CN117279711A - 聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂及吸收体 - Google Patents
聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂及吸收体 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的课题在于提供新型的吸水性树脂及吸收体,该吸水性树脂及吸收体所提供的吸收性物品在被用作薄型吸收性物品时吸水部的膨胀能够得到抑制。通过提供式1所示溶胀凝胶压缩率为3%以上的吸水性树脂来解决该课题。溶胀凝胶压缩率[%]=(D1‑D2)/D1×100(式1)。其中,D1表示压缩前的溶胀凝胶的厚度,D2表示压缩后的溶胀凝胶的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及吸水性树脂及吸收体。更具体而言,本发明涉及聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂及吸收体。
背景技术
近年来,从吸收体液的观点出发,在纸尿布、卫生巾、失禁垫等卫生材料中,作为其构成材料的吸水性树脂被广泛用作吸水剂。作为这样的吸水性树脂,已知有例如淀粉-丙烯腈接枝共聚物的水解物、淀粉-丙烯酸接枝聚合物的中和物、乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物的皂化物、(甲基)丙烯酸部分中和聚合物的交联物等。从吸水性能的观点出发,作为吸水性树脂,工业上生产最多的是使用(甲基)丙烯酸及/或其盐作为单体的主要成分而形成的聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂。
为了抑制凝胶粘连,已知有凝胶弹性优越的吸水性树脂。例如,专利文献1~5中公开的吸水性树脂在用作吸收体的构成材料时,吸水后的弹性力优越。专利文献1~5所述的吸水性树脂即使在吸收体的吸收芯中的纤维状物的比例低的情况(高浓度芯)下,也能够维持足够高的弹性力。因此,根据专利文献1~5所述的技术,能够在不影响吸收性能的情况下实现薄型化。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1:国际公布WO2019/189485
专利文献2:日本专利第4880144号公报
专利文献3:日本专利第03107909号公报
专利文献4:日本特开平9-3123号公报
专利文献5:国际公开公报WO2019/189445
发明内容
(发明要解决的问题)
关于上述传统技术中的弹性力优越的吸水性树脂,吸水性树脂由于吸液(吸水)而溶胀,因此在穿着吸收性物品时持续处于芯膨胀的状态,从而令使用者感到不适。
本发明的一个实施方式是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供新型的吸水性树脂及吸收体,该吸水性树脂及吸收体所提供的吸收性物品在被用作薄型吸收性物品时吸水部的膨胀能够得到抑制。
(用以解决问题的技术手段)
本发明者们独自发现:为了提供被用作薄型吸收性物品时吸水部的膨胀得到抑制的吸收性物品,溶胀凝胶的压缩率高的聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂是较佳的,从而完成了本发明。
即,本发明的一个实施方式的吸水性树脂是聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂,且聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂的由下式(1)所示的溶胀凝胶压缩率是3%以上:
溶胀凝胶压缩率[%]=(D1-D2)/D1×100(式1)
(其中,D1通过如下操作得到:准备测定装置,其中该测定装置具备直径59mm的活塞、及底部为网状且内径60mm的腔室,并且该底部散布有所述吸水性树脂1.0g,将测定装置置载于装有0.9质量%氯化钠水溶液的试验皿内,使该吸水性树脂吸收该0.9质量%氯化钠水溶液5分钟,测定由该吸水性树脂所形成的溶胀凝胶层的厚度[mm],将测得的该厚度取为D1。D2通过如下操作得到:将该测定装置设置在网眼4750μm的筛上,以该溶胀凝胶层受到0.7psi的负重的方式在该活塞上放置砝码且将该腔室静置10秒,然后取下该砝码,此一连操作重复10次,然后测定由该吸水性树脂所形成的溶胀凝胶层的厚度[mm],将测得的该厚度取为D2。
(发明的效果)
根据本发明的一个实施方式,发挥如下效果:能够提供吸水性树脂及吸收体,该吸水性树脂及吸收体所提供的吸收性物品在被用作薄型吸收性物品时吸水部的膨胀能够得到抑制。
附图说明
图1是从一个方向观察溶胀凝胶压缩率的测定装置时的外观结构的斜视图。
图2是溶胀凝胶压缩率的测定装置的局部截面图。
图3是实施例中制作的评价用吸收片在制作过程中的平面图。
图4是实施例中制作的评价用吸收片的截面图。
<附图标记说明>
10溶胀凝胶压缩率的测定装置
11腔室
12活塞
13试验皿
14砝码
15底部
16吸水性树脂
20评价用吸收片
21胶带
22吸水性树脂散布区域
23无纺布
具体实施方式
以下,一边示出最佳的方式一边说明本发明。除非另有说明,应理解为本说明书中所使用的术语表达该领域通常所使用的含义。因此,除非另有定义,本说明书中所使用的所有专业术语及科学技术术语具有本领域技术人员通常所理解的含义。含义如发生矛盾,以本说明书(包括定义)为准。本发明并不限定于下述的实施方式,可以在说明书披露的技术范围内进行各种改变。
〔1〕术语的定义
〔1-1〕吸水性树脂
本发明的一实施方式中的“吸水性树脂”是指具有水溶胀性及不溶水性的高分子凝胶化剂,是指满足以下物性的吸水性树脂。即,是指满足以下物性的高分子凝胶化剂:作为“水溶胀性”,ERT441.2-02所规定的CRC为5g/g以上;以及作为“水不溶性”,ERT470.2-02所规定的Ext为50重量%以下。
上述吸水性树脂可视其用途来适当设计,并无特别限定,但优选是使具有羧基的不饱和单体进行交联聚合后而得到的亲水性交联聚合物。另外,所述吸水性树脂并不限定全量(100质量%)为聚合物的形态,也可以是在满足所述物性(CRC、Ext)的范围下包含添加剂等的吸水性树脂组合物。
进而,本发明的一实施方式中的吸水性树脂并不限指最终产品,也指吸水性树脂的制造工序中的中间体(例如聚合后的含水凝胶状交联聚合物(含水凝胶聚合物)、干燥后的干燥聚合物、以及表面交联前的吸水性树脂粉末等)。因此将它们与上述吸水性树脂组合物一起统称为“吸水性树脂”。
另外,作为本发明的一实施方式中吸水性树脂的形状,可举出片状、纤维状、膜状、颗粒状、凝胶状等,本发明的一实施方式中吸水性树脂的形状优选颗粒状。本发明的一实施方式中吸水性树脂更优选是颗粒状的聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂。
〔1-2〕“EDANA”及“ERT”
“EDANA”是欧洲无纺布工业协会(European Disposables and NonwovensAssociations)的简称。“ERT”是欧洲标准(基本为世界标准)下的吸水性树脂的测定方法(EDANA Recommended Test Methods)的简称。在本发明中,只要没有特别指出,则均是依照ERT正本(2002年改定版/公知文献)来测定吸水性树脂的物性。
〔1-3〕其他
在本说明书中,表示范围的“X~Y”是指“X以上且Y以下”。
在本说明书中,只要没有特别说明,“ppm”是指“质量ppm”。
在本说明书中“某酸(盐)”是指“某酸及/或其盐”。“(甲基)丙烯酸”是指“丙烯酸及/或甲基丙烯酸”。“聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂”是指包含源自(甲基)丙烯酸(盐)的重复单元作为主要成分的吸水性树脂,具体地讲是指该吸水性树脂所含的(甲基)丙烯酸(盐)在聚合所使用的总单体(除交联剂以外)中优选占50~100摩尔%、更优选占70~100摩尔%、进一步优选占90~100摩尔%、特别优选实质占100摩尔%。
在本说明书中,有时将体积的单位“立升”记作“l”或“L”。
在本说明书中“重量”与“质量”、“重量%”与“质量%”、“重量份”与“质量份”作为同义词来看待。
〔2〕吸水性树脂
〔2-1〕吸水性树脂的形态
在本发明的一个实施方式中,吸水性树脂优选为颗粒状,具体而言,优选为无规破碎状、球状、橄榄球状、凝集体状等。其中,吸水性树脂的颗粒形状为球状时,堆密度大;尤其颗粒为凝集体状时,能够得到较高的凝胶压缩率。因此,吸水性树脂更优选是球状颗粒(例如是指包含聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂的球状颗粒)的凝集体。另外,吸水性树脂的球状颗粒可以说是一次颗粒,吸水性树脂的凝集体可以说是球状的一次颗粒凝集而成的凝集体态二次颗粒。在此,所谓“球状”,不仅是圆球,也包括纵横比为1.0~1.2的大致球状。
(2-2)CRC
“CRC”是离心下维持量(Centrifuge Retention Capacity)的简称,意指吸水性树脂的无加压下吸水倍率。
本发明的一个实施方式的吸水性树脂的CRC优选为30g/g以上,更优选为32g/g以上,进一步优选为34g/g以上。CRC的上限没有特别限定,吸水性树脂的CRC越高越优选,但从吸水性树脂的其它物性与CRC的平衡的观点出发,优选为50g/g以下,更优选为48g/g以下,进一步优选为46g/g以下。
如果所述CRC为30g/g以上,则吸水性树脂的吸收量充分,因此可以较好地用作纸尿布等吸收性物品的吸收体。另外,如果所述CRC为50g/g以下,则可以防止或缓解吸水性树脂对尿及/或血液等体液等的吸收速度降低,因此吸水性树脂适合用于高吸水速度型的纸尿布等。需要说明的是,CRC的值可以通过改变吸水性树脂制造时的内部交联剂及/或表面交联剂等的种类及/或量来控制。关于CRC的测定方法,在实施例中详述其一例。
〔2-3〕Ext
“Ext”是水可溶成分量(Extractables)的简称,是指从吸水性树脂溶出的可溶成分的量。水可溶成分量根据EDANA法(ERT470.2-02)测定。
本发明的一个实施方式的吸水性树脂的Ext优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下,进一步优选为10质量%以下。Ext的下限为0质量%,但从吸水性树脂的其他物性与Ext的平衡的观点出发,Ext优选为2质量%以上,更优选为4质量%以上。
如果所述Ext为30质量%以下,则可以防止或缓解吸水性树脂对尿及/或血液等体液等的吸收速度降低,因此吸水性树脂适合用于高吸水速度型的纸尿布等。需要说明的是,Ext的值可以通过改变吸水性树脂制造时的聚合引发剂、内部交联剂及/或表面交联剂等的种类及/或量来控制。另外,Ext的值也可以通过在吸水性树脂制造时的聚合工序中使用链转移剂来控制。
〔2-4〕AAP
“AAP”是耐压吸收性(Absorption Against Pressure)的简称,意指吸水性树脂在加压下的吸水倍率。在本发明中,AAP根据EDANA法(ERT442.2-02)进行测定,但将ERT442.2-02中的载荷条件变更为4.83kPa(0.7psi)。具体而言,使用0.9质量%(质量/质量%)氯化钠水溶液,使吸水性树脂0.9g在4.83kPa的加压下溶胀1小时,然后测定AAP(加压下吸收倍率)(单位:g/g)。
从用于卫生材料时的吸水特性的观点出发,本发明的一个实施方式的吸水性树脂的AAP优选为18g/g以上,更优选为20g/g以上,进一步优选为23g/g以上。另外,所述吸水性树脂的AAP的上限没有特别限制,优选为40g/g以下。
〔2-5〕含水率
“含水率”是依照EDANA法(ERT430.2-02)来测定的,但将ERT430.2-02中的试样量变更为1.0g,将干燥温度变更为180℃。关于含水率的测定方法,其一例将在实施例中详细叙述。
本发明的一个实施方式的吸水性树脂的含水率没有特别限制,优选为1质量%~20质量%,更优选为1质量%~15质量%,进一步优选为2质量%~13质量%,更进一步优选为5质量%~13质量%,更进一步优选为8质量%~13质量%,特别优选为10质量%~13质量%。如果所述含水率为1质量%~20质量%,则可以防止或缓解吸水性树脂对尿及/或血液等体液等的吸收速度降低,因此吸水性树脂适合用于高吸水速度型的纸尿布等。
〔2-6〕质量平均粒径(D50)
“质量平均粒径(D50)”是依照美国专利第7638570号的栏目27及28中所记载的“(3)Mass-Average Particle Diameter(D50)and Logarithmic Standard Deviation(σζ)of Particle Diameter Distribution”来测定的。具体的测定方法在后述的实施例中详细说明。
本发明的一个实施方式的吸水性树脂的质量平均粒径(D50)优选为50μm~700μm,更优选为50μm~500μm,进一步优选为100μm~400μm。另外,吸水性树脂100质量%中,质量平均粒径低于45μm的颗粒的比例优选为40质量%以下,更优选为30质量%以下,进一步优选为20质量%以下,特别优选为10质量%以下。如果上述质量平均粒径是50μm以上,则吸水性树脂的粉尘少,处理性好。另外,如果所述质量平均粒径为700μm以下,则可以防止或缓解吸水性树脂对尿及/或血液等体液等的吸收速度降低,因此吸水性树脂适合用于高吸水速度型的纸尿布等。
〔2-7〕数均粒径
吸水性树脂若是颗粒凝集体(二次颗粒),则构成该凝集体(凝集体态颗粒)的一次颗粒(例如球状颗粒)的数均粒径可以使用电子显微镜来测定。吸水性树脂的一次颗粒的数均粒径优选为5μm~800μm,更优选为8μm~500μm,进一步优选为10μm~300μm,更进一步优选为10μm~200μm,特别优选为30μm~200μm。关于数均粒径的测定方法,其一例将在实施例中详细叙述。
〔2-8〕堆密度
“堆密度”是依照EDANA法(ERT460.2-02)来测定的。
本发明的一个实施方式的吸水性树脂的堆密度优选为0.68g/cm3~1.00g/cm3,优选为0.69g/cm3~0.95g/cm3,最优选为0.68g/cm3~0.90g/cm3。如果所述堆密度为0.68g/cm3~1.00g/cm3,则可以防止或缓解吸水性树脂对尿及/或血液等体液等的吸收速度降低,因此吸水性树脂适合用于高吸水速度型的纸尿布等。
〔2-9〕渗液性
本发明中的吸水性树脂的“渗液性”是指:在负重下或无负重下,液体从溶胀凝胶的颗粒之间流过时的流畅性。代表性的测定方法有GBP(Gel Bed Permeability/凝胶床渗透性)。“GBP”是指0.9质量%氯化钠水溶液相对于负重状态下或自由溶胀状态下的吸水性树脂的通液性,根据国际公布第2005/016393号中揭载的GBP试验方法进行测定。但是,在本发明中,吸水性树脂的粒度测定时,并不采用300μm以上600μm以下的范围来筛分。优选在吸收芯的膨胀被抑制的状态下也表现出通液性,吸水性树脂的GBP优选为5×10-9cm2以上,更优选为10×10-9cm2以上,进一步优选为15×10-9cm2以上。
〔2-10〕溶胀凝胶压缩率
本发明中的“溶胀凝胶压缩率”是一种新的物性值,其表达的是对具备网状底部的腔室内的吸水性树脂溶胀凝胶反复施加负重后的、吸水性树脂溶胀凝胶层的厚度变化(压缩率)。“溶胀凝胶压缩率”通过后述的方法测定。关于“溶胀凝胶压缩率”大的吸水性树脂,例如以用于轻度失禁等的薄型吸水片来看,其在反复受到负重时,吸水性树脂的溶胀凝胶层会被压缩。通过采用“溶胀凝胶压缩率”大的吸水性树脂,即使在长时间使用的情况下吸收芯的膨胀也能够得到抑制,因此优选。“溶胀凝胶压缩率”是3.0%以上,优选是3.5%以上,更优选是4.0%以上,进一步优选是4.5%以上,特别优选是5.0%以上。从维持吸水性树脂的溶胀凝胶层的吸收性能的观点出发,溶胀凝胶压缩率的上限依次优选为30%以下、25%以下、20%以下。
〔2-11〕压缩前的溶胀凝胶层的厚度D1
吸收性物品具有吸水性树脂时,可能因吸收芯过度膨胀而引起不适感,因此从防止或减轻该不适感的观点出发,上述“溶胀凝胶压缩率”测定中的压缩前溶胀凝胶层的厚度D1的数值越低越优选。压缩前的溶胀凝胶层的厚度D1优选为20mm以下,更优选为15mm以下,进一步优选低于15mm。D1的下限没有特别限制,只要超过0mm即可,优选为5mm以上,更优选为10mm以上,进一步优选为12mm以上。
〔2-12〕压缩后的溶胀凝胶层的厚度D2
当负重(体重)施加到具有吸水性树脂的吸收性物品时,可能因吸收芯的膨胀而引起不适感,因此从防止或减轻该不适感的观点出发,上述“溶胀凝胶压缩率”测定中的压缩后溶胀凝胶层的厚度D2的数值越低越优选。“压缩后的溶胀凝胶层的厚度D2”优选为18mm以下,更优选为15mm以下,进一步优选低于15mm。D2的下限没有特别限制,只要超过0mm即可,优选为5mm以上,更优选为10mm以上,进一步优选为12mm以上。
关于溶胀凝胶压缩率的测定装置(有时也简称为测定装置),使用图1及图2进行说明。图1是从一个方向观察溶胀凝胶压缩率的测定装置(测定装置)时的外观结构的斜视图。图2是溶胀凝胶压缩率的测定装置的局部截面图。如图1所示,溶胀凝胶压缩率的测定装置具备腔室11、活塞12、试验皿13及砝码14。如图2所示,腔室11的内径是60mm,活塞12的直径是59mm。另外,如图2所示,腔室11具备底部15,该底部15是不锈钢制的网,由网眼36μm(即400目)的滤筛形成。
关于溶胀凝胶压缩率的测定方法,使用图1及2进行说明。首先,如图2所示,在具备网状底部15且内径60mm的腔室11的底部15散布吸水性树脂16。接着,如图2所示,从散布的吸水性树脂16的上方,向着槽11内,放入直径59mm的活塞12。接着,如图1所示,将具有活塞12及吸水性树脂16的腔室11置载于试验皿13内,放置5分钟。这里,虽然图1中未示出,但试验皿13内存在0.9质量%氯化钠水溶液。因此,通过该操作,能够使腔室11内的吸水性树脂16吸收该0.9质量%氯化钠水溶液5分钟,由此,吸水性树脂16形成溶胀凝胶的层(溶胀凝胶层)。另外,在图1中,活塞12存在于置载在试验皿13内的腔室11的内部,该活塞12上置载有砝码14。但是,在实际的溶胀凝胶压缩率的测定中,当向含有0.9质量%氯化钠水溶液的试验皿13内置载具有活塞12及吸水性树脂16的腔室11时,该砝码14尚不置载到该活塞12上。如下所述,砝码14是置载到已被放在筛上的腔室11内的活塞12上的。在图1中,单纯为了方便理解,用试验皿13内的腔室11内的活塞12,来表达将砝码14置载于已被放在筛上的腔室11内的活塞12上的这一状态。
使腔室11内的吸水性树脂16形成为溶胀凝胶层后,测定该溶胀凝胶层的厚度[mm],将其作为D1。接着,将具有吸水性树脂16的溶胀凝胶层及活塞12的腔室11从试验皿13中取出,设置在网眼4750μm的筛上。接着,重复进行如下操作10次:操作(1),以吸水性树脂16的溶胀凝胶层受到0.7psi的负重的方式,在腔室11内的活塞12上置载砝码14,并将该腔室11静置10秒钟;操作(2),然后取下该砝码14。然后,测定吸水性树脂16所形成的溶胀凝胶层的厚度[mm],将其作为D2。
接着,由D1及D2,基于下式(1)算出溶胀凝胶压缩率。
溶胀凝胶压缩率[%]=(D1-D2)/D1×100(式1)
〔2-13〕“含有的添加剂”
在本发明的一个实施方式中,吸水性树脂(吸水性树脂组合物)还可以含有用于使吸水性树脂表现出各种功能的添加剂。作为该添加剂,具体而言,可以举出表面活性剂、具有磷原子的化合物、氧化剂、有机还原剂、无机还原剂、不溶水性无机微粒、螯合剂、多价金属盐、金属皂等有机粉末、除臭剂、抗菌剂、纸浆及热塑性纤维等。上述添加剂的使用量(添加量)可以根据所得吸水性树脂的用途适当设定,可以在吸水性树脂(例如,吸水性树脂粉末、粉末状吸水性树脂组合物等)100质量%中占5质量%以下,优选3质量%以下,更优选1质量%以下。关于下限,相对于吸水性树脂(例如吸水性树脂粉末)可以为0.001质量%以上,优选为0.01质量%以上。需要说明的是,作为上述不溶水性无机微粒,可以举出国际专利公布第2011/040530号的“(5)不溶水性无机微粒”栏目中公开的化合物,这些化合物较好地适用于本发明的一个实施方式。另外,作为所述多价金属盐,优选水溶性多价金属盐,更优选水溶性铝盐。作为水溶性铝盐,例如可以举出硫酸铝。
〔3〕吸水性树脂的制造方法
本发明的一个实施方式的吸水性树脂的制造方法可以使用水溶液聚合、反相悬浮聚合、气相液滴聚合及其它聚合方法等中的任一种。从容易控制本发明的一个实施方式的吸水性树脂的物性的观点出发,优选采用反相悬浮聚合法。作为本发明的一个实施方式的吸水性树脂的制造方法,以下以反相悬浮聚合法为一例进行说明。特别是与包括聚合后的疏水性有机溶剂中的共沸脱水工序及/或分散体中的表面交联工序的一般的反相悬浮聚合不同,以包括反相悬浮聚合中得到的凝胶的分离工序、凝胶整粒工序、含水凝胶的干燥工序(优选热风干燥)及表面交联工序(优选粉体表面处理)的制法为一例,对本发明的一个实施方式的吸水性树脂的制造方法的优选方式进行说明。
本发明的一个实施方式的吸水性树脂的制造方法没有特别限定,优选包括:聚合工序,以在疏水性有机溶剂中分散或悬浮有含有单体的液滴的状态,使所述单体聚合而得到含水凝胶聚合物。
作为吸水性树脂的制造方法(聚合方法),例如优选:以在由疏水性有机溶剂构成的液相中分散或悬浮有含有单体的液滴的状态来聚合所述单体而得到含水凝胶聚合物的方法。换言之,优选通过反相悬浮聚合来得到含水凝胶聚合物的方法。作为反相悬浮聚合的方法,可以是间歇式,也可以是连续式。间歇式制造方法是指如下制造方法:在反应装置中向疏水性有机溶剂中添加或滴加单体水溶液并进行混合,由此使单体水溶液的液滴分散或悬浮于该疏水性有机溶剂中,然后进行所述单体的聚合,从而得到含水凝胶聚合物。另一方面,连续式制造方法是指如下方法:将单体水溶液连续地输送到反应装置中的疏水性有机溶剂中,使单体水溶液的液滴分散或悬浮在该疏水性有机溶剂中,然后使所述单体聚合,并将通过聚合反应形成的含水凝胶聚合物和疏水性有机溶剂连续地从反应装置排出。本发明的优选实施方式中采用间歇反相悬浮聚合。在本发明的一个实施方式的吸水性树脂的制造方法中,也可以设置将聚合工序中得到的含水凝胶聚合物与疏水性有机溶剂分离的分离工序。
本发明的一个实施方式的吸水性树脂的制造方法例如包括:任选的单体水溶液制备工序;任选的分散工序;聚合工序;任选的分离工序;任选的凝胶整粒工序;干燥工序;亲水化处理工序。另外,在干燥工序之后,可以任选地包括冷却工序、粉碎工序、分级工序、表面交联工序、含水(再湿润)工序、其他添加剂添加工序、整粒工序、微粉除去工序、造粒工序及微粉再利用工序等。另外,还可以包括输送工序、贮藏工序、捆包工序、保管工序等。
以下,说明各工序。
(3-1)单体水溶液制备工序
单体水溶液是含有作为吸水性树脂原料的单体的水溶液,为了进行反相悬浮聚合而供分散或悬浮于疏水性有机溶剂中。
作为单体水溶液的溶剂,优选使用水、或者水与水溶性有机溶剂(例如醇等)的混合物,更优选为水。若上述溶剂为水与水溶性有机溶剂的混合物,则水溶性有机溶剂(例如醇等)在混合物(100质量%)中优选为30质量%以下,更优选为5质量%以下。
作为单体,优选使用水溶性乙烯性不饱和单体。作为水溶性乙烯性不饱和单体的例子可举出:(甲基)丙烯酸、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)丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰基乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰基丙烷磺酸、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸磷酸(2-羟基乙基)酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯等含酸基的不饱和单体;(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、N-正丙基(甲基)丙烯酰胺、N-异丙基(甲基)丙烯酰胺、乙烯基吡啶、N-乙烯基吡咯烷酮、N-丙烯酰哌啶、N-丙烯酰吡咯烷、N-乙烯基乙酰胺等含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-二基甲氨基丙酯、N,N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸N,N-二乙基氨基乙酯等含氨基的不饱和单体;含巯基的不饱和单体;含酚性羟基的不饱和单体;N-乙烯基吡咯烷酮等含内酰胺基的不饱和单体等。
需要说明的是,使用水溶性乙烯性不饱和单体时,考虑到上述水溶性乙烯性不饱和单体的稳定性,可以根据需要向单体水溶液中添加阻聚剂。
如果从上述水溶性乙烯性不饱和单体中选用具有羧基等酸基的含酸基不饱和单体来制造吸水性树脂,则可以使用该酸基被中和后的中和盐。此时,作为含酸基不饱和单体的盐(中和盐),优选是与一价阳离子形成的盐,更优选是选自碱金属盐、铵盐及胺盐中的至少1种,进一步优选是碱金属盐,更进一步优选是选自钠盐、锂盐及钾盐中的至少1种,特别优选是钠盐。
其中,从所得吸水性树脂的吸水性能的观点出发,水溶性乙烯性不饱和单体优选为含酸基不饱和单体及/或其盐,更优选为(甲基)丙烯酸(盐)、马来酸(酐)(盐)、衣康酸(盐)及/或肉桂酸(盐),进一步优选为(甲基)丙烯酸(盐),特别优选为丙烯酸(盐)。
若使用含酸基不饱和单体来作为单体,则从所得吸水性树脂的吸水性能的观点出发,优选并用含酸基不饱和单体、及该含酸基不饱和单体的中和盐。并用含酸基不饱和单体和该含酸基不饱和单体的中和盐时,从吸水性能的观点出发,相对于含酸基不饱和单体和该含酸基不饱和单体的中和盐的合计摩尔数(100摩尔%),所述中和盐的摩尔数(以下称为“中和率”)优选为40摩尔%以上,更优选为40摩尔%~95摩尔%,进一步优选为50摩尔%~90摩尔%,更进一步优选为55摩尔%~85摩尔%,特别优选为60摩尔%~80摩尔%。
在本发明的一个实施方式的制造方法中,在所述单体水溶液的制备中,可以单独使用所述例示的单体中的任一种,也可以适当混合任意2种以上的单体来使用。另外,只要能够实现本发明的一个实施方式的目的,则也可以相对于上述例示的单体进一步混合上述例示以外的单体来使用。
在上述单体水溶液的制备中,若将2种以上的单体组合使用,则聚合中所使用的单体优选含有(甲基)丙烯酸(盐)作为主成分。此时,从所得吸水性树脂的吸水性能的观点出发,(甲基)丙烯酸(盐)相对于聚合中使用的全部单体(100摩尔%)的比例通常为50摩尔%以上,优选为70摩尔%以上,更优选为80摩尔%以上,进一步优选为90摩尔%以上(上限为100摩尔%)。
在上述单体水溶液的制备中,根据需要可以使用内部交联剂。作为内部交联剂,可举出1分子内具有2个以上聚合性不饱和基团及/或2个以上反应性基团的以往公知的内部交联剂。作为内部交联剂,可举出例如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、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、丙三醇三(甲基)丙烯酸酯、丙三醇(丙烯酸甲基丙酸)酯、乙氧基改质三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二聚季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、氰尿酸三烯丙酯、异氰尿酸三烯丙酯、磷酸三烯丙酯、三烯丙胺、聚(甲基)烯丙氧基链烷、(聚)乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇二缩水甘油醚、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、甘油、1,4-丁二醇、季戊四醇、乙二胺、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、聚乙亚胺、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等。这些内部交联剂可以仅单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。
内部交联剂的使用量根据所期望的吸水性树脂的物性来适当决定即可,内部交联剂的使用量相对于聚合中使用的全部单体(100摩尔%)通常为0.0001~5摩尔%,更优选为0.001~3摩尔%,进一步优选为0.005~1.5摩尔%。
另外,也可以将以下例示的物质(以下称为“其它物质”)添加到单体水溶液中。
作为其它物质的具体例子,可举出硫醇类、硫醇酸类、仲醇类、胺类、次磷酸盐类等链转移剂;碳酸盐、碳酸氢盐、偶氮化合物、气泡等发泡剂;乙二胺四乙酸的金属盐、二乙三胺五乙酸的金属盐等螯合剂;聚丙烯酸(盐)及它们的交联体;淀粉;纤维素;淀粉-纤维素衍生物;羟乙基纤维素;聚乙烯醇等。其它物质可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
其它物质的使用量没有特别限定,其它物质的总浓度相对于聚合中使用的全部单体(100质量%)优选为10质量%以下,更优选为1质量%以下,进一步优选为0.1质量%以下。
对将(a)聚丙烯酸(盐)及它们的交联体、(b)淀粉、(c)纤维素、(d)淀粉-纤维素衍生物及/或(e)聚乙烯醇用作其它物质时的情况进行说明。这些(a)聚丙烯酸(盐)及它们的交联体、(b)淀粉、(c)纤维素、(d)淀粉-纤维素衍生物及(e)聚乙烯醇的总浓度没有特别限定,相对于聚合中使用的全部单体(100质量%),优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下,进一步优选为10质量%以下。
另外,也可以通过升温或用非活性气体置换来降低单体水溶液中的溶解氧。
“聚合引发剂”
在上述单体水溶液的制备中,也可以使用聚合引发剂。需要说明的是,若在单体水溶液的制备中使用聚合引发剂,则有可能引起单体水溶液的凝胶化及/或粘度增大,因此向单体水溶液中添加聚合引发剂时,优选以如下(1)、(2)及(3)等方式进行:(1)在即将使单体水溶液分散及/或悬浮于疏水性有机溶剂中之前添加聚合引发剂;(2)冷却单体水溶液并使其在低于常温的低温(例如20℃以下,优选0℃附近)下与聚合引发剂混合;(3)一边将单体水溶液与聚合引发剂进行流水线式混合,一边提供给分散工序。作为聚合引发剂,优选使用热分解型聚合引发剂。该热分解型聚合引发剂是指通过热分解而产生自由基的化合物。从热分解型聚合引发剂的贮藏稳定性及/或吸水性树脂的生产效率的观点出发,优选使用10小时半衰期温度优选为0℃~120℃,更优选为30℃~100℃,进一步优选为50℃~80℃的水溶性的化合物作为聚合引发剂。
从操作性及/或吸水性树脂的物性的观点出发,作为聚合引发剂,优选水溶性的聚合引发剂,更优选水溶性的自由基聚合引发剂。
作为水溶性的自由基聚合引发剂,可以举出例如过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠等过硫酸盐;甲基乙基过氧酮、甲基异丁基过氧酮、过氧化二叔丁基、过氧化叔丁基异丙苯、过氧乙酸叔丁酯、过氧异丁酸叔丁酯、过氧新戊酸叔丁酯、过氧化氢等过氧化物;2,2'-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2'-偶氮双[2-(N-苯基脒基)丙烷]二盐酸盐、2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐等水溶性偶氮系化合物等。作为聚合引发剂,可以单独使用它们中的1种,也可以将2种以上组合使用。其中,优选使用过硫酸盐及/或水溶性偶氮系化合物,更优选使用过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵及/或2,2'-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐,进一步优选使用过硫酸钠。
上述热分解型聚合引发剂的使用量根据单体及聚合引发剂的种类等适当设定,没有特别限定。从生产效率的观点出发,相对于聚合中使用的全部单体(1摩尔),所述热分解型聚合引发剂的使用量优选为0.001g/摩尔以上,更优选为0.005g/摩尔以上,进一步优选为0.010g/摩尔以上。另外,从提高吸水性树脂的吸水性能的观点出发,相对于用于聚合的全部单体(1摩尔),所述热分解型聚合引发剂的使用量优选为2g/摩尔以下,更优选为1g/摩尔以下。
另外,根据需要,上述热分解型聚合引发剂也可以与光分解型聚合引发剂等其他聚合引发剂并用。作为该光分解型聚合引发剂,具体而言,可以举出苯偶姻衍生物、苯偶酰衍生物、苯乙酮衍生物、二苯甲酮衍生物等。
另外,也可以并用上述热分解型聚合引发剂和还原剂来作为氧化还原系聚合引发剂。在上述氧化还原系聚合引发剂中,热分解型聚合引发剂作为氧化剂发挥作用。作为所使用的还原剂,并无特别限定,例如可举出亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等亚硫酸(氢)盐;亚铁盐等还原性金属盐;L-抗坏血酸(盐);胺类等
“单体水溶液中的单体浓度”
在本发明的一个实施方式中,单体水溶液(100质量%)中的单体浓度根据所选择的单体和疏水性有机溶剂的种类等来选择。从生产效率出发,单体水溶液(100质量%)中单体的浓度下限优选为单体水溶液的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,此外,上限优选为100质量%以下,更优选为90质量%以下,进一步优选为80质量%以下,进一步优选为70质量以上。
只要不妨碍本发明的一个实施方式的目的,也可以在单体水溶液中配入内部交联剂、表面活性剂、密度调节剂、增稠剂、螯合剂等添加物。需要说明的是,添加物的种类及添加量可以根据所使用的单体及疏水性有机溶剂的组合来适当选择。
〔3-2〕分散工序
分散工序是将含有单体的液滴(例如单体水溶液的液滴)分散或悬浮在疏水性有机溶剂中的工序。另外,以下,在简单地记载为“分散”的情况下,其概念也包括“悬浮”。更具体而言,将上述单体水溶液添加到疏水性有机溶剂中并进行混合及搅拌,由此使含有单体的液滴分散到疏水性有机溶剂中。在分散工序中,例如,也可以使用具备搅拌叶片(螺旋桨叶片、桨叶、锚固叶片、涡轮叶片、三叶后弯式叶片、带状叶片、平板叶片等)的搅拌装置。若使用具有这样的搅拌叶片的搅拌装置,则分散液滴径(分散状态的单体水溶液的液滴径)可以根据搅拌叶片的种类、叶片旋转半径、转数等;来调节。在进行间歇式反相悬浮聚合的情况下,可以特别优选使用该搅拌装置。另外,也可以通过国际公布第2009/025235号、第2013/018571号等中记载的方法来得到分散液。若进行连续式反相悬浮聚合,则分散工序优选将单体水溶液及疏水性有机溶剂分别连续地供给到分散装置中,从而制作分散在疏水性有机溶剂中的含有单体的液滴。
进行连续式反相悬浮聚合时,作为分散工序中所使用的分散装置,可举出喷嘴;高速旋转剪切型搅拌机(旋转混合机型、涡轮混合机型、圆盘型、双重圆筒型等);圆筒喷嘴;在板上直接开设多个孔而成的孔板;离心雾化器等,但并无特别限制。
“疏水性有机溶剂”
作为优选的疏水性有机溶剂,可以举出选自脂肪族烃、脂环式烃、芳香族烃及卤代烃中的至少1种有机溶剂。作为具体例,可以例示正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷等脂肪族烃;环己烷、甲基环己烷、环辛烷、十氢化萘等脂环式烃;苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃;氯苯、溴苯、四氯化碳、1,2-二氯乙烷等卤代烃。其中,从获得容易性及品质稳定性的观点出发,疏水性有机溶剂优选为选自正己烷、正庚烷及环己烷中的1种以上。也可以使用将2种以上疏水性有机溶剂混合而成的混合溶剂。
在本发明的一个实施方式中,只要不妨碍本发明的一个实施方式的目的,则可以根据需要,在疏水性有机溶剂中添加表面活性剂及/或高分子添加剂等分散助剂。分散助剂的种类可根据所使用的疏水性有机溶剂及单体的组合来适当选择,但作为可使用的分散助剂,可例示以下的表面活性剂及高分子添加剂。
作为上述表面活性剂,具体地可举出蔗糖脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯甘油脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯蓖麻油、聚氧乙烯氢化蓖麻油、烷基烯丙基甲醛缩合聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯聚氧丙基烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯、烷基葡糖苷、N-烷基葡糖酰胺、聚氧乙烯脂肪酰胺、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基醚的磷酸酯及聚氧乙烯烷基烯丙基醚的磷酸酯等。其中,可以单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。另外,也可以使用具有聚合性的聚合性表面活性剂。作为聚合性表面活性剂,具体地可举出具有下述结构的化合物。
[化1]
需要说明的是,式中,R1及R2相互独立地为氢、甲基或乙基,n表示3~20的整数。
在上述表面活性剂中,优选蔗糖脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯甘油脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、聚乙二醇脂肪酸酯等脂肪酸酯类,其中优选蔗糖脂肪酸酯。
另外,本发明的一个实施方式中使用的表面活性剂的HLB值优选为1~20的范围,更优选为1~10的范围,进一步优选为3~6的范围。
作为上述高分子添加剂,具体地可举出马来酸酐改性聚乙烯、马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐改性乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐改性乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、马来酸酐改性聚丁二烯、马来酸酐-乙烯共聚物、马来酸酐-丙烯共聚物、马来酸酐-乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐-丁二烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、氧化型聚乙烯、氧化型聚丙烯、氧化型乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙基纤维素、羟乙基纤维素等。其中,从单体水溶液的分散稳定性的观点出发,优选马来酸酐改性聚乙烯、马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐改性乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐-乙烯共聚物、马来酸酐-丙烯共聚物、马来酸酐-乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、氧化型聚乙烯、氧化型聚丙烯、以及氧化型乙烯-丙烯共聚物。其中,可以单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。另外,也可以并用这些高分子添加剂和上述表面活性剂。其中,优选使用高分子添加剂,更优选使用马来酸酐改性乙烯-丙烯共聚物。另外,在其他优选的实施方式中,不使用表面活性剂而单独使用高分子添加剂。
上述分散助剂的使用量根据聚合形态、单体水溶液及疏水性有机溶剂的种类等适当设定。具体而言,疏水性有机溶剂(100质量%)中的分散助剂的浓度优选为0.0001~2质量%,更优选为0.0005~1质量%。
〔3-3〕聚合工序
聚合工序是将所述分散工序中得到的含有单体的液滴中的单体聚合而得到含水凝胶聚合物(以下也简称为含水凝胶)的工序。
“反应装置”
聚合工序中所用的反应装置可以直接使用上述分散工序中所用的分散装置,也可以是其他装置。在间歇式反相悬浮聚合的情况下,可以将分散工序中所用的装置直接用作反应装置,这从操作性方面考虑是优选的。反应装置若是与分散装置不同的装置的情况下,则将分散工序中得到的单体的分散液供给到反应装置中。
另外,进行聚合反应的反应装置的形状没有特别限定,可以使用公知的反应装置。如上所述,能够在分散工序中较好使用的搅拌装置在聚合反应中也可以较好使用。若为连续式制造方法,则反应装置的形状优选为实现如下操作的形状:所述单体(水溶液)能够一边作为液滴状的分散相于在该反应装置内形成的作为连续相的疏水性有机溶剂中流动,一边进行聚合反应。作为这样的反应装置,例如可举出将管状的反应管配置成立式、卧式或螺旋式而形成的反应装置。在该方式中,由于单体(水溶液)被供给到在反应部(反应管)内移动的疏水性有机溶剂中,所以由单体水溶液构成的液滴不滞留地与疏水性有机溶剂一起移动。由此,可抑制聚合率不同的单体反应物彼此之间的接触。
另外,在所述反应装置中,根据需要也可以具备温度调整机构(例如加热机构),以便能够从外部对反应装置内部的连续相进行加热及/或冷却。
“聚合温度”
聚合工序中的反应温度即聚合温度可以根据所使用的聚合引发剂的种类及/或量来适当设定,优选为20℃~100℃,更优选为40℃~90℃。若聚合温度高于100℃,则可能引起急剧的聚合反应,因此不优选。需要说明的是,聚合温度是指作为分散介质的疏水性有机溶剂的温度(以下称为“Td”)。
在聚合工序中,由于上述单体(水溶液)以液滴状分散在疏水性有机溶剂中,因此单体水溶液的温度因来自疏水性有机溶剂的热传递而迅速上升。在液滴中所含的聚合引发剂是热分解型聚合引发剂的情况下,伴随着上述升温,热分解型聚合引发剂分解而产生自由基。然后,所产生的自由基引发聚合反应,伴随聚合反应的进行而形成含水凝胶。
在连续式制造方法的情况下,所形成的含水凝胶通过移动的连续相在反应装置的内部移动,且与构成连续相的疏水性有机溶剂一起从反应装置排出。
若上述单体水溶液含有热分解型聚合引发剂,则从聚合率的观点出发,上述Td优选为70℃以上,更优选为75℃以上,进一步优选为80℃以上。Td的上限没有特别限定,从安全性的观点出发,可以在不超过构成连续相的疏水性有机溶剂的沸点的范围内适当选择。
“多阶段反相悬浮聚合”
在本发明的一个实施方式的制造方法中,从得到适度的凝集粒径(颗粒凝集体的粒径)的观点出发,可以进行多阶段聚合。具体而言,可以在第一阶段的聚合工序结束后,进一步添加所述单体水溶液进行聚合反应等,由此进行多阶段聚合。在多阶段聚合中,可以适当搅拌反应液。
“无机微粒”
在本发明的一个实施方式的制造方法中,从得到适度的凝集粒径的观点出发,可以对聚合中及/或聚合结束后的含水凝胶聚合物添加无机微粒。
作为能够在本发明的一个实施方式中使用的无机微粒,例如可以举出二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、磷酸钙、碳酸钙、磷酸镁、硫酸钙、硅藻土、膨润土、沸石、其他金属氧化物等。作为无机微粒,特别优选二氧化硅、氧化铝、二氧化钛。
关于无机微粒的添加量,相对于含水凝胶聚合物(100质量份),通常以0.001~1质量份、优选以0.001~0.5质量份的比例使用时,可得到良好的结果。无机微粒的添加量在该范围内,可以有效地体现无机微粒的添加效果,并且无机微粒对吸水性能的影响也少,因此优选。
〔3-4.分离工序〕
分离工序是将上述聚合工序中得到的含水凝胶聚合物与疏水性有机溶剂分离的工序。分离工序中使用的装置的种类及结构没有特别限定,例如可以利用过滤、沉降、离心分离、压榨等中使用的公知的装置。另外,也可以使用聚合工序中所用的具有搅拌叶片的搅拌装置,在常压或减压下对含水凝胶聚合物与疏水性有机溶剂的混合物进行加热、蒸馏,从而将含水凝胶聚合物与疏水性有机溶剂分离。在间歇式反相悬浮聚合中,优选在常压或减压下进行蒸馏。
〔3-5〕凝胶整粒工序
在凝胶整粒工序中,使用具有挤出作用部及多孔板的凝胶整粒装置对在所述分离工序中从疏水性有机溶剂分离出的含水凝胶聚合物进行整粒。由此,得到整粒后的含水凝胶聚合物(以下将凝胶整粒后的含水凝胶记作整粒凝胶)。凝胶整粒工序是任选的工序。通过具有凝胶整粒工序,就容易控制吸水性树脂的溶胀凝胶层的压缩率(溶胀凝胶压缩率)。
供给到凝胶整粒工序的含水凝胶聚合物是球形凝胶的单颗粒形态或球形凝胶的集合体形态。该含水凝胶聚合物的平均粒径的下限没有特别限制,优选为0.01mm以上,更优选为0.03mm以上,进一步优选为0.05mm以上,进一步优选为0.1mm以上。关于上限也没有特别限制,但优选为20mm以下,更优选为10mm以下。
另外,含水凝胶聚合物为单颗粒形状时将其粒径称为含水凝胶聚合物的一次粒径,含水凝胶聚合物为集合体形状时将构成该集合体的各球形凝胶的粒径称为含水凝胶聚合物的一次粒径。在本发明的一个实施方式中,含水凝胶聚合物的平均一次粒径没有特别限制,从能够抑制干燥工序中的微粉的产生的观点出发,优选为5μm~2000μm,更优选为5μm~1000μm,进一步优选为5μm~800μm,更进一步优选为8μm~500μm,更进一步优选为10μm~300μm,特别优选为10μm~200μm。
另外,也可以在所述具有挤出作用部及多孔板的凝胶整粒装置之前设置具有切割器的装置来碎解含水凝胶聚合物的大凝集物。
“含水凝胶温度”
进入(投入)凝胶整粒装置的含水凝胶的温度的下限没有特别限制,从造粒效率及抑制对含水凝胶的损伤的观点出发,优选为80℃以上,更优选为90℃以上。投入凝胶整粒装置时的含水凝胶的温度上限没有特别限制,通常为100℃以下。
“凝胶整粒装置”
在本说明书中“凝胶整粒”是指如下操作:通过将粉体的湿块(例如含水凝胶)从多孔板的小孔挤出成圆柱状,从而用湿粉状的原料制作具有大致均匀的形状和尺寸的颗粒。即,通过使用多孔板,则在作为前工序的溶剂分离工序中过度凝集而成的粗大凝集物状的含水凝胶可得到碎解,而小粒径的单颗粒状的含水凝胶可适度地得到凝集。因此,通过凝胶整粒工序,可以得到粒径比较均匀的造粒形状的含水凝胶(整粒凝胶)。需要说明的是,整粒凝胶也可以包括单颗粒状的含水凝胶。
作为凝胶整粒工序中使用的“具有挤出作用部及多孔板的凝胶整粒装置”,只要是如下装置(例如挤出机)则无特别限定:具有挤出作用部和多孔板(模具或筛板),挤出作用部具有通常向多孔板挤压供给内容物的挤出部件,且能够通过从多孔板挤出材料来制作一定尺寸的颗粒。另外,也可以准备多个上述装置,将多个装置串结排列使用。
进而,该多孔板(模或筛)的孔的形状没有特别限定,可以任意地选择正圆状、椭圆状、六边形状等多边形状、三角形状等适于使用的形状。从整粒强度的观点出发,多孔板(模具或筛板)的孔的形状优选正圆状及椭圆状。对于多孔板的孔的孔径也没有特别限制,优选为1.5mm以下,更优选为1.0mm以下,进一步优选为0.8mm以下。通过在这样的上限以下,可以防止或缓解所得到的整粒凝胶的尺寸增大而超出所需尺寸,且可以降低下游工序中使用搅拌型干燥机进行干燥时产生的微粉量。孔径优选为0.3mm~1.5mm,更优选为0.3mm~0.8mm。若多孔板的孔径为0.3mm以上,则在实施挤出操作时能够高效地挤出。
需要说明的是,对于所述孔径如下定义。首先,若孔不是正圆,则采用孔的短径和长径的几何平均值作为孔径。另外,若多孔板的孔的各孔径不同,则算出所有孔的孔径,采用其几何平均值作为多孔板的孔的孔径。进而,多孔板的孔径若在多孔板的自挤出作用部侧到相反侧的这段区递化(即,孔径在多孔板的厚度方向上递变化),则采用其中最小的孔径值作为孔径。
在凝胶整粒工序中,可以对含水凝胶聚合物进一步添加添加剂。作为能够在凝胶整粒工序中添加的添加剂,可以举出聚合引发剂、氧化剂、还原剂、螯合剂、增稠剂、表面活性剂、交联剂、酸、碱、发泡剂、有机或无机的微粒、多价金属盐等。其中,作为能够控制凝集度的添加剂,例如优选淀粉、纤维素、淀粉-纤维素衍生物、聚乙烯醇等增稠剂、表面活性剂、吸水性树脂的微粉、交联剂、多价金属盐等。作为上述多价金属盐,优选水溶性多价金属盐,更优选水溶性铝盐。作为水溶性铝盐,例如可以举出硫酸铝。
〔3-6〕干燥工序
干燥工序是将含水凝胶干燥的工序。若要实施凝胶整粒工序,则干燥工序是将整粒凝胶干燥的工序。在本发明的一个实施方式中,作为干燥工序中的干燥方法,没有特别限定。作为干燥的方法,可以采用以往的反相悬浮聚合中使用的、在疏水性分散溶剂中进行的共沸脱水。关于通过反相悬浮聚合得到本发明的一个实施方式的吸水性树脂的、替代共沸脱水的更优选方法,采用搅拌干燥及静置干燥均可。为了维持在上述凝胶整粒工序中得以控制了的凝胶粒径,在本发明的一个实施方式中,作为干燥工序,更优选采用搅拌干燥。在干燥工序中,为了加热含水凝胶,也可以使用具备加热手段的装置。另外,在采用搅拌干燥的情况下,作为干燥装置,也可以使用具备旋转容器的旋转型干燥机。
也可以将由本干燥工序中得到的颗粒所构成的干燥聚合物直接作为吸水性树脂提供给各用途。另外,该制造方法在制造吸水性树脂时,可以将干燥工序中得到的干燥聚合物提供给后述表面交联工序。此时,为了便于理解,将提供给后述表面交联工序的干燥聚合物也称为“吸水性树脂粉末”。
“添加剂”
只要不妨碍本发明的一个实施方式的效果,也可以在含水凝胶中添加添加剂。添加剂可以在利用加热单元加热含水凝胶的过程中及/或利用所述旋转容器搅拌(旋转搅拌)含水凝胶的过程中添加到该含水凝胶中。添加剂可以在干燥工序前(利用加热单元加热含水凝胶之前及/或利用所述旋转容器搅拌(旋转搅拌)含水凝胶之前)添加到该含水凝胶中。此外,可以在干燥工序之前的任意工序中向含水凝胶中添加添加剂。通过添加剂,可以减轻干燥时的含水凝胶彼此的过度附着,可以得到吸水速度优越的吸水性树脂。
作为添加到含水凝胶中的添加剂的例子,可以举出干燥助剂。
具体而言,从工业效率的观点出发,在处理直径1mm以下的颗粒状含水凝胶时,优选在含水凝胶中添加干燥助剂。特别是通过在本发明的一个实施方式的干燥工序之前将干燥助剂添加到含水凝胶中,可以得到吸水速度优越的吸水性树脂。即,本发明的一个优选实施方式的吸水性树脂的制造方法具有向含水凝胶聚合物中添加干燥助剂的工序。
“干燥助剂”
干燥助剂的添加目的是在搅拌干燥时保持含水凝胶的流动性,作为干燥助剂,可以举出表面活性剂及/或高分子滑剂。作为干燥助剂,可以并用高分子滑剂和表面活性剂。
干燥助剂的添加量根据干燥助剂的含水率及/或凝胶流动化剂的种类适当设定。干燥助剂的合计添加量相对于含水凝胶的固体成分(100质量%)优选为0.001质量%~0.5质量%,更优选为0.01质量%~0.3质量%,进一步优选为0.02质量%~0.2质量%。另外,本发明的一个优选实施方式中,干燥工序中含水凝胶聚合物含有相对于含水凝胶聚合物固体成分(100质量%)为低于0.08质量%的干燥助剂。如本发明的一个实施方式那样,通过使用旋转型干燥机对由反相悬浮聚合得到的含水凝胶进行干燥,可使含水凝胶难以融粘,从而易于通过碎解等来进行粒径调整。因此,在使用旋转型干燥机干燥含水凝胶的情况下,能够减少干燥助剂的使用量。
向含水凝胶聚合物中添加干燥助剂优选在干燥工序以前的工序中进行,具体而言,可以举出:(1)添加到经分离工序而从疏水性有机溶剂分离出的含水凝胶中;(2)添加到干燥工序前的整粒凝胶中;(3)在单体水溶液制备工序中添加到单体水溶液中;以及(4)在分散工序中添加到疏水性有机溶剂中等。向含水凝胶聚合物中添加干燥助剂更优选在干燥工序紧前的工序中添加,进一步优选在干燥工序的前工序(例如凝胶整粒工序)后至干燥工序前的区间进行。进而优选的方式是:在干燥工序的前工序(例如凝胶整粒工序)中向含水凝胶聚合物添加干燥助剂,然后,在干燥工序的前工序(例如凝胶整粒工序)后至干燥工序前的区间也向含水凝胶聚合物添加干燥助剂。另外,干燥工序前,干燥助剂的添加方案例如可以举出:向干燥机中投入含水凝胶聚合物及干燥助剂;在向干燥机中投入含水凝胶聚合物之前,向含水凝胶聚合物中添加干燥助剂;等等。另外,干燥助剂也可以与在分散工序中作为分散助剂使用的表面活性剂及/或高分子添加剂相同。
关于用作干燥助剂的表面活性剂,具体可举出(1)蔗糖脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯甘油脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯蓖麻油、聚氧乙烯氢化蓖麻油、烷基烯丙基甲醛缩合聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯聚氧丙基烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯、烷基葡糖苷、N-烷基葡糖酰胺、聚氧乙烯脂肪酸酰胺、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基醚的磷酸酯及聚氧乙烯烷基烯丙基醚的磷酸酯等非离子性表面活性剂;(2)两性表面活性剂,例如辛酰二甲基氨基乙酸甜菜碱、月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱、十四烷基二甲基氨基乙酸甜菜碱、硬脂基二甲基氨基乙酸甜菜碱等烷基二烷基氨基乙酸甜菜碱;月桂酸酰胺丙基甜菜碱、椰子油脂肪酸酰胺丙基甜菜碱、棕榈仁油脂肪酸酰胺丙基甜菜碱等烷基酰胺丙基甜菜碱;月桂基羟基磺基甜菜碱等烷基羟基磺基甜菜碱;2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱等烷基羧甲基羟乙基咪唑啉甜菜碱等;(3)月桂基氨基二乙酸单钠、月桂基氨基二乙酸钾、肉豆蔻基氨基二乙酸钠等烷基氨基二乙酸单碱金属等阴离子性表面活性剂;(4)长链烷基二甲基氨基乙基季盐等阳离子性表面活性剂等。这些之中,可以单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。
作为高分子滑剂,具体可举出马来酸酐改性聚乙烯、马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐改性乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐改性乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、马来酸酐改性聚丁二烯、马来酸酐-乙烯共聚物、马来酸酐-丙烯共聚物、马来酸酐-乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐-丁二烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、氧化型聚乙烯、氧化型聚丙烯、氧化型乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙二醇等聚环氧烷等。这些高分子滑剂的分子量(重均分子量)优选在200~200万的范围内适当选择,更优选在400~100万的范围内适当选择。这些之中,可以单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。
“干燥聚合物的粒度分布”
关于上述干燥工序中得到的干燥聚合物的粒度分布,粒径850μm以上的比例(未筛过网眼粒径850μm的筛的颗粒的比例)越少越优选,在干燥聚合物100质量%中,优选为50质量%以下,更优选为45质量%以下,进一步优选为40质量%以下。根据本发明的一个实施方式的方法,通过与使用了搅拌型干燥机的干燥进行组合,能够显著抑制粗大颗粒的形成,因此能够使粒径850μm以上的比例处于上述优选的范围。另外,干燥聚合物100质量%中,粒径1400μm以上的颗粒的比例(未筛过网眼粒径1400μm的筛的颗粒的比例)越少越优选,优选为40质量%以下,更优选为35质量%以下,进一步优选为30质量%以下。
〔3-7〕表面交联工序
经过上述干燥工序(及其后的任意工序)而得到的吸水性树脂(例如吸水性树脂粉末)优选通过表面交联剂进行表面交联。该表面交联是在吸水性树脂(例如吸水性树脂粉末)的表面层(从吸水性树脂(例如吸水性树脂粉末)的表面向中心深入数10μm的部分)形成高交联密度部分的处理。通过进行表面交联处理,可以提高吸水性树脂的各种吸水特性。其中,通过适当调整吸水性树脂的交联密度,尤其能够得到优异的加压下吸收倍率。
需要说明的是,在本发明的一个实施方式中,可适当应用公知的表面交联技术,包括以分散于疏水性有机溶剂中的状态来利用以往反相悬浮聚合所进行的表面交联、以及通常利用水溶液聚合来对干燥状态的粉体所进行的表面交联。在本发明的一个实施方式中,从提高加压下吸收倍率的观点出发,优选对经过了凝胶分离工序和干燥工序的吸水性树脂实施表面交联。需要说明的是,表面交联工序中使用的表面交联剂有别于单体水溶液制备工序中使用的内部交联剂,因此在公知技术中也示为“后交联剂”。
在本发明的一个实施方式中,表面交联工序可以在上述干燥工序后进行,也可以在干燥工序中进行。在公知的表面交联工序中,一般向含水凝胶聚合物(例如含水凝胶交联聚合物)或其干燥物即干燥聚合物(例如交联聚合物)中混合表面交联剂,并加热该混合物来进行交联反应。在本发明的一个实施方式中,可以将这些处理另行设置在上述干燥工序后,也可以在干燥工序中向含水凝胶聚合物中添加表面交联剂来同时进行聚合物的表面交联反应和干燥。另外,用间歇式的反相悬浮聚合法进行吸水性树脂的制造时,通过在聚合反应后的分离工序中进行蒸馏,可以将疏水性有机溶剂与含水凝胶聚合物分离。在间歇式反相悬浮聚合法中,通过在该分离工序的中途向含水凝胶聚合物中添加表面交联剂,也可以得到表面交联了的吸水性树脂(例如吸水性树脂颗粒)。
〔3-8〕其他工序
本发明的一个实施方式的吸水性树脂的制造方法除了包括上述各工序以外,根据需要还可以包括冷却工序、粉碎工序、含水(再湿润)工序、其他添加剂添加工序、分级工序、整粒工序及微粉再利用工序。另外,本发明的一个实施方式的吸水性树脂的制造方法还可以包括输送工序、贮藏工序、捆包工序、保管工序等。
(冷却工序)
在任选实施的冷却工序中,通过使用公知的冷却手段对干燥工序中得到的颗粒状干燥聚合物进行冷却,可以得到冷却至所希望的温度的颗粒状干燥聚合物。
(粉碎工序)
本发明的一个实施方式的吸水性树脂的制造方法优选包括:粉碎工序,将在所述干燥工序(及其后的任选的冷却工序)中得到的颗粒状的干燥聚合物粉碎。通过实施粉碎工序,可以得到粒径或粒度分布得到控制的吸水性树脂(例如吸水性树脂粉末)。
在上述粉碎工序中,作为粉碎手段,可适当选择使用例如辊磨机、锤磨机、螺旋磨机、针磨机等高速旋转式粉碎机;振动磨机;曲轴式粉碎机;圆筒型混合机等。
(再湿润工序)
任选实施的再湿润工序中,向上述表面交联工序中得到的吸水性树脂(例如吸水性树脂颗粒)中添加选自多价金属盐、阳离子性聚合物、螯合剂、无机还原剂及α-羟基羧酸化合物中的至少1种添加剂。作为上述多价金属盐,优选水溶性多价金属盐,更优选水溶性铝盐。作为水溶性铝盐,例如可以举出硫酸铝。
在再湿润工序中,上述添加剂优选以水溶液或分散液(浆液)形态添加到吸水性树脂(例如吸水性树脂颗粒)中。另外,该添加剂也可以与上述表面交联剂溶液同时添加到吸水性树脂中,来与吸水性树脂混合。作为再湿润工序,具体而言,可举出国际专利公布第2015/053372号“(2-7)再湿润工序”栏目所述的方法,该方法也可适用于本发明的一实施方式。
(其他添加剂的添加工序)
在本发明的一个实施方式中,为了对吸水性树脂附加各种功能,也可以添加上述添加剂以外的添加剂。作为该添加剂,具体而言,可以举出表面活性剂、具有磷原子的化合物、氧化剂、有机还原剂、不溶水性无机微粒、金属皂等有机粉末、除臭剂、抗菌剂、纸浆及热塑性纤维等。需要说明的是,作为上述不溶水性无机微粒,可以举出国际专利公布第2011/040530号的“(5)不溶水性无机微粒”栏目中公开的化合物,该化合物可以适用于本发明的一个实施方式。这些添加剂中,尤其在不影响溶胀凝胶层被压缩时的吸水性树脂吸水物性的前提下,优选向吸水性树脂中添加选自提高渗液性的多价金属盐、阳离子性聚合物及无机微粒中的1种以上。作为上述多价金属盐,优选水溶性多价金属盐,更优选水溶性铝盐。作为水溶性铝盐,例如可以举出硫酸铝。
(整粒工序)
“整粒工序”是指如下工序:使经过所述表面交联工序而稍许凝集的吸水性树脂(例如吸水性树脂粉末)松散,从调整粒径。需要说明的是,该整粒工序包括表面交联工序以后的微粉除去工序及分级工序。从调整吸水性树脂的粒径以得到稳定的吸水物性的观点出发,在本发明的一个实施方式中优选实施整粒工序。
(微粉再利用工序)
“微粉再利用工序”是指如下工序:将在上述各工序中经筛分级等产生的含水凝胶或吸水性树脂的微粉直接供给到某工序,或将该微粉造粒后再供给到某工序。从降低吸水性树脂的生产损失的观点出发,在本发明的一个实施方式中优选实施微粉再利用工序。
〔4〕吸水性树脂的用途
本发明的一个实施方式的吸水性树脂及吸收体能够提供在被用作薄型吸收性物品时吸水部的膨胀得到抑制的吸收性物品。更具体而言,薄型吸收性物品在使用时,其吸收芯的凝胶层由于反复受到负重(体重)而被压缩,而本发明的一个实施方式的吸水性树脂及吸收体能够提供即使长时间使用也能够抑制芯膨胀的吸收性物品。本发明的一个实施方式的吸水性树脂的用途没有特别限定,优选举出纸尿布(幼儿用、成人用)、生理卫生巾、失禁垫等吸收性物品的吸收体用途。本发明的一个实施方式的吸水性树脂尤其能够较好用作以往存在吸液后溶胀凝胶引起吸收芯溶胀等这类问题的薄型高浓度纸尿布的吸收体。作为其它吸收性物品的一例,可列举例如:土壤保水剂、育苗用片、种子涂布材料、防结露片、滴落吸收材料、保鲜材料、一次性暖贴、冷却用方巾、保冷剂、医疗用废液固化剂、余土固化剂、水损防止废液凝胶化剂、吸水土、灾害用简易厕所、湿布材料、化妆品用增稠剂、电气及电子材料通信电缆用阻水材料、密封垫、肥料用缓释剂、各种缓释剂(空间除菌剂、芳香剂等)、宠物片、猫砂、创伤保护用敷料、结露防止用建筑材料、油中水分除去剂、涂料、粘接剂、防粘连剂、光扩散剂、消光剂、装饰板用添加剂、人造大理石用添加剂、调色剂用添加剂等树脂用添加剂等。
另外,作为所述吸收体的原料,也可以与所述吸水性树脂一起使用纸浆纤维等吸收性材料。此时,吸收体100质量%中的吸水性树脂的含量(芯浓度)优选为30质量%~100质量%,更优选为40质量%~100质量%,进一步优选为50质量%~100质量%,更进一步优选为60质量%~100质量%,特别优选为70质量%~100质量%,最优选为75质量%~95质量%。
通过将上述芯浓度设定在上述范围,在将吸收体用于吸收性物品的上层部时,该吸收性物品能够保持为具有清洁感的白色状态。另外,芯浓度在上述范围内的吸收体对尿及/或血液等体液等的扩散性优越,因此液体分配效率高,能期待吸收量提高。
更具体地讲,上述吸收体可以是含有本发明的一个实施方式的吸水性树脂且不含有亲水性纤维的吸收体。或者,上述吸收体也可以是含有本发明的一个实施方式的吸水性树脂及亲水性纤维,且所述吸水性树脂的质量在该吸水性树脂与亲水性纤维的合计100质量%中占50质量%以上的吸收体。
当吸收体含有本发明的一个实施方式的吸水性树脂及亲水性纤维时,吸水性树脂的质量在该吸水性树脂与亲水性纤维的合计100质量%中优选为50质量%以上且低于100质量%,更优选为60质量%以上且低于100质量%,更优选为70质量%以上且低于100质量%,更优选为80质量%以上且低于100质量%,进一步优选为90质量%以上且低于100质量%,特别优选为90质量%~95质量%。吸收体中的吸水性树脂的质量在上述范围时,具有如下优点:(1)将吸收体用于吸收性物品的上层部时,该吸收性物品能够保持为具有清洁感的白色状态;及/或(2)吸收体对尿及/或血液等体液等的扩散性优越,因此液体得到有效分配,能够期待吸收量提高。
作为亲水性纤维,没有特别限定,例如可以举出纸浆纤维、棉绒交联纤维素纤维、人造丝、棉、羊毛、乙酸酯及维尼纶等。
本发明也可以为如下方案。
(1)一种吸水性树脂,其是聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂,该吸水性树脂的下记(下式1)所示的溶胀凝胶压缩率是3%以上,
溶胀凝胶压缩率[%]=(D1-D2)/D1×100(式1)
(其中,D1通过如下操作得到:准备测定装置,其中该测定装置具备直径59mm的活塞、及底部为网状且内径60mm的腔室,并且该底部散布有所述吸水性树脂1.0g,将该测定装置置载于装有0.9质量%氯化钠水溶液的试验皿内,使该吸水性树脂吸收该0.9质量%氯化钠水溶液5分钟,测定由该吸水性树脂所形成的溶胀凝胶层的厚度[mm],将测得的该厚度取为D1。D2通过如下操作得到:将该测定装置设置在网眼4750μm的筛上,以该溶胀凝胶层受到0.7psi的负重的方式在该活塞上放置砝码且将该腔室静置10秒,然后取下该砝码,此一连操作重复10次,然后测定由该吸水性树脂所形成的溶胀凝胶层的厚度[mm],将测得的该厚度取为D2。
〔2〕根据〔1〕所述的吸水性树脂,其中,所述吸水性树脂是球状颗粒的凝集体。
〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的吸水性树脂,其质量平均粒径(D50)是50~700μm。
〔4〕根据〔1〕~〔3〕中任一项所述的吸水性树脂,其中,所述吸水性树脂的所述D2低于15mm。
〔5〕根据〔1〕~〔4〕中任一项所述的吸水性树脂,其中,所述吸水性树脂的所述D1低于15mm。
〔6〕根据〔1〕~〔5〕中任一项所述的吸水性树脂,其加压下的吸水倍率(AAP)是18g/g以上。
〔7〕根据〔1〕~〔6〕中任一项所述的吸水性树脂,其是通过在疏水性有机溶剂中进行反相悬浮聚合而得到的。
〔8〕根据〔1〕~〔7〕中任一项所述的吸水性树脂,其是用具有多孔板的挤出机挤压球状颗粒而得到的。
〔9〕一种吸收体,所述吸收体含有〔1〕~〔8〕中任一项所述的吸水性树脂,并且,(1)所述吸收体不含有亲水性纤维,或者,(2)所述吸收体含有亲水性纤维,且所述吸水性树脂的质量在该吸水性树脂与亲水性纤维的合计100质量%中占50质量%以上。
实施例
根据以下所示的实施例及比较例更具体地说明本发明的一个实施方式,但本发明并不限定解释为这些例子,将各实施例中记载的技术手段适当组合而得到的实施例也包含在本发明的范围内。另外,在实施例中有时使用“份”或“%”这类措辞,它们如无特别说明,则表示“质量份”或“质量%”。另外,如无特别说明,各操作均是在室温(例如25℃)下进行的。需要说明的是,实施例及比较例中使用的电气设备(也包括吸水性树脂的物性测定)只要没有特别注释,则均是使用200V或100V且60Hz的电源。
<评价方法>
〔数均粒径〕
拍摄吸水性树脂或吸水性树脂粉末的扫描型电子显微镜照片(SEM)。从照片中随机选择位于颗粒凝集体(二次颗粒)的正面的50个一次颗粒,对各一次颗粒测定长径和短径,将对该测定值实施了积平均化后的值(测定值的几何平均值)作为一次粒径。分别算出50个一次粒子各自的一次粒径,将所得到的值的平均值作为该吸水性树脂的平均一次粒径。
〔含水率〕
根据EDANA法(ERT430.2-02)测定含水率。但需要说明的是,其中测定时,将试样(吸水性树脂或吸水性树脂粉末)的质量变更为1.0g,将干燥温度变更为180℃,将干燥时间变更为3小时。具体而言,在底面的直径为50mm的铝杯中投入试样(吸水性树脂或吸水性树脂粉末)1.0g后,正确地称量该铝杯(含有吸水性树脂或吸水性树脂粉末的铝杯)的总质量W1(g)。接着,将上述铝杯(含有吸水性树脂或吸水性树脂粉末的铝杯)静置于设定为气氛温度180℃的烘箱内。经过3小时后,从上述烘箱中取出该铝杯(含有吸水性树脂或吸水性树脂粉末的铝杯),正确地称量总质量W2(g)。将供本测定的试样(吸水性树脂或吸水性树脂粉末)的质量设为M(1.0g),根据下列(式2)求出该试样的含水率(质量%)。
含水率(质量%)={(W1-W2)/M}×100(式2)。
〔质量平均粒径(D50)〕
质量平均粒径(D50)是依照美国专利第7638570号的栏目27及28中所记载的“(3)Mass-Average Particle Diameter(D50)and Logarithmic Standard Deviation(σζ)ofParticle Diameter Distribution”中记载的方法来测定的。具体而言,将吸水性树脂10.0g在室温(20~25℃)、湿度50RH%的条件下,装入网眼为850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm、45μm的JIS标准筛(THE IIDA TESTING SIEVE:直径8cm)中,使用振动分级器(IIDA SIEVE SHAKER,TYPE:ES-65型,SER.No.0501)进行5分钟的分级。然后,将各筛上的残留百分率R绘制在对数概率纸上。由此,读取与R=50质量%之处对应的粒径作为质量平均粒径(D50)。
〔CRC〕
CRC(离心下维持量)根据EDANA法(ERT441.2-02)测定。具体的测定如下:将吸水性树脂0.2g装入无纺布制的袋中后,将该无纺布制在过剩量的0.9质量%氯化钠水溶液中浸渍30分钟来使吸水性树脂自由溶胀,然后,将吸水性树脂用离心机(250G)甩干3分钟,然后求取了吸水倍率(单位:g/g)。
〔AAP〕
AAP(加压下吸收倍率)根据EDANA法(ERT442.2-02)测定。但在ERT470.2-02中将负重条件变更为4.83kPa(0.7psi)。
〔Ext〕
本实施例及比较例的吸水性树脂的Ext(水可溶成分量)根据EDANA法(ERT470.2-02)测定。
〔堆密度〕
吸水性树脂的堆密度根据EDANA法(T460.2-02)测定。
〔溶胀凝胶压缩率〕
吸水性树脂的溶胀凝胶压缩率按照下述所述的顺序进行测定。另外,关于溶胀凝胶压缩率的测定中使用的测定装置,参照图1及图2进行说明。
在底部15由不锈钢制的网(网眼36μm=400目)形成且为内径60mm的腔室11的底部15,均匀地散布1.0g吸水性树脂16。接着,从吸水性树脂16的上方,向腔室11内放置直径59mm、重108g的活塞12。然后,将该腔室11置载于装有25℃的0.9质量%(质量/质量%)氯化钠水溶液180g的19.8cm×19.8cm的试验皿13内,使该吸水性树脂16吸收该0.9质量%氯化钠水溶液5分钟。通过该操作,吸水性树脂16溶胀而形成溶胀凝胶层。然后,测定溶胀的吸水性树脂16所形成的溶胀凝胶层的厚度(D1[mm])。接着,将放置有活塞12的上述腔室11设置在网眼4750μm的JIS标准的筛上,以该溶胀凝胶受到0.7psi的负重的方式,在该活塞上置载1283g的砝码14,将该腔室静置10秒钟后,将该砝码14取下。将置载砝码14、静置腔室10秒、取下砝码14的这一连操作重复进行10次。需要说明的是,取下砝码14后立即施加下一次的10秒钟负重。然后,测定溶胀的吸水性树脂16所形成的溶胀凝胶层的厚度(D2[mm]),由下列(式1)算出溶胀凝胶压缩率。
溶胀凝胶压缩率[%]=(D1-D2)/D1×100(式1)。
另外,在表2中,D1记为“压缩前的溶胀凝胶的厚度”,D2记为“压缩后的溶胀凝胶的厚度”。
〔吸收片(吸收体)的厚度压缩率〕
(1)吸收片(吸收体)的制作
使用图3及图4,说明在吸收片(吸收体)的厚度压缩率的测定中使用的吸收片(吸收体)20的制作方法。图3是实施例中制作的评价用吸收片20在制作过程中的平面图。在图3中,示出了吸水性树脂16在胶带21的粘合面中的散布区域(即吸水性树脂散布区域22)。图4是实施例中制作的评价用吸收片20的截面图。在图4中,示出了所得到的评价用吸收片20的内部结构。图3及图4也可以说是示出本发明的一个实施方式的吸收体的制造方法的图。
首先,如图3所示,在切割成10cm×10cm的胶带21(NITTO DENKO制造的塑料胶带No.21S)的粘合面中的与该胶带21的四边的边缘均离开1cm的内侧区域(即胶带21中心的8cm×8cm的区域(吸水性树脂散布区域22)),均匀地散布1.0g吸水性树脂16,进而从吸水性树脂16的上方置载10cm×10cm的无纺布23(气流编织无纺布,单位面积重量46.6g/m2),将该无纺布23与所述胶带21的四边的粘合面贴合,制作了具有图4所示的层叠结构(胶带21、吸水性树脂16、无纺布23依次层叠而成结构)的评价用吸收片20。也可以说该评价用吸收片20是含有吸水性树脂16且不含有亲水性纤维的吸收体。
(2)吸收片(吸收体)20的厚度压缩率的测定
在平面的台上,在亚克力板(10cm×23cm、厚度0.3cm)上置载评价用吸收片20(吸收体),用2分钟向评价用吸收片20添加20℃的0.9质量%氯化钠水溶液25mL,以使评价用吸收片20内的吸水性树脂16溶胀。该0.9质量%氯化钠水溶液的添加完并经过3分钟后,测定评价用吸收片20的厚度(D1'[mm])。接着,在该评价用吸收片20上置载另外的亚克力板(10cm×23cm、厚度0.3cm)。进而,重复10次以下操作:在亚克力板上置载重量1.0kg的砝码,静置10秒钟,将砝码取下。需要说明的是,取下砝码后立即施加下一次的10秒钟负重。然后,除去评价用吸收片20上的亚克力板,计测评价用吸收片20的厚度(D2'[mm]),由下列(式3)算出评价用吸收片20(吸收体)的厚度压缩率。厚度压缩率[%]=(D1'-D2')/D1'×100(式3)。
另外,在表3中,D1'记为“压缩前的吸收片的厚度”,D2'记为“压缩后的吸收片的厚度”。
〔实施例1〕
取800g正庚烷,装入具备搅拌机、回流冷却器、温度计、氮气导入管及滴液漏斗的2000ml的四口可拆式烧瓶中,加入0.88g的作为分散助剂的马来酸酐改性乙烯-丙烯共聚物(Hi-WAX(注册商标)HW2203A;三井化学株式会社制),使马来酸酐改性乙烯-丙烯共聚物溶解于正庚烷中,得到庚烷溶液。接着,向得到的庚烷溶液中吹入氮气,以除去庚烷溶液中的溶解氧。
另行,在烧瓶中,制备由丙烯酸钠127g、丙烯酸36g、聚乙二醇二丙烯酸酯(n=9)0.097g、二乙三胺5乙酸5钠0.008g、作为增稠剂的羟乙基纤维素0.67g及离子交换水215g构成的单体水溶液(1),向单体水溶液(1)中吹入氮气,以将溶解于单体水溶液(1)内的溶解氧除去。接着,在该烧瓶内的单体水溶液(1)中加入过硫酸钠的15%(质量/质量%)水溶液1.2g后,将所得到的溶液全量地加入到所述可拆式烧瓶中,将该可拆式烧瓶内的混合液以210rpm搅拌,由此使单体水溶液(1)分散到庚烷溶液中。然后,将可拆式烧瓶的浸泡浴温升温至60℃,使聚合反应开始,保持该浴温60℃2小时后,停止聚合,通过抽滤进行过滤,使残渣风干一晚,由此得到含水凝胶聚合物(1)。含水凝胶聚合物(1)的平均一次粒径是180μm。
接着,向具有螺杆和孔径0.8mm的多孔板的凝胶整粒装置中投入含水凝胶聚合物(1)(凝胶温度:90℃),并使之从凝胶整粒装置排出,由此得到整粒凝胶(1)。
接着,使用圆筒容器旋转型干燥机对整粒凝胶(1)进行干燥。具体而言,在温度200℃的气氛下,使圆筒容器旋转型干燥机所具备的旋转容器以75rpm旋转,将上述加温后的整粒凝胶(1)供给到圆筒容器旋转型干燥机中进行干燥,得到干燥聚合物(1)。干燥聚合物(1)的含水率是10质量%。
接着,将干燥聚合物(1)供给到辊磨机(粉碎机)中进行粉碎,由此调节粒度,进而使用网眼粒径150μm的筛进行分级,得到吸水性树脂粉末(1)。吸水性树脂粉末(1)的质量平均粒径是380μm。
相对于吸水性树脂粉末(1)100质量份,用喷雾器喷雾由乙二醇二缩水甘油醚0.03质量份、碳酸亚乙酯0.385质量份、丙二醇0.644质量份及离子交换水2.6质量份构成的表面交联剂溶液,使用高速连续混合机均匀地混合。
将得到的混合物导入调温至气氛温度195℃±2℃的热处理机中,进行30分钟加热处理后,将粉温强制冷却至60℃,由此得到经表面交联了的吸水性树脂粉末(1)。
相对于上述经表面交联了的吸水性树脂粉末(1)100质量份,进一步均匀地混合由27.5质量%的硫酸铝水溶液(氧化铝换算量为8质量%)1.17质量份、60质量%的乳酸钠水溶液0.196质量份及丙二醇0.029质量份构成的表面交联剂溶液。进而,相对于混合后的吸水性树脂粉末(1)100质量份,均匀地混合水10.0质量%。
然后,碎解(整粒)至能够筛过网眼710μm的JIS标准筛,得到吸水性树脂(1)。所得吸水性树脂(1)是颗粒状,更具体而言,是球状颗粒的凝集体。所得吸水性树脂(1)的物性示于表1~3。
〔实施例2〕
取800g环己烷,装入具备搅拌机、回流冷却器、温度计、氮气导入管及滴液漏斗的2000ml的四口可拆式烧瓶中,加入0.6g的作为分散助剂的蔗糖脂肪酸酯(DK ESTER(注册商标)F-50;第一工业制药株式会社制;HLB=6),使蔗糖脂肪酸酯溶解于环己烷中,得到环己烷溶液。接着,向得到的环己烷溶液中吹入氮气,以除去环己烷溶液中的溶解氧。
另行,在烧瓶中,制备由丙烯酸钠141g、丙烯酸36g及N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.022g、作为增稠剂的羟乙基纤维素0.71g及离子交换水327.65g构成的单体水溶液(2),向单体水溶液(2)中吹入氮气,以将溶解于单体水溶液(2)内的溶解氧除去。接着,在该烧瓶内的单体水溶液(2)中加入过硫酸钠的15%水溶液0.95g后,将所得到的溶液全量地加入到上述可拆式烧瓶中,将该可拆式烧瓶内的混合液以370rpm搅拌,由此使单体水溶液(2)分散到环己烷溶液中。然后,将可拆式烧瓶的浸泡浴温升温至60℃,使聚合反应开始,保持该浴温60℃2小时后,停止聚合,通过抽滤进行过滤,使残渣风干一晚,由此得到含水凝胶聚合物(2)。含水凝胶聚合物(2)的平均一次粒径是195μm。
接着,向具有螺杆和孔径0.8mm的多孔板的凝胶整粒装置中投入含水凝胶聚合物(2)(凝胶温度:90℃),并使之从凝胶整粒装置排出,由此得到整粒凝胶(2)。
接着,在上述得到的整粒凝胶(2)3.2kg放入保温库中。静置于保温库内,结果使整粒凝胶(2)的温度达到供给到干燥机时的80℃。
接着,使用圆筒容器旋转型干燥机对整粒凝胶(2)进行干燥。具体而言,在温度200℃的气氛下,使圆筒容器旋转型干燥机所具备的旋转容器以75rpm旋转,将上述加温后的整粒凝胶(2)供给到圆筒容器旋转型干燥机中进行干燥,得到干燥聚合物(2)。干燥聚合物(2)的含水率是8质量%。
接着,将干燥聚合物(2)供给到辊磨机(粉碎机)中进行粉碎,由此调节粒度,进而使用网眼粒径150μm的筛进行分级,得到吸水性树脂粉末(2)。吸水性树脂粉末(2)的质量平均粒径是110μm。
接着,相对于吸水性树脂粉末(2)100质量份,用喷雾器喷雾由乙二醇二缩水甘油醚0.1质量份、异丙醇1.0质量份及离子交换水3.0质量份构成的表面交联剂溶液,使用高速连续混合机均匀地混合。
将得到的混合物导入调温至气氛温度100℃的热处理机中,进行40分钟加热处理后,将粉温强制冷却至60℃,由此得到经表面交联了的吸水性树脂粉末(2)。
相对于上述经表面交联了的吸水性树脂粉末(2)100质量份,进一步均匀地混合由27.5质量%的硫酸铝水溶液(氧化铝换算量为8质量%)1.17质量份、60质量%的乳酸钠水溶液0.196质量份及丙二醇0.029质量份构成的表面交联剂溶液。
然后,碎解(整粒)至能够筛过网眼300μm的JIS标准筛,得到吸水性树脂(2)。所得吸水性树脂(2)是颗粒状,更具体而言是球状颗粒。所得吸水性树脂(2)的物性示于表1~3。
〔实施例3〕
取500g正庚烷,装入具备搅拌机、回流冷凝器、滴液漏斗、温度计及氮气导入管的2000mL的五口圆筒型圆底烧瓶中,加入0.92g的作为分散助剂的蔗糖脂肪酸酯(S-370;三菱化学株式会社制;HLB=3)进行分散、升温,使蔗糖脂肪酸酯溶解于正庚烷中,得到庚烷溶液。然后将所得庚烷溶液冷却至55℃。
另行,在500mL的三角烧瓶中加入丙烯酸73.6g,一边从外部冷却,一边将30质量%(质量/质量%)氢氧化钠水溶液102.2g滴加到三角烧瓶中来中和丙烯酸,中和率为75摩尔%。进而,在三角烧瓶中添加作为增稠剂的羟乙基纤维素0.71g、离子交换水68.6g、过硫酸钾0.11g及乙二醇二缩水甘油醚0.0092g,由此制备了第1阶段聚合用的单体溶液(3A)。
在搅拌机转速450rpm的搅拌下将该第1阶段聚合用的单体水溶液(3A)全量添加到上述五口圆筒型圆底烧瓶中,以使单体水溶液(3A)分散到庚烷溶液中。接着,将体系内用氮气充分置换后升温,并将圆底烧瓶的浸泡浴温保持在70℃,进行1小时聚合反应,然后将所得的聚合浆液冷却至室温。
在另外的500mL容积的三角烧瓶中加入丙烯酸95.28g,一边将其冷却一边将30质量%氢氧化钠水溶液132.2g滴加到该三角烧瓶中来中和丙烯酸,中和率为75摩尔%。进而,在该三角烧瓶中添加离子交换水51.2g、过硫酸钾0.14g及乙二醇二缩水甘油醚0.0357g,由此制备了第2阶段聚合用的单体水溶液(3B),并使用冰水浴冷却单体水溶液(3B)。
将该第2阶段聚合用的单体水溶液(3B)全量地添加到上述聚合浆液中后,再次用氮气充分置换体系内后,将上述浴温升至70℃,使聚合反应开始,进行聚合反应2小时后,停止聚合,通过抽滤进行过滤,使残渣风干一晚,由此得到含水凝胶聚合物(3)。含水凝胶聚合物(3)的一次粒径是70μm。
接着,向具有螺杆和孔径0.8mm的多孔板的凝胶整粒装置中投入含水凝胶聚合物(3)(凝胶温度:90℃),并使之从凝胶整粒装置排出,由此得到整粒凝胶(3)。
接着,使用圆筒容器旋转型干燥机对整粒凝胶(3)进行干燥。具体而言,在温度200℃的气氛下,使圆筒容器旋转型干燥机所具备的旋转容器以75rpm旋转,将上述加温后的整粒凝胶(3)供给到圆筒容器旋转型干燥机中进行干燥,得到干燥聚合物(3)。干燥聚合物(3)的含水率是7质量%。
接着,将干燥聚合物(3)供给到辊磨机(粉碎机)中进行粉碎,由此调节粒度,进而使用网眼粒径150μm的筛进行分级,得到吸水性树脂粉末(3)。吸水性树脂粉末(3)的质量平均粒径是400μm。
接着,相对于吸水性树脂粉末(3)100质量份,用喷雾器喷雾由乙二醇二缩水甘油醚0.18质量份、丙二醇1.5质量份及离子交换水5.0质量份构成的表面交联剂溶液,使用高速连续混合机均匀地混合。
将得到的混合物导入调温至气氛温度100℃的热处理机中,进行40分钟加热处理后,将粉温强制冷却至60℃,由此得到经表面交联了的吸水性树脂粉末(3)。
相对于上述经表面交联了的吸水性树脂粉末(3)100质量份,进一步均匀地混合由27.5质量%(质量/质量%)的硫酸铝水溶液(氧化铝换算量为8质量%)1.17质量份、60质量%的乳酸钠水溶液0.196质量份及丙二醇0.029质量份构成的表面交联剂溶液。
然后,碎解(整粒)至能够筛过网眼710μm的JIS标准筛,得到吸水性树脂(3)。所得吸水性树脂(3)是颗粒状,更具体而言,是球状颗粒的凝集体。所得吸水性树脂(3)的物性示于表1~3。
〔比较例1〕
通过水溶液聚合得到吸水性树脂。即,在容量1L的聚丙烯制容器中投入48.5质量%的氢氧化钠水溶液296g、丙烯酸354g、聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷单元数平均为9)1.00g、0.1质量%的二乙三胺5乙酸5钠水溶液21.66g及离子交换水319g,搅拌投入的原料,由此制备了由这些原料构成的比较单体水溶液(1)。
持续搅拌比较单体水溶液(1),并加温比较单体水溶液(1)。在比较单体水溶液(1)的液温达到78℃的时间点,将3.8重量%过硫酸钠水溶液15.8g添加到比较单体水溶液(1)中,将所得的混合液立即在大气开放体系下注入到不锈钢制桶型反应装置(底面:340×340mm;高度:25mm;内表面:涂布有特氟隆(注册商标))中,不久开始了聚合反应。需要说明的是,预先使用加热板(NEO HOTPLATE HI-1000/株式会社井内盛荣堂制)进行了调整,以使上述不锈钢制桶型反应装置的表面温度达到50℃。
上述聚合反应进行过程中,一边产生水蒸气一边向桶型反应装置的上方来四面八方地膨胀发泡,然后,收缩至比该反应装置的底面稍大的尺寸。将经该操作而得到的聚合物作为比较含水凝胶聚合物(1)。需要说明的是,该聚合反应(膨胀·收缩)花费约1分钟结束,此后继而将该比较含水凝胶聚合物(1)保持在反应装置内3分钟。需要说明的是,这些一系列的操作是在大气开放体系下进行的。
将所得的比较含水凝胶聚合物(1),用配备有模具孔径9.5mm的模具的碎肉机(No.32型/株式会社平贺制作所制)进行粉碎。需要说明的是,该凝胶粉碎的操作如下:在该碎肉机的螺杆轴转速为130rpm的状态下,将比较含水凝胶聚合物(1)2.4(kg/min)及水蒸气5.0(kg/h)投入到碎肉机中。
接着,使用热风干燥机对比较含水凝胶聚合物(1)进行干燥,得到比较干燥聚合物(1)。该干燥的操作如下:在网眼850μm的不锈钢制金属网上,铺开用碎肉机粉碎了的比较含水凝胶聚合物(1),通入180℃的热风30分钟。
使用辊磨机(WML型辊粉碎机/有限公司井口技研制)将比较干燥聚合物(1)粉碎后,使用网眼850μm及150μm的JIS标准筛进行分级,得到无规破碎状的比较吸水性树脂粉末(1)。比较吸水性树脂粉末(1)的质量平均粒径是340μm。
将比较吸水性树脂粉末(1)100质量份,与由乙二醇二缩水甘油醚0.024质量份、碳酸亚乙酯0.308质量份、丙二醇0.515质量份及离子交换水2.08质量份组成的表面交联剂溶液均匀地混合。将所得混合物导入调整至气氛温度190℃±2℃的热处理机中,进行30分钟加热处理后,将粉温强制冷却至60℃,由此得到表面交联了的比较吸水性树脂粉末(1)。
将由45质量%二乙三胺5乙酸3钠盐0.022质量份、离子交换水1质量份组成的溶液均匀地混合到上述表面交联了的比较吸水性树脂粉末(1)100质量份中,得到比较吸水性树脂颗粒(1)。
向得到的比较吸水性树脂颗粒(1)100质量份中添加并混合微粒状的二氧化硅(Reolosil(注册商标)QS-20;Oriental Silicas Corporation制)0.35质量份,得到比较吸水性树脂颗粒(1)。将得到的比较吸水性树脂(1)的物性示于表1~3。
(表1)吸水性树脂的物性
(表2)吸水性树脂的溶胀凝胶压缩率
(表3)评价用吸收片的评价结果
由表1~3可知以下内容。即,可以说实施例1~3的吸水性树脂(1)~(3)的溶胀凝胶压缩率是3%以上且能够提供在被用作薄型吸收性物品时吸水部的膨胀得到抑制的吸收性物品。另一方面,比较例1的比较吸水性树脂(1)尽管溶胀凝胶的厚度即D1及D2的绝对值小,但溶胀凝胶压缩率(%)为负,负重后的厚度D2比负重前的厚度D1大。另外,如表3所示,比较例1的比较吸水性树脂(1)如果用于吸收片,则与实施例1~3相比,负重后的吸收片更厚。
产业上的可利用性
本发明的一个实施方式的吸水性树脂及吸收体能够提供在被用作薄型吸收性物品时吸水部的膨胀能够得到抑制的吸收性物品。因此,本发明的一个实施方式的吸水性树脂及吸收体能够适用于纸尿布(幼儿用、成人用)、生理卫生巾、失禁垫等吸收性物品的吸收体用途。
Claims (9)
1.一种吸水性树脂,其是聚(甲基)丙烯酸(盐)系吸水性树脂,且所述吸水性树脂的由下式1所示的溶胀凝胶压缩率是3%以上,
溶胀凝胶压缩率[%]=(D1-D2)/D1×100(式1),
其中,D1通过如下操作得到:准备测定装置,其中所述测定装置具备直径59mm的活塞、及底部为网状且内径60mm的腔室,并且所述底部散布有所述吸水性树脂1.0g,将所述测定装置置载于装有0.9质量%氯化钠水溶液的试验皿内,使所述吸水性树脂吸收所述0.9质量%氯化钠水溶液5分钟,测定由所述吸水性树脂所形成的溶胀凝胶层的厚度[mm],将测得的所述厚度取为D1,
D2通过如下操作得到:将所述测定装置设置在网眼4750μm的筛上,以所述溶胀凝胶层受到0.7psi的负重的方式在所述活塞上放置砝码且将所述腔室静置10秒,然后取下所述砝码,此一连操作重复10次,然后测定由所述吸水性树脂所形成的溶胀凝胶层的厚度[mm],将测得的所述厚度取为D2。
2.根据权利要求1所述的吸水性树脂,其中,所述吸水性树脂是球状颗粒的凝集体。
3.根据权利要求1或2所述的吸水性树脂,其质量平均粒径(D50)是50~700μm。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的吸水性树脂,其中,所述吸水性树脂的所述D2低于15mm。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的吸水性树脂,其中,所述吸水性树脂的所述D1低于15mm。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的吸水性树脂,其加压下的吸水倍率(AAP)是18g/g以上。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的吸水性树脂,其是通过在疏水性有机溶剂中进行反相悬浮聚合而得到的。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的吸水性树脂,其是用具有多孔板的挤出机挤压球状颗粒而得到的。
9.一种吸收体,所述吸收体含有权利要求1~8中任一项所述的吸水性树脂,并且,
(1)所述吸收体不含有亲水性纤维,或者,
(2)所述吸收体含有亲水性纤维,且所述吸水性树脂的质量在该吸水性树脂与亲水性纤维的合计100质量%中占50质量%以上。
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| 廖正福等: ""反相悬浮聚合法制备水溶性固体聚丙烯酸"", 《弹性体》, vol. 24, 25 October 2014 (2014-10-25) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023092252A (ja) | 2023-07-03 |
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