聚丙烯酸(盐)系吸水剂的制造方法及其吸水剂的制作方法_3

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来控 制。另外,关于上述粒度的测定,可利用JIS标准筛(Z8801-1 (2000))并依照国际公开第 2004/69915号及EDANA-ERT420. 2-02中规定的方法来进行。
[0165] 关于本发明中吸水性树脂粉末的形状,既可以是球状物及其凝聚物,也可以是对 含水凝胶或干燥聚合物实施粉碎步骤而得的无规破碎状物,但从所得的吸水性树脂的吸水 速度观点看,优选是无规破碎状物或其造粒物。
[0166] 为更好地解决本发明的课题,优选经表面交联后的产物也具有上述粒度,更优选 作为最终制品的吸水剂也具有上述粒度。
[0167] (2-6)微粉回收步骤
[0168] 本发明的制造方法中,在干燥步骤之后含有分级步骤(包括表面交联步骤之后的 第2分级步骤。以下同样)。经上述分级步骤而将筛过筛孔150 μπι标准筛的吸水性树脂微 粒分离出后,优选将分离出的吸水性树脂微粒或其水添加物回收(再利用)给处在干燥步 骤之前的步骤。这里,上述分级步骤中所除去的粗大颗粒可以视需要再度粉碎。另外,上述 分级步骤中所除去的微粒既可以废弃,也可用于其他用途,还可提供给本微粉回收步骤。
[0169] 通过除去上述微粒,所得的吸水性树脂的渗液性(例如SFC)便能提高,且通过本 步骤,能进一步提高所得的吸水性树脂的吸水速度(例如FSR)。
[0170] S卩,本发明的制造方法中,微粉回收步骤是指如下步骤:将干燥步骤中及视需要而 用的粉碎、分级步骤中发生的吸水性树脂微粒(尤其指全体中有70质量%以上的颗粒为粒 径150 μ m以下;以下也称"微粉")分离出后,将分离出的该吸水性树脂微粒就此直接地,或 将其水合物或造粒物回收给处在干燥步骤之前的步骤,优选回收给聚合步骤、凝胶粉碎步 骤或干燥步骤。
[0171] 通过回收微粉,便能控制吸水性树脂及吸水剂的粒度,且经本步骤而得的吸水性 树脂的吸水速度能进而提高。
[0172] 所回收的微粉既可以是表面交联前的微粉,也可以是表面交联后的微粉。微粉的 回收量优选是干燥聚合物的1?40质量%,更优选5?30质量%。
[0173] 本发明中较佳的微粉回收方法如下:在聚合前的单体水溶液、聚合中的含水凝 胶、或干燥步骤所用的干燥机中,混合吸水性树脂微粉或其水合物及造粒物、视需要而用 的无机微粒等。这里,关于将微粉回收给聚合前的单体水溶液的回收方法,在国际公开第 92/001008号、国际公开第92/020723号中有披露。关于将微粉回收给聚合中的含水凝 胶的回收方法,在国际公开第2007/074167号、国际公开第2009/109563号、国际公开第 2009/153196号、国际公开第2010/006937号中有披露。关于将微粉回收给干燥步骤(干燥 机)的回收方法,在美国专利第6228930号等中有披露。这些微粉回收方法可较好地用作 本发明中的微粉回收方法。
[0174] (2-7)表面交联剂添加步骤
[0175] 本步骤用于制备:含有供表面交联步骤所用的表面交联剂的吸水性树脂粉末。一 般而言,表面交联可以通过以下方式等来进行:添加后述的有机表面交联剂;在吸水性树 脂粉末表面进行单体聚合;添加过硫酸盐等自由基聚合引发剂;以及进行加热/紫外线照 射。本发明中的表面交联剂添加步骤中,优选将有机表面交联剂添加给经上述分级步骤而 得的吸水性树脂粉末、或进而接受过微粉回收步骤的吸水性树脂粉末。另外,表面交联剂添 加步骤也可以与后述的渗液性提升剂添加步骤同时进行。
[0176] (有机表面交联剂)
[0177] 从获得的吸水性树脂粉末的物理性质观点看,本发明中所能用的有机表面交联剂 例如有:多元醇化合物、环氧化合物、多价胺化合物或该多价胺化合物与齒化环氧化合物的 缩合物、噁唑啉化合物、(单)噁唑烷酮化合物、(二)噁唑烷酮化合物、(多)噁唑烷酮化 合物、氧杂环丁烷化合物、烷撑碳酸酯化合物等。其中,尤其优选包含多元醇化合物、烷撑碳 酸酯化合物、噁唑烷酮化合物等的需要高温缩水反应的缩水反应性交联剂。
[0178] 上述缩水反应性表面交联剂是指:该表面交联剂中作为官能基的羟基或氨基能与 聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂粉末中作为官能基的羧基发生缩水酯化反应、或缩水酰胺化 反应的表面交联剂。如烷撑碳酸酯化合物及噁唑烷酮化合物那样能自环状交联剂产生羟基 及氨基或经历羟基及氨基的表面交联剂,也属于缩水反应性表面交联剂。
[0179] 上述有机表面交联剂具体例如有:(二)乙二醇、(三)乙二醇、(四)乙二醇、 (聚)乙二醇、(二)丙二醇、(聚)丙二醇、1,3-丙二醇、2, 2, 4-三甲基-1,3-戊二醇、 (聚)丙三醇、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、 三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺、季戊四醇、山梨糖醇等多元醇化合物;(聚)乙二醇二 缩水甘油醚、(二)丙三醇聚缩水甘油醚、(聚)丙三醇聚缩水甘油醚、缩水甘油等环氧化 合物;2-噁唑啉酮、N-羟乙基-2-噁唑啉酮、1,2-乙撑双噁唑啉等噁唑啉化合物;1,3-二 氧杂环戊烷-2-酮、4-甲基-1,3-二氧杂环戊烷-2-酮、4, 5-二甲基-1,3-二氧杂环戊 烷-2-酮、4, 4-二甲基-1,3-二氧杂环戊烷-2-酮、4-乙基-1,3-二氧杂环戊烷-2-酮、 4-羟甲基-1,3-二氧杂环戊烷-2-酮、1,3-二氧杂环己烷-2-酮、4-甲基-1,3-二氧杂环 己烷-2-酮、4, 6-二甲基-1,3-二氧杂环己烷-2-酮、1,3-二氧杂环烃-2-酮等烷撑碳酸 酯化合物;氯环氧丙烷、溴环氧丙烷、α -甲基氯环氧丙烷等卤化环氧化合物、及该卤化环 氧化合物的多价胺加成物(例如Herculse公司制造的KYMENE (注册商标));γ -缩水甘油 基氧丙基-三甲氧基硅烷、γ -氨基丙基-三乙氧基硅烷等硅烷偶合剂;3-甲基-3-氧杂环 丁烷甲醇、3-乙基-3-氧杂环丁烷甲醇、3- 丁基-3-氧杂环丁烷甲醇、3-甲基-3-氧杂环丁 烷乙醇、3-乙基-3-氧杂环丁烷乙醇、3- 丁基-3-氧杂环丁烷乙醇、3-氯甲基-3-甲基氧杂 环丁烷、3-氯甲基-3-乙基氧杂环丁烷、多价氧杂环丁烷等氧杂环丁烷化合物;2-咪唑烷酮 等环脲化合物等。
[0180] 其中,有机表面交联剂优选选自多元醇化合物、环氧化合物、噁唑啉化合物、烷撑 碳酸酯化合物。更优选将选自多元醇化合物的化合物,与选自除多元醇以外的有机表面交 联剂(环氧化合物、噁唑酮化合物、烷撑碳酸酯化合物)的化合物并用。
[0181] 从获得的吸水性树脂粉末的物理性质可更高的观点看,尤其将多元醇与多元醇以 外的化合物(优选环氧化合物或烷撑碳酸酯,尤其优选烷撑碳酸酯)并用为佳。作为较佳的 表面交联方法,可运用专利文献45 (国际公开第2012/102406号文本)及专利文献46 (国 际公开第2012/102407号文本)中揭示的方法。
[0182] 作为有机表面交联剂,优选从多元醇、烷撑碳酸酯、噁唑烷酮化合物、氧杂环丁烷 化合物、氨基醇化合物中选出多种化合物来并用,尤其优选将多元醇与选自烷撑碳酸酯、噁 唑烷酮化合物、氧杂环丁烷化合物的环状化合物并用。更优选如专利文献45、46揭示的那 样将多元醇与烷撑碳酸酯并用。尤其优选将专利文献45、46的栏目(2-8)、(2-9)、(3-3)? (3-9)中揭示的方法用于本发明中的表面交联剂添加步骤,这些文献中揭示的相关内容就 相当于本说明书中的内容。
[0183] 上述多元醇是碳数2?8的多元醇,优选是碳数3?6的多元醇,尤其优选是碳数 3乃至4的多元醇。具体而言,上述多元醇优选是二元醇,例如有乙二醇、丙二醇、1,3-丙二 醇、1,4_ 丁二醇。
[0184] 若是将多元醇与多元醇以外的表面交联剂并用来作为缩水反应性表面交联剂,那 么在以"多元醇的质量:多元醇以外的表面交联剂之总质量"来表达这两方的比率(质量 比)时,则该比率一般为1:9?9:1,优选为2:8?8:2,更优选为3:7?7:3,尤其优选为 5:5?7:3。所并用的上述除多元醇以外的缩水反应性表面交联剂优选是上述环状化合物, 进而优选是烷撑碳酸酯,更优选是碳酸乙酯。
[0185] 作为本发明中的多元醇化合物,可较好地使用丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇。 另外,作为本发明中的环氧化合物,可较好地使用聚缩水甘油。作为本发明中的噁唑啉化合 物,可较好地使用2-噁唑烷酮。作为本发明中的烷撑碳酸酯化合物,可较好地使用1,3_二 氧杂环戊烷-2-酮。
[0186] 与上述有机表面交联剂混合的溶剂的温度可以适当决定,但若温度过低,溶解度 及粘度就可能过度下降。尤其是若将后述的固体非高分子有机化合物,特别是若将碳酸乙 酯用作表面交联剂,则优选将加热至室温以上(优选30?KKTC,进而优选35?70°C,更 优选40?65 °C )的水用作溶剂。
[0187] S卩,与非高分子有机化合物(尤其指固体的表面交联剂,进而指固体多元醇及固 体烷撑碳酸酯等环状化合物)混合的其他化合物优选经过了加温,尤其是与该非高分子有 机化合物混合的水优选经过了加温,加温的温度更优选落入上述的温度范围。
[0188] 烷撑碳酸酯化合物或上述多元醇化合物、尤其固体的烷撑碳酸酯化合物优选在与 水混合前预先接受加热。加热温度优选高于添加水后的表面交联剂溶液的温度。具体而言, 若使用固体的烷撑碳酸酯化合物,则优选多元醇、尤其固体的多元醇也接受加热熔融,加热 的温度优选为30?KKTC,进而优选为35?70 °C、更优选为40?65 °C。
[0189] (混合比的调整)
[0190] 本发明中表面交联剂溶液混合比的调整取决于表面交联剂溶液的浓度及比率的 微妙变动。尤其是因每天或每种季节的气温变化,表面交联剂溶液的浓度及比率有时会发 生微妙的变动。因此优选用质量流量计、尤其是科里奥利式质量流量计来测定本发明中的 表面交联剂溶液的流量,并将其与吸水性树脂粉末混合。
[0191] 运动的质量体如果受到垂直于其运动方向的振动,则会发生与该质量体的速度相 应的科里奥利力。科里奥利质量流量计具备用于正确产生科里奥利效应的共振计测管,当 流体(即质量体)在该计测管中移动时,便产生科里奥利力。而通过出口和入口处的传感 器,可检测出计测管的振动相位差。微处理器使用并分析该振动相位差的信息,从而算出质 量流量。此外,科里奥利质量流量计能根据计测管的共振频率来直接测出流体密度,且还能 测定计测管的温度,以校正温度带来的影响。该温度的信号表达的是流程温度,也可用作输 出信号。科里奥利质量流量计不仅可较好地用来将表面交联剂调配成规定的比率,还可较 好地用来将调配好的表面交联剂添加给吸水性树脂。
[0192] (溶剂及浓度)
[0193] 若是使用上述有机表面交联剂,那么相对于待被添加上述有机表面交联剂前的上 述吸水性树脂100质量份,全部添加处理中所用的上述有机表面交联剂的总用量优选为 0. 001?15质量份,更优选为0. 01?5质量份。
[0194] 若是从多元醇化合物以及除多元醇化合物以外的化合物当中选出2种化合物来 用作有机表面交联剂,那么相对于待被添加该有机表面交联剂前的上述吸水性树脂100质 量份,全部添加处理中所用的多元醇化合物的总量优选为0. 001?10质量份、更优选为 0. 01?5质量份,并且,全部添加处理中所用的除多元醇化合物以外的化合物的总量优选 为0. 001?10质量份、更优选为0. 01?5质量份。
[0195] 表面交联剂溶液优选含有水。即,表面交联剂溶液优选是表面交联剂水溶液。相 对于添加处理前的上述吸水性树脂100质量份,全部添加处理中所用的水的总量优选为 0. 5?20质量份,更优选为0. 5?10质量份。这里,表面交联剂中的结晶水及水合态的水 等也包括在该水量之内。
[0196] 此外,还可以在表面交联剂添加步骤中使用亲水性有机溶剂。相对于添加处理前 的上述吸水性树脂100质量份,该亲水性有机溶剂的量优选超过0质量份且在10质量份以 下,更优选超过0质量份且在5质量份以下。作为该亲水性有机溶剂,除了可例举碳数1? 碳数4的一元醇、进而碳数2?碳数3的一元醇,还可例举丙酮等碳数4以下的低级酮等。 上述亲水性有机溶剂尤其优选是沸点低于150°C的、进而低于100 °C的挥发性醇类,其在表 面交联处理时会挥发而无残留物,因此优选。
[0197] 作为上述亲水性有机溶剂,具体可例举:甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁 醇、叔丁醇等低级醇类;丙酮等酮类;二噁烷、四氢呋喃、甲氧基(聚)乙二醇等醚类;ε -己 内酰胺,N,N-二甲基甲酰胺等酰胺类;二甲基亚砜等亚砜类;聚氧丙烯、氧乙烯-氧丙烯嵌 段共聚物等多元醇类化合物等。
[0198] 此外,在向吸水性树脂粉末混合表面交联剂溶液时,也可在无损本发明效果的前 提下添加不溶水性微粒及表面活性剂。具体为,相对于添加处理前的吸水性树脂100质量 份,该吸水性树脂中可以共存超过0质量份且在10质量份以下的、优选超过0质量份且在5 质量份以下的、更优选超过〇质量份且在1质量份以下的不溶水性微粒及表面活性剂。此 方案中,可以将美国专利第7473739号等中揭示的表面活性剂等用作本发明中的表面活性 剂等。
[0199] 上述表面交联剂溶液中的表面交联剂浓度可适当决定。若以全部添加处理中所用 的各种上述表面交联剂溶液中的表面交联剂之总量来计算,则本发明中的表面交联剂溶液 是:表面交联剂浓度为1?80质量%、进而5?60质量%、进而10?40质量%、进而15? 30质量%的水溶液。这里,作为溶液中的其余成分,也可含有上述亲水性有机溶剂及其他成 分。
[0200] 上述表面交联剂溶液的温度可以视所用的表面交联剂的溶解度或该表面交联剂 溶液的粘度等来适当决定。上述表面交联剂溶液的温度优选为-10?100°c,进而优选为 5?70°C,更优选为10?65°C,尤其优选为25?50°C。若上述表面交联剂溶液的温度过 高,就可能在表面交联剂溶液与吸水性树脂粉末的混合前或反应前发生以下问题而欠佳: (1)当上述表面交联剂为环状表面交联剂时,该环状表面交联剂会发生水解(例如碳酸乙 酯水解为乙二醇,噁唑烷酮水解为乙醇胺);或(2)上述表面交联剂溶液中所含的水及亲水 性有机溶剂发生挥发等而导致混合性下降。另外,若上述表面交联剂溶液的温度过低,就可 能出现以下问题:(1)上述表面交联剂溶液发生凝固;或(2)上述表面交联剂溶液发生析 出。
[0201] (表面活性剂)
[0202] 本发明的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂粉末可以含有表面活性剂。优选在本发明 的制造方法所包含的任意步骤中混入表面活性剂。
[0203] 通过在本发明的吸水性树脂粉末的表面覆盖表面活性剂,能获得高吸水速度及高 渗液性的吸水性树脂粉末。这里,本发明中的表面活性剂并无特别限定,可例举国际公开第 97/017397号及美国专利第6107358号中揭示的表面活性剂,S卩非离子性表面活性剂、阴离 子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂、两性表面活性剂等。这些表面活性剂只要与丙烯酸 (盐)系单体及吸水性树脂粉末具有聚合性及反应性即可。关于具体的表面活性剂化合物, 可运用上述专利文献45、46的栏目(2-1)中揭示的化合物。
[0204] 所用的表面活性剂的种类及用量可适当决定。优选以满足美国专利第 2006/204755号揭示的表面张力范围的方式来使用本发明中的表面活性剂。具体为,相对 于吸水性树脂量,本发明中的表面活性剂优选落入0?0. 5重量份的范围,进而优选落入 0. 00001?0. 1重量份的范围,进而优选落入0. 001?0. 05重量份的范围。上述的表面活 性剂当中,优选采用阴离子性表面活性剂、非离子性表面活性剂、或硅酮系表面活性剂,更 优选采用非离子性表面活性剂或硅酮系表面活性剂。
[0205] (表面交联剂溶液与酸或碱的并用)
[0206] 为了促进表面交联剂的反应及均匀混合,上述表面交联剂溶液不仅可以含有上述 有机表面交联剂、上述亲水性有机溶剂、上述表面活性剂及上述不溶水性微粒,还可以含有 酸或碱。
[0207] 作为上述酸或碱,可以使用有机酸或其盐、无机酸或其盐、无机碱。相对于上述表 面交联剂溶液添加处理前的上述吸水性树脂100质量份,上述酸或碱的用量可适当地为 〇?10质量份,进而优选为〇. 001?5质量份,更优选为0. 01?3质量份。关于上述有机 酸,可例举碳数1?6的、优选碳数2?4的水溶性有机酸、水溶性饱和有机酸、含羟基的饱 和有机酸。尤其优选含羟基的饱和有机酸。
[0208] 关于上述酸或碱的其他例子,可例举非交联性的水溶性无机碱类(优选碱金属 盐、铵盐、碱金属氢氧化物、及氨或氨的氢氧化物)、以及非还原性碱金属盐pH缓冲剂(优选 碳酸氢盐、磷酸二氢盐、磷酸氢盐等)等。
[0209] (表面交联剂溶液的添加方法)
[0210] 通过添加处理,上述表面交联剂添加给吸水性树脂粉末。该添加处理的方法并无 特别限定,例如有(1)将吸水性树脂浸渍于亲水性有机溶剂中来使吸水性树脂吸附表面交 联剂的方法、(2)直接将表面交联剂溶液喷雾或滴入吸水性树脂来混合的方法等。从向吸 水性树脂均匀添加给定量的表面交联剂的观点看,优选上述方法(2)。此外,在该添加处理 的过程中,为了均匀添加表面交联剂,优选一边搅拌吸水性树脂一边添加,更优选以喷雾方 式添加表面交联剂。
[0211] 在添加处理中,若要使用2种以上不同组分的上述表面交联剂,那么例如可以用 不同的喷雾喷嘴同时添加,但从均匀添加的观点看,优选将单一组分的表面交联剂调整之 后再进行添加。另外,表面交联剂若是单一组分,那么也可以在考虑添加处理装置的大小和 处理量、以及喷雾喷嘴的喷雾角等的基础上使用多个喷雾喷嘴。
[0212] 作为上述添加处理时所用的装置(以下也称"混合装置"),例如可较好地采用圆 筒式混合机、双层壁圆锥式混合机、V字式混合机、蝴蝶结式混合机、螺旋式混合机、流动炉、 旋盘式混合机、气流式混合机、双臂式捏和机、内混合机、粉碎式捏和机、旋转式混合机、螺 旋式挤压机、端流增强器(turbulizer)、Proshare(注册商标)混合机等。此外,对于商业 性生产等的大规模生产,上述混合装置优选是能连续混合的装置。另外,各添加处理可用同 一装置来进行,也可用不同装置来进行。
[0213] 提供给本步骤的吸水性树脂粉末优选被加热/保温,上述吸水性树脂粉末的温度 优选落入30?100°C的范围,进而优选落入35?80°C的范围,更优选落入40?70°C的范 围。上述吸水性树脂粉末的温度若过低,就可能因表面交联剂的析出及吸水性树脂的吸湿 等而导致表面处理不充分或不均匀等。另外,上述吸水性树脂粉末的温度若过高,尤其是 若表面交联剂溶液为表面交联剂水溶液且其温度超过了水的沸点,就可能因表面交联剂水 溶液中的水的蒸发等而引起表面交联剂的析出等。此外,经本步骤而得的上述表面交联剂 溶液与吸水性树脂粉末的混合物的温度优选落入30°C?100°C的范围,进而优选落入30? 90°C的范围,更优选落入30?80°C的范围。通过使上述混合物的温度落入上述范围内,可 发挥如下效果:添加的表面交联剂在后续的表面交联步骤中可有效地反应,且能确保适度 的流动性。
[0214] (2-8)表面交联步骤
[0215] 本步骤是:为提高吸水性树脂粉末的加压下吸收倍率及渗液性而进行加热处理, 由此在吸水性树脂粉末的表面或表面附近完成交联处理的步骤。本步骤能与上述表面交联 剂添加步骤同时实施或在上述表面交联剂添加步骤之后实施。从品质稳定化的观点看,优 选在上述表面交联剂添加步骤之后实施。本发明的制造方法中,本步骤既可以实施单次,也 可以按同一条件或不同条件实施多次。但本步骤至少要在露点被控制成特定值的环境中实 施1次,由此能获得本发明的吸水剂。
[0216] (加热装置)
[0217] 关于本发明中所用的加热装置,可例举具有能给公知的干燥机或加热炉创建规定 环境的排气机构及/或供气机构的连续式或分批式(批次式)加热装置,优选连续式加热 装置。
[0218] 该加热装置的加热方式以热传导式、热辐射式、热风传热式、介电加热式为佳。加 热方式优选是热传导式及/或热风传热式,更优选是热传导式。
[0219] 该加热装置的控制温度只要能将吸水性树脂加热到后述的温度即可,表面交联步 骤无需自始至终为恒定温度。但为了防止局部过加热等,加热装置的温度优选为100? 300°C,进而优选为120?280°C,更
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