专利名称：吸水树脂及其生产方法
技术领域：
本发明涉及吸水树脂及其生产方法。更具体而言，本发明涉及具有优异性能的吸水树脂，及包括进行特殊的表面交联处理的生产该吸水树脂的方法。
背景技术：
最近一些年来，吸水树脂被广泛用作卫生材料(例如一次性尿布、卫生巾、失禁尿垫)的组成材料，为的是使吸水树脂吸收水性液体，如体液。
已知的上述吸水树脂的实例包括部分中和和交联的聚(丙烯酸)；水解的淀粉-丙烯腈共聚物；中和的淀粉-丙烯酸接枝聚合物；皂化的醋酸乙烯酯-丙烯酸酯的共聚物；水解的丙烯腈或丙烯酰胺的共聚物，或这些水解共聚物的交联聚合物；交联的羧甲基纤维素；交联的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的共聚物；交联的聚(环氧乙烷)；交联的聚(烯丙胺)；和交联的聚氮丙啶。
上述吸水树脂应当具有的性能的例子包括在与水性液体(例如体液)接触时的优异性能，例如吸水量、吸水速度、液体渗透性、溶胀凝胶的凝胶强度和从含有水性液体的基础材料吸收水的吸力。
这些性质之间的关系不一定表现出正相关。例如，存在这样一种趋势，即随着在无负荷下的吸收性能变得越高，在负荷下的吸收性能会不利地下降。
已知交联吸水树脂的表面层的技术，即被称为表面交联处理的技术是可良好平衡地改进吸水树脂性能的方法。
作为用于表面交联处理的交联剂，已知有例如多元醇、多缩水甘油醚、卤代环氧化合物、多醛、多胺和多价金属盐。作为用这些交联剂交联吸水树脂表面层的方法，已知有例如以下的代表性的方法其中将表面交联处理剂与吸水树脂混合在一起，并然后加热的方法，其中所述的表面交联处理剂通过将交联剂溶解在水和亲水性有机溶剂中来制备(例如参考以下的专利文件1至3)；以及其中将吸水树脂分散在水和亲水性有机溶剂的混合溶剂中，然后将交联剂加入所得的分散体中来进行反应的方法(例如参考以下的专利文件4)。
在另一方面，希望所述的表面交联处理在没有任何亲水性有机溶剂的情况下进行，例如从以下的观点看由于在生产期间排放的废液和/或废气导致的环境污染问题；和使用环境，即吸水树脂是用于直接与人体接触的卫生材料。
但是，在吸水树脂是通过在进行表面交联处理时使用水作为唯一的溶剂而没有使用亲水性有机溶剂来生产的情况下(例如参考以下的专利文件5)，此时存在的问题在于，与使用亲水性有机溶剂的情况相比，吸水树脂的性能、特别是吸收性能会不利地变差。
此外，迄今为止，已经研究了例如吸水树脂本身的生产条件和它们的表面处理(作为后处理)的条件，并且在注意上述性能(例如吸水量、吸水速度、液体渗透性、凝胶强度、吸力)的情况下设计或生产了很多吸水树脂。但是，从实际用于吸收排泄物和血(例如尿布)的观点来看，最近已发现存在这样一种情况吸收性能不能通过仅仅满足这些性能而在希望高的水平上发挥。换句话说，对于在用于吸收排泄物和血的吸收制品中使用的吸水树脂来说，存在的问题是，最佳的吸水树脂的设计或制备还没有成功。
JP-A-270948/2001(Kokai)[专利文件2]JP-A-502221/1997(Kohyo)[专利文件3]JP 3305718[专利文件4]JP-B-048521/1986(Kokoku)[专利文件5]JP-A-246403/1992(Kokai)
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在吸水性能之间表现出优异平衡的吸水树脂；并进一步提供一种方法，通过该方法可以生产具有优异的吸收性能的吸水树脂，即使在生产吸水树脂的方法中在进行表面交联处理时没有使用亲水性有机溶剂或亲水性有机溶剂的量大大减少。
本发明的另一个目的是提供最适合用于吸收制品如尿布的吸水树脂。
发明概述本发明人勤勉地进行研究以解决上述问题。结果，在吸水树脂生产线包括添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中的步骤和加热所得混合物以由此进行表面交联处理的步骤，其中所述表面交联处理剂包括表面交联剂和水作为主要组分，并且其中所述表面交联处理剂的亲水性有机溶剂的含量已降低的情况下，本发明人将注意力投向了从添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中的操作结束后直到开始进行加热操作的中间步骤。然后，本发明人发现，该中间步骤所需的时间对生产的吸水树脂的吸收性能有很大影响。并且然后，本发明人发现，可通过将上述时间设定在5分钟内的短时间来解决上述问题，从迄今为止已知的生产模式甚至不能设想该方法。
在吸水树脂的生产装置中，通常，例如各种反应器和处理设备通过实施输送的中间步骤和如果需要的储存步骤连接在一起(例如，参考上述专利文件1至3)。随着装置规模变大，花费在中间步骤上的时间也不可避免地增加。这样，在具有普通生产规模(例如年生产量为几万吨到几十万吨)的常规生产装置中，通常中间步骤被设计成在其中的停留时间可以是几十分钟到几小时的水平。
直到发现对于通过使用表面交联处理剂(其包括作为主要组分的表面交联剂和水，并且其亲水性有机溶剂的含量已减少)来生产吸收性能优异的吸水树脂而言，将花费在从添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中的操作结束后直到开始进行加热操作的中间步骤上的时间设定在极短的时间内是重要的，本发明才得以完成。
根据本发明人的发现，对于用于吸收制品如尿布中的吸水树脂而言，如迄今为止已知的那样，不需说的是必须注意吸水树脂的粒径要素(即质量平均粒径和粒径小于150微米的粉末的比例)。但是，除此以外，注意两个全新的参数，即总吸收量和负荷下的吸收效率也是重要的。在注意粒径要素的情况下，上述的这种生产方法可容易地生产可进一步满足以上的两个参数，同时满足设定的设计标准的吸水树脂。
即，本发明的生产吸水树脂的方法包括聚合包括含有酸基团的不饱和单体作为主要组分的单体组分，以由此得到水凝胶聚合物的步骤(1)；干燥和粉碎所得的水凝胶聚合物以由此得到吸水树脂粉末的步骤(2)；添加表面交联处理剂到所得的吸水树脂粉末中的步骤(3)，其中所述表面交联处理剂包括作为主要组分的表面交联剂和水，并且具有相对于所述表面交联处理剂为0至10质量％的亲水性有机溶剂含量；和加热所得混合物以由此进行表面交联处理的步骤(4)；其中从步骤(3)结束直到步骤(4)开始的时间在5分钟以内。
另外，本发明的吸水树脂是一种通过包括聚合和交联包括丙烯酸和/或其盐(中和的原料)作为主要组分的单体组分的步骤的方法得到的吸水树脂，该吸水树脂的特征在于具有300至600微米的质量平均粒径；以相对于所述吸水树脂为0至10质量％的量包括粒径小于150微米的粉末；并且具有不小于70(克/克)的总吸收量和不低于70％的负荷下的吸收效率，其中总吸收量和负荷下的吸收效率由以下方程式基于吸收0.90质量％的氯化钠水溶液(25℃)1小时后所给出的值来定义总吸收量(克/克)＝无负荷下的吸收量(克/克)+在负荷下的单层吸收量(克/克)；和负荷下的吸收效率(％)＝负荷下的单层吸收量(克/克)×100/无负荷下的吸收量(克/克)。
此外，本发明的吸收制品是一种用于吸收排泄物和血的吸收制品，其包含本发明的上述吸水树脂。
发明效果本发明可以提供在吸水性能之间表现出优异平衡的吸水树脂；和一种方法，通过该方法可以生产具有优异的吸收性能的吸水树脂，即使在生产吸水树脂的方法中进行表面交联处理时不使用亲水性有机溶剂或其用量大大降低。本发明还可以提供一种最适合用于吸收制品如尿布的吸水树脂。
发明详述下文中给出了有关本发明的详细说明。但是，本发明的范围并不受这些说明的限制。在不偏离本发明精神的范围内，也可以用以下举例说明的合适变化的形式来实施不同于以下说明的方案。
本发明的生产吸水树脂的方法包括聚合包括含有酸基团的不饱和单体作为主要组分的单体组分，以由此得到水凝胶聚合物的步骤(1)；干燥和粉碎所得的水凝胶聚合物以由此得到吸水树脂粉末的步骤(2)；添加表面交联处理剂到所得的吸水树脂粉末中的步骤(3)，其中所述表面交联处理剂包括作为主要组分的表面交联剂和水，并且具有相对于所述表面交联处理剂为0至10质量％的亲水性有机溶剂含量；和加热所得混合物以由此进行表面交联处理的步骤(4)。
本发明中的吸水树脂是指可形成水凝胶的水可溶胀和水不溶性的交联聚合物。术语“水可溶胀”是指在离子交换水中能够大量吸收水，该量基本上不小于其自身重量的5倍，优选为50至1000倍。术语“水不溶性”是指吸水树脂的未交联的、水可萃取的组分的含量(水溶性聚合物的含量)(在USP 6,187,872中指定)优选在0至50质量％、更优选0至25质量％、还更优选0至20质量％、特别优选0至15质量％、最优选0至10质量％的范围内，相对于所述的吸水树脂计。
构成本发明吸水树脂的水可溶胀和水不溶性的交联聚合物的实例包括例如以下的一种或两种或多种部分中和的聚(丙烯酸)聚合物；水解的淀粉-丙烯腈的接枝聚合物；淀粉-丙烯酸的接枝聚合物；皂化的醋酸乙烯酯-丙烯酸酯的共聚物；水解的丙烯腈或丙烯酰胺的共聚物，或这些水解共聚物的交联聚合物；含羧基的交联聚乙烯醇的改性聚合物；和交联的异丁烯-马来酸酐的共聚物。但是，优选的是部分中和的聚(丙烯酸)聚合物，其是通过包括聚合和交联包括丙烯酸和/或其盐(中和的原料)作为主要组分的单体组分的步骤的方法得到的。
在本发明的生产吸水树脂的方法中，所述水凝胶聚合物含有酸基团和/或其盐，并且优选通过包括如下步骤的方法得到聚合包括含酸基团的不饱和单体作为主要组分的单体组分。顺便提及，含酸基团的不饱和单体也包括将通过聚合后水解而含有酸基团的不饱和单体(例如丙烯腈)。但是，优选的是在聚合过程中已经含有酸基团的含酸基团的不饱和单体。
在本发明中，优选所述单体组分包括丙烯酸和/或其盐作为主要组分。
在单体组分包括丙烯酸和/或其盐作为主要组分的情况下，另一种单体可以与其联合使用。对这种可以联合使用的单体没有特别的限制，只要其联合使用允许实现本发明的效果。但是，其实例包括水溶性或疏水性不饱和单体，例如甲基丙烯酸、(无水)马来酸、富马酸、巴豆酸、衣康酸、乙烯基磺酸、2-(甲基)丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、(甲基)丙烯酰氧基链烷磺酸和它们的碱金属盐和铵盐；及N-乙烯基-2-吡咯烷酮、N-乙烯基乙酰胺、(甲基)丙烯酰胺、N-异丙基(甲基)丙烯酰胺、N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、异丁烯和(甲基)丙烯酸月桂酯。
在本发明中，当使用不同于丙烯酸和/或其盐的单体时，相对于作为主要组分使用的丙烯酸和/或其盐的总量，这些不同于丙烯酸和/或其盐的单体的比率优选为0至30摩尔％，更优选0至10摩尔％。如果以这种比率来使用上述不同于丙烯酸和/或其盐的单体，本发明的效果可得到充分实现，以至于得到的吸水树脂的吸收性能得到更进一步的提高，和可以以更低的成本得到吸水树脂。
在本发明的生产吸水树脂的方法中，水凝胶聚合物具有交联结构。这种交联结构可以是没有任何交联剂而得到的自交联型结构，但优选为通过与每分子具有至少两个可聚合不饱和基团和/或至少两个反应性基团的交联剂(用于吸水树脂的内交联剂)共聚合或反应而得到的交联结构。
内交联剂的具体实例包括N，N′-亚甲基双(甲基)丙烯酰胺、(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯、环氧乙烷改性的三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、磷酸三烯丙酯、三烯丙基胺、多(甲基)烯丙氧基链烷、(聚)乙二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、甘油、季戊四醇、1，2-乙二胺、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、聚氮丙啶和(甲基)丙烯酸缩水甘油酯。
内交联剂可以分别单独使用，或彼此恰当地组合使用。另外，内交联剂可以一次或分开加入反应体系中。在使用内交联剂的情况下，为了充分实现本发明的效果，优选在聚合过程中使用具有至少两个可聚合的不饱和基团的化合物。
这些内交联剂的用量相对于上述单体组分(不包括交联剂)优选为0.001至2摩尔％，更优选0.005至0.5摩尔％，又更优选0.01至0.2摩尔％，特别优选0.03至0.15摩尔％。在上述内交联剂的用量少于0.001摩尔％或多于2摩尔％的情况下，存在的缺点是可能本发明的效果不能充分地实现，所以得到的吸水树脂可能不能发挥足够好的吸收性能。
在使用内交联剂以在聚合物内部引入交联结构的情况下，在单体组分的聚合前、聚合过程中或聚合后或在其中和后向反应体系中加入内交联剂就足够了。
为了在本发明的生产吸水树脂的方法中得到水凝胶聚合物，对聚合单体组分的方法没有特别的限制。其实例包括水溶液聚合、反相悬浮聚合、本体聚合和沉淀聚合。但是，从例如性能、聚合控制的容易性以及溶胀凝胶的吸收性能的观点看，优选进行水溶液聚合或反相悬浮聚合，其中单体组分以水溶液形式使用。
在单体组分以水溶液形式使用的情况下，单体组分在该水溶液(下文中可以称为单体水溶液)中的浓度取决于水溶液的温度或单体组分的种类，因此，对其没有特别的限制。但是，该浓度优选在10至70质量％，更优选20至60质量％的范围内，相对于单体水溶液计。另外，当进行上述水溶液聚合时，如果需要，可以与水一起使用一种不同于水的溶剂。对这种一同使用的溶剂的种类没有特别的限制。
反相悬浮聚合是其中单体水溶液悬浮在疏水性有机溶剂中的聚合方法，并且这种聚合方法例如公开在美国专利如USP 4,093,776、USP4,367,323、USP4,446,261、USP 4,683,274和USP 5,244,735中。水溶液聚合是其中单体水溶液在没有任何分散溶剂的情况下聚合的聚合方法，并且这种聚合方法例如公开在美国专利如USP 4,625,001、USP4,873,299、USP 4,286,082、USP 4,973,632、USP 4,985,518、USP5,124,416、USP 5,250,640、USP 5,264,495、USP 5,145,906和USP5,380,808；及欧洲专利如EP0811636，EP0955086和EP 0922717中。将例如这些聚合方法所列举的单体组分和引发剂用于本发明中也是可以的。
当引发上述的聚合时，可以使用例如以下的引发剂自由基聚合引发剂，例如过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、叔丁基过氧化氢、过氧化氢和2，2′-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐；和光敏引发剂，例如2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮。从例如所得的吸水树脂性质的观点看，聚合引发剂的用量优选为0.001至2摩尔％(相对于全部单体组分)，更优选0.01至0.1摩尔％(相对于全部单体组分)。
水凝胶聚合物从按照以上方式聚合单体组分的步骤得到，所述单体组分包括含有酸基团的不饱和单体作为主要组分。
在如果需要分割成小块后，将通过上述聚合得到的水凝胶聚合物干燥和粉碎。粉碎可以在干燥之前、同时或之后进行。优选地，水凝胶聚合物在干燥后粉碎。
在本发明中，优选对颗粒状(例如，其质量平均粒径不大于2cm，优选不大于1cm，更优选不大于5mm)的水凝胶聚合物进行干燥。关于在本发明中将水凝胶聚合物分割成小块以使其颗粒化的方法，例如可以在聚合的同时使用捏合机来进行所述的分割成小块，或者所述的分割成小块可以在聚合后单独进行。在聚合的同时分割成小块与在聚合后分割成小块可以联合使用。顺便提及，在水凝胶聚合物没有以颗粒形式干燥时，例如，在水凝胶聚合物以例如薄膜状形式干燥时，存在所得物的性质差和所得物的粒度偏离优选范围的可能性。
关于干燥前水凝胶聚合物的粒径，从干燥效率及性能的观点看，其质量平均粒径优选在45至4,000微米，更优选50至2,000微米，又更优选100至1,500微米，特别优选200至1,000微米的范围内。顺便提及，在其中水凝胶聚合物的质量平均粒径偏离上述范围的情况下，存在导致例如所得吸水树脂的吸水能力变差和水可萃取组分含量增加的可能性。
适宜于将水凝胶聚合物分割成小块的设备的实例包括捏合机、具有切割刀片的纵向切割型切剪机、具有切割刀片的交叉切割型切剪机、具有旋转刀片的切割机型粉碎机和具有预定开孔直径的绞肉机。
在本发明的生产吸水树脂的方法中，必须干燥水凝胶聚合物。顺便提及，本发明中的干燥是指使上述水凝胶聚合物变为固态，其中其固体含量(通过在180℃下干燥3小时的干燥损失定义)相对于干燥的聚合物不低于80质量％，优选不低于85质量％，更优选不低于90质量％，特别优选不低于93质量％。顺便提及，本发明中的干燥不必给出固体含量为100质量％(水含量为0)的干燥的聚合物。
对可用于本发明中的干燥方法没有特别的限制。例如，可以使用例如以下干燥方法中的至少一种热空气干燥、具有例如鼓式干燥器的薄膜干燥、减压干燥法、搅拌式干燥及流化床干燥。干燥以连续或间歇式进行没有特别关系。从性能和干燥效率的观点看，在本发明中优选使用热空气干燥(尤其是连续热空气干燥)。例如，在皮带上的静态干燥对于热空气干燥来说将是有效的。
从干燥效率的观点看，例如上述热空气干燥将是可行的，如果它按以下方法进行的话将颗粒状水凝胶聚合物层状堆积在金属丝网或带有孔或裂缝的带孔金属上，并然后使热空气按水平或垂直方向、优选以垂直于凝胶的方向通过层叠的颗粒间的空隙。关于金属丝网或孔的直径，例如在孔或金属丝网的情况下，如果它具有优选约0.1至约5mm，更优选约0.2至约2mm的空气通过开孔，那么就是可行的。另外，关于在金属丝网或带孔金属上层状堆积凝胶，从干燥后的性能的观点看，如果颗粒状水凝胶聚合物以优选1至20cm、更优选1.5至10cm、还更优选2至8cm的一定厚度来层状堆积，那么这是可行的。
在干燥上述水凝胶聚合物时，从性能和生产率的观点看，如果将干燥温度通常设定在优选不低于100℃、更优选110℃至230℃、还更优选130℃至200℃、特别优选150至190℃的范围内，该干燥温度是合适的。顺便提及，干燥温度定义为材料的温度或加热介质(例如热空气)的温度，但优选定义为加热介质的温度。另外，干燥期间的干燥温度可以是恒定的，或可以在干燥过程中在上述温度范围内合适地变化。而且，在进行热空气干燥时，从性能和能量效率的观点看，所述热空气的露点优选在40至100℃、更优选50至90℃，还更优选60至85℃的范围内。
顺便地，这里还应提到，在以层叠状态被干燥后，所述颗粒状的水凝胶聚合物常常成为块状的干燥材料，该干燥的材料由于干燥导致的颗粒间附聚而失去了流动性。这种块状材料是干燥的聚合物颗粒的附聚体，但具有连续的间隙和气体向块状物的可渗透性。但是，该块状的干燥的材料由于附聚而缺乏流动性，因此需要被粉碎(解体)。
在本发明中，所述水凝胶聚合物按上述方式干燥，并进一步被粉碎。粉碎可以在干燥之前、同时或之后进行。但是，优选在干燥后粉碎水凝胶聚合物，更优选在粉碎后进一步分级。
在本发明中，所述干燥和所述粉碎及如果需要的进一步的分级优选以一连串步骤的模式进行，并且从干燥器出口到粉碎机入口的时间优选在10分钟内，更优选在5分钟内，还更优选在2分钟内。
在本发明中，对粉碎的方法没有特别的限制，只要它可以将干燥的聚合物或其附聚体(块状材料)制成可流动的粉末，优选质量平均粒径不大于2mm的粉末。例如，可以采用以下方法中的至少一种其中粉碎通过例如锤式粉碎机、辊式粉碎机和喷射流型粉碎机来进行的方法，和迄今为止公知的各种粉碎或解体方法。还有，在干燥期间附聚较弱的情况下，可对干燥的聚合物施以振动并由此分级，使附聚的聚合物松开，这样在即使没有特别使用粉碎机的情况下进行粉碎。
在本发明中，在上述的粉碎后，如果需要的话，优选进行进一步的分级，以便除去粗颗粒和细粉末。为此，适当地确定按上述方式得到的吸水树脂粉末的质量平均粒径。但是，为了充分地实现本发明的效果，所述吸水树脂粉末的质量平均粒径优选为300至600微米，更优选为300至550微米，特别优选为380至550微米。另外，最终得到的吸水树脂粉末所包含的粒径小于150微米的粉末的量优选为相对于吸水树脂粉末的0至10质量％，更优选0至8质量％，还更优选0至5质量％，特别优选0至3质量％。还有，最终得到的吸水树脂粉末所包含的粒径小于150微米的颗粒和粒径不小于850微米的颗粒的总量优选为相对于所述吸水树脂粉末的0至15质量％，更优选0至10质量％，还更优选0至5质量％。
特别地，在本发明中，优选所述吸水树脂粉末的质量平均粒径为300至600微米，并且其所包含的粒径小于150微米的粉末的量优选为相对于所述吸水树脂粉末的0至10质量％，更优选0至5质量％，最优选0至3质量％。
吸水树脂粉末的堆密度随单体组成所明确确定的堆密度(g/cm3)而不同地变化。但是，在吸水树脂是聚丙烯酸钠，尤其是中和度为50至90摩尔％的聚丙烯酸钠，更尤其是中和度为60至80摩尔％的聚丙烯酸钠的情况下，其堆密度通常优选不小于0.63g/ml，特别优选不小于0.65g/ml。顺便提及，堆密度可以用按照JISK-3362的设备进行测量。在本发明中，通过粉碎，吸水树脂粉末变成为较少鳞状的、更圆和更均一的形状，因此其堆密度通常变得更高。因此，在粉碎后调节所述的堆密度，以使其优选在0.65至0.89g/ml，更优选0.67至0.88g/ml，还更优选0.73至0.87g/ml，又更优选0.74至0.86g/ml，又更优选0.75to 0.85g/ml的范围内。在吸水树脂粉末于粉碎后的堆密度偏离上述范围的情况下，存在本发明效果不能充分得到实现的可能性。
在上述粉碎后，根据具体情况，粗颗粒(例如850微米以上的产品)及细粉末(例如150微米以下的产品)可以被适当地再利用。可以将粗颗粒再次粉碎，并且除掉或回收细颗粒，由此得到如上所述的颗粒分布。但是，在本发明中，因为粒径分布窄，上述再利用的必要性大大下降。顺便提及，再利用吸水树脂细粉末的方法公开在例如USP 4,950,692、USP 5,064,582、USP 5,264,495、USP 5,478,879、EP0812873、EP0885917及EP0844270中。将这些细粉末再利用方法应用到本发明的方法中也是可以的。另外，被再利用的细粉的量优选不大于全部质量的30质量％，更优选不大于15质量％，特别优选为1至10质量％，最优选为2至8质量％。在本发明中，因为通过粉碎可高生产率地得到具有窄的粒径分布的吸水树脂粉末，所以存在的优点在于，通过再利用小量的细粉末，可得到具有更窄的粒径分布的吸水树脂粉末。
对0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)，按照以上方式得到的吸水树脂粉末表现出优选不小于40克/克，更优选不小于45克/克，还更优选不小于50克/克，特别优选不小于55克/克的在无负荷下吸收量。随着作为基础聚合物的上述吸水树脂粉末的吸收量变得更高，增加了得到具有优异吸收性能的吸水树脂的有利性。
在本发明的生产吸水树脂的方法中，包括添加表面交联处理剂到所得吸水树脂粉末中的步骤(3)，其中所述的表面交联处理剂包括表面交联剂和水作为主要组分，并且具有相对于所述表面交联处理剂为0至10质量％的亲水性有机溶剂含量；和加热所得混合物以进行表面交联处理的步骤(4)。
用于进行表面交联处理的表面交联剂有多种，且没有特别的限制。但是，从例如提高所得吸水树脂性能的观点看，优选的是例如多元醇化合物、环氧化合物、多胺化合物或其与卤代环氧化合物缩合的产物、噁唑啉化合物、单-、双-或多-噁唑烷酮化合物、环脲化合物、多价金属盐和碳酸亚烃酯化合物。
对可用于本发明中的表面交联剂没有特别的限制。但是，例如，可以使用在例如USP 6,228,930、USP 6,071,976和USP 6,254,990中列举的表面交联剂。其实例包括多元醇化合物(例如，单-、二-、三-、四-或聚乙二醇、单丙二醇、1，3-丙二醇、双丙甘醇、2，3，4-三甲基-1，3-戊二醇、聚丙二醇、甘油、多甘油、2-丁烯-1，4-二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇和1，2-环己烷二甲醇)；环氧化合物(例如，乙二醇二缩水甘油醚和缩水甘油)；多胺化合物(例如，1，2-乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、聚氮丙啶和多酰胺多胺)；卤代环氧化合物(例如，表氯醇、表溴醇和α-甲基表氯醇)；上述多胺化合物与上述卤代环氧化合物的缩合产物；噁唑烷酮化合物(例如2-噁唑烷酮)；环脲化合物；和碳酸亚烃酯化合物(例如碳酸亚乙酯)。这些表面交联剂可分别单独使用，或彼此组合使用。为了充分实现本发明的效果，在这些表面交联剂中，优选必须使用多元醇。作为多元醇化合物，具有2至10个碳原子的那些是优选的，具有3至8个碳原子的那些是更优选的。
所述表面交联剂的用量取决于例如使用的化合物及它们的组合，但优选为0.001至10质量％，更优选为0.01至5质量％，相对于吸水树脂粉末。
用于本发明的生产吸水树脂的方法中的表面交联处理剂包括上述表面交联剂和水作为主要组分，并且具有相对于所述表面交联处理剂为0至10质量％的亲水性有机溶剂含量。
本发明中的表面交联处理剂中所含有的水的量取决于所使用的吸水树脂粉末的水含量，但优选在0.5至20质量％、更优选0.5至10质量％、特别优选0.5至7质量％、最优选0.5至4质量％的范围内，相对于所述吸水树脂粉末。
本发明中的表面交联处理剂的亲水性有机溶剂含量在0至10质量％、优选0至8质量％、更优选0至5质量％、还更优选0至3质量％、又更优选0至1质量％、特别优选0质量％(基本上不含的状态)的范围内，相对于所述表面交联处理剂。通过本发明的方法，性能得到了提高，并且得到了下述的新型吸水树脂。还有，关于该方法，减少了亲水性有机溶剂含量的表面交联处理剂的使用解决了由于生产期间废液和/或废气的排放而导致的环境污染的问题，并还满足了吸水树脂是用于直接与人体接触的卫生材料的使用环境的要求。
在此，亲水性有机溶剂可以是不与吸水树脂的酸基团、优选羧基发生交联反应的有机化合物(通常不含或只有一个官能团)。其具体实例包括醇(例如乙醇、丙醇、异丙醇)；酮(例如丙酮)；醚(例如二氧六环、烷氧基(聚)乙二醇、四氢呋喃)；酰胺(例如，ε-己内酰胺)；以及亚砜(例如，二甲基亚砜)。
在本发明中，亲水性有机溶剂是指在常温下可以溶解在液体水中的有机化合物。通常，其在常温的100g水中的溶解度通常不小于1g，优选不小于10g。在本发明中，所述亲水性有机溶剂在常温下需要是液体。但是，可最大限度地实现本发明预期效果的溶剂是挥发性的亲水性有机溶剂，例如，沸点优选为50至170℃、更优选60至150℃、特别优选60至130℃的亲水性有机溶剂。
顺便提及，在交联剂是有机化合物的情况下，交联剂与亲水性有机溶剂之间的差别如下。通常，在某些选定的反应条件下与吸水树脂基本上不发生交联反应的化合物(基本上不改变吸水树脂性能的化合物)被归类为亲水性有机溶剂。相反，例如，如果交联反应是通过混合吸水树脂与一种有机化合物或其水溶液，并然后将它们加热来进行的，这种有机化合物被定义为交联剂，本发明中的表面交联处理剂可进一步包括不同于以上所述的组分，只要不破坏本发明的效果即可。这种组分的实例包括水不溶性细颗粒粉末和表面活性剂。
在本发明的生产吸水树脂的方法中，添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中的方法没有特别的限制。但是，其实例包括其中将表面交联处理剂滴加到吸水树脂粉末中以将它们混合在一起的方法；和其中将表面交联处理剂喷雾到吸水树脂粉末中的方法。
在添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中时，优选使用混合设备以有效地进行添加。虽然没有特别的限制，但是可用的混合设备优选具有大的混合功率，以用于均匀和稳妥地将吸水树脂粉末与表面交联处理剂混合在一起。混合设备的实例包括柱型混合器、双壁锥形混合器、V型混合器、带型混合器、螺杆型混合器、流化炉旋转盘型混合器、气流型混合器、双臂式捏合机、内部混合器、粉碎型捏合机、旋转混合器及螺杆型挤出机。混合速度是否高并不重要。
在本发明的生产吸水树脂的方法中，当添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中时，优选吸水树脂粉末的温度为40至80℃、更优选45至80℃、还更优选50至70℃。在添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中时，如果吸水树脂粉末的温度低于40℃，存在的缺点是当吸水树脂在高湿度环境下生产时，常会发生露点冷凝，从而带来麻烦。在添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中时，如果吸水树脂粉末的温度高于80℃，存在的缺点是常常不能均匀地进行表面交联处理。
在本发明的生产吸水树脂的方法中，虽然没有特别的限制，但是为了充分实现本发明的效果，当添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中时，表面交联处理剂的温度优选基本上不超过被加入表面交联处理剂的吸水树脂粉末的温度。
在本发明的生产吸水树脂的方法中，表面交联处理是在添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末后通过加热来进行的。
加热温度(材料温度或加热介质的温度)优选在60至260℃、更优选80至240℃、还更优选100至220℃、特别优选120至200℃的范围内。加热时间优选为1至120分钟，更优选10至100分钟，还更优选20至90分钟，特别优选30至60分钟。加热温度与加热时间的组合的优选实例包括如下在180℃下1至90分钟，和在200℃下1至60分钟。
在本发明的生产吸水树脂的方法中，重要的是在将表面交联处理剂添加到吸水树脂粉末中的操作结束后0秒钟以上至5分钟以内开始加热。具体来说，重要的是从上述步骤(3)结束直到上述步骤(4)开始的时间为超过0秒钟并在5分钟内。该时间优选在4分钟内，更优选在3分钟内，还更优选在2分钟内，特别优选在1分钟内。通过这种方式，即在从添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中结束时开始的5分钟内进行加热，可实现本发明的效果。如果从添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中结束直到开始加热的时间超出5分钟，本发明的效果将不能得到实现。
顺便提及，在本发明中，从添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中结束直到开始加热的时间具体是指从步骤(3)(添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中)结束直到步骤(4)(加热所得的混合物，由此进行表面交联处理)开始，例如直到加料到用于进行步骤(4)的设备中的时间。另外，在连续生产的情况下，上述时间可以容易地从例如如下参数计算每单位时间进料(供应)的吸水树脂的量；吸水树脂在用于将表面交联处理剂添加到吸水树脂中以将它们混合在一起的设备中的停留时间；和直到将所得混合物进料到用于进行加热混合物以进行表面交联处理的步骤(4)的设备中的运输时间。具体而言，上述时间可以通过实际测量或计算粉末从混合器的出口到加热器的入口的转移时间来确定。
作为表面交联吸水树脂的方法，在JP-A-508517/1996(Kohyo)中所述的工作实施例公开了例如包括以下步骤的技术连续混合吸水树脂粉末(以1,000kg/h的速度进料)与处理剂(表面交联剂)；然后储存所得的混合物；和然后连续加热混合物。象这样，在常规技术中，通常进行中间储存吸水树脂的步骤，作为连接在用于表面交联剂的混合器与随后的反应器(加热器)之间的各步骤在一起的缓冲。
另外，在连续生产吸水树脂的情况下，通过使用运输装置将所述步骤连接在一起。但是，随着吸水树脂的生产规模增长到年产几万吨至几十万吨，除上述的储存以外，在所述步骤之间的不少于一个的一定的输送距离(输送时间)变为必须。因此，实际情况是，在所述步骤之间存在着约十分钟至几十分钟，或依情况而定的数小时的中间步骤(用于输送或储存)。
但是，为了使用包括表面交联剂和水作为主要组分，并且亲水性有机溶剂含量减少了的特殊的表面交联处理剂，本发明人将注意力投向了在用于表面交联处理剂的混合器与随后的反应器(加热器)之间的中间步骤，结果发现，这种中间步骤的省略或简化对于提高吸水树脂的性质来说是重要的。这种中间步骤的省略或简化不仅可以提高吸水树脂的性能，而且可以减少装置和设备的投资。
用于实现本发明的生产设备的实例包括将所述反应器(加热器)设置在加入和混合所述表面交联处理剂的装置以下的设备布置。具体地，已经与表面交联处理剂混合的吸水树脂从实施步骤(3)(添加表面交联处理剂到吸水树脂粉末中)的装置中排出，然后自由下落，并然后进料到表面处理反应器(加热器)中。由此，缩短了从步骤(3)结束直到步骤(4)开始的时间。
上述的本发明的生产吸水树脂的方法提供了以下所述的新颖的吸水树脂。
具体而言，该方法提供了本发明的吸水树脂，其是通过包括聚合和交联包括丙烯酸和/或其盐(中和的原料)作为主要组分的单体组分的步骤的方法得到的吸水树脂，所述吸水树脂的特征在于具有300至600微米的质量平均粒径；以相对于所述吸水树脂为0至10质量％的量包括粒径小于150微米的粉末；和表现出不少于70(克/克)的总吸收量和不低于70％的负荷下的吸收效率。
上述的本发明的吸水树脂是新颖的的事实，不仅通过分析世界范围内大量市售产品(例如吸水树脂、尿布)的现状，而且通过对比评价迄今为止所提出的很多技术而得到了证实。
由本发明人发现的两个新颖的参数，即总吸收量和负荷下的吸收效率，是以对0.90质量％的氯化钠水溶液吸收1小时(25℃下)所给出的数值为基础、根据以下所述方程式定义的。关于这些1小时值的测量的详细描述在以下所述的优选实施方案的详细描述中给出。于此，以上提到的方程式如下总吸收量(克/克)＝无负荷下的吸收量(克/克)+在负荷下的单层吸收量(克/克)；和负荷下的吸收效率(％)＝负荷下的单层吸收量(克/克)×100/无负荷下的吸收量(克/克)。
本发明的新颖的吸水树脂是具有上述的粒径并表现出在上述范围内的总吸收量和负荷下吸收效率的吸水树脂。但是，优选该树脂是表面交联的树脂，并进一步具有下述的粒径要素(质量平均粒径、粒径小于150微米的粉末的比例、粒径分布)，还表现出在下述范围内的无负荷下的吸收量、负荷下的单层吸收量、总吸收量和负荷下吸收效率。本发明的新颖的吸水树脂优选与添加剂(例如除臭剂、无机粉末)共同使用。
就生产方法而言，如果在粒径要素(质量平均粒径、粒径小于150微米的粉末的比例)、总吸收量和负荷下的吸收效率受控制，那么对本发明的吸水树脂就没有限制。但是，这种树脂可通过包括以下步骤的方法容易地得到聚合并交联包括丙烯酸和/或其盐(中和的原料)作为主要组分的单体组分；然后控制所得吸水树脂的粒径在上述范围内；和然后在通过关于本发明生产方法所述的新颖表面交联处理来特殊处理所述吸水树脂时，表面交联所述的吸水树脂。
下文中，给出了关于通过本发明的生产方法得到的吸水树脂或本发明的新颖的吸水树脂的进一步描述。
优选将通过以上述方式进行表面交联处理得到的吸水树脂调节(控制)到特殊的粒度，以充分地实现本发明的效果。
所述粒度优选是这样的小于850微米但不小于150微米的颗粒占全部颗粒的不少于90质量％，和不小于300微米的颗粒占全部颗粒的不少于60质量％；并且更优选是这样的小于850微米但不小于150微米的颗粒占全部颗粒的不少于95质量％，还更优选占全部颗粒的不少于98质量％。另外，不小于300微米的颗粒更优选占全部颗粒的不少于65％质量，还更优选占全部颗粒的不少于70质量％；特别优选占全部颗粒的不少于75质量％。
本发明的吸水树脂的质量平均粒径优选在200至700微米，更优选300至600微米，特别优选380至550微米，最优选400至500微米的范围内。如果需要，吸水树脂的质量平均粒径可以通过例如附聚来调节(控制)。
本发明吸水树脂包括的粒径小于150微米的粉末的量优选为0至10质量％、更优选0至8质量％、还更优选0至5质量％、特别优选0至3质量％，相对于所述的吸水树脂。
另外，关于本发明的吸水树脂，粒径分布的对数标准偏差(σζ；其值下降表示粒径分布变得更窄)(按以下所述的方法测定)优选为0.25至0.50、更优选0.27至0.48、还更优选0.30至0.45。
粒径分布的对数标准偏差这是通过包括以下步骤的方法而得到的数值用筛网开孔尺寸为850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm和45μm的JIS标准筛将吸水树脂分级；然后，在对数概率坐标纸上将残留物(保留在这些筛子上)的百分数R作图；其后，从其结果确定当R＝84.1质量％时的粒径X1和当R＝15.9质量％时的粒径X2；和然后将这些确定的值代入以下方程式中σζ＝0.5×1n(X2/X1)σζ大于0.50表示如此宽的粉末粒径分布，以至于会导致在粉末处理中出现例如分离和粉末供应量差错。因此，这样的σζ对用于例如尿布的实际应用不是非常有利的。在另一方面，σζ小于0.25表示如此窄的粉末粒径分布，以至于有利于粉末的处理，但这样会造成待回收以调整(控制)粒度的粗颗粒和细粉的量增加，由此导致单位时间生产量的降低。因此，这种σζ不是非常有利的。
本发明的吸水树脂在无负荷下对0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)表现出优选不小于33克/克，更优选不小于35克/克，还更优选不小于38克/克，特别优选不小于40克/克，最优选不小于45克/克的吸收量。如果在无负荷下对0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)的吸收量小于33克/克，本发明的效果可能不能充分地实现。例如，在用于尿布时可能会导致在实际使用过程中小的吸收量和大的泄漏。顺便提及，增加无负荷下吸收量至大于80克/克将导致所用的内交联剂和表面交联剂的量减少，由此可能会阻碍本发明效果的充分实现，因此不是非常有利的。
在1.9kPa负荷下，本发明的吸水树脂对0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)表现出优选不小于25克/克，更优选不小于30克/克，还更优选不小于35克/克的单层吸收量。如果在1.9kPa负荷下对0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)的单层吸收量小于25克/克，本发明的效果可能不能充分地实现。例如，在实际使用期间，尿布表面的液体导致皮肤(臀部)出疹。顺便提及，负荷下的单层吸收量没有特别的上限。上限越高就越有利。但是，增加该吸收量至不小于某一特定值可能会导致例如生产率的极度劣化，和在性能方面会导致水可萃取组分的含量及凝胶强度的增加。因此，从成本性能(每单位吸收量的生产成本)和性能之间的平衡的观点看，所述上限可以是约60克/克。
本发明的吸水树脂表现出优选不小于70克/克，更优选不小于74克/克，还更优选不小于78克/克，特别优选不小于82克/克的总吸收量。所述总吸收量是在无负荷下对0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)的吸收量与在1.9kPa负荷下对0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)的单层吸收量之和，并表示在无负荷状态下和在有负荷状态下的总吸收量。在总吸收量小于70克/克的情况下，本发明的效果可能不能充分实现。例如，在用于尿布时导致在实际使用过程中小的吸收量和大的泄漏，或在实际使用过程，尿布表面的液体导致皮肤(臀部)出疹。顺便提及，增加总吸收量至大于140克/克将会导致进行诸如聚合、干燥、粉碎、粒度调整(控制)和表面交联步骤时生产率极大下降，因此就成本来说这不是非常不利的。
本发明的吸水树脂表现出优选不小于70％，更优选不小于74％，还更优选不小于78％，特别优选不小于82％的负荷下吸收效率。负荷下吸收效率是以百分数表示的在1.9kPa负荷下对0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)的单层吸收量与在无负荷下对0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)的吸收量之比，表示在负荷下的吸收性质。如果在负荷下的吸收效率高，那么吸收量就很少随压力变化。如果在负荷下的吸收效率小于70％，本发明的效果可能不能充分地实现。例如，用于尿布时导致在实际使用过程中小的吸收量和大的泄漏，或在实际使用过程中尿布表面的液体导致皮肤(臀部)出疹。顺便提及，增加负荷下的吸收效率至多于150％将导致进行诸如聚合、干燥、粉碎、粒度调整(控制)和表面交联步骤时生产率的极大下降，因此就成本来说这不是非常不利的。
本发明的吸水树脂特别优选表现出不小于70克/克的总吸收量，和不低于70％的负荷下的吸收效率。
本发明吸水树脂的水含量及水可萃取组分的含量在前述的范围内，并且该树脂的残余单体含量通常在0至1,000质量ppm，优选在0至500质量ppm，更优选在0至400质量ppm的范围内。
如果需要的话，可以通过向本发明的吸水树脂中进一步加入例如以下的添加剂来为本发明的吸水树脂提供各种功能除臭剂、抗菌剂、香味剂、各种无机粉末、发泡剂、颜料、染料、亲水性短纤维、增塑剂、压敏粘合剂、表面活性剂、肥料、氧化剂、还原剂、螯合剂、抗氧剂、水、水溶性聚合物、粘结剂和盐类。
顺便提及，就本发明而言，如果通过将添加剂加入到吸水树脂中以将它们组合在一起(由于例如吸收、吸附或混合)而使添加剂基本上与所述吸水树脂结合在一起，所得材料在某种意义上是混合物。但是，只要这种吸水树脂与添加剂的混合物(该混合物通常被称为“吸水剂”)满足粒径、总吸收量和负荷下吸收效率的前述范围要求，那么这种吸水树脂与添加剂的混合物也被作为是本发明中所称的吸水树脂。换句话说，在本发明中，通过包括聚合和交联包括丙烯酸和/或其盐(中和的原料)作为主要组分的单体组分的步骤的方法得到的吸水树脂，是一个涵盖通过组合吸水树脂与上述添加剂而得到的通常所谓的“吸水剂”的概念。那么，所述吸水树脂在这种吸水剂中的含量优选为70至100质量％，更优选80至100质量％，特别优选90至100质量％，相对于所述吸水剂。所述吸水剂可以含有水作为痕量组分。
除臭剂的优选实例包括在USP 6,469,080和WO 2003/104349中作为实例提到的来自茶科植物叶子的提取物；在日本专利申请280373/2003的说明书中作为实例提到的锌-硅或锌-铝复合含水氧化物；和在日本专利申请001778/2004的说明书中作为实例提到的特殊的沸石。所述除臭剂的用量优选为每100质量份吸水树脂0.001至10质量份、更优选0.05至5质量份、特别优选0.1至3质量份。添加的除臭剂的量小于0.001质量份的情况可能会导致不能得到要求的除臭效果，因此不很有利。另一方面，以大于10质量份的量添加除臭剂具有给出除臭效果优异的材料的优点，但是将大大增加所得吸水树脂组合物本身的价格，因此从成本的观点看，这对于将所得吸水树脂用于一次性卫生材料/吸收制品(例如一次性尿布/卫生巾)不很有利。
为了改进吸水树脂在高湿度下的处理容易性，向其中添加细颗粒的二氧化硅粉作为无机粉末或添加细颗粒的硬脂酸多价金属盐粉末作为盐也是有利的。所用的这些添加剂的量优选为每100质量份吸水树脂0.01至10质量份、更优选0.05至5质量份、特别优选0.1至1质量份。添加的细颗粒二氧化硅粉和/或细颗粒硬脂酸多价金属盐粉末的量小于0.01质量份的情况可能会导致不能得到要求的改进在高湿度下处理容易性的效果，因此不很有利。另一方面，以大于10质量份的量添加细颗粒二氧化硅粉和/或细颗粒硬脂酸多价金属盐粉末具有给出在高湿度下处理容易性优异的材料的优点，但会大大增加所得吸水树脂组合物本身的价格，因此从成本的观点看，这对于将所得吸水树脂用于一次性卫生材料/吸收制品(例如一次性尿布/卫生巾)不很有利。
关于本发明中的吸水树脂，其颗粒的形状可以是如通过本发明的生产方法得到的不规则粉碎形状，但也可以是例如通过反相悬浮聚合得到的形状，即例如球形。
但是，关于反相悬浮聚合，所得吸水树脂的形状是球形或其聚集体的形状，因此，就与纸浆混合或固定(抓住)到纸浆上而言经常提供不够好的效果，所以特别不适合以高浓度含有吸水树脂的最近流行的尿布。由此，本发明吸水树脂的形状优选为不规则的粉碎形状(即，粉碎的粉末的形状)。
通过本发明的生产方法得到的吸水树脂以及本发明的新颖的吸水树脂可用于吸水树脂的各种用途中，例如用于卫生材料、工程施工和建筑、废液的固化、农业和植物，以及食品。
顺便提及，在本发明中，吸收制品是指作为包含吸水树脂的模制品的终端用户产品，吸收制品的代表有一次性尿布、卫生巾及失禁尿垫。为了模制，这种吸收制品优选使用纤维材料。关于本发明的吸水树脂，如果吸水树脂与吸水树脂和纤维材料总量的质量比优选在20至100质量％、更优选30至90质量％、特别优选30至60质量％的范围内，并且如果每个吸收制品中所使用的吸水树脂的量优选在5至25g、更优选8至15g的范围内，那么所述的吸水树脂可以在这种吸收制品中发挥出最大的效果。此外，本发明的吸水树脂与纤维材料越均匀地混合在一起(吸水树脂越少局部分布)，所述树脂越能在这种吸收制品中发挥出最大的效果。
优选实施方案的详细描述下文中，将通过与不依据本发明的对比例对比的以下某些优选实施方案的实施例来更具体地举例说明本发明。但是，本发明不限于下述的如果市售吸水树脂(例如在尿布中的吸水树脂)在分销过程中已吸收水分，性能的测量可以在干燥所述吸水树脂(例如在60℃下和减压下干燥16小时)达到平衡的含水状态(其中水含量为例如约5质量％)后进行。
下文中，尽管略去了详细的数据，但所有按照本发明得到的吸水树脂基本上是水不溶性的，且具有不高于7质量％的水含量(不低于93质量％的固含量)和不高于400质量ppm的残余单体含量。
顺便提及，吸水树脂及吸收制品的性能根据以下方法进行测量(a)无负荷下的吸收量将量为0.2克的吸水树脂均匀放入无纺布制成的口袋(80mm×60mm)中，然后将其浸渍到温度已调节到25℃的0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)中。60分钟后，取出口袋并用离心分离机在250G下排水3分钟，然后测量口袋的质量W2(克)。另外，在没有吸水树脂的条件下按以上相同的步骤操作，测量所得到的质量W1(克)。然后，按照以下的方程式从这些质量W1和W2计算出无负荷下的吸收量(克/克)无负荷下的吸收量(g/g)＝((质量W2(g)-质量W1(g))/(吸水树脂的质量(g))-1
(b)在负荷下的单层吸收量在内径为60mm的塑料支撑圆筒(其中金属丝网已被熔接在支撑圆筒的圆柱部分的一边(底部))的底部的400目(筛网开孔尺寸为38微米)不锈钢金属丝网上，均匀地铺撒0.20克吸水树脂，并进一步在其上面装上柱塞(盖板)，其中所述柱塞的外径仅略小于60mm，使柱塞与支撑圆筒的内壁表面之间没有间隙，但并不阻碍其上下移动。然后，测量支撑圆筒、吸水树脂及柱塞的总质量W3(克)。在此柱塞上安装负荷，调节所述负荷以使包括柱塞在内20g/cm2(1.96kPa)的负荷可以均匀施加到吸水树脂上。由此完成一套测量装置。将直径为90mm的玻璃滤板放入直径为150mm的陪替氏培养皿中，然后加入25℃的0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)至与玻璃滤板上边相同的高度，在玻璃滤板上面放置直径为9cm的滤纸(Toyo Filter Paper Co.，Ltd.的2号滤纸)，以使其整个表面可以被湿润，再除去多余的液体。
将上述的一套测量装置放置到上述的湿滤纸上，由此允许吸水树脂在负荷下吸收液体。如果液面从玻璃滤板的上边下降，则添加液体以保持液面水平在不变的水平上。然后，在1小时后，通过升高来移开所述的一套测量装置，以重新测量不包括负荷在内的质量W4(克)(支撑圆筒、溶胀的吸水树脂和柱塞的总质量)。
然后，按照以下的方程式，从这些质量W3和W4计算出在负荷下的单层吸收量(克/克)在负荷下的单层吸收量(克/克)＝((质量W4(克)-质量W3(克))/吸水树脂的质量(克)。
(c)质量(重量)平均粒径(D50)用筛网开孔尺寸为例如850微米、600微米、500微米、425微米、300微米、212微米、150微米、106微米和75微米的JIS标准筛将吸水树脂分级。然后，在对数概率坐标纸上对这些筛子上残留物的百分数作图。由此，读出质量平均粒径(D50)。
关于筛分分级，将10.00克吸水树脂粉末或吸水树脂放在JIS标准筛(筛网开孔尺寸为例如850微米、600微米、500微米、425微米、300微米、212微米、150微米、106微米和75微米)(IIDA试验筛内径＝80mm)上，然后用ROTAP型筛分振动器(Iida Seisakusho K.K.生产的ES-65型筛分振动器)分级10分钟。顺便提及，如在例如USP5051259中所描述的，质量(重量)平均粒径(D50)是指具有确定的筛网开孔尺寸并对应于全部颗粒的50质量％的标准筛的粒径，并且在下述的实施例中，质量(重量)平均粒径是使用具有850微米、600微米、300微米和150微米筛网开孔尺寸的JIS标准筛来计算的。
(d)在负荷下的吸收效率吸水树脂无负荷下的吸收量和在负荷下的单层吸收量通过以上(a)和(b)中所描述的方法测量。由此，在负荷下的吸收效率(％)按照以下方程式来计算在负荷下的吸收效率(％)＝在负荷下的单层吸收量(克/克)×100/无负荷下的吸收量(克/克)。
(e)总吸收量吸水树脂在无负荷下的吸收量和在负荷下的单层吸收量通过以上(a)和(b)中所描述方法测量。这样，总吸收量(克/克)按照以下方程式来计算总吸收量(克/克)＝无负荷下的吸收量(克/克)+在负荷下的单层吸收量(克/克)(f)吸收制品的评价(回湿(wet-back)量测试)使用从下述实施例和对比例中得到的吸收制品。将1.96kPa的负荷施加到每个吸收制品的整体上，然后将其在室温下放置不动。通过直径为70mm、高100mm的圆筒将量为75克的调节到37℃的0.90质量％的氯化钠水溶液(生理盐水溶液)注入吸收制品的中心部分。将吸收制品置于负荷下1小时，然后重复相同的操作。然后，在第四次注入生理盐水溶液(注入的生理盐水的总量＝300克)30分钟后，从吸收制品移开负荷，并然后将纸巾(由Oji Paper-Manufacturing Co.，Ltd.制造；KitchenTowel Extra-Dry，切割成尺寸为120mm×450mm的30层)放置在吸收制品上，再然后在其上施加37g/cm2(3.63kPa)的负荷1分钟，以测量回吸到纸巾上的液体的量。
通过将2.1克聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷的摩尔数均加成聚合度为8)溶解到5,500克中和度为75摩尔％(单体浓度为38质量％)的丙烯酸钠水溶液中来制备反应液。然后，在氮气氛下30分钟从该反应液中除去溶解的氧。下一步，将上述反应液进料到通过给容积为10升、拥有两个∑型桨叶的带夹套的不锈钢双臂捏合机添加顶盖而准备的反应器中。在保持反应液为30℃的同时，用氮气置换系统中的空气。随后，在搅拌反应液的同时，将2.46克过硫酸钠和0.10克L-抗坏血酸加入其中。结果，聚合在约1分钟后开始。然后，聚合在30至90℃的范围内进行，并且在聚合开始60分钟后取出得到的水凝胶聚合物。所得的水凝胶聚合物为已分割成直径为约5mm的小块的水凝胶聚合物。将这种已分割成小块的水凝胶聚合物铺展在50目(筛孔尺寸为300微米)的金属丝网上，然后用170℃的热空气干燥50分钟。接下来，用振动研磨机粉碎经干燥的产品，并然后用20目(筛孔尺寸为850微米)的金属丝网分级和调控，由此得到不规则粉碎形状的吸水树脂粉末(1)，其表现出57(克/克)的无负荷下吸收量，具有425微米的质量平均粒径，并以相对于所述吸水树脂粉末为2质量％的量包含粒径小于150微米的粉末。
通过将2.2克聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷的摩尔数均加成聚合度为8)溶解到5,500克中和度为75摩尔％(单体浓度为36质量％)的丙烯酸钠水溶液中来制备反应液。然后，在氮气氛下30分钟从该反应液中除去溶解的氧。下一步，将上述反应液进料到通过给容积为10升、拥有两个∑型桨叶的带夹套的不锈钢双臂捏合机添加顶盖而准备的反应器中。在保持反应液为30℃的同时，用氮气置换系统中的空气。随后，在搅拌反应液的同时，将2.46克过硫酸钠和0.10克L-抗坏血酸加入其中。结果，聚合在约1分钟后开始。然后，聚合在30至90℃的范围内进行，并且在聚合开始60分钟后取出得到的水凝胶聚合物。所得的水凝胶聚合物为已分割成直径为约5mm的小块的水凝胶聚合物。将这种已分割成小块的水凝胶聚合物铺展在50目(筛孔尺寸为300微米)的金属丝网上，然后用170℃的热空气干燥50分钟。接下来，用振动研磨机粉碎经干燥的产品，并然后用20目(筛孔尺寸为850微米)的金属丝网分级和调控，由此得到不规则粉碎形状的吸水树脂粉末(2)，其表现出56(克/克)的无负荷下吸收量，具有370微米的质量平均粒径，并以相对于所述吸水树脂粉末为5质量％的量包含粒径小于150微米的粉末。
将100质量份从生产实施例1得到的、粉末温度为60℃的吸水树脂粉末(1)与表面交联处理剂(从0.4质量份丙二醇、0.02质量份乙二醇二缩水甘油醚、0.25质量份1，4-丁二醇及2.5质量份水制备)通过Ldige混合器混合。然后，在2分钟后，将所得混合物放入温度已调节为195℃的热处理装置中并热处理45分钟，由此得到吸水树脂(1)。
表1中所示的是所得吸水树脂(1)的无负荷下的吸收量、在负荷下的单层吸收量、在负荷下的吸收效率、总吸收量、粒径分布和质量平均粒径。
将100质量份从生产实施例2得到的、粉末温度为60℃的吸水树脂粉末(2)与表面交联处理剂(从0.4质量份丙二醇、0.02质量份乙二醇二缩水甘油醚、0.25质量份1，4-丁二醇及2.5质量份水制备)通过Lodige混合器混合。然后，在1分钟后，将所得混合物放入温度已调节为195℃的热处理装置中并热处理45分钟，由此得到吸水树脂(2)。
表1中所示的是所得吸水树脂(2)的无负荷下的吸收量、在负荷下的单层吸收量、在负荷下的吸收效率、总吸收量、粒径分布和质量平均粒径。
将100质量份从生产实施例1得到的、粉末温度为60℃的吸水树脂粉末(1)与表面交联处理剂(从0.4质量份丙二醇、0.02质量份乙二醇二缩水甘油醚、0.25质量份1，4-丁二醇及2.5质量份水制备)通过Lodige混合器混合。然后，在1小时后，将所得混合物放入温度已调节为195℃的热处理装置中并热处理55分钟，由此得到对比吸水树脂(1)。
表1中所示的是所得对比吸水树脂(1)的无负荷下的吸收量、在负荷下的单层吸收量、在负荷下的吸收效率、总吸收量、粒径分布和质量平均粒径。
将100质量份从生产实施例2得到的、粉末温度为60℃的吸水树脂粉末(2)与表面交联处理剂(从0.4质量份丙二醇、0.02质量份乙二醇二缩水甘油醚、0.25质量份1，4-丁二醇及2.5质量份水制备)通过Lodige混合器混合。然后，在10分钟后，将所得混合物放入温度已调节为195℃的热处理装置中并热处理55分钟，由此得到对比吸水树脂(2)。
表1中所示的是所得对比吸水树脂(2)的无负荷下的吸收量、在负荷下的单层吸收量、在负荷下的吸收效率、总吸收量、粒径分布和质量平均粒径。
将100质量份从生产实施例2得到的、粉末温度为60℃的吸水树脂粉末(2)与表面交联处理剂(从0.4质量份丙二醇、0.02质量份乙二醇二缩水甘油醚、0.25质量份1，4-丁二醇及2.5质量份水制备)通过Lodige混合器混合。然后，在20分钟后，将所得混合物放入温度已调节为195℃的热处理装置中并热处理55分钟，由此得到对比吸水树脂(3)。
表1中所示的是所得对比吸水树脂(3)的无负荷下的吸收量、在负荷下的单层吸收量、在负荷下的吸收效率、总吸收量、粒径分布和质量平均粒径。
将50质量份吸水树脂(1)(已从实施例1中得到)与50质量份碎木浆通过混合器干混在一起。接下来，用间歇式气动模制设备在金属丝筛网(制成400目(筛孔尺寸为38微米))上气动模制所得混合物，由此使其成型为尺寸为120mm×400mm的网状物(web)。进一步，用196.14kPa的压力按压该网状物5秒钟，由此得到基础重量为约0.05g/cm2的吸收结构体。
随后，将由液体不能渗透的聚丙烯制成的所谓背片(液体不能渗透的片)、上述的吸收结构体、由液体可渗透的聚丙烯制成的无纺布表面薄片(液体可渗透的片)按此顺序用双面胶带彼此粘附在一起，由此得到卫生吸收制品(即一次性尿布)(1)。该吸收制品(1)的质量为45克。
测试所得吸收制品(1)的回湿量。结果见表2中所示。
除了所述的吸水树脂(1)由吸水树脂(2)(得自实施例2)替换以外，按照与实施例3相同的方法得到吸收制品(2)。
测试所得吸收制品(2)的回湿量。结果见表2中所示。
除了所述的吸水树脂(1)由对比吸水树脂(1)、(2)和(3)(得自对比例1、2和3)替换以外，按照与实施例3相同的方法得到对比吸收制品(1)、(2)和(3)。
测试所得对比吸收制品(1)、(2)和(3)的回湿量。结果见表2中所示。
表2[实施例5]通过将2.5克聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷的摩尔数均加成聚合度为8)溶解到5,500克中和度为75摩尔％的丙烯酸钠水溶液(单体浓度为38质量％)中来制备反应液。接下来，按照与生产实施例1相同的方法从该反应液中除去溶解的氧，然后进料到与生产实施例1中所使用的相同的反应器中。在保持反应液为30℃的同时，用氮气置换系统中的空气。随后，在搅拌反应液的同时，将2.98克过硫酸钠及0.015克L-抗坏血酸加入其中。结果，聚合在约1分钟后开始。然后，聚合在25至90℃的范围内进行，并且在聚合开始60分钟后取出得到的水凝胶聚合物。所得的水凝胶聚合物是已分割成粒径为约1至约5mm的颗粒的水凝胶聚合物。按照与生产实施例1相同的方法干燥该水凝胶聚合物。接下来，用辊式研磨机粉碎经干燥的产品，并然后用筛孔尺寸为850微米的金属丝网分级，并进一步用筛孔尺寸为150微米的金属丝网分级以从所述分级的材料中除去细粉，由此得到不规则粉碎形状的吸水树脂粉末(3)，其表现出55(克/克)的无负荷下吸收量，具有约420微米的质量平均粒径，并以相对于吸水树脂粉末为0.8质量％的量包括粒径小于150微米的粉末。
接下来，将100质量份按上述方法得到的、粉末温度为60℃的吸水树脂粉末(3)与表面交联剂水溶液(从0.5质量份丙二醇、0.02质量份乙二醇二缩水甘油醚、0.3质量份1，4-丁二醇和2.5质量份水制备)通过Lodige混合器混合。然后，在1分钟后，将所得混合物放入温度已调节为195℃的热处理装置中并热处理40分钟，由此得到吸水树脂(3)。
表3中所示的是所得吸水树脂(3)的无负荷下的吸收量、在负荷下的单层吸收量、在负荷下的吸收效率、总吸收量和质量平均粒径(D50)(通过用筛孔尺寸为850微米、600微米、300微米和150微米的JIS标准筛分级测定)。另外，在表4中所示的是所得吸水树脂(3)的粒径分布的对数标准偏差(σζ)(通过用筛孔尺寸为850微米、710微米、600微米、500微米、425微米、300微米、212微米、150微米和45微米的JIS标准筛分级测定)。
顺便提及，在表4中也列出了从实施例1和2及对比例1至3所得的吸水树脂的粒径分布及其对数标准偏差(σζ)。
表3
表4
除了所述的吸水树脂(1)由吸水树脂(3)(得自实施例5)替换以外，按照与实施例3相同的方法得到吸收制品(3)。
按照与实施例3相同的方式测试所得吸收制品(3)的回湿量。结果，所述回湿量为8克。
将35质量份吸水树脂(3)(已从实施例5中得到)与65质量份碎木浆通过混合器干混在一起。接下来，用与实施例3中所用的相同的设备将所得混合物成型为尺寸为120mm×400mm的网状物。而且，在与实施例3中相同的条件下按压该网状物5秒钟，由此得到基础重量为约0.04g/cm2的吸收结构体。
随后，按照与实施例3中相同的方法得到质量为37克的吸收制品(4)。
按照与实施例3相同的方式测试所得吸收制品(4)的回湿量。结果，所述回湿量为25克。
除了所述的吸水树脂(3)由对比吸水树脂(1)(得自对比例1)替换以外，按照与实施例7相同的方法得到对比吸收制品(4)。
按照与实施例3相同的方式测试所得对比吸收制品(4)的回湿量。结果，所述回湿量为39克。
工业应用本发明的吸水树脂具有优异的吸收性能，因此可用于广泛的用途。特别地，因为通过本发明生产方法得到的吸水树脂在表面交联处理中不使用亲水性有机溶剂，所以该树脂对用于卫生材料/吸收制品(例如一次性尿布/卫生巾)来说是有利的，并可通过与亲水性纤维材料(例如碎纸浆)结合而有利地用于卫生材料。
权利要求
1.一种生产吸水树脂的方法，其包括聚合包括含有酸基团的不饱和单体作为主要组分的单体组分以由此得到水凝胶聚合物的步骤(1)；干燥和粉碎所得的水凝胶聚合物以由此得到吸水树脂粉末的步骤(2)；添加表面交联处理剂到所得的吸水树脂粉末中的步骤(3)，其中所述表面交联处理剂包括表面交联剂和水作为主要组分，并且具有相对于所述表面交联处理剂为0至10质量％的亲水性有机溶剂含量；和加热所得混合物以由此进行表面交联处理的步骤(4)；其中从步骤(3)结束直到步骤(4)开始的时间在5分钟以内。
2.权利要求1所述的生产吸水树脂的方法，其中在向吸水树脂粉末中添加表面交联处理剂时，所述吸水树脂粉末的温度在40至80℃的范围内。
3.权利要求1或2所述的生产吸水树脂的方法，其中所述吸水树脂粉末在无负荷下表现出不少于40克/克的吸收量。
4.一种吸水树脂，其是一种通过包括聚合和交联包括丙烯酸和/或其盐(中和的原料)作为主要组分的单体组分的步骤的方法得到的吸水树脂，该吸水树脂的特征在于具有300至600微米的质量平均粒径；以相对于所述吸水树脂为0至10质量％的量包括粒径小于150微米的粉末；并且具有不小于70(克/克)的总吸收量和不低于70％的负荷下的吸收效率，其中总吸收量和负荷下的吸收效率由以下方程式基于吸收0.90质量％的氯化钠水溶液(25℃)1小时后所给出的值来定义总吸收量(克/克)＝无负荷下的吸收量(克/克)+在负荷下的单层吸收量(克/克)；和负荷下的吸收效率(％)＝负荷下的单层吸收量(克/克)×100/无负荷下的吸收量(克/克)。
5.权利要求4所述的吸水树脂，其以相对于所述吸水树脂为0至3质量％的量包括粒径小于150微米的粉末。
6.权利要求4或5所述的吸水树脂，其具有380至550微米的质量平均粒径。
7.权利要求4至6中任意一项所述的吸水树脂，其在无负荷下表现出不小于35克/克的吸收量。
8.权利要求4至7中任意一项所述的吸水树脂，它的颗粒的形状为不规则粉碎的形状。
9.用于吸收排泄物和血的吸收制品，其包含权利要求4至8中任意一项所述的吸水树脂。
全文摘要
本发明的目的是提供一种在吸水性能之间表现出优异平衡的吸水树脂；还提供一种方法，通过该方法可以生产具有优异的吸收性能的吸水树脂，即使在进行表面交联处理时不使用亲水性有机溶剂或其用量大大降低；还提供一种最适合用于吸收制品如尿布的吸水树脂。作为实现上述目的的手段，本发明的生产吸水树脂的方法包括聚合包括含有酸基团的不饱和单体作为主要组分的单体组分以由此得到水凝胶聚合物的步骤(1)；干燥和粉碎所述水凝胶聚合物以由此得到吸水树脂粉末的步骤(2)；添加表面交联处理剂到所述吸水树脂粉末中的步骤(3)，其中所述表面交联处理剂包括表面交联剂和水作为主要组分，并且具有相对于所述表面交联处理剂为0至10质量％的亲水性有机溶剂含量；和加热所得混合物以由此进行表面交联处理的步骤(4)，其中从步骤(3)结束直到步骤(4)开始的时间在5分钟以内。
文档编号A61F13/53GK1784430SQ20048001256
公开日2006年6月7日 申请日期2004年5月7日 优先权日2003年5月9日
发明者和田克之, 中村将敏, 木村一树, 石崎邦彦 申请人:株式会社日本触媒