説明

超吸収体の計量供給方法

超吸収体を、スクリューコンベヤーを用いた方法によって計量供給し、その際、前記超吸収体を選択し、または凝集制御剤で処理して、6kPaの圧密応力で0.75から1.5kPaの自由降伏強度を得る。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
発明の詳細な説明
本発明は、超吸収体の計量供給方法に関する。
【0002】
超吸収体は公知である。超吸収体は、自重の数倍の水を、場合によっては自重の数百倍までの水を吸収し、且つ中程度の圧力下でも保持することが出来る材料である。吸収能力はたいてい、蒸留水またはそうでなければ脱イオン水と比較して塩含有溶液ではより低い。一般に、超吸収体は少なくとも5g/g、好ましくは少なくとも10g/gおよびより好ましくは少なくとも15g/gの遠心保持容量("CRC"、測定法は下記を参照のこと)を有する。そのような材料はまた普通、例えば"高膨潤性ポリマー"、"ヒドロゲル"(しばしば乾燥形でも用いられる)、"ヒドロゲル形成性ポリマー"、"吸水性ポリマー"、"吸収性のゲル形成材料"、"膨潤性樹脂"、"吸水性樹脂"等の名称で公知である。当該材料は、架橋された親水性ポリマー、特に(共)重合される親水性モノマーから形成されたポリマー、適したグラフトベース上の1つ以上の親水性モノマーのグラフト(コ)ポリマー、セルロースまたはデンプンの架橋されたエーテル、架橋されたカルボキシメチルセルロース、部分架橋されたポリアルキレンオキシドまたは水性液体中で膨潤可能である天然産物、例えばグアー誘導体等であり、なかでも部分中和アクリル酸を基礎とする吸水性ポリマーが最も頻繁に使用される。超吸収体はたいてい、ポリマー粒子の乾燥粉末の形で製造、貯蔵、輸送および加工され、その際、"乾燥"とは、たいてい5質量%未満の含水率を意味する。超吸収体は液体を吸収することでゲルに変わり、特に、例によって水を吸収するとヒドロゲルに変わる。超吸収体の断然重要な分野は、体液の吸収である。超吸収体は、例えば衛生用品において用いられており、その例は幼児用おむつ、成人または女性衛生用品のための失禁製品である。他の分野の使用例は、市場園芸における保水剤として、火除け用貯水体、食品包装における液体吸収のため、一般に湿分を吸収するためである。
【0003】
超吸収体の製造方法も公知である。市場を席巻しているアクリレートベースの超吸収体は、架橋剤("内部架橋剤")の存在下で、たいてい水の存在下でのアクリル酸のラジカル重合によって製造され、その際、該アクリル酸はある程度が、重合に先立ってまたは重合後に、または選択的に、部分的に重合に先立って且つ部分的に重合後に導かれる中和段階において、たいていアルカリ、最も頻繁には水酸化ナトリウム溶液を添加することによって中和される。これにより、粉砕(用いられる反応器のタイプに依存しており、粉砕は重合と同時に実施してもよい)および乾燥されているポリマーゲルが生じる。たいてい、そのようにして製造された乾燥粉末("ベースポリマー")は、粒子バルクより高度に架橋している表面層を作り出すために、更なる有機または多価カチオン架橋剤を添加することによって表面架橋(表面"後"架橋とも呼ばれる)されている。最も頻繁には、硫酸アルミニウムが多価カチオン架橋剤として用いられている。多価金属カチオンを超吸収体粒子に適用することは、時に表面架橋とは見なされず、"表面錯化"と呼ばれるか、または表面処理の別の形態として見なされる。ただし、それは粒子表面で個々のポリマーストランド間の結合数を増大させる同じ効果を備えており、従って有機表面架橋剤が備えるようなゲル粒子剛性を増大させる。有機および多価カチオン表面架橋剤は、蓄積的に、そのつど補ってか、または任意に連続して適用され得る。
【0004】
表面架橋は、各々の超吸収体粒子の表面に、より高い度合いの架橋密度をもたらす。ここのことは、超吸収体の以前のタイプでは液体に曝されることで、実際に連続的なゲル層になる超吸収体粒子バルクの粒子の最も外側の層の膨潤が起きることを意味する"ゲルブロッキング"の問題に向けられており、それは事実、更なる量の液体(例えば2度目の暴露)がゲル層より下の未使用の超吸収体に輸送されることをブロックする。これは超吸収体のいくつかの適用において所望された効果である一方で(例えば封止用水中ケーブル)、人的な衛生用品で起こる場合は望ましくない効果をもたらす。表面架橋剤による個々のゲル粒子の剛性の増大は、ゲル層内の個々のゲル粒子間の開水路をもたらし、且つこのようにしてゲル層に液体を通させる。表面架橋はCRCまたは超吸収体サンプルの全体的な吸収能力を表している他のパラメーターを減少させるにも関わらず、それは所定量の超吸収体を含んでいる衛生用品によって吸収され得る液体量を十分に増大させることができる。
【0005】
超吸収体の透過性(正確に言うと"ゲルベッド透過性"、"GBP"または"液体誘導性"、"SFC")を増大させる別の手段もまた公知である。これらには、おむつコアでの超吸収体と繊維、例えば毛羽とを混合すること、またはゲル剛性を増大させるか、さもなければゲル層内での液体輸送のための開水路を生み出す別の成分を混合することが含まれる。たいてい、GBPまたはSFCを増大させる成分は、透過性増強剤("PEA")と呼ばれる。
【0006】
超吸収体に対して用いられる添加剤と頻繁に関連する一つの問題は、該超吸収体の自由流れおよび強制供給が妨げられていることである。これは超吸収体の輸送、とりわけ超吸収体の強制供給、例えばスクリュー装置による超吸収体処理装置、例えばおむつ形成機への超吸収体の強制供給が難しくなり得ること、または製品が強制供給されず、高められた輸送容器、例えばビッグバッグから、該超吸収体輸送容器の下に位置する供給装置、例えばおむつ機の超吸収体供給ホッパー中に自由に流れることを意図した設計において、自由流れが妨げられ得ることを意味する。
【0007】
供給の問題は、計量供給する時になって顕著になる。粒状材料の量を連続的に且つ正確に計量供給することは、液体を計量供給することよりはるかに困難であり、また元来粒状固体である超吸収体を計量供給することは、予め定められた量の超吸収体が、個々のおむつ中に含まれるべき毛羽および超吸収体混合物を製造するおむつ機の部分に供給される場合に、おむつ形成における重要なステップである。予め定められた量の超吸収体は、おむつ機の高いライン速度を支持するために正確に、且つ高速で計量供給されなければならない。
【0008】
Frederic L.Buchholz und Andrew T.Graham (Hrsg.)は、"Modern Superabsorbent Polymer Technology",J.Wiley & Sons,New York,U.S.A./Wiley−VCH,Weinheim,Germany,1997,ISBN 0−471−19411−5の中で、超吸収体および超吸収体の製造方法についての広範な概観を示している。超吸収体の運搬に関するその節でこの文献は、プラント配置設計および輸送処理から期待される結果に依存して、超吸収体がベルトコンベヤー、バケットコンベヤー、スクリューコンベヤー、振動コンベヤーおよび希薄相および高密度相空気コンベヤーのような機器によって移送できることを開示している。空気コンベヤーはより長い距離の輸送のために好ましく、その一方で低速な機械式コンベヤーはより短い距離のために好ましい。粒状シリカとポリオールまたはポリアルキレングリコールとの組み合わせ物は、ポリ(アクリルアミド)のポリマーおよびコポリマーのための流動助剤として開示されている。
【0009】
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,6th Edition,Volume 35,Wiley−VCH,Weinheim 2003,(ISBN3−527−30385−5),keyword "Superabsorbents"は、高速運転おむつ機および最新式の貯蔵および輸送システムが、調整された流動性を必要とすることを指摘している。
【0010】
A.W.Roberts,Bulk Solids Handling,22 (2002) No.6,436−444には、バルク固体操作におけるスクリューコンベヤーの設計および性能基準の概観が示されている。スクリューコンベヤーの性能は、特に、輸送されるバルク固体の流動特性の変動に影響されやすく、またバルク固体の流動特性を決定することが重要である点が指摘されている。Lyn Batesは、"Ten Key Steps for Reliable Screw Conveyor Performance"をhttp://www.ajax.co.uk/ScrewConPer.htm(最終訪問日:2007年6月22日)で、またはChemical Technology (2004)(1)14−15の中で一覧化している。
【0011】
US2003/130638A1は、超吸収体を繊維基体材料上に堆積させるパーツのおむつ形成装置を開示する。該装置は、供給段および該供給段の下部のパーツを形成するシャトルパンを有する。超吸収体は、比較的ばらつきなく且つ制御可能な超吸収体の流れを提供する装置、例えば振動フィーダーまたはオーガスクリューによって供給されている。
【0012】
US5102585は、超吸収体が、選択された質量流量を供給する装置、例えばスクリューによってフィーダーから更なる処理のための輸送ガス流に排出されるおむつ形成機、例えばK−tron Corp.Pitman,New Jersey,U.S,A製のLWF3−35フィーダーを教示している。
【0013】
US5605720は、おむつ裏面シートへのホットメルト接着剤の適用に関する。この方法では、粒状ポリマー接着剤および粘着性付与剤の混合物が押出機に供給され、且つ均一な溶融物へと形成され、且つ連続的に排出される。固体成分は、適した秤量供給装置によって押出機の供給ホッパー内に計量供給される。好ましくは、該押出機は2軸装置である。
【0014】
WO00/33782A1は、繊維ウェブ内で実質的に一様に分布した超吸収体の形成装置を開示する。超吸収体は、選択された質量流量の超吸収体を送り出すのに適しているフィーダー、例えばK−tron Corp.Pitman,New Jersey,U.S,A製のLWF3−35フィーダーによって送出ガス流中に計量供給される。
【0015】
WO96/13335A1は、超吸収体粒子を有する脈動ガス流の形成方法に関する。該超吸収体は、計量供給される粒子の流としてスクリューフィーダーによって、それらがガス流によって捕捉される装置の粒子加速部分の受け器に送り出される。該受け器は、粒子分散を補助し、且つ粒子濃度の変動を滑らかにする粒子貯蔵室を有する。
【0016】
US5848728は、固体材料の一様な流れを排出するために備え付けられた多条ねじ山式のノッチ付計量供給オーガスクリューを開示している。
【0017】
Acrison International GmbH,Wasserstrasse/Bracht 3,57334 Bad Laasphe,Germanyから"SAP−01 de"の名称を記載している製品パンフレットは、容積測定または重量測定のいずれかによる、超吸収体用の基礎水準、平均水準および最高水準の計量供給ユニットを開示する。
【0018】
日本国特許出願文献番号08−134134は、界面活性剤、例えば平均分子量10000〜100000を有するポリエチレングリコールを超吸収体ゲルに添加し、且つ引き続き乾燥させることを教示している。
【0019】
WO03/002164A2、US4286082およびUS4734478は、添加剤、例えば界面活性剤またはシリカのような不活性無機粒子が、超吸収体凝集を防止または該超吸収体の再水和を促進するための手段であることを繰り返し述べている。
【0020】
WO2007/003619A1は、添加剤、好ましくは超吸収体微粒子を、スクリュー、好ましくは自浄式二軸スクリューコンベヤーを用いて、超吸収体を製造するための混練反応器中に供給することを開示する。定常流を獲得するために十分なスクリュー長さを用いることが推奨されている。該スクリューは、計量供給ユニット、例えば星形フィーダーまたは計量供給フラップによって供給されている。
【0021】
US暫定特許出願番号60/858260(申請日:2006年11月10日)は、優れたゲルベッド透過性および輸送特性を有する超吸収体に関し、それは透過性増強剤および凝集制御剤で処理されている。
【0022】
本発明の目的は、改善された超吸収体輸送方法、特に、脈動なしに正確に、一様に且つ高速で計量供給するための改善された方法を提供することである。更に本方法は、定常の、非脈動流を支持するための手段、例えば滞留室またはガス流中への分散なしに超吸収体を計量供給できることが望ましい。
【0023】
我々はこの目的を、超吸収体を、スクリューコンベヤーを用いて計量供給し、且つ選択し、または凝集制御剤で処理して、6kPaの圧密応力で0.75から1.5kPaの自由降伏強度(unconfined yield strength)を得る超吸収体の計量供給方法によって達成されることを見出した。
【0024】
この発明によれば、計量供給は、一つの場所から別の場所に単に超吸収体を輸送するのとは対照的に、定量の超吸収体の輸送方法である。計量供給は、超吸収体の一定の、予め選択された量、例えば貯蔵または輸送用の定義された容積または重量を収容するために設計された容器を満たすのに必要とされる量、または特定の数の超吸収体を含有している製品、例えば予め計量供給された超吸収体の共通のストックを用いて製造された1つのオムツまたは特定の数のおむつ中に含まれるべきことが意図された量を提供することを含む。計量供給にはまた、予め選択された、制御された割合で超吸収体を供給または輸送することも含まれる。計量供給は、計量供給された量の特定の精度、または問題であったとしても精度が重要な問題ではない単純な輸送に要求されるより一般に高い、たいていはるかに高い制御された割合を意味する。一般に、計量供給の精度は、所望された量または割合からの実際の量または割合の最大標準偏差がせいぜい10%、好ましくはせいぜい8%およびより好ましくはせいぜい5%であるようなものである。せいぜい3%またはせいぜい1%のような低い値が、より一層好ましい。
【0025】
このように超吸収体を計量供給するには、超吸収体粉末の安定した、連続した流れが必要とされる。計量供給装置としてのスクリューコンベヤーおよび本発明に従って自由降伏強度の選択により、超吸収体の優れた計量供給が提供される。
【0026】
たいてい計量供給は、計量供給されるべき量の所望された値または割合を予め設定し、この量または割合の偏差を測定し、且つ適切な調整を行うことによって実施される。この量または割合は、それぞれ重量または時間当たりの重さとして、またはそれぞれ体積量または時間当たりの体積として測定してよい。計量測定のための簡便なシステムは"減量"システムであり、その際、スクリューの供給ユニットとして用いられる容器の減量が常にモニタリングされる。重さ、体積、時間当たりの重さまたは損失重量または時間当たりの体積を測定するための器具は公知である。これらのパラメーターを調節するための装置および方法もまた公知である。スクリューコンベヤーを用いて、調節の最も簡便な方法はスクリュー速度を設定および調節することである。
【0027】
スクリューコンベヤーは公知である。この発明に従って、全閉スクリューがU型トラフコンベヤーより好ましい。この発明で用いられるべきスクリューコンベヤーは、単軸、二軸または多軸のスクリューコンベヤーであってよい。単軸または二軸のスクリューコンベヤーが好ましい。
【0028】
当業者によって実現可能な任意の所望されたねじ山の高さおよびスクリューの傾斜を使用してよい。好ましくは、ねじ山の高さおよび傾斜は、スクリューにより計量供給される超吸収体が制御されずに該スクリューを切らして止まるのではなく、該スクリューの回転によって制御された量で計量供給できるように選択されている。計量供給のために、少なくともスクリューの排出端部の領域が完全に満たされているスクリューチャネルをもたらすスクリュー設計を用いることが好ましい。輸送されるべき所定の材料の特性に鑑みて適切にスクリューを設計する仕方は従来公知である。
【0029】
好ましい一態様において、スクリューの長さ対直径の比(L/D比)は10〜20であり;該L/D比は、好ましくは12〜17である。
【0030】
単軸スクリューコンベヤーの場合、ピッチ対直径比は、一般に少なくとも0.3〜せいぜい2の範囲内にある。
【0031】
二軸スクリューコンベヤーの場合、自浄式二軸スクリューコンベヤーが好ましい。自浄は二軸スクリューかみ合い型によって達成される。軽くおよび深くかみ合うスクリューの両方が適している。二軸スクリューは同方向回転または逆方向回転のいずれの形でも設計されていてよい。二軸スクリューは、好ましくは同方向回転型である。二軸スクリューは任意の所望されたねじ比で設計されていてよい。
【0032】
該スクリューは、スクリューチャネル充填を増大させ、且つ輸送を改善するために、ピッチが縮められた区域(一般に2条のねじ山)を意味するチョークセクションを有する。
【0033】
該スクリューは、好ましくはモーターおよび無限可変トランスミッションにより駆動される。無限可変トランスミッションは、達成されるべきスクリューの任意の所望された回転速度を可能にし、その結果、計量供給される超吸収体の量を正確に調節することができる。
【0034】
スクリューは中空スクリューまたは中実スクリューとして設計されていてよい。中空スクリューの利点は中実スクリューと比較してその重量が軽く、且つスクリューの温度を内側から制御可能な点であり、中実スクリューの利点は、そのより大きな安定性、特により大きな耐破壊性である。
【0035】
更に、スクリューは一体形成されていてよく、または多数の部材から成っていてよい。スクリューは、好ましくは一体形成されている。スクリュー用の適した材料は、全て高度に合金化されたオーステナイト鋼、フェライト−オーステナイト複合材料、ニッケルベース合金およびチタンである。適した材料の選択において、該材料が、3〜10、好ましくは5〜7の範囲内の超吸収体のpH値に対して安定なことが保証されるべきである。スクリュー用の好ましい材料は、高度に合金化されたオーステナイト鋼である。一般に適した鋼の一例はSt 1.4112である。
【0036】
超吸収体の輸送および計量供給スクリューは十分公知であり、且つ市場で入手可能でもある。高性能の設計の例は、Acrison,Inc.,Moonachie,NJ 07074,U.S.Aから入手可能なAI−BDF型シリーズまたはAI−105型シリーズまたはAcrison International GmbH,57334 Bad Laasphe,Germanyから入手可能な"SAP Applikator"計量供給ユニットである。より単純な設計も、特に、非常に高い速度にてそれほど正確な計量供給が必要とされない場合に適している。
【0037】
たいていfcで示される自由降伏強度は、粉末に印加される、たいていsigma_1またはσ1で示される圧密応力に依存する、バルク固体、例えば粉末の特性である。いずれの値も圧力の単位、一般にkPaで記載される。圧密応力値対相応する自由降伏強度値の無次元比は、一般に"流動性"と呼ばれ(たいてい"FFC"と略される)且つ粒状固体に依存する。圧密応力σ1に対する自由降伏強度fcのグラフは、一般に"流れ関数"と呼ばれる。原則的に、該流れ関数は固体の全ての逆FCC値によって形成されている。これらの値および関数の全ては、大部分が粒子間(または"凝集")力および重力または他の動力とのそれらの比率に依存する。自由降伏強度、流れ関数およびFFC値は、簡便に粉末サンプルの剪断試験を用いて測定され得る。この発明の文脈において、これらの値はASTM Standard D 6773−02に従って測定される:"Standard Shear Test Method for bulk Solids using the Schulze Ring Shear Tester"(Booko of Standards 04.09)。当該ASTM Standard D 6773−02に従った、自由降伏強度測定に用いられる試験装置、特にSchulze Ring Shear Tester:"Standard Shear Test Method for bulk Solids using the Schulze Ring Shear Tester"(Booko of Standards 04.09)は、Dr.−Ing.Dietmar Schulze Schuettgutmesstechnik,Am Forst 20,38302 Wolfenbuettel,Germany、またはJenike & Johanson,Inc.,400 Business Park Drive,Tyngsboro,MA 01879−1077,U.S.Aから入手可能である。そのASTM Standardにおいて、圧密応力σ1は"破壊包絡線の主応力(major principal stress of a yield locus)"と呼ばれる(それはこのパラメーターの同じ意味合いの、あまり一般的でない呼称である)ことが留意されるべきである。流れ関数は、当該Standardの図23e)に描かれている。
【0038】
この発明に従った超吸収体の自由降伏強度fcは、6kPaの圧密応力で、一般に少なくとも0.75kPa、好ましくは少なくとも0.85kPaであり、且つ一般に1.5以下、好ましくは1.2kPa以下である。これらの値は、一般に少なくとも4、好ましくは少なくとも5および一般に8以下、好ましくは7以下のこの圧密応力でのFFCに相当する。そのsigma_1値での別の適したFFC値は、例えば6である。
【0039】
本発明における超吸収体は、特定の圧力下でその自重の数倍に等しい量の水を吸収し且つ保持することができる超吸収体である。一般に、それは少なくとも5g/g、好ましくは少なくとも10g/gおよびより好ましくは少なくとも15g/gの遠心保持容量(CRC、測定法は下記を参照のこと)を有する。普通、"0.9psiの負荷下での吸収"(略記"AUL0.9psi")(測定法は下記を参照のこと)(圧力は一般に、AUL測定の意味においてはpsi=平方インチ当たりポンドとして表現されるけれども、0.9psiは6205パスカルに等しい)として測定される、中程度の圧力下で液体を吸収する能力は、一般に少なくとも20g/g、好ましくは少なくとも21g/gおよび最も好ましくは少なくとも22g/gである。好ましくは、超吸収体は部分中和アクリル酸を基礎とする架橋ポリマーであり、且つより好ましくは、それは表面後架橋されている。"超吸収体"は、重要なのが化学組成というよりはむしろ超吸収特性であるので化学的に異なる個々の超吸収体の混合物であってもよい。
【0040】
超吸収体および、超吸収体、例えば表面後架橋された超吸収体の製造方法は公知である。合成超吸収体は、例えば
a)少なくとも1つのエチレン性不飽和酸官能性モノマー、
b)少なくとも1つの架橋剤、
c)選択的に、モノマーa)と共重合可能な1つ以上のエチレン性および/またはアリル性不飽和モノマー、および
d)選択的に、モノマーa)、b)および適切な場合c)が少なくとも部分的にグラフトすることができる1つ以上の水溶性ポリマー
を有するモノマー溶液の重合によって得られる。
【0041】
例えば適したモノマーa)は、エチレン性不飽和カルボン酸、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸およびイタコン酸、またはそれらの誘導体、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド、アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルである。アクリル酸およびメタクリル酸は、特に好ましいモノマーである。アクリル酸が最も好ましい。
【0042】
モノマーa)および特にアクリル酸は、好ましくは0.025質量%までのヒドロキノン半エーテルを有する。好ましいヒドロキノン半エーテルは、ヒドロキノンモノメチルエーテル(MEHQ)および/またはトコフェロールである。
【0043】
トコフェロールは、次式:
【化1】

[式中、R3は水素またはメチル、R4は水素またはメチル、R5は水素またはメチルおよびR4は水素または炭素原子1〜20個の酸基である]
の化合物を指す。
【0044】
好ましいR6基はアセチル、アスコルビル、スクシニル、ニコチニルおよび他の生理学的許容性カルボン酸である。カルボン酸は、モノ−、ジ−またはトリカルボン酸であってよい。
【0045】
好ましいのはα−トコフェロールであり、その際、R3=R4=R5=メチル、特にラセミ体α−トコフェロールである。R6は、より好ましくは水素またはアセチルである。RRR−α−トコフェロールが特に好ましい。
【0046】
モノマー溶液は、全てアクリル酸を基礎とするヒドロキノン半エーテルを、好ましくは130質量ppmを上回ることなく、より好ましくは70質量ppmを上回ることなく、好ましくは10質量ppmを下回ることなく、より好ましくは30質量ppmを下回ることなく、および特に約50質量ppm有し、その際、アクリル酸塩は、計算上アクリル酸と見なされている。例えば、該モノマー溶液は、適切なヒドロキノン半エーテル含量を有するアクリル酸を使用して製造することができる。
【0047】
架橋剤b)は、フリーラジカルによりポリマー網目内に内部重合され得る少なくとも2個の重合性基を有する化合物である。有用な架橋剤b)は、例えばEP530438A1に記載されているようなエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、アリルメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリアリルアミン、テトラアリルオキシエタン、EP547847A1、EP559476A1、EP632068A1、WO93/21237A1、WO03/104299A1、 WO03/104300A1、WO03/104301A1およびDE10331450A1に記載されているようなジ−およびトリアクリレート、DE10331456A1およびWO04/01364A2に記載されているような、アクリレート基と同様に、更にエチレン性不飽和基を有する混合アクリレート、または例えばDE19543368A1、DE19646484A1、WO90/15830A1およびWO02/032962A2に記載されているような架橋剤混合物を包含する。
【0048】
有用な架橋剤b)は、例えばEP343427A2に記載されているような、特にN,N'−メチレンビスアクリルアミドおよびN,N'−メチレンビスメタクリルアミド、ポリオールの不飽和モノカルボン酸またはポリカルボン酸のエステル、例えばジアクリレートまたはトリアクリレート、例えばブタンジオールジアクリレート、ブタンジオールジメタクリレート、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およびまたトリメチロールプロパントリアクリレートおよびアリル化合物、例えばアリル(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレート、ジアリルマレエート、ポリアリルエステル、テトラアリルオキシエタン、トリアリルアミン、テトラアリルエチレンジアミン、リン酸のアリルエステルおよびまたビニルホスホン酸誘導体を包含する。有用な架橋剤b)は、更にペンタエリトリトールジアリルエーテル、ペンタエリトリトールトリアリルエーテル、ペンタエリトリトールテトラアリルエーテル、ポリエチレングリコールジアリルエーテル、エチレングリコールジアリルエーテル、グリセロールジアリルエーテル、グリセロールトリアリルエーテル、ソルビトールを基礎とするポリアリルエーテル、およびそれらのエトキシ化変異体も包含する。本発明の方法は、ポリエチレングリコールのジ(メタ)アクリレートを使用してよく、その際、使用される該ポリエチレングリコールは300から1000の間の分子量を有する。
【0049】
しかしながら、特に好ましい架橋剤b)は、3〜15箇所エトキシ化されたグリセロール、3〜15箇所エトキシ化されたトリメチロールプロパン、3〜15箇所エトキシ化されたトリメチロールエタンのジ−およびトリアクリレート、特に2〜6箇所エトキシ化されたグリセロールまたは2〜6箇所エトキシ化されたトリメチロールプロパン、3箇所プロポキシ化されたグリセロール、3箇所プロポキシ化されたトリメチロールプロパン、およびまた3箇所混合してエトキシ化またはプロポキシ化されたグリセロール、3箇所混合してエトキシ化またはプロポキシ化されたトリメチロールプロパン、15箇所エトキシ化されたグリセロール、15箇所エトキシ化されたトリメチロールプロパン、40箇所エトキシ化されたグリセロール、40箇所エトキシ化されたトリメチロールエタンおよびまた40箇所エトキシ化されたトリメチロールプロパンのジ−およびトリアクリレートである。
【0050】
架橋剤b)としての使用に非常に好ましいのは、例えばWO03/104301A1に記載されているような、アクリル化、ジメタクリル化、トリアクリル化またはトリメタクリル化された複数箇所エトキシ化および/またはプロポキシ化されたグリセロールである。3〜10箇所エトキシ化されたグリセロールのジ−および/またはトリアクリレートが特に好ましい。極めて好ましいのは、1〜5箇所エトキシ化及び/又はプロポキシ化されたグリセロールのジ−またはトリアクリレートである。3〜5箇所エトキシ化および/またはプロポキシ化されたグリセロールのトリアクリレートが最も好ましい。これらは、吸水性ポリマー中での特に低い残留含量(一般に10質量ppmを下回る)が特徴的であり、且つそれによって生じた吸水性ポリマーの水性抽出物は、同じ温度で水と比較してほとんど変わらない表面張力(一般に少なくとも0.068N/m)を有する。
【0051】
モノマーa)と共重合可能であるエチレン性不飽和モノマーc)の例は、アクリルアミド、メタクリルアミド、クロトンアミド、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリレート、ジエチルアミノプロピルアクリレート、ジメチルアミノブチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノネオペンチルアクリレートおよびジメチルアミノネオペンチルメタクリレートである。
【0052】
有用な水溶性ポリマーd)は、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、デンプン、デンプン誘導体、ポリエチレンイミン、ポリグリコール、ビニルアミンモノマーの全体的にまたは部分的に形式的に構成されたポリマー、例えば部分的にまたは完全に加水分解されたポリビニルアミド(いわゆる"ポリビニルアミン")またはポリアクリル酸、好ましくはポリビニルアルコールおよびデンプンを包含する。
【0053】
重合は選択的に、慣例の重合調節剤の存在下で実施される。適した重合調整剤は、例えばチオ化合物、例えばチオグリコール酸、メルカプトアルコール、例えば2−メルカプトエタノール、メルカプトプロパノールおよびメルカプトブタノール、ドデシルメルカプタン、ギ酸、アンモニアおよびアミン、例えばエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、モルホリンおよびピペリジンである。
【0054】
モノマー(a)、(b)および選択的に(c)は、水溶性ポリマーd)の存在下で互いに、重合開始剤の存在における20質量%〜80質量%、好ましくは20質量%〜50質量%および特に30質量%〜45質量%の水溶液中で(共)重合される。有用な重合開始剤は、重合条件下でフリーラジカルに分解する全ての化合物、例えばペルオキシド、ヒドロペルオキシド、過酸化水素、過硫酸塩、アゾ化合物およびいわゆるレドックス開始剤を包含する。水溶性開始剤の使用が好ましい。場合によっては様々な重合開始剤の混合物を使用することが有利であり、例えばそれは過酸化水素およびペルオキソ二硫酸ナトリウムまたはペルオキソ二硫酸カリウムとの混合物である。過酸化水素およびペルオキソ二硫酸ナトリウムとの混合物は任意の所望された比で使用してよい。適した有機過酸化物は、例えばアセチルアセトンペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、t−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、t−アミルペルピバレート、t−ブチルペルネオヘキサノエート、t−ブチルペルイソブチレート、t−ブチルペル−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルペルイソノナノエート、t−ブチルペルマレエート、t−ブチルペルベンゾエート、t−ブチルペル−3,5,5−トリメチルヘキサノエートおよびt−アミルペルネオデカノエートである。更なる適した重合開始剤は、アゾ開始剤、例えば2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド、2,2'−アゾビス(N,N−ジメチレン)−イソブチルアミジンジヒドロクロリド、2−(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリルおよび4,4'−アゾビス(4−シアノ吉草酸)である。上述の重合開始剤は、重合されるべきモノマーに対して慣例の量で、例えば0.01〜5モル%、好ましくは0.1〜2モル%の量で使用される。
【0055】
レドックス開始剤は、酸化性成分として、化合物毎に上記の少なくとも1つを、そして還元性成分、例えばアスコルビン酸、グルコース、ソルボース、重亜硫酸アンモニウム、亜硫酸アンモニウム、チオ硫酸アンモニウム、次亜硫酸アンモニウム、ピロ亜硫酸アンモニウム、硫化アンモニウム、重亜硫酸アルカリ金属、亜硫酸アルカリ金属、チオ硫酸アルカリ金属、次亜硫酸アルカリ金属、ピロ亜硫酸アルカリ金属、硫化アルカリ金属、金属塩、例えば鉄(II)イオンまたは銀イオン、ヒドロキシメチルスルホキシル酸ナトリウム、またはスルフィン酸誘導体を有する。レドックス開始剤の還元成分は、好ましくはアスコルビン酸またはピロ亜硫酸ナトリウムである。レドックス開始剤の還元成分1・10-5〜1モル%および酸化性成分1・10-5〜5モル%が、重合において使用されるモノマーの量に対して使用される。酸化性成分の代わりにまたはそれに加えて、1つ以上の水溶性アゾ開始剤を使用することも可能である。
【0056】
過酸化水素、ペルオキソ二硫酸ナトリウムおよびアスコルビン酸からなるレドックス開始剤が好ましくは用いられる。これらの成分は例えば、モノマーに対して過酸化水素1・10-2モル%、ペルオキソ二硫酸ナトリウム0.084モル%およびアスコルビン酸2.5・10-3モル%の濃度で使用される。
【0057】
重合を開始するための多数の他の公知の手段によって重合を開始することも可能である。一例は、十分に高いエネルギー、とりわけ紫外光の照射によって重合を開始することである。たいてい、紫外光によって重合が開始される場合、紫外光の放射によりラジカルに分解する化合物が添加される。そのような化合物の例は、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−プロパンおよび/またはα,−α−ジメトキシ−α−フェニルアセトフェノンである。
【0058】
モノマー水溶液は、開始剤を溶解された形または分散された形で有していてよい。しかしながら、開始剤をモノマー溶液とは別個に重合反応器に添加してもよい。
【0059】
好ましい重合禁止剤は、最適な効果のために溶解酸素を必要とする。それゆえ、重合禁止剤から溶解酸素が、重合前に、不活性化、すなわち不活性ガス、好ましくは窒素をそれらに通すことによって除去されていてよい。これは、並流、向流または中間の入射角で導入され得る不活性ガスによって行われる。例えばノズル、静的または動的ミキサーまたは気泡塔を用いて良好な混合が達成され得る。モノマー溶液の酸素含量は、重合前に好ましくは1質量ppm未満およびより好ましくは0.5質量ppm未満に低下されている。モノマー溶液は、選択的に不活性ガス流を用いて反応器に通される。
【0060】
適したポリマーと同様に更なる適した親水性エチレン性不飽和モノマーa)の調製は、例えばDE19941423A1、EP686650A1、WO01/45758A1およびWO03/104300A1に記載されている。
【0061】
一般に超吸収体は、モノマー水溶液の付加重合および選択的にヒドロゲルの引き続く微粉砕によって得られる。適した製造方法は、該文献中に記載されている。例えば超吸収体は、
・例えばEP445619A2およびDE19846413A1に記載されているような、バッチ工程または管状反応器中でのゲル重合および引き続くミートグラインダー、押出機または混練機中での微粉砕;
・例えばWO01/38402A1に記載されているような、反転撹拌シャフトによる連続的な微粉砕を伴った混練機中での重合;
・例えばEP955086A2、DE3825366A1またはUS6,241,928に記載されているような、ベルト上での重合および引き続くミートグラインダー、押出機または混練機中での微粉砕;
・例えばEP457660A1に記載されているような、比較的狭いゲルサイズ分布を有するビーズポリマーを生成する乳化重合;
・例えばWO/0294328A2、WO02/94329A1に記載されているような、たいてい連続的な操作において、予めモノマー水溶液で噴霧され、且つその後に光重合に供された織物層上での現場重合
によって得られる。
【0062】
これら引用文献は、処理方法の詳細について明示的に本明細書中に組み込まれる。反応は、好ましくは混練機またはベルト型反応器中で実施される。
【0063】
連続的なゲル重合は経済的に好ましいので、超吸収体を製造する方法に現在用いられている。連続的なゲル重合法は、アクリル酸溶液を中和剤、選択的にコモノマーおよび/または更なる補助材料と異なる時間および/または場所で混合することによって最初にモノマー混合物を製造し、次いで該混合物を反応器に移すかまたは該混合物を装入物として反応器中で調製することによって実施される。開始剤系は、重合を開始するために最後に添加される。重合の連続的処理を保証することは、ゲルを形成するために、ポリマーゲル、すなわち重合溶媒中−一般に水中−で膨潤したポリマーを形成するための反応を伴い、且つ該ポリマーゲルはすでに攪拌重合の過程において微粉砕されている。該ポリマーゲルは、必要な場合、引き続き乾燥され、且つまたチップ状に粉砕され、且つ篩分けされ、且つ更なる表面処理に移される。
【0064】
得られたヒドロゲルの酸基は、酸中和段階で部分的に、一般に少なくとも25モル%の程度に、好ましくは少なくとも50モル%の程度に、およびより好ましくは少なくとも60モル%程度に、且つ一般に85モル%を上回らない程度に、好ましくは80モル%を上回らない程度に、およびより好ましくは75モル%を上回らない程度に中和される。
【0065】
中和はまた、ヒドロゲル段階で重合後に実施してもよい。しかし、重合前に全体的または部分的に所望の中和度へと中和することも可能である。部分中和および重合に先立つ場合、重合前に中和剤の一部をモノマー溶液に添加することによって、使用されるモノマー中の酸基が、一般に少なくとも10モル%、好ましくは少なくとも15モル%、且つまた一般に40モル%を上回らず、好ましくは30モル%を上回らず、およびより好ましくは25モル%を上回らずに中和される。所望される最終的な中和度は、この場合、重合の終わりに向けてまたは重合後に、好ましくはその乾燥前のヒドロゲルの段階で設定されるのみである。該モノマー溶液は、中和剤を添加することによって中和される。ヒドロゲルは、例えばミートグラインダーまたはゲル様材料を微粉砕するための類似する装置によって、中和の過程で機械的に微粉砕してよく、この場合、中和剤を噴霧、散在させるかまたは注入し、次いで注意深く混合することができる。このために、得られたゲル材料を繰り返し均質化のためにミートグラインダーに通すことができる。
【0066】
中和剤の添加または重合後の中和の実施による重合前に所望される最終的な中和度へのモノマー溶液の中和は、たいてい部分的に重合前および部分的に重合後に中和を行うより簡単であるので、それゆえ好ましい。
【0067】
重合したままのゲルは、選択的にいくらかの時間、例えば少なくとも30分、好ましくは少なくとも60分およびより好ましくは少なくとも90分、且つまた一般に12時間を上回らずに、好ましくは8時間を上回らずに、および6時間を上回らずに、一般に少なくとも50℃および好ましくは少なくとも70℃の温度で、且つまた一般に130℃を上回らない、および好ましくは100℃を上回らない温度で維持され、これはたいていそれらの特性を更に改善する。
【0068】
次いで、中和されたヒドロゲルは、ベルト式またはドラム式乾燥機を用いて、残留湿分が好ましくは15質量%、および特に10質量%を下回るまで乾燥され、その際、含水量は EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)によって推奨される試験方法No.430.2−02"Moisture content"によって測定される。従って、乾燥超吸収体は15質量%までの、且つ好ましくは10質量%を上回らない湿分を含有する。"乾燥"として区分される決定的な基準は、例えば空気輸送、充填、篩分けまたは固体処理技術に関係している他の処理段階用に、粉末として処理するのに十分な流動性である。しかしながら、選択的に乾燥は流動床乾燥機または加熱型プローシェアーミキサーを用いて実施することもできる。特に無色の製品を得るために、このゲルを蒸発水の迅速な除去を確実にすることによって乾燥させることが有利である。このために、乾燥機温度が最適化されていなければならず、空気供給および除去が監視される必要があり、且つ全ての時間で十分な通気が保証される必要がある。乾燥は、ゲルの固体含量が可能な限り高い場合には、当然のことながらより簡単であり、且つ生成物は一層無色である。それゆえ付加重合における溶媒画分は、乾燥する前のゲルの固体含量が、それゆえ一般に少なくとも20質量%、好ましくは少なくとも25質量%およびより好ましくは少なくとも30質量%、且つまた一般に90質量%を上回らず、好ましくは85質量%を上回らず、およびより好ましくは80質量%を上回らないように設定される。乾燥機を、窒素または任意の他の非酸化性不活性ガスにより通気することが特に有利である。しかしながら、選択的に簡単にただ酸素の分圧を乾燥中に低下させ、酸化黄変プロセスを防ぐこともできる。しかし一般に、水蒸気の適切な通気および除去も同様に、なお許容され得る生成物をもたらす。非常に短い乾燥時間は、色および生成物品質に関して一般に有利である。
【0069】
乾燥ヒドロゲル(それはもはやゲルではなく(それでもなおそのように呼ばれることは多いけれども)、用語"超吸収体"のところで出てくる、超吸収特性を有する乾燥ポリマーである)は、好ましくは粉砕且つ篩分けされ、粉砕装置、例えばロールミル、ピンミル、ハンマーミル、カッティングミルまたは振動ミルが一般的に用いられる。篩分けされた乾燥ヒドロゲルの粒径は、好ましくは1000μmより小さく、より好ましくは900μmより小さく、およびより好ましくは850μmより小さく、且つ好ましくは80μmより大きく、好ましくは90μmより大きく、および最も好ましくは100μmより大きい。
【0070】
極めて有利なのは、106〜850μmの範囲の粒径(シーブカット)である。粒径は、EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)によって推奨される試験方法No.420.2−02"Particle size distribution"に従って測定される。
【0071】
そのようにして製造された乾燥超吸収体ポリマーは、"ベースポリマー"として一般に公知であり、次いで好ましくは表面後架橋されている。表面後架橋は、乾燥、粉砕および分級されたポリマー粒子を用いた慣例の方法で行うことができる。表面後架橋のために、架橋によってベースポリマーの官能基と反応することができる化合物が、たいてい溶液の形で、該ベースポリマー粒子の表面に施与される。適した後架橋剤は、例えば:
・ジーまたはポリエポキシド、例えばジ−またはポリグリシジル化合物、例えばホスホン酸ジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリアルキレングリコールのビスクロロヒドリンエーテル、
・アルコキシシリル化合物、
・ポリアジリジン、アジリジン単位を有し、且つポリエーテルまたは置換された炭化水素を基礎とする化合物、例えばビス−N−アジリジノメタン、
・ポリアミンまたはポリアミドアミンおよびまたエピクロロヒドリンとそれらの反応生成物、
・ポリオール、例えばエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、グリセロール、メチルトリグリコール、200〜10000の平均分子量Mwを有するポリエチレングリコール、ジ−およびポリグリセロール、ペンタエリトリトール、ソルビトール、これらのポリオールのエトキシ化物およびまたそれらとカルボン酸または炭酸とのエステル、例えばエチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネート、
・炭酸誘導体、例えば尿素、チオ尿素、グアニジン、ジシアンジアミド、2−オキサゾリジノンおよびその誘導体、ビオキサゾリン、ポリオキサゾリン、ジ−およびポリイソシアネート、
・ジ−およびポリ−N−メチロール化合物、例えばメチレンビス(N−メチロールメタクリルアミド)またはメラミン−ホルムアルデヒド樹脂、
・2つ以上のブロック化イソシアネート基を有する化合物、例えば2,2,3,6−テトラメチルピペリジン−4−オンでブロックされたトリメチルヘキサメチレンジイソシアネートである。
【0072】
必要な場合、酸性触媒を添加してよく、例えばそれはp−トルエンスルホン酸、リン酸、ホウ酸またはリン酸二水素アンモニウムである。
【0073】
特に適した後架橋剤は、ジ−またはポリグリシジル化合物、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリアミドアミンとエピクロロヒドリン、2−オキサゾリジノンおよびN−ヒドロキシエチル−2−オキサゾリジノンとの反応生成物である。
【0074】
表面後架橋(多くの場合"後架橋")は、一般に表面後架橋剤(多くの場合"後架橋剤")の溶液をヒドロゲルまたは乾燥ベースポリマー粉末上に噴霧することによって実施される。
【0075】
表面後架橋剤のために用いられる溶媒は、通常適した溶媒であり、例えば水、アルコール、DMF、DMSOおよびまたそれらの混合物である。特に好ましいのは、水および水−アルコール混合物、例えば水−メタノール、水−1,2−プロパンジオール、水−2−プロパノールおよび水−1,3−プロパンジオールである。
【0076】
後架橋剤の溶液による噴霧は、好ましくは可動式混合手段を備えたミキサー、例えばスクリューミキサー、パドルミキサー、ディスクミキサー、プローシェアーミキサーおよびショベルミキサー中で実施される。特に好ましいのはバーチカルミキサーであり、また極めて好ましいのはプローシェアーミキサーおよびショベルミキサーである。有効な且つ公知のミキサーには、例えばLoedige(R)、Bepex(R)、Nauta(R)、Processall(R)およびSchugi(R)ミキサーが含まれる。非常に好ましいのは、高速ミキサー、例えばShugi−Flexomix(R)またはTurbolizer(R)型の高速ミキサーである。
【0077】
架橋剤溶液による噴霧に続き、選択的に、表面後架橋反応(なお"乾燥"と呼称されることも多い)をもたらすために重要な熱処理段階を、好ましくは加熱ミキサー("乾燥機")の下流において、一般に少なくとも50℃、好ましくは少なくとも80℃およびより好ましくは少なくとも80℃、且つまた一般に300℃を上回らない、好ましくは250℃を上回らないおよびより好ましくは200℃を上回らない温度で行ってもよい。処理されるべき超吸収体の乾燥機中での平均滞留時間(すなわち、超吸収体の個々の粒子の平均化された滞留時間)は、一般的に少なくとも1分、好ましくは少なくとも3分およびより好ましくは少なくとも5分であり、且つまた一般的に6時間、好ましくは2時間を上回らず、およびより好ましくは1時間を上回らない。実際に乾燥を行うのに加えて、分断して存在する任意の生成物のみならず溶媒分画も除去される。熱乾燥は、慣例の乾燥機、例えば箱形乾燥機、回転管炉または加熱式スクリュー、好ましくは接触式乾燥機中で実施される。好ましいのは、生成物がその中で攪拌される乾燥機、すなわち加熱ミキサー、より好ましくはショベル式乾燥機および最も好ましくはデイスク式乾燥機の使用である。Bepex(R)乾燥機およびNara(R)乾燥機が、例えば適した乾燥機である。流動床乾燥機も使用することができる。しかし乾燥は、ジャケットを加熱するかまたは予熱ガス、例えば空気を中に吹き込むことによってミキサー自体においても行うことができる。しかし、例えば乾燥処理として共沸蒸留を利用することも可能である。架橋反応は乾燥前のみならず乾燥中にも行うことができる。
【0078】
好ましくは、ポリマーは透過性増強剤で処理されているが、ただしこれは本発明の文脈において必須とはされていない。ポリマーを表面架橋剤および透過性増強剤と同時に処理することは可能であるが、しかし、表面架橋されたポリマーを透過性増強剤で処理することが好ましい。
【0079】
この透過性試剤は、ゲルベッド透過性を増大させる任意の試剤であってよい。該試剤は、好ましくは
・粒状の無機または有機固体:
・カチオン性ポリマー;および
・水溶性多価金属塩
からなる群から選択された少なくとも1つの透過性増強剤である。
【0080】
2つ以上のタイプの透過性増強剤を適用することも可能である。一般に、粒状超吸収体に添加される透過性増強剤の全量は、所望の自由膨潤GBPを得るために調節される。概して、透過性増強剤は、そのつど材料の全質量に対して、少なくとも0.05質量%、好ましくは少なくとも0.1質量%、より好ましくは0.3質量%および一般にせいぜい5質量%、好ましくはせいぜい1.5質量%およびより好ましくはせいぜい1質量%の量で使用される。
【0081】
適した粒状無機固体は、超吸収体に対して化学的に不活性である超吸収体透過性増強粒状固体である。適した透過性増強粒状固体は当業者に公知である。適した粒状無機固体の例には、ケイ酸塩およびバンド、鎖およびシート構造を有するアルミノケイ酸塩(例えばモンモリロナイロ、カオリン、タルク)、ゼオライト、シリカ、アルミナ、二酸化チタン、酸化鉄(II))、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸カルシウムおよび硫酸バリウムが含まれる。適した粒状有機固体の例には、活性炭、超吸収体微粒子、例えば超吸収体製造中の篩分け操作から得られる篩下粒子、シクロデキストリン、セルロースおよびセルロース誘導体が含まれる。シリカ、特に疎水性シリカが好ましい。透過性増強剤として使用することができる粒径は、ナノメートル〜マイクロメートルスケールである。好ましくは、粒径は、超吸収体粒子表面上に透過性増強剤のコーティングまたは部分コーティングを生じさせるほど十分小さい。一般的に、粒径("d50"として、たいていの場合レーザー回折によって測定、"d50"とは、50%の粒子が記録された値より小さく、且つ50%がその値より大きいことを意味する)は、少なくとも0.1ミクロン、好ましくは少なくとも0.5ミクロンおよびより好ましくは少なくとも1ミクロン、且つ一般的にせいぜい500ミクロン、好ましくはせいぜい200ミクロンおよびより好ましくはせいぜい100ミクロンである。そのような物質の個々の粉末粒子は、たいていの場合、はるかに小さい、いわゆる一次粒子からなる。一次粒子の典型的なサイズはナノメートルスケールである。適した粒状固体の一例は、約10ミクロンのd50粒径を有する疎水性シリカである。
【0082】
粒状固体透過性増強剤は、水または有機溶媒中でのその溶液または分散液を超吸収体ポリマー粉末上に攪拌しながら噴霧し、引き続き乾燥させることによって施与してよい。不溶性または疎水性の透過性増強剤の場合、乾燥超吸収体ポリマー粉末および乾燥透過性増強剤とを混合することも可能であり、且つ好ましい。
【0083】
適したカチオン性ポリマーの例には、全体的または部分的にビニルアミンモノマーの形式的に構成されたポリマー、例えば部分的にまたは完全に加水分解されたポリビニルアミド(いわゆる"ポリビニルアミン")(該アミン基は常に−非常に高いpH値ですら−部分的にアンモニウム基になってプロトン化状態で存在する)、ポリアクリルアミドのカチオン性誘導体、ポリエチレンイミン、ポリ四級アミン、例えばヘキサメチレンジアミン、ジメチルアミンおよびエピクロロヒドリンの縮合生成物、ヒドロキシエチルセルロースおよびジアリルジメチルアンモニウムクロリドからのコポリマー、アクリルアミドおよびβ−メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリドからのコポリマー、エピクロロヒドリンと反応され、次いでトリメチルアミンで四級化されたヒドロキシセルロース、ジアリルジメチルアンモニウムクロリドのホモポリマーまたはエピクロロヒドリンとアミドアミンとの付加生成物である。ポリ四級アミンは、更に硫酸ジメチルとポリマー、例えばポリエチレンアミン、ビニルピロリドンおよびジメチルアミノエチルメタクリレートからのコポリマーまたはエチルメタクリレートおよびジエチルアミノエチルメタクリレートからのコポリマーとの反応によって合成することができる。ポリ四級アミンは、幅広い分子領域において入手可能である。
【0084】
これらの透過性増強剤はまた、網目を形成することができる試薬(例えばエピクロロヒドリンとポリアミドアミンとの付加生成物)と反応させるか、または添加される架橋剤と反応し得るカチオン性ポリマー(例えばポリエポキシド、多官能性エステル多官能性酸または多官能性(メタ)アクリレートと組み合わされたポリアミンまたはポリイミン)を施与することのいずれかによって生成される、架橋されたカチオンシースの形を有していてもよい。第一級または第二級アミノ基を有する任意の多官能性アミン、例えばポリエチレンイミン、ポリアルキルアミン、ポリリシン、好ましくはポリビニルアミンを使用することも可能である。ポリアミンの更なる例は、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およびポリエチレンイミンおよびまたそのつど4000000までのモル質量を有するポリアミンである。
【0085】
水溶性多価金属塩は、ポリマーの酸基と反応して錯体を形成し得る二価以上の高い価数の("多価")金属カチオンを含む。多価カチオンの例は、金属カチオン、例えばMg2+、Ca2+、Al3+、Sc3+、Ti4+、Mn2+、Fe2+/3+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Y3+、Zr4+、La3+、Ce4+、Hf4+、およびAu3+である。好ましい金属カチオンはMg2+、Ca2+、Al3+、Ti4+、Zr4+およびLa3+であり、また特に好ましい金属カチオンはAl3+、Ti4+およびZr4である。該金属カチオンは、単独でも互いに混合しても使用することができる。上記金属カチオンのうち、使用される溶媒に十分な溶解性を示す任意の金属塩を使用することができる。弱錯化性アニオン、例えばクロリド、硝酸塩および硫酸塩、硫酸水素塩、炭酸塩、炭酸水素塩、硝酸塩、リン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩およびカルボン酸塩、例えば酢酸塩および乳酸塩を有する金属塩が特に適している。硫酸アルミニウムを使用することが特に好ましい。
【0086】
多価カチオンの溶液による超吸収体ポリマーの処理は、表面後架橋剤と用いたのと同様の方法で、選択的乾燥ステップを含めて実施される。金属塩のための有効な溶媒には、水、アルコール、DMF、DMSOおよびそれらの混合物も含まれる。特に好ましいのは、水および水−アルコール混合物、例えば水−メタノール、水−1,2−プロパンジオール、水−2−プロパノールおよび水−1,3−プロパンジオールである。
【0087】
好ましい一態様において、透過性は、アルミニウム(III)を、最も好ましくは硫酸アルミニウムの形で、且つシリカを透過性増強剤として適用することによって高められる。
【0088】
本発明の好ましい一態様において、透過性増強剤は、表面架橋されている超吸収体に、または表面架橋と同時に、または部分的に同時に且つ部分的に表面架橋後に適用される。例えば、透過性増強剤を適用する適した方法は、多価金属カチオン、例えばAl3+を表面架橋剤と同時に適用すること、および粒状固体、例えばシリカを表面架橋の段階後に、例えば表面架橋された生成物の乾燥後に行われる冷却段階中に適用することである。
【0089】
任意の乾燥段階後、乾燥後に生成物を冷却することは絶対に必要ではないが有利である。冷却は、連続的にまたは不連続的に、適切には生成物を連続的に乾燥機の冷却器下流側に輸送することによって行うことができる。粉状固体から熱を除去するために公知の任意の装置、特に乾燥装置として上記の任意の装置は、加熱媒体ではなく、熱が壁を介して、且つ、設計に依存して、攪拌エレメントまたは他の熱交換表面(超吸収体とは隔たっているが)を介しても超吸収体に導入されないように、例えば冷却水のような冷却媒体が供給されるという条件で使用することができる。好ましいのは、生成物がその中で攪拌される冷却器、すなわち冷却ミキサー、例えばショベル冷却器、ディスク冷却器またはパドル冷却器、例えばNara(R)またはBopex(R)冷却器である。超吸収体は、流動床中で、冷却ガス、例えば冷気をその中に吹き込むことによって冷却することもできる。冷却条件は、更なる処理のために所望された温度を有する超吸収体が得られるように設定される。概して、冷却器中での平均滞留時間は、一般に少なくとも1分、好ましくは少なくとも3分およびより好ましくは少なくとも5分であり、且つまた一般に6時間、好ましくは2時間を上回らず、およびより好ましくは1時間を上回らず、また冷却性能は、得られる生成物が、一般に少なくとも0℃、好ましくは少なくとも10℃およびより好ましくは少なくとも20℃の温度を有し、且つまた一般に100℃を上回らず、好ましくは80℃を上回らず、およびより好ましくは60℃を上回らないように決定される。
【0090】
自由膨潤ゲルベッド透過性(自由膨潤GBP)は、膨潤した超吸収体、すなわち超吸収体ヒドロゲルの層を通った液体輸送の容易さの指標である。自由膨潤GBPを測定するための試験方法は以下で詳述される。超吸収体の自由膨潤GBPは、一般的に少なくとも15ダルシーである。好ましくは、自由膨潤GBPは少なくとも20ダルシーであり、且つより好ましくは、それは少なくとも25ダルシーである。適した自由膨潤GPB値の更なる例は、少なくとも30ダルシー、少なくとも40ダルシーまたは少なくとも50ダルシーの値である。この発明の文脈においてこのパラメーターに対する上限値は特に存在しない。自由膨潤GBP値は公知の方法によって上昇させることができ、特により内部の架橋剤、表面架橋剤、透過性増強剤またはそれらの組み合わせ物を添加することによって、ほぼ任意の所望された数が得られる。最新の適用では、例外的な場合を除いた全ての場合において、せいぜい200ダルシーの自由膨潤GBPで十分である。せいぜい100ダルシーの自由膨潤GBPで、ほとんどの場合十分であり、且つせいぜい60ダルシーの自由膨潤GBPが、最も標準的なおむつ適用において用いられる。
【0091】
この発明に従って、超吸収体は、6kPaの圧密応力sigma_1にて少なくとも0.75kPaの自由降伏強度fcを有するように選択され、またはそれがこの範囲内のfc値をその"ありのままの"状態で有さない場合、該範囲内のfc値を得るために凝集制御剤で処理される。
【0092】
今日の超吸収体は、一般的に透過性増強剤で処理される。透過性増強剤は、(透過性増強剤による任意の流動性変性処理および最後の加熱処理段階を伴っていない)"ありのままの"状態にある超吸収体粉末の流動性を妨げる傾向にあるので、その"ありのままの"状態にある超吸収体のfc値は、ほとんどの場合ではないにせよ、多くがこの範囲から外れる。
【0093】
超吸収体に正確な範囲のfc値を付与するために、超吸収体は凝集制御剤で処理される。凝集制御剤は、典型的に少なくとも20mPas、好ましくは少なくとも30mPas、より好ましくは少なくとも40mPasおよび最も好ましくは少なくとも80mPasの、且つ一般的に1000mPasを上回らない、好ましくは700mPasを上回らない粘度を、全て20℃で有する非水性液体である。
【0094】
適した凝集制御剤は、
・アルコール
・ポリグリコール
・シリコーンオイル
・親水性変性シリコーンオイル
・パラフィンオイル
によって形成される群から選択されたこの粘度の少なくとも1つの試剤である。
【0095】
これらの凝集制御剤およびそれらを超吸収体に添加する方法は自体公知である。適したアルコールの例は、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−、1,3−および1,4−ブタンジオールまたはグリセリンである。適したポリグリコールの例は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールまたはポリブチレングリコールである。一般的に、これらは5000g/モルを上回らない、好ましくは3000g/モルを上回らない、且つより好ましくは2000g/モルを上回らない分子量を有する。
【0096】
好ましい凝集制御剤は、1,2−プロピレングリコール、1500g/モル未満の平均分子量を有するポリエチレングリコール、シリコーンオイル、および親水性変性シリコーンオイルである。
【0097】
2つ以上のタイプの凝集制御剤を適用することが可能である。一般に、特定の超吸収体に添加される凝集制御剤の全量は、所望された生成物特性を得るために、且つ"ビッグバッグ"のような輸送容器から供給装置中に自由に流れる生成物を獲得するために調節される。凝集制御剤の最適量は、超吸収体のタイプおよび、特に透過性増強剤のタイプと量に依存する。概して、凝集制御剤は、そのつど材料の全質量に対して、少なくとも100質量ppm、好ましくは少なくとも200質量ppm、より好ましくは少なくとも300質量ppmの量および、一般にせいぜい5000質量ppm、好ましくはせいぜい3000質量ppmおよびより好ましくはせいぜい1500質量ppmの量で使用される。
【0098】
好ましくは、凝集制御剤は、表面架橋後、および透過性増強剤の添加後にポリマーに適用される。最も好ましくは、凝集制御剤は、表面架橋中に適用される熱処理段階後または透過性増強剤の添加の過程で適用される熱処理段階後に添加される。冷却器が十分な混合品質をもたらすか否かに応じて、表面架橋および透過性増強剤の添加に続く冷却段階中に凝集制御剤を適用することが適切であり得る。凝集制御剤を別個の段階で、たいていミキサー中で、且つ好ましくは表面架橋および透過性増強剤の添加後に添加することが常に可能である。時に、凝集制御剤を表面架橋または透過性増強剤の添加中に適用することも、表面架橋中の凝集制御剤の不活性次第では可能である。
【0099】
凝集制御剤を添加することは、たいてい引き続く加熱段階を必要としない。加熱段階がいくつかの特別な環境に基づき必要とされるべき場合、凝集制御剤とポリマーとが反応するのに十分高い温度はいずれも回避することが考慮されなければならない。
【0100】
選択的に、貯蔵または処理特性に影響を及ぼすために、超吸収体に更なる通常の添加剤および補助材料が供給される。それらに関する例は、いくつかの適用において望ましい膨潤ゲルの可視性を改善するための着色剤、不透明添加剤である。同様に、超吸収体の最終的な含水量を、所望される場合、水を添加することによって設定することができる。これらの添加剤および補助材料は、それぞれ別個の処理段階において添加してよいが、しかし一つの適切な方法は、冷却器が十分な混合品質をもたらすのであれば、それらを超吸収体にこの冷却器中で、例えば超吸収体を溶液で噴霧するか、またはそれらを微粉固体または液体の形で添加することによって添加することであってもよい。
【0101】
表面架橋された超吸収体は、選択的に、通常の方法で粉砕および/または篩分けされる。粉砕は一般的に必要ではないが、形成される凝集体または篩下画分の篩分けは、たいてい生成物の所望された粒径分布を設定するのに望ましい。凝集体および篩下画分は、廃棄されるか、または好ましくは通常の仕方で且つ適した箇所にて返送されるかのいずれかである:微粉砕後の凝集体。超吸収体粒径は、好ましくは1000μmを上回らず、より好ましくは900μmを上回らず、最も好ましくは850μmを上回らず、且つ好ましくは少なくとも80μm、より好ましくは少なくとも90μmおよび最も好ましくは少なくとも100μmである。典型的なシーブカットは、例えば106〜850μmまたは150〜850μmである。
【0102】
本発明の方法によって計量供給される超吸収体は、超吸収体の公知の任意の方法において使用することができる。
【0103】
超吸収体特性試験方法
Absorption under Load(負荷下吸収性) 0.9psi(AUL 0.9psi)
AUL 0.9psiを測定する方法は、WO00/62825,第22頁〜第23頁に開示されている(そこでは"Absorbency Under Load"と呼ばれる)。317グラム重が、AUL 0.9psi値を得るために用いられる。
【0104】
Centrifuge Retention Capacity(遠心保持容量)(CRC)
遠心保持容量(CRC)の測定方法は、US特許出願番号US2002/0165288A1,段落番号[0105]および[0106]に記載されている。
【0105】
流量
流量は、EDANA(European Disposables and Nonwovens Association,Avenue Eugene Plasky,157,1030 Bruessels,Belguium,www.edana.org)試験方法450.2−02(EDANAから入手可能)を用いて測定される。
【0106】
自由膨潤ゲルベッド透過性(Free Swell GBP)
自由膨潤ゲルベッド透過性(Free Swell GBP)の測定方法は、US特許出願番号2005/0256757A1,段落番号[0061]から[0075]に記載されている。
【0107】
自由降伏強度(fc
自由降伏強度(fc)の測定方法は、ASTM Standard D 6773−02:"Standard Shear Test Method for bulk Solids using the Schulze Ring Shear Tester"(Booko of Standards 04.09)(ASTM International,West Conshohocken,PA,USAから入手可能)に記載されている。該値は6kaの圧密応力で測定される。その圧密応力でのFFC値は、その圧密応力にて測定された自由降伏強度に対する圧密応力の比率である。このASTM Standardでは、圧密強度は"破壊包絡線の主応力(major principal stress of a yield lucus)"と呼称される。
【0108】
質量流量
質量流量試験は、超吸収体の輸送特性を示すものであると意図されている。上流ホッパー(体積40リットル、生成物のブリッジングを回避するために攪拌機を備え付けている)が備え付けられた二軸オーガスクリュー(ピッチ48mm、外側のスクリュー直径38.5mm、内側のスクリュー直径15.5mm、センターからセンターのスクリュー間隔28.5mm、スクリューケーシング間隔(クリアリング)0.3mm、スクリューの長さ300mm)は、スケールに設置された受入容器に送り込む。超吸収体はホッパーに充填され、且つ該二軸スクリューは300rpmおよび600rpmの設定値で操作される。受入容器に送り込まれる超吸収体の量は連続的に記録される。
【0109】

例1:ポリマーA(比較)
精製アクリル酸1040.00gを、蓋、熱電対および窒素パージ管が備え付けられた4リットルのガラス反応槽中に添加した。次に、ペンタエリトリトールトリアリルエーテル3.12g、脱イオン水2430.17g、Kymene(R)736 3.83g(Hercules Incorporated,Wilmington,Delaware,U.S,Aから得られる、ポリアミドアミン・エピクロロヒドリン付加物の水溶液)、および脱イオン水からなる氷500gを添加した。次いで、このモノマー溶液を窒素で30分間パージした。30分後、1質量%の過酸化水素水溶液11.44gおよび1質量%のアスコルビン酸水溶液11.44gを同時に添加した。この開始後(温度は急激に上昇し、且つモノマー溶液は増粘した)、バージ管をモノマー溶液から取り去り、且つ反応温度がピークに達するまでヘッドスペースに設置した。ゲルを一晩中、絶縁容器中で保持した。
【0110】
ゲルを該容器から取り去り、且つミートチョッパー(Hobart Corporation,Troy,Ohio,U.S.A製の4812型)を用いて一度細断した。50質量%のNaOH水溶液843.56gを、出来る限り均一にゲルに添加した。次いでゲルを手で完全に混練し、且つHobar製ミートチョッパーを用いて2度細断した。次に、脱イオン水200g中のメタ重亜硫酸ナトリウム10.40gの溶液を、出来る限り均一にゲルに添加した。再びゲルを手で完全に混練し、且つ再びHobar製ミートチョッパーを用いて2度細断した。次いで、ゲルをドラム式乾燥機に設置した(蒸気によって加熱、圧力>80psi)。乾燥されたポリマーフレークを収集し、且つ最初に手で押しつぶし、次いでピンミルを用いて14000rpmで粉砕した(Retsch GmbH,Haan,Germany製のZM 200型)。結果生じる粉末を、シフター(Retsch GmbH,Haan,Germany製のKS 1000型)を用いて10分間、7の設定値で850〜160ミクロンへと篩にかけた。
【0111】
ポリマー粉末1kgをミキサー(Gebrueder Loedige Maschinenbau GmbH,Paderborn,Germany製の実験室用プローシェアーミキサーM 5型)に入れた。表面架橋溶液を、Denacol(R)EX 810(Nagase ChemteX Corporation,Osaka,Japanから得られる、エチレングリコールジグリシジルエーテル)1.20g、プロピレングリコール20.00g、脱イオン水20.00g、および27質量%の硫酸アルミニウム水溶液35.80gをビーカーに混合することによって製造した。449rpmの混合速度で、表面架橋剤溶液を、シリンジを用いて滴下しながらポリマー粉末に3分の時間にわたって添加した。次いでミキサーを停止し、混合容器の壁面に付着している生成物を廃棄し(且つバルクと結合させ)、そして混合を449rpmで更に2分間続けた。次いでバッチを2つのステンレス鋼パンに排出し、且つ1時間のあいだ120℃で炉の中に設置した。該パンを炉から取り去り、且つデシケーター中で冷却させた。次いで、冷却された生成物を篩にかけ、そしてポリマーAで表される850〜150ミクロンカットを得た。
【0112】
例2:ポリマーB
ポリマーA1kgを、ステンレス鋼パンに設置した。ニードルが備え付けられた3mlシリンジを用いて、ポリエチレングリコール400(400g/モルの平均分子量のポリエチレングリコール、"PEG−400")2.0gを、確実に液滴同士が粉末上で接触しないようにポリマーに添加した。次いで該粉末をヘラで緩やかに攪拌し、注意深くミキサー(Loedige M 5型)に流し込み、且つ212rpmで5分間混合してポリマーBを製造した。
【0113】
例3:ポリマーC
ポリマーCを例1の方法に基づき得たが、しかしながら、次の化学物質量を用いた:
精製アクリル酸 1040.00g
ペンタエリトリトールトリアリルエーテル 5.72g、
脱イオン水 2430.17g、
Kymene(R)736 0.52g
脱イオン水からなる氷 500g
1質量%の過酸化水素水溶液 11.44g
1質量%のアスコルビン酸水溶液 11.44g
50質量%のNaOH水溶液 843.56g
脱イオン水200g中に溶解されたメタ重亜硫酸ナトリウム 10.40g
Decanol(R)EX 810 1.50g
プロピレングリコール 13.00g
脱イオン水 27.00g
硫酸アルミニウム非水溶液
【0114】
例4:ポリマーDの合成
アクリル酸92.4g、ペンタエリトリトールトリアリルエーテル0.022gおよび脱イオン水87.2gを混合した。炭酸ナトリウム40.4gを添加し、モノマー溶液の温度を、中和反応の間、30℃より低く保った。次いで、2,2'−アゾビスアミジノプロパン二塩酸塩0.081gおよび過酸化水素0.054gをモノマー混合物中に混ぜた。次いで、混合物を62℃に加熱し、且つパンに流し込んだ。脱イオン水5g中に溶解された、Brueggolit(R)FF6(L.Brueggemann KG,Heilbronn,Germanyから入手される、スルフィン酸誘導体のナトリウム塩)0.027gを、重合を開始させるために添加した。重合の熱に基づき、反応中に蒸発した大部分の水、および最後に約15質量%の残留湿分含量を有するポリマー材料を得た。該ポリマー材料を乾燥炉で120℃にて乾燥し、106〜850μmの粒径分布へと粉砕し且つ分級した。該乾燥粉末を、疎水性シリカ(Degussa AG,Frankfurt,Germanyから得られる、Sipernat(R)D−17)0.25質量%と混合し、次いで(ポリマー粉末に対する質量%値)Decanol(R)EX 810 0.46質量%、水 7.26質量%および1,3−プロパンジオール 2.29質量%からなる溶液を該粒子上に噴霧し、且つ引き続き120℃で1時間のあいた硬化することによって表面架橋した。
【0115】
この表面架橋されたポリマー1kgを、ステンレス鋼パンに設置した。ニードルが備え付けられた3mlシリンジを用いて、ポリエチレングリコール400(400g/モルの平均分子量のポリエチレングリコール、"PEG−400")3.0gを、確実に液滴同士が粉末上で接触しないようにポリマーに添加した。次いで、該粉末をヘラで緩やかに攪拌し、注意深くミキサー(Loedige M 5型)に流し込み、且つ212rpmで5分間混合してポリマーDを製造した。
【0116】
ポリマー特性
ポリマーの特性(CRC、AUL0.9psi("AUL")、自由膨潤GBP("FSGBP")、6kPaの圧密応力sigma_1での自由降伏強度fc、300rpm("MFR300")および600rpm("MFR600")での流量および質量流量)は表1にまとめている。
【0117】
【表1】

【0118】
この例は、本発明の方法が、計量供給される超吸収体の定常流および高流動性に基づき非常に効果的な超吸収体の輸送および計量供給を提供することを明示する。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
超吸収体の計量供給方法であって、その際、超吸収体をスクリューコンベヤーを用いて計量供給し、且つ選択するか、または凝集制御剤で処理して、6kPaの圧密応力で0.75から1.5kPaの自由降伏強度を得る、超吸収体の計量供給方法。
【請求項2】
一軸スクリューを用いる、請求項1記載の方法。
【請求項3】
二軸スクリューを用いる、請求項1記載の方法。
【請求項4】
前記凝集制御剤が、20℃にて少なくとも20mPasであり、且つ1000mPasを上回らない粘度を有する非水性液体である、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
【請求項5】
前記凝集制御剤が、アルコール、ポリグリコール、シリコーンオイル、親水性変性シリコーンオイルおよびパラフィンオイルからなる群から選択された少なくとも1つの試剤である、請求項4記載の方法。
【請求項6】
前記凝集制御剤が、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオールおよび1,4−ブタンジオール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよびポリブチレングリコール、シリコーンオイル、および親水性変性シリコーンオイルからなる群から選択された少なくとも1つの試剤である、請求項5記載の方法。
【請求項7】
前記凝集制御剤が、1,2−プロピレングリコール、1500g/モル未満の平均分子量を有するポリエチレングルコール、シリコーンオイルおよび親水性変性シリコーンオイルからなる群から選択された少なくとも1つの試剤である、請求項6記載の方法。
【請求項8】
前記凝集制御剤が、材料の全量に対して、少なくとも100質量ppmおよびせいぜい5000質量ppmの量で使用される、請求項4から7までのいずれか1項記載の方法。

【公表番号】特表2010−539272(P2010−539272A)
【公表日】平成22年12月16日(2010.12.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−524492(P2010−524492)
【出願日】平成20年9月12日(2008.9.12)
【国際出願番号】PCT/EP2008/062110
【国際公開番号】WO2009/034153
【国際公開日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【出願人】(508020155)ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア (2,842)
【氏名又は名称原語表記】BASF SE
【住所又は居所原語表記】D−67056 Ludwigshafen, Germany
【Fターム(参考)】