JP5996651B2 - ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法に関する。更に詳しくは、単量体水溶液の重合工程、重合後の乾燥工程、分級工程を順次含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、低微粉及び高通液性のポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂を得る製造方法に関する。
吸水性樹脂(SAP/Super Absorbent Polymer)は、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤であり、紙オムツ、生理用ナプキン等の衛生用品、農園芸用保水剤又は工業用止水材等として、主に使い捨て用途に多用されている。また、吸水性樹脂として、その原料に多くの単量体や親水性高分子が提案されているが、アクリル酸及び/又はその塩を単量体として用いたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂が、その吸水性能の高さから工業的に最も多く用いられている。
このような吸水性樹脂は、重合工程、乾燥工程、(必要により未乾燥物の除去工程)、粉砕工程、分級工程、表面架橋工程等を経て製造される(特許文献1〜5)。主用途である紙オムツの高性能化に伴い、吸水性樹脂にも多くの機能が求められている。具体的には、単なる吸水倍率の高さに限らず、ゲル強度、水可溶分、吸水速度、加圧下吸水倍率、通液性、粒度分布、耐尿性、抗菌性、耐衝撃性、粉体流動性、消臭性、耐着色性、低粉塵等、多くの物性が吸水性樹脂に要求されている。そのため、表面架橋技術、添加剤、製造工程の変更等、数多くの改良技術が特許文献1〜32やこれら以外にも提案されている。
上記物性の中でも、近年、紙オムツ中での吸水性樹脂の使用量が増加(例えば、50重量%以上)するに従い、特に通液性がより重要な因子と見られるようになり、SFC(Saline Flow Conductivity/特許文献6)やGBP(Gel Bed Permeabilty/特許文献7〜9)等の荷重下通液性や無荷重下通液性の改善方法や改良技術が多く提案されている。
また、通液性を含めた複数のパラメータを組み合わせた提案も多くなされ、例えば、耐衝撃性(FI)を規定する技術(特許文献10)、吸水速度(FSR/Vortex)等を規定する技術(特許文献11)、液体拡散性能(SFC)及び60分後の芯吸収量(DA60)の積を規定する技術(特許文献12)が知られている。
更に、SFCやGBP等の通液性向上方法として、重合前又は重合中に石膏を添加する技術(特許文献13)、スペーサーを添加する技術(特許文献14)、5〜17モル/kgのプロトン化可能な窒素原子を有する窒素含有ポリマーを使用する技術(特許文献15)、ポリアミン及び多価金属イオン又は多価陰イオンを使用する技術(特許文献16)、pH6未満の吸水性樹脂をポリアミンで被覆する技術(特許文献17)、ポリアンモニウムカーボネートを使用する技術(特許文献18)が知られている。更に、可溶分3重量%以上でポリアミンを使用する技術、吸い上げ指数(WI)やゲル強度を規定する技術(特許文献19〜21)が知られている。また、着色や通液性を改善するために、重合時の重合禁止剤であるメトキシフェノールを制御した上で多価金属塩を使用する技術(特許文献22,23)も知られている。
この他、粉砕工程や分級工程での通液性向上方法として、粒子を研磨して嵩比重を高く制御する技術(特許文献24)、2以上の分級重合体を1の分級重合体にまとめる技術(特許文献25)、除電する技術(特許文献26)も知られている。
特に、吸水性樹脂の篩分級方法としては、加熱又は断熱する技術(特許文献27)、減圧する技術(特許文献28)、ガイド装置を用いる技術(特許文献29)、後架橋(二次架橋)後の粗大粒子を分離する篩の目開きを大きくする技術(特許文献30)、異なる複数の分級工程を組み合わせる技術(特許文献31)、ボールクリーニング装置を用いる技術(特許文献32)が知られている。
上述したように、吸水性樹脂の物性向上を目的にこれまで数多くの表面架橋剤技術、添加剤技術又は製造工程の条件変更等が提案されてきた。中でも、紙オムツの薄型化に伴って、通液性が非常に重要な基本物性として位置づけられ、多くの改良技術が提案されてきた(特許文献6〜26)。
しかしながら、表面架橋剤や添加剤(例えば、ポリアミンポリマー、無機微粒子、熱可塑性ポリマー等)等、吸水性樹脂の原料変更や追加は、原料の安全性の低下やコストアップだけでなく、通液性以外の物性を低下させることがあった。また、新たな剤を添加するための設備投資が高額となったり、工業的に複雑な運転が必要となったりするため、却って生産性や物性低下を招くことがあった。更に上記手法は、実験室等の小スケールではある程度の効果を示すものの、実機プラントの大スケール(例えば、生産量が1(t/hr)以上)では、十分に効果を示さないこともあった。
また、分級効率と生産性の観点から、篩分級において、篩網上での滞留量を多くしたりガイド装置を設置したりする手法がこれまで採られてきたが、篩網が破れるというトラブルが多く見られた。更に、吸水性樹脂の流動性向上を目的として、改質剤を添加する手法も採られてきたが、場合によってはむしろ分級効率の低下を招き、結果として吸水性樹脂の物性が低下することがあった。
そこで本発明は、上記課題を解決すべく、大スケールでの生産においても、物性(特に通液性)を向上、維持させたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明者らは、分級工程における吸水性樹脂の分級方法について鋭意検討した結果、篩網の軌跡を一定範囲内とすることで大スケールでも分級効率を向上し、その結果として得られる吸水性樹脂の微粉低減及び通液性向上が達成されることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、上記課題を解決する本発明に係るポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法は、アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液を重合する重合工程と、上記重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する乾燥工程と、上記乾燥工程で得られた重合体を分級する分級工程と、を順次含む。そして、上記分級工程において揺動式篩分級装置を使用し、上記揺動式篩分級装置の篩網の軌跡及び回転数が下記の範囲であることを特徴とする;ラジアル勾配R:5〜40mm、タンジェンシャル勾配T:0.1〜25mm、エキセントリック勾配E:40〜80mm、回転数F:60〜600rpm。
また、上記課題を解決する本発明に係る吸水性樹脂(ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂)の他の製造方法は、アクリル酸(塩)水溶液を重合して含水ゲル状架橋重合体を得る重合工程と、上記含水ゲル状架橋重合体を乾燥して吸水性樹脂粉末を得る乾燥工程と、上記吸水性樹脂粉末を分級する分級工程と、上記吸水性樹脂粉末を表面架橋する表面架橋工程と、を含む。そして、上記表面架橋工程の前および/または表面架橋工程の後に行われる分級工程において、当該分級工程の揺動式篩分級装置において、使用される篩網が複数の支持材を有することを特徴とする。
本発明によれば、重合工程、乾燥工程及び分級工程を含むポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法において、得られる吸水性樹脂の物性(例えば、通液性)や生産性を向上させると共に、吸水性樹脂の性能を安定化させることができる。
以下、本発明に係るポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更、実施されうる。
〔1〕用語の定義
(a)「吸水性樹脂」
本明細書において、「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の「高分子ゲル化剤(gelling agent)」を意味し、以下の物性を有するものをいう。すなわち、水膨潤性としてCRC(無加圧下吸水倍率)が、5(g/g)以上のものである。CRCは、好ましくは10〜100(g/g)、より好ましくは20〜80(g/g)である。また、水不溶性としてExt(水可溶分)は、0〜50重量%が必要である。Extは、好ましくは0〜30重量%、より好ましくは0〜20重量%、更に好ましくは0〜10重量%である。
(a)「吸水性樹脂」
本明細書において、「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の「高分子ゲル化剤(gelling agent)」を意味し、以下の物性を有するものをいう。すなわち、水膨潤性としてCRC(無加圧下吸水倍率)が、5(g/g)以上のものである。CRCは、好ましくは10〜100(g/g)、より好ましくは20〜80(g/g)である。また、水不溶性としてExt(水可溶分)は、0〜50重量%が必要である。Extは、好ましくは0〜30重量%、より好ましくは0〜20重量%、更に好ましくは0〜10重量%である。
なお、「吸水性樹脂」とは全量(100重量%)が重合体である形態に限定されず、上記性能を維持する範囲において添加剤等(後述)を含んでいてもよい。すなわち、吸水性樹脂及び添加剤を含む吸水性樹脂組成物であっても、本発明では「吸水性樹脂」と総称する。吸水性樹脂が吸水性樹脂組成物である場合の、吸水性樹脂(ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂)の含有量は、組成物全体に対して、好ましくは70〜99.9重量%、より好ましくは80〜99.7重量%、更に好ましくは90〜99.5重量%である。吸水性樹脂以外の成分としては、吸水速度や粉末(粒子)の耐衝撃性の観点から水が好ましく、必要により後述の添加剤が含まれる。
(b)「ポリアクリル酸(塩)」
本明細書において、「ポリアクリル酸(塩)」とは、任意にグラフト成分を含み、繰り返し単位として、アクリル酸(塩)を主成分とする重合体を意味する。具体的には、架橋剤を除く単量体として、アクリル酸(塩)を、必須に50〜100モル%、好ましくは70〜100モル%、より好ましくは90〜100モル%、更に好ましくは実質100モル%含む重合体を意味する。重合体としての塩は、必須に水溶性塩を含み、好ましくは一価塩、より好ましくはアルカリ金属塩又はアンモニウム塩、更に好ましくはアルカリ金属塩、特に好ましくはナトリウム塩を含む。
本明細書において、「ポリアクリル酸(塩)」とは、任意にグラフト成分を含み、繰り返し単位として、アクリル酸(塩)を主成分とする重合体を意味する。具体的には、架橋剤を除く単量体として、アクリル酸(塩)を、必須に50〜100モル%、好ましくは70〜100モル%、より好ましくは90〜100モル%、更に好ましくは実質100モル%含む重合体を意味する。重合体としての塩は、必須に水溶性塩を含み、好ましくは一価塩、より好ましくはアルカリ金属塩又はアンモニウム塩、更に好ましくはアルカリ金属塩、特に好ましくはナトリウム塩を含む。
(c)「EDANA」及び「ERT」
「EDANA」は、European Disposables and Nonwovens Associationsの略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)の吸水性樹脂の測定法(ERT/EDANA Recomended Test Method)の略称である。本明細書においては、特に断りのない限り、ERT原本(公知文献:2002年改定)に基づいて、吸水性樹脂の物性を測定する。
「EDANA」は、European Disposables and Nonwovens Associationsの略称であり、「ERT」は、欧州標準(ほぼ世界標準)の吸水性樹脂の測定法(ERT/EDANA Recomended Test Method)の略称である。本明細書においては、特に断りのない限り、ERT原本(公知文献:2002年改定)に基づいて、吸水性樹脂の物性を測定する。
(c−1)「CRC」(ERT441.2−02)
「CRC」とは、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、無加圧下吸水倍率(以下、「吸水倍率」という。)を意味する。具体的には、不織布中の吸水性樹脂0.200gを0.9重量%食塩水で30分、自由膨潤させた後、遠心分離機(250G)で水切りした後の吸水倍率(単位;(g/g))である。
「CRC」とは、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、無加圧下吸水倍率(以下、「吸水倍率」という。)を意味する。具体的には、不織布中の吸水性樹脂0.200gを0.9重量%食塩水で30分、自由膨潤させた後、遠心分離機(250G)で水切りした後の吸水倍率(単位;(g/g))である。
(c−2)「AAP」(ERT442.2−02)
「AAP」とは、Absorption Against Pressureの略称であり、加圧下吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.900gを0.9重量%食塩水に1時間、2.06kPaでの荷重下で膨潤させた後の吸水倍率(単位;(g/g))である。なお、本発明及び実施例では4.83kPaで測定した。
「AAP」とは、Absorption Against Pressureの略称であり、加圧下吸水倍率を意味する。具体的には、吸水性樹脂0.900gを0.9重量%食塩水に1時間、2.06kPaでの荷重下で膨潤させた後の吸水倍率(単位;(g/g))である。なお、本発明及び実施例では4.83kPaで測定した。
(c−3)「Extractables」(ERT470.2−02)
「Extractables」とは、水可溶分量(可溶分)を意味する。具体的には、0.9重量%食塩水200mlに、吸水性樹脂1.000gを添加し、16時間攪拌した後、溶解したポリマー量をpH滴定で測定した値(単位;重量%)である。
「Extractables」とは、水可溶分量(可溶分)を意味する。具体的には、0.9重量%食塩水200mlに、吸水性樹脂1.000gを添加し、16時間攪拌した後、溶解したポリマー量をpH滴定で測定した値(単位;重量%)である。
(c−4)「PSD」(ERT420.2−02)
「PSD」とは、Particle Size Disributionの略称であり、篩分級により測定される粒度分布を意味する。なお、重量平均粒子径及び粒子径分布幅は、欧州公告特許第0349240号明細書7頁25〜43行や国際公開第2004/069915号に記載された「(1) Average Particle Diameter and Distribution of Particle Diameter」と同様の方法で測定される。
「PSD」とは、Particle Size Disributionの略称であり、篩分級により測定される粒度分布を意味する。なお、重量平均粒子径及び粒子径分布幅は、欧州公告特許第0349240号明細書7頁25〜43行や国際公開第2004/069915号に記載された「(1) Average Particle Diameter and Distribution of Particle Diameter」と同様の方法で測定される。
(c−5)その他
「pH」(ERT400.2−02):吸水性樹脂のpHを意味する。
「pH」(ERT400.2−02):吸水性樹脂のpHを意味する。
「Moisture Content」(ERT430.2−2):吸水性樹脂の含水率を意味する。
「Flow Rate」(ERT450.2−02):吸水性樹脂の流下速度を意味する。
「Density」(ERT460.2−02):吸水性樹脂の嵩比重を意味する。
(d)「通液姓」
吸水性樹脂の「通液性」とは、荷重下又は無荷重下での膨潤ゲルの粒子間を通過する液の流れ性のことをいい、代表的な測定方法として、SFC(Saline Flow Conductivity/生理食塩水流れ誘導性)や、GBP(Gel Bed Permeability/ゲル床透過性)がある。
吸水性樹脂の「通液性」とは、荷重下又は無荷重下での膨潤ゲルの粒子間を通過する液の流れ性のことをいい、代表的な測定方法として、SFC(Saline Flow Conductivity/生理食塩水流れ誘導性)や、GBP(Gel Bed Permeability/ゲル床透過性)がある。
「SFC(生理食塩水流れ誘導性)」は、2.07kPa荷重下での吸水性樹脂に対する0.69重量%塩化ナトリウム水溶液の通液性をいい、米国特許第5669894号に開示されるSFC試験方法に準拠して測定される。
「GBP(ゲル床透過性)」とは、荷重下または自由膨潤での吸水性樹脂に対する0.9重量%塩化ナトリウム水溶液の通液性をいい、国際公開第2005/016393号に開示されるGBP試験方法に準拠して測定される。
(e)「その他」
本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は、「X以上Y以下」であることを意味する。また、重量の単位である「t(トン)」は、「Metric ton(メトリック トン)」であることを意味する。更に、特に注釈のない限り、「ppm」は「重量ppm」又は「質量ppm」を意味する。更に、「重量」と「質量」、「重量部」と「質量部」、「重量%」と「質量%」は同義語として扱う。また、「〜酸(塩)」は「〜酸および/またはその塩」、「(メタ)アクリル」は「アクリルおよび/またはメタクリル」をそれぞれ意味する。
本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は、「X以上Y以下」であることを意味する。また、重量の単位である「t(トン)」は、「Metric ton(メトリック トン)」であることを意味する。更に、特に注釈のない限り、「ppm」は「重量ppm」又は「質量ppm」を意味する。更に、「重量」と「質量」、「重量部」と「質量部」、「重量%」と「質量%」は同義語として扱う。また、「〜酸(塩)」は「〜酸および/またはその塩」、「(メタ)アクリル」は「アクリルおよび/またはメタクリル」をそれぞれ意味する。
〔2〕ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法
(2−1)重合工程
本工程は、アクリル酸(塩)系単量体水溶液(アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液)を重合して含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」という。)を得る工程である。
(2−1)重合工程
本工程は、アクリル酸(塩)系単量体水溶液(アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液)を重合して含水ゲル状架橋重合体(以下、「含水ゲル」という。)を得る工程である。
(a)単量体(架橋剤を除く)
本発明に係るポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、その吸水性能や残存モノマー量の観点から、アクリル酸の少なくとも一部が中和されたアクリル酸(塩)を主成分とする単量体を、原料として使用することが好ましい。
本発明に係るポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、その吸水性能や残存モノマー量の観点から、アクリル酸の少なくとも一部が中和されたアクリル酸(塩)を主成分とする単量体を、原料として使用することが好ましい。
上記アクリル酸塩としては、特に限定されないが、吸水性能の観点からアルカリ金属塩、アンモニウム塩及びアミン塩から選ばれる1種以上の一価塩が好ましく、アルカリ金属塩がより好ましく、ナトリウム塩、リチウム塩及びカリウム塩から選ばれる1種以上のアクリル酸塩が更に好ましく、ナトリウム塩が特に好ましい。
上記中和は、重合前の単量体及び/又は重合後の含水ゲルに対して行うことができ、その中和率は、好ましくは10〜100モル%、より好ましくは30〜95モル%、更に好ましくは50〜90モル%、特に好ましくは60〜80モル%である。
上記アクリル酸(塩)を主成分とする単量体(下記の架橋剤を含む。)は、通常、水溶液の形態で重合する。その際の単量体濃度としては、通常10〜70重量%であり、好ましくは15〜65重量%、より好ましくは30〜55重量%である。なお、飽和濃度を超えたスラリー液(水分散液)でも重合できるが、物性の観点から、飽和濃度以下の単量体水溶液が好ましい。
本発明の吸水性樹脂の諸物性を改善するために、アクリル酸(塩)系単量体水溶液、重合後の含水ゲル、乾燥重合体、粉砕重合体又は吸水性樹脂粉末に対して、炭酸塩、アゾ化合物、気泡等の発泡剤や界面活性剤等の添加剤や、澱粉、ポリアクリル酸(塩)、ポリエチレンイミン等の水溶性樹脂又は吸水性樹脂を任意成分として添加してもよい。なお、上記添加剤は、単量体に対して、好ましくは0〜5重量%、より好ましくは0〜1重量%が添加される。また、水溶性樹脂又は吸水性樹脂は、単量体に対して、好ましくは0〜50重量%、より好ましくは0〜20重量%、更に好ましくは0〜10重量%、特に好ましくは0〜3重量%が添加される。
本発明において、アクリル酸(塩)を主成分として用いる場合、アクリル酸(塩)以外に、例えば、親水性又は疎水性の不飽和単量体を含むこともできる。より具体的には、メタクリル酸、(無水)マレイン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリロキシアルカンスルホン酸、N−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニルアセトアミド、(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ステアリルアクリレートやこれらの塩等が挙げられる。これらの不飽和単量体は、得られる吸水性樹脂の物性を損わない範囲、つまり、全単量体に対して、好ましくは0〜50重量%、より好ましくは0〜20重量%の範囲で使用される。
(b)架橋剤(内部架橋剤)
本発明においては、吸水特性の観点から架橋剤(内部架橋剤)を使用することが好ましい。当該内部架橋剤は、アクリル酸との重合性架橋剤、カルボキシル基との反応性架橋剤又はこれらを併せ持った架橋剤が例示できる。より具体的には、重合性架橋剤として、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリオキシエチレン)トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ポリ(メタ)アリロキシアルカン等の分子内に重合性二重結合を少なくとも2個有する化合物が挙げられる。また、反応性架橋剤としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のポリグリシジルエーテル、プロパンジオール、グリセリン、ソルビトール等の多価アルコール等の共有結合性架橋剤、アルミニウム等の多価金属化合物等のイオン結合性架橋剤が例示できる。これらの中でも、吸水特性の観点からアクリル酸との重合性架橋剤が好ましく、アクリレート系、アリル系及びアクリルアミド系の重合性架橋剤が特に好ましい。上記内部架橋剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明においては、吸水特性の観点から架橋剤(内部架橋剤)を使用することが好ましい。当該内部架橋剤は、アクリル酸との重合性架橋剤、カルボキシル基との反応性架橋剤又はこれらを併せ持った架橋剤が例示できる。より具体的には、重合性架橋剤として、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリオキシエチレン)トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ポリ(メタ)アリロキシアルカン等の分子内に重合性二重結合を少なくとも2個有する化合物が挙げられる。また、反応性架橋剤としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のポリグリシジルエーテル、プロパンジオール、グリセリン、ソルビトール等の多価アルコール等の共有結合性架橋剤、アルミニウム等の多価金属化合物等のイオン結合性架橋剤が例示できる。これらの中でも、吸水特性の観点からアクリル酸との重合性架橋剤が好ましく、アクリレート系、アリル系及びアクリルアミド系の重合性架橋剤が特に好ましい。上記内部架橋剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、上記内部架橋剤は、物性の観点から架橋剤を除く上記単量体に対して、好ましくは0.001〜5モル%、より好ましくは0.005〜2モル%、更に好ましくは0.01〜1モル%、特に好ましくは0.03〜0.5モル%の範囲で使用される。
(c)重合開始剤
本発明において使用される重合開始剤は、特に限定されず、光分解型重合開始剤、熱分解型重合開始剤又はレドックス系重合開始剤等から、重合形態に応じて適宜選択される。
本発明において使用される重合開始剤は、特に限定されず、光分解型重合開始剤、熱分解型重合開始剤又はレドックス系重合開始剤等から、重合形態に応じて適宜選択される。
なお、上記光分解型重合開始剤としては、ベンゾイン誘導体、ベンジル誘導体、アセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、アゾ化合物等が挙げられ、上記熱分解型重合開始剤としては、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、過酸化水素、t−ブチルパーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシド等の過酸化物、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド等のアゾ化合物等が挙げられる。また、上記レドックス系重合開始剤としては、上記過硫酸塩や過酸化物に、L−アスコルビン酸や亜硫酸水素ナトリウム等の還元性化合物を併用した系が挙げられる。
上記光分解型重合開始剤は、熱分解型重合開始剤と併用することもできる。上記重合開始剤は、上記単量体に対して、好ましくは0.0001〜1モル%、より好ましくは0.001〜0.5モル%の範囲で使用される。
(d)重合方法
本発明で適用される重合方法は、吸水特性や重合制御の容易性等の観点から、噴霧重合、液滴重合、水溶液重合又は逆相懸濁重合が好ましく、水溶液重合又は逆相懸濁重合がより好ましく、水溶液重合が更に好ましい。中でも、連続水溶液重合が特に好ましく、連続ベルト重合でも連続ニーダー重合の何れでもよい。
本発明で適用される重合方法は、吸水特性や重合制御の容易性等の観点から、噴霧重合、液滴重合、水溶液重合又は逆相懸濁重合が好ましく、水溶液重合又は逆相懸濁重合がより好ましく、水溶液重合が更に好ましい。中でも、連続水溶液重合が特に好ましく、連続ベルト重合でも連続ニーダー重合の何れでもよい。
上記連続水溶液重合の好適な態様として、連続ニーダー重合は米国特許第6987151号、同第6710141号等に、連続ベルト重合は米国特許第4893999号、同第6241928号、米国特許出願公開第2005/215734号等に、それぞれ開示されている。これらの連続水溶液重合を採用することで、吸水性樹脂の生産性が向上する。
また、上記連続水溶液重合の好ましい一例として、高温開始重合や高濃度重合が挙げられる。「高温開始重合」は、単量体水溶液の温度を好ましくは30℃以上、より好ましくは35℃以上、更に好ましくは40℃以上、特に好ましくは50℃以上(上限は沸点)の温度で重合を開始する重合方法を指し、「高濃度重合」は、単量体濃度を好ましくは30重量%以上、より好ましくは35重量%以上、更に好ましくは40重量%以上、特に好ましくは45重量%以上(上限は飽和濃度)で重合を行う重合方法を指す。これらの重合方法を併用した高濃度・高温開始連続水溶液重合とすることもできる。なお、高温開始重合については、米国特許第6906159号、同第7091253号等に開示されている。
上記重合は空気雰囲気下でも実施できるが、着色防止の観点から、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で実施することが好ましい。この場合、例えば、酸素濃度を1容積%以下に制御することが好ましい。また、単量体又は単量体水溶液中の溶存酸素を不活性ガスで十分に置換(具体的には、溶存酸素1(mg/l)未満)しておくことが好ましい。
また、本発明の方法は、生産量が好ましくは1(t/hr)以上、より好ましくは2(t/hr)以上、更に好ましくは4(t/hr)以上の連続生産で有効である。
(2−2)ゲル粉砕工程
本工程は、上記重合工程で得られた含水ゲルを、ニーダー、ミートチョッパー又はカッターミル等のゲル粉砕装置でゲル粉砕し、粒子状の含水ゲル(以下、「粒子状含水ゲル」という。)を得る工程である。なお、上記重合工程がニーダー重合の場合、重合工程とゲル粉砕工程が同時に実施されている。また、上記含水ゲルをゲル粉砕工程を経ずに、そのまま乾燥工程に供給してもよい。
本工程は、上記重合工程で得られた含水ゲルを、ニーダー、ミートチョッパー又はカッターミル等のゲル粉砕装置でゲル粉砕し、粒子状の含水ゲル(以下、「粒子状含水ゲル」という。)を得る工程である。なお、上記重合工程がニーダー重合の場合、重合工程とゲル粉砕工程が同時に実施されている。また、上記含水ゲルをゲル粉砕工程を経ずに、そのまま乾燥工程に供給してもよい。
本工程においては、ゲル粉砕性の改善や物性改良の観点から、上記含水ゲルに対して、水、多価アルコール、水と多価アルコールとの混合液、多価金属(塩)水溶液、又はこれらの蒸気等を添加することもできる。
本発明において、残存モノマーの低減やゲル劣化の防止(耐尿性の向上)、黄変の防止の観点から、ゲル粉砕時間(重合終了時から乾燥開始時までの時間をいう。)を短時間とすることが好ましい。具体的には、1時間以内が好ましく、0.5時間以内がより好ましく、0.1時間以内が更に好ましい。また、ゲル粉砕期間中の含水ゲルの温度は、好ましくは40〜95℃、より好ましくは50〜80℃、更に好ましくは60〜70℃に制御(保温又は加温)される。
上述したゲル粉砕後の粒子状含水ゲルの樹脂固形分は、好ましくは10〜90重量%、より好ましくは20〜80重量%、更に好ましくは30〜70重量%、特に好ましくは35〜60重量%である。また、粒子状含水ゲルの重量平均粒子径(D50)(篩分級で規定)は、好ましくは0.2〜10mm、より好ましくは0.3〜5mm、更に好ましくは0.5〜3mmである。更に、粒子径が5mm以上の粒子状含水ゲルの割合が、全体の0〜10重量%が好ましく、0〜5重量%がより好ましい。なお、粒子状含水ゲルの粒子径は、特開2000−63527号公報の段落〔0091〕に開示された湿式分級方法に準拠して測定を行う。なお、ゲル粉砕工程をゲル細粒化(解砕)工程と称する場合もある。
(2−3)乾燥工程
本工程は、上記重合工程及び/又はゲル粉砕工程で得られる、含水ゲル及び/又は粒子状含水ゲルを所望する樹脂固形分まで乾燥させて乾燥重合体を得る工程である。なお、当該樹脂固形分は、乾燥減量(試料1gを180℃で3時間加熱した際の重量変化)から求められる値であり、好ましくは80重量%以上、より好ましくは85〜99重量%、更に好ましくは90〜98重量%、特に好ましくは92〜97重量%である。
本工程は、上記重合工程及び/又はゲル粉砕工程で得られる、含水ゲル及び/又は粒子状含水ゲルを所望する樹脂固形分まで乾燥させて乾燥重合体を得る工程である。なお、当該樹脂固形分は、乾燥減量(試料1gを180℃で3時間加熱した際の重量変化)から求められる値であり、好ましくは80重量%以上、より好ましくは85〜99重量%、更に好ましくは90〜98重量%、特に好ましくは92〜97重量%である。
本発明における乾燥方法としては、含水ゲル及び/又は粒子状含水ゲルを上記樹脂固形分となるまで乾燥できればよく、例えば、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、ドラムドライヤー乾燥、疎水性有機溶媒との共沸脱水乾燥又は高温水蒸気による高湿乾燥等の乾燥方法から適宜選択することができる。中でも、熱風乾燥が好ましく、露点温度が0〜100℃の気体を使用する熱風乾燥がより好ましく、露点温度が20〜90℃の気体を使用する熱風乾燥が更に好ましい。
また、乾燥温度としては、吸水特性又は色調の観点から、好ましくは100〜300℃、より好ましくは150〜250℃に制御(加熱)されるが、特に、得られる吸水性樹脂の物性と白色度との両立の観点からは、乾燥温度が165〜230℃で乾燥時間が50分以内であることが好ましく、乾燥時間が20〜40分がより好ましい。なお、熱風乾燥を行う場合、熱風の温度を乾燥温度とする。上記乾燥温度や乾燥時間が上記範囲を外れると、吸水性樹脂の無加圧下吸水倍率(CRC)の低下や水可溶分の増加、白色度の低下を引き起こすおそれがあり好ましくない。
(2−4)粉砕工程
本工程は、上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を粉砕して、粉砕重合体を得る工程である。なお、重合工程で得られる含水ゲルの形状が粒子状(例えば、重合工程が噴霧重合や液滴重合、逆相懸濁重合等)の場合には、乾燥工程後の粉砕を行わない場合もある。
本工程は、上記乾燥工程で得られた乾燥重合体を粉砕して、粉砕重合体を得る工程である。なお、重合工程で得られる含水ゲルの形状が粒子状(例えば、重合工程が噴霧重合や液滴重合、逆相懸濁重合等)の場合には、乾燥工程後の粉砕を行わない場合もある。
当該粉砕工程で使用される機器としては、特に限定されないが、例えば、ロールミル、ハンマーミル、ロールグラニュレーター、ジョーククラッシャー、ジャイレクトリークラッシャー、コーンクラッシャー、ロールクラッシャー、カッターミル等が挙げられる。中でも、粒度制御の観点から、ロールミル又はロールグラニュレーターを多段で使用することが好ましい。
(2−5)分級工程
本工程は、上述の各工程(重合工程、ゲル粉砕工程、乾燥工程、粉砕工程)を経て得られた粉砕重合体を分級して、吸水性樹脂の粉末を得る工程である。
本工程は、上述の各工程(重合工程、ゲル粉砕工程、乾燥工程、粉砕工程)を経て得られた粉砕重合体を分級して、吸水性樹脂の粉末を得る工程である。
なお、本発明に係る製造方法は、アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液を重合する重合工程と、上記重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する乾燥工程と、上記乾燥工程で得られた重合体を分級する分級工程と、を順次含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、上記分級工程において揺動式篩分級装置を使用し、上記揺動式篩分級装置の篩網の軌跡及び回転数が下記の範囲であることを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法である。ここで、上記篩網の軌跡のラジアル勾配Rは5〜40mm、タンジェンシャル勾配Tは0.1〜25mm、エキセントリック勾配Eは40〜80mmであり、篩網の回転数Fは60〜600rpmである。
以下、本発明の特徴部分である分級工程について説明する。
(分級装置)
本発明において使用される揺動式篩分級装置(以下、単に「分級装置」とも称する)は、篩網面を有する。篩網面の形状は丸型(丸篩)又は角型(角篩)等、適宜決定される。中でも、篩網の強度の観点から丸篩であることが好ましい。
本発明において使用される揺動式篩分級装置(以下、単に「分級装置」とも称する)は、篩網面を有する。篩網面の形状は丸型(丸篩)又は角型(角篩)等、適宜決定される。中でも、篩網の強度の観点から丸篩であることが好ましい。
また、本発明において使用される揺動式篩分級装置は、下記のように、軌跡のラジアル勾配R、タンジェンシャル勾配T、エキセントリック勾配E及び回転数Fの組み合わせで、三次元運動を制御する(篩網面は螺旋状に振動する)ものであれば特に制限されない。なお、分級装置の軌跡におけるラジアル勾配R、タンジェンシャル勾配T、エキセントリック勾配Eの具体的な測定方法は、後述の実施例で図1および図2を用いて説明する。
(軌跡及び回転数)
本発明において、揺動式篩分級装置の楕円軌道(以下、「軌跡」という。)(図2参照)を下記の特定範囲に制御することで、吸水性樹脂の通液性向上や微粉の低減を図ることができる。
本発明において、揺動式篩分級装置の楕円軌道(以下、「軌跡」という。)(図2参照)を下記の特定範囲に制御することで、吸水性樹脂の通液性向上や微粉の低減を図ることができる。
上記「ラジアル勾配R」とは、軌跡の幅(図2のR)をいい、篩網上の試料を中央部から外周部に移動させる力に影響する。つまり、試料を篩網の中央部から周辺に分散させる篩網の傾きを意味する。
上記「タンジェンシャル勾配T」とは、軌跡の傾き(図2のT1−T2(=T))をいい、篩網上の試料を円運動させる力に影響する。つまり、試料を篩網から排出する際の速度を制御する篩網の傾きを意味する。
上記「エキセントリック勾配E」とは、図2のEに相当する軌跡の横幅をいう。「回転数F」と共に、篩網上の試料に掛かる加振力に影響する。
上記のうち、主にラジアル勾配R及びタンジェンシャル勾配Tが共振することによって、篩網上の試料が螺旋状に動き、更にこれらを特定の範囲内に制御することで効率良く分級することができる。
本発明において、揺動式篩分級装置の動きを制御する上記4つのパラメータを下記の特定範囲に、それぞれ別個に又は組み合わせて制御することで、分級効率が向上する。その結果、最終製品である粒子状吸水剤の物性(特に通液性)が向上する。
具体的には、ラジアル勾配Rは5〜40mmであり、好ましくは5〜20mm、より好ましくは5〜15mmである。上記ラジアル勾配Rが5mm未満の場合、篩網上での試料の滞留時間が延び、篩網に対して負荷が大きくなるため、篩網の寿命が短くなるおそれがある。一方、ラジアル勾配Rが40mmを超える場合、試料が篩網の周辺部に移動しやすく過度に排出速度が上がるため、分級効率が低下するおそれがある。なお、当該ラジアル勾配Rは、分級装置に振動を発生させる重りで調整することができる。
タンジェンシャル勾配Tは0.1〜25mmであり、好ましくは2〜20mm、より好ましくは4〜15mmである。上記タンジェンシャル勾配Tが0.1mm未満の場合、篩網上での試料の“跳ね”が小さいため、分級効率が低下するおそれがある。一方、タンジェンシャル勾配Tが25mmを超える場合、試料が篩網の中央部に集積しやすく、排出が困難となるおそれがある。なお、当該タンジェンシャル勾配Tは、分級装置の調整ボルト等で調整することができる。
エキセントリック勾配Eは40〜80mmであり、好ましくは50〜80mm、より好ましくは50〜70mmである。上記エキセントリック勾配Eが40mm未満の場合、分級効率が低下するおそれがある。一方、エキセントリック勾配Eが80mmを超える場合、篩網上に残留する試料が篩網を通過したり、分級装置が故障したりするおそれがある。なお、当該エキセントリック勾配Eは、分級装置内で偏心を起こす重りで調整することができる。
回転数Fは60〜600rpmであり、好ましくは100〜500rpm、より好ましくは150〜400rpmである。上記回転数Fが60rpm未満の場合、分級効率の低下を招くおそれがある。一方、回転数Fが600rpmを超える場合、篩網上の試料がダメージを受けたり、篩網が破損しやすくなったりおそれがある。
上記4つの軌跡パラメータの組み合わせとしては、必須にR;5〜40mm、T;0.1〜25mm、E;40〜80mm、F;60〜600rpmであり、好ましくはR;5〜20mm、T;2〜20mm、E;50〜80mm、F;100〜500rpmであり、より好ましくはR;5〜15mm、T;4〜15mm、E;50〜70mm、F;150〜400rpmである。
(ダブルスクリーン)
なお、揺動式篩分級装置の上記軌跡は、単数の篩網を使用する形態にも適用できるが、実質同一の目開きを有する複数の篩網を連続して使用する形態に適用する方がより好ましい。このような形態とすることにより、篩面積を同一とした場合、単数の篩網では1枚あたりの面積が大きいため、篩網の劣化(網破れや目開きのずれ等)が短期間で生じやすく、その結果として、目的外の粒度となったり分級装置の故障が発生したりするが、このような問題を起こりにくくすることができる。
なお、揺動式篩分級装置の上記軌跡は、単数の篩網を使用する形態にも適用できるが、実質同一の目開きを有する複数の篩網を連続して使用する形態に適用する方がより好ましい。このような形態とすることにより、篩面積を同一とした場合、単数の篩網では1枚あたりの面積が大きいため、篩網の劣化(網破れや目開きのずれ等)が短期間で生じやすく、その結果として、目的外の粒度となったり分級装置の故障が発生したりするが、このような問題を起こりにくくすることができる。
上記「実質同一の目開き」とは、JIS、ASTM、TYLER等、各種の標準篩における許容誤差範囲内の目開きのことをいう。つまり、目的目開きに対しての±2%の範囲の目開きのことをいう。すなわち、本発明の好ましい一形態は、上記揺動式篩分級装置において、目的目開きに対して±2%の範囲の目開きを有する2以上の篩網を使用することを特徴とする。なお「目的目開き」とは、標準篩の目開きの基準寸法を意味する。
本形態では、実質同一の目開きを有する2以上の篩網が使用される限りにおいては、さらに当該目開きとは異なる目開きを有する篩網を組み合わせて使用しても勿論構わない。例えば、目開き850μmと150μmの篩網を使用する場合、(1)850μmの篩網2枚と150μmの篩網1枚との組み合わせ、(2)850μmの篩網1枚と150μmの篩網2枚との組み合わせ、(3)850μmの篩網2枚と150μmの篩網2枚との組み合わせ、等が挙げられる。
上記(1)の組み合わせで、合計3枚の篩網を同時に多段で使用する分級装置とすることで、特に粗大粒子を効率良く分級することができる。また、上記(2)の組み合わせで、合計3枚の篩網を同時に多段で使用する分級装置とすることで、特に微粒子を効率良く分級することができる。更に上記(3)の組み合わせで、合計4枚の篩網を同時に多段で使用する分級装置とすることで、粗大粒子及び微粒子を効率良く分級することができ、よりシャープな粒度分布とすることができる。
なお、複数の篩網を多段で使用する場合、篩網の構成は特に限定されず、例えば、上段に微粒子用、下段に粗大粒子用の篩網を配置することもできる。しかし、分級効率の観点から、上段に粗大粒子用、下段に微粒子用の篩網を配置する方が好ましい。
本発明において、使用できる篩は特に限定されず、板篩でも篩網でもよく、篩網の形状はJIS Z8801−1(2000)やJIS Z8801−2(2000)等を参照して適宜選択することができる。また、篩網の目開きは、好ましくは10μm〜100mm、より好ましくは50μm〜50mm、更に好ましくは100μm〜15mmの範囲内で適宜選択することができる。また、金属篩網が好ましく使用される。
上記「粗大粒子用の篩網」とは、粒子径の大きい粗大粒子を分級するための篩網を意味する。その目開き(目的目開き)としては600〜1000μmが好ましく、具体的には、600μm、710μm、850μm又は1000μmが挙げられる。これらの目開きを上限として使用する。
上記「微粒子用の篩網」とは、粒子径の小さい微粒子を分級するための篩網を意味する。その目開き(目的目開き)としては106〜212μmが好ましく、具体的には、106μm、150μm、180μm又は212μmが挙げられる。これらの目開きを下限として使用する。
これらの粗大粒子用の篩網及び微粒子用の篩網の中から上下限として、分級効率等に応じて、適宜選択すればよい。また、これらの間の目開きを有する篩網を追加して、3種類の異なる目開きを有する篩網としてもよい。なお、上述の目的目開きに対して±2%の範囲の目開きを有する2以上の篩網は、粗大粒子用の篩網又は微粒子用の篩網であることが好ましい。すなわち、目的目開きに対して±2%の範囲の目開きを有する2以上の篩網を使用する場合、当該目的目開きは、600〜1000μm又は106〜212μmであることが好ましい。
(篩網の直径)
本発明において、篩分級装置を使用する際、その篩網の直径(円形でない場合は、同一面積の円の直径に換算する。)は、下限として、好ましくは1m以上、より好ましくは1.5m以上、更に好ましくは2m以上、特に好ましくは3m以上である。また、上限としては、好ましくは10m以下、より好ましくは8m以下、更に好ましくは6m以下である。よって、篩網の直径は好ましくは1〜10m、より好ましくは1.5〜8m、更に好ましくは2〜6mである。篩網の直径を上記範囲内とすることで、分級効率が向上し、本発明の効果がより発揮される。
本発明において、篩分級装置を使用する際、その篩網の直径(円形でない場合は、同一面積の円の直径に換算する。)は、下限として、好ましくは1m以上、より好ましくは1.5m以上、更に好ましくは2m以上、特に好ましくは3m以上である。また、上限としては、好ましくは10m以下、より好ましくは8m以下、更に好ましくは6m以下である。よって、篩網の直径は好ましくは1〜10m、より好ましくは1.5〜8m、更に好ましくは2〜6mである。篩網の直径を上記範囲内とすることで、分級効率が向上し、本発明の効果がより発揮される。
本発明では、上記範囲内の直径を有する篩網において、当該篩網を単段で使用するよりも、同一目開きの篩網を複数段重ねて使用するほうが、吸水性樹脂の通液性が向上し、微粉も低減するため、好ましい。
(支持材)
本発明では、上記篩網の劣化(網破れや目開きのずれ等)を防止する観点から、分級時の篩網のたわみ等を抑制するための支持材を設けることが好ましい。すなわち、本発明の好ましい一形態は、篩網の下方で、篩網の枠より内側に支持材を配置することを特徴とする。
本発明では、上記篩網の劣化(網破れや目開きのずれ等)を防止する観点から、分級時の篩網のたわみ等を抑制するための支持材を設けることが好ましい。すなわち、本発明の好ましい一形態は、篩網の下方で、篩網の枠より内側に支持材を配置することを特徴とする。
なお、上記「支持材」とは、篩網を下方から支える部材のことをいい、分級期間中に、少なくとも一時的に篩網と接触するものである。詳細を代表図である図3で説明する。図3は、本発明の一実施形態係る篩網と支持材との位置関係を表す図である。
図3の形態では、支持材はリング形状を有しているが、篩網のたわみを抑制することができればその形状は特に限定されず、直線、曲線、リング、渦巻き、多角形等、様々な形状を取り得る。なかでも、分級効率を維持し、効果的に篩網の劣化(網破れや目開きのずれ等)を防止する観点から、リング形状とすることが好ましい。
支持材の数も特に限定されないが、例えば、上述の範囲の直径を有する篩網にリング形状の支持材を使用する場合は、当該支持材の数は効果的に篩網の劣化(網破れや目開きのずれ等)を防止する観点から2以上であることが好ましく、分級効率を維持する観点からより好ましくは2である。
また、図3では円形の篩網にリング形状の支持材が配置されているが、当該支持材は篩網の同心円上に設けられる。このように、篩網が円形(丸篩)である場合、少なくとも1つの支持材は、篩網の中心から外周までの距離(篩網の半径)を1とすると、中心から0.20〜0.60、好ましくは0.45〜0.55の位置に配置されることが好ましい。また、支持材を2つ使用する場合は、一方を上記の位置に配置し、他方を中心から0.61〜0.85、好ましくは0.70〜0.80の位置に配置する。このように配置することにより、篩網の劣化(網破れや目開きのずれ等)が効果的に防止される。
支持材の高さは20mm〜35mmが好ましく、幅は2mm〜6mmが好ましい。また、支持材は、ゴム製又は表面がゴムで被覆されてなることが好ましい。また、篩網と支持材との間隔は、篩網のたわみがない状態で、好ましくは0mm(隙間なし)以上で5mm以下、より好ましくは0mm(隙間なし)以上3mm以下である。このような形態とすることにより、篩網の劣化(網破れや目開きのずれ等)を効果的に抑制することができる。
(タッピング材)
本発明の分級工程では、吸水性樹脂粉末の分級効率や得られる吸水性樹脂の物性(特に表面架橋後の吸水性樹脂の物性、中でも加圧下吸水倍率(例えばAAP)や通液性(例えばSFC))向上の観点から、タッピング材が使用されることが好ましい。タッピング材とは、篩の目詰まり防止のために使用される弾性材料をいい、タッピング材の形状は、球形、回転楕円体、多面体等転動する形状であればどのようなものでも利用できる。好ましくは、タッピングボール(球状)、タッピングブロック(球状)、タッピングブラシから選択される少なくとも1つが使用され、より好ましくは、タッピングボールまたはタッピングブロック、さらに好ましくは、タッピングボールが使用される。
本発明の分級工程では、吸水性樹脂粉末の分級効率や得られる吸水性樹脂の物性(特に表面架橋後の吸水性樹脂の物性、中でも加圧下吸水倍率(例えばAAP)や通液性(例えばSFC))向上の観点から、タッピング材が使用されることが好ましい。タッピング材とは、篩の目詰まり防止のために使用される弾性材料をいい、タッピング材の形状は、球形、回転楕円体、多面体等転動する形状であればどのようなものでも利用できる。好ましくは、タッピングボール(球状)、タッピングブロック(球状)、タッピングブラシから選択される少なくとも1つが使用され、より好ましくは、タッピングボールまたはタッピングブロック、さらに好ましくは、タッピングボールが使用される。
本発明で使用される揺動式篩分級装置において複数の篩網を使用する場合、タッピング材は、一部の篩網のみで使用してもよく、全部の篩網で使用してもよい。好ましくは目的目開きが300μm以下の篩網の少なくとも1つで使用され、さらには篩網数全体に対して30%以上、以下順に、50%以上、70%以上、90%以上、100%の篩網で、タッピング材を使用することが好ましい。
タッピング材を使用する方法としては、とくに制限されないが、例えば、篩網の下方に該篩網の目開き以上の、目開きを有する篩網あるいは孔径を有するパンチングメタルをさらに配置して、これらの篩網あるいはパンチングメタル上にタッピング材(好ましくはタッピングボールまたはタッピングブロック)を充填する方法が挙げられる。分級効率の観点から、パンチングメタル上でタッピング材を使用することが好ましい。
特に、上述のように、篩網の下方で、当該篩網の枠より内側に支持材を配置する場合、当該支持材は、パンチングメタルの上部に取り付けられることが好ましい。すなわち、本発明の好ましい一形態は、上記揺動式篩分級装置において、篩網の下方にパンチングメタルが配置され、上記支持材が上記パンチングメタルの上部に取り付けられ、上記篩網が上記支持材の上方に配置されることを特徴とする。この場合、上記タッピング材は、篩網とパンチングメタルとの間に配置されうる。
上記タッピング材の材料は、特に限定されないが、樹脂製であることが好ましく、例えば、天然ゴム、ウレタン、クロロプレンゴム、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、白色の吸水性樹脂への付着や混入等を考慮して、白色あるいは乳白色のタッピング材、特に、天然白色ゴム、白色ウレタン等を用いるのが好ましい。なお、これらの樹脂の圧縮弾性率(ヤング率)は0.05〜1.0GPaが好ましく、0.06〜0.5GPaがより好ましい。
また、タッピング材の大きさや形状は、所望する吸水性樹脂の物性に応じて適宜決定されるが、好ましくはブロック状や球状であり、その径(直径)は5〜200mmが好ましく、10〜100mmがさらに好ましく、20〜60mmが特に好ましい。さらに上記範囲内であれば、異なる径のタッピングボールまたはタッピングブロックを併用してもよい。なお、タッピングブロックを使用する際は、その体積を球に換算して径とする。
本発明では、複数個のタッピング材(タッピングボールまたはタッピングブロックなど)を使用することが好ましい。本発明のタッピング材の使用量は、金属篩網の面積に対するタッピングボールの断面積で規定し、1%以上が好ましく、以下順に、5%以上、10%以上、15%以上、20%以上が好ましく、上限はタッピングボール間の隙間を考慮して最密充填未満が好ましく、70%以下がより好ましい。これらの範囲内で適宜決定される。
タッピング材を用いて分級された吸水性樹脂粉末は、タッピング材を充填した(載せた)篩網あるいはパンチングメタル、好ましくはパンチングメタルを通過して、次工程に供給されればよい(図4を参照)。
図4に示す揺動式篩分級装置20においては、目開きの異なる3つの篩網21〜23の下方に、それぞれ、パンチングメタル24が配置されており、パンチングメタル24の上部に支持材26が取り付けられている。篩網21〜23はそれぞれ支持材26の上方に配置されている。そして、パンチングメタル24上にタッピングボール25が充填されている(すなわち、それぞれ、篩網21〜23とパンチングメタル24との間にタッピングボール25が配置されている)。3つの篩網21〜23の目開きは上から下へと順に段階的に小さくなっており、一例をあげると、3つの金属篩網21、22、23の目開きはそれぞれ、1000μm、850μm、100μmである。
ここで、タッピング材を充填した(載せた)篩網あるいはパンチングメタルは、吸水性樹脂の分級に使用される篩網(以下、「分級用篩網」とも称する)の下方に設置されることから、その形状は当該分級用篩網と実質的に同じであることが好ましい。例えば、分級用篩網が円形の場合には、タッピング材を充填した(載せた)篩網あるいはパンチングメタルも同様に円形であることが好ましい。
上記パンチングメタルの孔径は、タッピング材より小さければよく、5mm以上であることが好ましく、さらに10mm以上であることが好ましい。なお、パンチングメタルの孔径の上限は特に制限されないが、30mm以下であることが好ましい。また、分級効率の観点から、パンチングメタルは、分級用篩網の目開きに対して5倍以上の孔径を有することが好ましく、6倍以上20倍以下の孔径を有することがより好ましい。
また、パンチングメタルの開孔率は、15〜50%が好ましく、20〜45%がより好ましく、25〜40%がさらに好ましい。なお、上記開孔率は、孔、ピッチ(P)等で決定されるが、一定領域に孔を有しない場合、例えば、パンチングメタルが縁を有する場合、その部分も含んだ面積で規定される。開孔率が上記範囲であると、吸水性樹脂の物性や分級効率が向上しうる。
また、上方の分級用篩網と下方に設置される篩網又はパンチングメタルとの距離(間隔)は、適宜決定されるが、分級効率や得られる吸水性樹脂の物性向上の観点から、タッピング材の直径に対して通常1.1〜5倍が好ましく、1.2〜3倍がより好ましく、1.3〜2倍がさらに好ましい。
また、本発明において、タッピング材は、分級用篩網の下方に配置されたパンチングメタル等の上に設置されるが、平面方向でパンチングメタル全体あるいは複数の部屋に仕切られたパンチングメタル上に設置されることが好ましい(図4を参照)。
図5に示したように、複数の部屋に仕切られたパンチングメタル(segmented screens)を用いる場合、その仕切り方は適宜決定され特に限定されないが、例えば円形のパンチングメタルの場合、2分割、4分割、8分割としたり、中央部をさらに円形に仕切ったりすることができる。さらにこれらを併用して、2〜100分割、好ましくは4〜50分割、より好ましくは8〜40分割に仕切ることもできる。なお、各部屋の大きさや形状、さらには各部屋に設置するタッピング材は、すべて同じでも、違っていてもよい。
本発明において、篩網に上記支持材がある場合、当該支持材をタッピングボールの仕切りとして用いることもできる。一方、上記支持材以外のものを仕切りとする場合には、篩網との接触によって、篩網の破損(破れ)が懸念される。そのため、分級期間中、篩網と接触しないように、仕切りを設置する必要がある。
本発明において、得られる吸水性樹脂の物性向上や生産性向上の観点から、分級時のタッピング材が加熱されていることが好ましい。加熱温度としては、40℃以上が好ましく、50℃以上がより好ましく、60℃以上がさらに好ましい。加熱温度の上限は適宜設定されるものの、過度の加熱はタッピング材の効果を低減させ、さらにはタッピング材の寿命を短くすることが懸念されるため、通常、150℃以下が好ましく、120℃以下がより好ましく、100℃以下がさらに好ましく、90℃以下が特に好ましく、80℃以下が最も好ましい。従って、タッピング材の温度としては、例えば40〜100℃、50〜100℃が、60〜100℃等が選択できるが、これらの範囲に限定はされず、上記加熱温度の上限値と下限値から選ばれる任意の範囲で規定される。
本発明に係るタッピング材を上述した温度範囲に加熱するには、タッピング材を外部から加熱すればよく、その熱源として篩網内部、篩網表面、吸水性樹脂を所定温度に加熱し、タッピング材との接触時間や接触量(例えば、篩網への熱風の流量、篩網上での吸水性樹脂の流量や滞留量等)を制御すればよい。
本発明において、タッピング材は使用時間の経過とともに磨耗するため、タッピング材の磨耗に応じて定期的にタッピング材の交換を行うことが好ましい。タッピング材の磨耗は、例えば球形の場合、直径の減少量で把握することができ、当該直径の減少量が3%以上、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上、さらに好ましくは20%以上となった時点で交換すればよい。定期的にタッピング材を交換しない場合、吸水性樹脂の物性が稼働時間の経過とともに徐々に低下することがある。また、交換の時期(周期)は適宜決定されるが好ましくは30日〜2年、より好ましくは60日〜1年の実質的な連続運転をもって交換すればよい。なお、「実質的な連続運転」とは多少の休止や切り替えを含む場合であっても、その運転期間の80%以上、90%以上、95%以上の連続運転がされている状態を意味する。
(ガイド)
本発明において、揺動式篩分級装置の篩網上にガイドを設置してもよい。
本発明において、揺動式篩分級装置の篩網上にガイドを設置してもよい。
上記「ガイド」とは、篩網上の試料に対して、篩分けする距離が長くなるように誘導する装置を意味する。当該ガイドによって、より効率的な分級が可能となる。しかし一方で、篩網とガイドが接触し、篩網の破損を招くおそれもある。そのため、ガイドは設置しないか、又はガイド長を篩網の直径の1〜40%とすることが好ましい。
(材質及び表面粗さ)
本発明において、揺動式篩分級装置(特に篩網)の材質は特に限定されず、樹脂製又は金属製等から適宜選択されるが、吸水性樹脂の物性の観点から、吸水性樹脂との接触面を含めて、金属製が好ましく、ステンレス製がより好ましい。更に、ステンレス鋼が鏡面仕上げされることにより、吸水性樹脂の物性がより向上する。なお、ステンレス鋼としては、SUS304、SUS316、SUS316L等が挙げられる。
本発明において、揺動式篩分級装置(特に篩網)の材質は特に限定されず、樹脂製又は金属製等から適宜選択されるが、吸水性樹脂の物性の観点から、吸水性樹脂との接触面を含めて、金属製が好ましく、ステンレス製がより好ましい。更に、ステンレス鋼が鏡面仕上げされることにより、吸水性樹脂の物性がより向上する。なお、ステンレス鋼としては、SUS304、SUS316、SUS316L等が挙げられる。
また、上記揺動式篩分級装置(特に篩網)の内面の表面粗さ(Rz)(JIS B 0601−2001で規定)を制御することが好ましく、具体的な数値として、好ましくは800nm以下、より好ましくは150nm以下、更に好ましくは100nm以下、特に好ましくは50nm以下に平滑化されているとよい。一方、下限値として好ましくは0nmであるが、10nm或いは20nmであっても大きな差はなく、実質20nm程度で十分である。
なお、上記「表面粗さ(Rz)」とは、表面の凹凸における最大高さ(μm)の最大値を意味し、触針式表面粗さ測定器を用いて測定する。
(装置の温度)
本発明において、揺動式篩分級装置を使用する際、当該分級装置を加熱した状態及び/又は保温した状態で用いることが好ましい。
本発明において、揺動式篩分級装置を使用する際、当該分級装置を加熱した状態及び/又は保温した状態で用いることが好ましい。
上記「加熱した状態」とは、分級装置に積極的に熱を与えることを意味する。よって、分級装置に熱を与えて一定温度まで昇温し、その後、熱を与えない場合や、分級装置に恒常的に熱を与える場合等を含む概念である。
上記「保温した状態」とは、放熱し難くすること、つまり、温度低下を極力抑えることを意味する。
上記分級装置を加熱した状態及び/又は保温した状態とするには、分級装置の設置箇所の雰囲気温度を上昇させる、或いは、分級装置を断熱材等で被覆する、等を行えばよい。なお、このときの分級装置の温度(篩網の温度)としては、好ましくは40〜80℃、より好ましくは45〜60℃である。この温度が40℃以上であると、吸水性樹脂の物性が低下しにくい。一方、80℃以下であると、分級効率が悪化せず、また、80℃を超える場合は経済的に不利である。
上記分級装置に供給される粉砕重合体(吸水性樹脂)の温度と分級装置の温度との温度差(ΔT)は、好ましくは20℃以下、より好ましくは10℃以下である。なお、吸水性樹脂を工業的規模で製造する場合、吸水性樹脂の流動性の観点から、粉砕重合体(吸水性樹脂)を好ましくは室温以上、より好ましくは40〜100℃、更に好ましくは50〜80℃に加温することが望まれる。
(減圧)
本発明において、表面架橋後の吸水性樹脂の物性向上の観点から、分級工程を減圧下で実施することが好ましい。
本発明において、表面架橋後の吸水性樹脂の物性向上の観点から、分級工程を減圧下で実施することが好ましい。
上記「減圧下」とは、雰囲気圧力が大気圧よりも低い状態であることを意味し、正(プラス)の値として「減圧度」で表現する。例えば、大気圧が標準大気圧(101.3kPa)の場合、「減圧度;10kPa」は、大気圧が91.3kPaであることをいう。
上記減圧度の下限値は、好ましくは0kPaを超え、より好ましくは0.01kPa以上、更に好ましくは0.05kPa以上である。一方、減圧度の上限値は、分級装置内での吸水性樹脂の吊り上がり防止及び排気装置のコスト削減等の観点から、好ましくは10kPa以下、より好ましくは5kPa以下、更に好ましくは2kPa以下である。よって、減圧度の好ましい範囲は、上記の上下限値から任意の範囲を選択することができる。
(気流)
本発明において、篩分級装置を使用する際、分級効率及び微粉低減の観点から、好ましくは分級装置内に、より好ましくは分級装置内の吸水性樹脂上に、気体(特に空気)を通過させることが望ましい。
本発明において、篩分級装置を使用する際、分級効率及び微粉低減の観点から、好ましくは分級装置内に、より好ましくは分級装置内の吸水性樹脂上に、気体(特に空気)を通過させることが望ましい。
この場合、通過させる気体(以下、「気流」という。)の量は、特に限定されないが、篩網面積1m2に対して、好ましくは0.1〜10(m3/hr)、より好ましくは0.5〜5(m3/hr)、更に好ましくは1〜3(m3/hr)である。なお、気体の体積は標準的な条件下(例えば、気温25℃、1気圧)で測定する。
上記気流の温度は、特に限定されないが、分級装置に導入する前において、好ましくは40〜120℃、より好ましくは50〜110℃、更に好ましくは60〜100℃、特に好ましくは65〜90℃、最も好ましくは70〜80℃である。
上記気流の含水量は、特に限定されないが、分級装置に導入する前において、好ましくは5(g/kg)以下、より好ましくは4.5(g/kg)以下、更に好ましくは4(g/kg)以下、特に好ましくは3.5(g/kg)以下、最も好ましくは3(g/kg)以下である。
なお、含水量の低い気体は、当該気体を冷却し相当する水分を凝縮することによって製造される。具体的には、気体を乾燥すればよく、その方法として、メンブレンドライヤー、吸着式ドライヤー、ダイヤフラムドライヤーやこれらを併用する方法が挙げられる。上記吸着式ドライヤーを用いる場合は、加熱再生式、非加熱再生式又は非再生式のいずれでも採用することができる。
上記気流の露点は、特に限定されないが、好ましくは20℃以下、より好ましくは15℃以下、更に好ましくは10℃以下、特に好ましくは0℃以下である。露点の下限値は特に限定されないが、コストの観点から好ましくは−5℃程度である。なお、上記露点は、分級装置に導入される気流の気流量や含水量を目的に応じて適宜調整することで制御される。
(除電)
本発明では、好ましくは分級工程において除電が行われ、更には粉砕工程においても除電が行われる。分級工程における除電は、分級装置、吸水性樹脂又は篩網に対して行うことができるが、これらは互いに接しているため、いずれかひとつを除電すればよく、分級装置又は篩網を除電することが好ましい。
本発明では、好ましくは分級工程において除電が行われ、更には粉砕工程においても除電が行われる。分級工程における除電は、分級装置、吸水性樹脂又は篩網に対して行うことができるが、これらは互いに接しているため、いずれかひとつを除電すればよく、分級装置又は篩網を除電することが好ましい。
上記除電の方法として、以下の方法(A)〜(C)が適用されるが、これらに限定されない。また、方法(A)〜(C)は、いずれか1つのみの使用であっても、2つ以上を併用してもよい。なお、当該除電により取り出された漏洩電流は、下記の接地抵抗値で示される接地(アース)を通じて大地に流される。
方法(A)除電ブラシによる除電
方法(A)は、静電気が発生した篩面から除電ブラシを使用して除電する方法であり、除電ブラシと帯電物との間に隙間を作る自己放電法や、アースした除電ブラシを帯電物に接触させ、溜った静電気を漏洩電流として取り出し除電する接地漏洩法が挙げられる。
方法(A)は、静電気が発生した篩面から除電ブラシを使用して除電する方法であり、除電ブラシと帯電物との間に隙間を作る自己放電法や、アースした除電ブラシを帯電物に接触させ、溜った静電気を漏洩電流として取り出し除電する接地漏洩法が挙げられる。
当該除電ブラシは、ステンレス繊維、カーボン繊維、アモルファス繊維、化学繊維、植物繊維又は獣毛等で製造される。その線径は、好ましくは1〜100μm、より好ましくは5〜20μmである。また、その線長は、好ましくは1〜100mm、特に好ましくはステンレス極細加工されていることである。
方法(B)イオン発生ブラシによる除電
方法(B)は、高電圧を印可することでイオンを発生させ除電する方法であり、帯電電荷を電気的に中和する方法である。即ち、分級装置、吸水性樹脂又は篩網の帯電量、帯電電荷を測定し、+帯電又は−帯電に対してその反対の電荷を付与し、電気的に中和状態とする方法である。したがって、対象物の帯電状況に応じた最適な除電とイオンバランス制御を両立させればよい。
方法(B)は、高電圧を印可することでイオンを発生させ除電する方法であり、帯電電荷を電気的に中和する方法である。即ち、分級装置、吸水性樹脂又は篩網の帯電量、帯電電荷を測定し、+帯電又は−帯電に対してその反対の電荷を付与し、電気的に中和状態とする方法である。したがって、対象物の帯電状況に応じた最適な除電とイオンバランス制御を両立させればよい。
なお、対象物の帯電量は、イオン電流をコントローラーに内蔵されたイオン電流検出回路により測定することができる。当該方法(B)は、逆極性の電荷で中和し、静電気を無力化するため、吸水性樹脂に好ましく適用される。このような除電は、除電器(イオナイザー)で実施できる。
方法(C)接地(アース)による除電
方法(C)は、装置(回転物、回転軸、回転体等)に発生した静電気を接地(アース)により除電する方法である。つまり、装置が設置された建屋又は架台を下記に示した接地抵抗値を有する大地に接地(アース)して電気的に接続することで、装置等に溜った静電気を漏洩電流として取り出し除電する方法である。当該方法(C)は簡便であり、装置全体が除電装置として働くため、除電効果が高く、好ましい方法のひとつである。
方法(C)は、装置(回転物、回転軸、回転体等)に発生した静電気を接地(アース)により除電する方法である。つまり、装置が設置された建屋又は架台を下記に示した接地抵抗値を有する大地に接地(アース)して電気的に接続することで、装置等に溜った静電気を漏洩電流として取り出し除電する方法である。当該方法(C)は簡便であり、装置全体が除電装置として働くため、除電効果が高く、好ましい方法のひとつである。
なお、上記「接地抵抗値」とは、土壌に埋設したアース電極から大地に流れる電流に対する抵抗値をいう。当該接地抵抗値は、好ましくは100Ω以下、より好ましくは10Ω以下、更に好ましくは5Ω以下である。接地抵抗値は、市販の接地抵抗計で測定できる。
上記除電を行うことで、表面架橋された吸水性樹脂の物性(特に通液性)が向上する。かような効果は、実験室レベルの小スケールよりも、工業的な連続生産(例えば、1時間当たりの生産量が1t以上で24時間以上の連続生産)の大スケールの場合に、顕著に発揮される。
(分級助剤)
本発明において、分級効率や生産性の向上の観点から、吸水性樹脂の流動性を高めるために、分級助剤として、改質剤(例えば、界面活性剤又は粉体の滑剤等)を添加することもできる。
本発明において、分級効率や生産性の向上の観点から、吸水性樹脂の流動性を高めるために、分級助剤として、改質剤(例えば、界面活性剤又は粉体の滑剤等)を添加することもできる。
上記分級助剤は吸水性樹脂の流動性を向上させるものであるが、篩網が単数の場合、篩網上での移動速度が速まって滞留時間が短くなり、分級効率の低下を招く場合もある。しかしながら、本発明のより好ましい態様である実質同一目開きの篩網を複数使用することによって、滞留時間が長くなるため、上記現象が緩和され、分級助剤の添加による分級効率の向上にも有利に働き得る。
(分級工程の回数)
本発明における分級工程は、吸水性樹脂の全製造工程上で少なくとも1回(1箇所)有すればよいが、好ましくは2回(2箇所)以上、より好ましくは表面架橋工程前後での少なくとも1回(1箇所)以上、有すればよく、必要に応じて更に3〜6回(3〜6箇所)の分級工程を設けてもよい。
本発明における分級工程は、吸水性樹脂の全製造工程上で少なくとも1回(1箇所)有すればよいが、好ましくは2回(2箇所)以上、より好ましくは表面架橋工程前後での少なくとも1回(1箇所)以上、有すればよく、必要に応じて更に3〜6回(3〜6箇所)の分級工程を設けてもよい。
表面架橋工程前に分級工程を行うことで、最終製品の粒度を所望する範囲内に調整することができるため、好ましい。また、表面架橋後の分級工程は、表面架橋剤混合時又は加熱処理時に発生する規定外粒度の凝集粒子や、物理的機械的破壊により発生する規定外の微細粒子を分級除去することができ、優れた性能を有する吸水性樹脂が得られるため、好ましい。
(目的粒度)
上記一連の操作(重合工程〜分級工程)で得られる吸水性樹脂粉末は、以下の粒度を有することが好ましい。
上記一連の操作(重合工程〜分級工程)で得られる吸水性樹脂粉末は、以下の粒度を有することが好ましい。
つまり、重量平均粒子径(D50)としては、好ましくは200〜600μm、より好ましくは200〜550μm、更に好ましくは250〜500μm、特に好ましくは350〜450μmである。また、粒子径が150μm未満の微粒子含有量は少ないほどよく、好ましくは0〜1重量%、より好ましくは0〜0.8重量%、更に好ましくは0〜0.6重量%である。一方、粒子径が850μmを超える粗大粒子含有量も少ないほどよく、好ましくは0〜10重量%、より好ましくは0〜5重量%、更に好ましくは0〜3重量%、特に好ましくは0〜1重量%である。更に、粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、好ましくは0.25〜0.45、より好ましくは0.30〜0.40である。
なお、上記粒度は、国際公開第2004/069915号やEDANA−ERT420.2−02(「PSD」)に準拠して、標準篩(JIS Z8801−1(2000))を用いて測定される。
(洗浄)
本発明における分級工程では、上述したように篩網を使用して吸水性樹脂を分級するが、更に好ましい実施形態として、一定期間ごとに当該篩網(分級装置)を洗浄、特に水洗することが望ましい。すなわち、本発明の好ましい一形態は、一定期間ごとに上記篩網を洗浄をすることを特徴とする。以下、分級装置での洗浄について詳細に記載するが、分級装置に限らず、これ以外の装置にも適宜適用される。
本発明における分級工程では、上述したように篩網を使用して吸水性樹脂を分級するが、更に好ましい実施形態として、一定期間ごとに当該篩網(分級装置)を洗浄、特に水洗することが望ましい。すなわち、本発明の好ましい一形態は、一定期間ごとに上記篩網を洗浄をすることを特徴とする。以下、分級装置での洗浄について詳細に記載するが、分級装置に限らず、これ以外の装置にも適宜適用される。
なお、当該洗浄で除去される物質は、粉末状の吸水性樹脂(代表的には、目開き1000μmのJIS標準篩通過物)、特に微粒子状の吸水性樹脂(代表的には、目開き150μmのJIS標準篩通過物)若しくはこれらの凝集物、又は粉末状の吸水性樹脂や微粒子状の吸水性樹脂と水との混合物からなる凝集物が、吸水性樹脂の製造装置に付着したものである。上記凝集物は、吸水性樹脂に水や水溶液を添加する工程、装置内の結露水等によって発生するものである。
(ア)洗浄方法
本発明における分級装置の洗浄方法は、特に限定されず、吸水性樹脂の製造を継続しながら洗浄してもよいし、吸水性樹脂の製造を一時的に又は周期的に停止して洗浄してもよい。なお、分級装置を複数系列用意し、一方を洗浄する際、他方(予備機)と交替して、実質的に吸水性樹脂の製造を継続しながら洗浄してもよい。
本発明における分級装置の洗浄方法は、特に限定されず、吸水性樹脂の製造を継続しながら洗浄してもよいし、吸水性樹脂の製造を一時的に又は周期的に停止して洗浄してもよい。なお、分級装置を複数系列用意し、一方を洗浄する際、他方(予備機)と交替して、実質的に吸水性樹脂の製造を継続しながら洗浄してもよい。
上記吸水性樹脂の製造を継続しながら洗浄する方法としては、当該分級装置に下記洗浄水を連続的に噴射する方法、連続的に乾燥しながら下記洗浄水を噴射する方法等が挙げられる。また、上記吸水性樹脂の製造を一時的に又は周期的に停止して洗浄する方法としては、定期的に分級装置を停止して、装置の一部又は全部を洗浄する方法等が挙げられる。また、上記洗浄を行う場合には、対象装置のそのままで洗浄してもよく、又はオーバーホール時等、対象装置の一部又は全部を分解して洗浄してもよい。なお、連続生産中は、実質的に同じ製造条件で同一の吸水性樹脂を生産してもよいし、製造条件を変更して異なる吸水性樹脂を生産してもよい。
また、上記洗浄は、分級装置に対して下記洗浄水を直接、噴射又はシャワーしてもよいし、当該装置を洗浄水に浸漬してもよいし、水拭き、水ブラシ等で洗浄してもよく、これらの方法を併用してもよい。中でも洗浄効率の観点から、洗浄水に浸漬する方法又は洗浄水の噴射による方法が好ましい。なお、上記洗浄は複数回、繰り返し実施してもよい。また、洗浄箇所は1箇所のみならず、複数箇所を洗浄することが好ましく、分級工程での分級装置(特に篩網)を含む他の製造装置を洗浄することがより好ましい。
また、上記洗浄は、常圧下でも加圧下でも減圧下でも実施することができ、特に限定されない。液体の水を使用する場合、雰囲気圧力や下記の添加剤等によって水の沸点を100℃(常圧下での沸点)から上下に数℃、変化させてもよいが、費用対効果の観点から、好ましくは常圧下又はその前後±5%、より好ましくはその前後±1%(通常の気圧変化の範囲内)の圧力下で洗浄を行う。
(イ)洗浄水
本発明において、洗浄に使用される水(以下、「洗浄水」と称する場合もある。)は、水単独(水100重量%)に限らず、洗浄効果を高めるため、少量の溶剤や添加剤を添加することができる。したがって、水の含有率としては好ましくは90重量%以上、より好ましくは95重量%以上、更に好ましくは99重量%以上、特に好ましくは99.9重量%以上、最も好ましくは実質100重量%である。また、上記水は、特に限定されず、工業用純水、水道水、地下水、蒸留水、イオン交換水、雨水等から適宜選択できる。
本発明において、洗浄に使用される水(以下、「洗浄水」と称する場合もある。)は、水単独(水100重量%)に限らず、洗浄効果を高めるため、少量の溶剤や添加剤を添加することができる。したがって、水の含有率としては好ましくは90重量%以上、より好ましくは95重量%以上、更に好ましくは99重量%以上、特に好ましくは99.9重量%以上、最も好ましくは実質100重量%である。また、上記水は、特に限定されず、工業用純水、水道水、地下水、蒸留水、イオン交換水、雨水等から適宜選択できる。
また、上記溶剤としては、特に限定されず、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン等の水溶性有機溶剤等が挙げられ、好ましくは沸点が30〜100℃の低沸点水溶性有機溶剤等が挙げられる。更に、上記添加剤としては、特に限定されず、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム等のアルカリ金属塩;塩化カリウム、塩化マグネシウム等のアルカリ土類金属塩;硫酸アルミニウム等の3価以上の多価金属塩;炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム等の塩基;各種の界面活性剤;ビルダー等が挙げられる。洗浄効果の観点から、これらの無機塩及び/又はアルカリ性水溶液を併用してもよいが、費用対効果及び吸水性樹脂へのコンタミ等の観点から、上述した範囲内の水が使用される。
上記洗浄水の形態としては、特に限定されず、気体又は液体の水を使用することができるが、取扱性や安全性の観点から、液体の水(特に温水)の使用が好ましい。当該洗浄水の温度は、凝固点を超えて沸点までの範囲内で適宜決定されるが、洗浄効果の観点から、好ましくは室温(20〜25℃)を超えて沸点まで、より好ましくは30〜100℃、更に好ましくは35〜100℃、特に好ましくは40〜95℃、最も好ましくは45〜90℃である。また、気体の水として水蒸気を使用する場合、その温度は、好ましくは500℃以下、より好ましくは300℃以下、更に好ましくは200℃以下の常圧加熱水蒸気である。洗浄水の温度が上記範囲より低い場合、洗浄効果が低下するため、好ましくない。一方、洗浄水の温度が上記範囲より高い場合、添加剤の使用等による沸点上昇等の手段に見合った効果が得られず、作業性の悪化や火傷等の危険性が増大するため、好ましくない。
更に、上記洗浄水を加圧して使用してもよい(以下、「加圧水流」と称する。)。この場合の加圧度としては、超高圧(ゲージ圧500(kg/cm2))の加圧水流でもよいが、洗浄効果の観点から、ゲージ圧1〜400(kg/cm2)の加圧水流が好ましく、ゲージ圧5〜200(kg/cm2)の加圧水流がより好ましい。したがって、超高圧水流を得るための設備は必要としない。
また、上記加圧水流は、平ノズル、回転ノズル又は押込式ノズルを使用して噴射することができる。なお、加圧水流の発生装置としては、特に限定されず、(株)スギノマシン製高圧洗浄装置、東京いすず自動車(株)製定置型超高圧洗浄ユニット、(株)KIT製自動高圧洗浄システム、URACA(株)製クリーニングシステム、ケルヒャー(株)温水高圧洗浄機等、市販の装置を挙げることができる。水洗対象の製造装置に対して適切な設備を適宜選択すればよい。
(ウ)浸漬
本発明において「浸漬」とは、大過剰の水(洗浄水)に、製造装置の全部又はその一部や分解物を浸して、デッドスペース等物理的な除去が困難な場所に付着した吸水性樹脂を膨潤させて除去し易くする方法を意味する。
本発明において「浸漬」とは、大過剰の水(洗浄水)に、製造装置の全部又はその一部や分解物を浸して、デッドスペース等物理的な除去が困難な場所に付着した吸水性樹脂を膨潤させて除去し易くする方法を意味する。
浸漬時間としては、特に限定されないが、1分間〜10日間が好ましく、1時間〜5日間がより好ましく、2時間〜3日間が更に好ましい。上記範囲内で適宜決定される。
また、浸漬中の洗浄水は、静的(無攪拌)でも動的(水流等を含む攪拌)でもよい。浸漬後の洗浄水は、適宜交換或いは一部交換(オーバーフロー)してもよく、複数回再利用してもよい。
(エ)洗浄の周期
一定期間ごとに装置を洗浄する場合、その周期としては特に制限がなく、例えば、12時間ごと、1日間ごと、10日間ごと、30日間ごと、60日間ごと、120日間ごと、150日間ごと等、適宜選択することができる。また、洗浄周期の上限としては、1年に1回行われる大規模なメンテナンスが該当するが、生産量や製造品番等に応じて、300日間ごと又は200日間ごと等、適宜決定することができる。
一定期間ごとに装置を洗浄する場合、その周期としては特に制限がなく、例えば、12時間ごと、1日間ごと、10日間ごと、30日間ごと、60日間ごと、120日間ごと、150日間ごと等、適宜選択することができる。また、洗浄周期の上限としては、1年に1回行われる大規模なメンテナンスが該当するが、生産量や製造品番等に応じて、300日間ごと又は200日間ごと等、適宜決定することができる。
したがって、本発明における洗浄の周期は予め上記の周期で決定してもよいが、好ましくは、得られる吸水性樹脂の物性を確認し、その物性の低下又は変化によって洗浄の周期を決定することが好ましい。この場合、確認する吸水性樹脂の物性は、後述する諸物性が挙げられるが、特に加圧下吸水倍率(例えば、AAP)、通液性(例えば、SFCやGBP)、粒度分布(特に微粉量、更には目開き150μmJIS標準篩通過物)等が挙げられる。中でも、粒度分布又は通液性の低下又は変化によって、洗浄の周期が決定される。つまり、分級工程後の粒度変化又は通液性変化によって、分級工程における洗浄の周期が決定される。
(オ)洗浄後の分級装置
本発明において、洗浄後の分級装置は水分を除去した後に、特に乾燥した後に使用することが好ましい。当該水分の除去方法としては、特に限定されないが、布等の吸水性素材で拭きとってもよいし、室温(20〜25℃)や天日下で放置して自然乾燥してもよいが、好ましくは熱風乾燥機や気流(例えば、高圧ガス)を用いて水分を除去すればよい。
本発明において、洗浄後の分級装置は水分を除去した後に、特に乾燥した後に使用することが好ましい。当該水分の除去方法としては、特に限定されないが、布等の吸水性素材で拭きとってもよいし、室温(20〜25℃)や天日下で放置して自然乾燥してもよいが、好ましくは熱風乾燥機や気流(例えば、高圧ガス)を用いて水分を除去すればよい。
(カ)従来技術
上記特許文献24〜32は、吸水性樹脂の通液性改善方法のひとつとして、分級工程における改良技術について開示するが、いずれの文献も篩網やその付属品(例えば、タッピングボール)の洗浄(水洗)について、開示されていない。
上記特許文献24〜32は、吸水性樹脂の通液性改善方法のひとつとして、分級工程における改良技術について開示するが、いずれの文献も篩網やその付属品(例えば、タッピングボール)の洗浄(水洗)について、開示されていない。
一方、下記の特許文献33〜35には、単量体の移送配管での重合による閉塞を防止するために配管等の洗浄について開示し、特許文献36には重合ベルトの洗浄について開示されている。また、特許文献37には重合ベルトやミートチョッパーの洗浄、特許文献38には逆相懸濁重合での重合装置の内壁面、攪拌機の表面又は移送配管の内壁面等に付着した吸水性樹脂を高圧水流で洗浄する方法、特許文献39には水溶性ポリマー及び/又は水膨潤性ポリマー付着物を無機塩水溶液及び/又はアルカリ性水溶液で処理する、付着ポリマーの除去方法、特許文献40には表面架橋剤溶液の投入ノズルの洗浄について、それぞれ開示されている。
(特許文献33)特開2006−160846号公報
(特許文献34)米国特許第6667372号明細書
(特許文献35)特表2010−515815号公報
(特許文献36)国際公開第2009/001954号パンフレット
(特許文献37)欧州特許出願公開第2066737号明細書
(特許文献38)特開平6−328044号公報
(特許文献39)特開平1−242602号公報
(特許文献40)米国特許出願公開第2011/0098416号明細書
上記の特許文献33〜40は上述したように、単量体、含水ゲル又は表面架橋剤や重合装置等の洗浄については開示されているものの、乾燥工程以降、特に粉砕工程以降の製造装置について、装置の洗浄、特に分級工程での洗浄については開示されていない。
(特許文献34)米国特許第6667372号明細書
(特許文献35)特表2010−515815号公報
(特許文献36)国際公開第2009/001954号パンフレット
(特許文献37)欧州特許出願公開第2066737号明細書
(特許文献38)特開平6−328044号公報
(特許文献39)特開平1−242602号公報
(特許文献40)米国特許出願公開第2011/0098416号明細書
上記の特許文献33〜40は上述したように、単量体、含水ゲル又は表面架橋剤や重合装置等の洗浄については開示されているものの、乾燥工程以降、特に粉砕工程以降の製造装置について、装置の洗浄、特に分級工程での洗浄については開示されていない。
従来、乾燥後の吸水性樹脂は水を嫌うため、低湿気の雰囲気下で取り扱われ、洗浄(付着物の除去)についても、バキュームによる吸引除去が一般的に多用されてきた。しかしながら本発明では、乾燥工程以降、特に粉砕工程以降の製造装置について、装置の洗浄、特に分級工程での洗浄(水洗)を行うことが可能であり、好ましい。当該水洗によって、吸水性樹脂の通液性が向上する。
なお、上記特許文献33〜40に開示された、単量体、含水ゲル又は表面架橋剤や重合装置等の洗浄は、本発明にも適用することができる。
(2−6)微粉回収工程
本工程は、上述した分級工程(後述する表面架橋工程後の第2分級工程を含む。以下、この項において同じ。)で発生する微粒子を乾燥工程以前の工程にリサイクルする工程である。即ち、上記分級工程において、目開き45〜250μmの篩網(例えば、150μm等の標準篩)を通過した微粒子を分離し、回収した後に、当該微粒子又はその水添加物を乾燥工程以前の工程で再利用する工程をいう。
本工程は、上述した分級工程(後述する表面架橋工程後の第2分級工程を含む。以下、この項において同じ。)で発生する微粒子を乾燥工程以前の工程にリサイクルする工程である。即ち、上記分級工程において、目開き45〜250μmの篩網(例えば、150μm等の標準篩)を通過した微粒子を分離し、回収した後に、当該微粒子又はその水添加物を乾燥工程以前の工程で再利用する工程をいう。
更に具体的には、分級工程や場合によって乾燥工程又は粉砕工程で発生する微粒子(特に粒子径150μm未満の吸水性樹脂を70重量%以上含んだものをいう。)を分離した後、そのままの状態で、又は、水和若しくは造粒して、乾燥工程以前の工程に添加、好ましくは重合工程、ゲル粉砕工程又は乾燥工程に添加する工程をいう。
なお、上記微粒子は、後述する表面架橋工程前の分級工程で発生する微粒子であっても、当該表面架橋工程後の第2分級工程で発生する微粒子であってもよい。また、微粒子の添加量、つまり、微粒子の分離・回収量は、回収先の吸水性樹脂全体に対して1〜40重量%が好ましく、5〜30重量%がより好ましい。更に、上記微粒子をそのままの状態で、又は、水和若しくは造粒して、重合前の単量体水溶液及び/又は重合中の含水ゲルに添加する際、必要に応じて無機微粒子等を混合することもできる。
微粉回収工程として、重合前の単量体水溶液に回収する方法が国際公開第92/001008号、同第92/020723号等に、重合中の含水ゲルに回収する方法が国際公開第2007/074167号、同第2009/109563号、同第2009/153196号、同第2010/006937号に、乾燥工程(乾燥機)での回収方法が米国特許第6228930号等にそれぞれ開示されるが、本発明ではこれらの微粉回収方法が好ましく適用される。
当該微粉回収工程は、微粒子を吸水性樹脂から取り除くことにより、吸水性樹脂の粒度を制御できると共に、吸水性樹脂の粒子間に空隙が生じるため、通液性(例えば、SFC)が向上する。また、当該微粒子を造粒した後に吸水性樹脂に添加することで、表面積が増すため、吸水速度(例えば、FSR)が向上する。更に、重合時の単量体水溶液に回収することで、単量体水溶液の粘度が増大し発泡重合を促進する、つまり、結果的に、表面積の大きい吸水性樹脂が得られることになるため、吸水速度の高い吸水性樹脂が得られるといった効果をもたらす。
(2−7)表面架橋工程
本工程は、上述した工程を経て得られる吸水性樹脂粉末の表面層(吸水性樹脂粉末の表面から数10μmの部分)に、更に架橋密度の高い部分を設ける工程であり、吸水性樹脂粉末と表面架橋剤溶液を混合する混合工程、当該混合物を加熱処理する加熱処理工程、必要により冷却する冷却工程から構成される。
本工程は、上述した工程を経て得られる吸水性樹脂粉末の表面層(吸水性樹脂粉末の表面から数10μmの部分)に、更に架橋密度の高い部分を設ける工程であり、吸水性樹脂粉末と表面架橋剤溶液を混合する混合工程、当該混合物を加熱処理する加熱処理工程、必要により冷却する冷却工程から構成される。
当該表面架橋方法として、吸水性樹脂粉末の表面における過硫酸塩や光重合開始剤等によるラジカル架橋や、単量体を添加して重合する重合架橋、水溶性高分子及び架橋剤を添加する被覆架橋等が挙げられるが、本発明では、ポリアクリル酸のカルボキシル基と反応する共有結合性表面架橋剤やイオン結合性表面架橋剤、又はこれらの併用が好ましく適用される。これらの方法によって、表面架橋された吸水性樹脂(吸水性樹脂粒子)が得られる。なお、当該表面架橋工程は任意工程であり、所望する吸水性樹脂の物性に応じて、適宜選択することができる。
(共有結合性表面架橋剤)
本発明で使用できる共有結合性表面架橋剤(有機表面架橋剤)としては、上述したように、得られる吸水性樹脂の物性や表面架橋剤の取扱性の観点から、カルボキシル基と反応し得る表面架橋剤が好ましく適用される。
本発明で使用できる共有結合性表面架橋剤(有機表面架橋剤)としては、上述したように、得られる吸水性樹脂の物性や表面架橋剤の取扱性の観点から、カルボキシル基と反応し得る表面架橋剤が好ましく適用される。
具体的には、モノ,ジ,トリ,テトラ又はプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、グリセリン、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ソルビトール等の多価アルコール化合物;エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリシドール等のエポキシ化合物;多価アミン化合物又はそのハロエポキシ化合物との縮合物;オキサゾリン化合物;(モノ、ジ又はポリ)オキサゾリジノン化合物;エチレンカボネート等のアルキレンカーボネート化合物;オキセタン化合物;2−イミダゾリジノン等の環状尿素化合物等が挙げられる。これらの中でも、高温での反応が必要となる多価アルコール化合物、アルキレンカーボネート化合物、オキサゾリジノン化合物からなる脱水反応性表面架橋剤が好ましく、複数の脱水反応性表面架橋剤がより好ましい。なお、脱水反応性表面架橋剤を使用しない場合には、米国特許第6228930号、同第6071976号、同第6254990号等に開示される化合物を使用することができる。
(イオン結合性表面架橋剤)
本発明においては、上記共有結合性表面架橋剤(有機表面架橋剤)に代えて、又はこれに加えて、イオン結合性表面架橋剤(無機表面架橋剤)を使用して、吸水性樹脂の通液性等を向上させることもできる。なお、共有結合性表面架橋剤とイオン結合性表面架橋剤を併用する場合、同時に又は別途、吸水性樹脂に添加すればよい。
本発明においては、上記共有結合性表面架橋剤(有機表面架橋剤)に代えて、又はこれに加えて、イオン結合性表面架橋剤(無機表面架橋剤)を使用して、吸水性樹脂の通液性等を向上させることもできる。なお、共有結合性表面架橋剤とイオン結合性表面架橋剤を併用する場合、同時に又は別途、吸水性樹脂に添加すればよい。
使用されるイオン結合性表面架橋剤としては、特に限定されないが、好ましくは2価以上の多価金属塩、より好ましくは3価若しくは4価の多価金属塩(有機塩又は無機塩)又は水酸化物が挙げられる。当該多価金属としてはアルミニウム、ジルコニウム等が挙げられ、具体的には乳酸アルミニウム、硫酸アルミニウム等が挙げられる。なお、多価金属による表面架橋は、国際公開第2007/121037号、同第2008/09843号、同第2008/09842号、米国特許第7157141号、同第6605673号、同第6620889号、米国特許出願公開第2005/0288182号、同第2005/0070671号、同第2007/0106013号、同第2006/0073969号等に開示されている。
また、上記共有結合性表面架橋剤に、ポリアミンポリマー、特に重量平均分子量が5000〜100万程度のポリアミンポリマーを、同時に又は別途、使用することで、得られる吸水性樹脂の通液性等を向上させることもできる。この場合、使用されるポリアミンポリマーとしては、米国特許第7098284号、国際公開2006/082188号、同第2006/082189号、同第2006/082197号、同第2006/111402号、同第2006/111403号、同第2006/111404号等に開示されたポリアミンポリマーが挙げられる。
(溶媒等)
本発明における表面架橋剤の使用量(複数の表面架橋剤を使用する場合はその合計量)は、用いる表面架橋剤やこれらの組み合わせ等にもよるが、吸水性樹脂粉末100重量部に対して、0.001〜10重量部が好ましく、0.01〜5重量部がより好ましい。また、上記共有結合性表面架橋剤(有機表面架橋剤)とイオン結合性表面架橋剤(無機表面架橋剤)とを併用する場合、吸水性樹脂粉末100重量部に対して、それぞれ0.001〜10重量部が好ましく、0.01〜5重量部がより好ましい。
本発明における表面架橋剤の使用量(複数の表面架橋剤を使用する場合はその合計量)は、用いる表面架橋剤やこれらの組み合わせ等にもよるが、吸水性樹脂粉末100重量部に対して、0.001〜10重量部が好ましく、0.01〜5重量部がより好ましい。また、上記共有結合性表面架橋剤(有機表面架橋剤)とイオン結合性表面架橋剤(無機表面架橋剤)とを併用する場合、吸水性樹脂粉末100重量部に対して、それぞれ0.001〜10重量部が好ましく、0.01〜5重量部がより好ましい。
また、当該表面架橋剤に併せて好ましくは水が使用され得る。この場合、水の使用量としては吸水性樹脂粉末100重量部に対して、0.5〜20重量部が好ましく、0.5〜10重量部がより好ましい。
更に、親水性有機溶剤を使用することもでき、その使用量としては吸水性樹脂粉末100重量部に対して、0〜10重量部が好ましく、0〜5重量部がより好ましい。また、吸水性樹脂粉末への表面架橋剤溶液の添加・混合に際し、本発明の効果を妨げない範囲内で水不溶性微粒子粉体や界面活性剤を共存させてもよい。この場合の使用量としては、吸水性樹脂粉末100重量部に対して、0〜10重量部が好ましく、0〜5重量部がより好ましく、0〜1重量部が更に好ましい。なお、具体的な界面活性剤等は米国特許第7473739号等に開示されている。
(混合工程)
本発明の表面架橋工程における表面架橋剤の添加・混合方法は、特に限定されないが、溶媒としての水、親水性有機溶媒又はこれらの混合物を予め用意した後に、吸水性樹脂粉末に対して、噴霧又は滴下して混合することが好ましく、噴霧して混合することが好ましい。
本発明の表面架橋工程における表面架橋剤の添加・混合方法は、特に限定されないが、溶媒としての水、親水性有機溶媒又はこれらの混合物を予め用意した後に、吸水性樹脂粉末に対して、噴霧又は滴下して混合することが好ましく、噴霧して混合することが好ましい。
表面架橋剤と吸水性樹脂粉末との混合に使用する混合装置としては、特に限定されないが、高速撹拌型混合装置が好ましく、高速撹拌型連続混合装置がより好ましく、横型又は縦型の高速撹拌型連続混合装置が更に好ましい。より具体的には、タービュライザー(細川ミクロン社製)やレディゲミキサー(レディゲ社製)等が挙げられる。
混合条件として、回転数は100〜10000rpmが好ましく、300〜2000rpmがより好ましい。また、滞留時間は180秒以内が好ましく、0.1〜60秒がより好ましく、1〜30秒が更に好ましい。
(加熱処理工程)
上記混合装置において表面架橋剤が添加・混合された吸水性樹脂粉末は加熱処理される。その際の加熱処理装置としては、特に限定されないが、横型の連続撹拌装置が好ましく、具体的にはパドルドライヤーが挙げられる。上記加熱処理時の温度(加熱温度)としては、70〜300℃が好ましく、120〜250℃がより好ましく、150〜250℃が更に好ましい。また、加熱時間としては1分〜2時間が好ましい。
上記混合装置において表面架橋剤が添加・混合された吸水性樹脂粉末は加熱処理される。その際の加熱処理装置としては、特に限定されないが、横型の連続撹拌装置が好ましく、具体的にはパドルドライヤーが挙げられる。上記加熱処理時の温度(加熱温度)としては、70〜300℃が好ましく、120〜250℃がより好ましく、150〜250℃が更に好ましい。また、加熱時間としては1分〜2時間が好ましい。
(冷却工程)
本発明において、冷却工程は任意の工程であり、必要に応じて上記加熱処理工程後に実施される。その際の冷却装置としては、特に限定されないが、加熱処理工程と同一仕様の横型連続撹拌装置が好ましく、具体的にはパドルドライヤーが挙げられる。上記冷却時の温度(冷却温度)としては、100℃以下が好ましく、30〜95℃がより好ましく、40〜90℃が更に好ましい。
本発明において、冷却工程は任意の工程であり、必要に応じて上記加熱処理工程後に実施される。その際の冷却装置としては、特に限定されないが、加熱処理工程と同一仕様の横型連続撹拌装置が好ましく、具体的にはパドルドライヤーが挙げられる。上記冷却時の温度(冷却温度)としては、100℃以下が好ましく、30〜95℃がより好ましく、40〜90℃が更に好ましい。
本発明においては、表面架橋工程や輸送管に供給される吸水性樹脂粉体(粒子状吸水剤)の温度は、好ましくは30℃以上、より好ましくは40℃以上、更に好ましくは50℃以上である。輸送管に供給される吸水性樹脂粉体(粒子状吸水剤)の温度を所定温度以上に保持することによって、粒子状吸水剤の物性の低下が抑制される。具体的には、生理食塩水流れ誘導性(SFC)などの物性維持に顕著な効果がある。
(2−8)その他の工程
上述した工程以外に、蒸発モノマーのリサイクル工程、造粒工程、微粉リサイクル工程等を、必要に応じて設けてもよく、表面架橋工程が設けられる場合、表面架橋後に第2の分級工程を設けることができる。
上述した工程以外に、蒸発モノマーのリサイクル工程、造粒工程、微粉リサイクル工程等を、必要に応じて設けてもよく、表面架橋工程が設けられる場合、表面架橋後に第2の分級工程を設けることができる。
更に、経時色調安定性効果やゲル劣化防止効果等のため、酸化剤、キレート剤、酸化防止剤、水、多価金属化合物、シリカや金属石鹸等の水不溶性無機又は有機粉末、消臭剤、抗菌剤、高分子ポリアミン、パルプや熱可塑性繊維等を、吸水性樹脂100重量部に対して、好ましくは0〜3重量部、より好ましくは0〜1重量部、添加する工程を設けてもよい。
本発明に係る吸水性樹脂の製造方法は、長期に亘って連続製造を行うことが好ましい。具体的には本発明の製造方法は、通常24時間以上、好ましくは10日間以上、より好ましくは30日間以上、さらに好ましくは50日間以上、特に好ましくは100日間以上の連続製造に適用することができる。このような長期間連続的な製造を行うことにより生産の開始時、停止時における吸水性樹脂の物性の振れを低減し、効率よく生産することができる。なお、連続製造期間の上限は、特に限定されないが、機器メンテナンスの観点から、1年間程度以下とすることが好ましい。
〔3〕ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の物性
本発明に係る製造方法で得られるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、生理食塩水流れ誘導性(SFC)が20(×10-7・s・cm3・g-1)以上であることが好ましいが、当該吸水性樹脂を衛生用品、特に紙オムツに使用する場合には、上記の物性以外に、下記の(a)〜(d)の少なくとも1つ以上、好ましくは生理食塩水流れ誘導性(SFC)を含めた2つ以上、より好ましくは3つ以上の物性を、所望する範囲に制御することが望まれる。これらの物性が下記の範囲を満たさない場合、本発明の効果が十分に得られず、高濃度紙オムツで十分な性能を発揮せず、更に、本発明の製造方法を用いる効果が小さくなるおそれがある。
本発明に係る製造方法で得られるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、生理食塩水流れ誘導性(SFC)が20(×10-7・s・cm3・g-1)以上であることが好ましいが、当該吸水性樹脂を衛生用品、特に紙オムツに使用する場合には、上記の物性以外に、下記の(a)〜(d)の少なくとも1つ以上、好ましくは生理食塩水流れ誘導性(SFC)を含めた2つ以上、より好ましくは3つ以上の物性を、所望する範囲に制御することが望まれる。これらの物性が下記の範囲を満たさない場合、本発明の効果が十分に得られず、高濃度紙オムツで十分な性能を発揮せず、更に、本発明の製造方法を用いる効果が小さくなるおそれがある。
なお、本願発明は、通液性(SFC)の高い吸水性樹脂又は微粒子の少ない吸水性樹脂の製造方法に好ましく適用される。つまり、本願発明の製造方法は、好ましくは得られる吸水性樹脂の通液性(SFC)が20(×10-7・s・cm3・g-1)以上である製造方法であり、より好ましくは下記範囲のSFC値を有する吸水性樹脂の製造方法である。更に、好ましきは得られる吸水性樹脂の微粒子(目開き150μmの篩通過物)量が1重量%以下である製造方法であり、より好ましくは下記範囲の粒度を有する吸水性樹脂の製造方法である。
(a)CRC(無加圧下吸水倍率)
本発明の吸水性樹脂のCRC(無加圧下吸水倍率)は、10(g/g)以上が好ましく、20(g/g)以上がより好ましく、25(g/g)以上が更に好ましく、30(g/g)以上が特に好ましい。上限値は特に限定されないが、他の物性とのバランスから、50(g/g)以下が好ましく、45(g/g)以下がより好ましく、40(g/g)以下が更に好ましい。
本発明の吸水性樹脂のCRC(無加圧下吸水倍率)は、10(g/g)以上が好ましく、20(g/g)以上がより好ましく、25(g/g)以上が更に好ましく、30(g/g)以上が特に好ましい。上限値は特に限定されないが、他の物性とのバランスから、50(g/g)以下が好ましく、45(g/g)以下がより好ましく、40(g/g)以下が更に好ましい。
(b)AAP(加圧下吸水倍率)
本発明の吸水性樹脂のAAP(加圧下吸水倍率)は、20(g/g)以上が好ましく、22(g/g)以上がより好ましく、24(g/g)以上が更に好ましい。上限値は特に限定されないが、35(g/g)以下が好ましい。なお、当該AAP(加圧下吸水倍率)は、紙オムツでの漏れ防止のため、上記重合が達成手段の一例として挙げられる。
本発明の吸水性樹脂のAAP(加圧下吸水倍率)は、20(g/g)以上が好ましく、22(g/g)以上がより好ましく、24(g/g)以上が更に好ましい。上限値は特に限定されないが、35(g/g)以下が好ましい。なお、当該AAP(加圧下吸水倍率)は、紙オムツでの漏れ防止のため、上記重合が達成手段の一例として挙げられる。
(c)SFC(生理食塩水流れ誘導性)
本発明の吸水性樹脂のSFC(生理食塩水流れ誘導性)は、20(×10-7・s・cm3・g-1)以上が好ましく、50(×10-7・s・cm3・g-1)以上がより好ましく、70(×10-7・s・cm3・g-1)以上が更に好ましく、100(×10-7・s・cm3・g-1)以上が特に好ましい。なお、当該SFC(生理食塩水流れ誘導性)は、紙オムツでの漏れ防止のため、上記重合や表面架橋が達成手段の一例として挙げられる。
本発明の吸水性樹脂のSFC(生理食塩水流れ誘導性)は、20(×10-7・s・cm3・g-1)以上が好ましく、50(×10-7・s・cm3・g-1)以上がより好ましく、70(×10-7・s・cm3・g-1)以上が更に好ましく、100(×10-7・s・cm3・g-1)以上が特に好ましい。なお、当該SFC(生理食塩水流れ誘導性)は、紙オムツでの漏れ防止のため、上記重合や表面架橋が達成手段の一例として挙げられる。
(d)含水率
本発明の吸水性樹脂の含水率は、0重量%を超えて15重量%以下が好ましく、1〜13重量%がより好ましく、2〜10重量%が更に好ましく、2〜9重量%が特に好ましい。上記含水率を上記範囲に制御することで、粉体特性(例えば、流動性、搬送性、耐ダメージ性等)に優れた吸水性樹脂を得ることができる。
本発明の吸水性樹脂の含水率は、0重量%を超えて15重量%以下が好ましく、1〜13重量%がより好ましく、2〜10重量%が更に好ましく、2〜9重量%が特に好ましい。上記含水率を上記範囲に制御することで、粉体特性(例えば、流動性、搬送性、耐ダメージ性等)に優れた吸水性樹脂を得ることができる。
(e)粒度
本発明の吸水性樹脂の粒度(重量平均粒子径(D50)、粒子径が150μm未満の微粒子量、粒子径が850μmを超える粗大粒子量及び粒度分布の対数標準偏差(σζ))は、表面架橋前の吸水性樹脂粉末と同様となるように制御される。
本発明の吸水性樹脂の粒度(重量平均粒子径(D50)、粒子径が150μm未満の微粒子量、粒子径が850μmを超える粗大粒子量及び粒度分布の対数標準偏差(σζ))は、表面架橋前の吸水性樹脂粉末と同様となるように制御される。
〔4〕ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の用途
本発明の吸水性樹脂の用途としては特に限定されないが、好ましくは紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パッド等の衛生用品の吸収体に使用され得る。特に、原料由来の臭気、着色等が問題となっていた高濃度紙オムツ(紙オムツ1枚あたりの吸水性樹脂の使用量が多いもの)の吸収体として使用することができる。更に、上記吸収体の上層部に使用される場合に、顕著な効果が期待できる。
本発明の吸水性樹脂の用途としては特に限定されないが、好ましくは紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パッド等の衛生用品の吸収体に使用され得る。特に、原料由来の臭気、着色等が問題となっていた高濃度紙オムツ(紙オムツ1枚あたりの吸水性樹脂の使用量が多いもの)の吸収体として使用することができる。更に、上記吸収体の上層部に使用される場合に、顕著な効果が期待できる。
また、上記吸収体として、吸水性樹脂以外にパルプ繊維等の吸収性材料を使用することもできる。この場合、吸収体中の吸水性樹脂の含有量(コア濃度)としては、30〜100重量%が好ましく、40〜100重量%がより好ましく、50〜100重量%が更に好ましく、60〜100重量%が更により好ましく、70〜100重量%が特に好ましく、75〜95重量%が最も好ましい。
上記コア濃度を上記範囲とすることで、当該吸収体を吸収性物品の上層部に使用した場合、吸収性物品が清浄感のある白色状態を保つことができる。更に、尿や血液等の体液等の拡散性に優れるため、効率的な液分配によって吸収量の向上が見込める。
〔実施例〕
以下の実施例に従って、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定解釈されるものではなく、各実施例に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施例も、本発明の範囲に含まれるものとする。
以下の実施例に従って、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定解釈されるものではなく、各実施例に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施例も、本発明の範囲に含まれるものとする。
本実施例において、「リットル」を「l」又は「L」、「重量%」を「wt%」と、便宜上、記すことがある。また、微量成分の測定では検出限界以下をN.D(Non Detected)を表記する。
なお、製造例、実施例及び比較例で使用する電気機器(吸水性樹脂の物性測定も含む)は、特に注釈のない限り、200V又は100Vの電源を使用した。また、本発明の吸水性樹脂の諸物性は、特に注釈のない限り、室温(20〜25℃)、相対湿度50%RHの条件下で測定した。
[吸水性樹脂の物性測定]
(a)CRC(無加圧下吸水倍率)
本発明の吸水性樹脂のCRC(無加圧下吸水倍率)は、EDANA法(ERT441.2−02)に準拠して測定した。
(a)CRC(無加圧下吸水倍率)
本発明の吸水性樹脂のCRC(無加圧下吸水倍率)は、EDANA法(ERT441.2−02)に準拠して測定した。
(b)AAP(加圧下吸水倍率)
本発明の吸水性樹脂のAAP(加圧下吸水倍率)は、EDANA法(ERT442.2−02)に準拠して測定した。なお、荷重条件を4.83kPa(0.7psi)に変更して測定することもある。その場合、AAP0.7と表記する。また、荷重条件がEDANA法の2.07kPa(0.3psi)の場合は、AAP0.3と表記する。
本発明の吸水性樹脂のAAP(加圧下吸水倍率)は、EDANA法(ERT442.2−02)に準拠して測定した。なお、荷重条件を4.83kPa(0.7psi)に変更して測定することもある。その場合、AAP0.7と表記する。また、荷重条件がEDANA法の2.07kPa(0.3psi)の場合は、AAP0.3と表記する。
(c)SFC(生理食塩水流れ誘導性)
本発明の吸水性樹脂のSFC(生理食塩水流れ誘導性)は、米国特許第5669894号に開示された測定方法に準拠して測定した。
本発明の吸水性樹脂のSFC(生理食塩水流れ誘導性)は、米国特許第5669894号に開示された測定方法に準拠して測定した。
(d)含水率
本発明の吸水性樹脂の含水率は、EDANA法(ERT430.2−02)に準拠して測定した。なお、本発明においては、乾燥温度を180℃に変更して測定した。
本発明の吸水性樹脂の含水率は、EDANA法(ERT430.2−02)に準拠して測定した。なお、本発明においては、乾燥温度を180℃に変更して測定した。
(e)粒度
本発明の吸水性樹脂の粒度(重量平均粒子径(D50)、粒子径が150μm未満又は180μm未満の微粒子量、粒子径が850μmを超える粗大粒子量及び粒度分布の対数標準偏差(σζ))は、米国特許出願公開第2006/204755号に開示された測定方法に準拠して測定した。なお、微粒子量及び粗大粒子量は、用いたJIS標準篩の目開きにしたがって決定した。
本発明の吸水性樹脂の粒度(重量平均粒子径(D50)、粒子径が150μm未満又は180μm未満の微粒子量、粒子径が850μmを超える粗大粒子量及び粒度分布の対数標準偏差(σζ))は、米国特許出願公開第2006/204755号に開示された測定方法に準拠して測定した。なお、微粒子量及び粗大粒子量は、用いたJIS標準篩の目開きにしたがって決定した。
[揺動式篩の軌跡(R、T、E)の測定]
図1に示したように、軌跡記録用紙17を揺動式篩分級装置10の側面に貼り付けた。次に、リング付の専用ボールペン18を専用台に設置した。なお、当該専用ボールペン18は、揺動式篩分級装置10が三次元的に動くため、ペン先が軌跡記録用紙から離れないように、伸び縮みする特殊構造を有している。なお、軌跡記録用紙17は、揺動式篩分級装置10の任意の位置に貼り付けることができ、揺動条件が同一である場合いずれの位置で測定しても同様の軌跡が得られる。
図1に示したように、軌跡記録用紙17を揺動式篩分級装置10の側面に貼り付けた。次に、リング付の専用ボールペン18を専用台に設置した。なお、当該専用ボールペン18は、揺動式篩分級装置10が三次元的に動くため、ペン先が軌跡記録用紙から離れないように、伸び縮みする特殊構造を有している。なお、軌跡記録用紙17は、揺動式篩分級装置10の任意の位置に貼り付けることができ、揺動条件が同一である場合いずれの位置で測定しても同様の軌跡が得られる。
続いて、揺動式篩分級装置10を手で左右に動かし水平参考線を描いた後、当該分級装置を稼働させ、軌跡を記録用紙に描写した。結果を図2に示す。
図2に示した各箇所の長さが、ラジアル勾配R、タンジェンシャル勾配T、エキセントリック勾配Eに相当する。
[実施例1]
生産能力3500(kg/hr)の吸水性樹脂の連続製造装置として、重合工程、ゲル粉砕工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程(第1分級工程)、表面架橋工程(表面架橋剤の混合工程、熱処理工程、冷却工程)、整粒工程(第2分級工程)及び各工程間を連結する輸送工程から構成される装置を用いて、粒子状吸水剤を製造した。なお、各工程はそれぞれ1系列又は2系列以上(並列で分岐)であってもよく、2系列以上の場合は全系列の合計量を記載した。以下に述べる各工程の運転条件で、当該連続製造装置を稼働させ、吸水性樹脂(1)の連続生産を開始した。
生産能力3500(kg/hr)の吸水性樹脂の連続製造装置として、重合工程、ゲル粉砕工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程(第1分級工程)、表面架橋工程(表面架橋剤の混合工程、熱処理工程、冷却工程)、整粒工程(第2分級工程)及び各工程間を連結する輸送工程から構成される装置を用いて、粒子状吸水剤を製造した。なお、各工程はそれぞれ1系列又は2系列以上(並列で分岐)であってもよく、2系列以上の場合は全系列の合計量を記載した。以下に述べる各工程の運転条件で、当該連続製造装置を稼働させ、吸水性樹脂(1)の連続生産を開始した。
(重合工程)
先ず、アクリル酸193.3重量部、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液64.4重量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均n数9)1.26重量部、0.1重量%のエチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)5ナトリウム水溶液52重量部及び脱イオン水134重量部を混合して単量体水溶液(1’)を作成し、液温を40℃に調整した。
先ず、アクリル酸193.3重量部、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液64.4重量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(平均n数9)1.26重量部、0.1重量%のエチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)5ナトリウム水溶液52重量部及び脱イオン水134重量部を混合して単量体水溶液(1’)を作成し、液温を40℃に調整した。
次に、上記単量体水溶液(1’)を定量ポンプを用いて連続的に重合装置に供給した。その際、48重量%の水酸化ナトリウム水溶液97.1重量部を更に供給し、ラインミキシングで連続混合した。なお、このときの液温は中和熱によって85℃となっていた。その後、更に4重量%の過硫酸ナトリウム水溶液8.05重量部を供給し、ラインミキシングで連続混合して、単量体水溶液(1)を得た。
上記操作で得られた単量体水溶液(1)を、両端に堰を有する平面スチールベルト(重合装置)上に厚みが約7.5mmとなるように連続的に供給して、静置水溶液重合を行った。なお、当該重合の重合時間は3分間であった。本操作により、帯状の含水ゲル状架橋重合体(含水ゲル)(1)を得た。
(ゲル粉砕工程)
続いて、上記重合工程で得られた帯状の含水ゲル(1)をベルトの進行方向に対して垂直方向に等間隔に切断した後、孔径22mmのミートチョッパーに供給して、約1.5mmの粒子状にゲル粉砕して、粒子状含水ゲル(1)を得た。
続いて、上記重合工程で得られた帯状の含水ゲル(1)をベルトの進行方向に対して垂直方向に等間隔に切断した後、孔径22mmのミートチョッパーに供給して、約1.5mmの粒子状にゲル粉砕して、粒子状含水ゲル(1)を得た。
(乾燥工程)
続いて、上記粒子状含水ゲル(1)を厚みが50mmとなるように連続通気バンド型乾燥機の移動する多孔板上に広げて載せ、185℃で30分間乾燥した。当該乾燥機の出口において、ブロック状となった乾燥重合体(1)が得られた。当該乾燥重合体(1)の総排出量は246重量部であった。
続いて、上記粒子状含水ゲル(1)を厚みが50mmとなるように連続通気バンド型乾燥機の移動する多孔板上に広げて載せ、185℃で30分間乾燥した。当該乾燥機の出口において、ブロック状となった乾燥重合体(1)が得られた。当該乾燥重合体(1)の総排出量は246重量部であった。
(粉砕工程)
続いて、上記乾燥重合体(1)(約60℃)の全量を3段ロールミル(ロールギャップ;上から0.83mm/0.45mm/0.24mm)に連続供給して粉砕し、粉砕重合体(1)を得た。なお、粉砕工程での減圧度を0.29kPaに調整した。また、得られた粉砕重合体(1)の粒度は、重量平均粒子径(D50);330μm、850μm以上の粒子(粗大粒子)の割合;1重量%、150μm以上850μm未満の粒子の割合;86重量%、150μm未満の粒子(微粒子)の割合;13重量%であった。
続いて、上記乾燥重合体(1)(約60℃)の全量を3段ロールミル(ロールギャップ;上から0.83mm/0.45mm/0.24mm)に連続供給して粉砕し、粉砕重合体(1)を得た。なお、粉砕工程での減圧度を0.29kPaに調整した。また、得られた粉砕重合体(1)の粒度は、重量平均粒子径(D50);330μm、850μm以上の粒子(粗大粒子)の割合;1重量%、150μm以上850μm未満の粒子の割合;86重量%、150μm未満の粒子(微粒子)の割合;13重量%であった。
(分級工程(第1分級工程))
続いて、上記粉砕重合体(1)(粉温;約60℃)の全量を揺動式円形篩分級装置(目開きが上から順に850μm/180μm/180μmの合計3枚の金属篩網(1枚当たりの面積2.65m2)を有する篩い分け装置)(図1参照)に連続供給して分級し、吸水性樹脂粉末(1)を得た。即ち、当該分級装置を用いて、上記粉砕重合体(1)を、目開き850μmの金属篩網上に残留する粒子(A)、上から2枚目の目開き180μmの金属篩網を通過する粒子(C1)、上から3枚目の目開き180μmの金属篩網上に残留する粒子(B)及びすべての金属篩網を通過する粒子(C2)に、連続的に分級し、上記粒子(B)を吸水性樹脂粉末(1)として得た。なお、上記粒子(A)は、再度、粉砕工程に供給し粉砕した。
続いて、上記粉砕重合体(1)(粉温;約60℃)の全量を揺動式円形篩分級装置(目開きが上から順に850μm/180μm/180μmの合計3枚の金属篩網(1枚当たりの面積2.65m2)を有する篩い分け装置)(図1参照)に連続供給して分級し、吸水性樹脂粉末(1)を得た。即ち、当該分級装置を用いて、上記粉砕重合体(1)を、目開き850μmの金属篩網上に残留する粒子(A)、上から2枚目の目開き180μmの金属篩網を通過する粒子(C1)、上から3枚目の目開き180μmの金属篩網上に残留する粒子(B)及びすべての金属篩網を通過する粒子(C2)に、連続的に分級し、上記粒子(B)を吸水性樹脂粉末(1)として得た。なお、上記粒子(A)は、再度、粉砕工程に供給し粉砕した。
当該分級装置は、ラジアル勾配R:8mm、タンジェンシャル勾配T:13mm、エキセントリック勾配E:67mm、回転数F:230rpm、装置の温度:55℃で稼働した。また、分級工程の減圧度を0.11kPaとし、乾燥空気(温度75℃、露点10℃)を2(m3/hr)で分級装置内を通風させた。なお、当該分級装置が据え付けられている架台は、接地抵抗値5Ωの接地(除電)がなされていた。
上記一連の操作で得られた吸水性樹脂粉末(1)の粒度は、重量平均粒子径(D50);364μm、850μm以上の粒子(粗大粒子)の割合;0重量%、180μm以上850μm未満の粒子の割合;99.7重量%、180μm未満の粒子(微粒子)の割合;0.3重量%であった。
(表面架橋工程)
続いて、上記吸水性樹脂粉末(1)を高速混合機(タービュライザー/1000rpm)に1500(kg/hr)で連続的に供給し、吸水性樹脂粉末(1)100重量部に対して、1,4−ブタンジオール0.3重量部、プロピレングリコール0.6重量部及び脱イオン水3.0重量部からなる表面架橋剤溶液(共有結合性表面架橋剤を含有)をスプレーで噴霧して均一に混合した(混合工程)。次いで、得られた混合物をパドルドライヤーに移送し、208℃で40分間加熱処理した(熱処理工程)。
続いて、上記吸水性樹脂粉末(1)を高速混合機(タービュライザー/1000rpm)に1500(kg/hr)で連続的に供給し、吸水性樹脂粉末(1)100重量部に対して、1,4−ブタンジオール0.3重量部、プロピレングリコール0.6重量部及び脱イオン水3.0重量部からなる表面架橋剤溶液(共有結合性表面架橋剤を含有)をスプレーで噴霧して均一に混合した(混合工程)。次いで、得られた混合物をパドルドライヤーに移送し、208℃で40分間加熱処理した(熱処理工程)。
その後、熱処理工程と同仕様のパドルドライヤーを用いて、60℃となるまで強制冷却を行った(冷却工程)。この冷却工程の際、吸水性樹脂粉末(1)100重量部に対して、27.5重量%の硫酸アルミニウム水溶液(酸化アルミニウム換算で8重量%)1.17重量部、60重量%の乳酸ナトリウム水溶液0.196重量部及びプロピレングリコール0.029重量部からなる混合液(イオン結合性表面架橋剤溶液)をスプレーで噴霧して均一に混合し、吸水性樹脂粒子(1)を得た。
(整粒工程(第2分級工程)
続いて、上記吸水性樹脂粒子(1)について、その全量が目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕を行った。なお、左記の「解砕」とは、表面架橋時に凝集した吸水性樹脂粒子について、目開き710μmの篩網を通過するまでほぐす操作のことをいう。以上の操作により、表面架橋された吸水性樹脂(1)が得られた。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(1)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(1)の物性を表1に示す。
続いて、上記吸水性樹脂粒子(1)について、その全量が目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕を行った。なお、左記の「解砕」とは、表面架橋時に凝集した吸水性樹脂粒子について、目開き710μmの篩網を通過するまでほぐす操作のことをいう。以上の操作により、表面架橋された吸水性樹脂(1)が得られた。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(1)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(1)の物性を表1に示す。
[実施例2]
実施例1の揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)において、金属篩網の目開きを上から順に850μm/150μm/150μmの合計3枚の金属篩網(1枚当たりの面積2.65m2)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って吸水性樹脂(2)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(2)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(2)の物性を表1に示す。
実施例1の揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)において、金属篩網の目開きを上から順に850μm/150μm/150μmの合計3枚の金属篩網(1枚当たりの面積2.65m2)に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って吸水性樹脂(2)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(2)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(2)の物性を表1に示す。
[実施例3]
実施例2において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のタンジェンシャル勾配Tを3mmに変更した以外は、実施例2と同様の操作を行って吸水性樹脂(3)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(3)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(3)の物性を表1に示す。
実施例2において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のタンジェンシャル勾配Tを3mmに変更した以外は、実施例2と同様の操作を行って吸水性樹脂(3)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(3)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(3)の物性を表1に示す。
[実施例4]
実施例2において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のラジアル勾配Rを16mmに変更した以外は、実施例2と同様の操作を行って吸水性樹脂(4)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(4)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(4)の物性を表1に示す。
実施例2において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のラジアル勾配Rを16mmに変更した以外は、実施例2と同様の操作を行って吸水性樹脂(4)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(4)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(4)の物性を表1に示す。
[実施例5]
実施例1の第1分級工程において、面積が5.3m2の目開き850μmの金属篩網を有する分級装置で分級した後、実施例1で使用した揺動式円形篩分級装置(ただし、目開き850μmの金属篩網は取り外し、目開き180μm/180μmの合計2枚の金属篩網(1枚当たりの面積2.65m2)のみを配置した。)を用いて分級した以外は、実施例1と同様の操作を行って吸水性樹脂(5)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(5)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(5)の物性を表1に示す。
実施例1の第1分級工程において、面積が5.3m2の目開き850μmの金属篩網を有する分級装置で分級した後、実施例1で使用した揺動式円形篩分級装置(ただし、目開き850μmの金属篩網は取り外し、目開き180μm/180μmの合計2枚の金属篩網(1枚当たりの面積2.65m2)のみを配置した。)を用いて分級した以外は、実施例1と同様の操作を行って吸水性樹脂(5)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(5)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(5)の物性を表1に示す。
[実施例6]
実施例1において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のラジアル勾配Rを23mmに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って吸水性樹脂(6)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(6)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(6)の物性を表1に示す。
実施例1において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のラジアル勾配Rを23mmに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って吸水性樹脂(6)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(6)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(6)の物性を表1に示す。
[実施例7]
実施例1において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のタンジェンシャル勾配Tを21mmに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って吸水性樹脂(7)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(7)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(7)の物性を表1に示す。
実施例1において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のタンジェンシャル勾配Tを21mmに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って吸水性樹脂(7)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(7)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(7)の物性を表1に示す。
[比較例1]
実施例1において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のラジアル勾配Rを2mmに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(1)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(1)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(1)の物性を表1に示す。
実施例1において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のラジアル勾配Rを2mmに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(1)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(1)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(1)の物性を表1に示す。
[比較例2]
実施例2において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のタンジェンシャル勾配Tを30mmに変更した以外は、実施例2と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(2)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(2)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(2)の物性を表1に示す。
実施例2において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のタンジェンシャル勾配Tを30mmに変更した以外は、実施例2と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(2)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(2)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(2)の物性を表1に示す。
[参考例8]
実施例1の揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)を、目開きが上から順に850μm/180μmの合計2枚の金属篩網(1枚当たりの面積5.3m2)を有する揺動式円形篩分級装置に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って吸水性樹脂(8)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(8)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(8)の物性を表1に示す。
実施例1の揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)を、目開きが上から順に850μm/180μmの合計2枚の金属篩網(1枚当たりの面積5.3m2)を有する揺動式円形篩分級装置に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行って吸水性樹脂(8)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(8)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(8)の物性を表1に示す。
[参考例9]
実施例2の揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)を、目開きが上から順に850μm/150μmの合計2枚の金属篩網(1枚当たりの面積5.3m2)を有する揺動式円形篩分級装置に変更した以外は、実施例2と同様の操作を行って吸水性樹脂(9)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(9)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(9)の物性を表1に示す。
実施例2の揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)を、目開きが上から順に850μm/150μmの合計2枚の金属篩網(1枚当たりの面積5.3m2)を有する揺動式円形篩分級装置に変更した以外は、実施例2と同様の操作を行って吸水性樹脂(9)を得た。第1分級工程後の吸水性樹脂粉末(9)の粒度と微粉量及び吸水性樹脂(9)の物性を表1に示す。
[比較例3]
参考例8において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のラジアル勾配Rを2mmに変更した以外は、参考例8と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(3)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(3)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(3)の物性を表1に示す。
参考例8において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のラジアル勾配Rを2mmに変更した以外は、参考例8と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(3)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(3)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(3)の物性を表1に示す。
[比較例4]
参考例9において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のタンジェンシャル勾配Tを30mmに変更した以外は、参考例9と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(4)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(4)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(4)の物性を表1に示す。
参考例9において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のタンジェンシャル勾配Tを30mmに変更した以外は、参考例9と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(4)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(4)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(4)の物性を表1に示す。
[比較例5]
実施例2において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のエキセントリック勾配Eを30mmに変更した以外は、実施例2と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(5)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(5)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(5)の物性を表1に示す。
実施例2において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のエキセントリック勾配Eを30mmに変更した以外は、実施例2と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(5)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(5)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(5)の物性を表1に示す。
[比較例6]
参考例9において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のエキセントリック勾配Eを30mmに変更した以外は、参考例9と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(6)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(6)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(6)の物性を表1に示す。
参考例9において、揺動式円形篩分級装置(第1分級工程)のエキセントリック勾配Eを30mmに変更した以外は、参考例9と同様の操作を行って比較吸水性樹脂(6)を得た。第1分級工程後の比較吸水性樹脂粉末(6)の粒度と微粉量及び比較吸水性樹脂(6)の物性を表1に示す。
(まとめ)
上記実施例1〜7及び比較例1〜2、5は、同じ目開き(例えば、180μmや150μm)の金属篩網を2枚併用する分級例であり、参考例8〜9及び比較例3〜4、6は併用しない分級例である。
上記実施例1〜7及び比較例1〜2、5は、同じ目開き(例えば、180μmや150μm)の金属篩網を2枚併用する分級例であり、参考例8〜9及び比較例3〜4、6は併用しない分級例である。
実施例1(ラジアル勾配R;8mm)及び比較例1(ラジアル勾配R;2mm)との対比から明らかなように、揺動式円形篩分級装置のラジアル勾配Rを大きくすると、第1分級工程後の吸水性樹脂粉末中の微粉量が減少(1.9重量%→0.3重量%)し、吸水性樹脂の通液性(SFC)が向上(40→50)することが分かる。この傾向は、金属篩網の枚数を変更(3→2枚/参考例8及び比較例3)しても、同様に確認される
実施例1及び実施例6との対比並びに実施例2と実施例4との対比から、ラジアル勾配Rがより好ましい範囲5〜15mm内であると、第1分級工程後の吸水性樹脂粉末中の微粉量がより減少し、吸水性樹脂の通液性(SFC)がより向上する傾向が確認された。
実施例2(タンジェンシャル勾配T;13mm)及び比較例2(タンジェンシャル勾配T;30mm)の対比から明らかなように、揺動式円形篩分級装置のタンジェンシャル勾配Tを小さくすると、第1分級工程後の吸水性樹脂粉末中の微粉量が減少(2.1重量%→0.6重量%)し、吸水性樹脂の通液性(SFC)が向上(40→48)することが分かる。この傾向は、金属篩網の枚数を変更(3→2枚/参考例9及び比較例4)しても、同様に確認される。
本発明において、タンジェンシャル勾配Tのより好ましい範囲は4〜15mmであるが、実施例1及び実施例7との対比並びに実施例2及び実施例3との対比から、タンジェンシャル勾配Tがより好ましい範囲4〜15mm内であると、第1分級工程後の吸水性樹脂粉末中の微粉量がより減少し、吸水性樹脂の通液性(SFC)がより向上する傾向が確認された。
実施例2(エキセントリック勾配E;13mm)及び比較例5(エキセントリック勾配E;30mm)の対比から明らかなように、揺動式円形篩分級装置のエキセントリック勾配Eを大きくすると、第1分級工程後の吸水性樹脂粉末中の微粉量が減少(1.8重量%→0.6重量%)し、吸水性樹脂の通液性(SFC)が向上(41→48)することが分かる。この傾向は、金属篩網の枚数を変更(3→2枚/参考例9及び比較例6)しても、同様に確認される。
実施例5(目開き180μmの篩網を2枚使用)及び参考例8(目開き180μmの篩網を1枚使用/延べ面積は同じ)との対比から、実質同一の目開きを有する篩網を複数設置することで、第1分級工程後の吸水性樹脂粉末中の微粉量が減少(1.1重量%→0.3重量%)し、吸水性樹脂の通液性(SFC)が向上(39→50)することが分かる。
つまり、揺動式篩分級装置で用いられる篩網の少なくとも2枚以上を実質同一の目開きとすることで、装置サイズを大きくすることなく、目的粒度とするために十分な篩面積を確保することができる。また、装置の小型化によって設備面でのコストダウンが図れる。更に、篩の径を小さくすることで、篩網の耐久性が向上する効果もある。
なお、表1には記載していないが、実施例1〜7、参考例8〜9及び比較例1〜4における吸水性樹脂の無加圧下吸水倍率(CRC)は30(g/g)前後、加圧下吸水倍率(AAP0.7)は24(g/g)前後であった。つまり、本発明は、吸水倍率ではなく、通液性(特にSFC)及び微粉量で顕著な効果が発揮される。
[実施例10]
上記実施例1において、連続製造装置を停止させることなく稼働し、吸水性樹脂(1)を連続的に生産した。
上記実施例1において、連続製造装置を停止させることなく稼働し、吸水性樹脂(1)を連続的に生産した。
上記吸水性樹脂(1)の性能の経時変化を調査するため、連続運転開始30日目から製品1トン毎にサンプリングし合計20トン分について、その物性(SFC/粒度等)を測定した。得られた20点のデータについて、その平均値を求め、運転1日目(実施例1)の吸水性樹脂(1)と比較した。なお、運転1日目の吸水性樹脂(1)を吸水性樹脂(1−1d)、運転30日目のものを吸水性樹脂(1−30d)と表記する。
結果、吸水性樹脂(1−1d)のSFCが50(×10-7・cm3・s・g-1)であったのに対して、吸水性樹脂(1−30d)のSFCは42(×10-7・cm3・s・g-1)に低下していた。
当該SFC低下の原因を追及したところ、分級工程で得られる吸水性樹脂粉末の、粒子径180μm以上850μm未満である粒子の割合が、運転1日目は99.7重量%であるのに対して運転30日目は95重量%に低下していたことが判明した。つまり、微粉量の増加に伴って吸水性樹脂中の空隙率が低下し、SFCが低下したものと推定される。
[実施例11]
上記実施例10において認められた現象(SFCの低下)を解消するため、一時的に分級工程を停止し、揺動式円形篩分級装置を洗浄した。なお、当該洗浄は、市販の吸引機を用いたバキューム(吸引)洗浄を採用し、固形物等の異物が目視で確認できない程度まで行った。なお、当該分級工程以外の工程は停止することなく、稼働率を若干落とした状態で運転を継続した。
上記実施例10において認められた現象(SFCの低下)を解消するため、一時的に分級工程を停止し、揺動式円形篩分級装置を洗浄した。なお、当該洗浄は、市販の吸引機を用いたバキューム(吸引)洗浄を採用し、固形物等の異物が目視で確認できない程度まで行った。なお、当該分級工程以外の工程は停止することなく、稼働率を若干落とした状態で運転を継続した。
上記バキューム洗浄後、揺動式円形篩分級装置を復旧させ運転を再開した。再開後、分級工程で得られる吸水性樹脂粉末の、粒子径180μm以上850μm未満である粒子の割合は97重量%であり、SFCが44(×10-7・cm3・s・g-1)であった。物性の回復が若干認められた。
[実施例12]
上記実施例10において認められた現象(SFCの低下)を解消するため、分級工程を停止し、揺動式円形篩分級装置を洗浄(温水による水洗)した。
上記実施例10において認められた現象(SFCの低下)を解消するため、分級工程を停止し、揺動式円形篩分級装置を洗浄(温水による水洗)した。
当該洗浄(温水による水洗)は、先ず、揺動式円形篩分級装置から金属篩網を取り外した後、60℃の温水槽に1時間浸漬し、篩の開口部に入り込んでいた多数の吸水性樹脂が膨潤し視認できるようにした。
続いて、ケルヒャージャパン製の高圧洗浄機を用いて、50℃の温水を吐出圧(ゲージ圧)200(kg/cm2)で噴出させ、篩開口部に入り込んでいた吸水性樹脂や分級装置のデットスペースに存在していた異物を、跡形もなくきれいに取り除いた。
上記洗浄(温水による水洗)後、当該分級装置を乾燥して復旧させ、運転を再開したところ、分級工程で得られる吸水性樹脂粉末の、粒子径180μm以上850μm未満である粒子の割合が99.5重量%、SFCが50[×10−7・cm3・s・g−1]となり、運転1日目と同等レベルまで回復した。
(まとめ)
実施例10〜12で分かるように、長期間の連続運転で物性低下が見られる場合があるが、一定期間毎に洗浄、特に温水による水洗を行うことでかかる問題もなく、高物性の吸水性樹脂を更に安定的に連続生産できる。
実施例10〜12で分かるように、長期間の連続運転で物性低下が見られる場合があるが、一定期間毎に洗浄、特に温水による水洗を行うことでかかる問題もなく、高物性の吸水性樹脂を更に安定的に連続生産できる。
[実施例13]
特許文献26(国際公開第2010/032694号パンフレット)の実施例1に準じて以下の運転を行った。
特許文献26(国際公開第2010/032694号パンフレット)の実施例1に準じて以下の運転を行った。
すなわち、重合工程(ベルト上での静置重合)、ゲル細粒化(解砕)工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程(第1分級工程)、表面架橋工程(表面架橋剤の混合工程、加熱工程(熱処理工程)、冷却工程)、整粒工程(第2分級工程)、及び各工程間を連結する輸送工程からなる吸水性樹脂の連続製造装置(生産能力1500[kg/hr])を用いて連続製造した。なお、上記第1分級工程、表面架橋工程、第2分級工程との間は、空気輸送(露点10℃の乾燥空気、または、60℃の加熱空気)で連結されていた。
具体的には、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(平均n数(平均重合度)9)を0.06モル%(対単量体)含む75モル%が中和されたアクリル酸部分ナトリウム塩水溶液(単量体濃度37重量%)を単量体水溶液(13)として、定量ポンプで連続フィードを行い、輸送管の途中で窒素ガスを連続的に吹き込み、酸素濃度を0.5[mg/L]以下にした。
次に、単量体水溶液(13)に、さらに過硫酸ナトリウム/L−アスコルビン酸をそれぞれ0.14g/0.005g(単量体1molに対して)を別々にラインミキシングで連続混合して、両端に堰を有する平面スチールベルトに厚み約30mmで供給して、95℃で連続的に30分間静置水溶液重合(連続ベルト重合)を行った(重合工程)。
上記重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体(13)(固形分濃度:45重量%)を60℃の雰囲気下で孔径7mmのミートチョッパーで約1mmに細分化し(ゲル細粒化(解砕)工程)、次いで、連続通気バンド乾燥機(熱風の露点:30℃)の移動する多孔板上に厚みが50mmとなるように広げて載せ、185℃で30分間乾燥した後、外気にさらして冷却を行い、乾燥重合体(13)(固形分:96重量%、温度:60℃)を得た(乾燥工程)。
得られた乾燥重合体(13)全量を3段ロールミル(ロールギャップが上から1.0mm/0.70mm/0.50mm)に連続供給することで粉砕した(粉砕工程)。
その後、目開き1000μm、850μm及び150μmの金属篩網(材質:SUS304製、篩内面の表面粗さRz:50nm、表面粗さRa:4.8nm、張り張力50[N/cm]、篩網の面積2[m2/枚])を有する篩口径1600mmからなる揺動式円形篩い分け装置(振動数:230rpm、ラジアル傾斜(勾配):11mm、タンジェンシャル傾斜(勾配):11mm、偏心量:35mm、装置の温度:60℃、装置内の雰囲気露点:13℃)において、各金属篩(目開き1000μm、850μm及び150μm)の下部に、直径30mmの白色(乳白色)のタッピングボール(ウレタン樹脂製/金属篩網の面積に対するタッピングボールの断面積の割合:16%)及び孔径20mmのステンレス製(材質:SUS304)製パンチングメタル(開孔率40%)を設置した。当該篩い分け装置を用いて分級し、850μm及び150μmの金属篩網間の粒分を採取して、吸水性樹脂粉末(13)を得た。なお、当該篩い分け装置に供給される粉砕工程後の吸水性樹脂粉末の温度は60℃に保温されていた。また、この篩い分け装置が据え付けられている架台は、接地抵抗値が5Ωの接地(除電)がなされていた。さらに、バグフィルターが設置された排気装置によって、該篩い分け装置内の減圧度が0.11kPaとされ、露点10℃、温度60℃の空気を2[m3/hr]で該篩分け装置内を通気させた(第1分級工程)。
上記で得られた吸水性樹脂粉末(13)を、1500[kg/hr]で高速連続混合機(タービュライザー、1000rpm)に定量連続供給して、吸水性樹脂粉末100重量部に対して、1,4−ブタンジオール0.3重量部、プロピレングリコール0.5重量部、純水2.7重量部の混合液からなる表面処理剤溶液をスプレーで噴霧し混合した。次いで、得られた混合物をパドルドライヤーにより連続的に198℃にて40分間加熱処理した(表面架橋工程)。その後、同様のパドルドライヤーを用いて60℃まで強制冷却した(冷却工程)。
さらに、上記第1分級工程で使用したものと同一の篩口径1600mmからなる揺動式円形篩い分け装置(装置の温度:60℃/目開き850μmの金属篩のみ使用、装置内の雰囲気露点:12℃)において、金属篩(目開き850μm)の下部に、直径30mmの白色(乳白色)のタッピングボール(ウレタン樹脂製/金属篩網の面積に対するタッピングボールの断面積の割合:16%)及び孔径20mmのステンレス製(材質:SUS304)製パンチングメタル(開孔率40%)を設置した。当該篩い分け装置を用いて、850μm通過物を分級し、目開き850μmの篩網の上に残留する物は再度粉砕した後、上記850μm通過物と混合することで、全量が850μm通過物である整粒された吸水性樹脂(13)を得た(整粒工程(第2分級工程))。なお、当該篩い分け装置に供給される粉砕工程後の吸水性樹脂粉末の温度は60℃に保温されていた。また、この篩い分け装置が据え付けられている架台は、接地抵抗値が5Ωの接地(除電)がなされていた。さらに、バグフィルターが設置された排気装置によって、該篩い分け装置内の減圧度が0.11kPaとされ、露点10℃、温度60℃の空気を2[m3/hr]で該篩分け装置内を通気させた。
上記第1分級工程において、図3に示すように金属篩網の下方に複数の支持材を配置した。1年間連続運転を行った後に、当該金属篩網を確認したところ、篩網の破損(破れ)は無かった。
なお、図3によると、半径0.8mの円形の篩網(丸篩)30の下部に二つの支持材(35、36)が配置されている。当該支持材(35、36)は、いずれも幅4cm、高さ3cmのリング形状を有しており、それぞれ支持材の上部はシリコンゴムで保護されている。支持材35は篩網の中心から0.4mの位置(篩網の半径1に対して0.5の位置)、支持材36は篩網の中心から0.56mの位置(篩網の半径1に対して0.7の位置)にそれぞれ配置されている。これらの支持材は篩網の下方のパンチングメタルの上部に固定され、篩網と支持材とは、篩網がたわんでいない状態で2mmの隙間を設けた。
なお、図3によると、半径0.8mの円形の篩網(丸篩)30の下部に二つの支持材(35、36)が配置されている。当該支持材(35、36)は、いずれも幅4cm、高さ3cmのリング形状を有しており、それぞれ支持材の上部はシリコンゴムで保護されている。支持材35は篩網の中心から0.4mの位置(篩網の半径1に対して0.5の位置)、支持材36は篩網の中心から0.56mの位置(篩網の半径1に対して0.7の位置)にそれぞれ配置されている。これらの支持材は篩網の下方のパンチングメタルの上部に固定され、篩網と支持材とは、篩網がたわんでいない状態で2mmの隙間を設けた。
[実施例14]
上記実施例13の第1分級工程において、篩口径が3000mmからなる揺動式円形篩い分け装置に変更した以外は、実施例13と同様の操作を行った。実施例13と同様、1年間連続運転を行った後に、当該金属篩網を確認したところ、篩網の破損(破れ)は無かった。
上記実施例13の第1分級工程において、篩口径が3000mmからなる揺動式円形篩い分け装置に変更した以外は、実施例13と同様の操作を行った。実施例13と同様、1年間連続運転を行った後に、当該金属篩網を確認したところ、篩網の破損(破れ)は無かった。
[比較例7]
上記実施例13の第1分級工程において、金属篩網の下方に支持材を配置しなかったこと以外は、実施例13と同様の操作を行った。
上記実施例13の第1分級工程において、金属篩網の下方に支持材を配置しなかったこと以外は、実施例13と同様の操作を行った。
結果、稼働開始後3ヶ月で、篩網に破損が生じた。そこで、篩網を交換し、処理量を半減して運転を再開した。
本発明に係るポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法は、吸水性樹脂の生産、特に大量生産に適用することができる。また、本発明で得られるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、紙オムツ等の衛生用品の吸収体用途に適している。
なお、本出願は、2012年8月1日に出願された日本国特許出願第2012−171042号、2012年8月2日に出願された日本国特許出願第2012−171554号および日本国特許出願第2012−171555号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。
10、20 揺動式篩分級装置、
121、122、123、21、22、23、30 篩網、
141、143、162、163 排出口、
17 軌跡記録用紙、
18 専用ボールペン、
24 パンチングメタル、
25 タッピングボール、
26 支持材、
35、36 支持材、
E エキセントリック勾配、
R ラジアル勾配。
121、122、123、21、22、23、30 篩網、
141、143、162、163 排出口、
17 軌跡記録用紙、
18 専用ボールペン、
24 パンチングメタル、
25 タッピングボール、
26 支持材、
35、36 支持材、
E エキセントリック勾配、
R ラジアル勾配。
Claims (18)
- アクリル酸(塩)を主成分とする単量体水溶液を重合する重合工程と、
上記重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体を乾燥する乾燥工程と、
上記乾燥工程で得られた重合体を分級する分級工程と、
を順次含む、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、
上記分級工程において揺動式篩分級装置を使用し、
上記揺動式篩分級装置の篩網の軌跡及び回転数が下記の範囲であり、
上記揺動式篩分級装置において、目的目開きに対して±2%の範囲の目開きを有する2以上の篩網を使用することを特徴とする、ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法;
ラジアル勾配R:5〜40mm、
タンジェンシャル勾配T:0.1〜25mm、
エキセントリック勾配E:40〜80mm、
回転数F:60〜600rpm。 - 上記揺動式篩分級装置で用いられる篩網の直径が2m以上、10m以下である、請求項1に記載の製造方法。
- 上記目的目開きが、600〜1000μmであることを特徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
- 上記目的目開きが、106〜212μmであることを特徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
- 上記揺動式篩分級装置において、篩網の下方で、上記篩網の枠より内側にリング形状の支持材が配置されていることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記リング形状の支持材が、上記篩網の同心円上に設けられたことを特徴とする、請求項5に記載の製造方法。
- アクリル酸(塩)水溶液を重合して含水ゲル状架橋重合体を得る重合工程と、
上記含水ゲル状架橋重合体を乾燥して吸水性樹脂粉末を得る乾燥工程と、
上記吸水性樹脂粉末を分級する分級工程と、
上記吸水性樹脂粉末を表面架橋する表面架橋工程と、を含む吸水性樹脂の製造方法であって、
上記表面架橋工程の前および/または表面架橋工程の後に行われる分級工程において、当該分級工程の揺動式篩分級装置において、使用される篩網が複数のリング形状の支持材を有し、
上記リング形状の支持材が、上記篩網の同心円上に設けられたことを特徴とする、吸水性樹脂の製造方法。 - 上記揺動式篩分級装置において、篩網の下方にパンチングメタルが配置され、上記支持材が上記パンチングメタルの上部に取り付けられ、上記篩網が上記支持材の上方に配置されることを特徴とする、請求項5〜7の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記支持材の少なくとも1つはゴム製または表面がゴムで被覆されてなる、請求項5〜8の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記揺動式篩分級装置において、上記篩網が丸篩であり、上記支持材が上記篩網の中心から篩網の半径1に対して0.20〜0.60の範囲に配置されている、請求項5〜9の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記揺動式篩分級装置において、更に、支持材を上記篩網の中心から篩網の半径1に対して0.61〜0.85の範囲に配置する、請求項10に記載の製造方法。
- 上記揺動式篩分級装置において、上記篩網と支持材との間隔が0mm以上5mm以下である、請求項5〜11の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記篩網と上記パンチングメタルとの間にタッピング材が配置されている、請求項8に記載の製造方法。
- 上記分級工程後に生成する吸水性樹脂微粉を上記乾燥工程以前にリサイクルする工程を更に含む、請求項1〜13の何れか1項に記載の製造方法。
- 得られるポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の通液性(SFC)が20(×10−7・cm3・g・s−1)以上である、請求項1〜14の何れか1項に記載の製造方法。
- 30日間以上の連続製造が行われる、請求項1〜15の何れか1項に記載の製造方法。
- 一定期間ごとに上記篩網を洗浄する、請求項1〜16の何れか1項に記載の製造方法。
- 上記洗浄が温水で行われる、請求項17に記載の製造方法。
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