將吸水性聚合物珠粒分級(jí)的方法
【專利說明】將吸水性聚合物珠粒分級(jí)的方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種將吸水性聚合物顆粒分級(jí)的方法，其中在表面后交聯(lián)之間和之后 將具有不同篩目尺寸的篩子用于除去篩出物（undersize)(細(xì)粉）。
[0002] 吸水性聚合物的制備記載于專著"ModernSuperabsorbentPolymer Technology"，F(xiàn).L.Buchholz和A.T.Graham，Wiley-VCH，1998,第 71 至 103 頁(yè)中。
[0003] 作為吸收水溶液的產(chǎn)品，吸水性聚合物用于制備尿布、棉塞、衛(wèi)生巾和其他衛(wèi)生制 品，而且還用作市場(chǎng)園藝中的保水劑。
[0004] 吸水性聚合物的特性可通過交聯(lián)度調(diào)節(jié)。隨著交聯(lián)度的提高，凝膠強(qiáng)度增加而離 心保留容量（CRC)降低。
[0005] 為了改進(jìn)使用特性，例如在尿布中的鹽水導(dǎo)流率（SFR)和負(fù)載下的吸收（AUL)，通 常將吸水性聚合物顆粒表面后交聯(lián)。這僅提高顆粒表面的交聯(lián)度，其可以至少部分地消除 負(fù)載下的吸收（AUL)與離心保留容量（CRC)間的相互影響。這種表面后交聯(lián)可在水性凝膠 相中進(jìn)行。然而，優(yōu)選將干燥、研磨和篩分過的聚合物顆粒（基礎(chǔ)聚合物）用表面后交聯(lián)劑 進(jìn)行表面涂覆、干燥并熱表面后交聯(lián)。適于此目的的交聯(lián)劑是包含至少兩個(gè)可與聚合物顆 粒的羧酸酯基團(tuán)形成共價(jià)鍵的基團(tuán)的化合物。
[0006] 吸水性聚合物顆粒用于衛(wèi)生領(lǐng)域中。在本文中例如使用150ym至850ym的粒徑， 并且聚合物顆粒實(shí)際上在制備方法過程中分級(jí)成這些粒徑。在這種情況下，使用具有兩個(gè) 篩子的連續(xù)篩選機(jī)，其中所用的篩子具有150ym和850ym的篩目尺寸。粒徑最高達(dá)150ym 的顆粒通過兩個(gè)篩子下落，并且在篩選機(jī)的底部作為篩出物（細(xì)粉）進(jìn)行收集。粒徑大于 850ym的顆粒作為篩上物（oversize)留在最上面的篩上并被排出。粒徑為大于150ym至 850ym的產(chǎn)物級(jí)分作為篩選機(jī)的兩個(gè)篩子之間的篩中物（midsize)被移出。取決于篩選質(zhì) 量，各粒徑級(jí)分仍然包含一部分作為誤排出的粒徑不對(duì)的顆粒。例如，篩中物級(jí)分也可包含 一部分粒徑為150ym或更小的顆粒。
[0007] 通常將排出的篩出物和篩上物再循環(huán)到生產(chǎn)中?？蓪⒑Y出物加入到例如聚合中。 通常將篩上物粉碎，這也不可避免地導(dǎo)致其他篩出物的出現(xiàn)。
[0008] 在常規(guī)分級(jí)操作中，在將特定聚合物顆粒分級(jí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同的問題。最經(jīng)常出現(xiàn) 的問題是篩子表面堵塞以及分級(jí)效率和分級(jí)能力下降。另一問題為產(chǎn)物顆粒的結(jié)塊傾向， 其在篩選之前、之后和期間都導(dǎo)致不希望的附聚。因此篩選的方法步驟不可能不中斷進(jìn)行， 中斷在生產(chǎn)中經(jīng)常伴隨著不想要的停工。發(fā)現(xiàn)這類中斷在連續(xù)生產(chǎn)方法中特別成問題。然 而，總體結(jié)果是篩選中的分離效率不足。
[0009] 較高的篩選質(zhì)量通常通過將用于提高聚合物顆粒的自由流動(dòng)和/或機(jī)械穩(wěn)定性 的物質(zhì)加入至產(chǎn)物而實(shí)現(xiàn)。通常，當(dāng)將防止各顆粒相互粘附的助劑例如表面活性劑通常在 干燥之后和/或在表面后交聯(lián)過程中加入至聚合物顆粒時(shí)會(huì)實(shí)現(xiàn)自由流動(dòng)產(chǎn)物。在其他情 況下，還嘗試通過加工技術(shù)措施來影響結(jié)塊傾向。
[0010] 為了在沒有其他產(chǎn)物添加劑的情況下實(shí)現(xiàn)較高的分離效率，已提出借助交替篩選 單元而改進(jìn)分離效率。例如，當(dāng)篩孔區(qū)以螺旋形式驅(qū)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)了較高的分離效率。這是例 如轉(zhuǎn)鼓篩選機(jī)（tumblingscreenmachines)中的情況。然而，當(dāng)所述篩選裝置的通過量增 加時(shí)，上述問題增強(qiáng)，并且更加不可能維持高的分級(jí)能力。
[0011] 篩選助劑如篩選球、PVC摩擦環(huán)、特氟隆摩擦環(huán)或橡膠方塊在篩子表面上的加入僅 稍微有助于改進(jìn)分離效率。特別是在無(wú)定形聚合物材料（如吸水性聚合物顆粒）的情況下， 這可引起磨損增加。
[0012] 分級(jí)的綜述例如可在UllmannsEncyklopSdiedertechnischenChemie，第 4 版，第 2 卷，第 43 至 56 頁(yè)，VerlagChemie，Weinheim，1972 中找到。
[0013] 本發(fā)明目的是提供一種改進(jìn)的用于制備吸水性聚合物顆粒的分級(jí)方法。
[0014] 該目的是通過一種用于制備吸水性聚合物顆粒的方法而實(shí)現(xiàn)，其包括：
[0015] i)將吸水性聚合物顆粒分級(jí)，借助于篩目尺寸為叫的篩子移除篩出物，
[0016] ii)將分級(jí)的聚合物顆粒表面后交聯(lián)，
[0017] iii)將表面后交聯(lián)的聚合物顆粒分級(jí)，借助于篩目尺寸為m2的篩子移除篩出物， 以及
[0018] iv)將獲自步驟i)和iii)的篩出物再循環(huán)，
[0019] 其中步驟i)中的分級(jí)過程中的吸水性聚合物顆粒每小時(shí)的通過量為每m2篩子面 積至少100kg/h，并且步驟i)中的篩目尺寸叫大于步驟iii)中的篩目尺寸m2。
[0020] 本發(fā)明的分級(jí)方法特別有利地連續(xù)進(jìn)行。步驟i)中的吸水性聚合物顆粒的通過 量?jī)?yōu)選為至少200kg/m2 ?h，更優(yōu)選至少300kg/m2 ?h，最優(yōu)選至少400kg/m2 ?h。
[0021] 篩出物（細(xì)粉）在本文中是指平均粒徑小于目標(biāo)產(chǎn)物的篩出部分（sievecut)。
[0022] 本發(fā)明基于如下發(fā)現(xiàn)，S卩：經(jīng)表面后交聯(lián)的篩出物的再循環(huán)對(duì)產(chǎn)物質(zhì)量有負(fù)面影 響。通過在表面后交聯(lián)之前使用比篩出物分離所需的篩目尺寸更大的篩目尺寸，未表面后 交聯(lián)的篩出物與表面后交聯(lián)的篩出物的比例可以積極地改變。
[0023] 篩選結(jié)果，尤其在高通過量下的篩選結(jié)果可在借助于至少兩個(gè)篩目尺寸不同的篩 子取出篩中物（產(chǎn)物級(jí)分）時(shí)而進(jìn)一步改進(jìn)。
[0024] 篩選結(jié)果，尤其在高通過量下的篩選結(jié)果可在借助于至少兩個(gè)篩目尺寸不同的篩 子移除篩上物時(shí)而進(jìn)一步改進(jìn)。
[0025] 在本發(fā)明方法中，可將篩分級(jí)分以不同的方式結(jié)合以得到粒徑級(jí)分，例如以 (2, 1)、（3, 1)、（2, 1，1)、（1，2, 1)、（2, 2, 1)、（3, 1，1)、（1，3, 1)、（3, 2, 1)、（2, 3, 1)或（3, 3, 1) 順序，其中一組括號(hào)中的數(shù)字個(gè)數(shù)代表粒徑級(jí)分個(gè)數(shù)，使粒徑級(jí)分以產(chǎn)物流動(dòng)順序從左向 右排列于括號(hào)中，并且數(shù)值本身代表結(jié)合而得到特定粒徑級(jí)分的連續(xù)篩分級(jí)分個(gè)數(shù)。
[0026] 粒徑級(jí)分個(gè)數(shù)優(yōu)選為至少3。所用的篩子數(shù)優(yōu)選為至少（n+1)。
[0027] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，將至少兩個(gè)以產(chǎn)物流動(dòng)方向連續(xù)獲得的篩分 級(jí)分結(jié)合以得到一個(gè)粒徑級(jí)分，并且在上方獲得這些篩分級(jí)分的篩子的篩目尺寸在每種 情況下通常優(yōu)選相差至少50ym，在每種情況下優(yōu)選至少100ym，在每種情況下優(yōu)選至少 150ym，在每種情況下更優(yōu)選至少200ym，在每種情況下最優(yōu)選至少250ym。
[0028] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，將至少兩個(gè)以產(chǎn)物流動(dòng)方向首先獲得的篩分 級(jí)分結(jié)合以得到一個(gè)粒徑級(jí)分，并且在上方獲得這些篩分級(jí)分的篩子的篩目尺寸在每種 情況下優(yōu)選相差至少500ym，在每種情況下優(yōu)選至少1000ym，在每種情況下更優(yōu)選至少 1500ym，在每種情況下最優(yōu)選至少2000ym。
[0029] 步驟i)中的篩目尺寸叫優(yōu)選為至少180ym，更優(yōu)選至少200ym，最優(yōu)選至少 250iim。步驟iii)中的篩目尺寸1112優(yōu)選為不大于150ym，更優(yōu)選不大于120ym，最優(yōu)選 不大于lOOym。步驟i)中的篩目尺寸叫優(yōu)選比步驟iii)中的篩目尺寸m2大至少20ixm， 更優(yōu)選至少30ym，最優(yōu)選至少50ym。
[0030] 在分級(jí)過程中，吸水性聚合物顆粒優(yōu)選具有40°C至120°C，更優(yōu)選45°C至100°C， 最優(yōu)選50 °C至80 °C的溫度。
[0031] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，分級(jí)在減壓下進(jìn)行。壓力優(yōu)選比環(huán)境壓力小100 毫巴。
[0032] 在分級(jí)過程中優(yōu)選用氣流、更優(yōu)選空氣流過吸水性聚合物顆粒。氣體速率通常為 每m2篩子面積0. 1至10m3/h，優(yōu)選每m2篩子面積0. 5至5m3/h，更優(yōu)選每m2篩子面積1至 3m3/h，氣體體積在標(biāo)準(zhǔn)條件下（25°C和1巴）進(jìn)行測(cè)量。更優(yōu)選將氣流在進(jìn)入篩選裝置之前 進(jìn)行加熱，優(yōu)選將其加熱到40°C至120°C的溫度，更優(yōu)選60°C至100°C的溫度，最優(yōu)選70°C 至80°C的溫度。氣流的含水量?jī)?yōu)選小于5g/kg，更優(yōu)選小于3. 5g/kg，最優(yōu)選小于3g/kg。例 如可通過冷卻而從具有較高含水量的氣流中冷凝出適量水的來獲得具有低含水量的氣流。
[0033] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，多個(gè)篩選機(jī)并聯(lián)操作。
[0034] 在本發(fā)明一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)鼓篩選機(jī)為部分或全部熱絕緣的。
[0035] 在本發(fā)明一個(gè)最優(yōu)選的實(shí)施方案中，篩選機(jī)具有導(dǎo)向裝置，所述導(dǎo)向裝置使吸水 性聚合物顆粒向篩子的中央或以螺旋形途徑向篩子出料孔偏移。有利地，篩子具有這兩種 類型的導(dǎo)向裝置。篩子的出料孔在篩子邊緣。沒有通過篩子的篩目的聚合物珠粒通過出料 孔排出。
[0036] 篩選機(jī)通常是電接地的。
[0037] 適于本發(fā)明分級(jí)方法的篩選裝置不受限制；優(yōu)選平面篩選方法；非常特別優(yōu)選轉(zhuǎn) 鼓篩選機(jī)。通常振動(dòng)篩選裝置以進(jìn)行分級(jí)。這優(yōu)選以引導(dǎo)待分級(jí)的材料呈螺旋形式經(jīng)過篩 子的方式進(jìn)行。這種強(qiáng)迫振動(dòng)通常具有優(yōu)選0. 7至40mm，更優(yōu)選1. 2至30mm，最優(yōu)選1. 5 至25mm的振幅，以及優(yōu)選1至100Hz，更優(yōu)選2. 5至25Hz，最優(yōu)選5至10Hz的頻率。
[0038] 吸水性聚合物顆粒的制備在下文中詳細(xì)描述：
[0039] 本發(fā)明方法中待使用的吸水性聚合物顆?？赏ㄟ^將包含以下物質(zhì)的單體溶液聚 合而制備：至少一種帶有酸基的烯鍵式不飽和單體a)、至少一種交聯(lián)劑b)、至少一種引發(fā) 劑c)、任選地一種或多種可與烯鍵式不飽和單體a)共聚的烯鍵式不飽和單體d)、任選地一 種或多種水溶性聚合物e)和水。
[0040] 吸水性聚合物顆粒通過聚合單體溶液或懸浮液而制備，并且通常不溶于水。
[0041] 單體a)優(yōu)選為水溶性的，S卩在23°C下在水中的溶解度通常為至少lg/100g水，優(yōu) 選至少5g/100g水，更優(yōu)選至少25g/100g水，最優(yōu)選至少35g/100g水。
[0042] 合適的單體a)為，例如烯鍵式不飽和羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸和衣康酸。特別 優(yōu)選的單體為丙烯酸和甲基丙烯酸。非常特別優(yōu)選丙烯酸。
[0043] 其它合適的單體a)為，例如，烯鍵式不飽和磺酸，如苯乙烯磺酸和2-丙烯酰氨 基-2-甲基丙磺酸（AMPS)。
[0044] 雜質(zhì)可對(duì)聚合具有重要影響。因此，所用的原料應(yīng)具有最大純度。因此，特別地純 化單體a)通常是有利的。合適的純化方法記載于，例如W02002/055469AUW0