JP2013532056A - 高吸水性樹脂用粉砕装置及びこれを用いた高吸水性樹脂の製造方法 - Google Patents

高吸水性樹脂用粉砕装置及びこれを用いた高吸水性樹脂の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
【解決手段】本発明は、板状の高吸水性樹脂が投入される入口部、前記入口部を介して投入された前記高吸水性樹脂を粉砕する粉砕部、前記粉砕部で粉砕された高吸水性樹脂を排出する出口部を含む高吸水性樹脂用粉砕装置であって、前記粉砕部は、複数の回転刃が取り付けられた回転ドラム、前記複数の回転刃と協力して前記高吸水性樹脂を粉砕する１つ以上の固定刃と、前記回転ドラムと前記１つ以上の固定刃が中に保持されるハウジングと、を含む高吸水性樹脂用粉砕装置を提供する。また、前記のような高吸水性樹脂用粉砕装置を用いて高吸水性樹脂を製造する方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高吸水性樹脂用粉砕装置及びこれを用いた高吸水性樹脂の製造方法に関するものである。
高吸水性樹脂（Ｓｕｐｅｒ Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒ、ＳＡＰ）とは、自身の重量の５百ないし１千倍程度の水分を吸収することができる機能を有する合成高分子物質であって、開発会社によってＳＡＭ（Ｓｕｐｅｒ Ａｂｓｏｒｂｅｎｃｙ Ｍａｔｅｒｉａｌ）、ＡＧＭ（Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｇｅｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ）など、それぞれ異なる名称として命名している。前記のような高吸水性樹脂は生理用具として実用化され始めて、現在、子供用紙おむつなどの衛生用品以外に、園芸用土壌補修剤、土木、建築用止水材、育苗用シート、食品流通分野における新鮮度保持剤、及びしっぷ用などの材料として幅広く用いられている。
前記のような高吸水性樹脂を製造する方法としては、逆相懸濁重合による方法または水溶液重合による方法などが知られている。逆相懸濁重合については、例えば、日本国特開昭５６−１６１４０８（特許文献１）、特開昭５７−１５８２０９（特許文献２）、及び特開昭５７−１９８７１４（特許文献３）などに開示されている。水溶液重合による方法としては、また、複数の軸を備えるニーダ内で含水ゲル状重合体を破断、冷却しながら重合する熱重合方法、及び高濃度水溶液をベルト上で紫外線などを照射して、重合と乾燥を同時に行う光重合方法などが知られている。
前記のような重合反応を経て得られた含水ゲル状重合体は、一般に、乾燥工程を経て粉砕した後、粉末状の製品として市販される。前記のような乾燥ステップを効率的に進行するためには、含水ゲル状重合体の表面積をできるだけ大きくすることが重要である。したがって、前記乾燥工程前に含水ゲル状重合体の表面積をできるだけ大きくするために、熱重合または光重合によって重合された含水ゲル状重合体を簡単に粉砕して、乾燥する含水ゲル状重合体の表面積を増やす方法を考慮することができる。前記のように含水ゲル状重合体の表面積を増やすために、含水ゲル状重合体の重合後、これを１次粉砕する工程が開示されているが、前記のような粉砕工程を経る場合、含水ゲル状重合体が粉砕機器の内壁や粉砕刃、粉砕軸などにくっついて、粉砕工程が効率的に進められることができなかった。
例えば、従来は、板状に１次に生産される高吸水性樹脂を、まず帯状に切断し、これをまた細かく切れにする方式で粉砕してきたが、これは、帯状に切断する過程で粉砕刃、粉砕軸などにくっついて、粉砕工程が効率的でない要因になっている。また、帯状に良く切られた場合でも、再び細かく切れにする過程においても粘着性などによって均一な大きさに粉砕されるのが非常に難しかった。
このため、高吸水性樹脂を１次に粉砕する工程が効率化できず、うまく１次粉砕されなくて、今後の乾燥が十分に行われることができず、結局、最終的に製造された高吸水性樹脂の諸般物性が低下するなどの問題点が発生した。
特開昭５６−１６１４０８号公報 特開昭５７−１５８２０９号公報 特開昭５７−１９８７１４号公報
したがって、本発明は、含水量の高い状態及び粘着性のある状態でも高吸水性樹脂をより効果的に１次粉砕することができ、優れた物性の高吸水性樹脂の製造を可能にし、また、粉砕過程が単純化かつ効率的に進行されて生産性が向上することができる高吸水性樹脂用粉砕装置を提供するものである。
また、本発明は、前記高吸水性樹脂用粉砕装置を用いて、優れた物性の高吸水性樹脂を効率的に製造する高吸水性樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明は、板状の高吸水性樹脂が投入される入口部、前記入口部を介して投入された前記高吸水性樹脂を粉砕する粉砕部、前記粉砕部で粉砕された高吸水性樹脂を排出する出口部を含む高吸水性樹脂用粉砕装置であって、前記粉砕部は、複数の回転刃が取り付けられた回転ドラム、前記複数の回転刃と協力して前記高吸水性樹脂を粉砕する１つ以上の固定刃、前記回転ドラムと前記１つ以上の固定刃が中に保持されるハウジング、を含み、前記回転刃は、１つ以上の頂点が４５°以下の鋭角を有するように立てられた多角形状を有する高吸水性樹脂用粉砕装置を提供する。
前記回転ドラムには、円周方向に回転刃装着溝が形成され、前記回転刃は、前記４５°以下の鋭角を有するように立てられた頂点の１つ以上が回転ドラム上に露出するように前記装着溝に安着される。
前記回転刃装着溝には、回転刃装着冶具が固定され、前記回転刃は、それぞれ、前記回転刃装着冶具にボルト固定される。
前記回転刃は、それぞれ、前記多角形状の複数の頂点が４５°以下の鋭角を有するように立てられている。
前記回転刃は、それぞれ、前記１つ以上の頂点が立てられた方向の面が凹に形成されており、その面の角が鋭角に形成されている形状を有する。このとき、前記１つ以上の頂点が立てられた方向の面の各辺は、前記多角形状の各頂点を曲線状に連結している。
前記複数の回転刃は、前記回転ドラムに１つ以上の螺旋の形状に配列されるように装着される。
前記複数の回転刃は、前記回転ドラムの軸方向に線状に配列された１つ以上の列に沿って配列されるように装着される。
前記１つ以上の固定刃は、複数の歯（ｓａｗｔｏｏｔｈ）を備える。
前記１つ以上の固定刃は、複数個装着される。
前記１つ以上の固定刃は、前記回転ドラムの回転方向に沿って複数個設けられる。
このような高吸水性樹脂用粉砕装置は、所定の温度の空気を前記粉砕部に吹き込むためのブロアー、及び前記粉砕部から空気を排出するための出口通路、をさらに含む。
また、前記粉砕装置は、前記出口部から排出された高吸水性樹脂を追加粉砕するように連結されたミートチョッパー（Ｍｅａｔ ｃｈｏｐｐｅｒ）をさらに含む。
そして、前記粉砕装置は、前記粉砕部で粉砕される高吸水性樹脂に水または離型剤を供給する離型剤供給手段をさらに含む。
一方、本発明は、水溶性エチレン系不飽和単量体及び重合開始剤を含むモノマー組成物を準備するステップ、前記モノマー組成物をコンベヤーベルトを含む重合反応器に供給し、コンベヤーベルト上に供給されたモノマー組成物に紫外線照射または熱を供給して、板状の高吸水性樹脂を準備するステップ、前記で重合された板状の高吸水性樹脂を前記高吸水性樹脂用粉砕装置に供給して、第１粉砕するステップ、前記粉砕された高吸水性樹脂を乾燥するステップ、及び前記で乾燥された高吸水性樹脂を第２粉砕するステップを含む。
本発明による高吸水性樹脂用粉砕装置によると、粘着性が高い状態でも高吸水性樹脂をさらによく粉砕することができ、その結果、以降の高吸水性樹脂の乾燥がさらによく行われることができる。したがって、前記高吸水性樹脂用粉砕装置を用いて１次粉砕を進行した後、乾燥及び２次粉砕を経て高吸水性樹脂を製造することによって、より向上した保水能などの物性を有する高吸水性樹脂を生産性高く製造することができる。
また、本発明による高吸水性樹脂の製造方法によると、粉砕過程の効率を向上させて、高吸水性樹脂製造工程の全体効率を上げることができるだけでなく、粉砕後に行われる乾燥ステップの効率も高めることができ、また、このような方法により得られた高吸水性樹脂粉末は保水能のような物性が優れるように示される。
本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置を示す断面図である。 本発明の実施例による粉砕部１５０を分解して示す分解斜視図である。 本発明の実施例による固定刃を示す斜視図である。 回転ドラム１７０に回転刃１７５が配置される一形態と回転刃１７５の装着形態を示す図である。 回転刃１７５の具体的な形状を示す拡大図であって、（ａ）は、回転刃１７５の斜視図を、（ｂ）は、（ａ）でｂ−ｂ線に沿った断面図を、（ｃ）は、（ａ）でｃ−ｃ線に沿った断面図を示すものである。 回転ドラム１７０に回転刃１７５が配置される他の形態を示す図である。 本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置で高吸水性樹脂が粉砕される過程を説明するための図である。 本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置で高吸水性樹脂が粉砕される過程を説明するための図である。 本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置で高吸水性樹脂が粉砕される過程を説明するための図である。 本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置で高吸水性樹脂が粉砕される過程を説明するための図である。 本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置で高吸水性樹脂が粉砕される過程を説明するための図である。 本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置で、所定の温度の空気を粉砕部に吹き込むためのブロアー（ｂｌｏｗｅｒ）、及び前記粉砕部から空気を排出するための出口通路、をさらに含むことを示すものである。
以下、本発明の具体的な実施形態による高吸水性樹脂用粉砕装置及び高吸水性樹脂の製造方法について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。
一方、明示的な他の記載がない限り、本明細書全体において使用される「板状の高吸水性樹脂」は下記のように定義される。
本明細書全体において使用される「板状の高吸水性樹脂」とは、高吸水性樹脂の製造のために重合された含水ゲル状重合体であって、板状の形状を有するものと定義し、例えば、コンベヤーベルトなどの平らな重合部を含む重合反応器で重合できる。このとき、前記板状の高吸水性樹脂は、一定の厚さを有する「板状」または「シート状」の含水ゲル状重合体を含み、このような板状の高吸水性樹脂は、重合器で直ちに重合されたものや、または１次粉砕前に乾燥ステップを経た板状またはシート状の含水ゲル状重合体を含み、含水率は限定されない。
図１は、本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置を示す断面図である。
図１に示されているように、本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置は、板状の高吸水性樹脂１１０が投入される入口部１２０、前記入口部１２０を介して投入された前記高吸水性樹脂１１０を粉砕する粉砕部１５０、及び前記粉砕部１５０で粉砕された高吸水性樹脂１１０を排出する出口部１９０、を含む。
入口部１２０には、板状の高吸水性樹脂１１０の投入をガイドする投入用ローラ１２５がテーブル１３０に装着されて、所定の速度で回転する。したがって、投入される板状の高吸水性樹脂１１０は、投入用ローラ１２５によって、所定の速度で投入されるのである。
前記粉砕部１５０は、複数の回転刃１７５が取り付けられた回転ドラム１７０、前記複数の回転刃１７５と協力して前記板状の高吸水性樹脂１１０を粉砕する１つ以上の固定刃１６０、及び前記回転ドラム１７０と前記１つ以上の固定刃１６０が中に保持されるハウジング１８０、を含む。
出口部１９０は、粉砕部１５０で粉砕されて、ハウジング１８０から排出される高吸水性樹脂片１１２が集まる容器１９５を含む。容器１９５に樹脂片１１２が積もるようになると、容器１９５を取り出して、樹脂片１１２を後処理するようになる。
図２は、本発明の実施例による粉砕部１５０を分解して示す分解斜視図である。
図１及び図２に示されているように、高吸水性樹脂１１０が投入される入口部１２０側のハウジング１８０内には複数の固定刃１６０が中に保持される。前記複数の固定刃１６０は、回転ドラム１７０の回転方向に沿って所定の角度で複数個装着される。
回転ドラム１７０には複数の回転刃１７５が装着されているが、回転ドラム１７０が回転することにより固定刃１６０と回転刃１７５が互いに通り過ぎることによって、投入される高吸水性樹脂１１０が片（ｃｒｕｍｂ）１１２に粉砕されるのである。
図３は、本発明の実施例による固定刃を示す斜視図である。
図３に示されているように、各固定刃１６０は、山１６４と谷１６２形状の歯を複数備えている。つまり、回転ドラム１７０に形成された複数個の回転刃１７５が配列された状態と対応するように複数の歯（ｔｏｏｔｈ）を備えている。固定刃１６０の歯は固定刃１６０の対向する両側に備えられている。したがって、固定刃１６０の一側に形成された鋸歯が鈍る場合、ハウジング１８０で固定刃１６０を分離して反対に装着することによって、他側の歯を使用することができるようになる。
前記投入用ローラ１２５はモータ１２３によって、そして前記回転ドラム１７０はモータ１７１によって回転する。投入用ローラ１２５と回転ドラム１７０を駆動するモータ１２３，１７１は別個のモータであってもよい。
投入用ローラ１２５の回転速度と回転ドラム１７０の回転速度は、粉砕対象になる板状の高吸水性樹脂１１０の状態（例えば、乾燥度、厚さなど）、固定刃１６０に形成された歯の間隔、回転ドラムに形成された回転刃１７５の規格（例えば、大きさ、配列など）などを参考して、当業者が必要な速度を決めることができる。
図４は、回転ドラム１７０に回転刃１７５が配置される一形態と回転刃１７５の装着形態を示す図である。
図５は、回転刃１７５の具体的な形状を示す拡大図であって、図５の（ａ）は、回転刃１７５の斜視図を、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）でｂ−ｂ線に沿った断面図を、図５の（ｃ）は、図５の（ａ）でｃ−ｃ線に沿った断面図を示すものである。
図６は、回転ドラム１７０に回転刃１７５が配置される他の形態を示す図である。
図４に示されているように、回転刃１７５は、回転ドラム１７０に１つ以上の螺旋の形状に配列されてもよい。図４では、回転刃１７５が２個の螺旋の形状に回転ドラム１７０に配列されたことを示しているが、本発明の保護範囲が必ずこれに限定されるものと理解されてはならない。回転ドラム１７０の表面に空間的な余裕内で回転刃１７５が３つ以上の螺旋の形状に配列できることは当業者に自明である。
また、図６に示されているように、回転刃１７５は、回転ドラム１７０の軸方向に線状に配列された１つ以上の列に沿って配列されてもよい。図６では、回転ドラム１７０の上側に一列に配列された回転刃１７５の列、下側に一列に配列された回転刃１７５の列、そして正面に一列に配列された回転刃１７５の列を示しており、そして図面上には示されていないが、正面に配列された回転刃１７５の列に対称して後面に回転刃１７５の列が配置されてもよい。
再び図４を参照すると、回転ドラム１７０には、回転刃装着溝１７２が回転ドラム１７０の円周方向に形成され、この回転刃装着溝１７２に回転刃１７５が装着される。さらに具体的に、回転刃装着溝１７２には回転刃装着冶具１７７が固定され、回転刃１７５は、ボルトホール４１０が形成されて、前記回転刃装着冶具１７７にボルト１７８で固定される。
回転刃装着溝１７２は、回転ドラム１７０をその表面で回転ドラム１７０の円周方向に削り取る方式で容易に作ることができる。回転刃装着冶具１７７は、このような装着溝１７２に多様な方式で固定される。例えば、回転刃装着冶具１７７は回転刃装着溝１７２に溶接されてもよく、他の例として、回転刃装着冶具１７７にボルトホールが形成されて回転刃装着冶具１７７が装着溝１７２にボルト固定されてもよい。
回転刃１７５が回転刃装着冶具１７７にボルト固定されることによって、回転刃１７５の交替や整備が容易になる。
図４及び図５を参照すると、本発明の実施例による回転刃１７５と装着冶具１７７はいずれも多角形状、例えば、四角形状に形成されている。このように多角形状に形成されることによって、回転ドラム１７０の円周方向に削り取られた装着溝１７２に容易に安着できるようになる。
また、図５を参照すると、本発明の実施例による回転刃１７５は、その頂点５１０の少なくとも１つまたは２つ以上の複数が４５°以下の鋭角を有するように立てられる。つまり、図５の（ｂ）に示された断面図のように、回転刃１７５の頂点５１０のうち１つ以上は垂直線と４５°以下の鋭角（θ１）をなすように形成される。
このように回転刃１７５の頂点５１０が４５°以下の鋭角に立てられた形状に形成されることによって、回転刃１７５と固定刃１６０が互いに作用するとき、固定刃１６０の凹な部位で回転刃１７５の鋭角に立てられた頂点５１０が高吸水性樹脂をつき押すようになり、このような相互作用によって回転刃１７５が高吸水性樹脂を取り外す作用をする。つまり、通常のはさみ（ｓｃｉｓｓｏｒｓ）のように切断対象の外側面から切断するのではなく、投入される高吸水性樹脂の終端から一部後退した内部を取り外す作用をすることができるようになるのである。粉砕対象となる板状の高吸水性樹脂が固い材質ではなく、柔らかくて吸水性及び粘着性（ｓｔｉｃｋｙ）のある材質であるため、このような作用によって板状の高吸水性樹脂がさらに容易に片に細かく粉砕できる。
特に、以下の実施例でも裏付けられるように、本発明者らの実験結果、前記頂点５１０が４５°以下の鋭角、例えば、１０ないし４５°、好ましくは２０ないし４０°の鋭角で立てられることによって、前記回転刃１７５が高吸水性樹脂をより効果的に細かく取り外すことができ、その結果、高吸水性樹脂の乾燥前の１次粉砕工程が効率的に行われることができることが明らかになった。このような１次粉砕工程で前記高吸水性樹脂がより細かく取り外されながら切断されることによって、１次粉砕された高吸水性樹脂の表面積がより大きくなり、後続乾燥工程が低温でもより効果的に行われ、乾燥及び２次粉砕までを経て、最終的に製造された高吸水性樹脂の物性、例えば、保水能などがより向上することができる。
上述した回転刃１７５の作用を考慮して、前記回転刃１７５は、前記高吸水性樹脂を取り外す作用をする頂点、つまり、４５°以下の鋭角を有するように立てられた頂点の１つ以上が回転ドラム１７０上に露出する形態に前記装着溝１７２に安着できる。
図５の（ａ）及び（ｃ）を参照すると、本発明の実施例による回転刃１７５は、前記１つ以上の頂点が立てられた方向の一面、つまり、粉砕装置の使用時に板状の高吸水性樹脂に向かう面が凹に形成され、その角５２０が鋭角（θ２）に形成される。また、前記１つ以上の頂点が立てられた方向の面の各辺は、前記多角形状の各頂点５１０を曲線形状に凹に連結している形状を帯びる。このような形状によって、回転刃１７５の鋭角に立てられた頂点５１０で切られ始めた板状の高吸水性樹脂が角５２０によってはさみのような方式で切られながら、効果的に細かく取り外される。
本発明の実施例において、回転刃１７５は、板状の高吸水性樹脂に向かう面で複数の頂点、例えば四角形状の４個の頂点５１０がそれぞれ４５°以下の鋭角を有するように立てられた形状に形成される。したがって、いずれか１つの頂点５１０が鈍るなど整備の必要性がある場合、単にボルト１７８を緩めて回転刃１７５の方向を回して再び装着しさえすれば、新たな頂点５１０を用いることができるようになる。つまり、多角形状に形成された回転刃１７５の各頂点５１０を活用できるようになるのである。
図７ないし図１１は、本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置で板状の高吸水性樹脂が粉砕される過程を説明するための図である。
まず、図７を参照すると、回転刃１７５が装着された回転ドラム１７０が回転している状態で、ローラ１２５によって高吸水性樹脂１１０がローラ１２５によって投入されるようになると、特定の回転刃１７５によって特定の部位が切られ始めるようになる。
次に図８を参照すると、モータ１７１によって回転ドラム１７０が回転して、次の回転刃１７５が固定刃１６０に対向するようになる間、板状の高吸水性樹脂１１０は設定長さ前進するようになり、次の回転刃１７５は、このように前進した板状の高吸水性樹脂１１０を直前の回転刃１７５が粉砕したものと隣接した位置で粉砕するようになる。
次に図９と図１０を参照すると、回転ドラム１７０が回転することによって、次の回転刃１７５が前進する板状の高吸水性樹脂１１０を隣接した位置で粉砕するようになる。
図１１は、このような粉砕過程が回転ドラム１７０が１回転した後に持続的になされることを示す図である。つまり、図７で作用した回転刃１７５が再び作用するようになるが、回転ドラム１７０が１回転する間に前進した長さだけの板状の高吸水性樹脂１１０を取り外すようになるのである。
図７ないし図１１を参照しながら説明した粉砕過程が持続的に繰り返されることによって、板状の高吸水性樹脂１１０は、様々な位置の回転刃１７５によって部分的に粉砕される過程が繰り返され、小片（ｃｒｕｍｂ）１１２に粉砕されて排出されるのである。
ところで、粉砕される板状の高吸水性樹脂１１０は、上述のように、吸水性がありかつ粘着性がある材質であるため、粉砕過程で１つの回転刃１７５によって完全に独立した片に切られなかったり、または、周辺の板状の高吸水性樹脂の部分と付いて、大片に切られることができる。
このような状況を考慮して、本発明の実施例では、上述のように、複数の固定刃１６０がハウジング１８０に配置されている（図１参照）。したがって、図１を参照すると、一番上の固定刃１６０によって十分に切られなかった片がある場合でも、その下の固定刃１６０と回転刃１７５によって片に粉砕されるようになる。同様に、このように固定刃１６０が複数個配置されることによって、固定刃１６０と回転刃１７５によって、粉砕される板状の高吸水性樹脂１１０の片がさらに均一な片に粉砕できるようになる。
図１２は、本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置において、所定の温度の空気を前記粉砕部に吹き込むためのブロアー（ｂｌｏｗｅｒ）２１０、及び前記粉砕部から空気を排出するための出口通路２２０、をさらに含むことを示している。
つまり、本発明の実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置は、所定の温度の空気を前記ブロアー２１０を介して前記粉砕部１５０に吹き込み、前記粉砕部１５０から空気を排出することによって、投入されている高吸水性樹脂の温度と湿度を適正な水準に維持するのである。
粉砕の対象となる板状の高吸水性樹脂が、水分を含有し、粘着性があることは上述した通りである。このような板状の高吸水性樹脂は、切断時の温度と含水量により切断の効率が異なるようになる。
したがって、前記ブロアー２１０と出口通路２２０によって、前記粉砕部１５０内の前記板状の高吸水性樹脂１１０の温度と湿度を設定された状態に維持することによって、板状の高吸水性樹脂１１０の粉砕効果を上昇させることができるようになるのである。
前記ブロアー２１０を介して吹き込む空気の温度は、投入される板状の高吸水性樹脂１１０の規格（例えば、厚さと基本湿度など）や投入速度などに基づいて当業者が必要な値に決めることができる。
併せて、このように粉砕過程で所定の乾燥過程を経るようになることによって、後続する粉末化過程でさらに効率的な粉末化が可能になる。
図１２では、一例としてブロアー２１０が粉砕部１５０の後方に配置されたことを示しているが、本発明の保護範囲が必ずこれに限定されたものと理解されてはならかい。ブロアー２１０は、粉砕部１５０の下段や入口部１２０など、必要に応じて多様な位置に配置できることは当業者が容易に理解することができるはずである。
一方、図示してはないが、前記粉砕装置は、出口部から排出された高吸水性樹脂を追加粉砕するように連結された追加的、補助的粉砕手段、例えば、ミートチョッパー（Ｍｅａｔ ｃｈｏｐｐｅｒ）をさらに含んてもよい。前記補助的粉砕手段をさらに含むことによって、前記高吸水性樹脂用粉砕装置を用いた粉砕効率をより向上させることができる。前記補助的粉砕手段としては、前記ミートチョッパー以外にも、従来から含水ゲル状態の樹脂を切断または粉砕するのに使用された多様な粉砕または切断装置を使用することもできる。
また、前記粉砕装置は、前記粉砕部で粉砕される高吸水性樹脂に水または離型剤を供給する離型剤供給手段をさらに含んでもよい。このような離型剤供給手段によって、水または離型剤を噴射などの方法で供給しながら高吸水性樹脂を粉砕することによって、回転刃または固定刃に粉砕中の高吸水性樹脂が付着することを抑制することができ、離型性をより向上させることができる。その結果、前記粉砕装置を用いた粉砕効率などをより向上させることができる。
前記離型剤としては、従来から高吸水性樹脂の製造過程で幅広く用いられていた物質、例えば、多価金属塩、多価アルコールまたは界面活性剤などを使用することができ、その具体的な例としは、例えば、韓国特許公報第０９０５８５３号に開示されている。
以下、本発明の実施例による高吸水性樹脂の製造方法は下記の通りある。本発明の実施例による高吸水性樹脂の製造方法は、水溶性エチレン系不飽和単量体及び重合開始剤を含むモノマー組成物を準備するステップ、前記モノマー組成物をコンベヤーベルトを含む重合反応器に供給し、コンベヤーベルト上に供給されたモノマー組成物に紫外線照射または熱を供給して、板状の高吸水性樹脂を準備するステップ、前記で重合された板状の高吸水性樹脂を上述した実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置のいずれか１つに供給して、第１粉砕するステップ、前記粉砕された高吸水性樹脂を乾燥するステップ、及び前記で乾燥された高吸水性樹脂を第２粉砕するステップを含む。
このとき、前記重合開始剤は、重合方法が熱供給による熱重合であるのか、あるいは紫外線（ＵＶ）照射による光重合であるのかによって重合開始剤を異にして使用することができる。重合開始剤のうち熱重合開始剤としては、過硫酸塩系開始剤、アゾ系開始剤、過酸化水素、及びアスコルビン酸からなる開始剤群より選択される１つ以上を使用することができる。具体的に、過硫酸塩系開始剤の例としては、過硫酸ナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ；ＮａＳ2Ｏ8）、過硫酸カリウム（Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ；Ｋ2Ｓ2Ｏ8）、過硫酸アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ；（ＮＨ4）2Ｓ2Ｏ8）などがあり、アゾ（Ａｚｏ）系開始剤の例としては、２，２−アゾビス−（２−アミジノプロパン）二塩酸塩（２，２−ａｚｏｂｉｓ（２−ａｍｉｄｉｎｏｐｒｏｐａｎｅ）ｄｉｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）、２，２−アゾビス−（Ｎ，Ｎ−ジメチレン）イソブチルラミジンジヒドロクロライド（２，２−ａｚｏｂｉｓ−（Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）ｉｓｏｂｕｔｙｒａｍｉｄｉｎｅ ｄｉｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）、２−（カルバモイルアゾ）イソブチロニトリル（２−（ｃａｒｂａｍｏｙｌａｚｏ）ｉｓｏｂｕｔｙｌｏｎｉｔｒｉｌ）、２，２−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］ジヒドロクロライド（２，２−ａｚｏｂｉｓ［２−（２−ｉｍｉｄａｚｏｌｉｎ−２−ｙｌ）ｐｒｏｐａｎｅ］ｄｉｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）、４，４−アゾビス−（４−シアノバレリアン酸）（４，４−ａｚｏｂｉｓ−（４−ｃｙａｎｏｖａｌｅｒｉｃ ａｃｉｄ））などがある。より多様な熱開始剤については、Ｏｄｉａｎ著書の「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ（Ｗｉｌｅｙ、１９８１ｓｕｓ）、ｐ２０３によく明示されており、上述した例に限られない。
一方、光重合開始剤としては、ベンゾインエーテル（ｂｅｎｚｏｉｎ ｅｔｈｅｒ）、ジアルキルアセトフェノン（ｄｉａｌｋｙｌ ａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ）、ヒドロキシルアルキルケトン（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ａｌｋｙｌｋｅｔｏｎｅ）、フェニルグリオキシレート（ｐｈｅｎｙｌ ｇｌｙｏｘｙｌａｔｅ）、ペンジルジメチルケタル（Ｂｅｎｚｙｌ Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｋｅｔａｌ）、アシルホスフィン（ａｃｙｌ ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）及びアルファ−アミノケトン（α−ａｍｉｎｏｋｅｔｏｎｅ）からなる群より選択される１つ以上を使用することができる。より多様な光開始剤については、Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｓｃｈｗａｌｍ著書の「ＵＶ Ｃｏａｔｉｎｇｓ：Ｂａｓｉｃｓ、Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｎｅｗ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ ２００７ｓｕｓ）」ｐ１１５によく明示されており、上述した例に限られない。
そして、前記モノマー組成物に含まれる水溶性エチレン系不飽和単量体としては、高吸水性樹脂の製造に通常使用される単量体であれば、その構成に限定されることなく使用できる。大きく、陰イオン性単量体とその塩、非イオン系親水性含有単量体、及びアミノ基含有不飽和単量体及びその４級化物からなる群より選択されるいずれか１つ以上を使用することができる。
具体的には、アクリル酸、メタアクリル酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、２−アクリロイルエタンスルホン酸、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、または、２−（メタ）アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸の陰イオン性単量体とその塩；（メタ）アクリルアミド、Ｎ−置換（メタ）アクリレート、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、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレートまたはポリエチレングリコール（メタ）アクリレートの非イオン系親水性含有単量体；及び、（Ｎ，Ｎ）−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートまたは（Ｎ，Ｎ）−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドのアミノ基含有不飽和単量体及びその４級化物からなる群より選択されるいずれか１つ以上を好ましく使用することができる。
さらに好ましくは、アクリル酸またはその塩を使用することができるが、アクリル酸またはその塩を単量体とする場合、特に、吸水性が向上した高吸水性樹脂を得ることができる。そして、前記モノマー組成物内で水溶性エチレン系不飽和単量体及び重合開始剤の含有量は通常の含有量範囲に従い、その構成の制限はない。
前記のようなモノマー組成物を準備した後、準備されたモノマー組成物をコンベヤーベルトを含む重合反応器に供給し、コンベヤーベルト上に供給されたモノマー組成物に紫外線照射または熱を供給して、板状の高吸水性樹脂を得ることができる。
このとき、前記板状の高吸水性樹脂は、上記で定義した通りであり、このような高吸水性樹脂は、３０ないし６０％、好ましくは３５ないし５５％の含水率を有してもよい。このように準備された板状の高吸水性樹脂は、上述した実施例による高吸水性樹脂用粉砕装置のいずれか１つに供給して、第１粉砕することができる。このような粉砕装置を用いて第１粉砕工程を行われることによって、前記板状の高吸水性樹脂の含水率が比較的に高い状態でも第１粉砕工程がより効率化でき、これによって、板状の高吸水性樹脂がより均一でかつ細かく粉砕及び切断されて、その表面積が増加することができる。その結果、後続乾燥工程がより効率的になされて最終の高吸水性樹脂の保水能などの物性がより向上できる。これに比べて、他の粉砕装置、例えば、回転刃の頂点が４５°を超えるように立てられた粉砕装置などを用いる場合、このような効果が達成されにくく、最終の高吸水性樹脂の物性が低下されることがある。
前記第１粉砕ステップは、その構成が限定されないが、好ましくは、粉砕された高吸水性樹脂の粒径が１ないし５０ｍｍ、好ましくは２ないし２０ｍｍ、より好ましくは３ないし１５ｍｍになるように行われることができる。好ましくは、前記第１粉砕ステップ前に、粉砕効率をさらに向上させるために簡単な乾燥ステップを経てもよいが、乾燥ステップに供給されるエネルギ源は熱風または赤外線などを例として挙げられるが、これに限定されるのではない。
一方、このような第１粉砕された高吸水性樹脂は乾燥するステップを経る。このような乾燥ステップは、通常、乾燥された高吸水性樹脂の含水率が少なくとも１０重量％未満になるまで進行することができる。このような乾燥ステップ後に、最終的に粉砕する第２粉砕ステップを経る。第２粉砕ステップに用いられる粉砕装置としては、粒子の粉末化過程に通常使用される粉砕装置であれば、その構成は限定されない、具体的に、ピンミル（ｐｉｎ ｍｉｌｌ）、ハンマーミル（ｈａｍｍｅｒ ｍｉｌｌ）、スクリューミル（ｓｃｒｅｗ ｍｉｌｌ）、ロールミル（ｒｏｌｌ ｍｉｌｌ）、ディスクミル（ｄｉｓｃ ｍｉｌｌ）またはジョッグミル（ｊｏｇ ｍｉｌｌ）などを使用することができる。好ましく、前記第２粉砕は、粉砕された高吸水性樹脂の粒径が１５０ないし８５０μｍになるように進行される。
以下、本発明の具体的な実施例によって、本発明の作用及び効果をより詳述することにする。ただし、このような実施例は、本発明の例示として提示されたものに過ぎず、これによって、本発明の権利範囲が定められるのではない。
［実施例１：高吸水性樹脂の製造］
アクリル酸１００ｇ、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート０．１ｇ、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）３８．９ｇ、及び水１０３．９ｇを混合して、単量体濃度が５０重量％の単量体組成物を準備した。
この後、前記単量体組成物を連続移動するコンベヤーベルト上に単量体供給部を介して投入し、重合開始剤として過硫酸ナトリウム３％水溶液１０ｇを混合した。
重合開始剤を混合し、１分後重合を始めて、４分間重合を進行し続けた。このときの反応器の内部温度は９９℃であった。重合された板状の高吸水性樹脂を高吸水性樹脂用１次粉砕装置に移送した後、５ｍｍの粒径に粉砕した。このときの板状の高吸水性樹脂の含水率は３６％であった。このとき、１次粉砕装置としては、図１に示された装置を用い、回転刃は、下図１のように四角形状を帯びており、２個の頂点が２５°の鋭角を有するように立てられたものを使用した。
この後、１次粉砕装置から吐出された高吸水性樹脂を１８０℃温度の熱風乾燥機で１時間乾燥した。乾燥された高吸水性樹脂の含水率は１．６％であった。引き続き、ピンミル紛砕機で粉砕した後、ふるい（ｓｉｅｖｅ）を用いて、粒径大きさが１５０ないし８５０μｍの高吸水性樹脂を分級して得た。
［実施例２：高吸水性樹脂の製造］
実施例１と同様な方法で板状の高吸水性樹脂を製造した。このような板状の高吸水性樹脂を高吸水性樹脂用１次粉砕装置に移送した後、１０ｍｍの粒径に粉砕した。このときの板状の高吸水性樹脂の含水率は３６％であった。このとき、１次粉砕装置としては、図１に示された装置を用い、回転刃は、下図２のように四角形状を帯びており、２個の頂点が３０°の鋭角を有するように立てられたものを使用した。
この後、１次粉砕装置から吐出された高吸水性樹脂を１８０℃温度の熱風乾燥機で１時間乾燥した。乾燥された高吸水性樹脂の含水率は１．７％であった。引き続き、ピンミル紛砕機で粉砕した後、ふるい（ｓｉｅｖｅ）を用いて、粒径大きさが１５０ないし８５０μｍの高吸水性樹脂を分級して得た。
［実施例３：高吸水性樹脂の製造］
実施例１と同様な方法で板状の高吸水性樹脂を製造した。このような板状の高吸水性樹脂を高吸水性樹脂用１次粉砕装置に移送した後、１５ｍｍの粒径に粉砕した。このときの板状の高吸水性樹脂の含水率は３７％であった。このとき、１次粉砕装置としては、図１に示された装置を用い、回転刃は、下図３のように四角形状を帯びており、４個の頂点が３５°の鋭角を有するように立てられたものを使用した。
この後、１次粉砕装置から吐出された高吸水性樹脂を１８０℃温度の熱風乾燥機で１時間乾燥した。乾燥された高吸水性樹脂の含水率は１．８％であった。引き続き、ピンミル紛砕機で粉砕した後、ふるい（ｓｉｅｖｅ）を用いて、粒径大きさが１５０ないし８５０μｍの高吸水性樹脂を分級して得た。
［比較例１：高吸水性樹脂の製造］
実施例１と同様な方法で板状の高吸水性樹脂を製造した。このような板状の高吸水性樹脂を高吸水性樹脂用１次粉砕装置に移送した後、４０ｍｍの粒径に粉砕した。このときの板状の高吸水性樹脂の含水率は３９％であった。このとき、１次粉砕装置としては、図１に示された装置を用い、回転刃は、下図４のように四角形状を帯びており、頂点が全く立てられた形状を帯びずに、直六面体形状を有するものを使用した。
この後、１次粉砕装置から吐出された高吸水性樹脂を１８０℃温度の熱風乾燥機で１時間乾燥した。乾燥された高吸水性樹脂の含水率は２．０％であった。引き続き、ピンミル紛砕機で粉砕した後、ふるい（ｓｉｅｖｅ）を用いて、粒径大きさが１５０ないし８５０μｍの高吸水性樹脂を分級して得た。
［比較例２：高吸水性樹脂の製造］
実施例１と同様な方法で板状の高吸水性樹脂を製造した。このような板状の高吸水性樹脂を高吸水性樹脂用１次粉砕装置に移送した後、３０ｍｍの粒径に粉砕した。このときの板状の高吸水性樹脂の含水率は３９％であった。このとき、１次粉砕装置としては、図１に示された装置を用い、回転刃は、下図５のように四角形状を帯びており、４個の頂点が６０°の角を有するように立てられたものを使用した。
この後、１次粉砕装置から吐出された高吸水性樹脂を１８０℃温度の熱風乾燥機で１時間乾燥した。乾燥された高吸水性樹脂の含水率は２．０％であった。引き続き、ピンミル紛砕機で粉砕した後、ふるい（ｓｉｅｖｅ）を用いて、粒径大きさが１５０ないし８５０μｍの高吸水性樹脂を分級して得た。
［比較例３：高吸水性樹脂の製造］
実施例１と同様な方法で板状の高吸水性樹脂を製造した。このような板状の高吸水性樹脂を高吸水性樹脂用１次粉砕装置に移送した後、２５ｍｍの粒径に粉砕した。このときの板状の高吸水性樹脂の含水率は３８％であった。このとき、１次粉砕装置としては、図１に示された装置を用い、回転刃は、下図６のように四角形状を帯びており、４個の頂点が５５°の角を有するように立てられたものを使用した。
この後、１次粉砕装置から吐出された高吸水性樹脂を１８０℃温度の熱風乾燥機で１時間乾燥した。乾燥された高吸水性樹脂の含水率は１．９％であった。引き続き、ピンミル紛砕機で粉砕した後、ふるい（ｓｉｅｖｅ）を用いて、粒径大きさが１５０ないし８５０μｍの高吸水性樹脂を分級して得た。
［試験例：高吸水性樹脂の物性評価］
＜試験例１：保水能＞
上述した方法で製造された高吸水性樹脂粒子を対象に、次のように保水能を測定した。保水能測定はＥＤＡＮＡ法ＷＳＰ２４１．２に従った。３０〜５０メッシュに分級した試料０．２ｇをティーバッグに入れて、３０分間０．９％塩水溶液にふやかした後、２５０Ｇに設定された遠心分離機で３分間水を除去し、重量を測って、高吸水性樹脂が保有している水の量を測定する方式で保水能を測定した。
＜試験例２：水可溶成分＞
上述した方法で製造された高吸水性樹脂粒子を対象に、次のように保水能を測定した。水可溶成分測定はＥＤＡＮＡ法ＷＳＰ２７０．２に従った。３０〜５０メッシュに分級した試料１．０ｇを２００ｇ０．９％塩水溶液に入れて、５００ｒｐｍで攪拌しながら、１６時間ふやかした後、ｆｉｌｔｅｒ ｐａｐｅｒで水溶液を濾過した。前記のように濾過した溶液をｐＨ１０．０まで０．１Ｎ苛性ソーダ溶液で１次滴定した後、ｐＨ２．７まで０．１Ｎの塩化水素溶液で逆滴定を実施して、中和時に必要な量から架橋化されない高分子物質を水可溶性分として計算した。
以上の方法で測定された実施例１ないし３及び比較例１ないし３の高吸水性樹脂の物性を下記表１に記載した。
上述した試験結果から、実施例１ないし３で製造された高吸水性樹脂は、比較例１ないし３と同等な水可溶成分含有量を維持しながらも、顕著に優れた保水能を示して、全体的な物性が非常に優れていることが確認された。
これは、１次粉砕装置に備えられた回転刃の形状、特に、高吸水性樹脂を取り外しながら切断する頂点の角度が異なることにより、実施例１ないし３で１次粉砕工程がより効率化され、１次粉砕された高吸水性樹脂の表面積がより広くなって、同一の乾燥工程を進めてもより効率的な乾燥が可能になることによるものとみられる。
１１０ 板状の高吸水性樹脂
１１２ 高吸水性樹脂片
１２０ 入口部
１２３，１７１ モータ
１２５ ローラ
１３０ テーブル
１５０ 粉砕部
１６０ 固定刃
１６２ 谷
１６４ 山
１７０ 回転ドラム
１７２ 装着溝
１７５ 回転刃
１７７ 回転刃装着冶具
１７８ ボルト
１８０ ハウジング
１９０ 出口部
１９５ 容器
２１０ ブロアー
２２０ 出口通路
４１０ ボルトホール
５１０ 頂点
５２０ 角
θ１，θ２ 鋭

Claims (17)

  1. 板状の高吸水性樹脂が投入される入口部と、
    前記入口部を介して投入された前記高吸水性樹脂を粉砕する粉砕部と、
    前記粉砕部で粉砕された高吸水性樹脂を排出する出口部と、を含む高吸水性樹脂用粉砕装置であって、
    前記粉砕部は、
    複数の回転刃が取り付けられた回転ドラムと、
    前記複数の回転刃と協力して前記高吸水性樹脂を粉砕する１つ以上の固定刃と、
    前記回転ドラムと前記１つ以上の固定刃が中に保持されるハウジングと、を含み、
    前記回転刃は、１つ以上の頂点が４５°以下の鋭角を有するように立てられた多角形状を有することを特徴とする高吸水性樹脂用粉砕装置。
  2. 前記回転ドラムには、円周方向に回転刃装着溝が形成されており、前記回転刃は、前記４５°以下の鋭角を有するように立てられた頂点の１つ以上が回転ドラム上に露出するように前記装着溝に安着されることを特徴とする請求項１に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  3. 前記回転刃装着溝には、回転刃装着冶具が固定され、前記回転刃は、それぞれ、前記回転刃装着冶具にボルト固定されることを特徴とする請求項２に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  4. 前記回転刃は、それぞれ、前記多角形状の複数の頂点が４５°以下の鋭角を有するように立てられていることを特徴とする請求項１に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  5. 前記回転刃は、それぞれ、前記１つ以上の頂点が立てられた方向の面が凹に形成されており、その面の角が鋭角に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  6. 前記１つ以上の頂点が立てられた方向の面の各辺は、前記多角形状の各頂点を曲線形状に連結していることを特徴とする請求項５に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  7. 前記複数の回転刃は、前記回転ドラムに１つ以上の螺旋の形状に配列されるように装着されることを特徴とする請求項１に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  8. 前記複数の回転刃は、前記回転ドラムの軸方向に線状に配列された１つ以上の列に沿って配列されるように装着されることを特徴とする請求項１に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  9. 前記１つ以上の固定刃は、複数の歯（ｓａｗｔｏｏｔｈ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  10. 前記１つ以上の固定刃は、複数個装着されることを特徴とする請求項１に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  11. 前記１つ以上の固定刃は、前記回転ドラムの回転方向に沿って複数個設けられることを特徴とする請求項１０に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  12. 所定の温度の空気を前記粉砕部に吹き込むためのブロアーと、
    前記粉砕部から空気を排出するための出口通路と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  13. 前記出口部から排出された高吸水性樹脂を追加粉砕するように連結されたミートチョッパー（Ｍｅａｔ ｃｈｏｐｐｅｒ）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  14. 前記粉砕部で粉砕される高吸水性樹脂に水または離型剤を供給する離型剤供給手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高吸水性樹脂用粉砕装置。
  15. 水溶性エチレン系不飽和単量体及び重合開始剤を含むモノマー組成物を準備するステップと、
    前記モノマー組成物をコンベヤーベルトを含む重合反応器に供給し、コンベヤーベルト上に供給されたモノマー組成物に紫外線照射または熱を供給して、板状の高吸水性樹脂を準備するステップと、
    前記で重合された板状の高吸水性樹脂を請求項１ないし１２のいずれか１項による高吸水性樹脂用粉砕装置に供給して、第１粉砕するステップと、
    前記粉砕された高吸水性樹脂を乾燥するステップと、
    前記で乾燥された高吸水性樹脂を第２粉砕するステップと、
    を含むことを特徴とする高吸水性樹脂の製造方法。
  16. 前記第１粉砕は、粉砕された高吸水性樹脂の粒径が１ないし５０ｍｍになるように行われることを特徴とする請求項１５に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
  17. 前記第２粉砕は、粉砕された高吸水性樹脂の粒径が１５０ないし８５０μｍになるように行われることを特徴とする請求項１５に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
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