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:8302665阅读:来源:国知局
点来看,优选使用饱和浓度以下的丙烯酸(盐)系单体水溶液。
[0107] 优选将水用作单体的溶剂。单体的溶剂为水时,则将丙烯酸(盐)系单体作的溶 液作为水溶液来看待。在此,"水溶液"并不限指其溶剂的100质量%均为水,也可以并用有 水溶性有机溶剂(例如醇类等)〇?30质量%,优选0?5质量%。在本说明书中,这些均 作为"水溶液"来看待。
[0108] 在本说明书中,"制备中的丙烯酸(盐)系单体水溶液"是指,以所述丙烯酸(盐) 为主成分的单体水溶液中尚未被混入全部组分前的丙烯酸(盐)水溶液,具体为丙烯酸水 溶液、完全中和的或部分中和的丙烯酸盐水溶液。
[0109] 通过对制备中的丙烯酸(盐)系单体水溶液进一步接受中和后,或被混合了作为 溶剂的水后,或被混合了所述微量成分等后,便成为最终的丙烯酸(盐)系单体水溶液。该 最终的丙烯酸(盐)系单体水溶液被投入聚合装置前的状态、或虽被投入了聚合装置但聚 合未开始前的状态,称为"聚合步骤前的制备后的丙烯酸(盐)系单体水溶液"。
[0110] (单体)
[0111] 本发明的丙烯酸(盐)系单体只要经聚合而能成为吸水性树脂,则无特别限制。 例如有:(甲基)丙烯酸、马来酸(酐)、衣康酸、桂皮酸、乙烯基磺酸、丙烯基甲苯磺酸、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)丙烯酰乙烷磺 酸、2_(甲基)丙烯酰丙烷磺酸、2-羟基乙基(甲基)丙烯酰基磷酯盐等阴离子性不饱和单 体(盐);含巯基的不饱和单体;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)丙烯酰胺等含氨基的不饱和单体;N,N-二甲基氨基乙 基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二甲基氨基丙基(甲 基)丙烯酸铵等含氨基的不包含单体等。
[0112] 相对于全部单体(内部交联剂除外),所述丙烯酸(盐)系单体的含量(用量)通 常为50摩尔%以上,优选70摩尔%以上,进而优选80摩尔%以上,更优选90摩尔%以上, 特别优选95摩尔%以上(上限为100摩尔%)。本发明中的聚丙烯酸(盐)并不限指未中 和物(中和率为〇摩尔% ),也可以为部分中和物或完全中和物(中和率为100摩尔% )。
[0113] 本发明中的丙烯酸(盐)系单体的中和率、或聚合后的含水凝胶状交联聚合物的 中和率并无特别限定,但从获得的吸水性树脂粉末的物理性质或表面交联剂的反应性的观 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%。
[0114] 当所述中和率较低时,所获得的吸水性树脂的吸水速度(例如,FSR)就有降低的 倾向。相反,当中和率较高时,聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂粉末与交联剂的反应性、特别 是与下述缩水反应性表面交联剂的反应性就会下降而导致吸水性树脂的生产性或液体渗 透性(例如SFC)、加压下吸收倍率(例如AAP或PUP)呈下降倾向,因此优选上述范围内的 中和率。
[0115] 从获得的作为最终产品的吸水剂的无加压下吸收倍率(CRC)及加压下吸收倍率 (AAP或PUP)的观点来看,丙烯酸(盐)系单体或含水凝胶状交联聚合物可以部分地或全 部为盐型,优选为碱金属盐(钠盐、锂盐、钾盐)、铵盐、胺类等一价盐,其中进而优选碱金属 盐,更优选钠盐和/或钾盐,从成本及物理性质的观点来看,特别优选钠盐。
[0116] (阻聚剂)
[0117] 本发明中的丙烯酸(盐)系单体包括阻聚剂。该阻聚剂并没有特别的限定,例如有 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,经取代的酚类中特别优选甲氧基酚类。
[0118] 所述甲氧基酚类例如有:偏甲氧基苯酚、间甲氧基苯酚、对甲氧基苯酚;或,具有1 个或2个以上甲基、t-丁基、羟基等取代基的甲氧基苯酚类等。在本发明中,特别优选对甲 氧基苯酚。
[0119] 相对于所述丙烯酸(盐)系单体的全量,所述丙烯酸(盐)系单体中的所述阻聚 剂的含量优选为10?200ppm,并依次更加优选为5?160ppm、10?160ppm、10?lOOppm、 10?80ppm,最优选为10?70ppm。若所述含量超过200ppm,则所获得的吸水剂就有色调 恶化(如发黄或变黄等着色)的危险。另外,若所述含量小于5ppm,即,若通过蒸馏等提纯 步骤除去了所述阻聚剂,则引起不希望的聚合的风险性就可能增大。
[0120] (内部交联剂)
[0121] 本发明中,聚合时视需要而使用内部交联剂。该内部交联剂并无特别限定,可以使 用已知的交联剂,例如有:Ν,Ν'-亚甲基双(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、甘油三(甲 基)丙烯酸醋、甘油丙烯酸酯甲基异丁烯酸醋、乙烯氧化物改性三羟甲基丙烷三(甲基)丙 烯酸酯、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、三烯丙基磷酸 酯、三烯丙胺、聚(甲基)烯丙氧基烷、(聚)乙二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、乙 二醇、聚乙二醇、丙二醇、甘油、1,4_ 丁二醇、季戊四醇、乙二胺、碳酸乙酯、碳酸丙酯、聚乙亚 胺、缩水甘油基(甲基)丙烯酸酯等。考虑到反应性,这些化合物可以使用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。
[0122] 另外,当并用2种以上内部交联剂时,就能通过改变内部交联剂所拥有的官能基 的反应性,来使内部交联结构发生变化。因此,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、缩水甘油基化合物中 选择具有不同官能基的内部交联剂来并用。
[0123] 所述内部交联剂的用量可以根据所期望的吸水剂的物理性质来适宜决定。相对于 全部的所述丙烯酸(盐)系单体,所述内部交联剂的用量优选为0.001?5摩尔%,进而 优选为〇. 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,则各内部交联剂的用量相对于全部的所述丙烯酸(盐)系单体优选为〇. 001?5摩 尔%,进而优选为0. 005?2摩尔%,更优选为0. 01?1摩尔%。
[0124] 若该用量(并用2种以上时,则指它们的总量)小于0.001摩尔%,则所获得的吸 水剂的可溶水成分量会增多而可能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%,则所获得的吸水剂的交联密度会变高而可能导致吸水量不足。所述内部交联 剂可以全量添加进聚合步骤前的制备后的丙烯酸(盐)系单体水溶液中,也可以将一部分 该内部交联剂在聚合开始之后再添加。
[0125] (分散剂)
[0126] 本发明中能够使用的分散剂并无特别的限定,优选吸水性高分子分散剂、表现出 吸水性的亲水性高分子分散剂、或水溶性高分子分散剂,进而优选水溶性高分子分散剂。另 夕卜,所述分散剂的重均分子量可以视该分散剂的种类来适宜决定,优选为500?10000000, 进而优选为5000?5000000,特别优选为10000?3000000。
[0127] 所述分散剂的种类并无特别限定,例如有淀粉、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。其中,从不损害本发明的吸水剂的亲水性的观点来看,优选 选自淀粉、纤维素、PVA的水溶性高分子分散剂。
[0128] 所述分散剂的用量相对于丙烯酸(盐)系单体100质量份,优选为0?50质量份, 进而优选0. 01?20质量份,更优选为0. 05?10质量份,特别优选为0. 1?5质量份。当 所述分散液超过50质量份时,吸水材的吸收特性有可能会降低。
[0129] (2-2)聚合步骤
[0130] (聚合方法)
[0131] 用于获得本发明的吸水性树脂粉末的聚合方法例如有,喷雾聚合、滴液聚合、整体 聚合、沉淀聚合、水溶液聚合或反相悬浮聚合等。为了解决本发明的课题,优选以单体水溶 液方式进行的水溶液聚合或反相悬浮聚合。
[0132] 所述水溶液聚合为不使用分散溶剂而使单体水溶液进行聚合的方法。例如有美国 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号等揭示的聚合方法。
[0133] 所述反相悬浮聚合为使单体水溶液在疏水性有机溶剂中悬浮来进行聚合的方法。 例如有美国专利第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号等揭示的聚合方法。本发明中的所述反相悬浮聚合 中,也可以运用于这些专利文献中揭示的单体、聚合引发剂等。
[0134] 所述聚合时的单体水溶液浓度并无特别限制,优选为20质量%?饱和浓度以下, 进而优选25?80质量%,更优选30?70质量%。若该浓度小于20质量%,则有可能导致 生产性降低。由于发现单体在以浆料(丙烯酸盐的水分散液)方式聚合时,物理性质会有 所下降,因此优选在饱和浓度以下进行聚合(参照日本国专利申请公开"特开平1-318021 号公报")。
[0135] 另外,为了促进聚合,提高吸水剂的物理性质,聚合时可以视需要而设置溶解氧的 脱气步骤(例如用惰性气体进行置换的置换步骤)。此外,为了提高吸水剂的吸水速度且增 加表面积或提高干燥速度,聚合时可以含有气泡(特别是惰性气体)或各种发泡剂(例如 有机或无机碳酸盐、偶氮化合物、尿素化合物)来进行发泡,以使体积在聚合时或干燥时增 加例如1. 001?10倍。
[0136] 进而,为了促进聚合中的发泡,或为了提高获得的聚合凝胶的流动性等操作性,也 可以与下述界面活性剂另行地,向待被提供给聚合步骤的单体水溶液中、和/或在聚合步 骤中添加界面活性剂。关于用于上述目的的界面活性剂,可以采用国际公开第2011/078298 号册子中第[0115]?[0123]段所记载的界面活性剂。
[0137] 本发明的聚合步骤可以在常压、减压、或加压条件下进行,优选在常压 (101. 3kPa(l个大气压);或其邻域值(常压±10% ))下进行。聚合开始时的温度视所用 的聚合引发剂的种类不同而不同,但优选为15?130°C,进而优选为20?120°C。
[0138] (聚合引发剂)
[0139] 本发明所使用的聚合引发剂可以根据聚合形态而适宜地决定,并无特别的限制, 例如有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。通过这些聚 合引发剂,本发明中的聚合可得以开始。
[0140] 所述光分解型聚合引发剂例如有苯偶姻衍生物、苯偶酰衍生物、乙酰苯衍生物、二 苯酮衍生物、偶氮化合物等。
[0141] 所述热分解型聚合引发剂例如有:过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵等过硫酸盐;过 氧化氢、过氧化叔丁基、过氧化甲乙酮等过氧化物;2, 2'-偶氮双(2-脒基丙烷)二氢氯化 物、2, 2' -偶氣双[2_(2_咪挫啉_2_基)丙烧]二氢氯化物等偶氣化合物等。
[0142] 所述氧化还原系聚合引发剂例如有,将所述过硫酸盐及过氧化物与L-抗坏血酸 及亚硫酸氢化钠等还原性化合物并用而成的体系。
[0143] 并用所述光分解型聚合引发剂与热分解型聚合引发剂的方案也是优选的方案。进 而还可以单独使用紫外线、电子线、γ线等活性能量射线,也可以将这些活性能量射线与所 述聚合引发剂并用。
[0144] 所述聚合引发剂的用量相对于所述单体全量,优选为0.0001?1摩尔%,进而优 选0. 0005?0. 5摩尔%。若该用量超过1摩尔%,则吸水性树脂粉末有可能产生色调恶化。 另外,若该用量小于〇. 0001摩尔%,则残余单体有可能增加。
[0145] (更佳的聚合方法)
[0146] 关于本发明中的丙烯酸(盐)系单体水溶液的聚合方法,从吸水性树脂粉末的物 理性质(例如吸水速度、液体渗透性)以及聚合控制的容易性等观点来看,可至少采用反相 悬浮聚合、喷雾聚合、滴液聚合或水溶液聚合中的一种,特别是采用水溶液聚合为佳。
[0147] 作为所述水溶液聚合的优选实施方式的例子,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% )。
[0148] 关于聚合方式,优选捏和机聚合或传送带聚合。上述水溶液聚合的优选方式例如 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号册子等中有揭示)、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。
[0149] 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式组合而成的: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。
[0150] 作为另一优选例,有将聚合开始温度定为15°C以上且将单体浓度定为30质量% 以上的捏和机批次聚合或捏和机连续聚合。
[0151] 另外,在上述聚合时,聚合开始时间(自添加聚合引发剂时起,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。
[0152] 通过采用上述的水溶液聚合方案,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。
[0153] (2-3)凝胶粉碎步骤
[0154] 本步骤为:对经所述聚合步骤等(特别是水溶液聚合)而得的含水凝胶状交联聚 合物(以下称为"含水凝胶")进行凝胶粉碎来获得颗粒状的含水凝胶(以下称为"颗粒状 含水凝胶")的任意性步骤。
[0155] 通过在水溶液聚合的过程中对所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液体渗透性,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。
[0156] 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,优选头端具备有多孔板的螺旋型挤压机。关于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。
[0157] 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。所述凝胶温度若低于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,所述凝胶温度若超过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,所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。
[0158] 另外,凝胶粉碎后的颗粒状含水凝胶的重均粒径(D50)(通过筛分级而规定)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 颗粒状含水凝胶的比例优选占颗粒状含水凝胶全体的10质量%以下,进而优选为5质量% 以下,更优选为1质量%以下。
[0159] 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。
[0160] (2-4)干燥步骤
[0161] 本步骤为,对经所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。所述聚合步骤若采用水溶液聚合,则在含水凝胶干燥前和/或干燥后进行凝胶粉碎(细 粒化)。可以将在干燥步骤中获得的干燥聚合物(凝聚物)直接提供给粉碎步骤。
[0162] 本步骤中的干燥方法并无特别限定,可以采用各种方法。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、疏水性有机溶剂中的共沸脱水干 燥、利用高温水蒸气的高湿干燥等,可以并用这些方法中的1种或2种。干燥温度优选为 100?300°C,进而优选为150?250°C。
[0163] 此外,由于干燥时间取决于含水凝胶的表面积及含水率、干燥剂种类等,因此不作 特别限定,优选例如为1分钟?5小时,进而优选为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下经干燥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%。
[0164] (2-5)粉碎/分级步骤
[0165] 本步骤为,对经所述干燥步骤而得的干燥聚合物进行粉碎和/或分级的步骤,优 选是用以获得具特定粒度的吸水性树脂粉末的步骤。与所述(2-3)凝胶粉碎步骤的不同 之处在于,粉碎对象已经过了干燥步骤。此外,粉碎步骤后的吸水性树脂有时也称为"粉碎 物"。
[0166] (粒度分布)
[0167] 从获得的吸水性树脂的吸水速度和液体渗透性、加压下吸收倍率等观点来看,表 面交联前的吸水性树脂粉末的重均粒径(D50)优选为200?600 μπι的范围,进而优选为 200?550 μ m的范围,更优选为250?500 μ m的范围,特别优选为350?450 μ m的范围。 此外,标准筛分级所规定的粒径小于150 μ m的微粒越少越好,从获得的吸水性树脂的液体 渗透性等的观点来看,该微粒的含量优选为0?5质量%,进而优选为0?3质量%,更优 选为〇?1质量%。
[0168] 进而,标准筛分级所规定的粒径850 μ m以上的粗大颗粒也是越少越好,从所获的 的吸水性树脂的吸水速度等的观点来看,该粗大颗粒的含量优选为0?5质量%,进而优选 为0?3质量%,更优选为0?1质量%。此外,710 μ m以上的大颗粒的含量优选为0? 20质量%,进而优选为0?10质量%,更优选为0?5质量%,进而优选为0?3质量%, 特别优选为〇?1质量%。
[0169] 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液体渗透性、加压 下吸收倍率等观点看,落入150 μπι以上且低于850 μm的范围、进而落入150 μm以上且低 于710 μπι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% )。
[0170] 吸水性树脂粉末的重均粒径或粒径(以下,简称为"粒度")可以通过聚合步 骤、凝胶粉碎步骤、或干燥步骤的粉碎/分级步骤来控制,特别优选通过干燥后的分级步 骤来控制。另外,所述粒度的测定是利用JIS标准筛(Ζ8801-1 (2000)),根据国际公开第 2004/69915号以及EDANA-ERT420. 2-02所规定的方法进行的。
[0171] 另外,关于本发明的吸水性树脂粉末的形状,可以是球状或其凝聚物,也可以是对 含水凝胶或干燥聚合物施以粉碎步骤而得到的无规破碎状,但从得到的吸水性树脂的吸水 速度的观点来看,优选无规破碎状或其造粒物。
[0172] 为了解决本发明的课题,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。
[0173] (2-6)微粉回收步骤
[0174] 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。
[0175] 通过除去上述微粒,所得的吸水性树脂的液体渗透性(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
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