(57)【要約】【課題】スクリュー式押出機を用いた含水ゲルの粉砕処理において、含水ゲルの物性低下をほとんど伴わない均一な粉砕を、特殊な装置を用いることなく行うことができ、さらに押出機内部の充填率に影響されない細粒化方法を提供する。【解決手段】上記スクリュー式押出機として特定の付加機構なしに含水ゲルが供給側へ逆戻りすることを防止する機能を付加することを特徴とする。【選択図】選択図なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水ゲルをスクリュー式押出機の供給口から供給し、多孔板を備える押出口から押し出して粉砕処理を行う含水ゲルの細粒化方法において、該スクリュー式押出機のスクリュー末端部から供給口先端までの長さをＡとし、供給口先端からスクリュー先端までの長さをＢとした場合、下記式（１）
Ｃ＝（Ｂ／Ａ）×１００  （１）
で定義される値Ｃを１００％〜５００％の範囲内とすることで、含水ゲルが供給側へ逆戻りすることを防止する機能を備えたスクリュー式押出機を用いることを特徴とする含水ゲルの細粒化方法。
【請求項２】
該細粒化方法において、該スクリュー式押出機のスクリュー末端部から供給口先端までの長さをＡとし、供給口先端からスクリュー先端までの長さをＢとした場合、下記式（１）
Ｃ＝（Ｂ／Ａ）×１００  （１）
で定義される値Ｃを１００％〜５００％の範囲内とすることで、含水ゲルが供給側へ逆戻りすることを防止する機能を備えた含水ゲルのスクリュー式押出機細粒化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸水性樹脂の材料として好適に用いられる含水ゲルを粉砕するといった、含水ゲルの細粒化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸水性樹脂は，その特性を生かして紙オムツ、生理用品、簡易便器、創傷保護材、創傷治癒材などの衛生材料の構成材としての使用をはじめとして、農林業分野、土木分野、食品分野、医療分野、住宅分野など多くの分野で使用されている。
このような吸水性樹脂としては、例えばポリアクリル酸部分中和物架橋体、デンプン−アクリロニトリルグラフト重合体の加水分解物、デンプン−アクリル酸グラフト重合体の中和物、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体のケン化物、アクリロニトリル共重合体もしくはアクリルアミド共重合体の加水分解物またはこれらの架橋体、等が知られている。
【０００３】
上記吸水性樹脂は通常半固体状で弾性に富むゲル状物である含水ゲル（以下、単に含水ゲルと表記する）として得られるが、そのまま使用されることはほとんど無く、多くの場合は乾燥効率を高める為に一端解砕などにより細粒化を行った後に乾燥され、更に必要に応じて粉砕される。
その後、上記含水ゲルを乾燥し、粉末状態としたものは、吸水性樹脂として各種用途に使用される。
【０００４】
従来、上記含水ゲルの細粒化方法としては、例えば重合後の含水ゲルをミートチョッパーなどのスクリュー式押し出し機で解砕する方法などが用いられている。上記スクリュー式押出機を用いて含水ゲルを粉砕する技術としては、含水ゲルを４５℃〜９５℃の温度で加温し、孔径６．５ｍｍ〜１８ｍｍの孔を有する多孔板を備えるスクリュー式押出機から押し出し、その後、押し出された含水ゲルをロールミルなどで粉砕して細粒化を行う方法（特許文献１参照）、含水ゲルが供給口側へ逆戻りすることを防止する逆戻り防止部材を少なくとも押出口近傍に備えたスクリュー式押出機を用いる方法、およびスクリュー式押出機内部における含水ゲルの充填率を規定する方法（特許文献２参照）などが挙げられる。
【０００５】
特許文献１記載の方法では、平均ゲル粒径が０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内で、粒度分布の狭い粒子状の含水ゲルが得られる。それゆえ、乾燥効率が大幅に改善され、残存単量体の著しく少ない吸水性樹脂を高い生産性で得ることができる。
しかし、含水ゲルが細粒化される際の機械的外力により、含水ゲルにおける架橋重合鎖が切断されることにより、最終的に得られる吸水性樹脂の水可溶性成分量が増大するおそれがある。
また、特許文献２記載の方法では、上記逆戻り防止部材を設けることによってほとんど機械的外力を加えることなく含水ゲルを良好に押し出して粉砕を行うことができる。
【０００６】
しかし、上記スクリュー式押出機に特定の逆戻り防止部材を設ける必要があり、設備が複雑化しその装置の設計が困難となる。
さらに同号公報記載の方法では、スクリュー式押出機内部における含水ゲルの充填率を規定することにより、ほとんど機械的外力を加えることなく含水ゲルを良好に押し出して粉砕を行うことができる。
しかし、該押出機内部の充填率を規定することから上記架橋重合体の粉砕処理速度が制約されてしまう。
【特許文献１】特開平５−７０５９７号公報
【特許文献２】特開２０００−６７５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、スクリュー式押出機を用いた含水ゲルの細粒化処理において、含水ゲルが細粒化される際の機械的外力により、含水ゲルにおける架橋重合鎖が切断されることにより、最終的に得られる吸水性樹脂の水可溶成分量が増大するなどの含水ゲルの物性低下をほとんど伴わない均一な粉砕を、逆戻り防止部材などの特殊な機構を付加した装置を用いることなく行うことができ、さらに押出機内部の充填率に含水ゲルの細粒化処理速度が影響されない細粒化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、上記粉砕処理に使用するスクリュー式押出機の構造を最適化することで、特定の逆戻り防止部材を付加することなく含水ゲルを良好に押し出しうることを見出した。
また本発明者らは、上記逆戻り防止機構によって押出機内部における含水ゲルの充填率に影響を受けず良好に押し出しうることについても見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、
［１］
含水ゲルをスクリュー式押出機の供給口から供給し、多孔板を備える押出口から押し出して粉砕処理を行う含水ゲルの細粒化方法において、該スクリュー式押出機のスクリュー末端部から供給口先端までの長さをＡとし、供給口先端からスクリュー先端までの長さをＢとした場合、下記式（１）
Ｃ＝（Ｂ／Ａ）×１００  （１）
で定義される値Ｃを１００％〜５００％の範囲内とすることで、含水ゲルが供給側へ逆戻りすることを防止する機能を備えたスクリュー式押出機を用いることを特徴とする含水ゲルの細粒化方法、
［２］
該細粒化方法において、該スクリュー式押出機のスクリュー末端部から供給口先端までの長さをＡとし、供給口先端からスクリュー先端までの長さをＢとした場合、下記式（１）
Ｃ＝（Ｂ／Ａ）×１００  （１）
で定義される値Ｃを１００％〜５００％の範囲内とすることで、含水ゲルが供給側へ逆戻りすることを防止する機能を備えた含水ゲルのスクリュー式押出機細粒化装置、
である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法では、用いられるスクリュー式押出機の供給口をスクリューに対して特定の位置に設定することにより、含水ゲルが供給口側に逆戻りせず、円滑に押出口から押し出される。
このため、スクリュー式押出機のスクリューケース内で含水ゲルが滞留することがなくなり、含水ゲルに対して必要最低限以上の機械的外力が加えられることが回避される。すなわち、含水ゲルが細粒化される際の機械的外力により、含水ゲルにおける架橋重合鎖が切断されることにより、最終的に得られる吸水性樹脂の水可溶成分量が増大するなどの含水ゲルの物性低下を伴わず容易に細粒化を行うことができる。
【００１０】
しかも、スクリュー式押出機の内部に特別な加工を施すことなしに上記目的は実現されるため、押出機の構造を複雑にすることもない。
また、上記逆戻り防止機構は押出機内部における含水ゲルの充填率に含水ゲルの細粒化処理速度が影響を受けずに細粒化を行うことができるため、押出機の運転条件に幅を持たせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法を、図に基づいて以下に詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明において細粒化される含水ゲルは、例えば、吸水性樹脂として好適に用いられるものであって、エチレン系不飽和単量体を、架橋構造を形成するように水溶液重合することによって得られるものである。
【００１２】
上記含水ゲルの原料として用いられるエチレン性不飽和単量体は、水溶性を有する単量体であり、このようなものとしては、例えば、（メタ）アクリル酸、β−アクリロイルオキシプロピオン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、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、２−（メタ）アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、ビニルホスホン酸、２−（メタ）アクリロイルオキシエチルリン酸などの酸基含有単量体、およびこれらのアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アルキルアミン塩；Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（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）アクリルアミドなどのジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート類およびこれら四級化物（例えば、アルキルハイドライドとの反応物、ジアルキル硫酸との反応物など）；Ｎ−アルキルビニルピリジニウムハライド；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）アクリレートなどのヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート；（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；メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレートなどのアルコ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−ビニルピリジン、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−アクリロイルピペリジン；Ｎ−ビニルアセトアミド；などが挙げられる。
【００１３】
これらエチレン性不飽和単量体は、一種類のみを用いてもよく、また、二種類以上を適宜混合してもよい。
上記例示のエチレン性不飽和単量体のうち、アクリル酸塩系単量体を主成分として含む単量体を用いると、得られる含水ゲルの吸水特性や安全性がより一層向上するので好ましい。ここで、アクリル酸塩系単量体とは、アクリル酸、および／またはアクリル酸の水溶性塩類を示す。
また、アクリル酸の水溶性塩類とは、中和率が３０モル％〜１００モル％の範囲内であるアクリル酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、ヒドロキシアンモニウム塩、アミン塩、アルキルアミン塩を示す。
【００１４】
これらアクリル酸塩系単量体は、単独で用いてもよく、また、二種類以上を併用してもよい。なお、吸水性樹脂の平均分子量（重合度）は、特に限定されるものではない。
上記エチレン性不飽和単量体を主成分として含む単量体組成物を、架橋剤の存在下で重合させることによって上記の含水ゲルを得ることができるが、上記単量体組成物には、得られる含水ゲルの親水性を阻害しない程度に、上記エチレン性不飽和単量体と共重合可能な他の単量体（共重合性モノマー）を含んでいてもよい。
【００１５】
上記の共重合性モノマーとしては、具体的には、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリル酸エステル類；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどの疏水性単量体；などが挙げられる。これら共重合性モノマーは、単独で用いてもよく、また、二種類以上を適宜混合して用いてもよい。
また、上記単量体成分を重合させる際に用いられる架橋剤としては、例えば、分子内にビニル基を複数有する化合物；分子内にカルボキシル基やスルホン酸基と反応することのできる官能基を複数含有する化合物；などが挙げられる。これら架橋剤は、単独で用いてもよく、また、二種類以上を併用してもよい。
【００１６】
分子内にビニル基を複数含有する化合物としては、具体的には、例えば、Ｎ，Ｎ−メチレンビス（メタ）アクリルアミド、（ポリ）エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、（ポリ）プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンジ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、グリセリンアクリレートメタクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジアリルアクリルアミド、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルホスフェート、トリアリルアミン、ジアリルオキシ酢酸、Ｎ−メチル−Ｎ−ビニルアクリルアミド、ビス（Ｎ−ビニルカルボン酸アミド）、テトラアリロキシエタンなどが挙げられる。
【００１７】
分子内にカルボキシル基やスルホン酸基と反応することのできる官能基を複数有する化合物としては、例えば、（ポリ）エチレングリコール、（ポリ）プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、（ポリ）グリセリン、２−ブテン−１，４−ジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２−シクロヘキサンジメタノール、トリメチロールプロパン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなどの多価アルコール化合物；（ポリ）エチレングリコールジグリシジルエーテル、（ポリ）グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、（ポリ）プロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリシドールなどのエポキシ化合物；エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリアミドポリアミン、ポリエチレンイミンなどの多価アミン化合物、並びに、それら多価アミンとハロエポキシ化合物との縮合物；２，４−トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの多価イソシアネート化合物；１，２−エチレンビスオキサゾリンなどの多価オキサゾリン化合物；γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤；１，３−ジオキソラン−２−オン、４−メチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，５−ジメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，４−ジメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−エチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、１，３−ジオキサン−２−オン、４−メチル−１，３−ジオキサン−２−オン、４，６−ジメチル−１，３−ジオキサン−２−オン、１，３−ジオキソパン−２−オンなどのアルキレンカーボネート化合物；エピクロロヒドリンなどのハロエポキシ化合物；亜鉛、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄、ジルコニウムなどの水酸化物あるいは塩化物などが挙げられる。
【００１８】
上記の架橋剤の使用量としては、特に限定されるものではないが、上記単量体成分に対して、０．０００１モル％〜１０モル％の範囲内であることが好ましく、０．００１モル％〜１モル％の範囲内であることがより好ましい。
本発明において、上記の単量体成分を重合する方法は、特に限定されるものではなく、バルク重合、沈澱重合、水溶液重合または逆相懸濁重合など、従来公知の種々の重合方法を採用することができる。その中でも、得られる吸水性樹脂の吸水特性を向上させるとともに、重合の制御の容易さから、上記の単量体成分を水溶液とした水溶液重合が好ましい。
上記重合反応中は、単量体成分を撹拌することなく、静置して重合させるほうが好ましい。さらに、上記のエチレン性不飽和単量体を水溶液重合させる際には、連続式重合、または回分重合の何れかの方式を採用してもよく、また、常圧、減圧、加圧の何れの圧力下で実施してもよい。なお、重合反応は、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素などの不活性ガスの気流下で行うことが好ましい。
【００１９】
上記重合反応における重合開始時には、例えば、重合開始剤、あるいは放射線や電子線、紫外線、電磁線などの活性化エネルギー線などを用いることができる。上記重合開始剤としては、具体的には、例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素などの無機化合物；ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、クメンハイドロパーオキサイドなどの有機過酸化物；２，２’−アゾビス（Ｎ，Ｎ’−メチレンイソブチルアミジン）またはその塩、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）またはその塩、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）またはその塩、４，４’−アゾビス−４−シアノ吉草酸などのアゾ化合物；などのラジカル重合開始剤が挙げられる。
これら重合開始剤は、単独で用いてもよく、また、二種類以上を併用してもよい。また、重合開始剤として過酸化物を用いる場合には、例えば、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、Ｌ−アスコルビン酸（塩）などの還元剤を併用して酸化還元（レドックス）重合を行ってもよい。
【００２０】
また、本発明において上記単量体成分を重合して得られる含水ゲルについては、内部に気泡を含有していると、得られる吸水性樹脂の吸水特性を向上させることができるので特に好ましい。内部に気泡を含有する含水ゲルは、上記単量体成分を、気泡を含有するように、架橋剤の存在下で重合させることによって容易に得ることができる。このような重合方法としては、アゾ系開始剤の存在下での重合方法、発泡剤として炭酸塩（特開平５−２３７３７８号公報、開平７−１８５３３１号公報）を用いての重合方法、ペンタンやトリフルオロエタンなどの水に不溶な発泡剤をモノマー中に分散させての重合方法（米国特許第５３２８９３５号公報、米国特許第５３３８７６６号公報）、固体微粒子状発泡剤を用いての重合法（国際公開ＷＯ９６／１７８８４号公報）、界面活性剤の存在下に、不活性気体を分散させながら重合する方法など、従来公知の種々の方法を採用することができる。
【００２１】
上記単量体成分を架橋剤の存在下で重合させる際には、得られる吸水性樹脂の吸水特性を向上させるため、また気泡を含有するように重合させる場合には、発泡を効率的に行うため溶媒としては水、もしくは水と、水に可溶な有機溶媒との混合溶媒を用いることが好ましい。
該有機溶媒としては、具体的には、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、アセトン、アセトニトリル、エチレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。これら有機溶媒は、単独で用いてもよく、また、２種類以上を併用してもよい。
【００２２】
上記水溶液（以下、単量体水溶液とする）中の単量体成分の濃度は、２０重量％〜６０重量％の範囲内がより好ましい。単量体成分の濃度が２０重量％以上の場合、得られる吸水性樹脂の水可溶成分量が増加することを抑制できるとともに、発泡剤による発泡が十分となり、吸水速度を向上させることが出来るので好ましい。一方、単量体成分の濃度が６０重量％以下の場合、反応温度並びに発泡剤による発泡を制御することが容易となり好ましい。
上記のようにして得られた含水ゲルの含水率は、一般に１０〜９０重量％の範囲であり、好ましくは２０〜８０重量％の範囲である。含水率が１０重量％以上の場合、含水ゲルの押出が容易となり、また、気泡を含有する含水ゲルの場合は気泡が潰れにくくなるため好ましい。一方、含水率が９０重量％以下の場合、押出後の乾燥に時間を要しすぎることがなく好ましい。
【００２３】
上記含水ゲルは、所定の大きさに押出した後で乾燥し、粉砕することによって吸水性樹脂とすることができるが、上記押出に際して、含水ゲルは均一かつ可能な限り混錬されないように押出すことが好ましい。これは、得られる吸水性樹脂の物性が低下することになるためである。
具体的には、含水ゲルが均一に押出されない場合、個々の含水ゲルを均一に乾燥することができなくなり、一部未乾燥物が発生する可能性がある。この未乾燥物は非常に大きな粘着力を有しているため、乾燥後の粉砕工程で粉砕機内に付着して粉砕を妨げてしまう。また、未乾燥物が最終製品である吸水性樹脂に混入すると該吸水性樹脂の物性が低下する。
【００２４】
さらに、含水ゲルが押出過程で混錬されてしまうと、含水ゲルの架橋鎖が切断され、可溶成分量の増大を招来して最終製品である吸水性樹脂の物性を低下させる。また、含水ゲルが気泡を有しているような場合には、該気泡が押出過程で練り潰され、やはり吸水性樹脂の物性を低下させる。
そこで、上記含水ゲルが均一に押出されるとともに、押出時に含水ゲルが混錬されないようにすることが好ましい。このような含水ゲルの押出を行うために、本発明では、特定の付加機構なしに含水ゲルが供給側へ逆戻りすることを防止する機構を備えたスクリュー式押出機を用いている。
【００２５】
本発明に用いられる上記スクリュー式押出機は、筒状のスクリューケース内に回転する１軸または多軸のスクリューを有する構成であれば特に限定されるものではない。上記スクリュー式押出機としては、例えば、図１に示すように、スクリューケース１１、スクリューシャフト１２、供給口１３、ホッパー１４、押出口１５、多孔板１６、ダイスホルダー１７、ダイス押え１８などを備えている構成のものを好適に用いることができる。
上記スクリューケース１１は筒状となっており、スクリューケース１１の長手方向に沿って内部にスクリューシャフト１２が配置されている。筒状のスクリューケース１１における一方の端部には、含水ゲルが押し出される押出口１５が設けられており、もう一方の端部には、スクリューシャフト１２を回転させるためのモータや駆動系などが設けられる。スクリューケースの上方には、含水ゲルを供給するための供給口１３が設けられており、好ましくは、含水ゲルを供給し易くするためのホッパー１４が備えられている。
【００２６】
上記スクリューケース１１の形状や大きさは、スクリューシャフト１２の形状に対応するような円筒状の内面を有していれば特に限定されるものではないが、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部から供給口先端までの長さをＡとし、供給口先端からスクリュー先端までの長さをＢとした場合、下記式（１）、
Ｃ＝（Ｂ／Ａ）×１００  （１）
で定義される値Ｃを１００％〜５００％の範囲内とすることが好ましい。
ここで、Ｃの値が１００％より小さいと、含水ゲルが正常に押出されず、スクリューケース内に滞留するため不適であり、また、Ｃの値が５００％より大きいと、押出の際に含水ゲルが混錬されてしまい、含水ゲルの架橋鎖が切断され、可溶成分量の増大を招来して最終製品である吸水性樹脂の物性を低下させるため不適である。
【００２７】
また、スクリューシャフト１２の回転数に関しては、１〜３００ｒｐｍが好ましく、１〜２４０ｒｐｍであればさらに好ましく、１〜１８０ｒｐｍであれば特に好ましい。１〜３００ｒｐｍの範囲内では、スクリューシャフト１２の回転により過剰な機械的外力が含水ゲルに加えられることがなく、物性が低下することがないため好ましい。
上記押出口１５には、複数の孔を有する多孔板１６が配置されている。また、この多孔板１６は、ダイス押え１８によってダイスホルダー１７に着脱可能に固定されている。これは、多孔板１６上に開けられた孔の径によって紐状含水ゲルの太さが決定されるため、紐状含水ゲルの太さを調節するためには多孔板１６を孔径の異なったものに適宜取り替える必要が生じるためである。
【００２８】
上記多孔板１６の厚さは１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内である。またその孔径は、１ｍｍ〜２８ｍｍの範囲内にあることが好ましく、２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内にあることがより好ましい。孔径が上記の範囲内にあれば、押し出しに際して含水ゲルに対して過剰な機械的外力が加えられることが抑制されるため、含水ゲルを良好に押出することができる。
ここで、従来の方法では、含水ゲルをスクリュー式押出機により押出す際には、多孔板の孔径が６．５ｍｍ〜１８ｍｍの範囲内にあることが好ましいとされてきた。これは、逆戻り防止機構を備えていない従来のスクリュー式押出機では、孔の径が上記範囲から外れると、含水ゲルを良好に押出すことができなくなるためである。
【００２９】
具体的には、上記範囲よりも孔の径が小さいと、従来の方法では多孔板から含水ゲルを押出すために非常に大きな力が必要となり、含水ゲルがスクリューケース内で混錬されて物性が低下するとともに滞留によって生産性が低下する。一方、孔の径が上記の範囲よりも大きいと、得られる紐状含水ゲルの太さが均一でなくなり、吸水性樹脂の製造に際して押出後の乾燥が均一に行われなくなって、吸水性樹脂の物性を低下させる。
これに対して、本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法では、含水ゲルの逆戻りが発生しないために含水ゲルの押出しが円滑に行われ、滞留による生産性の低下を招来することがない。また、孔径が大きい場合であってもより均一かつ効率的な粉砕が可能となっている。
【００３０】
上記多孔板１６の開口率は、５％以上であることが好ましく、１０％〜４０％の範囲内であることがより好ましく、２０％前後であることが特に好ましい。開口率が５％未満であると、含水ゲルが押し出されにくくなり生産性が低下する。また、含水ゲルが押し出されにくくなることから、多孔板１６への圧送部位で含水ゲルが過度に細かく破砕されてしまうことにもなるため好ましくない。なお、上記開口率とは、多孔板１６の総面積に対する全ての孔の合計面積の比率を指す。
上述したスクリュー式押出機により得られる紐状の含水ゲルは、かつ粉砕時に余計な機械的外力が加えられていない良質のものとなっている。ここで、上記紐状含水ゲルの平均直径は、１ｍｍ〜２８ｍｍの範囲内が好ましく、２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内がより好ましく、含水ゲルが固いものである場合、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内が特に好ましい。
【００３１】
本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法では、充填率による影響を受けず、スクリューケース１１内での滞留なしに含水ゲルを押出し、細粒化を行うことができるが、充填率１０％〜１００％の範囲内ではスクリューシャフト１２の回転に伴う過剰な機械的外力が加えられることがないため、好ましい。
なお、上記充填率とは、上記スクリュー式押出機のスクリューケース１１に含水ゲルを完全に充填して細粒化処理を行った場合の単位時間辺りの処理量に対する、このときと同一の回転数でスクリューシャフト１２が回転する状態で供給される含水ゲルの供給量の比率を指す。
【００３２】
上記のように、スクリューケース１１内での滞留なく、過剰な機械的外力が加えられることがない細粒化を行うことの可能な充填率の範囲が非常に広いため、含水ゲルの細粒化条件の設定が容易となり、細粒化装置の運転を容易にすることができる。
本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法では、上記スクリュー式押出機から含水ゲルを押し出した後、回転刃などを用いて紐状の含水ゲルを適宜切断し小粒状に細粒化してもよい。これによって、乾燥の効率をさらに上昇させ、生産性を向上させることができる。
本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法では、上記スクリュー式押出機に含水ゲルを供給する前に、塊状の含水ゲルを解砕処理してもよい。これによって、含水ゲルを供給し易くなるとともにスクリューケース１１内に充填し易くなる。上記粗粉砕に用いられる解砕手段としては、含水ゲルを練らないように解砕できるものであれば特に限定されるものではないが、例えばギロチンカッターなどを挙げることができる。
【００３３】
上記の解砕処理を行って得られる含水ゲルの粗粉砕生成物の大きさは、供給口１３から供給することができるとともに、スクリューシャフト１２で押出口１５に送ることができる大きさであれば特に限定されるものではないが、一般に、５ｍｍ以上であることが好ましく、１０ｍｍ以上であることがより好ましい。５ｍｍ未満であれば、スクリュー式押出機により解砕する意味がなくなるため好ましくない。
以上のような本発明にかかる細粒化方法により得られる細粒化含水ゲルを乾燥して得られた吸水性樹脂は、優れた吸水性能によって、例えば、紙オムツや生理用ナプキン、失禁パッド、創傷保護材、創傷治癒材等の衛生材料（体液吸収物品）；ペット用の尿等の吸収物品；建材や土壌用保水材、止水材、パッキング材、ゲル水嚢等の土木建築用資材；ドリップ吸収材や鮮度保持材、保冷材等の食品用物品；油水分離材、結露防止材、凝固材等の各種産業用物品；植物や土壌等の保水材等の農園芸用物品等、種々の用途に好適に用いられるものとなっている。
なお、本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法は、吸水性樹脂の製造に対してのみに適応されるものではなく、均一かつ練られないように含水ゲルを粉砕する工程が必要な場合に好適に用いられる方法である。
【実施例】
【００３４】
本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法について、以下の実施例および比較例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例および比較例により限定されるものではない。
以下の実施例および比較例では、吸水性樹脂の製造に、本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法を適用している。まず、以下の実施例および比較例で得られる吸水性樹脂における各種物性および紐状含水ゲルの状態の測定は、次のようにして行った。なお、以下の実施例および比較例に記載している％は重量％を示す。
【００３５】
〔吸水倍率〕
まず、吸水性樹脂の重量を秤量後、０．９％塩化ナトリウム水溶液（生理食塩水）に、６０分間浸漬した。その後、吸水性樹脂を取り出して液切りを行った後に、吸水性樹脂の重量を秤量し、生理食塩水を吸収する前の重量と比較して吸水倍率を求めた。
〔水可溶分〕
１００ｍＬのビーカー中に、吸水性樹脂１ｇを生理食塩水２５ｍＬに膨潤させ、蓋をして２５℃で１６時間放置した。次いで、膨潤したゲルを９７５ｍＬの脱イオン水中に分散させ、１時間撹拌した後、濾紙で濾過した。得られた濾液をコロイド滴定により滴定し、吸水性樹脂の可溶分（％）を算出した。
【００３６】
〔実施例１〕
７０％中和アクリル酸ナトリウムおよびＮ’，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド０．０４モル％（対アクリル酸ナトリウム）を含むモノマー水溶液を調製した。このときのアクリル酸ナトリウムの濃度は４０重量％であった。このモノマー水溶液に窒素を吹き込み、水溶液中の溶存酸素濃度を０．１ｐｐｍ以下とした。
次いで、過硫酸アンモニウム０．０１モル％（対アクリル酸ナトリウムモノマー）、Ｌ−アスコルビン酸０．０３モル％（対アクリル酸ナトリウムモノマー）を順番に添加し、重合を行った。重合開始温度は２５℃であり、１２分後、温度は８５℃に達した。
重合後、得られた含水ゲルを１５〜５５ｍｍの塊状に解砕した後、図１に示すようなスクリュー式押出機に、充填率がほぼ１００％となるように投入し、多孔板１６からスクリュー回転数６０ｒｐｍで押し出した。
上記スクリュー式押出機としては、スクリューケース１１の内径５３ｍｍ、長さ２２０ｍｍのものを用いた。また上記スクリューシャフト１２としては、直径５１ｍｍ、長さ１９１ｍｍのものを用いた。さらに上記多孔板１６としては、厚さ８ｍｍ、孔の径４．５ｍｍ、開口率３５％のものを用いた。
また、上記スクリュー式押出機はスクリュー末端部から開口部先端までの長さＡを調節可能な構造となっているものを使用し、本実施例ではＡを５５ｍｍとした。
上記スクリュー式押出機を用い、含水ゲルを押し出して紐状含水ゲルを得た。押し出された含水ゲルはガラス状の透明な紐状であった。そのときの押出条件および押出機内の滞留の発生、上記Ａ、Ｂ、Ｃの値を表１に示す。
上記紐状含水ゲルを１８０℃で３０分間乾燥した後、さらに粉砕し、本発明における吸水性樹脂（１）を得た。該吸水性樹脂（１）の物性を表２に示す。
【００３７】
〔実施例２〕
実施例１において、充填率がほぼ５０％となるように含水ゲルを投入した以外は同様にして、本発明における吸水性樹脂（２）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（２）の物性を表２に示す。
【００３８】
〔実施例３〕
実施例１において、充填率がほぼ２５％となるように含水ゲルを投入した以外は同様にして、本発明における吸水性樹脂（３）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（３）の物性を表２に示す。
【００３９】
〔実施例４〕
実施例１において、スクリュー回転数を１２０ｒｐｍとした以外は同様にして、本発明における吸水性樹脂（４）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（４）の物性を表２に示す。
【００４０】
〔実施例５〕
実施例１において、スクリュー回転数を３０ｒｐｍとした以外は同様にして、本発明における吸水性樹脂（５）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（５）の物性を表２に示す。
【００４１】
〔実施例６〕
実施例１において、上記多孔板として厚さ８ｍｍ、孔の径３．０ｍｍ、開口率３７％のものを用いた以外は同様にして、本発明における吸水性樹脂（６）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（６）の物性を表２に示す。
【００４２】
〔実施例７〕
実施例１において、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部から開口部先端までの長さＡを４０ｍｍとした以外は同様にして、本発明における吸水性樹脂（７）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（７）の物性を表２に示す。
【００４３】
〔実施例８〕
実施例１において、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部から開口部先端までの長さＡを７０ｍｍとした以外は同様にして、本発明における吸水性樹脂（８）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（８）の物性を表２に示す。
【００４４】
〔実施例９〕
実施例１において、使用するスクリュー式押出機として、スクリューケース１１の内径５３ｍｍ、長さ２８３ｍｍのものを用い、上記スクリューシャフト１２として直径５１ｍｍ、長さ２５４ｍｍのものを用いた以外は同様にして本発明における吸水性樹脂（９）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（９）の物性を表２に示す。
【００４５】
〔実施例１０〕
実施例９において、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部から開口部先端までの長さＡを７０ｍｍとした以外は同様にして、本発明における吸水性樹脂（１０）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（１０）の物性を表２に示す。
【００４６】
〔実施例１１〕
実施例９において、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部から開口部先端までの長さＡを１００ｍｍとした以外は同様にして、本発明における吸水性樹脂（１１）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（１１）の物性を表２に示す。
【００４７】
〔実施例１２〕
実施例１において、使用するスクリュー式押出機として、スクリューケース１１の内径５３ｍｍ、長さ１５６ｍｍのものを用い、上記スクリューシャフト１２として直径５１ｍｍ、長さ１２７ｍｍのものを用いた以外は同様にして本発明における吸水性樹脂（１２）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（１２）の物性を表２に示す。
【００４８】
〔実施例１３〕
実施例１２において、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部から開口部先端までの長さＡを４０ｍｍとした以外は同様にして、本発明における吸水性樹脂（１３）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、吸水性樹脂（１３）の物性を表２に示す。
【００４９】
〔比較例１〕
実施例１において、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部から開口部先端までの長さＡを１００ｍｍとした以外は同様にして、比較吸水性樹脂（１）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、比較吸水性樹脂（１）の物性を表２に示す。
【００５０】
〔比較例２〕
実施例９において、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部から開口部先端までの長さＡを４０ｍｍとした以外は同様にして、本発明における比較吸水性樹脂（２）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、比較吸水性樹脂（２）の物性を表２に示す。
【００５１】
〔比較例３〕
実施例１３において、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部から開口部先端までの長さＡを７０ｍｍとした以外は同様にして、比較吸水性樹脂（３）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、比較吸水性樹脂（３）の物性を表２に示す。
【００５２】
〔比較例４〕
実施例１３において、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部から開口部先端までの長さＡを１００ｍｍとした以外は同様にして、比較吸水性樹脂（４）を得た。このときの細粒化条件および押出機内の状態を表１に示す。また、比較吸水性樹脂（４）の物性を表２に示す。
【００５３】
上記のように、本発明にかかる細粒化方法を用いた実施例１〜１３では、特定の逆戻り防止部材の存在なしに含水ゲルが供給側へ逆戻りすることを防止する機構を備えたスクリュー式押出機を用いて粉砕処理を行っているため、上記スクリュー式押出機内で滞留を発生することなく効率的な処理を行うことができるとともに、押出機内で必要最低限以上の機械的外力が加えられることなく、乾燥が容易な紐状含水ゲルが得られたことが確認された。
特に、実施例２および３のように、本発明にかかる細粒化方法では、上記スクリュー式押出機内の充填率に関わらず、含水ゲルを良好に細粒化することが出来ることが確認された。
また、実施例４および５のように、スクリューシャフト１２の回転数に関わらず、良好な細粒化が可能であることが確認された。
さらに、実施例６のように、多孔板孔径によらず良好な細粒化が可能であることも確認された。
【００５４】
加えて、実施例７〜１３のように、上記スクリュー式押出機スクリュー末端部〜供給口先端までの長さをＡとし、供給口先端からスクリュー先端までの長さをＢとした場合、下記式（１）、
Ｃ＝（Ｂ／Ａ）×１００  （１）
で定義される値Ｃが１００％〜５００％の範囲内であれば、含水ゲルを良好に細粒化可能であることが確認された。
さらに、上記Ｃの値が１００＜Ｃ＜３００である実施例１〜６、８、１１〜１４で得られた吸水性樹脂（１）〜（６）、（８）、（１１）〜（１４）は、可溶分や劣化可溶分が少なく、非常に良好な物性を示す高品質のものであることが確認された。
一方、上記Ｃの値が３００≦Ｃ≦５００である実施例７、９では、吸水性樹脂（１）〜（６）、（８）、（１１）〜（１４）に比べて若干の品質低下が見られるものの、良好な物性を示すことが確認された。
【００５５】
これに対して、上記Ｃの値がＣ＞５００である比較例２では、上記スクリュー式押出機内で滞留および逆戻りが発生することはないが、押出機内で必要最低限以上の機械的外力が加えられることから得られた紐状含水ゲル中には水可溶分が多くなり、吸水性樹脂としての品質が低いものであることが確認された。
また、上記Ｃの値がＣ＜１００となっている比較例１、３、４では、上記スクリュー式押出機内で滞留および逆戻りが発生するとともに、押出機内で必要最低限以上の機械的外力が加えられることから得られた紐状含水ゲル中には水可溶分が多くなり、吸水性樹脂としての品質が低いものであることが確認された。
【００５６】
【表１】
2005272653.tif 000002
【００５７】
【表２】
2005272653.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法は、特定の付加機構なしに含水ゲルが供給側へ逆戻りすることを防止する機能を備えたスクリュー式押出機を用いて含水ゲルを粉砕する方法である。
このとき、上記スクリュー式押出機による粉砕処理においては、上記式（１）により定義される値Ｃが１００％〜５００％の範囲内であることが好ましい。
上記方法によれば、含水ゲルに対して過剰な機械的外力が加えられることが回避されるとともに均一な粉砕が可能となるので、含水ゲルの物性を低下させることなく容易に細粒化することができる。
【００５９】
また、押出機内で含水ゲルの滞留が発生しないため、細粒化の効率を大幅に向上させることができる。
さらに、値Ｃがこの範囲内であれば、押出機内部における含水ゲルの充填率に影響を受けず良好に細粒化を行うことができるため、押出機の運転条件に幅を持たせることが可能となる。
以上の利点から、本発明にかかる含水ゲルの細粒化方法は、吸水性樹脂の製造に対してのみに適応されるものではなく、均一かつ練られないように含水ゲルを粉砕する工程が必要な場合に好適に利用できる。
【００６０】
本発明にかかる細粒化方法により得られる細粒化含水ゲルを乾燥して得られた吸水性樹脂は、優れた吸水性能によって、例えば、紙オムツや生理用ナプキン、失禁パッド、創傷保護材、創傷治癒材等の衛生材料（体液吸収物品）；ペット用の尿等の吸収物品；建材や土壌用保水材、止水材、パッキング材、ゲル水嚢等の土木建築用資材；ドリップ吸収材や鮮度保持材、保冷材等の食品用物品；油水分離材、結露防止材、凝固材等の各種産業用物品；植物や土壌等の保水材等の農園芸用物品等、種々の用途に好適に用いられるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる含水ゲルの細粒化方法に用いられるスクリュー式押出機の構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００６２】
１１  スクリューケース
１２  スクリューシャフト
１３  供給口
１４  ホッパー
１５  押出口
１６  多孔板
１７  ダイスホルダー
１８  ダイス押え
【図１】
2005272653.tif 000004