聚丙烯酸(盐)系吸水剂的制造方法及其吸水剂的制作方法_2

文档序号:8302995阅读:来源:国知局
表面活性剂、分散剂等)等这些用来构成吸水性树脂粉末的成分,且其以水溶液状态 被添加聚合引发剂来进行聚合。
[0100] 上述丙烯酸(盐)既可以是未中和物,也可以是盐型物(完全中和物或部分中和 物)。另外,上述单体水溶液可以超过饱和浓度,其即使是丙烯酸(盐)的过饱和水溶液或 浆料水溶液(水分散液),也作为本发明中的丙烯酸(盐)系单体水溶液来看待。这里,从 所得的吸水性树脂粉末的物理性质的观点看,优选采用饱和浓度以下的丙烯酸(盐)系单 体水溶液。
[0101] 单体的溶剂优选是水。单体的溶剂若为水,则制成的是丙烯酸(盐)系单体的水 溶液。这里,"水溶液"并非限指溶剂的100质量%均为水,当中也可以并用0?30质量%、 优选0?5质量%的水溶性有机溶剂(例如醇类等)。本说明中,将以上这些溶液作为"水 溶液"来看待。
[0102] 本说明书中,"制备中的丙烯酸(盐)系单体水溶液"是指:以上述丙烯酸(盐)为 主成分的单体水溶液中尚未混入全部组分前的丙烯酸(盐)水溶液。具体而言,丙烯酸水 溶液、完全中和或部分中和了的丙烯酸盐水溶液就属于制备中的丙烯酸(盐)系单体水溶 液。
[0103] 将制备中的丙烯酸(盐)系单体水溶液进一步中和,或与作为溶剂的水进行混合, 或与上述微量成分等进行混合后,便得到最终的聚丙烯酸(盐)系单体水溶液。这里,关于 该最终的聚丙烯酸(盐)系单体水溶液,将其被投入聚合装置前的状态、或被投入了聚合装 置内但未开始聚合的状态称作"聚合步骤前的经制备的聚丙烯酸(盐)系单体水溶液"。
[0104] (单体)
[0105] 本发明中的丙烯酸(盐)系单体只要经聚合能成为吸水性树脂,则无特别限定,可 例举:(甲基)丙烯酸、马来酸(酐)、衣康酸、桂皮酸、乙烯基磺酸、烯丙基甲苯磺酸、乙烯基 甲苯磺酸、苯乙烯磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰基乙烷磺 酸、2_(甲基)丙烯酰基丙烷磺酸、(甲基)丙烯酰基磷酸2-羟基乙酯等阴离子性不饱和单 体(盐);含氢硫基的不饱和单体;含羟基的酚性不饱和单体;(甲基)丙烯酰胺、N-乙基 (甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺等含酰胺基的不饱和单体;(甲基)丙烯 酸N,N-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲基氨基丙酯、N,N-二甲基氨基丙基(甲 基)丙烯酰胺等含氨基的不饱和单体等。
[0106] 相对于全部的单体(内部交联剂除外),上述丙烯酸(盐)系单体的含量(用量) 通常为50摩尔%以上,优选为70摩尔%以上,进而优选为80摩尔%以上,更优选为90摩 尔%以上,尤其优选为95摩尔%以上(上限为100摩尔% )。这里,本发明中的聚丙烯酸 (盐)的概念并非限指未中和物(中和率0摩尔% ),也包括部分中和物或完全中和物(中 和率100摩尔% )。
[0107] 本发明中的丙烯酸(盐)系单体或聚合后而得的含水凝胶状交联聚合物的中和率 并无特别限定,但从所得的吸水性树脂粉末的物理性质或表面交联剂反应性的观点看,优 选为40?90摩尔%,进而优选为50?80摩尔%,更优选为60?74摩尔%。
[0108] 上述中和率若较低,所得的吸水性树脂的吸水速度(例如FSR)就有下降倾向。反 之,中和率若较高,聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂粉末与表面交联剂之间的反应性、尤其是 与后述缩水反应性表面交联剂之间的反应性、进而与烷撑碳酸酯之间的反应性就有下降倾 向,从而吸水性树脂的生产性、或渗液性(例如SFC)及加压下吸收倍率(例如AAP及PUP) 就有下降倾向。因此优选落入上述范围内的中和率。
[0109] 从获得的作为最终制品的吸水剂的无加压下吸收倍率(CRC)及加压下吸收倍率 (AAP)的观点看,丙烯酸(盐)系单体或含水凝胶状交联聚合物的一部分或全部可以为盐型 物,优选是碱金属盐(钠盐、锂盐、钾盐)、铵盐、胺类等的一价盐,其中更优选是碱金属盐, 进而优选是钠盐及/或钾盐。从成本及物理性质的观点看,尤其优选是钠盐。
[0110] (阻聚剂)
[0111] 本发明中的丙烯酸(盐)系单体包括阻聚剂。该阻聚剂并无特别限定,可例举国 际公开第2008/096713号中揭示的N-氧基化合物、锰化合物、经取代的酚化合物等。其中 优选经取代的酚类,而经取代的酚类中尤其优选甲氧基酚类。
[0112] 关于上述甲氧基酚类,可例举:偏甲氧基苯酚、间甲氧基苯酚、对甲氧基苯酚;或 具有1或2以上的甲基、叔丁基、羟基等这些取代基的甲氧基酚类等。本发明中尤其优选对 甲氧基苯酚。
[0113] 这里,相对于上述丙烯酸(盐)系单体的全量,上述丙烯酸(盐)系单体当中的上 述阻聚剂的含量优选为10?200ppm,更优选为5?160ppm,进而优选为10?160ppm,进而 优选为10?lOOppm,进而优选为10?80ppm,最优选为10?70ppm。该含量若超过200ppm, 所得的吸水剂的色调就可能恶化(发黄、黄变等这类变色)。另外,该含量若低于5ppm,也 就是若通过蒸馏等提纯法去除了上述阻聚剂,则引起不希望的聚合的风险就可能增高。
[0114] (内部交联剂)
[0115] 本发明中,在聚合时会视需要使用内部交联剂。该内部交联剂并无特别限定,可采 用公知技术,可例举:Ν,Ν' -甲撑双(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、丙三醇三(甲基) 丙烯酸酯、丙三醇丙烯酸酯甲基丙酸酯、乙氧基改质三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二 聚季戊四醇六(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 丙胺、聚(甲基)烯丙氧基链烷、(聚)乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇二缩水甘油醚、乙二醇、 聚乙二醇、丙二醇、丙三醇、1,4_ 丁二醇、季戊四醇、乙二胺、碳酸乙酯、碳酸丙酯、聚乙亚胺、 (甲基)丙烯酸缩水甘油酯等。考虑到反应性,这些化合物中可选用1种或2种以上,其中 优选使用具有2个以上聚合性不饱和基的化合物。
[0116] 另外,由于改变内部交联剂所具有的官能基的反应性,就能改变内部交联构造,因 此当需要并用2种以上的内部交联剂时,优选从酰胺化合物、(甲基)丙烯酸酯化合物、烯 丙基化合物、胺化合物、亚胺化合物、醇化合物、碳酸酯化合物、缩水甘油基化合物当中选出 官能基互异的内部交联剂来并用。
[0117] 上述内部交联剂的用量可以根据所期望的吸水剂物理性质来适当决定,但相对于 全部的上述丙烯酸(盐)系单体,优选为0. 001?5摩尔%,进而优选为0. 005?2摩尔%, 更优选为0. 01?1摩尔%。另外,若是并用2种以上的内部交联剂,则相对于全部的上述丙 稀酸(盐)系单体,各内部交联剂的总用量优选为0.001?5摩尔%,进而优选为0.005? 2摩尔%,更优选为0. 01?1摩尔%。
[0118] 内部交联剂的用量(若并用2种以上,则指总量)若低于0.001摩尔%,所得的吸 水剂中的可溶水成分就可能增加而无法充分确保加压下的吸水量。另一方面,若该用量超 过 5摩尔%,所得的吸水剂的交联密度就可能增大而导致吸水量不充分。这里,上述内部交 联剂可以全量添加给聚合步骤前的经制备的丙烯酸(盐)系单体水溶液,也可将该内部交 联剂的一部分在聚合开始后添加。
[0119] (分散剂)
[0120] 本发明中所能使用的分散剂并无特别限定,优选采用吸水性高分子分散剂、具吸 水性的亲水性高分子分散剂或水溶性高分子分散剂,更优选采用水溶性高分子分散剂。另 夕卜,上述分散剂的重均分子量虽然随分散剂种类而定,但优选为500?10000000,更优选为 5000 ?5000000,尤其优选为 10000 ?3000000。
[0121] 上述分散剂的种类并无特别限定,可例举:淀粉、淀粉衍生物、纤维素、纤维素衍生 物、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(其钠盐)、羟乙基纤维素、聚丙烯酸(盐)、聚丙烯酸 (盐)交联物等亲水性高分子等。其中,从不会损害本发明的吸水剂的亲水性的观点看,优 选采用选自淀粉、纤维素、PVA的水溶性高分子分散剂。
[0122] 相对于丙烯酸(盐)系单体100质量份,上述分散剂的用量优选为0?50质量份, 进而优选为〇. 01?20质量份,更优选为0. 05?10质量份,尤其优选为0. 1?5质量份。 上述分散液若超过50质量份,吸水剂的吸收特性就可能下降。
[0123] (2-2)聚合步骤
[0124] (聚合方法)
[0125] 关于供获得本发明的吸水性树脂粉末的聚合方法,可例举喷雾聚合、液滴聚合、批 次聚合、沉淀聚合、水溶液聚合或反相悬浮聚合等。为解决本发明的课题,使用单体水溶液 的水溶液聚合或反相悬浮聚合为优选。
[0126] 上述水溶液聚合是在不使用分散溶剂的情况下使单体水溶液聚合的方法,其例如 是美国专利第4625001号、美国专利第4873299号、美国专利第4286082号、美国专利第 4973632号、美国专利第4985518号、美国专利第5124416号、美国专利第5250640号、美国 专利第5264495号、美国专利第5145906号、美国专利第5380808号、欧洲专利第0811636 号、欧洲专利第0955086号、欧洲专利第0922717号等中披露的聚合方法。
[0127] 上述反相悬浮聚合是使单体水溶液悬浮于疏水性有机溶剂中来进行聚合的方法, 其例如是美国专利第4093776号、美国专利第4367323号、美国专利第4446261号、美国专 利第4683274号、美国专利第5244735号等中披露的聚合方法。这些文献中披露的单体、聚 合引发剂等也能适用于本发明中的上述反相悬浮聚合。
[0128] 上述聚合时的单体水溶液的浓度并无特别限定,优选为20质量%?饱和浓度,进 而优选为25?80质量%,更优选为30?70质量%。该浓度若低于20质量%,生产性就 可能降低。另外,单体若以浆料(丙烯酸盐的水分散液)方式进行聚合,就会导致物理性质 下降,因此优选以饱和浓度以下的浓度进行聚合(参考日本国专利申请公开公报"特开平 1-318021 号公报")。
[0129] 另外,为了促进聚合,提高吸水剂的物理性质,也可以根据聚合时的需要,设置对 溶解氧进行除气的步骤(例如用惰性气体进行的置换步骤)。此外,也可以以提升吸水剂的 吸水速度、增加表面积或提升干燥速度等为目的,在聚合时充入气泡(尤其是惰性气体)或 各种发泡剂(例如有机或无机的碳酸盐、偶氮化合物、尿素化合物),从而在聚合时或干燥 时发泡至原体积的例如1. 001?10倍。
[0130] 此外,为了促进聚合过程中的发泡以及提高所得的聚合凝胶的流动性等处理性, 也可以在待被提供给聚合步骤的单体水溶液中,及/或在聚合步骤中,添加与后述表面活 性剂不同的其他表面活性剂。为此所用的其他表面活性剂可以是国际公开第2011/078298 号文本的段落〔0115〕?〔0123〕中记载的表面活性剂。
[0131] 本发明中的聚合步骤既可以在常压下,也可以在减压下,还可以在加压下进行,但 优选在常压(101. 3kPa(l个大气压)或常压邻域(常压±10% ))下进行。另外,聚合开 始时的温度虽然视所用的聚合引发剂的不同而不同,但优选为15?130°C,更优选为20? 120。。。
[0132] (聚合引发剂)
[0133] 本发明中所用的聚合引发剂可以视聚合形态适当决定,并无特别限定,可例举光 分解型聚合引发剂、热分解型聚合引发剂、氧化还原系聚合引发剂等。本发明中的聚合通过 这些聚合引发剂开始进行。
[0134] 作为上述光分解型聚合引发剂,可列举苯偶姻衍生物、苯偶酰衍生物、苯乙酮衍生 物、二苯酮衍生物、偶氮化合物等。
[0135] 作为上述热分解型聚合引发剂,可例举:过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵等过硫酸 盐;过氧化氢、过氧化叔丁烷、过氧化甲乙酮等过氧化物;二氢氯化2, 2' -偶氮双(2-脒基 丙烧)、二氢氯化2, 2' -偶氣双[2_(2_咪挫啉_2_基)丙烧]等偶氣化合物等。
[0136] 关于上述氧化还原系聚合引发剂,例如有将上述过硫酸盐及过氧化物,与L-抗坏 血酸及亚硫酸氢钠等还原性化合物并用而成的氧化还原系聚合引发剂。
[0137] 将上述光分解型聚合引发剂与上述热分解型聚合引发剂并用的方案也是优选的 实施方案。此外,还可将紫外线、电子射线、γ射线等活性能量线单独地使用或与上述聚合 引发剂并用。
[0138] 相对于上述单体的全量,上述聚合引发剂的用量优选为0. 0001?1摩尔%,更优 选为0. 0005?0. 5摩尔%。该用量若超过1摩尔%,吸水性树脂粉末的色调就可能发生恶 化。另外,该用量若低于0. 0001摩尔%,残留单体就可能增加。
[0139] (更佳的聚合方法)
[0140] 从吸水性树脂粉末的物理性质(例如吸水速度及渗液性)及聚合控制的容易性等 观点看,优选将反相悬浮聚合、喷雾聚合、液滴聚合及水溶液聚合中的至少1种,尤其优选 将水溶液聚合用作本发明中的丙烯酸(盐)系单体水溶液的聚合方法。
[0141] 作为上述水溶液聚合的一例优选方式,可例举高温下开始的水溶液聚合、高浓度 下的水溶液聚合、进而它们组合而成的高浓度-高温下开始的水溶液聚合。高温下开始的 水溶液聚合的聚合开始温度优选为40°C以上,进而优选为50°C以上,更优选为60°C以上, 尤其优选为70°C以上,最优选为80°C以上(上限为沸点)。高浓度下的水溶液聚合的单体 浓度优选为40质量%以上,进而优选为45质量%以上,更优选为50质量%以上(上限为 90质量%,优选为80质量%,更优选为70质量% )。
[0142] 关于聚合方案,优选捏和机聚合或传送带聚合。上述水溶液聚合的优选方案例如 有传送带连续聚合(美国专利第4893999号、美国专利第6241928号、美国专利申请公开第 2005/215734号、国际公开第2008/114847号文本等中有揭示)、捏和机连续聚合、捏和机批 次聚合(美国专利第6987151号、美国专利第6710141号、国际公开第2008/114848号文本 等中有揭不)等。
[0143] 此外,还可例举将水溶液聚合的上述优选方式与优选聚合方案组合而成的:高温 下开始的水溶液连续聚合、高浓度下的水溶液连续聚合、高浓度-高温下开始的水溶液连 续聚合。
[0144] 作为另一优选例,例如优选聚合开始温度为15°C以上且单体浓度为30质量%以 上的捏和机批次聚合或捏和机连续聚合。
[0145] 另外,在上述聚合时,聚合开始时间(自添加了聚合引发剂时起,至开始发生聚合 的时间)优选超过〇秒且在300秒以内,更优选为1?240秒。
[0146] 通过采用上述的水溶液聚合方案,就能以高生产性来生产吸水性树脂粉末。这里, 优选将上述聚合方法用于平均每条生产线产量多的庞大规模制造装置。上述产量优选为 0. 5[t/hr]以上,进而优选为l[t/hr]以上,更优选为5[t/hr]以上,尤其优选为10[t/hr] 以上。
[0147] (2-3)凝胶粉碎步骤
[0148] 本步骤是:对经上述聚合步骤等(尤其是水溶液聚合)而得的含水凝胶状交联聚 合物(以下称"含水凝胶")进行凝胶粉碎,从而获得颗粒状的含水凝胶(以下称"颗粒状 含水凝胶")的任意性步骤。
[0149] 通过在水溶液聚合的过程中对上述含水凝胶进行凝胶粉碎、尤其混炼式凝胶粉碎 来完成细粒化,便能使获得的吸收性树脂兼备吸水速度和渗液性,还能使耐冲击性得到提 高。即,为解决本发明的课题,相比于不进行凝胶粉碎的反相悬浮聚合,更优选采用水溶液 聚合,尤其优选采用能在聚合中(例如捏合机聚合)或聚合后(例如传动带聚合,视需要还 可进而实施捏和机聚合)实现凝胶粉碎的水溶液聚合。
[0150] 本发明中所能使用的凝胶粉碎机并无特别限定,可例举批次式或连续式的双臂型 捏合机等、具备多个旋转搅拌叶片的凝胶粉碎机、单轴挤压机、双轴挤压机、绞肉机等。其 中,优选在头端具备有多孔板的螺旋型挤压机。关于在头端具备有多孔板的螺旋型挤压机, 可例举日本国专利申请公开公报"特开2000-063527号公报"中揭示的螺旋型挤压机。
[0151] 本发明的凝胶粉碎步骤中,从颗粒状含水凝胶的粒度控制和吸水性树脂物理性质 的观点看,凝胶粉碎前的含水凝胶的温度(凝胶温度)优选为60?120°C,更优选为65? IKTC。上述凝胶温度若低于60°C,含水凝胶在其特性上就可能发生硬度增大而难以在凝胶 粉碎时控制好颗粒形状及粒度分布。另外,上述凝胶温度若超过120°C,含水凝胶的软度就 可能增加而难以控制好颗粒形状及粒度分布。这里,上述凝胶温度可通过聚合时的温度、聚 合后的加热或冷却等来控制。
[0152] 另外,凝胶粉碎后的颗粒状含水凝胶的重均粒径(D50)(以筛分级方式规定)优选 为0· 5?3mm,进而优选为0· 6?2mm,更优选为0· 8?I. 5mm。另外,粒径5mm以上的粗大 颗粒状含水凝胶在颗粒状含水凝胶全体中的比率优选为10质量%以下,进而优选为5质 量%以下,更优选为1质量%以下。
[0153] 本发明中,聚合步骤及凝胶粉碎步骤中均可运用以下方法:在聚合时对含水凝胶 状交联聚合物进行凝胶粉碎的捏合机聚合方法、将经传送带连续聚合而得的含水凝胶状交 联聚合物提供给凝胶粉碎步骤的方法。
[0154] (2-4)干燥步骤
[0155] 本步骤是,对经上述聚合步骤等而得的含水凝胶进行干燥来获得干燥聚合物的步 骤。这里,上述聚合步骤中采用的若是水溶液聚合,则在含水凝胶的干燥前及/或干燥后进 行凝胶粉碎(细粒化)。另外,经干燥步骤而得的干燥聚合物(凝聚物)可就此直接提供给 粉碎步骤。
[0156] 本步骤的干燥方法并无特别限定,可采用各种方法。具体的干燥方法例如有加 热干燥、热风干燥、减压干燥、红外线干燥、微波干燥、与疏水性有机溶剂的共沸脱水干燥、 运用高温水蒸汽的高湿干燥等,这些干燥法可使用1种或并用2种以上。干燥温度优选为 100?300°C,更优选为150?250°C。
[0157] 另外,干燥时间虽取决于含水凝胶的表面积及含水率、干燥机种类等,但并无特别 限定,优选例如为1分钟?5小时,更优选为5分钟?1小时。此外,根据干燥后的减少量 (Ig粉末或颗粒在180°C下被干燥3小时后的干燥前后间质量变化)所求得的树脂固形成 分量优选为80质量%以上,进而优选为85?99质量%,更优选为90?98质量%。
[0158] (2-5)粉碎/分级步骤
[0159] 本步骤是对经上述干燥步骤而得的干燥聚合物进行粉碎及/或分级的步骤,优选 是具特定粒度的吸水性树脂粉末的获取步骤。这里,本步骤与上述(2-3)凝胶粉碎步骤的 区别在于,粉碎对象物已接受过干燥步骤。另外,粉碎步骤后的吸水性树脂有时也称"粉碎 物"。
[0160] (粒度分布)
[0161] 从获得的吸水性树脂的吸水速度及渗液性、加压下吸收倍率等观点看,表面交联 前的吸水性树脂粉末的重均粒径(D50)优选落入200?600 μπι的范围,进而优选落入 200?550 μ m的范围,更优选落入250?500 μ m的范围,尤其优选落入350?450 μ m的范 围。另外,以标准筛分级方式规定的粒径低于150 μm的微粒越少越好,从获得的吸水性树 脂的渗液性等观点看,该微粒的含量优选为〇?5质量%,进而优选为0?3质量%,更优 选为〇?1质量%。
[0162] 此外,以标准筛分级方式规定的粒径850 μ m以上的粗大颗粒越少越好,从获得的 吸水性树脂的吸水速度等观点看,该粗大颗粒的含量优选为〇?5质量%,进而优选为0? 3质量%,更优选为0?1质量%。另外,710 ym以上的大颗粒的含量优选为0?20质量%, 更优选为〇?10质量%,进而优选为〇?5质量%,进而优选为0?3质量%,尤其优选为 〇?1质量%。
[0163] 另外,关于粒径的分布范围,从获得的吸水性树脂的吸水速度和渗液性、加压下吸 收倍率等观点看,落入150 μm以上且低于850 μm的范围、进而落入150 μm以上且低于 710 μ m的范围内的颗粒优选占95质量%以上,更优选占98质量%以上,进而优选占99质 量%以上(上限为100质量% )。
[0164] 吸水性树脂粉末的重均粒径或粒径(以下也简称"粒度"),可通过聚合步骤、凝 胶粉碎步骤、干燥步骤的粉碎/分级步骤来控制,尤其优选通过干燥后的分级步骤
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