JP4454735B2 - Method for producing water-absorbing polymer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不活性ガスを用いて親水性単量体を含んでなる溶液から酸素を除去したのちに、該溶液を重合反応に供する吸水性重合体(吸水性樹脂、または親水性重合体と同義)の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
吸水性重合体は、例えば、生理用品、紙おむつ等の衛生用品の吸収材;ドリップ吸収剤;土壌保水剤;等の広い用途に応用されている。これら吸水性重合体は、原料としての親水性単量体(以下、単に単量体と称する)をバッチ式、または、連続式で重合することにより製造される。上記単量体が、それを含んでなる溶液(以下、モノマー溶液と称する)として重合反応に供される場合、モノマー溶液に対し窒素ガス等の不活性ガスを供給し、該モノマー溶液に含まれる酸素を除去することが通常行われる。
【0003】
これは、上記モノマー溶液中に含まれる酸素(主に溶存酸素)が重合反応に与える影響を低減することを目的としたものであり、上記のようにモノマー溶液中に含まれる酸素を除去した後に重合反応に供することで、酸素による重合反応の阻害が低減され、良好な物性を有する吸水性重合体を生産性良く製造することが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、モノマー溶液に対し窒素ガス等の不活性ガスを供給して、重合反応に供する前に、該モノマー溶液から酸素を除去する方法によれば、内部に気泡が分散した含水ゲル(吸水性重合体の一形態)が製造される。これは、モノマー溶液中に不活性ガスが多量に含まれた状態で重合反応がおき、その気泡が分散するためであると考えられる。この、不活性ガス等の気泡が分散した含水ゲルは、以下に示す問題を有する。
【0005】
例えば、上記含水ゲルの一加工形態としての吸水性粒子(吸水性重合体の一形態)を製造すべく上記の含水ゲルを乾燥した後に粉砕処理すると、該吸水性粒子に加えて、微粉や鱗片状の断片が副産物として多量に発生する虞がある。これは、不活性ガス等の気泡に由来する空隙の周辺部が粉砕されるためである。
【0006】
これらの微粉や鱗片状の断片は、その体積の割に表面積が大きいため、吸水性粒子と比較して液体の吸収速度が速い。そのため、例えば、表面処理剤を一様に混合した場合、上記の微粉や鱗片状の断片が、表面処理剤を迅速に吸収してしまい、吸水性粒子の表面に該表面処理剤を均一に施すことが困難となる虞がある。また、表面処理剤を吸収した上記の微粉や鱗片状の断片同士が凝集して塊状となり、表面処理剤を混合した後の加熱処理が良好には行えなくなる虞がある。
【0007】
また、粉砕処理の結果、上記の吸水性粒子の表面には不活性ガスの気泡に由来する凹凸が露出する。表面に露出したこの凹凸は削られやすく、粉砕処理以外の工程においても微粉が発生する原因や、上記吸水性粒子の諸物性が低下する原因となりうる。より具体的には、例えば、吸水性粒子の製造工程(搬送工程等も含む)や、該吸水性粒子(または、含水ゲル)をおむつ等に用いられる吸水材に加工する工程等において、1)プロセスダメージを受けてその表面が削られて微粉が発生したり、表面処理剤が施された表面処理層が壊れたりする等の問題が発生する。また、これにより、2)加圧下吸収倍率;膨潤ゲル(吸水した吸水性粒子)の通液性;等の諸物性が低下する等の問題が発生する虞がある。さらに、粉砕工程、または、それ以外の工程において発生した上記微粉が、作業性を低下させることも考えられる。こうした問題の発生を抑止することは、例えば、駆動するベルト上面にモノマー溶液を供給し、該ベルト上で単量体を連続式で重合する場合に、特に重要となる。
【0008】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、従来のものと比較して残存する気泡(不活性ガス等)の量が少なく、優れた取扱い性と良好な諸物性とを有する吸水性重合体を製造する方法、及び該重合体の製造装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる吸水性重合体の製造方法は、上記の課題を解決するために、親水性単量体および架橋剤を含んでなる溶液を用いて、該親水性単量体を連続式で重合する吸水性重合体の製造方法であって、上記溶液を重合反応に供する前に、該溶液に不活性ガスを連続供給する工程と、上記溶液中に気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除く工程とを含んでなることを特徴としている。
【0010】
本発明にかかる吸水性重合体の製造方法はまた、上記の課題を解決するために、上記重合反応は、搬送手段に上記溶液を連続的に供給しながら行われる、連続静置重合であり、気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除く上記工程が、連続静置重合の搬送手段に上記溶液を供する前に行われることを特徴としている。
【0011】
本発明にかかる吸水性重合体の製造方法はさらに、上記の課題を解決するために、親水性単量体および架橋剤を含んでなる上記溶液が水溶液であり、上記水溶液は液厚1〜50mmで連続静置重合の搬送手段に供給され、上記重合反応により得られた含水ゲルを、乾燥機により100〜240℃の範囲内で乾燥することを特徴としている。
【0012】
本発明にかかる吸水性重合体の製造方法はさらに、上記の課題を解決するために、親水性単量体および架橋剤を含んでなる上記溶液が水溶液であり、最終的に得られる含水ゲルにおける、700nmの波長の光の透過率が10%以上となるように、上記溶液中に気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除くことを特徴としている。
【0013】
本発明にかかる吸水性重合体の製造方法はさらに、上記の課題を解決するために、気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除く上記工程が、上記溶液に超音波を照射する方法、上記溶液の旋回流を形成する方法、上記溶液を減圧環境下におく方法、上記溶液を重合反応が開始される直前に加熱する方法、上記溶液に消泡剤を添加する方法からなる群より選択される少なくとも一つの方法により行われることを特徴としている。
【0014】
本発明にかかる吸水性重合体の製造方法はさらに、上記の課題を解決するために、気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除く上記工程が、上記溶液に超音波を照射する方法により行われることを特徴としている。
【0015】
本発明にかかる吸水性重合体の製造方法はまた、上記の課題を解決するために、上記超音波の周波数が25kHz以上であることを特徴としている。
【0016】
本発明にかかる吸水性重合体の製造方法はさらに、上記の課題を解決するために、気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除く上記工程が、上記溶液の旋回流を形成する方法により行われることを特徴としている。
【0017】
本発明にかかる吸水性重合体の製造方法はさらに、上記の課題を解決するために、上記溶液の旋回流に対し、重合反応の開始剤が投入される工程をさらに含んでなることを特徴としている。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。尚、これによって、本発明が限定されるものではない。
【0019】
〔吸水性重合体の製造方法〕
本発明にかかる吸水性重合体の製造方法は、親水性単量体を含んでなる溶液を用いて、該親水性単量体を連続式で重合する吸水性重合体の製造方法であって、上記溶液を重合反応に供する前、換言すれば、該親水性単量体の重合反応が開始される前に、該溶液に不活性ガスを連続供給する工程と、上記溶液中に気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除く工程(以下、「上記溶液に供給された不活性ガスを除去する工程」と記す)とを含んでなる方法である。
【0020】
また、本発明にかかる吸水性重合体の製造方法は、親水性単量体を含んでなる溶液を用いて、該親水性単量体を重合する吸水性重合体の製造方法であって、1)上記溶液を重合反応に供する前に、該溶液に不活性ガスを供給する工程と、2)上記溶液に超音波を照射すること、および/または、上記溶液の旋回流を形成することにより、該溶液に供給された不活性ガスを除去する工程とを含んでなる方法である。尚、吸水性重合体とは、特に断りのない限り、以下に説明する「親水性単量体」を重合して製造される含水ゲル、該含水ゲルに粉砕処理および/または乾燥処理等を施して得られる粒状ゲル、吸水性微細粒子等の総称である。
【0021】
本発明において「親水性単量体」とは、吸水性重合体の原料として使用可能な単量体であれば特に限定されるものではない。具体的には、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸、等のアニオン性不飽和単量体およびその塩;アクリルアミド、メタアクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−n−プロピル(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、2−ヒドロキシプロピル(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モノ(メタ)アクリレート、ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、N−ビニルアセトアミド、N−アクリロイルピペリジン、N−アクリロイルピロリジン、等のノニオン性の親水基含有不飽和単量体;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドおよびその四級塩等のカチオン性不飽和単量体;等を挙げることができる。上記例示の単量体の中でも、アクリル酸、および、その塩(より具体的には、Li,Na,K等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩等)が主原料として好適に使用される。これらの親水性単量体は、単独で重合反応に使用してもよく、2種類以上のものを混合して使用してもよい。尚、以下、親水性単量体のことを単に単量体と称する。
【0022】
上記単量体としてアクリル酸とそのアルカリ金属塩(またはアンモニウム塩)とを使用する場合、最終的に製造される吸水性重合体における中和率(すなわち、アクリル酸のアルカリ金属塩(またはアンモニウム塩)のモル数/全単量体のモル数×100(%))は特に限定されるものではないが、0%〜90%の範囲内であることが好ましく、0%〜80%の範囲内であることがより好ましい。尚、上記の吸水性重合体における中和率は、重合反応に供する単量体としてのアクリル酸とそのアルカリ金属塩(またはアンモニウム塩)との混合割合により調整する他に、重合反応後に調整することも可能である。具体的には、例えば、中和率0%〜50%の単量体を使用する場合、重合反応により得られた吸水性重合体(含水ゲル)をアルカリ金属(またはアンモニウム)の炭酸塩や水酸化物により処理して、該吸水性重合体における中和率を、例えば、55%〜80%とすることができる。
【0023】
上記単量体は、該単量体を含んでなる溶液(以下、モノマー溶液と称する)として重合反応に供される。モノマー溶液としては、モノマー水溶液がより好ましい。該モノマー水溶液の濃度は特に限定されるものではないが、20重量%(質量百分率)〜50重量%であることが好ましく、30重量%〜45重量%であることがより好ましい。上記の濃度が20重量%以上であれば、得られる吸水性重合体の強度を確実に実用可能な値とすることができる。また、50重量%以下であれば重合反応により発生する反応熱の除去が容易であり、重合反応を確実にコントロールすることができる。
【0024】
上記モノマー溶液に対し、重合反応に供する前に不活性ガスが供給されて、該モノマー溶液中に含まれる溶存酸素が除去される。これは、溶存酸素が重合反応に与える影響を低減することを目的としたものである。モノマー溶液に供給される不活性ガスは上記説明の単量体と反応性がないものであれば特に限定されるものではなく、具体的には、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、また、場合によっては炭酸ガス、等が好適に使用される。
【0025】
また、モノマー溶液に不活性ガスを供給する方法も特に限定されるものではなく、具体的には、例えば、1)エジェクタ、またはアスピレータによりノズルから不活性ガス(またはモノマー溶液)を噴射し、モノマー溶液(または不活性ガス)の流れの中に不活性ガスを連続的に吹き込む(連続供給する)方法、2)モノマータンク内に貯蔵されたモノマー溶液に不活性ガスの導入管を入れ、不活性ガスを導入する方法、等を挙げることができる。上記例示の方法は、単独で使用してもよく、組み合わせて使用してもよい。モノマー溶液の溶存酸素除去の程度は特に限定されるものではないが、モノマー溶液中の溶存酸素量を、2mg/l以下とすることがより好ましく、1mg/lとすることがさらに好ましい。
【0026】
上記説明の方法で不活性ガスが供給されたモノマー溶液は、溶存酸素に代えて不活性ガスを含んでいる。以下、上記モノマー溶液中に含まれる不活性ガスを除去する工程について説明を行う。
【0027】
上記不活性ガスを除去する工程とは、上記モノマー溶液中に気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除く工程のことである。該工程における不活性ガスの除去の程度は、モノマー溶液を自然状態で放置した場合と比較して積極的に不活性ガスの除去が行われる限りにおいて特に限定されるものではない。また、不活性ガスを除去する該工程においては、除去しきれずに残っている溶存酸素等もあわせて除去できるという効果も奏する。
【0028】
尚、モノマー溶液中に含まれる不活性ガスの量は直接的に測定してもよいが、例えば、以下の実施例において説明するように、最終的に得られる吸水性重合体(含水ゲル)の光の透過率を測定することで間接的に測定することもできる。光の透過率を基準とする場合、該透過率が10%以上となることが好ましく、20%以上となることがより好ましく、50%以上となることがさらに好ましい。
【0029】
モノマー溶液からの不活性ガスの除去は、より具体的には、1)上記モノマー溶液に超音波を照射する方法、2)上記モノマー溶液の旋回流を形成する方法、3)上記モノマー溶液を減圧環境下におく方法、4)上記モノマー溶液を、重合反応がおこらない程度に加熱する方法、5)上記モノマー溶液に消泡剤を添加する方法、等より選択される少なくとも一つの方法、場合によっては、これらの方法の組合せにより行われる。
【0030】
上記1)の方法は、より具体的には、超音波発生装置(ガス除去手段)等を用いて上記モノマー溶液に超音波を照射する方法である。該超音波の周波数は20kHz以上であれば特に限定されるものではないが、25kHz〜60kHzの範囲内であることがより好ましい。上記周波数を25kHz以上とすることにより、モノマー溶液中に気泡として存在する不活性ガスが微分散することを防止できる。これにより、最終的に得られる吸水性重合体中に、微分散した気泡が残存することを防止することができる。尚、周波数が20kHz未満の音波を使用すると気泡が微分散することは公知である。また、上記周波数の上限は特に制限されるものではないが、一般に60kHzまでの超音波が工業的に使用可能である。
【0031】
モノマー溶液への超音波の照射は、A)該モノマー溶液が流動されていない場合、具体的には、例えば、該モノマー溶液が容器内に貯蔵されている場合;超音波の照射に際し、超音波照射槽内に一旦導入される場合;等、または、B)該モノマー溶液が流動されている場合、具体的には、例えば、該モノマー溶液が重合反応へ連続的に供給される場合;等のいずれかの場合に限定されることなく行うことができる。
【0032】
上記A)の場合における超音波の照射時間は特に限定されるものではないが、1秒以上10分以下の範囲内であることが好ましく、2秒以上5分以下の範囲内であることがより好ましく、1分以上3分以下の範囲内であることがさらに好ましい。上記照射時間を1秒以上とすることにより、モノマー溶液中に含まれる不活性ガスの気泡を、好適に除去することが可能となる。また、上記照射時間を10分以下とすることにより、超音波の照射によるエネルギーでモノマー溶液の温度が上昇し、重合反応が誘導される虞をなくすことができる。
【0033】
上記B)の場合における超音波の照射時間は、上記A)の説明における例示と同様であってよいが、超音波の照射時間を確保するため、場合によっては、モノマー溶液の流動速度を緩やかにする;モノマー溶液の流動方向に沿って複数の超音波発生装置を設ける;等の対策をとることが望ましい。
【0034】
上記モノマー溶液への超音波の照射のタイミングは、該モノマー溶液(または、モノマー溶液を含む重合反応開始後の反応系)より不活性ガスを除去することができる限りにおいて特に限定されるものではない。該タイミングとしては、モノマー溶液に不活性ガスが供給された直後から重合反応が開始されるまで(重合反応の開始剤を使用する場合には、該開始剤(以下に述べるレドックス系開始剤の場合は、酸化性開始剤と還元剤とが混合されたものを指す)がモノマー溶液に混合されるまで)の間における任意のタイミングがより好適であり、重合反応が開始される直前のタイミングがさらに好適である。
【0035】
また、上記2)の方法は、より具体的には、上記モノマー溶液を、例えば、図2に示すサイクロン室(ガス除去手段)等に導入し、該モノマー溶液の旋回流を形成する方法である。この方法によれば、サイクロン室等の内に螺旋状に示されたライン15bに沿って該モノマー溶液が流れることで旋回流が形成され、該旋回流の形成による遠心力により不活性ガスの気泡をモノマー溶液から分離することができる。加えて、モノマー溶液がライン15b上で薄膜状となることで、該気泡の脱泡が促進される。尚、モノマー溶液の旋回流を形成できる構成を有するものであれば、上記例示のサイクロン室以外のガス除去手段を、上記2)の方法の実行のために使用することもできる。
【0036】
上記モノマー溶液の旋回流を形成するタイミングは、該モノマー溶液(または、モノマー溶液を含む重合反応開始後の反応系)より不活性ガスを除去することができる限りにおいて特に限定されるものではない。該タイミングとしては、モノマー溶液に不活性ガスが供給された直後から重合反応が開始されるまでの間における任意のタイミングがより好適であるが、例えば、上記サイクロン室がモノマー溶液と重合反応の開始剤とを混合する混合塔を兼ねている場合等には、重合反応の初期段階において上記旋回流の形成が行われる場合もある。
【0037】
また、上記3)の方法は、例えば、密閉系またはそれに準じた系(以下、密閉系等と称する)内に導入された上記モノマー溶液を、減圧環境下におく方法である。上記の密閉系等としては、通常、吸水性重合体の製造装置の一部をそのまま利用することができるが、必要に応じて、不活性ガスの気泡を除去する工程を行うために別途取り付けられるものを利用することもできる。上記の減圧環境とは、例えば、密閉系等においてモノマー溶液と接する気体の気圧が大気圧以下である環境のことを指す。該気圧は、0.1kPa〜50kPaの範囲内であることが好ましく、0.5kPa〜10kPaの範囲内であることがより好ましい。このような減圧環境は、具体的には、例えば、真空ポンプ等を用いて密閉系等内部の気体を系外に排出する方法や、密閉系等内部の気体を冷却する方法、等を用いて形成されるが、減圧環境の形成方法は特に限定されるものではない。
【0038】
不活性ガスを含んでなる上記モノマー溶液が上記の減圧環境下におかれると、モノマー溶液中に溶存または気泡として存在する不活性ガスが、該モノマー溶液より除去され、密閉系等内部の空間に放出される。これは、減圧環境を形成する際の上記密閉系等における気圧のロスを補償するべく平衡移動がおこるためである。
【0039】
尚、密閉系等内部の気体を冷却する場合、該気体と接するモノマー溶液も冷却される虞がある。そして、モノマー溶液の冷却の程度によっては、該モノマー溶液における不活性ガスの溶解度が高まる虞がある。したがって、上記例示の減圧環境の形成方法の中では、真空ポンプ等を用いて密閉系等内部の気体を系外に排出する方法が通常より好ましい。
【0040】
上記モノマー溶液を減圧環境下におくタイミングは、該モノマー溶液(または、モノマー溶液を含む重合反応開始後の反応系)より不活性ガスを除去することができる限りにおいて特に限定されるものではない。該タイミングとしては、モノマー溶液に不活性ガスが供給された直後から重合反応が開始されるまでの間における、任意のタイミングがより好適であり、重合反応が開始される直前のタイミングがさらに好適である。
【0041】
また、上記4)の方法は、上記モノマー溶液を、重合反応がおこらない程度に加熱する方法である。不活性ガスを含んでなるモノマー溶液が上記のように加熱されると、モノマー溶液中に溶存または気泡として存在する不活性ガスが該モノマー溶液より除去され、密閉系等内部の空間に放出される。これは、加熱によりモノマー溶液における不活性ガスの溶解度が低下するためである。
【0042】
上記モノマー溶液の加熱は、モノマー溶液に不活性ガスが供給された直後から重合反応が開始されるまでの間における、任意のタイミングで行うことができるが、重合反応が開始される直前に行うことがより好ましい。
【0043】
尚、モノマー溶液を加熱すると、例えば密閉系等の内部の気体が間接的に加熱され、その気圧が上昇する。この場合には、上記気体がモノマー溶液に溶解する可能性があるが、重合反応がおこらない程度の加熱であれば通常この問題は無視することができる。
【0044】
また、上記5)の方法は、より具体的には、上記モノマー溶液に、例えば、界面活性剤、等の消泡剤を添加し、不活性ガスの気泡を消去する方法である。
【0045】
本発明において単量体の重合反応は通常、モノマー溶液を連続的に供給しながら(連続式で)行われる。また、静置重合であることがより好ましい。すなわち、上記の重合反応は連続静置重合であることが特に好ましい。尚、不活性ガスを除去する工程が、モノマー溶液に超音波を照射する方法、および/または、該モノマー溶液の旋回流を形成する方法により行われる場合、上記の重合反応は、一定量のモノマー溶液毎に(バッチ式で)行われてもよい。また、重合反応に供される直前のモノマー溶液は、上記説明のように不活性ガスが除去されている場合と、除去されていない場合とがある。
【0046】
上記の連続静置重合は、例えば、搬送ベルト(エンドレスタイプのものがより好ましい)やドラムドライヤー等の搬送手段を使用し、該搬送手段(の上面)にモノマー溶液を連続的に供給しながら行われる。上記搬送手段に供給されるモノマー溶液の液厚は特に限定されるものではないが、1mm〜50mmの範囲内であることが好ましく、10mm〜40mmの範囲内であることがより好ましく、20mm〜30mmの範囲内であることがさらに好ましい。上記液厚が1mm以上であれば、吸水性重合体の生産を工業的な水準で行うことができる。また、上記液厚が50mm以下であれば重合反応により発生する反応熱の除去が容易であり、重合反応中の突沸、得られる吸水性重合体中に含まれる可溶分の増加、該吸水性重合体の強度の低下を防止することができる。
【0047】
上記重合反応を開始させるにあたり、通常、重合反応の開始剤(重合開始剤)が使用される。上記重合開始剤としては、例えば、酸化性開始剤および還元剤を組み合わせてなるレドックス系開始剤;熱分解型開始剤;光重合開始剤;等を挙げることができるが特にこれらに限定されるものではない。これらの重合開始剤を使用することにより、例えば、ラジカル熱重合、ラジカル光重合等の単量体の重合反応が開始される。尚、上記重合開始剤は、単独で使用してもよく、複数種を組み合わせて使用してもよい。また、これらの重合開始剤は、例えば、水溶液等の溶液のかたちで使用してもよい。
【0048】
上記例示の重合開始剤の中では、レドックス系開始剤がより好ましい。該レドックス系開始剤に含まれる酸化性開始剤は特に限定されるものではないが、例えば、過硫酸塩、過酸化水素、ベンゾイルパーオキサイド、等を挙げることができる。また、該レドックス系開始剤に含まれる還元剤は特に限定されるものではないが、例えば、L−アスコルビン酸(塩)、イソアスコルビン酸(塩)、亜硫酸塩(その水素塩を含む)、チオ硫酸塩、アミン、鉄(II) イオン、モール塩、等を挙げることができる。上記の酸化性開始剤(または、還元剤)は一つのものを使用してもよく、複数を組み合わせて使用してもよい。上記酸化性開始剤と還元剤との組合せとして、具体的には、過硫酸ナトリウム(NaPs)等の過硫酸塩とL−アスコルビン酸(塩)との組合せ;過硫酸塩、過酸化水素、L−アスコルビン酸(塩)の組合せ;等が好適である。
【0049】
酸化性開始剤の使用量は特に限定されるものではないが、単量体1molに対し、0.0001g〜1gの範囲内であることが好ましく、0.001g〜0.5gの範囲内であることがより好ましい。酸化性開始剤の使用量を単量体1molに対し0.0001g以上とすることにより、重合反応を確実に開始させることができ、未反応のまま残存する単量体の量を低減することができる。また、該使用量を、単量体1molに対し1g以下とすることにより、重合反応が急激に進行してその反応熱(重合熱)の除去が困難となることを確実に防止することができる。加えて、得られる吸水性重合体中に含まれる可溶分の増加や、該重合体の吸収倍率の低下等の諸物性の低下を確実に防止することができる。
【0050】
還元剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、酸化性開始剤1molに対し、0.0001mol〜2molの範囲内であることが好ましい。還元剤の使用量を酸化性開始剤1molに対し0.0001mol以上とすることにより、重合反応を確実に開始・完結させることができる。また、該使用量を、酸化性開始剤1molに対し2mol以下とすることにより、急激な重合反応の進行のため単量体が未反応のまま残存することを確実に防止することができる。
【0051】
上記のレドックス系開始剤は、熱分解型開始剤と組み合わせて使用することができる。このようにすれは、重合反応に供されたモノマー溶液の温度が低い段階ではもっぱらレドックス系開始剤が機能し、重合反応の進行により該モノマー溶液の温度が上昇した段階では熱分解型開始剤が機能する。すなわち、重合反応を安定的に行うことができるので、吸水性能に優れ、水可溶分(可溶分)の少ない吸水性重合体を得ることができる。上記の熱分解型開始剤は特に限定されるものではないが、例えば、2,2' −アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2' −アゾビスイソブチロニトリル、2,2' −アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2' −アゾビスイソブチルアミド二水和物等のアゾ系開始剤;等を挙げることができる。これらの熱分解型開始剤は、一種類のみを使用してもよく、複数を組み合わせて使用してもよい。
【0052】
熱分解型開始剤の使用量は特に限定されるものではないが、単量体1molに対し、0.0001g〜1gの範囲内であることが好ましく、0.001g〜0.5gの範囲内であることがより好ましい。酸化性開始剤の使用量を単量体1molに対し0.0001g以上とすることで、添加する効果を確実に得ることができる。また、該使用量を、単量体1molに対し1g以下とすることで、重合反応が急激に進行してその重合熱の除去が困難となることを確実に防止することができる。加えて、得られる吸水性重合体中に含まれる可溶分の増加や、該重合体の吸収倍率の低下等の諸物性の低下を確実に防止することができる。
【0053】
レドックス系開始剤と熱分解型開始剤との組合せは、特に限定されるものではないが、過硫酸塩;過酸化水素;より選択される少なくとも一つの酸化性開始剤と、L−アスコルビン酸(塩);イソアスコルビン酸(塩);亜硫酸塩(その水素塩も含む);チオ硫酸塩;アミンより選択される少なくとも一つの還元剤と、2,2' −アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩等のアゾ系開始剤より選択される少なくとも一つの熱分解型開始剤との組合せが好適に用いられる。さらに具体的には、過硫酸塩、過酸化水素、アゾ系開始剤、L−アスコルビン酸(塩)の組合せ;等がより好適に用いられ、過硫酸塩、過酸化水素、2,2' −アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩(アゾ系開始剤)、L−アスコルビン酸(塩)の組合せが特に好適に用いられる。
【0054】
ところで、レドックス系開始剤を使用する場合(他の重合開始剤と組み合わせて使用する場合を含む)には、酸化性開始剤と還元剤とを異なるタイミングでモノマー溶液に投入することがより好ましい。レドックス系開始剤は、酸化性開始剤と還元剤とが混合されることで初めて機能するので、このような投入方法によれば重合反応開始のタイミングを任意に制御することが可能となる。また、重合開始剤としてレドックス系開始剤と熱分解型開始剤とを用いる場合には、酸化性開始剤と熱分解型開始剤とをモノマー溶液に混合する第一の混合工程と、還元剤を上記モノマー溶液に混合する第二の混合工程との2工程に分けて行われること、または、酸化性開始剤をモノマー溶液に混合する第一の混合工程と、還元剤と熱分解型開始剤とをモノマー溶液に混合する第二の混合工程との2工程に分けて行われること、がより好ましい。この場合、第一の混合工程と第二の混合工程との実施順序は特に限定されるものではない。尚、レドックス系開始剤と熱分解型開始剤とを用いる重合反応の詳細については、以下の吸水性重合体の製造装置の説明において記載する。
【0055】
上記重合反応においては、必要に応じて架橋剤を使用してもよい。該架橋剤は、分子内に2つ以上の官能基を有し、架橋構造の形成に寄与するものであれば特に限定されるものではない。架橋剤の存在下で重合反応を行うことにより耐久性に優れた吸水性重合体を得ることができる。また、場合によっては、重合反応により得られた含水ゲル(吸水性重合体の一形態)に架橋剤を添加し、架橋構造を形成させることもできる。この場合、含水ゲルの有するカルボキシル基等の官能基と反応性の有る、エポキシ基;アミノ基;水酸基;等を分子内に2個以上持つ架橋剤が好適に使用される。
【0056】
上記説明のように、本発明にかかる吸水性重合体の製造方法はいずれも、「モノマー溶液中に含まれる不活性ガスを除去する工程」を含んでいる。したがって、最終的に得られる吸水性重合体が含む気泡(不活性ガス等)の量は、従来の製造方法によるものと比較して少なくなる(または、0となる)。すなわち、該吸水性重合体において不活性ガスの気泡に由来する凹凸の発生が減少する。これにより、優れた取扱い性と良好な諸物性とを有する吸水性重合体が製造される。
【0057】
このようにして得られた吸水性重合体(含水ゲル)には、必要に応じて、ゲル粗砕機による粗砕処理;ゲル細粒化装置による粒状化処理;乾燥機による乾燥処理;ミル型粉砕機による(微)粉砕処理;等の処理が施される。上記の粗砕処理、粒状化処理、乾燥処理、粉砕処理、の全処理が行われる場合には、通常この順に行われる。
【0058】
上記粒状化処理とは、例えば、ニーダー、ミートチョッパー、堅型粉砕機、シュレッダー、ペレタイザー、スクリュウ式押出機、等のゲル細粒化装置を用いて、含水ゲルを平均粒径0.5mm〜3mmの粒状ゲル(吸水性重合体の一形態)とする処理である。
【0059】
上記乾燥処理とは、例えば、熱風乾燥機、流動層乾燥機、攪拌乾燥機、ロータリーキルン、ナウターミキサー、等の乾燥機を用いて、上記粒状ゲル等を乾燥する処理である。乾燥処理における乾燥温度は特に限定されるものではないが、100℃〜240℃の範囲内であることが好ましく、150℃〜220℃の範囲内であることがより好ましい。
【0060】
また、上記粉砕処理は、例えば、ピンミル、ロールミル、ハンマーミル、等の細粒化装置を用いて、例えば、乾燥処理された上記の粒状ゲルを吸水性微細粒子(吸水性重合体の一形態)へと(微)粉砕する処理である。上記の吸水性微細粒子の粒径は特に限定されるものではないが、850μmの篩目を通過する程度であることが好ましい。また、上記の吸水性微細粒子は、100μm〜200μmの篩目を有する篩で分級し、粒径150μm以下の粒子を5%以下とすることが好ましい。尚、吸水性微細粒子の平均粒径は、通常250μm〜500μmの範囲内である。
【0061】
上記含水ゲル、粒状ゲル(これらを乾燥処理したものも含む)、吸水性微細粒子(すなわち、吸水性重合体)に対しては、必要に応じて表面架橋剤(表面処理剤)による表面処理を施すこともできる。より具体的には、上記の吸水性重合体の表面近傍に対して、該吸水性重合体が通常有するカルボキシル基等の官能基と反応しうる表面架橋剤を施し架橋させることを指す。例えば、表面架橋剤と吸水性重合体とを混合した後、80℃〜220℃で加熱し、表面近傍のカルボキシル基と表面架橋剤とを反応させることにより行うことができる。この表面処理により、ゲル強度がアップし、加圧下の吸収倍率(加圧下吸収倍率)が向上する。
【0062】
尚、上記の乾燥処理、粉砕処理等が行われる際には、一般に、副産物として微粉や鱗片状の断片が発生する。これらの微粉や鱗片状の断片は、その体積の割に表面積が大きいため、例えば表面処理剤を迅速に吸収し、吸水性微細粒子等の表面に該表面処理剤を均一に施すことが困難となる原因となる。また、表面処理剤を吸収した上記の微粉や鱗片状の断片同士が凝集して塊状となれば、表面処理剤を混合した後の吸水性微細粒子等の加熱処理が良好には行えなくなる原因となる。
【0063】
しかしながら、本発明の製造方法により製造された吸水性重合体(含水ゲル)は、従来の製造方法によるものと比較して残存する気泡(不活性ガス等)の量が少ない(または0である)。そのため、上記の吸水性微細粒子(吸水性重合体の一形態)等の製造の際に、副産物として発生する微粉や鱗片状の断片の量を従来と比較して極めて少なくすることができる。それ故、吸水性微細粒子等に対し、例えば、表面処理剤により表面処理を均一に施すことが容易となり、また、該吸水性物質に表面処理剤を混合した後の加熱処理を良好に行うことができるという効果を奏する。加えて、上記の吸水性微細粒子等は、その表面に気泡に由来する凹凸が少なく、従来のものと比較して、1)プロセスダメージを受けて表面処理剤が施された表面処理層が壊れる虞が少ない。また、2)加圧下吸収倍率;通液性;等の諸物性が良好である。
【0064】
〔吸水性重合体の製造装置〕
本発明にかかる吸水性重合体の製造装置は、親水性単量体を含んでなる溶液に対し不活性ガスを連続供給するガス供給手段と、該親水性単量体を連続式で重合する重合部とが設けられた吸水性重合体の製造装置であって、上記溶液に対し供給された不活性ガスを除去するガス除去手段がさらに設けられた構成を有する。すなわち、ガス除去手段により上記溶液中に含まれる不活性ガスを除去し、従来のものと比較して残存する気泡(不活性ガス等)の量が少ない(または、ない)吸水性重合体を連続式で製造することができる製造装置である。
【0065】
上記製造装置は、例えば、図1に示すように、吸水性重合体の原料としての単量体を水溶液として貯蔵するモノマータンク11、不活性ガスを供給するエジェクタ(ガス供給手段)12、重合反応の開始剤を貯蔵する開始剤タンク13、還元剤を貯蔵する還元剤タンク14、上記単量体、開始剤、及び還元剤を混合する混合塔(ガス除去手段としてのサイクロン室を兼ねる)15、該混合塔15に設けられたノズル口15aから重合機18内に供給された単量体を搬送方向に連続搬送する搬送ベルト(搬送手段)16を有しており、さらに、重合機18上部壁には複数の温度検出手段27としての赤外線放射温度計T1 〜T6 が設けられている。尚、図1に示す製造装置において重合部とは、重合機18を指す。
【0066】
モノマータンク11には、上記単量体が、例えば水溶液として(以下、モノマー水溶液と称する)貯蔵されており、該モノマー水溶液はエジェクタ12より供給される不活性ガス(窒素ガス)により溶存酸素が除去された後、単量体供給路17を経由して混合塔15に導入される。
【0067】
図2に示すように、混合塔15は、1)螺旋状に示されたライン15bに沿ってモノマー水溶液が流れる第一の混合部(サイクロン室を兼ねる)と、2)第一の混合部に後続する第二の混合部とを備えた構成となっている。上記第一の混合部は、例えば、円柱状に形成された内面と円錐台状に形成された内面とが組み合わされ、下方に向かうにつれてその断面積が小さくなるように構成されている。また上記第二の混合部は、例えば、一定の断面積を有する細管形状となっている。
【0068】
上記第一の混合部において、単量体供給路17より導入されたモノマー水溶液はライン15bに沿って流れ、該モノマー水溶液の旋回流が形成される。これにより、不活性ガスの気泡をモノマー水溶液から除去(脱泡)することができる。また、不活性ガスの除去と並行して、上記モノマー水溶液に対してNaPs等の酸化性開始剤が開始剤供給路13aを経由して供給・混合される。
【0069】
不活性ガスの除去、及び酸化性開始剤等の混合がなされたモノマー水溶液は、続いて、上記第二の混合部に導入される。該第二の混合部において、該モノマー水溶液に対し、例えば、L−アスコルビン酸(L−A)等の還元剤が還元剤供給路14aを経由して供給・ライン混合される。これにより、単量体、酸化性開始剤、及び還元剤が混合されて重合反応が開始される。尚、上記説明のように酸化性開始剤および還元剤を含んでなるレドックス系開始剤を重合開始剤として使用する場合、還元剤の供給・混合を上記第一の混合部において行い、酸化性開始剤の供給・ライン混合を上記第二の混合部において行うようにしてもよい。レドックス系開始剤は、酸化性開始剤と還元剤とが混合されることで初めて機能するので、その一方をサイクロン室(第一の混合部)から混合し、他方をサイクロン室と重合機18との間(第二の混合部)でライン混合することにより、重合反応開始のタイミングを任意に制御することが可能となる。
【0070】
また、図1に示す製造装置において、例えば、過硫酸塩、過酸化水素、L−アスコルビン酸を組み合わせてなるレドックス系開始剤と、熱分解型開始剤としてのアゾ系開始剤(例えば、V−50;和光純薬工業株式会社製の商品名)とを重合開始剤として使用する場合には、酸化性開始剤(過硫酸塩、及び過酸化水素)と熱分解型開始剤(アゾ系開始剤)とを上記第一の混合部においてモノマー水溶液に混合し、還元剤(L−アスコルビン酸)を第一の混合部に後続する上記第二の混合部においてモノマー水溶液に混合することがより好ましい。このように上記4成分をモノマー水溶液に混合すれば、サイクロン室を兼ねる第一の混合部において重合反応が始まる虞を無くすことができる。
【0071】
換言すれば、レドックス系開始剤と熱分解型開始剤とをモノマー水溶液に連続混合する場合、酸化性開始剤と熱分解型開始剤とを第一の混合部から混合し、続いて還元剤を第一の混合部と重合機18との間(第二の混合部)でライン混合することがより好ましい。尚、酸化性開始剤、還元剤、熱分解型開始剤は、それぞれをライン混合することもできる。この場合においても、還元剤は最後(より好ましくは、重合機18に到る直前のタイミング)に混合することが好ましい。特に、重合反応の開始剤として、過硫酸塩、過酸化水素(いずれも酸化性開始剤)、還元剤としてのL−アスコルビン酸(塩)、2,2' −アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩(アゾ系開始剤)、を用いる場合、上記混合方法を用いることで、工業的なレベルで吸水性重合体を連続的に製造することが容易となる。
【0072】
混合塔15に導入されたモノマー水溶液は、続いてノズル口15aを経由して重合機18内に設けられた搬送ベルト16の上面に供給される。混合塔15の一端に設けられたノズル口15aは、搬送ベルト16によるモノマー水溶液の搬送方向と同方向に屈曲されている。この屈曲構造は、1)搬送ベルト16の上面へのモノマー水溶液の供給をスムーズに行うため、2)搬送ベルト16の上面へのモノマー水溶液の供給量を一定とするため、の構造であるが、特にこの構造に限定されるものではない。搬送ベルト16の上面へのモノマー水溶液の供給量(フィード量:ノズル口15aの幅が固定されている場合、液厚に相当)は特に限定されるものではない。
【0073】
搬送ベルト16は、より具体的には、同方向に一定速度で回転する駆動軸20・20により支持・駆動されるエンドレスタイプのベルトコンベアであり、その上方に設けられたフード41に覆われるとともに、窒素置換されている。また、搬送ベルト16の上面は、その搬送方向前段側に位置する一定領域(冷却ゾーン18a)が冷却されているとともに、その搬送方向後段側に位置する一定領域(加熱ゾーン18b)が加熱されている。尚、ここでいう「加熱」、「冷却」とはそれぞれ、反応系の温度を基準としたものである。
【0074】
搬送ベルト16の上面を冷却・加熱する方法は特に限定されるものではないが、例えば、冷却機・加熱機を用いて該上面を裏側より冷却・加熱する方法、冷水シャワー・温水シャワーを用いて該上面を裏側より冷却・加熱する方法、等を挙げることができる。冷水シャワーを用いて該上面を裏側より冷却する場合、冷水の温度は特に限定されるものではないが、0℃〜30℃の範囲内であることがより好ましい。また、温水シャワーまたは加熱機を用いて該上面を裏側より加熱する場合、加熱後の該上面の温度は特に限定されるものではないが、50℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがさらに好ましい。
【0075】
ノズル口15aを経由して搬送ベルト16の上面に供給(投入)された単量体は、該上面において連続静置重合される。搬送ベルト16の上面における重合反応は、冷却ゾーン18aにおいて一定期間冷却条件下で行われ、これに後続して、加熱ゾーン18bにおいて一定期間加熱条件下で行われる。これにより、重合反応に供されたモノマー水溶液は搬送ベルト16により重合機18中を搬送され、始めに、反応温度の過剰な上昇を抑制しながら重合反応が行われる。続いて、該反応温度の過剰な低下を抑制しながら重合反応・熟成が行われ、含水ゲル(吸水性重合体の一形態)19が製造される。
【0076】
また、上記の重合反応は、重合機18の上部壁に取り付けられた赤外線放射温度計T1 〜T6により、その反応温度が非接触的に測定されながら行われる。上記赤外線放射温度計T1 〜T6 は、図1に示すように、単量体の搬送方向に距離が互いに異なる複数の地点において、上記反応温度の測定を行うものである。これにより、該反応温度を経時的に測定し、その変化のパターンを容易にモニターすることが可能となる。
【0077】
尚、ガス除去手段は特にサイクロン室に限定されるものではない。具体的には、例えば、超音波発生装置をガス除去手段として、エジェクタ12から混合塔15に到る単量体供給路17内に設けてもよい。また、図3に示すように、超音波発生装置(ガス除去手段)を内蔵する超音波照射槽24を、エジェクタ12から混合塔15に到る単量体供給路17の途中に設けてもよい。該図3に示される混合塔15cは、サイクロン室を兼ねるものであっても、兼ねないものであってもよい。
【0078】
また、本発明にかかる吸水性重合体の製造装置は、図1または図3に例示のものに限定されるものではない。例えば、冷却ゾーン18a、および/または、加熱ゾーン18bを有しない製造装置であってもよい。
【0079】
製造された含水ゲル19は、搬送ベルト16により重合機18から搬出される。搬出された含水ゲル19は、重合機18とゲル粗砕機21との間に設けられた、複数の回転ロール40…により構成されるコロコンベアにより搬送されて、ゲル粗砕機21に搬入される。そして、ゲル粗砕機21により、例えば約10cm角の大きさに粗砕される。続いて、粗砕された含水ゲル19は、ゲル細粒化装置22により粒状化され、例えば、平均粒径0.5mm〜3.0mmの粒状ゲル(吸水性重合体の一形態)とされる。粒状ゲルは、さらに必要に応じて、図示しない乾燥機により乾燥された後にミル型粉砕機により微粉砕され、例えば、平均粒径250μm〜500μmの吸水性微細粒子(吸水性重合体の一形態)とされる。
【0080】
【実施例】
以下、実施例、及び比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。始めに、実施例、及び比較例において行われる物性試験について説明を行う。
【0081】
(光の透過率の測定)
吸水性重合体(含水ゲル)の吸収スペクトルを測定し、700nmの波長を有する光の透過率を測定する。測定装置としては、UV3100PC(株式会社島津製作所製)を用いた。該透過率を測定することにより、「モノマー溶液中に含まれる不活性ガスの量」を間接的に測定することができる。
【0082】
(吸収倍率の測定)
吸水性重合体(含水ゲル)に対し、粗砕処理、粒状化処理、加熱処理、(微)粉砕処理を施して得られた吸水性微細粒子(吸水性重合体の一形態)を用いて測定が行われる。該吸水性微細粒子0.2gを不織布製の袋(60mm×60mm)に均一に入れ、0.9重量%生理的食塩水中に浸漬した。20分後に該袋を生理的食塩水より引上げ、遠心分離機を用いて250Gで3分間水切りを行った後、該袋の重量W1(g)を測定した。
【0083】
同様の操作を、吸水性微細粒子を入れない不織布製の袋(60mm×60mm)で行い、該袋の重量W0(g)を測定した。吸収倍率(g/g)は、以下に示す式に従って求めた。
【0084】
吸収倍率(g/g)=(W1−W0)/吸水性微細粒子の重量(0.2g)
(加圧下吸収倍率の測定)
0.7psiの荷重下(加圧下)で行い、0.9重量%生理的食塩水中への不織布製の袋の浸漬時間を60分とした以外は、上記「吸収倍率の測定」と同様にしてW1(g)及びW0(g)を測定し、上記吸収倍率を求めた。そして、該吸収倍率を加圧下吸収倍率として使用した。
【0085】
(微粉量の測定)
重量W2の吸水性微細粒子に機械的ダメージ(以下の実施例1で述べる)を加えた後、これを150μmの篩目を有する篩にかけ、篩を通過した砕片を微粉として回収した。そして、該微粉の重量(W3)を吸水性微細粒子の重量(W2)で除し、微粉の割合を求めた。即ち、微粉量は、以下の式で示される。
【0086】
微粉量(%)=(W3/W2)×100
〔実施例1〕
図3に示す製造装置を用いて吸水性重合体の製造を行った。本実施例において、搬送ベルト16は、幅60cm、長さ(すなわち、駆動軸20・20の中心間距離)24mのステンレス製のエンドレスベルトである。また、搬送ベルト16の搬送速度は1m/分であり、また、冷却ゾーン18aの長さは15m、加熱ゾーン18bの長さは9mである。上記冷却ゾーンは冷却機により15℃に冷却されており、上記加熱ゾーンは加熱機により70℃に加熱されている。
【0087】
吸水性重合体の原料として70%中和アクリル酸ナトリウム(単量体)を使用した。始めに、該アクリル酸ナトリウムの39重量%水溶液を調製し、該水溶液に架橋剤としてのポリエチレングリコールジアクリレートを該アクリル酸ナトリウム1モルに対して0.1モルとなるように加えたものをモノマー水溶液としてモノマータンク11に供給した。続いて、エジェクタ12によりノズルから窒素ガス(不活性ガス)を毎分3Lで供給し、モノマータンク11より供給されるモノマー水溶液の流れ(毎分0.95L)の中に上記窒素ガスを連続的に吹き込んだ。これにより、該モノマー水溶液中に含まれる溶存酸素の除去を連続的に行った。その結果、モノマー水溶液中の溶存酸素量は、0.3mg/Lとなった。
【0088】
続いてモノマー水溶液は、超音波照射槽24に供給され、ここで38kHzの周波数の超音波が照射された。モノマー水溶液の超音波照射槽での平均滞留時間(超音波の平均照射時間に等しい)は、2.4分であった。また、この時のモノマー水溶液の温度は18℃であった。
【0089】
超音波により窒素ガスが除去されたモノマー水溶液は、続いて混合塔(サイクロン室を兼ねない)15cに供給された。混合塔15cにおいては、上記アクリル酸ナトリウム1モルに対し0.12gの過硫酸ナトリウム、0.0015gの過酸化水素(ともに酸化性開始剤)が、それぞれ異なる開始剤タンク13…より供給され、これに後続して、該アクリル酸ナトリウム1モルに対し0.0018gのL−アスコルビン酸(還元剤)が還元剤タンク14より供給され、モノマー水溶液と混合された。
【0090】
続いて、上記モノマー水溶液は、ノズル口15aを経由して、その液厚が23mmとなるように搬送ベルト16の上面に連続供給(連続投入)され、重合反応が行われた。上記の搬送ベルト16上では、モノマー水溶液投入後約30秒でアクリル酸ナトリウムの重合が開始され、9分後に重合ピークを迎えた。この時のピーク温度は98℃であった。重合ピーク後更に15分間重合反応を続行した結果、含水ゲル(吸水性重合体の一形態)19が製造された。そして含水ゲル19を搬送ベルト16の上面よりかきとり、上記説明の光の透過率の測定を行ったところ72%であった。
【0091】
搬送ベルト16の上面よりかきとった含水ゲル19は、ゲル粗砕機21により10cm角の大きさに粗砕され、次いで胴体内部にらせん状の突起が設けられたスクリュウ式押出機(ゲル細粒化装置22に相当)に投入された。そして、該スクリュウ式押出機に設けられた孔径16mmの多孔板より含水ゲル19を押出して該含水ゲル19を粒状ゲル(図示せず)とした。得られた粒状ゲルの平均粒径は1.5mmであった。
【0092】
粒状ゲルを170℃で43分間熱風乾燥処理した後にロールミル(図示しないミル型粉砕機に相当)に供し、粒径850μm以下の吸水性微細粒子とした。続いて、該吸水性微細粒子を150μmの篩目を有する篩で分級し、粒径150μm以下の粒子を取り除いた。分級により得られた吸水性微細粒子の平均粒径は、約400μmであった。
【0093】
続いて、上記の吸水性微細粒子100重量部に対し、1,4−ブタンジオール0.5重量部、プロピレングリコール0.5重量部、イソプロピルアルコール1重量部、水3重量部からなる表面架橋剤の溶液を混合し、210℃で加熱処理することにより、本発明にかかる吸水性重合体の一形態としての吸水性微細粒子Aを得た。
【0094】
続いて、上記の吸水性微細粒子Aに以下に示す機械的ダメージを与えた後に、吸収倍率、加圧下吸収倍率、微粉量の測定を行った。これにより、本発明にかかる吸水性重合体の物性の評価を行った。尚、各物性の測定結果は、光の透過率の測定結果とともに以下の表1に示した。
【0095】
(機械的ダメージ)
ガラス製容器(山村硝子社製マヨネーズ瓶、商品名:A−29)に、30gの吸水性微細粒子Aと、30gのガラスビーズ(直径約6mmの精密分留充填用ソーダ石灰ガラスビーズ)とを入れた。これを分散機(東洋精機製作所製、No488試験用分散機)に備えられたクランプ間に挟んで固定し、100V/60Hzで振動回転数750cpmの振動を30分間与えた。これにより、上記ガラス製容器は、クランプの取り付け面に対して左右に各々12.5°傾斜運動するとともに前後に各々8mm振動し、該ガラス製容器内の吸水性微細粒子Aにその空気輸送時と同等の機械的ダメージを与えることができる。
【0096】
〔比較例1〕
上記実施例1において、超音波の照射を行わなかった以外は、同一の条件で吸水性微細粒子(吸水性微細粒子Bと称する)の製造、及び含水ゲル19の光の透過率の測定を行った。続いて、吸水性微細粒子Bに実施例1と同様にして機械的ダメージを与えた後に、吸収倍率、加圧下吸収倍率、微粉量の測定を行った。尚、各物性の測定結果は、光の透過率の測定結果とともに以下の表1に示した。
【0097】
〔実施例2〕
上記実施例1において、ノズルから窒素ガス(不活性ガス)を毎分9Lで供給した以外は、同一の条件で吸水性微細粒子(吸水性微細粒子Cと称する)の製造、及び含水ゲル19の光の透過率の測定を行った。続いて、吸水性微細粒子Cに実施例1と同様にして機械的ダメージを与えた後に、吸収倍率、加圧下吸収倍率、微粉量の測定を行った。これにより、本発明にかかる吸水性重合体の物性の評価を行った。尚、各物性の測定結果は、光の透過率の測定結果とともに以下の表1に示した。
【0098】
〔実施例3〕
図1に示す吸水性重合体の製造装置を用いて吸水性重合体の製造を行った。尚、本実施例において、搬送ベルト16、冷却ゾーン18a、加熱ゾーン18bに関する条件は、上記実施例1と同様である。
【0099】
吸水性重合体の原料として65%中和アクリル酸ナトリウム(単量体)を使用した。始めに、該アクリル酸ナトリウムの35重量%水溶液を調製し、該水溶液に架橋剤としてのポリエチレングリコールジアクリレートを該アクリル酸ナトリウム1モルに対して0.04モルとなるように加えたものをモノマー水溶液としてモノマータンク11に供給した。続いて、エジェクタ12によりノズルから窒素ガス(不活性ガス)を毎分1Lで供給し、モノマータンク11より供給されるモノマー水溶液の流れ(毎分0.95L)の中に上記窒素ガスを連続的に吹き込んだ。これにより、該モノマー水溶液中に含まれる溶存酸素の除去を連続的に行った。その結果、モノマー水溶液中の溶存酸素量は、0.3mg/Lとなった。
【0100】
モノマー水溶液は、続いて混合塔15に供給された。該混合塔15は内部にテフロンコーティングが施されており、図2に示すように、1)螺旋状に示されたライン15bに沿ってモノマー水溶液が流れる第一の混合部(サイクロン室を兼ねる)と、2)第一の混合部に後続する第二の混合部とを備えた構成となっている。
【0101】
上記第一の混合部においては、上記アクリル酸ナトリウム1モルに対し0.02gの0.5重量%過硫酸ナトリウム水溶液、0.002gの0.1重量%過酸化水素水(ともに酸化性開始剤)、および、0.02gの0.5重量%2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩水溶液(熱分解型開始剤)が、それぞれ異なる開始剤タンク13…より同時に滴下供給された。そして、旋回流の形成によるモノマー水溶液からの窒素ガスの脱泡と、酸化性開始剤、熱分解型開始剤の該モノマー水溶液への混合とが同時に行われた。
【0102】
上記第一の混合部(サイクロン室を兼ねる)を出たモノマー水溶液は、第二の混合部に導入された。該第二の混合部において、該アクリル酸ナトリウム1モルに対し0.0014gの0.005重量%L−アスコルビン酸(還元剤)水溶液が還元剤タンク14より供給され、モノマー水溶液にライン混合された。
【0103】
窒素ガスが除去(脱泡)されたモノマー水溶液は、ノズル口15aを経由して、その液厚が25mmとなるように搬送ベルト16の上面に連続供給(連続投入)され、重合反応が行われた。上記の搬送ベルト16上では、モノマー水溶液投入後約3分でアクリル酸ナトリウムの重合が開始され、12分後に重合ピークを迎えた。この時のピーク温度は85℃であった。重合ピーク後更に12分間重合反応を続行した結果、含水ゲル(吸水性重合体の一形態)19が製造された。そして含水ゲル19を搬送ベルト16の上面よりかきとり、上記説明の光の透過率の測定を行ったところ50%であった。
【0104】
搬送ベルト16の上面よりかきとった含水ゲル19は、ゲル粗砕機21により10cm角の大きさに粗砕され、次いで胴体内部にらせん状の突起が設けられたスクリュウ式押出機(ゲル細粒化装置22に相当)に投入された。そして、該スクリュウ式押出機に設けられた孔径9.5mmの多孔板より含水ゲル19を押出して粒状ゲル(図示せず)とした。得られた粒状ゲルの平均粒径は1.7mmであった。
【0105】
粒状ゲルを170℃で43分間熱風乾燥処理した後にロールミル(図示しないミル型粉砕機に相当)に供し、粒径850μm以下の吸水性微細粒子とした。続いて、該吸水性微細粒子を150μmの篩目を有する篩で分級し、粒径150μm以下の粒子を取り除いた。分級により得られた吸水性微細粒子の平均粒径は、約300μmであった。
【0106】
上記の吸水性微細粒子100重量部に対し、1,4−ブタンジオール0.5重量部、プロピレングリコール0.5重量部、イソプロピルアルコール1重量部、水3重量部からなる表面架橋剤の溶液を混合し、195℃で加熱処理することにより、本発明にかかる吸水性重合体の一形態としての吸水性微細粒子Dを得た。続いて、吸水性微細粒子Dに実施例1と同様にして機械的ダメージを与えた後に、吸収倍率、加圧下吸収倍率、微粉量の測定を行った。これにより、本発明にかかる吸水性重合体の物性の評価を行った。尚、各物性の測定結果は、光の透過率の測定結果とともに以下の表1にまとめて示す。
【0107】
【表1】
【0108】
上記の表1によれば、実施例1〜3で得られた吸水性微細粒子A,C,Dは、比較例1で得られた吸水性微細粒子Bと比較して、1)含水ゲルの状態での光の透過率が高い。すなわち、残存する気泡の量が低減されていることが判る。そして、空気輸送を想定した機械的ダメージを与えた場合でも、2)微粉(鱗片状の断片の一部も含む)の発生量が少なく、3)加圧下吸収倍率;吸収倍率;が良好である。
【0109】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる吸水性重合体の製造方法、及び製造装置によれば、最終的に得られる吸水性重合体に残存する気泡(不活性ガス等)の量は、従来の製造方法によるものと比較して少なくなる(または、0となる)。これにより、優れた取扱い性と良好な諸物性とを有する吸水性重合体を製造することができるという効果を奏する。
【0110】
例えば、吸水性重合体の一形態としての含水ゲルを乾燥した後に(微)粉砕処理して吸水性微細粒子(吸水性重合体の他の形態)とする場合、副産物として発生する微粉や鱗片状の断片の量を従来と比較して極めて少なくすることができる。それ故、上記の吸水性微細粒子等に対し、例えば、表面処理剤により表面処理を均一に施すことが容易となり、また、該吸水性物質に表面処理剤を混合した後の加熱処理を良好に行うことができる。加えて、上記の吸水性微細粒子は、その表面に気泡に由来する凹凸が少なく、従来のものと比較して、1)プロセスダメージを受けて表面処理剤が施された表面処理層が壊れる虞が少ない。また、2)加圧下吸収倍率;通液性;等の諸物性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる吸水性重合体の製造装置の一例を示す概略の構成図である。
【図2】 図1に示す製造装置に設けられた混合塔(サイクロン室を兼ねる)の概略構成を示す拡大図である。
【図3】 本発明にかかる吸水性重合体の製造装置の他の例を示す概略の構成図である。
【符号の説明】
12 エジェクタ(ガス供給手段)
15 混合塔(サイクロン室;ガス除去手段)
18 重合機(重合部)
24 超音波照射槽[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a water-absorbing polymer (a water-absorbing resin or a hydrophilic polymer), which uses an inert gas to remove oxygen from a solution containing a hydrophilic monomer and then subject the solution to a polymerization reaction. Synonymous).
[0002]
[Prior art]
The water-absorbing polymer is applied to a wide range of applications such as absorbent materials for sanitary products such as sanitary products and disposable diapers; drip absorbents; These water-absorbing polymers are produced by polymerizing a hydrophilic monomer (hereinafter simply referred to as a monomer) as a raw material in a batch system or a continuous system. When the monomer is subjected to a polymerization reaction as a solution containing the monomer (hereinafter referred to as a monomer solution), an inert gas such as nitrogen gas is supplied to the monomer solution and is contained in the monomer solution. It is common to remove oxygen.
[0003]
This is intended to reduce the influence of oxygen (mainly dissolved oxygen) contained in the monomer solution on the polymerization reaction, and after removing oxygen contained in the monomer solution as described above. By using the polymerization reaction, inhibition of the polymerization reaction due to oxygen is reduced, and a water-absorbing polymer having good physical properties can be produced with high productivity.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, according to the method of supplying an inert gas such as nitrogen gas to the monomer solution and removing the oxygen from the monomer solution before subjecting it to the polymerization reaction, a hydrous gel (water absorbing weight) in which bubbles are dispersed is provided. One form of coalescence is produced. This is presumably because the polymerization reaction occurs in a state where a large amount of inert gas is contained in the monomer solution, and the bubbles are dispersed. The hydrogel in which bubbles such as inert gas are dispersed has the following problems.
[0005]
For example, when the water-containing gel is dried and then pulverized to produce water-absorbing particles (one form of water-absorbing polymer) as one processed form of the water-containing gel, fine powder and scale pieces are added to the water-absorbing particles. There is a risk that a large amount of the fragments will be generated as a by-product. This is because the peripheral part of the space derived from bubbles such as inert gas is crushed.
[0006]
Since these fine powders and scaly fragments have a large surface area relative to their volume, the liquid absorption rate is faster than that of the water-absorbing particles. Therefore, for example, when the surface treatment agent is uniformly mixed, the fine powder and the scaly fragments absorb the surface treatment agent quickly, and uniformly apply the surface treatment agent to the surfaces of the water-absorbing particles. May be difficult. In addition, the fine powder and scale-like fragments that have absorbed the surface treatment agent aggregate to form a lump, and heat treatment after mixing the surface treatment agent may not be performed satisfactorily.
[0007]
Further, as a result of the pulverization treatment, irregularities derived from the bubbles of the inert gas are exposed on the surfaces of the water-absorbing particles. The unevenness exposed on the surface is easy to be scraped off, which may cause fine powder to be generated in processes other than the pulverization process, and may cause various physical properties of the water-absorbing particles to deteriorate. More specifically, for example, in a process for producing water-absorbing particles (including a transporting process) and a process for processing the water-absorbing particles (or hydrous gel) into a water-absorbing material used for diapers or the like 1) Upon processing damage, the surface is shaved and fine powder is generated, or the surface treatment layer to which the surface treatment agent is applied is broken. Fake Problems occur. Further, this may cause problems such as deterioration in various physical properties such as 2) absorption capacity under pressure; liquid permeability of swollen gel (water-absorbing water-absorbing particles); Furthermore, it is also conceivable that the fine powder generated in the pulverization step or other steps may reduce workability. Suppressing the occurrence of such a problem is particularly important when, for example, a monomer solution is supplied to the upper surface of the belt to be driven and the monomer is continuously polymerized on the belt.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the amount of remaining bubbles (inert gas, etc.) compared to the conventional one, and to provide excellent handling properties and goodness. Another object of the present invention is to provide a method for producing a water-absorbing polymer having various physical properties and an apparatus for producing the polymer.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention polymerizes the hydrophilic monomer continuously using a solution containing the hydrophilic monomer and a crosslinking agent. A process for continuously supplying an inert gas to the solution before the solution is subjected to a polymerization reaction; and Degas the inert gas present as bubbles in the inside or remove the dissolved inert gas And a process.
[0010]
In order to solve the above problems, the method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention is a continuous static polymerization in which the polymerization reaction is performed while continuously supplying the solution to a conveying means. Degas the inert gas present as bubbles, or remove dissolved inert gas The step is performed before the solution is supplied to a conveying means for continuous stationary polymerization.
[0011]
In order to solve the above-described problems, the method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention further comprises an aqueous solution of the hydrophilic monomer and the crosslinking agent, and the aqueous solution has a liquid thickness of 1 to 50 mm. The water-containing gel obtained by the above-described polymerization reaction is dried within a range of 100 to 240 ° C. by a dryer.
[0012]
In order to solve the above-mentioned problem, the method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention further comprises a solution containing a hydrophilic monomer and a cross-linking agent, and the final solution is a hydrous gel. The above solution so that the transmittance of light having a wavelength of 700 nm is 10% or more. Degas the inert gas present as bubbles in the inside or remove the dissolved inert gas It is characterized by that.
[0013]
In order to solve the above problems, the method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention further provides: Degas the inert gas present as bubbles, or remove dissolved inert gas The above process the above A method of irradiating the solution with ultrasonic waves, the above A method of forming a swirl of solution, the above A method of placing the solution in a vacuum environment; the above Heating the solution just before the polymerization reaction starts, the above It is characterized by being carried out by at least one method selected from the group consisting of a method of adding an antifoaming agent to the solution.
[0014]
In order to solve the above problems, the method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention further provides: Degas the inert gas present as bubbles, or remove dissolved inert gas The above process irradiates the solution with ultrasonic waves Done by way It is characterized by that.
[0015]
In order to solve the above problems, the method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention is characterized in that the frequency of the ultrasonic wave is 25 kHz or more.
[0016]
In order to solve the above problems, the method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention further provides: Degas the inert gas present as bubbles, or remove dissolved inert gas The process forms a swirl of the solution Done by way It is characterized by that.
[0017]
In order to solve the above problems, the method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention further includes a step of introducing a polymerization reaction initiator into the swirling flow of the solution. Yes.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described as follows. Note that the present invention is not limited thereby.
[0019]
[Method for producing water-absorbing polymer]
A method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention is a method for producing a water-absorbing polymer in which a hydrophilic monomer is polymerized in a continuous manner using a solution containing the hydrophilic monomer, Before subjecting the solution to a polymerization reaction, in other words, before the polymerization reaction of the hydrophilic monomer is started, continuously supplying an inert gas to the solution; Degassing the inert gas present as bubbles in the solution or removing the dissolved inert gas (hereinafter referred to as “ Removing the inert gas supplied to the solution ") A method comprising:
[0020]
A method for producing a water-absorbing polymer according to the present invention is a method for producing a water-absorbing polymer in which a hydrophilic monomer is used to polymerize the hydrophilic monomer. A) supplying an inert gas to the solution before subjecting the solution to a polymerization reaction; and 2) irradiating the solution with ultrasonic waves and / or forming a swirl of the solution, Removing the inert gas supplied to the solution. Unless otherwise specified, the water-absorbing polymer is a hydrogel produced by polymerizing a “hydrophilic monomer” described below, and the hydrogel is subjected to pulverization and / or drying treatment. It is a general term for granular gels, water-absorbing fine particles, and the like obtained in this way.
[0021]
In the present invention, the “hydrophilic monomer” is not particularly limited as long as it is a monomer that can be used as a raw material for the water-absorbing polymer. Specifically, for example, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, 2- (meth) acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, 2- (meth) acryloylethane sulfonic acid, 2- Anionic unsaturated monomers such as (meth) acryloylpropanesulfonic acid and salts thereof; acrylamide, methacrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, Nn-propyl (meth) acrylamide, N-isopropyl (meth) Acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, methoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate, vinyl pyri N, N-vinylpyrrolidone, N-vinylacetamide, N-acryloylpiperidine, N-acryloylpyrrolidine, and other nonionic hydrophilic group-containing unsaturated monomers; N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, N, Cationic unsaturated monomers such as N-diethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylamide and quaternary salts thereof; be able to. Among the above-exemplified monomers, acrylic acid and salts thereof (more specifically, alkali metal salts such as Li, Na and K, ammonium salts and the like) are preferably used as the main raw material. These hydrophilic monomers may be used alone in the polymerization reaction, or two or more types may be mixed and used. Hereinafter, the hydrophilic monomer is simply referred to as a monomer.
[0022]
When acrylic acid and its alkali metal salt (or ammonium salt) are used as the monomer, the neutralization rate (namely, alkali metal salt (or ammonium salt of acrylic acid) in the finally produced water-absorbing polymer. ) / Mol of all monomers × 100 (%)) is not particularly limited, but is preferably in the range of 0% to 90%, and in the range of 0% to 80%. It is more preferable that The neutralization rate in the water-absorbing polymer is adjusted after the polymerization reaction, in addition to the mixing ratio of acrylic acid as a monomer to be subjected to the polymerization reaction and its alkali metal salt (or ammonium salt). It is also possible. Specifically, for example, when using a monomer with a neutralization rate of 0% to 50%, the water-absorbing polymer (hydrous gel) obtained by the polymerization reaction is converted to an alkali metal (or ammonium) carbonate or water. By treating with an oxide, the neutralization rate in the water-absorbing polymer can be, for example, 55% to 80%.
[0023]
The monomer is subjected to a polymerization reaction as a solution containing the monomer (hereinafter referred to as a monomer solution). As the monomer solution, an aqueous monomer solution is more preferable. The concentration of the aqueous monomer solution is not particularly limited, but is preferably 20% by weight (mass percentage) to 50% by weight, and more preferably 30% to 45% by weight. If said density | concentration is 20 weight% or more, the intensity | strength of the water-absorbing polymer obtained can be reliably made into a practical value. Moreover, if it is 50 weight% or less, the reaction heat generated by the polymerization reaction can be easily removed, and the polymerization reaction can be reliably controlled.
[0024]
An inert gas is supplied to the monomer solution before being subjected to the polymerization reaction, so that dissolved oxygen contained in the monomer solution is removed. This is intended to reduce the influence of dissolved oxygen on the polymerization reaction. The inert gas supplied to the monomer solution is not particularly limited as long as it is not reactive with the monomer described above. Specifically, for example, nitrogen, argon, helium, and in some cases Carbon dioxide gas or the like is preferably used.
[0025]
Also, the method for supplying the inert gas to the monomer solution is not particularly limited. Specifically, for example, 1) an inert gas (or monomer solution) is ejected from a nozzle by an ejector or an aspirator, and the monomer is A method in which an inert gas is continuously blown into the flow of the solution (or inert gas) (continuous supply), 2) an inert gas introduction pipe is placed in the monomer solution stored in the monomer tank, and the inert gas is inactive Examples thereof include a method of introducing a gas. The above exemplified methods may be used alone or in combination. The degree of removal of dissolved oxygen in the monomer solution is not particularly limited, but the amount of dissolved oxygen in the monomer solution is more preferably 2 mg / l or less, and even more preferably 1 mg / l.
[0026]
The monomer solution to which the inert gas is supplied by the method described above contains an inert gas instead of dissolved oxygen. Hereinafter, the process of removing the inert gas contained in the monomer solution will be described.
[0027]
The step of removing the inert gas is a step of removing the inert gas present as bubbles in the monomer solution or removing the dissolved inert gas. The degree of removal of the inert gas in the step is not particularly limited as long as the inert gas is positively removed as compared with the case where the monomer solution is left in a natural state. Further, in the step of removing the inert gas, there is an effect that the dissolved oxygen remaining without being removed can be removed together.
[0028]
The amount of the inert gas contained in the monomer solution may be directly measured. For example, as described in the following examples, the final water-absorbing polymer (hydrous gel) It can also be measured indirectly by measuring the light transmittance. When the light transmittance is used as a reference, the transmittance is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and further preferably 50% or more.
[0029]
More specifically, the inert gas is removed from the monomer solution by 1) a method of irradiating the monomer solution with ultrasonic waves, 2) a method of forming a swirling flow of the monomer solution, and 3) depressurizing the monomer solution. 4) At least one method selected from a method of placing in an environment, 4) a method of heating the monomer solution to such an extent that a polymerization reaction does not occur, 5) a method of adding an antifoaming agent to the monomer solution, and the like. Is performed by a combination of these methods.
[0030]
More specifically, the method 1) is a method of irradiating the monomer solution with ultrasonic waves using an ultrasonic generator (gas removing means) or the like. The frequency of the ultrasonic wave is not particularly limited as long as it is 20 kHz or more, but is more preferably in the range of 25 kHz to 60 kHz. By setting the frequency to 25 kHz or more, it is possible to prevent the inert gas present as bubbles in the monomer solution from being finely dispersed. Thereby, it is possible to prevent finely dispersed bubbles from remaining in the finally obtained water-absorbing polymer. It is known that bubbles are finely dispersed when using a sound wave having a frequency of less than 20 kHz. The upper limit of the frequency is not particularly limited, but generally ultrasonic waves up to 60 kHz can be used industrially.
[0031]
When the monomer solution is not flowing, specifically, for example, when the monomer solution is stored in a container; in the irradiation of ultrasonic waves, When once introduced into the irradiation tank; etc., or B) When the monomer solution is flowing, specifically, for example, when the monomer solution is continuously supplied to the polymerization reaction, etc. It can carry out without being limited to either case.
[0032]
The ultrasonic irradiation time in the case of A) is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 second to 10 minutes, more preferably in the range of 2 seconds to 5 minutes. Preferably, it is in the range of 1 minute or more and 3 minutes or less. By setting the irradiation time to 1 second or longer, it is possible to suitably remove the inert gas bubbles contained in the monomer solution. In addition, by setting the irradiation time to 10 minutes or less, it is possible to eliminate the possibility that the temperature of the monomer solution is increased by the energy of ultrasonic irradiation and the polymerization reaction is induced.
[0033]
The ultrasonic irradiation time in the case of B) may be the same as the example in the description of A). However, in order to secure the ultrasonic irradiation time, the flow rate of the monomer solution may be moderated in some cases. It is desirable to take measures such as providing a plurality of ultrasonic generators along the flow direction of the monomer solution.
[0034]
The timing of ultrasonic irradiation to the monomer solution is not particularly limited as long as the inert gas can be removed from the monomer solution (or the reaction system after the start of the polymerization reaction including the monomer solution). . The timing is from immediately after the inert gas is supplied to the monomer solution until the polymerization reaction is started (in the case of using the polymerization reaction initiator, the initiator (in the case of the redox initiator described below) Is a mixture of an oxidative initiator and a reducing agent), and any timing until the polymerization solution is mixed with the monomer solution is more suitable. Is preferred.
[0035]
More specifically, the method 2) is a method in which the monomer solution is introduced into, for example, a cyclone chamber (gas removal means) shown in FIG. 2 to form a swirling flow of the monomer solution. . According to this method, a swirl flow is formed by the monomer solution flowing along a
[0036]
The timing for forming the swirl flow of the monomer solution is not particularly limited as long as the inert gas can be removed from the monomer solution (or the reaction system after the start of the polymerization reaction including the monomer solution). The timing is more preferably an arbitrary timing from immediately after the inert gas is supplied to the monomer solution until the polymerization reaction is started. For example, the cyclone chamber starts the polymerization reaction with the monomer solution. In the case where it also serves as a mixing tower for mixing the agent, the swirl flow may be formed in the initial stage of the polymerization reaction.
[0037]
The above method 3) is, for example, a method in which the monomer solution introduced into a closed system or a system equivalent thereto (hereinafter referred to as a closed system) is placed under a reduced pressure environment. As the above-mentioned closed system or the like, usually, a part of the water-absorbing polymer production apparatus can be used as it is, but if necessary, it is separately attached to perform a step of removing bubbles of the inert gas. You can also use things. The above-described reduced pressure environment refers to an environment in which the pressure of the gas in contact with the monomer solution in a closed system or the like is equal to or lower than atmospheric pressure. The atmospheric pressure is preferably within a range of 0.1 kPa to 50 kPa, and more preferably within a range of 0.5 kPa to 10 kPa. Specifically, such a reduced pressure environment is, for example, using a method of exhausting the gas inside the sealed system or the like using a vacuum pump or the like, a method of cooling the gas inside the sealed system, or the like. Although it is formed, the method for forming the reduced pressure environment is not particularly limited.
[0038]
When the monomer solution containing an inert gas is placed in the reduced pressure environment, the inert gas dissolved in the monomer solution or present as bubbles is removed from the monomer solution, and is put into an internal space such as a closed system. Released. This is because equilibrium movement occurs in order to compensate for a loss of atmospheric pressure in the above-described closed system or the like when forming a reduced pressure environment.
[0039]
When the gas inside the closed system or the like is cooled, the monomer solution in contact with the gas may be cooled. Depending on the degree of cooling of the monomer solution, the solubility of the inert gas in the monomer solution may be increased. Therefore, among the above-described methods for forming the reduced pressure environment, a method of discharging the gas inside the closed system or the like outside the system using a vacuum pump or the like is more preferable than usual.
[0040]
The timing of placing the monomer solution in a reduced pressure environment is not particularly limited as long as the inert gas can be removed from the monomer solution (or the reaction system after the start of the polymerization reaction including the monomer solution). The timing is more preferably an arbitrary timing immediately after the inert gas is supplied to the monomer solution until the polymerization reaction is started, and more preferably a timing immediately before the polymerization reaction is started. is there.
[0041]
The method 4) is a method in which the monomer solution is heated to such an extent that a polymerization reaction does not occur. When the monomer solution containing the inert gas is heated as described above, the inert gas dissolved in the monomer solution or present as bubbles is removed from the monomer solution and released into the internal space such as a closed system. . This is because the solubility of the inert gas in the monomer solution is reduced by heating.
[0042]
The heating of the monomer solution can be performed at any timing immediately after the inert gas is supplied to the monomer solution and until the polymerization reaction is started, but is performed immediately before the polymerization reaction is started. Is more preferable.
[0043]
When the monomer solution is heated, for example, an internal gas such as a closed system is indirectly heated, and the atmospheric pressure rises. In this case, there is a possibility that the gas dissolves in the monomer solution, but this problem can usually be ignored as long as the heating does not cause a polymerization reaction.
[0044]
The method 5) is more specifically a method of adding an antifoaming agent such as a surfactant to the monomer solution to erase the bubbles of the inert gas.
[0045]
In the present invention, the monomer polymerization reaction is usually carried out (continuously) while continuously supplying the monomer solution. Moreover, it is more preferable that it is stationary polymerization. That is, the polymerization reaction is particularly preferably continuous stationary polymerization. In addition, when the step of removing the inert gas is performed by a method of irradiating the monomer solution with ultrasonic waves and / or a method of forming a swirling flow of the monomer solution, the above polymerization reaction is performed with a certain amount of monomer. It may be performed for each solution (batch mode). In addition, the monomer solution immediately before being subjected to the polymerization reaction may or may not be removed as described above.
[0046]
The continuous static polymerization is performed, for example, using a conveying means such as a conveying belt (more preferably an endless type) or a drum dryer while continuously supplying the monomer solution to the conveying means (the upper surface thereof). Is called. The thickness of the monomer solution supplied to the conveying means is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 mm to 50 mm, more preferably in the range of 10 mm to 40 mm, and 20 mm to 30 mm. More preferably, it is in the range. If the said liquid thickness is 1 mm or more, production of a water-absorbing polymer can be performed on an industrial level. Further, if the liquid thickness is 50 mm or less, it is easy to remove reaction heat generated by the polymerization reaction, bumping during the polymerization reaction, increase in soluble content contained in the resulting water-absorbing polymer, A decrease in the strength of the polymer can be prevented.
[0047]
In order to start the polymerization reaction, a polymerization reaction initiator (polymerization initiator) is usually used. Examples of the polymerization initiator include, but are not limited to, a redox initiator comprising a combination of an oxidizing initiator and a reducing agent; a thermal decomposition initiator; a photopolymerization initiator; and the like. is not. By using these polymerization initiators, for example, a polymerization reaction of monomers such as radical thermal polymerization and radical photopolymerization is started. In addition, the said polymerization initiator may be used independently and may be used in combination of multiple types. These polymerization initiators may be used in the form of a solution such as an aqueous solution.
[0048]
Among the polymerization initiators exemplified above, a redox initiator is more preferable. The oxidizing initiator contained in the redox initiator is not particularly limited, and examples thereof include persulfate, hydrogen peroxide, benzoyl peroxide, and the like. Further, the reducing agent contained in the redox initiator is not particularly limited. For example, L-ascorbic acid (salt), isoascorbic acid (salt), sulfite (including its hydrogen salt), thio, Examples thereof include sulfates, amines, iron (II) ions, molle salts, and the like. One oxidizing initiator (or reducing agent) may be used, or a plurality may be used in combination. As a combination of the oxidizing initiator and the reducing agent, specifically, a combination of persulfate such as sodium persulfate (NaPs) and L-ascorbic acid (salt); persulfate, hydrogen peroxide, L -Ascorbic acid (salt) combinations; etc. are preferred.
[0049]
Although the usage-amount of an oxidizing initiator is not specifically limited, It is preferable to exist in the range of 0.0001g-1g with respect to 1mol of monomers, and it exists in the range of 0.001g-0.5g. It is more preferable. By setting the amount of the oxidizing initiator used to be 0.0001 g or more with respect to 1 mol of the monomer, the polymerization reaction can be reliably started, and the amount of the monomer remaining unreacted can be reduced. it can. Further, by making the amount used 1 g or less with respect to 1 mol of the monomer, it is possible to reliably prevent the polymerization reaction from proceeding rapidly and making it difficult to remove the reaction heat (polymerization heat). . In addition, it is possible to reliably prevent a decrease in various physical properties such as an increase in soluble content contained in the obtained water-absorbing polymer and a decrease in the absorption capacity of the polymer.
[0050]
Although the usage-amount of a reducing agent is not specifically limited, Usually, it is preferable to exist in the range of 0.0001 mol-2 mol with respect to 1 mol of oxidizing initiators. By setting the amount of the reducing agent used to 0.0001 mol or more with respect to 1 mol of the oxidizing initiator, the polymerization reaction can be reliably started and completed. In addition, when the amount used is 2 mol or less with respect to 1 mol of the oxidizable initiator, it is possible to reliably prevent the monomer from remaining unreacted due to the rapid progress of the polymerization reaction.
[0051]
The above redox initiator can be used in combination with a pyrolytic initiator. In this way, the redox initiator functions exclusively at the stage where the temperature of the monomer solution subjected to the polymerization reaction is low, and the pyrolysis-type initiator is present at the stage where the temperature of the monomer solution increases as the polymerization reaction proceeds. Function. That is, since the polymerization reaction can be carried out stably, it is possible to obtain a water-absorbing polymer having excellent water absorption performance and low water-soluble content (soluble content). The above thermal decomposition type initiator is not particularly limited. For example, 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride, 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2 And azo initiators such as' -azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobisisobutyramide dihydrate; and the like. Only one kind of these pyrolytic initiators may be used, or a plurality of them may be used in combination.
[0052]
Although the usage-amount of a thermal decomposition type initiator is not specifically limited, It is preferable to exist in the range of 0.0001g-1g with respect to 1mol of monomers, and within the range of 0.001g-0.5g. More preferably. By making the use amount of the oxidizing initiator 0.0001 g or more with respect to 1 mol of the monomer, it is possible to reliably obtain the effect of addition. Moreover, it can prevent reliably that a polymerization reaction advances rapidly and the removal of the polymerization heat becomes difficult by making this usage-amount into 1 g or less with respect to 1 mol of monomers. In addition, it is possible to reliably prevent a decrease in various physical properties such as an increase in soluble content contained in the obtained water-absorbing polymer and a decrease in the absorption capacity of the polymer.
[0053]
The combination of the redox initiator and the pyrolytic initiator is not particularly limited, but at least one oxidizing initiator selected from persulfate; hydrogen peroxide; and L-ascorbic acid ( Salt); isoascorbic acid (salt); sulfite (including its hydrogen salt); thiosulfate; at least one reducing agent selected from amines and 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride A combination with at least one pyrolytic initiator selected from azo initiators such as salts is preferably used. More specifically, a combination of persulfate, hydrogen peroxide, azo initiator, L-ascorbic acid (salt), etc. is more preferably used, and persulfate, hydrogen peroxide, 2,2 ′ − A combination of azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride (azo initiator) and L-ascorbic acid (salt) is particularly preferably used.
[0054]
By the way, when a redox initiator is used (including the case where it is used in combination with another polymerization initiator), it is more preferable to add the oxidizing initiator and the reducing agent to the monomer solution at different timings. Since the redox initiator functions only when the oxidizing initiator and the reducing agent are mixed, according to such a charging method, it is possible to arbitrarily control the timing of starting the polymerization reaction. Further, when a redox initiator and a pyrolytic initiator are used as the polymerization initiator, a first mixing step of mixing the oxidizing initiator and the pyrolytic initiator into the monomer solution, and a reducing agent It is performed in two steps, the second mixing step to be mixed with the monomer solution, or the first mixing step in which the oxidizing initiator is mixed with the monomer solution, the reducing agent and the thermal decomposition type initiator. It is more preferable to carry out in two steps, the second mixing step of mixing the monomer solution with the monomer solution. In this case, the execution order of the first mixing step and the second mixing step is not particularly limited. The details of the polymerization reaction using the redox initiator and the thermal decomposition initiator will be described in the description of the water-absorbing polymer production apparatus below.
[0055]
In the said polymerization reaction, you may use a crosslinking agent as needed. The crosslinking agent is not particularly limited as long as it has two or more functional groups in the molecule and contributes to the formation of a crosslinked structure. By performing the polymerization reaction in the presence of a crosslinking agent, a water-absorbing polymer having excellent durability can be obtained. Moreover, depending on the case, a crosslinked structure can also be formed by adding a crosslinking agent to the hydrogel (one form of a water-absorbing polymer) obtained by the polymerization reaction. In this case, a cross-linking agent having two or more epoxy groups, amino groups, hydroxyl groups, etc. in the molecule, which is reactive with a functional group such as a carboxyl group of the hydrous gel is preferably used.
[0056]
As described above, any of the methods for producing a water-absorbing polymer according to the present invention includes a “step of removing the inert gas contained in the monomer solution”. Therefore, the amount of bubbles (inert gas or the like) contained in the finally obtained water-absorbing polymer is reduced (or becomes 0) as compared with the conventional production method. That is, the occurrence of unevenness due to the inert gas bubbles is reduced in the water-absorbing polymer. As a result, a water-absorbing polymer having excellent handleability and good physical properties is produced.
[0057]
The water-absorbing polymer (hydrous gel) thus obtained is subjected to a crushing process using a gel crusher; a granulating process using a gel granulator; a drying process using a dryer; (Fine) pulverization by a machine; When all of the above-described roughing treatment, granulating treatment, drying treatment, and grinding treatment are performed, they are usually performed in this order.
[0058]
The granulation treatment is, for example, using a gel granulator such as a kneader, a meat chopper, a hard crusher, a shredder, a pelletizer, a screw extruder, etc. It is the process made into the granular gel (one form of a water-absorbing polymer).
[0059]
The said drying process is a process which dries the said granular gel etc. using drying machines, such as a hot air dryer, a fluidized bed dryer, a stirring dryer, a rotary kiln, a Nauta mixer, for example. Although the drying temperature in a drying process is not specifically limited, It is preferable to exist in the range of 100 to 240 degreeC, and it is more preferable to exist in the range of 150 to 220 degreeC.
[0060]
In addition, the pulverization treatment may be performed by, for example, drying the granular gel using, for example, a fine granulator such as a pin mill, a roll mill, a hammer mill, or the like to form water-absorbing fine particles (one form of water-absorbing polymer). This is a process of crushing (fine). The particle diameter of the water-absorbing fine particles is not particularly limited, but is preferably such that it passes through an 850 μm sieve. The water-absorbing fine particles are preferably classified with a sieve having a mesh size of 100 μm to 200 μm, and particles having a particle size of 150 μm or less are preferably adjusted to 5% or less. The average particle diameter of the water-absorbing fine particles is usually in the range of 250 μm to 500 μm.
[0061]
Surface treatment with a surface cross-linking agent (surface treatment agent) is applied to the above water-containing gel, granular gel (including those obtained by drying them) and water-absorbing fine particles (that is, water-absorbing polymer) as necessary. It can also be applied. More specifically, it refers to crosslinking by applying a surface cross-linking agent that can react with a functional group such as a carboxyl group that the water-absorbing polymer usually has on the vicinity of the surface of the water-absorbing polymer. For example, after mixing the surface cross-linking agent and the water-absorbing polymer, heating can be performed at 80 ° C. to 220 ° C. to react the carboxyl group near the surface with the surface cross-linking agent. This surface treatment increases the gel strength and improves the absorption capacity under pressure (absorption capacity under pressure).
[0062]
In addition, when said drying process, a grinding | pulverization process, etc. are performed, generally a fine powder and scale-like fragment generate | occur | produce as a by-product. Since these fine powders and scaly fragments have a large surface area for their volume, for example, it is difficult to absorb the surface treatment agent quickly and uniformly apply the surface treatment agent to the surface of water-absorbing fine particles and the like. Cause. In addition, if the fine powder and scale-like fragments that have absorbed the surface treatment agent are aggregated into a lump, the heat treatment of the water-absorbing fine particles after mixing the surface treatment agent cannot be performed satisfactorily. Become.
[0063]
However, the water-absorbing polymer (hydrous gel) produced by the production method of the present invention has a small amount (or 0) of remaining bubbles (inert gas or the like) as compared with the conventional production method. . Therefore, the amount of fine powder and scale-like fragments generated as a by-product during the production of the water-absorbing fine particles (one form of water-absorbing polymer) can be extremely reduced as compared with the conventional case. Therefore, it becomes easy to uniformly treat the water-absorbing fine particles and the like with the surface treatment agent, for example, and the heat treatment after mixing the surface treatment agent with the water-absorbing substance is favorably performed. There is an effect that can be. In addition, the water-absorbing fine particles and the like have less irregularities due to bubbles on their surfaces, and 1) process treatment damages the surface treatment layer that has been subjected to a surface treatment agent as compared with conventional ones. There is little fear. In addition, various physical properties such as 2) absorption capacity under pressure; liquid permeability;
[0064]
[Production equipment for water-absorbing polymer]
The apparatus for producing a water-absorbing polymer according to the present invention comprises a gas supply means for continuously supplying an inert gas to a solution containing a hydrophilic monomer, and a polymerization for continuously polymerizing the hydrophilic monomer. The apparatus for producing a water-absorbing polymer provided with a part further comprises a gas removing means for removing the inert gas supplied to the solution. That is, the inert gas contained in the above solution is removed by the gas removing means, and the water-absorbing polymer having a small amount (or no) of remaining bubbles (inert gas, etc.) is compared with the conventional one. It is the manufacturing apparatus which can be manufactured with a formula.
[0065]
For example, as shown in FIG. 1, the manufacturing apparatus includes a
[0066]
The monomer is stored in the
[0067]
As shown in FIG. 2, the mixing
[0068]
In the first mixing section, the monomer aqueous solution introduced from the
[0069]
Subsequently, the monomer aqueous solution in which the inert gas is removed and the oxidizing initiator is mixed is introduced into the second mixing section. In the second mixing portion, for example, a reducing agent such as L-ascorbic acid (LA) is supplied and mixed with the monomer aqueous solution via the reducing
[0070]
In the production apparatus shown in FIG. 1, for example, a redox initiator composed of a combination of persulfate, hydrogen peroxide, and L-ascorbic acid, and an azo initiator (for example, V- 50; trade name of Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a polymerization initiator, an oxidizing initiator (persulfate and hydrogen peroxide) and a thermal decomposition initiator (azo-based initiator) Is preferably mixed with the monomer aqueous solution in the first mixing portion, and the reducing agent (L-ascorbic acid) is mixed with the monomer aqueous solution in the second mixing portion subsequent to the first mixing portion. If the four components are mixed in the monomer aqueous solution in this way, the possibility that the polymerization reaction starts in the first mixing portion that also serves as the cyclone chamber can be eliminated.
[0071]
In other words, when the redox initiator and the thermal decomposition initiator are continuously mixed in the monomer aqueous solution, the oxidizing initiator and the thermal decomposition initiator are mixed from the first mixing portion, and then the reducing agent is added. It is more preferable to perform line mixing between the first mixing unit and the polymerization machine 18 (second mixing unit). The oxidizing initiator, the reducing agent, and the thermal decomposition initiator can be mixed in line with each other. Even in this case, the reducing agent is preferably mixed at the end (more preferably, the timing immediately before reaching the polymerization machine 18). In particular, as a polymerization reaction initiator, persulfate, hydrogen peroxide (all are oxidizing initiators), L-ascorbic acid (salt) as a reducing agent, 2,2′-azobis (2-amidinopropane) 2 When using a hydrochloride (azo initiator), it becomes easy to continuously produce a water-absorbing polymer at an industrial level by using the above mixing method.
[0072]
The monomer aqueous solution introduced into the mixing
[0073]
More specifically, the
[0074]
The method of cooling and heating the upper surface of the
[0075]
The monomer supplied (introduced) to the upper surface of the conveying
[0076]
In addition, the above polymerization reaction is performed using an infrared radiation thermometer T attached to the upper wall of the
[0077]
The gas removing means is not particularly limited to the cyclone chamber. Specifically, for example, an ultrasonic generator may be provided in the
[0078]
Moreover, the manufacturing apparatus of the water absorbing polymer concerning this invention is not limited to the thing illustrated in FIG. 1 or FIG. For example, the manufacturing apparatus which does not have the
[0079]
The produced
[0080]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited at all by these. First, physical property tests performed in Examples and Comparative Examples will be described.
[0081]
(Measurement of light transmittance)
The absorption spectrum of the water-absorbing polymer (hydrous gel) is measured, and the transmittance of light having a wavelength of 700 nm is measured. As a measuring device, UV3100PC (manufactured by Shimadzu Corporation) was used. By measuring the transmittance, the “amount of inert gas contained in the monomer solution” can be indirectly measured.
[0082]
(Measurement of absorption ratio)
Measured using water-absorbing fine particles (one form of water-absorbing polymer) obtained by subjecting a water-absorbing polymer (hydrous gel) to crushing, granulating, heating, and (fine) grinding. Is done. 0.2 g of the water-absorbing fine particles were uniformly placed in a non-woven bag (60 mm × 60 mm) and immersed in 0.9 wt% physiological saline. After 20 minutes, the bag was pulled up from physiological saline, drained at 250 G for 3 minutes using a centrifuge, and the weight W1 (g) of the bag was measured.
[0083]
The same operation was performed with a non-woven bag (60 mm × 60 mm) without water-absorbing fine particles, and the weight W0 (g) of the bag was measured. The absorption rate (g / g) was determined according to the following formula.
[0084]
Absorption capacity (g / g) = (W1-W0) / weight of water-absorbing fine particles (0.2 g)
(Measurement of absorption capacity under pressure)
The same as the above “Measurement of Absorption Capacity” except that the non-woven bag was immersed in 0.9 wt% physiological saline under a load of 0.7 psi (under pressure) for 60 minutes. W1 (g) and W0 (g) were measured, and the above-mentioned absorption ratio was determined. And this absorption capacity was used as an absorption capacity under pressure.
[0085]
(Measurement of fine powder amount)
After mechanical damage (described in Example 1 below) was applied to the water-absorbing fine particles having a weight of W2, this was passed through a sieve having a 150 μm sieve, and the crushed pieces passing through the sieve were collected as fine powder. Then, the weight (W3) of the fine powder was divided by the weight (W2) of the water-absorbing fine particles, and the proportion of the fine powder was determined. That is, the fine powder amount is represented by the following formula.
[0086]
Fine powder amount (%) = (W3 / W2) × 100
[Example 1]
A water-absorbing polymer was produced using the production apparatus shown in FIG. In this embodiment, the
[0087]
70% neutralized sodium acrylate (monomer) was used as a raw material for the water-absorbing polymer. First, a 39% by weight aqueous solution of sodium acrylate was prepared, and a monomer obtained by adding polyethylene glycol diacrylate as a cross-linking agent to the aqueous solution in an amount of 0.1 mol per 1 mol of sodium acrylate It supplied to the
[0088]
Subsequently, the monomer aqueous solution was supplied to the
[0089]
The monomer aqueous solution from which nitrogen gas was removed by ultrasonic waves was then supplied to a mixing tower (which also serves as a cyclone chamber) 15c. In the mixing
[0090]
Subsequently, the monomer aqueous solution was continuously supplied (continuously charged) to the upper surface of the
[0091]
The
[0092]
The granular gel was dried with hot air at 170 ° C. for 43 minutes, and then subjected to a roll mill (corresponding to a mill-type pulverizer not shown) to obtain water-absorbing fine particles having a particle size of 850 μm or less. Subsequently, the water-absorbing fine particles were classified with a sieve having a 150 μm mesh, and particles having a particle size of 150 μm or less were removed. The average particle diameter of the water-absorbing fine particles obtained by classification was about 400 μm.
[0093]
Subsequently, a surface cross-linking agent comprising 0.5 parts by weight of 1,4-butanediol, 0.5 parts by weight of propylene glycol, 1 part by weight of isopropyl alcohol and 3 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of the above water-absorbing fine particles. The water-absorbing fine particles A as one embodiment of the water-absorbing polymer according to the present invention were obtained by mixing the above solution and heat-treating at 210 ° C.
[0094]
Then, after giving the mechanical damage shown below to said water-absorbing fine particle A, the absorption capacity | capacitance, the absorption capacity | capacitance under pressure, and the amount of fine powder were measured. Thereby, the physical properties of the water-absorbing polymer according to the present invention were evaluated. In addition, the measurement result of each physical property was shown in the following Table 1 with the measurement result of the light transmittance.
[0095]
(Mechanical damage)
In a glass container (mayonnaise bottle manufactured by Yamamura Glass Co., Ltd., trade name: A-29), 30 g of water-absorbing fine particles A and 30 g of glass beads (soda lime glass beads for precise fractional filling with a diameter of about 6 mm) are placed. I put it in. This was sandwiched between clamps provided in a disperser (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho, No488 test disperser) and fixed at 100 V / 60 Hz with a vibration speed of 750 cpm for 30 minutes. As a result, the glass container is tilted 12.5 ° to the left and right with respect to the mounting surface of the clamp, and vibrates by 8 mm in the front and rear directions. Can give the same mechanical damage.
[0096]
[Comparative Example 1]
In Example 1, except that ultrasonic irradiation was not performed, production of water-absorbing fine particles (referred to as water-absorbing fine particles B) and measurement of light transmittance of the
[0097]
[Example 2]
In Example 1 above, the production of water-absorbing fine particles (referred to as water-absorbing fine particles C) under the same conditions except that nitrogen gas (inert gas) was supplied from the nozzle at 9 L / min, and the
[0098]
Example 3
The water-absorbing polymer was produced using the water-absorbing polymer production apparatus shown in FIG. In this embodiment, the conditions regarding the
[0099]
65% neutralized sodium acrylate (monomer) was used as a raw material for the water-absorbing polymer. First, a 35 wt% aqueous solution of sodium acrylate was prepared, and a monomer obtained by adding polyethylene glycol diacrylate as a cross-linking agent to the aqueous solution so that the amount was 0.04 mol with respect to 1 mol of the sodium acrylate. It supplied to the
[0100]
The monomer aqueous solution was then supplied to the mixing
[0101]
In the first mixing section, 0.02 g of 0.5 wt% sodium persulfate aqueous solution and 0.002 g of 0.1 wt% hydrogen peroxide solution (both oxidizing initiators) per 1 mol of sodium acrylate. ), And 0.02 g of 0.5 wt% 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride aqueous solution (thermal decomposition type initiator) are simultaneously supplied dropwise from
[0102]
The monomer aqueous solution exiting the first mixing section (also serving as a cyclone chamber) was introduced into the second mixing section. In the second mixing section, 0.0014 g of 0.005 wt% L-ascorbic acid (reducing agent) aqueous solution was supplied from the reducing
[0103]
The monomer aqueous solution from which nitrogen gas has been removed (degassed) is continuously supplied (continuously charged) to the upper surface of the conveying
[0104]
The
[0105]
The granular gel was dried with hot air at 170 ° C. for 43 minutes, and then subjected to a roll mill (corresponding to a mill-type pulverizer not shown) to obtain water-absorbing fine particles having a particle size of 850 μm or less. Subsequently, the water-absorbing fine particles were classified with a sieve having a 150 μm mesh, and particles having a particle size of 150 μm or less were removed. The average particle diameter of the water-absorbing fine particles obtained by classification was about 300 μm.
[0106]
A solution of a surface cross-linking agent consisting of 0.5 parts by weight of 1,4-butanediol, 0.5 parts by weight of propylene glycol, 1 part by weight of isopropyl alcohol and 3 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of the above water-absorbing fine particles. By mixing and heat-treating at 195 ° C., water-absorbing fine particles D as one embodiment of the water-absorbing polymer according to the present invention were obtained. Subsequently, mechanical damage was given to the water-absorbing fine particles D in the same manner as in Example 1, and then the absorption ratio, the absorption ratio under pressure, and the amount of fine powder were measured. Thereby, the physical properties of the water-absorbing polymer according to the present invention were evaluated. In addition, the measurement result of each physical property is put together in the following Table 1 with the measurement result of the light transmittance.
[0107]
[Table 1]
[0108]
According to Table 1 above, the water-absorbing fine particles A, C, and D obtained in Examples 1 to 3 were compared with the water-absorbing fine particles B obtained in Comparative Example 1 as follows: The light transmittance in the state is high. That is, it can be seen that the amount of remaining bubbles is reduced. Even when mechanical damage is assumed assuming pneumatic transportation, 2) the generation amount of fine powder (including part of the scale-like fragments) is small, and 3) absorption capacity under pressure; absorption capacity is good. .
[0109]
【The invention's effect】
As described above, according to the method and apparatus for producing a water-absorbing polymer according to the present invention, the amount of bubbles (inert gas, etc.) remaining in the finally obtained water-absorbing polymer is the same as in the conventional production. Less (or 0) than by the method. Thereby, there exists an effect that the water-absorbing polymer which has the outstanding handleability and favorable physical properties can be manufactured.
[0110]
For example, when the water-containing gel as one form of the water-absorbing polymer is dried and then finely pulverized to form water-absorbing fine particles (another form of the water-absorbing polymer), fine powder or scales generated as a by-product The amount of the fragments can be extremely reduced as compared with the prior art. Therefore, it becomes easy to uniformly treat the water-absorbing fine particles and the like with a surface treatment agent, for example, and the heat treatment after mixing the surface treatment agent with the water-absorbing substance is improved. It can be carried out. In addition, the water-absorbing fine particles described above have less irregularities due to bubbles on the surface, and compared with conventional ones, 1) there is a risk that the surface treatment layer to which the surface treatment agent has been applied is damaged due to process damage. Less is. In addition, various physical properties such as 2) absorption capacity under pressure; liquid permeability;
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a water-absorbing polymer production apparatus according to the present invention.
2 is an enlarged view showing a schematic configuration of a mixing tower (also serving as a cyclone chamber) provided in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing another example of a water-absorbing polymer production apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
12 Ejector (gas supply means)
15 Mixing tower (cyclone chamber; gas removal means)
18 Polymerizer (Polymerization Department)
24 Ultrasonic irradiation tank
Claims (9)
上記溶液を重合反応に供する前に、該溶液に不活性ガスを連続供給する工程と、
上記溶液中に気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除く工程とを含んでなることを特徴とする吸水性重合体の製造方法。A method for producing a water-absorbing polymer in which a hydrophilic monomer and a crosslinking agent are used to polymerize the hydrophilic monomer continuously.
A step of continuously supplying an inert gas to the solution before subjecting the solution to a polymerization reaction;
A method for producing a water-absorbing polymer, comprising : degassing an inert gas present as bubbles in the solution , or removing a dissolved inert gas .
気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除く上記工程が、連続静置重合の搬送手段に上記溶液を供する前に行われることを特徴とする請求項1記載の吸水性重合体の製造方法。The polymerization reaction is continuous static polymerization performed while continuously supplying the solution to the conveying means,
The degassing of the inert gas existing as bubbles or the step of removing the dissolved inert gas is performed before the solution is supplied to the conveying means for continuous stationary polymerization. A method for producing a water-absorbing polymer.
上記水溶液は液厚1〜50mmで連続静置重合の搬送手段に供給され、
上記重合反応により得られた含水ゲルを、乾燥機により100〜240℃の範囲内で乾燥することを特徴とする請求項2記載の吸水性重合体の製造方法。The solution comprising a hydrophilic monomer and a crosslinking agent is an aqueous solution;
The aqueous solution has a liquid thickness of 1 to 50 mm and is supplied to a conveying means for continuous stationary polymerization,
The method for producing a water-absorbing polymer according to claim 2, wherein the hydrogel obtained by the polymerization reaction is dried within a range of 100 to 240 ° C by a dryer.
最終的に得られる含水ゲルにおける、700nmの波長の光の透過率が10%以上となるように、上記溶液中に気泡として存在する不活性ガスを脱泡する、または、溶存する不活性ガスを取り除くことを特徴とする請求項1または2記載の吸水性重合体の製造方法。The solution comprising a hydrophilic monomer and a crosslinking agent is an aqueous solution;
The inert gas present as bubbles in the solution is degassed or the dissolved inert gas is added so that the light-containing gel finally obtained has a light transmittance of 700 nm at a wavelength of 10% or more. The method for producing a water-absorbing polymer according to claim 1 or 2, wherein the water-absorbing polymer is removed .
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