JP5956232B2 - Method for producing water absorbent resin - Google Patents
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Description
本発明は、吸水性樹脂の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a water absorbent resin.
吸水性樹脂は、近年、生理用品、紙おむつ、使い捨て雑巾等の衛生材料、保水剤、土壌改良剤等の農園芸材料、汚泥の凝固剤、建材の結露防止剤、油類の脱水剤等の工業資材等の種々の分野に有用である。これらの中でも特に生理用品、紙おむつ等の衛生材料で吸水性樹脂が広く使用されている。 In recent years, water-absorbing resins have been used in sanitary materials such as sanitary products, disposable diapers, disposable rags, agricultural and horticultural materials such as water retention agents, soil conditioners, sludge coagulants, dew condensation agents for building materials, and oil dehydrants. Useful in various fields such as materials. Among these, water-absorbing resins are widely used especially for sanitary materials such as sanitary goods and disposable diapers.
このような吸水性樹脂としては、アクリル酸塩重合体架橋物は吸水能が高いうえ、その原料であるアクリル酸は工業的に入手が容易であり、品質が一定で、安価に製造でき、しかも腐敗等の欠点もない等の数々の利点を有することから、好ましい吸水性樹脂であるとされている。 As such a water-absorbent resin, the acrylate polymer cross-linked product has a high water-absorbing capacity, and acrylic acid as a raw material is easily available industrially, has a constant quality, can be produced at low cost, and Since it has a number of advantages such as no defects such as rot, it is regarded as a preferred water-absorbent resin.
従来、吸水性樹脂としてアクリル酸塩重合体架橋物を得る方法としては、アクリル酸またはアクリル酸アルカリ金属塩を、塊状重合、水溶液重合、逆相乳化重合および逆相懸濁重合して得る方法等が知られている。これらの中で、塊状重合および水溶液重合により吸水性樹脂を得る方法では重合熱の除去が難しく、重合液の粘性が極端に高くなることから一般的な反応槽を用いて製造することが困難であり、また粉末状の製品を得難い等の不具合がある。 Conventionally, as a method for obtaining a crosslinked acrylate polymer as a water-absorbing resin, a method of obtaining acrylic acid or alkali metal acrylate by bulk polymerization, aqueous solution polymerization, reverse phase emulsion polymerization, and reverse phase suspension polymerization, etc. It has been known. Among these, the method of obtaining a water-absorbent resin by bulk polymerization and aqueous solution polymerization is difficult to remove the polymerization heat, and the viscosity of the polymerization solution becomes extremely high, so it is difficult to produce using a general reaction vessel. There are also problems such as difficulty in obtaining powdery products.
一方、逆相乳化重合および逆相懸濁重合により吸水性樹脂を得る方法として、α,β−不飽和カルボン酸(塩)から粉末状の重合体を得る方法等が開示されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4および特許文献5)。 On the other hand, as a method for obtaining a water-absorbent resin by reverse phase emulsion polymerization and reverse phase suspension polymerization, a method for obtaining a powdery polymer from α, β-unsaturated carboxylic acid (salt) is disclosed (Patent Documents). 1, Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5).
特許文献1等に開示されている一般的な反応槽を使用する逆相乳化重合および逆相懸濁重合では、製造を効率よく行おうとした場合に反応槽を大きくすることが必要であり、反応槽の増大と共に、重合熱の除去が問題となる場合がある。さらに、重合が開始する温度に昇温する際、反応槽外部から加熱しており、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液だけでなく、炭化水素溶媒等全てを昇温するためにエネルギーが消費され、重合に必要なエネルギー以上の加熱を要する等、エネルギー的に課題がある。 In the reverse phase emulsion polymerization and the reverse phase suspension polymerization using a general reaction vessel disclosed in Patent Document 1 or the like, it is necessary to enlarge the reaction vessel when the production is to be efficiently performed. As the number of tanks increases, removal of polymerization heat may become a problem. Furthermore, when the temperature is raised to the temperature at which the polymerization starts, heating is performed from the outside of the reaction vessel, and energy is consumed to raise the temperature of not only the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution but also all hydrocarbon solvents. However, there is a problem in terms of energy, for example, heating more than that required for polymerization is required.
また、一般的に、逆相乳化重合および逆相懸濁重合では、水溶性不飽和単量体水溶液(水相)の比率が高くなるほど生産性が良くなるものの、重合時に反応溶液中の重合粒子の濃度が高くなり、撹拌が困難になる等の設備上の不具合が生じるおそれがある。 In general, in reverse-phase emulsion polymerization and reverse-phase suspension polymerization, the higher the ratio of water-soluble unsaturated monomer aqueous solution (aqueous phase), the better the productivity. There is a possibility that problems in equipment such as an increase in the concentration of water and difficulty in stirring may occur.
本発明は、以下に示すとおりの吸水性樹脂の製造方法に関する。
すなわち、
項1.水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を炭化水素溶媒中で逆相懸濁重合させて吸水性樹脂を製造する方法において、加熱をマイクロ波により行うことを特徴とする吸水性樹脂の製造方法。
項2.水溶性エチレン性不飽和単量体が、アクリル酸およびそのアルカリ金属塩、ならびにメタクリル酸およびそのアルカリ金属塩からなる群から選ばれた少なくとも1種である、項1に記載の吸水性樹脂の製造方法。
項3.炭化水素溶媒が、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサン、トルエンおよびキシレンからなる群から選ばれた少なくとも1種である、項1または2に記載の吸水性樹脂の製造方法。
項4.界面活性剤および/または高分子保護コロイドの存在下で重合する項1〜3のいずれか1項に記載の吸水性樹脂の製造方法。
項5.界面活性剤が、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、および一端または両端にドデシルグリコール基からなる疎水基を有しかつポリオキシエチレン鎖により形成されるポリ(オキシエチレン)グリコール/ドデシルグリコールブロック共重合物からなる群より選ばれた少なくとも1種である、項4に記載の吸水性樹脂の製造方法。
The present invention relates to a method for producing a water absorbent resin as described below.
That is,
Item 1. A method for producing a water-absorbent resin, characterized in that a water-absorbent resin is produced by subjecting a water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution to reverse phase suspension polymerization in a hydrocarbon solvent to produce a water-absorbent resin.
Item 2. Item 2. The water-absorbent resin according to Item 1, wherein the water-soluble ethylenically unsaturated monomer is at least one selected from the group consisting of acrylic acid and alkali metal salts thereof, and methacrylic acid and alkali metal salts thereof. Method.
Item 3. Item 3. The method for producing a water absorbent resin according to Item 1 or 2, wherein the hydrocarbon solvent is at least one selected from the group consisting of n-hexane, n-heptane, cyclohexane, toluene and xylene.
Item 4. Item 4. The method for producing a water absorbent resin according to any one of Items 1 to 3, wherein the polymerization is performed in the presence of a surfactant and / or a polymer protective colloid.
Item 5. The surfactant has sorbitan fatty acid ester, polyglycerin fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, sorbitol fatty acid ester, polyoxyethylene alkylphenyl ether, and a hydrophobic group consisting of a dodecyl glycol group at one or both ends and a polyoxyethylene chain Item 5. The method for producing a water-absorbent resin according to Item 4, which is at least one selected from the group consisting of a poly (oxyethylene) glycol / dodecyl glycol block copolymer formed by:
項6.高分子保護コロイドが、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、酸化変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、および無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体からなる群から選ばれた少なくとも1種である、項4に記載の吸水性樹脂の製造方法。
項7.架橋剤の存在下で重合する項1〜6のいずれか1項に記載の吸水性樹脂の製造方法。
項8.架橋剤が、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、およびN,N'−メチレンビスアクリルアミドからなる群より選ばれた少なくとも1種である、項7に記載の吸水性樹脂の製造方法。
項9.水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液(W)と炭化水素溶媒(O)との質量比(W/O比)が0.2〜2.0である項1〜8のいずれか1項に記載の吸水性樹脂の製造方法。
項10.水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を炭化水素溶媒中で逆相懸濁重合させて吸水性樹脂を製造する方法において、直列および/または並列に配列した反応器を用いて連続重合させる項1〜9のいずれか1項に記載の吸水性樹脂の製造方法。
項11.反応器が管型反応器である項10に記載の吸水性樹脂の製造方法。
Item 6. The polymer protective colloid is at least one selected from the group consisting of ethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, oxidation-modified polyethylene, maleic anhydride-modified polyethylene, maleic anhydride-modified polybutadiene, and maleic anhydride-modified ethylene / propylene copolymer. Item 5. A method for producing a water-absorbent resin according to Item 4.
Item 7. Item 7. The method for producing a water absorbent resin according to any one of Items 1 to 6, wherein the polymerization is performed in the presence of a crosslinking agent.
Item 8. The crosslinking agent is selected from the group consisting of ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, and N, N'-methylenebisacrylamide. Item 8. A method for producing a water absorbent resin according to Item 7, which is at least one selected from the group consisting of:
Item 9. Item 1-8, wherein the mass ratio (W / O ratio) of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution (W) to the hydrocarbon solvent (O) is 0.2 to 2.0. A method for producing the water-absorbent resin as described.
Item 10. Item 1 in which a water-absorbent resin is produced by reverse-phase suspension polymerization of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution in a hydrocarbon solvent, using a series of reactors arranged in series and / or in parallel. The manufacturing method of the water absorbing resin of any one of -9.
Item 11. Item 11. The method for producing a water absorbent resin according to Item 10, wherein the reactor is a tubular reactor.
本発明によれば、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を炭化水素溶媒中で逆相懸濁重合させる際、加熱をマイクロ波により行うことで、エネルギーおよび生産性等の観点から工業的に有利な吸水性樹脂の製造方法を提供できる。 According to the present invention, when water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution is subjected to reverse-phase suspension polymerization in a hydrocarbon solvent, heating is performed by microwave, so that it can be industrially produced from the viewpoint of energy and productivity. An advantageous method for producing a water-absorbent resin can be provided.
本発明者らは前記課題に対し種々検討を行った結果、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を炭化水素溶媒中で逆相懸濁重合させて吸水性樹脂を製造する方法において、加熱をマイクロ波により行うことで、エネルギーおよび生産性等の観点から工業的に有利に吸水性樹脂の製造方法を提供できることを見出した。 As a result of various studies on the above problems, the present inventors have conducted heating in a method for producing a water-absorbing resin by subjecting a water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution to reverse phase suspension polymerization in a hydrocarbon solvent. It has been found that a method for producing a water-absorbent resin can be provided industrially advantageously from the viewpoints of energy, productivity, and the like, by performing using microwaves.
本発明にかかる吸水性樹脂の製造方法において、エネルギーおよび生産性等の観点から工業的に有利に製造できる理由は、明らかではないが、次のように考えられる。逆相懸濁重合の加熱をマイクロ波により行うことで、本来加熱する必要の無い炭化水素溶媒等を実質的に加熱せず、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液のみを選択的に加熱することができるためであると考えられる。すなわち、従来の加熱方法では、反応槽外部のジャケットからの加熱により反応槽を加熱し、伝熱により水溶性不飽和単量体水溶液、炭化水素溶媒等全てを昇温する。しかしながら、加熱をマイクロ波により行う方法は、反応槽および炭化水素溶媒等が加熱されにくく、これらの加熱に要するエネルギーが必要でないためエネルギー的にも優れている。さらに、従来の伝熱による加熱方法と比較して、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液で発生した重合熱が加熱されにくい炭化水素溶媒に奪われるためか、重合が極めてマイルドに進行することも判明した。このマイルドな重合を利用し、従来の反応槽を用いる方法では難しかった水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液と炭化水素溶媒との質量比を大きくしても重合粒子の凝集を起こすことなく重合が可能であることを見出した。 The reason why the water-absorbent resin production method according to the present invention can be advantageously produced industrially from the viewpoints of energy and productivity is not clear, but is considered as follows. By heating the reverse-phase suspension polymerization with microwaves, only the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution is selectively heated without substantially heating hydrocarbon solvents or the like that do not need to be heated. It is thought that it is because it is possible. That is, in the conventional heating method, the reaction tank is heated by heating from a jacket outside the reaction tank, and all the water-soluble unsaturated monomer aqueous solution, hydrocarbon solvent, etc. are heated by heat transfer. However, the method of heating by microwave is excellent in terms of energy because the reaction tank, the hydrocarbon solvent, and the like are hardly heated, and energy required for these heating is not required. Furthermore, compared with the conventional heating method by heat transfer, the polymerization proceeds extremely mildly because the polymerization heat generated in the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution is deprived by the hard-to-heat hydrocarbon solvent. Also turned out. Utilizing this mild polymerization, polymerization does not occur even if the mass ratio of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution and the hydrocarbon solvent is increased, which was difficult with the conventional method using a reaction vessel. Found that is possible.
本発明に用いられる水溶性エチレン性不飽和単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸およびそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩等(本明細書においては「アクリル」および「メタクリル」を合わせて「(メタ)アクリル」と表記する。以下同様);2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸およびそのアルカリ金属塩、アンモニウム塩等;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の非イオン性単量体;N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレートおよびジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のアミノ基含有不飽和単量体およびその4級化物等が挙げられ、これらは、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。これらのなかでは、工業的に入手が容易であること等から、アクリル酸またはそのアルカリ金属塩、メタクリル酸またはそのアルカリ金属塩が好ましく用いられる。 Examples of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer used in the present invention include (meth) acrylic acid and its alkali metal salts, ammonium salts and the like (in this specification, “acrylic” and “methacrylic” (Meth) acrylic ”. The same applies hereinafter); 2- (meth) acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid and its alkali metal salts, ammonium salts, etc .; (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide Nonionic monomers such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, N-methylol (meth) acrylamide, polyethylene glycol mono (meth) acrylate; N, N-diethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-diethylamino Such as propyl (meth) acrylate and diethylaminopropyl (meth) acrylamide Examples thereof include an amino group-containing unsaturated monomer and a quaternized product thereof, and these may be used alone or in combination of two or more. Among these, acrylic acid or an alkali metal salt thereof, methacrylic acid or an alkali metal salt thereof is preferably used because it is easily available industrially.
前記水溶性エチレン性不飽和単量体は、水溶液として用いられる。水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液における水溶性エチレン性不飽和単量体の濃度は、25質量%〜飽和濃度であることが好ましい。 The water-soluble ethylenically unsaturated monomer is used as an aqueous solution. The concentration of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer in the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution is preferably 25% by mass to a saturated concentration.
水溶性エチレン性不飽和単量体が酸基を含む場合、その酸基をアルカリ金属塩、アンモニウム塩等によって中和してもよい。前記アルカリ金属塩等による中和度は、得られる吸水性樹脂の浸透圧を高くし、吸水速度を早め、余剰のアルカリ金属の存在により安全性等に問題が生じないようにする観点等から、水溶性エチレン性不飽和単量体の酸基の10〜100モル%であることが好ましい。中和する際の塩としては、リチウム、ナトリウム、およびカリウム等のアルカリ金属塩が好ましく、中でも、ナトリウムおよびカリウムが好ましい。 When the water-soluble ethylenically unsaturated monomer contains an acid group, the acid group may be neutralized with an alkali metal salt, an ammonium salt, or the like. From the viewpoint of increasing the osmotic pressure of the resulting water-absorbent resin, increasing the water absorption rate, and preventing the occurrence of safety problems due to the presence of excess alkali metal, etc. It is preferable that it is 10-100 mol% of the acid group of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer. As the salt for neutralization, alkali metal salts such as lithium, sodium, and potassium are preferable, and sodium and potassium are particularly preferable.
本発明に用いられる炭化水素溶媒としては、脂肪族炭化水素溶媒、脂環族炭化水素溶媒および芳香族炭化水素溶媒等が挙げられる。前記脂肪族炭化水素溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタンおよびリグロイン等が挙げられる。脂環族炭化水素溶媒としては、例えば、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサンおよびメチルシクロヘキサン等が挙げられる。芳香族炭化水素溶媒としては、ベンゼン、トルエンおよびキシレン等が挙げられる。これらの炭化水素溶媒は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
また、これらの炭化水素溶媒の中では、工業的に品質が一定しており、かつ入手が容易で安価である等の観点からn−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサン、トルエンおよびキシレンが好ましく用いられる。なお、前記炭化水素溶媒は、加熱をマイクロ波により行う場合、水または水溶性エチレン性不飽和単量体と比較して、加熱されにくく、本発明によるマイクロ波を利用した逆相懸濁重合に適していると考えられる。
Examples of the hydrocarbon solvent used in the present invention include aliphatic hydrocarbon solvents, alicyclic hydrocarbon solvents, and aromatic hydrocarbon solvents. Examples of the aliphatic hydrocarbon solvent include n-pentane, n-hexane, n-heptane, and ligroin. Examples of the alicyclic hydrocarbon solvent include cyclopentane, methylcyclopentane, cyclohexane, and methylcyclohexane. Examples of the aromatic hydrocarbon solvent include benzene, toluene and xylene. These hydrocarbon solvents may be used alone or in combination of two or more.
Among these hydrocarbon solvents, n-hexane, n-heptane, cyclohexane, toluene and xylene are preferably used from the viewpoints of industrially constant quality, availability, and low cost. . The hydrocarbon solvent is less likely to be heated when heated by microwaves compared to water or water-soluble ethylenically unsaturated monomers, and is used for reverse phase suspension polymerization using microwaves according to the present invention. It is considered suitable.
前記炭化水素溶媒の使用量は、前記水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液(W)と前記炭化水素溶媒(O)の質量比(W/O比)が0.2〜2.0となる量が好ましく、より好ましくは0.6〜1.7となる量である。ここに、WおよびOは、使用される、各々、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液のみの質量および炭化水素溶媒のみの質量を示し、これらは架橋剤、重合開始剤、界面活性剤、高分子保護コロイド等の質量を含まない。質量比(W/O比)が0.2未満の場合、容積効率が悪化し、経済的でなくなるおそれがある。また、質量比が2.0を超える場合、重合時に水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液と炭化水素溶媒との懸濁状態が不安定になったり、重合粒子の凝集が起こりやすくなるおそれがある。 The amount of the hydrocarbon solvent used is such that the mass ratio (W / O ratio) of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution (W) and the hydrocarbon solvent (O) is 0.2 to 2.0. The amount is preferable, and more preferably 0.6 to 1.7. Here, W and O indicate the mass of only the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution and the mass of the hydrocarbon solvent, respectively, which are used as a crosslinking agent, a polymerization initiator, a surfactant, Does not include mass of polymer protective colloids. When the mass ratio (W / O ratio) is less than 0.2, the volumetric efficiency is deteriorated, which may not be economical. In addition, when the mass ratio exceeds 2.0, the suspension state of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution and the hydrocarbon solvent may become unstable during polymerization, or aggregation of polymer particles may easily occur. is there.
本発明に用いられるマイクロ波は、一般的に用いられる波長のマイクロ波が使用できる。具体的には、波長1m〜100μm、周波数300MHz〜3THzのマイクロ波が用いられる。なお、工業的には主に使用されているマイクロ波は電子レンジに使用されているものと同じ波長12.2cm、周波数2.45GHzのものであり、本発明においてもこの波長のものが好適に使用できる。前記マイクロ波は、高速に、かつ効率よく加熱することができること、熱応答性を有すること、すなわち電源のON/OFFにより瞬時の加熱・停止が可能であること、表面からではなく内部から均一に加熱できること、局所加熱することができること等の特性がある。 As the microwave used in the present invention, a microwave having a generally used wavelength can be used. Specifically, a microwave having a wavelength of 1 m to 100 μm and a frequency of 300 MHz to 3 THz is used. In addition, industrially, microwaves mainly used are those having the same wavelength of 12.2 cm and frequency of 2.45 GHz as those used in microwave ovens, and those of this wavelength are also preferred in the present invention. Can be used. The microwave can be heated at high speed and efficiently, it has thermal responsiveness, that is, it can be instantaneously heated and stopped by turning on / off the power supply, uniformly from the inside rather than from the surface There are characteristics such as being able to be heated and being able to be locally heated.
加熱をマイクロ波により行う際の逆相懸濁重合の反応温度は、使用する重合開始剤によって異なるが、通常20〜110℃である。重合を迅速に進行させることで重合時間を短くし、重合熱を除去することが容易で、かつ円滑に反応を行う等の観点から、好ましくは30〜110℃、より好ましくは60〜80℃である。反応時間はマイクロ波の波長および周波数等によって異なるが、通常、0.05〜10分間である。なお、前記反応は、必要に応じて窒素またはアルゴン雰囲気下で行なうことが好ましい。 The reaction temperature of reversed-phase suspension polymerization when heating is performed by microwave is usually 20 to 110 ° C., although it varies depending on the polymerization initiator used. From the viewpoint of shortening the polymerization time by allowing the polymerization to proceed rapidly, easily removing the heat of polymerization, and performing the reaction smoothly, it is preferably 30 to 110 ° C, more preferably 60 to 80 ° C. is there. The reaction time varies depending on the wavelength and frequency of the microwave, but is usually 0.05 to 10 minutes. In addition, it is preferable to perform the said reaction in nitrogen or argon atmosphere as needed.
本発明にかかる吸水性樹脂の製造方法において、界面活性剤および/または高分子保護コロイドの存在下で重合することもできる。 In the method for producing a water-absorbent resin according to the present invention, the polymerization can be carried out in the presence of a surfactant and / or a polymer protective colloid.
前記界面活性剤としては、例えば、非イオン界面活性剤、または非イオン界面活性剤とアニオン界面活性剤との併用物等が挙げられる。これらの中ではソルビタン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、および一端または両端にドデシルグリコール基からなる疎水基を有しかつポリオキシエチレン鎖により形成されるポリ(オキシエチレン)グリコール/ドデシルグリコールブロック共重合物からなる群から選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。前記界面活性剤の使用量は水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液100質量部に対し、0.05〜5質量部が好ましく、より好ましくは0.1〜3質量部である。 Examples of the surfactant include a nonionic surfactant or a combination of a nonionic surfactant and an anionic surfactant. Among these, sorbitan fatty acid ester, polyglycerin fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, sorbitol fatty acid ester, polyoxyethylene alkylphenyl ether, and a hydrophobic group composed of a dodecyl glycol group at one or both ends and a polyoxyethylene chain It is preferably at least one selected from the group consisting of a poly (oxyethylene) glycol / dodecyl glycol block copolymer to be formed. 0.05-5 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution, and, as for the usage-amount of the said surfactant, More preferably, it is 0.1-3 mass parts.
前記高分子保護コロイドとしては、例えば、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、エチレン・無水マレイン酸共重合体、エチレン・プロピレン・無水マレイン酸共重合体、ブタジエン・無水マレイン酸共重合体、酸化型ポリエチレン、エチレン・アクリル酸共重合体、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、酸化変性ポリエチレン等が挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、酸化変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリブタジエンおよび無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体からなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましく用いられる。高分子保護コロイドの使用量は水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液100質量部に対し、0.1〜5質量部が好ましく、より好ましくは0.2〜3質量部である。 Examples of the polymer protective colloid include, for example, maleic anhydride modified polyethylene, maleic anhydride modified polypropylene, maleic anhydride modified ethylene / propylene copolymer, maleic anhydride modified polybutadiene, ethylene / maleic anhydride copolymer, ethylene Examples thereof include propylene / maleic anhydride copolymer, butadiene / maleic anhydride copolymer, oxidized polyethylene, ethylene / acrylic acid copolymer, ethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, and oxidized modified polyethylene. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, at least one selected from the group consisting of ethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, oxidation-modified polyethylene, maleic anhydride-modified polyethylene, maleic anhydride-modified polybutadiene, and maleic anhydride-modified ethylene / propylene copolymer is preferably used. . 0.1-5 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution, and, as for the usage-amount of a polymer protective colloid, More preferably, it is 0.2-3 mass parts.
本発明にかかる吸水性樹脂の製造方法において、得られる吸水性樹脂の水溶性の性質が抑制され、十分な吸水性能等を確保するために、架橋剤を用いることが好ましい。架橋剤を用いる場合は、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、およびN,N’−メチレンビスアクリルアミド等が挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。前記架橋剤は通常、水溶性エチレン性不飽和単量体に添加して使用するが、その使用量は水溶性エチレン性不飽和単量体100質量部に対し、0.001〜5質量部が好ましく、より好ましくは0.01〜2質量部である。 In the method for producing a water-absorbent resin according to the present invention, it is preferable to use a crosslinking agent in order to suppress the water-soluble property of the obtained water-absorbent resin and ensure sufficient water absorption performance. When using a crosslinking agent, for example, ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, and N, N′-methylenebisacrylamide Etc. These may be used alone or in combination of two or more. The crosslinking agent is usually used by adding to a water-soluble ethylenically unsaturated monomer, and the amount used is 0.001 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. Preferably, it is 0.01-2 mass parts.
本発明にかかる吸水性樹脂を製造する方法において、通常、重合開始剤を用いる。重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤を用い、具体的には、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、および過硫酸ナトリウム等の一般的に使用される水溶性ラジカル重合開始剤を用いることが好ましい。このようなラジカル重合開始剤は、亜硫酸塩等と併用してレドックス系開始剤として用いることもできる。 In the method for producing the water-absorbent resin according to the present invention, a polymerization initiator is usually used. As the polymerization initiator, a radical polymerization initiator is used, and specifically, a commonly used water-soluble radical polymerization initiator such as potassium persulfate, ammonium persulfate, and sodium persulfate is preferably used. Such radical polymerization initiators can also be used as redox initiators in combination with sulfites and the like.
また、前記ラジカル重合開始剤としては、油溶性ラジカル重合開始剤を用いることもできる。ただし、油溶性ラジカル重合開始剤を用いる場合は、生成する重合体が一般的に水溶性であるため、吸水性樹脂を得るためには前記した架橋剤を用いることが好ましい。なお、油溶性ラジカル重合開始剤としては、過酸化ベンゾイル、アゾビスイソブチロニトリル等が好ましく用いられる。 As the radical polymerization initiator, an oil-soluble radical polymerization initiator can also be used. However, when an oil-soluble radical polymerization initiator is used, since the polymer to be produced is generally water-soluble, it is preferable to use the above-described crosslinking agent in order to obtain a water-absorbing resin. As the oil-soluble radical polymerization initiator, benzoyl peroxide, azobisisobutyronitrile and the like are preferably used.
前記重合開始剤の使用量は、通常、水溶性エチレン性不飽和単量体1モルに対して0.0001〜0.1モルであることが好ましく、より好ましくは0.0002〜0.05モルである。0.0001モルよりも少ない場合は重合反応に長時間を要することになり、0.1モルを超える場合は必要以上に急激な重合反応が起こるため好ましくない。 The amount of the polymerization initiator used is usually preferably 0.0001 to 0.1 mol, more preferably 0.0002 to 0.05 mol, relative to 1 mol of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. It is. When the amount is less than 0.0001 mol, a long time is required for the polymerization reaction, and when it exceeds 0.1 mol, an excessively rapid polymerization reaction occurs, which is not preferable.
また、本発明によれば、炭化水素溶媒等を実質的に加熱せず、水溶性エチレン性不飽和単量体を選択的に加熱することができるため、重合熱の除去が容易であり、重合時間も極めて短いこと等から連続重合によっても製造できる。連続重合する方法としては、特に限定されないが、例えば、炭化水素溶媒、および水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液、所望により界面活性剤および/または高分子保護コロイド等の原料を混合させ逆相懸濁液を調製した後、その逆相懸濁液を連続重合させる方法が用いられる。 In addition, according to the present invention, since the water-soluble ethylenically unsaturated monomer can be selectively heated without substantially heating the hydrocarbon solvent or the like, it is easy to remove the polymerization heat. Since the time is extremely short, it can also be produced by continuous polymerization. The method for continuous polymerization is not particularly limited, but, for example, a reverse phase obtained by mixing a hydrocarbon solvent and a water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution, and optionally a raw material such as a surfactant and / or a polymer protective colloid. After preparing the suspension, a method of continuously polymerizing the reverse phase suspension is used.
前記連続重合法の反応器は槽型であっても管型であってもよく、また二基以上の反応器を直列および/または並列に配列して用いてもよい。但し、槽型反応器一基で高いモノマー転化率を得ることが困難である場合には、後続に管型反応器を連結するか、もしくは槽型反応器のみであれば二基以上、さらに好ましくは三基以上連結することが好ましい。連続重合の際の各原料の導入方法は、特に限定されず、用いる反応器の形状や各原料の質量比等によって適宜設定することができる。反応器を二基以上連結する場合は、二基目以降の反応器の少なくとも一基以上に水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の一部を導入することで、より安定に吸水性樹脂を得ることができる場合もある。本発明においては、連続重合の容易さ、反応器の設計の容易さ等から管型反応器が好ましい。 The continuous polymerization reactor may be a tank type or a tube type, and two or more reactors may be arranged in series and / or in parallel. However, when it is difficult to obtain a high monomer conversion rate with a single tank reactor, two or more, more preferably, a tube reactor is connected subsequently or if only a tank reactor is used. Are preferably connected in three or more groups. The method for introducing each raw material in the continuous polymerization is not particularly limited, and can be appropriately set depending on the shape of the reactor used, the mass ratio of each raw material, and the like. When two or more reactors are connected, a part of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution is introduced into at least one of the second and subsequent reactors, so that the water-absorbing resin can be more stably added. Sometimes you can get. In the present invention, a tubular reactor is preferred from the viewpoint of easiness of continuous polymerization, ease of design of the reactor, and the like.
管型反応器を用いて製造する場合には、例えば、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液と、所望により界面活性剤および/または高分子保護コロイドを溶解した炭化水素溶媒からなる溶媒組成物とを別に調製し、混合器中で混合し、予め逆相懸濁液を用意する。一方、マイクロ波反応装置に管型反応器をセットし、ポンプにより用意された逆相懸濁液を通液し、マイクロ波を照射することにより連続重合を行うことができる。 In the case of production using a tubular reactor, for example, a solvent composition comprising a water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution and, if desired, a hydrocarbon solvent in which a surfactant and / or a polymer protective colloid are dissolved. Are prepared separately, mixed in a mixer, and a reverse phase suspension is prepared in advance. On the other hand, continuous polymerization can be carried out by setting a tubular reactor in a microwave reactor, passing a reverse phase suspension prepared by a pump, and irradiating with microwaves.
また、管型反応器の場合は、前記の連続重合する方法以外であっても、所望により界面活性剤および/または高分子保護コロイドを溶解した炭化水素溶媒からなる溶媒組成物と、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を別々に通液して連続重合することもできる。この方法を用いる場合、マイクロ波は、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を重合が開始する所定の温度まで昇温するために消費されるが、逆相懸濁液中の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の液滴径は数μmから数百μmと非常に小さいため、短時間のうちに溶媒組成物に熱が伝わり、結果として昇温したい水溶性エチレン性不飽和単量体の温度を下げてしまうおそれもある。その際には、溶媒組成物の温度を予め高めておくことで効率的に製造することができる。 In the case of a tubular reactor, a solvent composition comprising a hydrocarbon solvent in which a surfactant and / or a polymer protective colloid is dissolved, and water-soluble ethylene, if desired, other than the above-described continuous polymerization method. It is also possible to carry out continuous polymerization by separately passing aqueous unsaturated monomer solutions. When this method is used, the microwave is consumed to raise the temperature of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution to a predetermined temperature at which polymerization starts, but the water-soluble ethylenic water in the reverse phase suspension is used. Since the droplet diameter of the unsaturated monomer aqueous solution is very small, from several μm to several hundred μm, water is transferred to the solvent composition within a short time, and as a result, the water-soluble ethylenically unsaturated monomer that is desired to increase in temperature. There is also a risk of lowering the temperature. In that case, it can manufacture efficiently by raising the temperature of a solvent composition beforehand.
本発明にかかる製造方法において、反応器の材質は、マイクロ波に反応せず、マイクロ波を透過する材質、であれば特に限定されず、通常、ガラス製、ポリテトラフルオロエチレン製が用いられる。 In the production method according to the present invention, the material of the reactor is not particularly limited as long as it is a material that does not react with microwaves and transmits microwaves. Usually, glass or polytetrafluoroethylene is used.
本発明の方法によれば、加熱をマイクロ波により行うことにより、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液と炭化水素溶媒との質量比が大きくても安定的に重合できること、極めて短い時間での重合が可能なこと等により、単位マイクロ波照射エネルギーあたりの吸水性樹脂の製造量は1〜5kg/kw・hrと非常に効率よく吸水性樹脂の製造が可能である。 According to the method of the present invention, by heating with microwaves, it is possible to polymerize stably even if the mass ratio of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution and the hydrocarbon solvent is large, in a very short time. Since the polymerization is possible, the production amount of the water-absorbent resin per unit microwave irradiation energy is 1 to 5 kg / kw · hr, and the water-absorbent resin can be produced very efficiently.
具体的な製造方法に関しては、実施例により、詳細を記述するが、その概略は、槽型反応器の場合には、マイクロ波反応装置(四国計測工業社製)に撹拌機、温度計、冷却器、窒素ガス導入管を備えた反応器を設置し、界面活性剤および/または高分子保護コロイドを溶解した炭化水素溶媒からなる溶媒組成物を調製し、次いで必要により架橋剤および重合開始剤を溶解させた水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を投入後、撹拌を行うことにより逆相懸濁液を得る。次いで、窒素置換を行った後に、充分なマイクロ波を照射することにより加熱を行う。数秒のうちに重合反応が開始する温度に内温が上昇し、まもなく重合が終了する。 The specific production method will be described in detail with reference to examples, but in the case of a tank reactor, the outline is a microwave reactor (manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd.) with a stirrer, thermometer, cooling And a reactor equipped with a nitrogen gas introduction pipe to prepare a solvent composition comprising a hydrocarbon solvent in which a surfactant and / or polymer protective colloid is dissolved, and then, if necessary, a crosslinking agent and a polymerization initiator. after introducing dissolved water-soluble ethylenically unsaturated monomer solution was to give a reverse phase suspension by performing stirring. Next, after performing nitrogen substitution, heating is performed by irradiation with sufficient microwaves. The internal temperature rises to a temperature at which the polymerization reaction starts within a few seconds, and the polymerization is completed soon.
衛生材料等で広く使用されている吸水性樹脂においては、粉末状のものが好ましく用いられ、その粉末粒子の粒度は一般的に数μm〜数百μm程度のものが好ましく用いられる。従って、本発明にかかる吸水性樹脂の製造方法において、使用する炭化水素溶媒、水溶性エチレン性不飽和単量体、ならびに所望により用いる界面活性剤や高分子保護コロイドの選択が重要である。さらに、吸水性樹脂に各種性能を保持させるために架橋剤の選択も重要である。 As the water-absorbent resin widely used in hygiene materials, powdered ones are preferably used, and those having a particle size of about several μm to several hundreds μm are preferably used. Therefore, in the method for producing a water-absorbent resin according to the present invention, it is important to select a hydrocarbon solvent to be used, a water-soluble ethylenically unsaturated monomer, and a surfactant or polymer protective colloid to be used as desired. Furthermore, selection of a crosslinking agent is also important in order to keep the water absorbent resin having various performances.
以下実施例および比較例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。各実施例で得られた吸水性樹脂の、中位粒子径、生理食塩水吸水能、残存モノマー含量および水溶解分を、以下に示す方法により評価した。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples. The median particle diameter, physiological saline water absorption capacity, residual monomer content, and water-soluble content of the water absorbent resin obtained in each example were evaluated by the methods shown below.
<中位粒子径>
JIS標準篩を上から、目開き850μmの篩、目開き600μmの篩、目開き500μmの篩、目開き425μmの篩、目開き300μmの篩、目開き250μmの篩、目開き150μmの篩および受け皿の順に組み合わせ、組み合わせた最上の篩に、吸水性樹脂50gを入れ、ロータップ式振とう器を用いて20分間振とうさせて分級した。
分級後、各篩上に残った吸水性樹脂の質量を全量に対する質量百分率として計算し、粒子径の大きい方から順に積算することにより、篩の目開きと篩上に残った吸水性樹脂の質量百分率の積算値との関係を対数確率紙にプロットした。確率紙上のプロットを直線で結ぶことにより、積算質量百分率50質量%に相当する粒子径を中位粒子径とした。
<Medium particle size>
JIS standard sieve from above, sieve with an opening of 850 μm, sieve with an opening of 600 μm, sieve with an opening of 500 μm, sieve with an opening of 425 μm, sieve with an opening of 300 μm, sieve with an opening of 250 μm, sieve with an opening of 150 μm, and saucer In this order, 50 g of the water-absorbing resin was put into the uppermost sieve combined, and the mixture was classified by shaking for 20 minutes using a low-tap shaker.
After classification, the mass of the water-absorbent resin remaining on each sieve is calculated as a percentage by mass with respect to the total amount, and the mass of the water-absorbent resin remaining on the sieve opening and the sieve is calculated by integrating in order from the larger particle size. The relationship between percentage and integrated value was plotted on a logarithmic probability paper. By connecting the plots on the probability paper with a straight line, the particle diameter corresponding to an integrated mass percentage of 50 mass% was defined as the median particle diameter.
<生理食塩水吸水能>
500mL容のビーカーに、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液(生理食塩水)500gを量り取り、600rpmで撹拌させながら、吸水性樹脂2.0gを、ママコが発生しないように分散させた。撹拌させた状態で60分間放置し、吸水性樹脂を十分に膨潤させた。その後、予め目開き75μm標準篩の質量Wa(g)を測定しておき、これを用いて、前記ビーカーの内容物をろ過し、篩いを水平に対して約30度の傾斜角となるように傾けた状態で、30分間放置することにより余剰の水分をろ別した。吸水ゲルの入った篩いの質量Wb(g)を測定し、以下の式により、生理食塩水吸水能を求めた。
式:生理食塩水吸水能(g/g)=[Wb−Wa](g)/吸水性樹脂の質量(g)
<Saline water absorption capacity>
In a 500 mL beaker, 500 g of 0.9 mass% sodium chloride aqueous solution (physiological saline) was weighed and stirred at 600 rpm, and 2.0 g of the water-absorbing resin was dispersed so as not to generate mako. The mixture was allowed to stand for 60 minutes in a stirred state to sufficiently swell the water absorbent resin. Thereafter, the mass Wa (g) of a standard sieve having an opening of 75 μm is measured in advance, and the content of the beaker is filtered using this, so that the sieve has an inclination angle of about 30 degrees with respect to the horizontal. Excess water was filtered off by standing for 30 minutes in an inclined state. The mass Wb (g) of the sieve containing the water-absorbing gel was measured, and the physiological saline water-absorbing ability was determined by the following formula.
Formula: Saline water absorption capacity (g / g) = [Wb−Wa] (g) / mass of water absorbent resin (g)
<吸水性樹脂の残存モノマー含量>
500mL容のビーカーに、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液(生理食塩水)500gを量り取り、これに吸水性樹脂2.0gを添加して60分間撹拌した。前記ビーカーの内容物を、目開き75μmのJIS標準篩、さらに、ろ紙(ADVANTEC社製、No.3)によりろ過して、吸水ゲルと抽出液を分離した。得られた抽出液中に溶解しているモノマー含量を、高速液体クロマトグラフィーにより測定した。測定値を、吸水性樹脂質量あたりの値に換算して残存モノマー含量(ppm)とした。
<Residual monomer content of water-absorbent resin>
In a 500 mL beaker, 500 g of 0.9 mass% sodium chloride aqueous solution (physiological saline) was weighed, and 2.0 g of water absorbent resin was added thereto, followed by stirring for 60 minutes. The contents of the beaker were filtered with a JIS standard sieve having an opening of 75 μm and further with a filter paper (No. 3 manufactured by ADVANTEC) to separate the water-absorbing gel and the extract. The monomer content dissolved in the obtained extract was measured by high performance liquid chromatography. The measured value was converted to a value per mass of the water-absorbent resin, and was defined as the residual monomer content (ppm).
<水溶解分>
500mL容のビーカーに、0.9質量%塩化ナトリウム水溶液(生理食塩水)500±0.1gを量り取り、マグネチックスターラーバー(8mmφ×30mmのリングなし)を投入し、マグネチックスターラー〔イウチ(Iuchi)社製、品番:HS−30D〕の上に配置した。引き続きマグネチックスターラーバーを600rpmで回転するように調整し、さらに、マグネチックスターラーバーの回転により生ずる渦の底部は、マグネチックスターラーバーの上部近くになるように調整した。
<Water-soluble component>
In a 500 mL beaker, weigh out 500 ± 0.1 g of 0.9 mass% sodium chloride aqueous solution (physiological saline), put a magnetic stirrer bar (8 mmφ × 30 mm without ring), and add a magnetic stirrer [Iuchi ( Iuchi), product number: HS-30D]. Subsequently, the magnetic stirrer bar was adjusted to rotate at 600 rpm, and the bottom of the vortex generated by the rotation of the magnetic stirrer bar was adjusted to be close to the top of the magnetic stirrer bar.
次に、吸水性樹脂2.0±0.002gを、ビーカー中の渦中央とビーカー側面の間に素早く流し込み分散させ、3時間撹拌した。3時間撹拌後の吸水性樹脂分散水を、標準篩(目開き75μm)でろ過し、得られたろ液をさらに桐山式ロート(ろ紙No.6)を用い吸引ろ過した。 Next, 2.0 ± 0.002 g of the water absorbent resin was quickly poured and dispersed between the center of the vortex in the beaker and the side surface of the beaker and stirred for 3 hours. The water-absorbent resin-dispersed water after stirring for 3 hours was filtered through a standard sieve (aperture 75 μm), and the obtained filtrate was further suction filtered using a Kiriyama funnel (filter paper No. 6).
得られたろ液を恒量化した100mL容のビーカーに80±0.1g量り取り、140℃の熱風乾燥機〔アドバンテック(ADVANTEC)社製〕で恒量になるまで乾燥させ、ろ液固形分の質量Wd(g)を測定した。
一方、吸水性樹脂を用いずに上記操作と同様に行ない、ろ液固形分の質量We(g)測定し、式:溶解分(質量%)=〔[(Wd−We)×(500/80)]/2〕×100
に基づいて、溶解分を算出した。
The obtained filtrate was weighed in a 100 mL beaker with a constant weight, 80 ± 0.1 g, dried with a hot air dryer (manufactured by ADVANTEC) at 140 ° C. until it became a constant weight, and the mass Wd of the solid content of the filtrate (G) was measured.
On the other hand, the same procedure as described above was performed without using a water-absorbent resin, and the mass Wet (g) of the solid content of the filtrate was measured, and the formula: dissolved content (mass%) = [[(Wd−We) × (500/80 ] / 2] × 100
Based on the above, the dissolved content was calculated.
実施例1
撹拌機、還流冷却器、温度計、および窒素ガス導入管を備えた500mlの四つ口フラスコに80質量%のアクリル酸水溶液92g(1.03モル)、イオン交換水2.16gを仕込み、液温が30℃を超えないように外部より氷冷しつつ、30質量%の水酸化ナトリウム水溶液104.2g(0.78モル)を徐々に滴下してアクリル酸の76モル%を中和した。次に、水溶性ラジカル重合開始剤として過硫酸カリウム73.6mg(0.387ミリモル)、架橋剤としてエチレングリコールジグリシジルエーテル10.1mg(0.058ミリモル)およびイオン交換水37.1gを加えて溶解し水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を調製した。
Example 1
A 500 ml four-necked flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, a thermometer, and a nitrogen gas inlet tube was charged with 92 g (1.03 mol) of an 80% by mass aqueous acrylic acid solution and 2.16 g of ion-exchanged water, While cooling with ice from the outside so that the temperature does not exceed 30 ° C., 104.2 g (0.78 mol) of a 30% by mass aqueous sodium hydroxide solution was gradually added dropwise to neutralize 76 mol% of acrylic acid. Next, 73.6 mg (0.387 mmol) of potassium persulfate as a water-soluble radical polymerization initiator, 10.1 mg (0.058 mmol) of ethylene glycol diglycidyl ether and 37.1 g of ion-exchanged water as a crosslinking agent were added. A water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution was prepared by dissolution.
これとは別に、マイクロ波反応装置(四国計測工業(株)製、商品名:μReactorEX)の中に、撹拌機、還流冷却器、滴下ロート、および窒素ガス導入管を付した四つ口フラスコを設置し、この四つ口フラスコにn−へプタン290gと高分子保護コロイドとして無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)製、商品名:ハイワックス1105A)0.736gと界面活性剤HLB3としてショ糖ステアリン酸エステル(三菱化学フーズ(株)製、商品名:サーフホープSS−3)0.736gを添加し、n−へプタンに溶解させ炭化水素溶媒組成物を調製した。 Separately, a four-necked flask equipped with a stirrer, reflux condenser, dropping funnel, and nitrogen gas inlet tube in a microwave reactor (trade name: μReactor EX, manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd.) Installed in this four-necked flask was 290 g of n-heptane and 0.736 g of maleic anhydride-modified ethylene / propylene copolymer (trade name: High Wax 1105A, manufactured by Mitsui Chemicals) as a polymer protective colloid. As an activator HLB3, 0.736 g of sucrose stearate (trade name: Surf Hope SS-3, manufactured by Mitsubishi Chemical Foods Co., Ltd.) was added and dissolved in n-heptane to prepare a hydrocarbon solvent composition.
続いて、上記の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の全量を炭化水素溶媒組成物に加え、30℃に保ち撹拌下で懸濁させた。その時同時に、充分な窒素ガスを吹き込んで残存酸素を追い出した。
この時の、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液と、炭化水素溶媒との質量比(W/O比)は、0.81であった。
Subsequently, the entire amount of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution was added to the hydrocarbon solvent composition, and the suspension was kept at 30 ° C. with stirring. At the same time, sufficient nitrogen gas was blown to drive out residual oxygen.
At this time, the mass ratio (W / O ratio) between the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution and the hydrocarbon solvent was 0.81.
引き続き、マイクロ波反応装置により、周波数2.45GHzのマイクロ波を出力1kWで照射し逆相懸濁重合を行った。重合は速やか、かつ穏やかに進行し80秒の照射後、内温が70℃に達した時にマイクロ波の照射を止めた。
重合終了後、マイクロ波反応装置よりフラスコを取り出し、水およびn−へプタンを蒸留により留去し、乾燥することにより吸水性樹脂90.9gを得た。
得られた吸水性樹脂は、中位粒子径60μm、生理食塩水吸水能54g/g、残存モノマー含量207ppm、水溶解分7.6質量%であった。
Subsequently, reverse phase suspension polymerization was performed by irradiating a microwave with a frequency of 2.45 GHz with an output of 1 kW using a microwave reactor. Polymerization proceeded promptly and gently, and after 80 seconds of irradiation, microwave irradiation was stopped when the internal temperature reached 70 ° C.
After completion of the polymerization, the flask was taken out from the microwave reactor, and water and n-heptane were distilled off by distillation and dried to obtain 90.9 g of a water-absorbing resin.
The obtained water-absorbent resin had a median particle diameter of 60 μm, a saline water absorption capacity of 54 g / g, a residual monomer content of 207 ppm, and a water-soluble content of 7.6 mass%.
実施例2
実施例1において、n−へプタンの使用量を160gに変更した以外は、実施例1と同様の操作を行った。この時の、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液と、炭化水素溶媒との質量比(W/O比)は、1.46であった。
重合は速やか、かつ穏やかに進行し69秒の照射後、内温が70℃に達した時にマイクロ波の照射を止めた。重合終了後、マイクロ波反応装置よりフラスコを取り出し、水およびn−へプタンを蒸留により留去し、乾燥することにより吸水性樹脂90.5gを得た。
得られた吸水性樹脂は、中位粒子径61μm、生理食塩水吸水能64g/g、残存モノマー含量220ppm、水溶解分9.6質量%であった。
Example 2
In Example 1, the same operation as in Example 1 was performed except that the amount of n-heptane used was changed to 160 g. At this time, the mass ratio (W / O ratio) between the aqueous water-soluble ethylenically unsaturated monomer solution and the hydrocarbon solvent was 1.46.
Polymerization proceeded promptly and gently, and after 69 seconds of irradiation, microwave irradiation was stopped when the internal temperature reached 70 ° C. After completion of the polymerization, the flask was taken out from the microwave reactor, and water and n-heptane were distilled off by distillation and dried to obtain 90.5 g of a water absorbent resin.
The obtained water-absorbent resin had a median particle diameter of 61 μm, a physiological saline water absorption capacity of 64 g / g, a residual monomer content of 220 ppm, and a water-soluble content of 9.6% by mass.
実施例3
撹拌機、還流冷却器、温度計、および窒素ガス導入管を備えた3Lの四つ口フラスコに80質量%のアクリル酸水溶液920g(10.3モル)、イオン交換水21.6gを仕込み、液温が30℃を超えないように外部より氷冷しつつ、30質量%の水酸化ナトリウム水溶液1042.3g(7.8モル)を徐々に滴下してアクリル酸の76モル%を中和した。次に、水溶性ラジカル重合開始剤として過硫酸カリウム736mg(3.87ミリモル)、架橋剤としてエチレングリコールジグリシジルエーテル101mg(0.58ミリモル)およびイオン交換水371gを加えて溶解し水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を調製した。
Example 3
A 3 L four-necked flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, a thermometer, and a nitrogen gas inlet tube was charged with 920 g (10.3 mol) of an 80% by mass acrylic acid aqueous solution and 21.6 g of ion-exchanged water, While cooling with ice from the outside so that the temperature does not exceed 30 ° C., 1042.3 g (7.8 mol) of a 30% by mass aqueous sodium hydroxide solution was gradually added dropwise to neutralize 76 mol% of acrylic acid. Next, 736 mg (3.87 mmol) of potassium persulfate as a water-soluble radical polymerization initiator, 101 mg (0.58 mmol) of ethylene glycol diglycidyl ether and 371 g of ion-exchanged water as a crosslinking agent were added and dissolved to dissolve in water-soluble ethylenic acid. An unsaturated monomer aqueous solution was prepared.
これとは別に、撹拌機、還流冷却器、温度計、および窒素ガス導入管を備えた7Lの四つ口フラスコにn−へプタン2900gと高分子保護コロイドとして無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)製、商品名:ハイワックス1105A)7.36g、界面活性剤HLB3としてショ糖ステアリン酸エステル(三菱化学フーズ(株)製、商品名:サーフホープSS−3)7.36gを添加し、炭化水素溶媒組成物を調製した。 Separately, 2900 g of n-heptane and maleic anhydride-modified ethylene / propylene copolymer as a polymer protective colloid in a 7 L four-necked flask equipped with a stirrer, reflux condenser, thermometer, and nitrogen gas introduction tube Combined (Mitsui Chemicals Co., Ltd., trade name: High Wax 1105A) 7.36 g, Surfactant HLB3 as sucrose stearate (Mitsubishi Chemical Foods Co., Ltd., trade name: Surf Hope SS-3) 7. 36 g was added to prepare a hydrocarbon solvent composition.
続いて、上記の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の全量に炭化水素溶媒組成物を加え、30℃に保ち撹拌下で懸濁させた。その時同時に、充分な窒素ガスを吹き込んで残存酸素を追い出した。この混合液を懸濁液1とした。
この時の、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液と、炭化水素溶媒との質量比(W/O比)は、0.81であった。
Subsequently, the hydrocarbon solvent composition was added to the total amount of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution, and the mixture was kept at 30 ° C. and suspended under stirring. At the same time, sufficient nitrogen gas was blown to drive out residual oxygen. This mixture was designated as Suspension 1.
At this time, the mass ratio (W / O ratio) between the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution and the hydrocarbon solvent was 0.81.
マイクロ波反応装置(四国計測工業(株)製、商品名:μReactorEX)に内径10mm、長さ50cmのガラス製U字型連続反応管(反応管の体積は39ml)を設置し、前記ガラス製U字型連続反応管に懸濁液1を毎分78gの速さで通液させた。懸濁液の反応管内の滞留時間は30秒である。
通液5分後、周波数2.45GHzのマイクロ波を出力1kWで照射して、逆相懸濁重合を行った。反応管内の通液はマイクロ波照射後もスムースであった。マイクロ波照射開始5分後から10分間の懸濁重合液を採取し、水およびn−へプタンを蒸留により留去し、乾燥することにより吸水性樹脂135gを得た。
得られた吸水性樹脂は、中位粒子径68μm、生理食塩水吸水能51g/g、残存モノマー含量210ppm、水溶解分10.4質量%であった。
A glass U-shaped continuous reaction tube (with a reaction tube volume of 39 ml) having an inner diameter of 10 mm and a length of 50 cm was installed in a microwave reactor (trade name: μReactor EX, manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd.). Suspension 1 was passed through the U-shaped continuous reaction tube at a rate of 78 g / min. The residence time of the suspension in the reaction tube is 30 seconds.
Five minutes after passing the solution, microwaves with a frequency of 2.45 GHz were irradiated at an output of 1 kW to perform reverse phase suspension polymerization. The liquid passing through the reaction tube was smooth even after microwave irradiation. A suspension polymerization solution was collected for 10 minutes from 5 minutes after the start of microwave irradiation, and water and n-heptane were distilled off by distillation, followed by drying to obtain 135 g of a water-absorbent resin.
The obtained water-absorbent resin had a median particle diameter of 68 μm, a physiological saline water absorption capacity of 51 g / g, a residual monomer content of 210 ppm, and a water-soluble content of 10.4% by mass.
実施例4
実施例3において、n−へプタンの使用量を1600gに変更した以外は、実施例3と同様の操作を行った。この時の、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液と、炭化水素溶媒との質量比(W/O比)は、1.46であった。
重合終了後、マイクロ波反応装置よりフラスコを取り出し、水およびn−へプタンを蒸留により留去し、乾燥することにより吸水性樹脂178gを得た。
得られた吸水性樹脂は、中位粒子径73μm、生理食塩水吸水能52g/g、残存モノマー含量220ppm、水溶解分10.9質量%であった。
Example 4
In Example 3, the same operation as in Example 3 was performed except that the amount of n-heptane used was changed to 1600 g. At this time, the mass ratio (W / O ratio) between the aqueous water-soluble ethylenically unsaturated monomer solution and the hydrocarbon solvent was 1.46.
After completion of the polymerization, the flask was taken out from the microwave reactor, and water and n-heptane were distilled off by distillation, followed by drying to obtain 178 g of a water absorbent resin.
The obtained water-absorbent resin had a median particle diameter of 73 μm, a physiological saline water absorption capacity of 52 g / g, a residual monomer content of 220 ppm, and a water-soluble content of 10.9% by mass.
比較例1
実施例1において、マイクロ波反応装置の代わりにウォーターバスにより加熱することによりフラスコ内の逆相懸濁液を昇温した。逆相懸濁液が70℃に達すると急激に重合が起こり、水相部がゲル状の塊状となり、粒子状の吸水性樹脂は得られなかった。
Comparative Example 1
In Example 1, the reverse phase suspension in the flask was heated by heating with a water bath instead of the microwave reactor. When the reversed-phase suspension reached 70 ° C., polymerization occurred rapidly, and the aqueous phase became a gel-like lump, and a particulate water-absorbing resin was not obtained.
比較例2
比較例1において、n−へプタンの使用量を160gに変更した以外は比較例1と同様の操作を行った。この時の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液と、炭化水素溶媒との質量比(W/O比)は、1.46であった。
逆相懸濁液の温度が70℃に達すると急激に重合が起こり、水相部がゲル状の塊状となり、粒子状の吸水性樹脂は得られなかった。
Comparative Example 2
In Comparative Example 1, the same operation as in Comparative Example 1 was performed except that the amount of n-heptane used was changed to 160 g. The mass ratio (W / O ratio) between the water-soluble ethylenically unsaturated monomer aqueous solution and the hydrocarbon solvent at this time was 1.46.
When the temperature of the reversed-phase suspension reached 70 ° C., polymerization occurred rapidly, and the aqueous phase became a gel-like lump, and a particulate water-absorbing resin could not be obtained.
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