JP4721780B2 - 多孔質吸水性ポリマー粒子の製造法 - Google Patents

Description

本発明は、多孔質吸水性ポリマー粒子の製造法に関する。さらに詳しくは、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョン［油中水中油型エマルジョン]を用いて、樹脂内部に多数の空孔を有する多孔質吸水性ポリマー粒子を製造する方法に関する。多孔質吸水性ポリマー粒子は、紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パッド、ペットシートなどに有用である。

一般に、吸水性ポリマーを製造する方法として、逆相懸濁重合法や水溶液重合法により、アクリル酸やそのアルカリ金属中和塩などの水溶性エチレン性不飽和単量体を重合させて吸水性ポリマーを製造する方法がよく知れられている。これらの製造法によって得られた吸水性ポリマーは、主に紙オムツや生理用ナプキンなどの衛材用途に広く利用されている。これらの衛材用途のなかでも特に、ナプキン、失禁パッド、ペットシートなどには、その使用目的を考慮して、より速い体液吸収速度が望まれており、その実現のために、より速い吸水速度をもつ吸水性ポリマーの開発が望まれている。

吸水速度が改善された吸水性ポリマーの製造法として、重合の際に炭酸塩発泡剤を用いて吸水性ポリマー内に気泡を生じさせる方法（例えば、特許文献１参照）、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンを用いてモノマーを重合させて粒子内部に空孔を形成させることにより、その吸水速度を向上させる方法（例えば、特許文献２および特許文献３参照）などが知られている。

しかし、これらの方法で得られる吸水性ポリマーの内部の空孔は、そのほとんどが粒子内部の独立空孔であることから、実質的なポリマー粒子の表面積があまり増大していないためか、吸水速度の向上が充分であるとはいえない。また、これらの方法において、多孔性を向上させるために、モノマーに内包される有機溶媒量を増加させると、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンが不安定となり、結果的に内部に空孔を有する粒子が得られない傾向となる。

一方、連続空孔をもつ樹脂の製造法の１つとして、高内部相エマルジョン（High Internal Phase Emulsion）と呼ばれる、Ｏ／Ｗ比（Ｗ／Ｏ比）が高いエマルジョンを製造する技術を利用して吸水性ポリマー粒子を製造する方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。

しかし、この方法には、複数種の有機溶媒を使用する必要があり、また、低温で重合を行うことから、重合時間が長く、その結果、生産性が低いという欠点がある。また、この方法によって得られた粒子は嵩密度が０．０５〜０．２５（ｇ／ｍＬ）と小さい。このような嵩密度の小さい多孔質吸水性ポリマーは、内部の空孔が大きすぎるためか、機械的強度が不十分であるため、ナプキンなどの吸収体を製造する際に粒子が破砕してしまうことから、衛材用途には適していない。
特開平５−２３７３７８号公報 特開昭６２−１０６９０２号公報 特開昭６３−６１００５号公報 特表２００２−５０７９７５号公報

本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、多数の連続空孔および適度な嵩密度を有し、吸水速度に優れた多孔質吸水性ポリマー粒子を効率よく製造しうる方法を提供することを課題とする。

本発明は、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を用いて吸水性ポリマー粒子を製造する方法であって、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に、第１界面活性剤の存在下、第１疎水性有機溶媒を内包させ、Ｏ／Ｗエマルジョンを得る工程、及び得られたＯ／Ｗエマルジョンを、第２界面活性剤を含有する第２疎水性有機溶媒に分散させてＯ／Ｗ／Ｏエマルジョンを得る工程を有し、第１界面活性剤としてポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合体を用いることを特徴とする、嵩密度が０．３０〜０．５０ｇ／ｍＬである多孔質吸水性ポリマー粒子の製造法に関する。

本発明の製造法によれば、多数の連続空孔および適度な嵩密度を有し、吸水速度に優れた多孔質吸水性ポリマー粒子を効率よく製造することができる。

本発明の多孔質吸水性ポリマー粒子の製造法は、少なくとも次の２つの工程を有する。

第１工程として、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に、第１界面活性剤の存在下、第１疎水性有機溶媒を内包させて、Ｏ／Ｗエマルジョンを調製する。

次に、第２工程として、得られたＯ／Ｗエマルジョンを第２界面活性剤を含有する第２疎水性有機溶媒に分散させて、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンを調製する。

本発明では、第１工程で第１界面活性剤として、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合体が用いられている点に、大きな特徴がある。本発明では、このようにポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合体が用いられているので、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンの重合時の安定性を向上させ、多数の連続空孔を形成させることができるという利点がある。

ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合体としては、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンとが共重合したものであれば特に限定されないが、そのなかでも、一般式(I):
HO−(C_２H_４O)_a−(C_３Ｈ_６O)_ｂ−(C_２H_４O)_c−H (I)
（式中、ａ、ｂおよびｃは、それぞれ重合度を示す）
で表されるポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンブロック共重合体が好ましい。なお、式(I)中、ａ及びｃは、それぞれ、０以上の整数であり、かつ（ａ＋ｃ）が２５〜２０００の整数であり、ｂは５〜１０００の整数であることが好ましい。

ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンブロック共重合体の質量平均分子量は、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンの重合時の安定性を向上させ、多数の連続空孔を形成させる観点から、好ましくは３０００以上、より好ましくは５０００以上であり、水溶性を高め、作業性を向上させる観点から、好ましくは１０００００以下、より好ましくは３００００以下である。これらの観点から、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンブロック共重合体の質量平均分子量は、好ましくは３０００〜１０００００、より好ましくは５０００〜３００００である。

ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンブロック共重合体におけるポリオキシエチレンの含有量は、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンの状態で水溶性エチレン性不飽和単量体が重合する際に好適な乳化状態を維持し、粒子内部に連続空孔を形成しやすくする観点から、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは４５質量％以上であり、Ｏ／Ｗエマルジョンを安定化させる観点から、好ましくは９０質量％以下、より好ましくは８５質量％以下である。これらの観点から、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンブロック共重合体におけるポリオキシエチレンの含有量は、好ましくは４０〜９０質量％、より好ましくは４５〜８５質量％である。

ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンブロック共重合体は、工業的に容易に入手しうるものである。その代表例としては、旭電化工業（株）製、商品名「アデカプルロニック」シリーズ、バスフ（ＢＡＳＦ）社製、商品名「ＰＬＵＲＯＮＩＣ」シリーズ、三洋化成工業（株）製、商品名「ニューポール」シリーズなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。なお、これらのポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンブロック共重合体は、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

第１界面活性剤（ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンブロック共重合体）の量は、エチレン性不飽和単量体水溶液に疎水性有機溶媒を内包させやすくする観点から、エチレン性不飽和単量体水溶液１００重量部に対して、好ましくは０．１重量部以上、より好ましくは０．５重量部以上であり、過剰量を添加しても、見あうだけの効果が得られず、かえって経済的でなくなる傾向があることから、エチレン性不飽和単量体水溶液１００重量部に対して、好ましくは５重量部以下、より好ましくは２重量部以下である。これらの観点から、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンブロック共重合体の量は、エチレン性不飽和単量体水溶液１００重量部に対して、好ましくは０．１〜５重量部、より好ましくは０．５〜２重量部である。

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金属塩、無水マレイン酸、２−（メタ）アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸およびその金属塩；（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）アクリルアミドなどのノニオン性単量体；ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリレートなどのアミノ基含有の不飽和単量体およびそれらの四級化物などが挙げられ、これらは、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

アルカリ金属塩におけるアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどが挙げられ、これらのなかでは、得られる吸水性ポリマーが吸水量に優れ、かつ経済的であることから、ナトリウムおよびカリウムが好ましい。

なお、本明細書において、「（メタ）アクリ」とは、「アクリ」および／または「メタクリ」を意味する。

好適な水溶性エチレン性不飽和単量体としては、工業的に入手が容易な点で、アクリル酸およびそのアルカリ金属塩、メタクリル酸およびそのアルカリ金属塩、アクリルアミドなどが挙げられる。

水溶性エチレン性不飽和単量体は、通常、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単量体の濃度は、通常、好ましくは３０質量％〜飽和濃度、より好ましくは３５〜４５質量％である。水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に用いられる水は、特に限定されるものではなく、例えば、水道水、蒸留水、イオン交換水などが挙げられる。

水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に用いられる単量体が酸基を含む場合、その酸基を、アルカリ金属を含有する化合物などを用いて中和してもよい。この場合、酸基の中和度は、得られる吸水性ポリマーの浸透圧を高くし、吸水速度を高める一方で、安全性を考慮して余剰のアルカリ金属量を低減させる観点から、水溶性エチレン性不飽和単量体の酸基の好ましくは１０〜１００モル％、より好ましくは５０〜９０モル％、さらに好ましくは６０〜８０モル％である。前記アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどが挙げられる。これらの中では、ナトリウムおよびカリウムが好ましい。

酸基の中和は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属を含有する化合物の水溶液を水溶性エチレン性不飽和単量体またはその水溶液に滴下して混合することにより行うことができる。前記水溶液におけるアルカリ金属を含有する化合物の濃度は、特に限定されるものではないが、通常、２０〜５０質量％程度である。

重合開始剤は、均一に分散させるために、あらかじめ水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に添加しておくことが好ましい。

重合開始剤として、水溶性ラジカル重合開始剤を用いることができる。水溶性ラジカル重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩；２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）２塩酸塩、２，２’−アゾビス（２−（２イミダゾリン−２−イル）プロパン）２塩酸塩などのアゾ系重合開始剤；過酸化水素などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの中では、工業的に入手が容易であるとともに保存安定性に優れていることから、過硫酸カリウムおよび過硫酸ナトリウムが好ましい。

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モルあたり０．０５〜１０ミリモルであることが好ましい。

また、得られる多孔質吸水性ポリマー粒子のゲル強度を高める観点から、２個以上の重合性不飽和基や２個以上の反応基を有する架橋剤を、内部架橋剤として用いることが好ましい。内部架橋剤は、均一に分散させるために、あらかじめ水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に添加しておくことが好ましい。

内部架橋剤の具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリグリセリンなどのポリオール類のジまたはトリ（メタ）アクリル酸エステル類；Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドなどのビス（メタ）アクリルアミド類；ポリエポキシドと（メタ）アクリル酸とを反応させて得られるジまたはトリ（メタ）アクリル酸エステル類；（ポリ）エチレングリコールジ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、（ポリ）グリセリントリグリシジルエーテルなどの２個以上のグリシジル基をもつエーテル化合物；エピクロルヒドリン、エピブロムヒドリン、α−メチルエピクロルヒドリンなどのハロエポキシ化合物などの反応性官能基を２個以上有する化合物が挙げられ、これらは、それぞれ単独でまたは２種以上を混合して用いることができる。

内部架橋剤の使用量は、水溶性エチレン性不飽和単量体を重合して得られるポリマーが、適度な架橋により充分なゲル強度と保水能を示すようにする観点から、水溶性エチレン性不飽和単量体1モルあたり、好ましくは３０ミリモル以下、より好ましくは０．００１〜１０ミリモル、さらに好ましくは０．０１〜１ミリモルである。

水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に内包させる第１疎水性有機溶媒としては、例えば、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの炭化水素系有機溶媒などが好ましい。これらのなかでは、工業的に入手が容易で品質が安定しており、比較的安価であることから、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタンおよびシクロヘキサンがより好ましい。

第１疎水性有機溶媒の使用量は、得られる多孔質吸水性ポリマー粒子の空孔の数や大きさなどに大きく関係している。第１疎水性有機溶媒と水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の体積比〔第１疎水性有機溶媒の体積（ｍＬ）／水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液体積（ｍＬ）〕は、得られる多孔質吸水性ポリマー粒子が、粒子の表面から内部に至るまで連続空孔を形成することにより、吸水速度を高める観点から、好ましくは１．０以上、より好ましくは１．５以上であり、また、乳化を安定化させることにより、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液が第１疎水性有機溶媒を十分に内包できるようにする観点から、好ましくは３．０以下、より好ましくは２．５以下である。これらの観点から、第１疎水性有機溶媒と水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の体積比〔第１疎水性有機溶媒の体積（ｍＬ）／水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液体積（ｍＬ）〕は、好ましくは１．０以上、より好ましくは１．０〜３．０、さらに好ましくは１．５〜２．５である。

水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の２５℃における粘度は、Ｏ／Ｗエマルジョンを安定化させることにより、得られる粒子の多孔質性を高める観点から、好ましくは５００ｍＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０００ｍＰａ・ｓ以上であり、単量体水溶液の攪拌や混合などの操作性を高める観点から、好ましくは３０００ｍＰａ・ｓ以下、より好ましくは２０００ｍＰａ・ｓ以下である。これらの観点から、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の２５℃における粘度は、好ましくは５００〜３０００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは１０００〜２０００ｍＰａ・ｓである。

水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の粘度は、例えば、高分子増粘剤を用いて調整することができる。

高分子増粘剤としては、特に限定がないが、その使用量が少なくても比較的高い粘性が得られることから、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、グアーガム、グルコマンナン、デキストリン、部分中和ポリアクリル酸などが好ましく用いられる。

Ｏ／Ｗエマルジョンは、例えば、高分子増粘剤、重合開始剤、架橋剤などを含む水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に、第１界面活性剤を混合し、得られた混合物を攪拌しながら、その中に第１疎水性有機溶媒を徐々に添加することにより、調製することができる。

Ｏ／Ｗエマルジョンを調製する際の水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の液温は、Ｏ／Ｗエマルジョンの安定性の観点から、好ましくは２５℃以下、より好ましくは１０〜２０℃である。

なお、Ｏ／Ｗエマルジョンを調製する際には、攪拌装置などを使用してもよい。攪拌装置には、特に限定がなく、例えば、ホモミキサーなどの微細に乳化しうる装置であってもよく、あるいはパドル型、プロペラ型、スクリュー型などの一般的な攪拌翼であってもよい。いずれの攪拌装置においても、攪拌速度等を調節することにより、得られる粒子の空孔の数や大きさを適宜調整することができる。

次に、得られたＯ／Ｗエマルジョンを、第２界面活性剤を含有する第２疎水性有機溶媒に分散させることにより、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンが得られる。

第２疎水性有機溶媒は、Ｏ／Ｗエマルジョンの分散媒である。第２疎水性有機溶媒としては、例えば、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの炭化水素系有機溶媒が好ましい。これらの中では、工業的に入手が容易で品質が安定しており、比較的安価であることから、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタンおよびシクロヘキサンがより好ましい。

なお、第１疎水性有機溶媒および第２疎水性有機溶媒は、それぞれ同一種類であってもよく、あるいは異なる種類であってもよいが、両者が同一種類であることが、粒子の乾燥工程で回収した溶媒を再利用することが容易であるという観点から好ましい。

第２界面活性剤としては、例えば、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、（ポリ）グリセリン脂肪酸エステル、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などのノニオン系界面活性剤；脂肪酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルメチルタウリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルスルホン酸塩などのアニオン系界面活性剤などが挙げられ、これらは、それぞれ単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらの中では、安全性に優れていることから、ショ糖脂肪酸エステルが好ましい。

なお、本明細書において、「（ポリ）」とは、「ポリ」の接頭語がある場合とない場合の双方を意味する。

第２界面活性剤の使用量は、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンの重合中の安定性を確保する観点から、エチレン性不飽和単量体水溶液１００重量部に対して、好ましくは０．１重量部以上、より好ましくは０．３重量部以上であり、過剰量を添加しても、見あうだけの効果が得られず、かえって経済的でなくなる傾向があることから、エチレン性不飽和単量体水溶液１００重量部に対して、好ましくは３重量部以下、より好ましくは１重量部以下である。これらの観点から、第２界面活性剤の量は、エチレン性不飽和単量体水溶液１００重量部に対して、好ましくは０．１〜３重量部、より好ましくは０．３〜１重量部である。

Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンを調製する方法としては、特に限定がないが、例えば、第２界面活性剤と、必要により高分子分散安定剤を含有させた第２疎水性有機溶媒中に、Ｏ／Ｗエマルジョンをチューブポンプなどの送液装置で送液し、攪拌しながら添加する方法などが挙げられる。攪拌の際に用いられる装置としては、特に限定がないが、例えば、フラスコ内で攪拌する際に用いるパドル型攪拌翼などを用いることができる。

Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンの重合反応を行う際の反応温度は、用いられる重合開始剤の種類などによって異なるので、一概には決定することができないが、通常、重合反応を迅速に進行させ、重合時間を短くすることにより、経済性を高める一方で、第１もしくは第２の有機溶媒が沸騰しないように重合反応を行う観点から、好ましくは４０〜１００℃、より好ましくは５０〜８０℃である。

なお、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンを６０℃以上で重合させる際には、重合時にＯ／Ｗ／Ｏエマルジョンの安定性を保つ観点から、高分子分散安定剤を用いることが好ましい。好適な高分子分散安定剤としては、マレイン酸変性ポリエチレンやアクリル酸変性ポリエチレンなどの酸変性ポリエチレンや、酸化ポリエチレン、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが挙げられ、これらは、それぞれ単独でまたは併用してもよい。

高分子分散安定剤の量は、重合時のＯ／Ｗ／Ｏエマルジョンを十分に安定化させるとともに、過剰量を添加しても見あうだけの効果が得られず、かえって経済的でなくなる傾向があることから、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液１００重量部に対して、好ましくは０．１〜３重量部、より好ましくは０．３〜１重量部である。

なお、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンの重合反応時間は、特に限定されないが、通常、０．５〜３時間程度である。

かくして多孔質吸水性ポリマー粒子が、通常、含水ゲル粒子の状態で得られるが、得られる吸水性ポリマー粒子の吸水速度およびゲル強度を高める観点から、後架橋反応を行うことが好ましい。

後架橋反応の際に使用しうる後架橋剤としては、多孔質吸水性ポリマー粒子を構成している吸水性ポリマーの反応基と反応しうるものを用いることができる。

後架橋剤の具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、（ポリ）オキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリグリセリンなどのポリオール類；（ポリ）エチレングリコールジ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、（ポリ）グリセリントリグリシジルエーテルなどの２個以上のグリシジル基をもつエーテル化合物；エピクロルヒドリン、エピブロムヒドリン、α―メチルエピクロルヒドリンなどのハロエポキシ化合物などの反応性官能基を２個以上有する化合物が挙げられ、これらは、それぞれ単独でまたは２種以上を混合して用いることができる。これらの中では、（ポリ）エチレングリコールジグリシジルエーテルが好ましい。

後架橋剤の使用量は、吸水性ポリマーの含水率や処理温度によって異なるので、一概には決定することができないが、吸水性ポリマーの表面近傍の架橋密度を充分に高める観点から、通常、水溶性エチレン性不飽和単量体１モルあたり、好ましくは０．０１ミリモル以上、より好ましくは０．１ミリモル以上であり、また、過剰量を添加しても見合う効果が得られず、かえって経済的でなくなる傾向があるため、好ましくは１０ミリモル以下、より好ましくは４ミリモル以下である。

後架橋剤の添加時期は、重合反応終了後であれば、いずれの時点で添加してもよいが、後架橋反応を充分に進行させ、吸水速度を高める観点から、吸水性ポリマーの含水率が１０質量％以上である時点が好ましく、２０質量％以上である時点がより好ましく、また、得られるポリマー粒子の保水能が低くなり過ぎないようにする観点から、吸水性ポリマーの含水率が８０質量％以下である時点が好ましく、６５質量％以下である時点がより好ましい。これらの観点から、後架橋剤の添加時期は、吸水性ポリマーの含水率が１０〜８０質量％である時点が好ましく、２０〜６５質量％である時点がより好ましい。

なお、本発明における含水率とは、吸水性ポリマーの固形分に対して、含水ゲル（水を含んだ状態の吸水性ポリマー）に含まれている水分量の比率を示した数値であり、式：
〔含水率（質量％）〕
＝〔（含水ゲル中の水分量）÷（吸水性ポリマーの固形分）〕×１００
に基づいて、求めることができる。

なお、含水ゲル中の水分量およびその固形分は、重合反応における単量体などの原料化合物の仕込み量と、脱水工程以降において除去された水分量とから、算出することができる。

後架橋反応は、例えば、重合反応終了後の含水ゲルを、乾燥するなどして脱水し、所定の含水率に調整した後、後架橋剤を０．５〜５０質量％の水やアルコールの溶液として添加することによって行うことができる。後架橋剤を添加した直後に乾燥させてもよいが、内温を５０〜９０℃で０．５〜６時間保持し、後架橋反応を促進させることがより好ましい。

後架橋反応の終了後には、公知の方法で水や疎水性有機溶媒を留去することにより、多孔質吸水性ポリマー粒子を得ることができる。

本発明の製造法によって得られた多孔質吸水性ポリマー粒子の嵩密度は、例えば、十分な機械的強度を有し、生理用ナプキンなどの吸収体の製造時に、多孔質吸水性ポリマー粒子が破砕するのを防止する観点から、０．３０ｇ／ｍＬ以上、好ましくは０．３５ｇ／ｍＬ以上であり、独立空孔の生成を抑制し、表面と連通した連続空孔を形成させることにより、吸水性ポリマーの実質的な表面積を大きくし、吸水速度を高める観点から、０．５０ｇ／ｍＬ以下、好ましくは、０．４５ｇ／ｍＬ以下である。これらの観点から、多孔質吸水性ポリマー粒子の嵩密度は、０．３０〜０．５０ｇ／ｍＬ、好ましくは０．３５〜０．４５ｇ／ｍＬである。

また、得られた多孔質吸水性ポリマー粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、粉体としての取扱い性を良好にするとともに、吸水性ポリマー粒子の好適な吸水速度を確保する観点から、通常、１００〜４００μｍであることが好ましい。

かくして得られた多孔質吸水性ポリマー粒子は、例えば、紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パッド、ペットシートなどに好適に使用しうるものである。

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
（１）Ｏ／Ｗエマルジョンの調製
攪拌機、冷却管、滴下ロート、窒素ガス吹き込み用フッ素樹脂製チューブおよび温度計を備えた１０００ｍＬ容の五ツ口円筒形丸底フラスコに、８０質量％アクリル酸９２．０ｇ（１．０２モル）とイオン交換水８．０２ｇを仕込み、内温が１５〜２０℃となるようにフラスコを外部から冷却しつつ、滴下ロートより３０質量％水酸化ナトリウム１０２．２ｇ（０．７７モル）を攪拌しながら滴下して中和を行い、アクリル酸を中和度が７５モル％となるように中和した。

この中和したアクリル酸水溶液を室温（２３±２℃）に保ち、増粘剤のヒドロキシエチルセルロース１．８ｇを投入し、攪拌下で溶解した。さらに、この水溶液に第１界面活性剤としてポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合体〔旭電化（株）製、商品名：アデカプルロニックＦ−１０８、質量平均分子量：１５５００、ポリオキシエチレンの含有量：８０質量％〕１．８ｇをイオン交換水３０．０ｇに溶解させた溶液、過硫酸カリウム０．１ｇ（０．３７ミリモル）、エチレングリコールジグリシジルエーテル０．０２ｇ（０．１１ミリモル）およびイオン交換水１０．０６ｇを加えて混合・溶解させ、単量体水溶液を調製した。この単量体水溶液の２５℃における粘度は、１４００ｍＰａ・ｓであった。

次に、フラスコを外部から冷却しながら内温を１５±２℃に保ち、パドル型攪拌翼を用いて回転数４００ｒｐｍでこの単量体水溶液を攪拌しながら、ｎ−ヘプタン２６６ｇ（約４００ｍＬ）をチューブポンプにて３０ｍＬ／分の流量で投入し、ｎ−ヘプタンを上記単量体水溶液に内包させたＯ／Ｗエマルジョンを調製した。

（２）Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンの調製
攪拌機、還流冷却管、窒素ガス吹き込み用フッ素樹脂製チューブ、Ｏ／Ｗエマルジョン投入用フッ素樹脂製チューブおよび温度計を備えた１０００ｍＬ容の五ツ口円筒形丸底フラスコ内に、ｎ−ヘプタン２００ｇ（約３００ｍＬ）を注ぎ、第２界面活性剤としてショ糖脂肪酸エステル〔三菱化学フーズ（株）製、商品名：Ｓ−３７０〕０．９ｇと、高分子分散安定剤として無水マレイン酸変性ポリエチレン〔三井化学（株）、商品名：ＨＩ−ＷＡＸ１１０５Ａ〕０．９ｇとを添加し、攪拌しながら８０℃まで昇温し、溶解した後に６０℃まで放冷した。攪拌機の回転数を６００ｒｐｍとし、６０℃になった時点でフラスコ系内の酸素を除去するために窒素ガスを５０ｍＬ／分の流量で吹き込みながら、前記（１）で得られたＯ／Ｗエマルジョンをチューブポンプにて６０ｍＬ／分の流量で滴下し、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンを調製した。

（３）重合〜乾燥
前記（２）で得られたＯ／Ｗ／Ｏエマルジョン入りのフラスコを７０℃の湯浴に浸漬し昇温させ、重合反応を１．５時間行った。その後、窒素ガスの通気を止めて１２０℃の油浴に切り換え、共沸蒸留により水のみを系外に除去し、脱水を行った。

含水率が３０質量％となるまで脱水した後、２質量％エチレングリコールジグリシジルエーテル水溶液４．６０ｇ（０．５３ミリモル）を添加し、内温を８０℃に保ちつつ２時間反応させた。再び１２０℃の油浴にて加熱し、分散媒のｎ−ヘプタンおよび水を蒸留により除去して乾燥し、得られた粒子を目開きが８５０μｍの篩に通して粗粒子を取り除き、平均粒子径が３９５μｍの多孔質吸水性ポリマー粒子８７ｇを得た。得られた多孔質吸水性ポリマー粒子の電子顕微鏡写真を図１に示す。なお、図１において、拡大の尺度は、図１の下欄外に示されている。

実施例２
実施例１において、第１界面活性剤として、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合体〔旭電化（株）製、商品名：アデカプルロニックＦ−１０８〕の代わりに、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合体〔旭電化（株）製、商品名：アデカプルロニックＰ−８５、質量平均分子量：４６００、ポリオキシエチレン含有量：５０質量％〕１．８ｇを用い、また、Ｏ／Ｗエマルジョンを調製する際に、単量体水溶液をホモミキサーにて回転数８００ｒｐｍで攪拌した以外は、実施例１と同様にして多孔質吸水性ポリマー粒子を調製した。得られた粒子を目開きが８５０μｍの篩に通して平均粒子径３１０μｍの多孔質吸水性ポリマー粒子８３ｇを得た。

実施例３
実施例１において、増粘剤のヒドロキシエチルセルロースの量を１．２ｇに変更し、Ｏ／Ｗエマルジョン調製時の攪拌機の回転数を１０００ｒｐｍに変更した以外は、実施例１と同様にして多孔質吸水性ポリマー粒子を調製した。なお、使用した単量体水溶液の２５℃における粘度は６００ｍＰａ・ｓであった。得られた粒子を目開きが８５０μｍの篩に通して平均粒子径４０３μｍの多孔質吸水性ポリマー粒子８０ｇを得た。

実施例４
実施例１において、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に内包させるヘプタン量を３３５ｇ（約５００ｍＬ）に変更した以外は、実施例１と同様にして多孔質吸水性ポリマー粒子を調製した。得られた粒子を目開きが８５０μｍの篩に通して平均粒子径３６３μｍの多孔質吸水性ポリマー粒子８２ｇを得た。得られた多孔質吸水性ポリマー粒子の電子顕微鏡写真を図２に示す。なお、図２において、拡大の尺度は、図２の下欄外に示されている。

比較例１
実施例１において、第１界面活性剤として、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体の代わりに、アルキルアリルポリエーテルアルコール〔和光純薬工業（株）製、登録商標：Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５〕１．８ｇを用いた以外は、実施例１と同様の操作を行ったところ、重合反応の際に、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンの不安定化が生じ、不定形粒子が得られた。得られた粒子を目開きが８５０μｍの篩に通して平均粒子径３３７μｍの不定形吸水性ポリマー粒子８６ｇを得た。得られた不定形吸水性ポリマー粒子の電子顕微鏡写真を図３に示す。なお、図３において、拡大の尺度は、図３の下欄外に示されている。

比較例２
実施例１において、第１界面活性剤として、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体の代わりに、ショ糖脂肪酸エステル〔三菱化学フーズ（株）製、商品名：Ｓ−１６７０〕１．８ｇを用いた以外は、実施例１と同様の操作を行ったところ、不定形粒子が得られた。得られた粒子を目開きが８５０μｍの篩に通して平均粒子径４２０μｍの不定形吸水性ポリマー粒子７０ｇを得た。

比較例３
実施例１において、第１界面活性剤として、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体の代わりに、ポリオキシエチレン（５）ラウリルエーテル〔日本エマルジョン（株）製、商品名:ＥＭＡＬＥＸ−７０５〕１．８ｇを用いた以外は、実施例１と同様の操作を行ったところ、中空の球状粒子が得られた。得られた球状粒子を目開きが８５０μｍの篩に通して平均粒子径３７０μｍの球状吸水性ポリマー粒子８４ｇを得た。得られた球状吸水性ポリマー粒子の電子顕微鏡写真を図４に示す。なお、図４において、拡大の尺度は、図４の下欄外に示されている。

比較例４
実施例１において、第１界面活性剤としてポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体の代わりに、部分ケン化ポリビニルアルコール〔日本合成化学工業（株）製、品番:ＧＨ−１７〕１．８ｇを用い、内包させるｎ−ヘプタンの量を１３３ｇ（約２００ｍＬ）に変更した以外は、実施例１と同様の操作を行ったところ、内部に独立空孔を持つ球状粒子が得られた。得られた球状粒子を目開きが８５０μｍの篩に通して平均粒子径４１０μｍの球状吸水性ポリマー粒子８０ｇを得た。得られた球状吸水性ポリマー粒子の電子顕微鏡写真を図５に示す。なお、図５において、拡大の尺度は、図５の下欄外に示されている。

比較例５
１００ｍＬ容の三角フラスコ内に、アクリル酸１１．０ｇと３０％水酸化ナトリウム水溶液１５．２ｇとを冷却しながら混合することにより、アクリル酸を中和し、イオン交換水３．８ｇを加えて単量体水溶液を調製した。この単量体水溶液に、界面活性剤〔和光純薬工業（株）製、商品名：Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５〕１０ｇと部分中和ポリビニルアルコール〔（株）クラレ製、品番:Ｌ−８〕の２％水溶液２５ｇを混合し、均一な組成となるまで攪拌した。

得られた単量体水溶液を１Ｌ容のビーカー内に移し、約１５℃の温度に保ちつつ、トルエン２６０ｇ（約３００ｍＬ）をゆっくりと加えながら、ホモミキサーにて回転数６０００ｒｐｍで攪拌し、Ｏ／Ｗエマルジョンを調製した。

一方、攪拌機、還流冷却管、窒素吹き込み用フッ素樹脂製チューブ、Ｏ／Ｗエマルジョン投入用フッ素樹脂製チューブおよび温度計を備えた１０００ｍＬ容の五ツ口円筒形丸底フラスコ内に、分散媒としてジクロロメタン５８４ｇを入れ、エチルセルロース〔日新化成（株）、グレード：ＳＴＤ型（４５ｃｐｓ）〕１２ｇを加えて回転数１５０ｒｐｍで攪拌しながら４０℃で溶解させ、１５分間程度窒素ガスを１００ｍＬ／分の流速で吹き込んで系内の酸素を除去した。この分散媒を２０℃まで冷却した後、回転数１５０ｒｐｍで攪拌しながら、前記で得られたＯ／Ｗエマルジョンをチューブポンプにて６０ｍＬ／分の流速で滴下して分散させた。

この分散液に窒素ガスを更に１００ｍＬ／分の流速で１０分間吹き込んだ後、２％亜硫酸水素ナトリウム水溶液０．５ｇおよび２％塩化鉄(III)六水和物水溶液０．５ｇを加えて回転数１８０ｒｐｍで攪拌しながら約２３℃で６時間重合反応を行った。さらに、４０℃の水浴で２時間加温した。

得られた含水ゲルを分散液のままメタノール１２００ｇに投入し、粒子を再沈澱させ、目開きが７５μｍの篩で濾別した。この粒子をアセトンによるソクスレー抽出を３時間行い、ついでメタノールによるソクスレー抽出を３時間行い精製した後、真空乾燥器を用いて５０℃で２時間乾燥させ、平均粒子径２０８μｍのサンプル１１ｇを得た。得られた吸水性ポリマー粒子の電子顕微鏡写真を図６に示す。なお、図６において、拡大の尺度は、図６の下欄外に示されている。

次に、各実施例および各比較例で得られた吸水性ポリマー粒子の物性を以下の測定方法にしたがって調べた。その結果を表１に示す。

（１）保水能
吸水性ポリマー粒子２．００ｇを綿袋（メンブロード６０番、横１０ｃｍ×縦２０ｃｍ）中に量りとり、５００ｍＬ容のビーカー中に入れた。綿袋内に生理食塩水（０．９％水酸化ナトリウム水溶液）５００ｍＬを一度に注ぎ込み、吸水性ポリマー粒子にママコが生じないように分散させた後、綿袋の上部を輪ゴムで縛り、1時間放置して、吸水性ポリマー粒子を十分に膨潤させた。

次に、遠心力が１６７Ｇとなるように設定した脱水機〔国産遠心（株）製、品番：Ｈ−１２２〕を用いて、前記綿袋を１分間脱水し、脱水後の膨潤ポリマーを含んだ綿袋の質量（Ｗａ）を測定した。また、綿袋に吸水性ポリマー粒子を入れずに同様の操作を行い、脱水後の綿袋のみの湿潤空質量（Ｗｂ）を測定し、式：
〔保水能（ｇ／ｇ）〕＝〔Ｗａ−Ｗｂ（ｇ）〕÷〔吸水性ポリマー粒子の仕込み質量（ｇ）〕
にしたがって、保水能を求めた。

（２）吸水速度
１００ｍＬ容のビーカー内に、生理食塩水５０±０．０１ｇを量りとり、２５±０．２℃の温度の恒温水槽に１時間浸漬して恒温にした後、スターラーチップ（８ｍｍφ×３０ｍｍ）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。その後、スターラーチップが回転数６００ｒｐｍで回転するように調整し、さらに、スターラーチップの回転により生ずる渦の底部がスターラーチップの上部近くに位置するように調整した。

次に、あらかじめ５００〜３００μｍに分級しておいた吸水性ポリマー粒子２．０±０．００２ｇを、ビーカー内の渦の中央部分とビーカーの側面との間に素早く投入し、投入した時点から渦が収束した時点までの時間（秒）を、ストップウォッチを用いて測定し、吸水速度とした。

（３）嵩密度
吸水性ポリマー粒子の嵩密度は、ＪＩＳ Ｋ−６７２０−２に記載の「かさ比重測定装置」を用いて測定した。吸水性ポリマー粒子約１２０ｍＬを、ダンパーで底部を塞いだ前記装置の漏斗部分に入れ、ダンパーより３８ｍｍ下に９０ｍＬ容（内径４０ｍｍφ、円筒形状）の受器を設置した状態で、前記装置のダンパーを速やかに引き抜いて、吸水性ポリマー粒子を受器に落とした。

次に、受器から盛り上がった吸水性ポリマー粒子をガラス棒で、受器の開口部に対して水平にすり落とした後、受器ごと重量Ｗ１（ｇ）を測定した。別途、空状態の受器の重量Ｗ０（ｇ）を測定しておき、重量Ｗ１（ｇ）から重量Ｗ０（ｇ）を引いた吸水性ポリマー粒子の重量を、受器の体積（Ｖ＝９０ｍＬ）で除した値Ｓ（ｇ／ｍＬ）を求めた。値Ｓを求めるときの数式を以下に示す。
Ｓ（ｇ／ｍＬ）＝［Ｗ１−Ｗ０］（ｇ）／Ｖ（ｍＬ）

測定した吸水性ポリマー粒子を回収し、前記と同様にして合計３回の値Ｓを測定し、その平均値を嵩密度とした。

（４）平均粒子径
吸水性ポリマー粒子５０ｇを秤量し、これをＪＩＳ Ｚ８８０１−１９８２対応の８つの標準篩（上から順に、目開きが８５０μｍ、５００μｍ、３５５μｍ、３００μｍ、２５０μｍ、１８０μｍ、１０６μｍの篩および底容器を順に積み重ねたもの）の一番上の篩に吸水性ポリマー粒子を入れ、ロータップ式篩振動機を用いて１０分間振動させて篩い分けした後、篩ごとに秤量し、その結果に基づいて積算質量が５０％となる粒子径を平均粒子径とし、式：
〔平均粒子径〕＝[（５０−Ａ）/（Ｄ−Ａ）]×（Ｃ−Ｂ）＋Ｂ
〔式中、Ａは粒度分布の粗い方から順次質量を積算し、積算質量が５０質量％未満であり、かつ５０質量％に最も近い点の積算値を求めたときの当該積算値（ｇ）、Ｂは前記積算値を求めたときの目開き（μｍ）、Ｄは粒度分布の粗い方から順次質量を積算し、積算質量が５０質量％以上であり、かつ５０質量％に最も近い点の積算値を求めたときの積算値（ｇ）、Ｃは前記積算値を求めたときの目開き（μｍ）を示す〕
に基づいて算出した。

（５）粒子破砕率
あらかじめ５００〜２５０μｍに分級した吸水性ポリマー粒子０．３０ｇを１０ｃｍ×１０ｃｍの薬包紙２枚の間に均一に広げ、この薬包紙の上に重さ５００ｇのローラーを５往復転がした後、薬包紙上の粒子を集め、目開きが２５０μｍの篩で再度ふるい、その篩上に残った粒子の重量Ｕ（ｇ）を計量し、式：
〔粒子破砕率（％）〕＝（１−Ｕ／０．３０）×１００
に基づいて粒子破砕率を算出した。

（６）単量体水溶液の粘度
下記の手順にしたがって、単量体水溶液の粘度を測定した。
単量体水溶液約２００ｍＬを２００ｍＬ容トールビーカーに入れ、２５℃±０．５℃の恒温槽にて1時間以上放置することにより、その温度を２５℃±０．５℃の恒温にした。この単量体水溶液を、Ｂ型粘度計（ＢＭ型）にて、Ｎｏ．２のローターを用いて１２ｒｐｍの回転速度にて５回粘度を測定し、その平均値を単量体水溶液の粘度とした。

表１および図１〜６に示された結果から、各実施例で得られた多孔質吸水性ポリマー粒子は、いずれも、多数の連続空孔を有することが観察された。このことから、得られた多孔質吸水性ポリマー粒子は、吸水速度が速くなる傾向があることがわかる。

一方、比較例５に示された結果から、多孔質吸水性ポリマーであっても、嵩密度が０．３ｇ／ｍＬよりも小さい場合には、粒子破砕率が高くなることから、粒子の強度が低下する傾向があることがわかる。

本発明の製造法によって得られた多孔質吸水性ポリマー粒子は、紙オムツ、生理用ナプキン、失禁パッド、ペットシートなどに好適に使用することができる。

実施例１で得られた多孔質吸水性ポリマー粒子の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。 実施例２で得られた多孔質吸水性ポリマー粒子の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。 比較例1で得られた不定形吸水性ポリマー粒子の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。 比較例３で得られた球状吸水性ポリマー粒子の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。 比較例４で得られた球状吸水性ポリマー粒子の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。 比較例５で得られた吸水性ポリマー粒子の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。

Claims (10)

1. 水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液を用いて吸水性ポリマー粒子を製造する方法であって、水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に、第１界面活性剤の存在下、第１疎水性有機溶媒を内包させ、Ｏ／Ｗエマルジョンを得る工程、及び得られたＯ／Ｗエマルジョンを、第２界面活性剤を含有する第２疎水性有機溶媒に分散させてＯ／Ｗ／Ｏエマルジョンを得る工程を有し、第１界面活性剤としてポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合体を用いることを特徴とする嵩密度が０．３０〜０．５０ｇ／ｍＬである多孔質吸水性ポリマー粒子の製造法。
2. 第１界面活性剤が、質量平均分子量３０００〜１０００００のポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンのブロック共重合体である請求項１記載の製造法。
3. ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンのブロック共重合体におけるポリオキシエチレンの含有量が４０〜９０質量％である請求項２記載の製造法。
4. 水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に高分子増粘剤を添加し、該水溶液の２５℃における粘度を５００〜３０００ｍＰａ・ｓに調整する請求項１〜３いずれか記載の製造法。
5. 第１疎水性有機溶媒と水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液との体積比〔第１疎水性有機溶媒の体積（ｍＬ）／水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液の体積（ｍＬ）〕が１．０以上である請求項１〜４いずれか記載の製造法。
6. 第１疎水性有機溶媒および第２疎水性有機溶媒が、それぞれ、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、シクロヘキサンおよびメチルシクロヘキサンからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１〜５いずれか記載の製造法。
7. 第１疎水性有機溶媒と第２疎水性有機溶媒とが同じ種類である請求項１〜６いずれか記載の製造法。
8. 第２界面活性剤が、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステルおよびポリグリセリン脂肪酸エステルからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１〜７いずれか記載の製造法。
9. 第２疎水性有機溶媒に、Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンの高分子分散安定剤として、酸変性ポリエチレン、酸化ポリエチレン、エチレン−アクリル酸共重合体およびエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる群より選ばれた少なくとも１種を添加する請求項１〜８いずれか記載の製造法。
10. Ｏ／Ｗ／Ｏエマルジョンを６０℃以上の温度に加熱して水溶性エチレン性不飽和単量体を重合させる請求項１〜９いずれか記載の多孔質吸水性ポリマー粒子の製造法。