聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂及其制造方法_3

文档序号:8500713阅读:来源:国知局
[0149] 2)反应步骤
[0150] 本步骤是,通过对经所述混合步骤而得的混合物进行加热,及/或通过对经所述 混合步骤而得的混合物照射活性能量线,来使吸水性树脂粉末的表面发生交联反应,从而 获得吸水性树脂反应物(以下简称"反应物",实施例中也同样简称)的步骤。上述反应,可 适当根据交联带来的自由溶胀倍率(例如CRC及FSC)有否下降,添加的表面交联剂有否减 少,吸水性树脂表面上有否交联结构(例如是否形成有酯构造)等来确认。
[0151] 该反应步骤所用的装置可以与上述混合步骤所用的装置规格相同,优选使用其他 规格的装置。另外,在混合步骤与反应步骤之间,可以视需要设置不会引起混合物反应的储 藏步骤及搅拌步骤,并在进入反应步骤前将表面交联剂渗透或扩散到吸水性树脂粉末中。
[0152] 尤其是若要添加水性液,那么反应步骤所用的装置优选具备供气口及/或排气 口,尤其优选具备排气口。优选通过该供气口及排气口来进行水蒸汽等的供气、以及该供气 和该装置内部发生的水蒸汽等的排气,以控制露点。此外,装置的供气口和排气口可以设置 为单个,也可设置多个供气口乃至排气口。
[0153] 另外,供气口和排气口也可分别兼用作吸水性树脂粉末的投入口及排出口。优选 供气口和排气口的至少一方非兼用为投入口及排出口,更优选多个供气口和排气口当中至 少有一处非兼用为投入口及排出口。
[0154] 从装置排出的气体可以废弃,也可直接再利用至反应步骤。再利用时,可任意与其 他气体混合,并视需要进行加热或冷却、加压或减压、加湿或除湿来调整温度及露点等,然 后再提供给反应步骤或用到其他步骤中。
[0155] 该反应步骤中发生的表面交联反应包括:利用过硫酸盐及光聚合引发剂等在吸水 性树脂粉末表面进行的自由基交联、通过添加单体来进行聚合的聚合式表面交联、通过添 加水溶性高分子及表面交联剂来进行的覆盖式交联等。
[0156] 本发明中,优选运用能与聚丙烯酸的羧基发生反应的共价键合性表面交联剂、离 子键合性表面交联剂,或并用这两方的表面交联剂。通过上述的反应,能获得经表面交联后 的吸水性树脂。
[0157] 这里,只要能达到期望的物理性质,那么吸水性树脂粉末与表面交联剂间的反应 的反应率并不需要为100%,反应后的吸水性树脂粉末的表面也允许残留安全性高的多元 醇等。作为表面交联剂所添加的多元醇有所残留,便还能起到粉尘抑制剂及亲水化剂的作 用。
[0158] 另外,本发明中,混合物的反应(吸水性树脂粉末与表面交联剂间的反应)可以在 室温下进行,优选通过加热及/或照射活性能量线(尤其是紫外线)来进行。这里,若是在 该反应步骤中添加后述的水性液,那么表面交联步骤也可以在途中结束。上述加热处理与 上述活性能量线照射处理也能够并用,但从提高物理性质及稳定性的观点看,优选加热处 理。
[0159] 本反应步骤所用的装置并无特别限定,可以是非搅拌(静置)式装置,但从均匀反 应的观点看,优选使用搅拌装置或流动式装置。若该反应中采用加热处理,那么所用的加热 反应装置例如可以是具备搅拌机构或流动机构的干燥机或加热炉。具体例如有回旋干燥 机、旋盘干燥机、桨式干燥机、流层干燥机、气流式干燥机、红外线干燥机等。另外,若不采用 加热处理,而采用活性能量线照射处理来进行该反应,那么所用的活性能量线反应装置例 如可以是具备紫外线照射机构的搅拌装置或流动式装置。尤其优选的反应装置是桨式干燥 机(paddle dryer),尤其是具备供气口及/或排气口的桨式干燥机。
[0160] 另外,上述装置可以为连续式,也可为批次式,从生产性的观点看,优选连续式。
[0161] 上述加热处理装置的热源并无特别限定,优选的热源例如有蒸汽、热水、硝酸熔 盐、油等。加热温度(外套等的传热面温度)优选为60~300°C,更优选为70~200°C,进 而优选为80~150°C。本发明中,尤其是若上述加热温度超过100°C、进而超过150°C,则称 高温加热反应,此时优选实施后述的冷却步骤。
[0162] (减压度)
[0163] 本发明中,优选将上述反应装置内控制成减压状态。"减压状态"指气压低于大 气压的状态,大气压与反应装置内部气压间的压差称"减压度"。另外,反应装置内的气压 低于大气压时,则用正(plus)值记述反应装置内的气压。例如,在大气压为标准大气压 (101. 3kPa)的情况下,"减压度为10kPa"的意思就是指反应装置内的气压为91. 3kPa。
[0164] 本发明的反应步骤中,上述减压度优选超过OkPa,更优选为0.0 lkPa以上,进而优 选为0. 05kPa以上。其上限优选为10kPa,更优选为8kPa,进而优选为5kPa,尤其优选为 2kPa。若上述减压度超过IOkPa (过度减压),那么与所需设备成本的对价效果就不足,因此 欠佳。另一方面,若不控制成减压状态,反应装置内的高露点空气就可能流入前后的装置而 导致凝露、附着等不良情况,因此欠佳。可以任意选择上述的上限值、下限值来界定减压度 的优选范围。
[0165] (搅拌速度)
[0166] 本发明中,上述反应装置的搅拌速度优选为2~40rpm,更优选为5~30rpm。上 述搅拌速度若低于2rpm,搅拌就不充分。另一方面,若超过40rpm,就易产生微粉而欠佳。
[0167] (倾角)
[0168] 上述反应装置的搅拌轴方向既可以是纵向,也可以是横向。若是采用具有横向搅 拌轴的连续反应装置,那么在设水平方向为0°的情况下,轴的倾角优选自吸水性树脂粉末 投入口朝排出口下倾0.1~10°,更优选下倾0.5~5°,进而优选下倾1~4°。通过使 该倾角落入上述的范围,可提高所得的吸水性树脂的物理性质,故优选。
[0169] (平均滞留时间)
[0170] 本发明中,反应物在上述反应装置内的平均滞留时间(反应时间)可以根据所要 求的交联密度来适当决定,并无特别限制,优选为3~180分钟,更优选为5~120分钟,进 而优选为10~60分钟。上述平均滞留时间若不足3分钟,反应(表面交联反应)就可能 不充分。另一方面,若超过180分钟,吸水性能就可能下降,因此欠佳。
[0171] 若是采用连续反应装置,那么本发明中的"平均滞留时间"就取决于反应装置的有 效容积、混合物的供应量、倾角、搅拌速度、以及搅拌叶片形状、混合物的毛体积比重、表面 交联剂的种类、设置在反应装置排出口处的排出挡板的高度等各种因素。
[0172] 3)冷却步骤(任意)
[0173] 本步骤是,在上述反应步骤(尤其指运用加热处理的反应步骤,进而指运用高温 加热处理的反应步骤)后视需要实施的以表面交联步骤的停止以及向后续步骤的搬运等 为目的的任意性步骤。
[0174] 本发明中,优选在上述反应步骤(尤其是加热反应步骤)后短时间地实施冷却步 骤。从上述反应装置排出的反应物优选在超过〇秒且3分钟以内,更优选在2分钟以内,进 而优选在1分钟以内,尤其优选在〇. 5分钟以内被投入冷却步骤所用的冷却装置。该时间 (等待投入的时间)可通过装置的布局(将反应装置与冷却装置直接连结,或以例如IOm以 内搬送距离的这种短距离方式来配置反应装置与冷却装置)等来控制。
[0175] 本冷却步骤所用的冷却装置并无特别限定,优选的冷却装置例如是具有传导面 式、气流式等冷却功能的搅拌装置或流动式装置。
[0176] 例如,可以使用与桨式干燥机的样式(装置的尺寸可适当变更)相同且可在上述 反应步骤中优选使用的反应装置。此时,该反应装置的热媒改为冷媒,就可用作冷却装置。 这里,若采用桨式干燥机,那么为了便于明确其与反应装置的区别,本发明中将冷却装置称 为桨式冷却机。另外,桨式冷却机的工作条件(例如减压度、搅拌速度、倾角、平均滞留时间 等)与上述的范围同样。
[0177] 上述冷却装置的冷媒并无特别限定,例如优选水、温水、防冻液等。冷却温度(外 套等的传热面温度)优选为〇~100 °C,更优选为20~90 °C,进而优选为40~80 °C。
[0178] (2-7)水性液添加步骤
[0179] 本步骤是,在上述反应步骤的过程中及/或在反应步骤以后的步骤(尤其是冷却 步骤)的过程中,将水性液添加给含吸水性树脂粉末的混合物及/或反应物的步骤。以下, 该混合物及/或反应物有时一并总称为"吸水性树脂粉末"。
[0180] 为解决上述问题,本发明提供一种吸水性树脂颗粒的制造方法,该制造方法的特 征在于,是聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂颗粒的制造方法,其依次包含向吸水性树脂粉末添 加表面交联剂溶液来获得混合物的混合步骤、使该混合物进行反应的反应步骤、向该反应 步骤中的及/或该反应步骤以后的吸水性树脂粉末添加水性液的添加步骤,其中,添加所 述水性液时的环境露点为20°C以上,且添加水性液时的吸水性树脂粉末温度高于该环境露 点。
[0181] 在环境露点和吸水性树脂粉末温度均满足了规定条件的状态下,进行水性液添加 步骤即可。水性液添加步骤可以在反应步骤的过程中进行,也可以在作为反应步骤后续步 骤的冷却步骤的过程中进行,或在冷却步骤的后续步骤的过程中进行,还可作为一个独立 步骤来进行。
[0182] 本步骤所用的装置优选具备混合功能,优选使用与上述表面交联步骤中供混合步 骤所用的装置呈同一形态的装置。具体优选高速搅拌式混合装置,更优选高速搅拌式连续 混合装置,进而优选横式或纵式的高速搅拌式连续混合装置。更具体地,可例举纵混合机 (株式会社POWREX制)、湍流增强器(细川MICRON株式会社制)、雷迪格混合机(Loedige 公司制)等。
[0183] 关于该混合装置的混合条件,转速优选为100~lOOOOrpm,更优选为300~ 2000rpm,滞留时间优选为180秒以内,更优选为0. 1~60秒,进而优选为1~30秒。这 里,由于水分渗透至吸水性树脂粉末内部后,吸水性树脂粉末可获得粉体流动性,因此也可 以视水性液的添加量而在水性液添加后进而设置硬化步骤。
[0184] 本发明中,"向反应步骤中的及/或该反应步骤以后的吸水性树脂粉末添加水性液 的添加步骤"是指,在表面交联反应的过程中及/或在表面交联反应结束后添加水性液的步 骤。该步骤优选是下述任一种手法。
[0185] 本发明的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂颗粒的优选制造方法(手法1)中,水性液 添加步骤在反应步骤的过程中进行,更优选向加热反应装置或活性能量线反应装置内的吸 水性树脂粉末添加水性液。所谓"反应步骤的过程中"是指:在以加热开始时刻或活性能量 线照射开始时刻(以在先时刻为准)为反应起始时刻的情况下,从该反应起始时刻起至吸 水性树脂粉末即将从反应装置排出前为止的期间。这里,若是用单个反应装置进行至冷却 步骤前为止的各步骤,那么冷却步骤即将开始前的时刻就相当于反应步骤的结束时刻。通 常,在供反应步骤所用的反应装置内的滞留期间,可以视为"反应步骤的过程中"。
[0186] 本发明的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂的优选制造方法(手法2)中,水性液添加 步骤在反应步骤之后进行,更优选在反应步骤后的3分钟以内进行,进而优选在反应步骤 后的冷却步骤的过程中进行。
[0187] (水性液)
[0188] 本发明中,"水性液"指单一的水、或以水(液态水)为主成分且任意地含其他有机 溶剂、添加剂的水溶液或分散液。可以提供气态水,但若是如专利文献20那样以水蒸汽的 方式添加水,水添加量就可能不充分。因此优选提供液态的水性液。
[0189] 上述水性液为上述溶液或分散液时,其当中的有机溶剂、添加剂的浓度可以适当 决定。水性液中的水含量优选为50~100质量%,更优选为60~100质量%,进而优选为 70~100质量%,尤其优选为80~100质量%,最优选为90~100质量%。
[0190] 本发明中,水性液的温度可根据后述添加剂的溶解度、吸水性树脂粉末与该水性 液的混合性来适当决定,优选为0~100°C的范围,更优选为10~50°C的范围。
[0191] 另外,若是使用亲水性有机溶剂,那么该亲水性有机溶剂的用量相对于吸水性树 脂粉末100质量份优选超过〇质量份且在10质量份以下,更优选超过〇质量份且在5质量 份以下。该亲水性有机溶剂优选是碳数1~4的一元醇,更优选是碳数2~3的一元醇。除 此以外,还可例举丙酮等碳数4以下的低级酮等。
[0192] 作为亲水性有机溶剂,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 共聚物等多元醇类等。
[0193] (水性液添加时的环境露点、气相温度)
[0194] 本发明中,当向反应步骤中的及/或反应步骤之后的吸水性树脂粉末添加水性液 时,该相应步骤的环境露点被控制在20°C以上,优选控制在30°C以上,更优选控制在40°C 以上,进而优选控制在50°C以上,尤其优选控制在60°C以上。该环境露点的上限并无特别 限定,但一般低于l〇〇°C即可,更优选为90°C以下。上述环境露点若低于20°C,吸水性树脂 粉末(混合物及/或反应物)中所含的水分就易蒸发,导致运作过程中的微粉发生量增加, 从而使耐损性变差,因此欠佳。
[0195] 上述环境露点有时会随装置内的位置及处理时间长度而变化,优选将装置内的环 境露点控制在一定范围(不超出上述的各范围且相对于上述露点下限值的变动幅度(露点 上下限的差)优选为20°C以内,更优选为10°C以内,进而优选为5°C以内,尤其优选为2°C 以内)内。这里,若露点随装置内的位置及处理时间长度而变化,那么可以简单地通过测定 在排气口获取的气体的露点来规定露点值。若排气口有多个,可以根据在多个排气口获取 的气体的露点及体积来求出平均露点。另外,若装置不具备气体排气口,或排气口兼用来排 出吸水性树脂,则可以根据吸水性树脂排出口处的露点来规定露点值,也可以将露点测定 计伸入装置内部来测定露点,还可以抽出(取样)内部的气体来测定其露点。
[0196] 另外,当添加上述水性液时,反应步骤过程中的及/或反应步骤以后的步骤(尤其 是冷却步骤)的气相温度(根据装置内的上部空间气体温度来规定)被控制在50~150°C, 更优选控制在80~130°C。该气相温度若超过150°C,吸水性树脂粉末(混合物及/或反 应物)中所含的水分就易蒸发,导致运作过程中的微粉发生量增加,从而使耐损性变差,因 此欠佳。
[0197] 另外,该气相温度若低于上述环境露点,装置内部就会发生凝露,导致出现吸水性 树脂粉末附着等不良情况,因此优选将上述气相温度设定在超过上述环境露点的温度范围 内。具体而言,优选适当地将气相温度设定成露点+5°C以上,更优选设定成露点+KTC以 上,进而优选设定成露点+20°C以上。
[0198] 上述环境露点及气相温度可通过供气/排气量、供气湿度等来控制。该环境露点 及气相温度是在吸水性树脂粉末的铅直上方空间所测得的值。这里,在加热处理开始前和 结束后(若采用的是连续处理方式,则指刚投入加热处理机后、及/或即将从加热处理机排 出前),环境露点及气相温度有时会脱离上述的范围。因此,为充分获得本发明的效果,在以 上述反应的整个期间为基准的情况下,满足上述环境露点及气相温度的时间量优选占该整 个期间的50 %以上,更优选占70 %以上,进而优选占80 %以上,尤其优选占100%。
[0199] 另外,若水性液添加步骤(反应步骤过程中及/或反应步骤以后的步骤)中需要 通入一定流量的气流,那么可以将在上述装置的排气机构内某适当地点所测得的露点及温 度,作为本发明中所规定的环境温度及气相温度。具体而言,只要该装置内无其他气体混 入,且不用气体清扫装置等进行处理,且不用加热处理机及冷却机等进行强制温度变化处 理,且通入的气体流过该装置的时间优选为5秒以内、更优选1秒以内即可。即,如上所述, 优选通过测定在排气口处获取的气体的露点来规定露点值。
[0200] 本发明中,接受水性液添加的装置(反应装置及/或冷却装置)内的上部空间中 充满的气体并无特别限定,但从获得的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂颗粒的物理性质观点 看,例如可以是空气、水蒸汽、氮气及氩气等惰性气、或空气与惰性气的混合气等。也可以适 当添加水蒸汽来调整上述环境露点。
[0201] (水性液添加时的混合物及/或反应物(吸水性树脂粉末)的温度)
[0202] 本发明的特征在于:将水性液添加时的环境露点控制在上述的范围内,且将水性 液添加时的混合物及/或反应物(吸水性树脂粉末)的温度控制得比该环境露点高。
[0203] 即,上述反应步骤中及/或反应步骤以后的步骤中,优选将水性液添加时的混合 物及/或反应物(吸水性树脂粉末)的温度控制为50~150°C,进而优选为70~120°C。 所述温度若低于50°C,反应物(吸水性树脂粉末)吸收水性液的速度就可能下降而易结块, 导致难以运作。另一方面,所述温度若超过150°C,水性液的
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