g)多元醇量、(h)比表面积、(i)着色度、(j)无机酸碱金属盐粉末含量、(k)无机酸碱金属盐粉末的种类、(l)表面张力、(m)粉尘量。
此外,上述特性(a)~(m)之中,可以组合具备任意的两个以上。优选至少为特性(e),更优选在它们的基础上还具备特性(b)和特性(h)。进一步优选在它们的基础上还具备特性(g)和/或特性(m),可以在它们的基础上还具备特性(k)和/或特性(l)。最优选具备上述特性(a)~特性(m)的全部。
[3-2-1]质均粒径D50
吸水剂的质均粒径D50优选为200μm以上、更优选为250μm以上、进一步优选为300μm以上,且优选为600μm以下、更优选为550μm以下、进一步优选为500μm以下。详细的测定条件参照实施例。通过将吸水剂的质均粒径D50设为上述范围内,能够进一步以良好的平衡控制作为优选吸收特性的加压下吸收倍率AAP、基于Vortex法的吸水速度。质均粒径D50过小时,有可能凝胶嵩密度变得过高或作为优选吸收特性的加压下吸收倍率AAP变得过低。另一方面,质均粒径D50过大时,作为优选吸收特性的基于Vortex法的吸水速度有可能变得过快。此外,有时吸水剂的颗粒的粗糙度变得显眼,在用于一次性尿布、生理用卫生巾等吸收性物品时,肌肤触感、佩戴感恶化。
[3-2-2]粒径小于150μm的颗粒的比例
吸水剂100质量%中的小于150μm的颗粒的比例优选为3质量%以下、更优选为2质量%以下、进一步优选为1质量%以下、特别优选为0质量%。需要说明的是,在连续商业生产中,从生产效率的观点出发,有时非常难以将小于150μm的颗粒的比例设为0质量%。因此,优选为0.1质量%以上、更优选为0.2质量%以上、进一步优选为0.3质量%以上。通过将小于150μm的颗粒的比例设为上述范围内,容易进一步以良好的平衡控制加压下吸收倍率AAP、基于Vortex法的吸水速度。小于150μm的颗粒的比例过多时,不仅作为优选吸收特性的加压下吸收倍率AAP有可能变得过低,而且粉尘的绝对量也增加,因此,即便是应用借助本发明所述的无机酸碱金属盐来抑制粉尘飞散这一效果而得的吸水剂,在处理该吸水剂的场所中,有可能因粉尘飞散而导致作业环境恶化、因微粒在装置内堆积而导致处理性变难,故不优选。
此外,吸水剂优选质均粒径D50满足上述范围,且小于150μm的颗粒的比例满足上述范围。通过满足两者,能够协同地获得上述效果。需要说明的是,吸水剂的质均粒径D50、小于150μm的颗粒的比例通过实施例中记载的方法来测定。
[3-2-3]无加压下吸收倍率CRC
吸水剂的无加压下吸收倍率CRC优选为25g/g以上,且优选为40g/g以下、更优选为38g/g以下、进一步优选为35g/g以下、特别优选为32g/g以下、最优选为30g/g以下。若上述无加压下吸收倍率CRC过低,则该吸水剂的吸收倍率降低,有可能不适合于一次性尿布、生理用卫生巾等吸收性物品的吸收体用途。另一方面,若上述无加压下吸收倍率CRC过高,则凝胶强度变弱。本发明的无加压下吸收倍率CRC是通过实施例中记载的测定方法而得到的值。
[3-2-4]加压下吸收倍率AAP
“AAP”是Absorption Against Pressure的简称,是指吸水剂在加压下的吸收倍率。
本发明中,吸水剂的加压下吸收倍率AAP优选为20g/g以上、更优选为21g/g以上、进一步优选为22g/g以上、特别优选为23g/g以上,且优选为30g/g以下、更优选为28g/g以下。通过将加压下吸收倍率AAP设为上述范围内,能够进一步降低对吸收体施加压力时的液体回流量,因此,成为适合于一次性尿布、生理用卫生巾等吸收性物品的吸收体用途的吸水性树脂或吸水剂。
[3-2-5]基于Vortex法的吸水速度
吸水剂的基于Vortex法的吸水速度优选为45秒以下、更优选为40秒以下、进一步优选为35秒以下,且优选为10秒以上、更优选为20秒以上。上述基于Vortex法的吸水速度过慢时,有时所得吸水剂的尿、血液等体液等的吸水速度变长,不适合作为一次性尿布等吸收性物品的吸收体。需要说明的是,基于Vortex法的吸水速度可通过发泡聚合、粒度分布等来控制。本发明的基于Vortex法的吸水速度是通过实施例中记载的测定方法而得到的值。
[3-2-6]含水率
吸水剂的含水率优选为10质量%以下、更优选为9质量%以下、进一步优选为8质量%以下、特别优选为7质量%以下,且优选为0.1质量%以上、更优选为0.3质量%以上。若该含水率过低,则吸水剂的耐损伤性有时降低。另一方面,若含水率过高,则有时吸水性能降低或粘合性增加而难以处理。本发明的含水率是通过实施例中记载的测定方法而得到的值。
[3-2-7]多元醇量
吸水剂中的多元醇的总量相对于吸水剂总量以质量基准计优选为15000ppm以下、更优选为12000ppm以下、进一步优选为10000ppm以下,优选下限为0ppm。使用选自多元醇或亚烷基碳酸酯中的1种以上表面交联剂时,为了设为0ppm,另行需要用水、有机溶剂进行清洗的去除工序,因此,在商业生产中生产效率会降低,因此,不是0ppm亦可,可以为例如100ppm以上。另一方面,残留多元醇量相对于吸水剂过多时,有时因残留物而导致肌肤粗糙的风险变高。
[3-2-8]比表面积
吸水剂的比表面积优选设为25m
特别优选的是:本发明中吸水剂的比表面积为25m
[3-2-9]着色度
吸水剂若以包含在一次性尿布等中的状态在高温高湿下长时间暴露,例如在热带/亚热带地区的仓库等机密性低的状态下长时间暴露,则有时因吸水剂中的Fe阳离子、多价金属阳离子的影响而发生着色,着色度降低。
该着色度的降低也被称为经时着色,着色度可以用Hunter Lab表色系的L值(Lightness)来表示,值越大则表示着色越少。该着色度的降低可以用设定至比实际环境更严苛的条件的促进试验来评价。吸水剂的促进试验后的着色度可通过例如向吸水性树脂中添加抗着色剂且控制作为着色原因物质的铁量的技术等而设置在上述范围内。吸水剂通常在一次性尿布等吸收性物品中以高浓度或高重量使用,因此,若上述促进试验后的着色度的L值过低,则将吸水剂应用于一次性尿布等吸收性物品中的吸收体时,有时在高湿度、温度条件下长期贮藏时使吸收性物品的外观恶化,使商品价值降低。吸水剂的促进试验后的着色度的L值优选为80以上、更优选为81以上、进一步优选为83以上。详细测定条件参照实施例。
[3-2-10]无机酸碱金属盐粉末含量
上述吸水剂中的无机酸碱金属盐粉末含量相对于吸水剂100质量份,优选为0.06质量份以上、5质量份以下。利用后述测定方法而规定的无机酸碱金属盐的含量在吸水剂中优选为0.1质量份以上、更优选为0.3质量份以上、进一步优选为0.5质量份以上,且优选为3质量份以下、更优选为1质量份以下。上述过量地检出无机酸碱金属盐成分时,在吸收物性降低的基础上,未附着于吸收剂的碱金属盐会成为粉尘,粉尘量增加,故不优选。
[3-2-11]无机酸碱金属盐粉末的种类
本发明中,吸水剂中的上述无机酸碱金属盐粉末优选为选自由碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硫酸氢盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐和它们的氯化物组成的组中的1种以上。
此外,本发明的吸水剂的形状如上所述优选为不规则形破碎状。
[3-2-12]粉尘量
本发明的吸水剂的基于Heubach粉尘测定仪的30分钟值粉尘量优选为150mg/kg以下。粉尘量更优选为140mg/kg以下、进一步优选为130mg/kg以下。即,本发明的吸水剂优选在该粉尘量少的作业环境中制造。在制造吸水剂时,如果粉尘量优选为150mg/kg以下,则是目视确认不到作业环境中的粉尘挥散的水平,此外,难以发生集尘机的过滤器堵塞等问题,作业性也提高。需要说明的是,从上述观点出发,理想的是上述粉尘量设为0mg/kg,但从成本方面出发,优选设为10mg/kg以上、更优选设为20mg/kg以上、进一步优选设为30mg/kg以上即可。进而,还能够减少在安全卫生方面成为问题的作业气氛空气中的粉尘量。需要说明的是,粉尘量表示用Heubach粉尘测定仪(Heubach DUSTMETER)、测定模式TypeII测得的测定值。详细测定条件参照实施例。
这种吸水剂的低粉尘性优异,因此,能够减少对在安全卫生方面成为问题的暴露于作业者的粉尘量,在制造使用了吸水剂的制品、例如纸尿布时,能够提高作业环境。
[3-2-13]表面张力
所得吸水剂的表面张力优选为60N/m以上、更优选为65N/m以上、进一步优选为70N/m以上。本发明的方法中,表面张力也不会降低,能够减少粉尘量。
[4]吸水剂的用途
本发明所述的吸水剂优选主要用作一次性尿布、生理用卫生巾等吸收性物品的吸收体或吸收层(以下统称为“吸收体”),更优选用作每1片吸收性物品的用量多的吸收性物品的吸收体。
上述吸收体是指将颗粒状吸水剂成形为片状、纤维状、筒状等而得的吸收体,优选成形为片状而成为吸收层。除了本发明所述的吸水剂之外,也可以在成形中组合使用纸浆纤维等吸收性材料、粘接剂、无纺布等。此时,吸收体中的吸水剂的量(以下表述为“芯浓度”)优选为50质量%以上、更优选为60质量%以上、进一步优选为70质量%以上、特别优选为80质量%以上,且优选为100质量%以下。
通过适当控制芯浓度,在将上述吸收体用于吸收性物品时,即便吸收尿而吸水剂凝胶化,也容易在凝胶颗粒间形成适度的空间。
[5]吸收性物品
本发明所述的吸收性物品包含上述吸收体,通常具备具有液体透过性的表面片和具有液体不透过性的背面片。作为吸收性物品,可列举出一次性尿布、生理用卫生巾等。
吸收性物品例如为一次性尿布时,通过在位于佩戴时与人体肌肤接触一侧的液体透过性的顶面片与佩戴时位于外侧的液体不透过性的底面片之间夹持包含本发明吸水剂的吸收体,从而制作该一次性尿布。需要说明的是,一次性尿布还设置有用于将佩戴后的一次性尿布加以固定的粘合带等对于本领域技术人员而言公知的部件。
本发明所述的吸收性物品在吸收体吸收液体而使吸水剂溶胀并凝胶化时,通过在凝胶颗粒间制作适度的空间,并通过该空间来发出适合的香味,从而能够提供对于佩戴者或其护理者而言舒适的吸收性物品。
需要说明的是,本发明所述的吸水剂除了可适合地利用于上述一次性尿布、生理用卫生巾之外,还可适合地利用于宠物尿吸收剂、便携厕所的尿胶凝剂等用途。
本发明中的上述各物性的测定方法在没有特别提及的情况下,基于实施例记载的测定方法。
本申请基于2019年1月11日申请的日本申请第2019-003361号而要求优先权的权益。将日本申请第2019-003361号的说明书的全部内容作为参考而援引至本申请中。
实施例
以下,列举出实施例来更具体地说明本发明,但本发明原本就不限定于下述实施例,自不用说可以在能够符合前述/后述的主旨的范围内适当施加变更来实施,它们均包括在本发明的技术范围内。
<吸水性树脂的制造>
[制造例1]
利用以下的制造条件来制造吸水性树脂。
单体溶液的制备工序
将丙烯酸421.7g、聚乙二醇二丙烯酸酯(平均聚乙二醇单元数(平均n数):9)2.4g、1.0质量%的二乙烯三胺五乙酸三钠水溶液11.3g、48.5质量%的氢氧化钠水溶液140.4g和去离子水、即离子交换水394.7g投入至容量2L的聚丙烯制容器后,进行混合而制作单体水溶液(a’)。该单体水溶液(a’)的液体温度因刚刚制作后的第一阶段的中和热而上升至62.5℃。
接着,将上述单体水溶液(a’)边搅拌边冷却,在液体温度成为38℃的时刻,耗费约30秒钟将调温至40℃的48.5质量%氢氧化钠水溶液211.9g添加至上述单体水溶液(a’)中,进行混合而制作单体水溶液(a)。该单体水溶液(a)的液体温度因刚刚制作后的第二阶段的中和热而上升至81.0℃。在开始混合48.5质量%的氢氧化钠水溶液时观察到析出物,但逐渐溶解而形成透明的均匀溶液。
聚合工序
针对上述单体水溶液(a),使用木下式玻璃球过滤器(过滤器颗粒No.4/木下理化工业公司制),以0.1L/分钟向该单体水溶液(a)中导入5秒钟的氮气。进而,向搅拌状态的上述单体水溶液(a)中添加4.0质量%的过硫酸钠水溶液17.6g后,搅拌约5秒钟。其后,在大气开放体系中注入至不锈钢制筒型容器(底面:340×340mm、高度:25mm、内表面:涂覆有特氟隆(注册商标))中。需要说明的是,该筒型容器使用加热板,预先加热至表面温度达到50℃为止。
将上述单体水溶液(a)注入至筒型容器后的57秒后,开始聚合反应。该聚合反应边产生水蒸气边向四面八方膨胀发泡来进行,其后,收缩至比筒型容器略大的尺寸。自聚合反应开始起经过3分钟后,取出含水凝胶状交联聚合物(以下称为“含水凝胶”)(1)。需要说明的是,这一系列操作在大气开放体系中进行,聚合时的峰温度为110℃。
凝胶粉碎工序
上述聚合反应中得到的含水凝胶(1)用碎肉机(HL-G22S、板孔径:8.0mm/REMACON公司制)进行凝胶粉碎,制成颗粒状的含水凝胶(1)。需要说明的是,向上述碎肉机中投入的含水凝胶(1)的量设为230g/分钟。此外,与该含水凝胶(1)的投入同时以50g/分钟添加调温至90℃的去离子水。
制造例1的凝胶粉碎工序中的凝胶粉碎能量2(GGE(2))为9J/g、颗粒状的含水凝胶(1)的质均粒径D50为900μm、粒度分布的对数标准偏差σζ为1.10。
干燥工序
将通过上述操作而得到的颗粒状的含水凝胶(1)铺展在网眼为300μm、即50目的不锈钢制金属网上,以190℃通气30分钟的热风,由此干燥而得到干燥聚合物(1)。
分级工序
接着,将该干燥操作中得到的干燥聚合物(1)用辊磨机(WML型辊粉碎机/井之口技研公司制)进行粉碎后,使用网眼为710μm和网眼为45μm的JIS标准筛进行分级。
表面交联工序
相对于上述得到的表面交联前的吸水性树脂100质量份,添加包含碳酸亚乙酯0.3质量份、丙二醇0.6质量份、去离子水、即离子交换水3.0质量份、以及聚氧乙烯(20)脱水山梨糖醇单硬脂酸酯(花王公司制)0.001质量份、即相对于表面交联前的吸水性树脂为10ppm的表面交联剂溶液(1),进行均匀混合,制成混合物(1)。其后,通过将该混合物(1)以208℃加热处理40分钟左右而进行表面交联。将所得吸水性树脂粉碎至穿过网眼为850μm的JIS标准筛为止,得到表面交联后的吸水性树脂(1)。将所得表面交联后的吸水性树脂(1)的各物性示于表1。此外,表面交联后的吸水性树脂(1)的促进试验后的着色度为:L值为81.9、a值为1.8、b值为12.3。表面交联后的吸水性树脂(1)的多元醇的总量为4970ppm,本多元醇的总量即便在后述实施例中添加无机酸碱金属盐粉末也不变。
[制造例2]
制作包含27质量%的硫酸铝水溶液(以氧化铝换算计为8质量%)0.91质量份、60质量%的乳酸钠水溶液0.27质量份和丙二醇0.02质量份的混合溶液(2)。
相对于制造例1中得到的表面交联后的吸水性树脂(1)100质量份,边搅拌边添加上述混合溶液(2)1.2质量份,均匀混合1分钟。其后,在无风条件下以60℃干燥30分钟,接着,使其穿过网眼为850μm的JIS标准筛,得到表面交联后的吸水性树脂(2)。将所得表面交联后的吸水性树脂(2)的各物性示于表1。
[制造例3]
在制造例1中,分别将聚乙二醇二丙烯酸酯(分子量523)从2.4g变更为1.8g,将去离子水、即离子交换水从394.7g变更为395.3g,代替网眼为710μm和45μm的JIS标准筛而使用网眼为850μm和45μm的JIS标准筛,进行分级,除此之外,进行与制造例1相同的操作,得到不规则形破碎状的表面交联前的吸水性树脂(3)。对所得表面交联前的吸水性树脂(3)进行与制造例1相同的处理,得到表面交联后的吸水性树脂(3)。将所得表面交联后的吸水性树脂(3)的各物性示于表1。表面交联后的吸水性树脂(3)的多元醇的总量为4820ppm,本多元醇的总量即便在后述实施例中添加无机酸碱金属盐粉末也不变。
[表1]
[实施例1]
向制造例1中得到的表面交联后的吸水性树脂(1)100质量份中混合亚硫酸氢钠(关东化学公司制/特级)0.5质量份。具体而言,向容量为225ml的玻璃容器中投入上述吸水性树脂30g和亚硫酸氢钠后,用油漆振荡器(东洋精机制作所制)使其振动(振动时间:在室温下为3分钟)来进行混合,得到吸水剂(1)。将所得吸水剂(1)的各物性示于表3。此外,吸水剂(1)的促进试验后的着色度如下:L值为85.0、a值为1.5、b值为13.4。
[实施例2]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠的添加量从0.5质量份变更为1.0质量份,除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(2)。将所得吸水剂(2)的各物性示于表3。此外,吸水剂(2)的促进试验后的着色度如下:L值为84.6、a值为1.5、b值为15.3。
[实施例3]
在上述实施例1中,将表面交联后的吸水性树脂(1)变更为制造例3中得到的表面交联后的吸水性树脂(3),将亚硫酸氢钠的添加量从0.5质量份变更为1.0质量份,除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(3)。将所得吸水剂(3)的各物性示于表3。
[实施例4]
在上述实施例1中,将表面交联后的吸水性树脂(1)变更为制造例2中得到的表面交联后的吸水性树脂(2),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(4)。将所得吸水剂(4)的各物性示于表3。
[实施例5]
在上述实施例2中,将亚硫酸氢钠变更为亚硫酸钠(关东化学公司制/特级),除此之外,进行与实施例2相同的操作,得到吸水剂(5)。将所得吸水剂(5)的各物性示于表3。
[实施例6]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为硫酸钠(和光纯药工业公司制/试剂特级),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(6)。将所得吸水剂(6)的各物性示于表3。
[实施例7]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为硫代硫酸钠五水合物(关东化学公司制/特级),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(7)。将所得吸水剂(7)的各物性示于表3。
[实施例8]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为碳酸钠(和光纯药工业公司制/试剂特级),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(8)。将所得吸水剂(8)的各物性示于表3。
[实施例9]
在上述实施例4中,将亚硫酸氢钠变更为碳酸钠(和光纯药工业公司制/试剂特级),将添加量从0.5重量份变更为1.0重量份,除此之外,进行与实施例4相同的操作,得到吸水剂(9)。将所得吸水剂(9)的各物性示于表3。
[实施例10]
在上述实施例2中,将亚硫酸氢钠变更为碳酸氢钠(和光纯药工业公司制/试剂特级),除此之外,进行与实施例2相同的操作,得到吸水剂(10)。将所得吸水剂(10)的各物性示于表3。
[实施例11]
在上述实施例4中,将亚硫酸氢钠变更为碳酸氢钠(和光纯药工业公司制/试剂特级),将添加量从0.5质量份变更为1.0质量份,除此之外,进行与实施例4相同的操作,得到吸水剂(11)。将所得吸水剂(11)的各物性示于表3。
[实施例12]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠0.5质量份变更为碳酸钠(和光纯药工业公司制/试剂特级)0.279质量份和碳酸氢钠(和光纯药工业公司制/试剂特级)0.221质量份,除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(12)。
将所得吸水剂(12)的各物性示于表3。
[实施例13]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为无水磷酸二氢钠(和光纯药工业公司制/药添规),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(13)。
将所得吸水剂(13)的各物性示于表3。
[实施例14]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为碳酸钾(和光纯药工业公司制/试剂特级),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(14)。将所得吸水剂(14)的各物性示于表3。
[实施例15]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为氯化钾(KISHIDA化学公司制/特级),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(15)。将所得吸水剂(15)的各物性示于表3。
[实施例16]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为硫酸钾(关东化学公司制/试剂特级),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(16)。将所得吸水剂(16)的各物性示于表3。
[实施例17]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为碳酸锂(关东化学公司制/试剂特级),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到吸水剂(17)。将所得吸水剂(17)的各物性示于表3。
[比较例1]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为硫酸钡(和光纯药工业公司制/和光一级),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到比较吸水剂(1)。将所得比较吸水剂(1)的各物性示于表3。
[比较例2]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为硫酸镁(关东化学公司制/试剂特级),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到比较吸水剂(2)。将所得比较吸水剂(2)的各物性示于表3。
[比较例3]
在上述实施例2中,将亚硫酸氢钠变更为磷酸三钙(和光纯药工业公司制/食品添加物),除此之外,进行与实施例2相同的操作,得到比较吸水剂(3)。将所得比较吸水剂(3)的各物性示于表3。
[比较例4]
在上述实施例1中,将亚硫酸氢钠变更为氧化锌(KISHIDA化学公司制/特级),除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到比较吸水剂(4)。将所得比较吸水剂(4)的各物性示于表3。
[比较例5]
参考专利文献1、2,尝试通过添加水来控制粉尘,但添加10%的水时观察到吸水性树脂的部分聚集,且仅添加水(10%)就导致吸水剂的吸水倍率降低10%。
[比较例6]
参考专利文献3~6,尝试通过表面活性剂来控制粉尘,但因表面活性剂的添加而导致吸水性树脂的表面张力降低至60N/m以下。表面张力的降低会导致尿布中的回流量增加。
[比较例7]
参考专利文献8,尝试通过聚亚烷基二醇来控制粉尘,但因聚亚烷基二醇的添加而导致吸水性树脂的表面张力降低至60N/m以下。表面张力的降低会导致尿布中的回流量增加。
表中的各物性的测定方法如下所示。需要说明的是,例如,测定对象为表面交联前的吸水性树脂时,将以下记载中的“吸水剂”理解为“表面交联前的吸水性树脂”来应用。
[含水率]
本发明所述的吸水剂的含水率按照EDANA法(WSP230.3(10))来测定。需要说明的是,本发明中,在WSP230.3(10)所规定的测定条件之中,分别将作为试样的吸水剂的量变更为1.0g,将干燥时的温度变更为180℃来测定。此外,将由“100-含水率(质量%)”算出的值记作吸水剂的固体成分(单位:质量%)。
[质均粒径D50]
本发明所述的吸水剂的质均粒径D50按照美国专利第7638570号中记载的测定方法进行测定。
另一方面,关于颗粒状含水凝胶状交联聚合物的质均粒径D50,利用以下的方法进行测定。
首先,向容量1L的聚丙烯制圆筒型容器(直径8cm×高度21cm)中投入包含0.08质量%表面活性剂(花王公司制的EMAL 20C)的20质量%氯化钠水溶液(以下称为“EMAL水溶液”)500g,向其中添加固体成分为α质量%的颗粒状含水凝胶(温度:20℃以上且25℃以下)20g。
接着,使用搅拌片(直径7mm×长度50mm),将上述EMAL水溶液以300rpm搅拌60分钟,制成分散液。
在上述搅拌结束后,使用设置在转盘上的JIS标准筛,具体使用直径:21cm、筛的网眼:8mm/4mm/2mm/1mm/0.60mm/0.30mm/0.15mm/0.075mm,向筛的中央部注入上述分散液,进而,使用EMAL水溶液100g,将残留在上述圆筒型容器内的全部颗粒状含水凝胶洗出至该筛上。
其后,边将上述筛用手旋转,具体是以20rpm使其旋转,边使用喷雾喷嘴(孔数:72、液量:6.0L/分钟),将EMAL水溶液6000g从30cm的高度以筛整体成为注水范围(50cm
上述操作后,将残留在筛上的颗粒状含水凝胶连同筛一起控水约2分钟后,进行称量。其后,根据残留在各筛上的颗粒状含水凝胶的质量,基于下述(式4)和(式5)来计算质量%。
X(质量%)=(w/W)×100···(式4)
R(α)(mm)=(20/W)^(1/3)×r···(式5)
此处,
X:分级和控水后的残留在各筛上的颗粒状含水凝胶的质量%(单位:质量%)
w:分级和控水后的残留在各筛上的颗粒状含水凝胶各自的质量(单位:g)
W:分级和控水后的残留在各筛上的颗粒状含水凝胶的总质量(单位:g)
R(a):换算成固体成分为α质量%的颗粒状含水凝胶时的筛的网眼(单位:mm)
r:将在20质量%的氯化钠水溶液中发生了溶胀的颗粒状含水凝胶分级的筛的网眼(单位:mm)。
[粒度分布的对数标准偏差σζ]
本发明所述的吸水剂的粒度分布的对数标准偏差σζ按照美国专利第7638570号记载的测定方法进行测定。
此外,针对颗粒状含水凝胶状交联聚合物的粒度分布的对数标准偏差σζ,将利用与上述[质均粒径D50]相同的方法而测得的结果(粒度分布)标绘在对数概率纸上,由此求出。
在上述标绘中,求出累积筛上%R=84.1质量%(将其记作X1)和累积筛上%R=15.9质量%(将其记作X2)的粒径,基于下述(式6)来计算对数标准偏差σζ。需要说明的是,σζ的值越小,则表示粒度分布越窄。
对数标准偏差σζ=0.5×ln(X2/X1)···(式6)
[比表面积]
本发明所述的吸水剂的比表面积是利用高速三维分析软件(Ratoc SystemEngineering公司制的TRI/3D-VOL-FCS64),对使用微聚焦X射线CT系统(岛津制作所制的inspeXio SMX-100CT)而获得的吸水剂的三维图像数据进行分析而求出的值。
具体而言,首先向内径约1cm、高度约5cm的带有塑料制盖的圆柱状容器中投入吸水剂1g,充分振混以使得粒度均匀。接着,在上述圆柱状容器的底面粘贴双面胶,并固定在上述微聚焦X射线CT系统的试样台上后,利用下述表4的条件来获得三维图像数据。
[表2]
接着,使用上述高速三维分析软件,按照下述步骤实施分析。
1.从目录栏中选择颗粒测量>3D颗粒>颗粒分离>巨大颗粒分离。
2.在EVC面板上的Binarize标签中选择L-W,W值仍为初始值,将L值从初始值变更为大于1的值,提取圆形的测量对象区域。接着,对全部切片图像应用该处理。将通过该操作而提取的图像数据作为(A)。
3.在EVC面板上的Binarize标签中选择L-W,W值仍为初始值,将L值从初始值变更为37580,提取测量对象区域中的全部颗粒。接着,对全部切片图像应用该处理。将通过该操作而提取的颗粒图像数据作为(B)。
4.根据颗粒图像数据(B),首先,在EVC面板上的Binary标签中选择Ers Sml,去除颗粒尺寸为10voxel以下的被视作噪音的颗粒。接着,在EVC面板上的Binary标签中选择Invert,使提取过颗粒的区域和未提取颗粒的区域反转。接着,选择Ers Sml,去除颗粒尺寸为10voxel以下的被视作噪音的颗粒。接着,在EVC面板上的3D标签中选择Labeling,进而选择体积和Max,仅提取体积最大的区域。最后,通过在EVC面板上的Binary标签中再次选择Invert,从而在测量对象区域中,在去除噪音且Void(空洞)被填埋的状态下提取全部颗粒。将通过这些操作而提取的颗粒图像数据作为(C)。需要说明的是,此处提及的Void是指存在于吸水性树脂内部的不与外界接触的空洞。
5.在L Op标签(槽道间理论演算处理)中,从颗粒图像数据(C)中去除颗粒图像数据(B)后,在EVC面板上的Binary标签中选择Ers Sml,并去除颗粒尺寸为10voxel以下的被视作噪音的颗粒,由此提取Void。
6.根据颗粒图像数据(C),在巨大颗粒分离面板上选择小颗粒提取(不选择大颗粒提取),将收缩比例、Repair Filter Size、Repair Mrg Sml Diameter均设定为0,进行颗粒的分离/色标。
7.在EVC面板上的3D标签中选择Labeling,进而,选择坐标值(循环),并且将微小颗粒尺寸设定为10,进行颗粒的分离操作。
8.从目录栏中选择颗粒测量>3D颗粒中Void>分离后测量。接着,在分离后测量面板上选择:单位为voxel、边缘颗粒为去除、测量项目为表面积计算和Void计算、测量ROI指定为上述2的操作而提取的图像数据(A),进行计算处理。通过以上的操作,算出测量对象区域内的全部颗粒的总表面积(单位:mm
比表面积(m
[粉尘量]
按照本发明所述的吸水剂的国际公开第2006/098271号第[0281]~[0282]段的记载,根据在下述条件下在规定时间内被玻璃纤维滤纸抽吸捕捉的粉尘的质量增量,测定吸水剂的粉尘量。测定装置使用德国Heubach Engineering GmbH公司制的Heubach粉尘测定仪(Heubach DUSTMETER),在测定条件为TypeII的条件下进行测定。此外,在测定时的气氛温度为23℃(±2℃)、相对湿度为20%以上且40%以下、常压下进行。按照以下的步骤(1)~(6)进行测定。
(1)向旋转筒中投入测定样品的吸水剂50.00g。
(2)将保留粒径为0.5μm(JIS P3801)且直径为50mm的玻璃纤维滤纸(GLASS FIBERGC-90/ADVANTEC制或者将其相应制品加工成直径50mm而得的产物)的质量(记作Da[g])测定至0.00001g单位。
(3)对旋转筒安装大型颗粒分离机,安装装有玻璃纤维滤纸的过滤器外壳。
(4)如下那样地设定粉尘测定仪中的控制部的测定条件,并进行测定。
筒转速:30rpm
吸引风量:4L/分钟
测定时间:30分钟
(5)在规定时间后,将玻璃纤维滤纸的质量(记作Db[g])测定至0.00001g单位。
(6)使用上述Da[g]和上述Db[g],按照下述(式7)来计算粉尘量。
粉尘量(mg/kg)=(Db-Da)/100×1000000···(式7)
此外,添加无机酸碱金属盐粉末后的粉尘量相对于添加无机酸碱金属盐粉末前的粉尘量的比例(减少后粉尘比例)按照下述(式8)来计算。
添加后的粉尘量的比例(减少后粉尘比例)(%)=添加后的粉尘量(mg/kg)/添加无机酸碱金属盐粉末前的粉尘量(mg/kg)×100···(式8)
[促进试验后的着色度(经时着色)]
本发明所述的吸水剂的促进试验后的着色度可通过测定在70±1℃、相对湿度为75±1%的气氛中暴露7天后的吸水剂的基于分光式色差计的Hunter Lab表色系的L值(Lightness)来调查。
具体而言,向调整至上述气氛的恒温恒湿机(ESPEC公司制、小型环境试验器、型号:SH-641)中放入填充有吸水性树脂组合物13g的带盖塑料制表面皿(内径90mm、深度约12mm),静置7天后,使用HUNTER Lab公司制的分光式色差计(LabScanXE型)进行测定。在反射测定中,以LabScanEX附带的白色标准板作为标准,使用附带的试样台。在附带的试样台上,针对上述促进试验后的呈现片状的吸水性树脂组合物,在室温(温度:20~25℃)、湿度为50%RH的条件下,利用上述分光式色差计测定表面色(L,a,b)。
[表3]
(总结)
如表3所示那样,向吸水性树脂中添加无机酸碱金属盐粉末时(实施例1~17),尽管向吸水性树脂进一步添加了无机酸碱金属盐粉末,但与添加无机酸碱金属盐粉末之前相比,粉尘量最多减半。
另一方面,如比较例1~4所示那样,若添加除无机酸碱金属盐粉末之外的添加剂粉末,则粉尘量增加值1.35倍~6.63倍。像这样,仅添加无机酸碱金属盐粉末的情况能够获得减少粉尘产生量的效果。通常,通过将液体添加至吸水性树脂而实现了粉尘的抑制,因此,从尽管添加剂为粉末、仍然能够获得与添加液体添加剂即添加剂溶液的情况相同的效果这一点出发,本发明的效果与以往不同。尤其是,添加无机酸碱金属盐粉末时,与加入添加剂溶液的情况相比,更能够将吸水性树脂的含水率维持得低,因此,在不发生吸收性能降低的方面是有利的。
此外,本发明的制造方法中,即便向经表面交联处理的吸水性树脂、在表面交联处理后进一步用Al等进行了处理的吸水性树脂中的任一者中添加无机酸碱金属盐粉末,也能够获得减少粉尘产生量的效果。因此,在不限定于在特定工序中添加这一点上,从制造条件的选择项多的方面出发是有利的。
- 吸水剂、使用所述吸水剂的吸水芯片以及制备吸水剂的方法
- 吸水剂、使用所述吸水剂的吸水芯片以及制备吸水剂的方法