CN101475660B - 高吸水性树脂聚合单体液的连续制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高吸水性树脂聚合单体液的连续制备方法，以丙烯酸为主要原料，其特征是，将聚合反应工艺配方所需的去离子水、氢氧化钠或氢氧化钾水溶液以及冰晶形丙烯酸置于一台管道混合器中进行连续中和反应，接着将得到的中和液与交联剂水溶液以及氧化引发剂水溶液通过一台在线的高剪切混合器强力混合，然后使此混合液与还原引发剂水溶液在该混合器的出口处快速而均匀地混合，最后由管道连续供给到聚合反应器。本发明方法在无需额外添加其他冷却设备的情况下，合理利用酸碱中和反应热将中和液的温度提高到聚合工艺所需的反应温度，使得高吸水性树脂连续生产时聚合单体液的制备实现了连续化，并且简化了生产工艺流程。

Description

高吸水性树脂聚合单体液的连续制备方法

技术领域

本发明涉及化学工业领域中的高分子材料合成专业，具体地说，涉及一种树脂制造工艺流程中的一个环节，也就是涉及一种高吸水性树脂聚合单体液的连续制备方法。

背景技术

众所周知，交联聚丙烯酸(盐)类作为高吸水性树脂的一个主要品种，被广泛地应用于纸尿布、生理卫生巾、成人失禁制品等卫生制品。其制备方法一般采用反相悬浮聚合法、反相乳液聚合法，水溶液聚合法等生产工艺。其中，水溶液聚合法包括间歇法和连续法。当然以后者的生产效率较高。这时，采用传送带生产工艺是一种重要的水溶液聚合连续生产高吸水性树脂的方法。采用传送带连续生产工艺过程中聚合单体液的制备大多采用间歇方式，例如在中国专利CN101050244A中所介绍的那样，这时由于酸碱中和采用间歇方式，为了将制备好的聚合单体液在一段较长时间内保存，在中和反应过程中必须将中和反应热通过冷却的方式移除，以使聚合单体液在较低的温度下保存。其后，当要将此聚合单体液连续供给聚合反应器时，又要将聚合单体液进行加热，然后引发聚合。这种方式一方面使得中和反应热没有得到有效利用，另一方面造成生产效率低下。在另一中国专利CN1690086中，聚合单体液的制备虽然也采用了连续制备的方式，但是，由于其单体液的浓度高达45％以上，酸碱中和时，一方面由于单体液浓度高，丙烯酸钠盐容易析出，导致经聚合后的产品性能下降，另一方面，若不通过冷却，经中和反应后的聚合单体液的温度将达到或超过95℃，制备好的聚合单体液容易发生聚合，造成进料管道堵塞，从而被迫停产清理等。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明通过控制聚合单体液的浓度和酸碱中和度，在无需额外添加其他冷却设备的情况下，合理利用酸碱中和反应热将中和液的温度提高到聚合工艺所需的反应温度，并且采用一台管线高剪切混合器使得交联剂溶液和氧化剂溶液与中和液进行快速混合，然后利用在混合器出口点流体处于高度湍流状态下，添加入还原引发剂，使其在聚合诱导期内快速均匀地与中和单体液混合，再连续供给聚合反应器。采用本发明方法，使得高吸水性树脂连续生产时聚合单体液的制备实现了连续化，并且简化了生产工艺流程，制得的聚合单体液能够稳定长期地供给后续的聚合工艺，从而降低了生产过程中的能耗，并且使高吸水性树脂的生产能够高效快速地进行，提高了生产效率。

本发明是通过如下的技术方案实现的：它是一种在连续生产高吸水性树脂时连续制备聚合单体液的方法，以丙烯酸为主要原料，其特征是，将聚合反应工艺配方所需的去离子水、氢氧化钠或氢氧化钾水溶液以及冰晶形丙烯酸置于一台管道混合器中进行连续中和反应，接着将得到的中和液与交联剂水溶液以及氧化引发剂水溶液通过一台在线的高剪切混合器强力混合，然后使此混合液与还原引发剂水溶液在该混合器的出口处快速而均匀地混合，最后由管道连续供给到聚合反应器。

按照本发明，酸碱中和反应在一个静态混合器中进行，利用中和反应热将中和液直接升温至聚合反应所需的起始反应温度，然后采用一个管线高剪切的混合器将交联剂溶液和氧化引发剂溶液与中和液进行强力混合。此管线高剪切混合器在高速旋转的转子产生的离心力作用下，将中和液、交联剂水溶液和氧化剂水溶液同时从轴向吸入工作腔。强劲的离心力将物料从径向甩入定、转子之间狭窄精密的间隙中。同时受到离心挤压、撞击等作用力，在最短的时间内使各物料混合均匀。当混合液被射出此混合器时处于高度湍流状态，利用流体的这种湍流状态，在混合器出口处将还原引发剂溶液与混合液进行快速而均匀的混合，接着在聚合诱导期前将聚合单体液连续供给到后续的聚合反应器。

在本发明中所使用的聚合单体为采用离子膜碱部分中和的丙烯酸水溶液，中和度为70～80mol％，单体的浓度为30～40wt％，得到的中和液温度为65～80℃。如果中和度和聚合单体液的浓度过高，会造成中和反应后的中和液的温度过高，在其中添加氧化还原引发剂后，聚合诱导期短，容易导致物料在管线内聚合，从而使聚合单体液的连续制备中断，影响高吸水性树脂(以下简称SAP)的连续化生产，并且聚合单体液浓度过高时，在高剪切管线混合器出口处物料粘度高，从而使还原引发剂与单体液的混合不均匀，影响后续的聚合工艺和最终产品的性能。但若中和度和聚合单体液的浓度过低，经酸碱中和反应后聚合单体液的温度过低，虽然可操作的空间比较大，但是由于聚合单体液的浓度过低，使得生产率低下，并且增加后续干燥系统的能耗，由此制得的最终SAP产品性能差。

在配制聚合单体液时，所使用的交联剂选自N，N-二亚甲基双丙烯酰胺，聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯，聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，季戊四醇四丙烯酸酯，邻苯二甲酸二烯丙酯、甘油、丙二醇、聚乙二醇和聚乙烯二胺中的一种或几种。这儿所述的交联剂为包括两种交联剂的复配体系，并先配制成10％的丙烯酸溶液。所使用的氧化还原引发剂选自过硫酸钠/亚硫酸钠、过硫酸钾/亚硫酸氢钠、过氧化氢/抗坏血酸、过氧化二苯甲酰/抗坏血酸或过氧化氢/硫酸亚铁中的一种组合，使用前将氧化剂和还原剂配制成5％水溶液。还原剂溶液是这样添加的：在高剪切混合器出口的管道中将还原剂溶液添加至经高剪切的中和液中，经过快速而均匀的混合后，在聚合诱导期内将单体液连续地供给聚合反应器。

由上述可见，本发明提供了一种在连续生产高吸水性树脂时聚合单体液的连续制备方法，在本发明实现了酸碱中和连续反应，并直接利用中和反应热将中和液的温度提高至后续聚合反应所需的初始反应温度，由于酸碱反应是在线进行的，反应后的中和液无需长时间保存，所以在中和反应过程中无需添加额外的冷却设备来冷却中和液。部分中和后的中和液单体通过一台在线高剪切混合器与交联剂溶液以及氧化剂溶液进行快速混合后，利用混合器出口流体处于高度湍流状态下，添加入还原引发剂，使其快速均匀地与中和单体液混合后连续供给聚合反应器。采用本发明的方法，高吸水性树脂连续生产时聚合单体液的制备实现了连续化，并且简化了生产工艺流程，所制得的聚合单体液能够稳定长期地供给后续的聚合工艺，从而降低了生产过程中的能耗，并且能够使高吸水性树脂的生产得以高效快速地进行，提高了生产效率。

附图说明

图1是实施本发明连续制备聚合单体液的工艺流程示意图。

图中标号为：1——去离子水供应管路；2——离子膜碱供应管路；3——丙烯酸供应管路；4——去离子水、离子膜碱、丙烯酸中和反应的静态混合器；5——中和液供应管路；6——交联剂溶液供应管路；7——氧化剂溶液供应管路；8——高剪切管线混合器；9——中和单体液供应管路；10——还原剂供应管路；11——聚合单体液供应管路。

具体实施方式

下面用实施例对本发明作进一步具体说明，但本发明决不局限于该实施例。

实施例

参见图1。分别从去离子水、32％离子膜碱、丙烯酸贮罐向静态混合器[4]供应214kg/h去离子水、277kg/h离子膜碱和194kg/h丙烯酸。得到685kg/h的中和液[5]，然后在管线高剪切混合器[8]中与6.6kg/h10％的交联剂溶液以及6.3kg/h5％的氧化剂溶液混合均匀，并在管线高剪切混合器出口处与6.1kg/h5％的还原剂溶液混合，最后连续地提供给聚合反应器。还原剂溶液[10]在管路[9]中的汇合点应在高剪切管线混合器出口3cm的地方，从还原剂加入点至聚合单体液出口处的管线长度根据聚合诱导期以及流体的流速来确定，以确保聚合单体液在聚合诱导期内就被排至聚合反应器。采用此工艺流程制备的聚合单体液所制备的SAP产品性能稳定，并且连续运行10天，管路中也无聚合物生成。

比较例1

在实施例中的管线高剪切混合器出口处添加一台静态混合器，将还原剂溶液添加至此静态混合器，运行2小时后，管路压力上升，经拆检管线，发现静态混合器中被聚合物堵塞。

比较例2

在实施例中，酸碱水的中和反应不经过静态混合器而与交联剂溶液、氧化剂溶液直接在管线高剪切混合器中进行中和反应和混合，虽然聚合单体液的连续制备可以进行，但是由此得到的SAP产品性能不稳定。

比较例3

在实施例中，将管线高剪切混合器取消，采用一台管道静态混合器来混合交联剂溶液、氧化剂水溶液，然后在此静态混合器出口处还原剂溶液与中和单体液汇合，然后连续地供给后续的聚合反应器。虽然此工艺连续运行10天，没有因聚合物堵塞管道而被迫停下，但是由此工艺提供的聚合单体液所制备的SAP最终产品性能不稳定。

Claims (4)

1.一种高吸水性树脂聚合单体液的连续制备方法，以丙烯酸为主要原料，其特征是，将聚合反应工艺配方所需的去离子水、氢氧化钠或氢氧化钾水溶液以及冰晶形丙烯酸置于一台管道混合器中进行连续中和反应，接着将得到的中和液与交联剂水溶液以及氧化引发剂水溶液通过一台在线的高剪切混合器强力混合，然后使此混合液与还原引发剂水溶液在该混合器的出口处快速而均匀地混合，最后由管道连续供给到聚合反应器；所使用的聚合单体为采用离子膜碱部分中和的丙烯酸水溶液，中和度为70～80mol％，单体的浓度为30～40wt％，得到的中和液温度为65～80℃；在高剪切混合器出口的管道中将还原剂溶液添加至经高剪切的中和液中，经过快速而均匀的混合后，在聚合诱导期内将单体液连续地供给聚合反应器。

2.根据权利要求1所述的高吸水性树脂聚合单体液的连续制备方法，其特征是，所使用的交联剂选自N，N-二亚甲基双丙烯酰胺，聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯，聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，季戊四醇四丙烯酸酯，邻苯二甲酸二烯丙酯、甘油、丙二醇、聚乙二醇和聚乙烯二胺中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的高吸水性树脂聚合单体液的连续制备方法，其特征是，所述交联剂为包括两种交联剂的复配体系，并先配制成10％的丙烯酸溶液。

4.根据权利要求1所述的高吸水性树脂聚合单体液的连续制备方法，其特征是，所使用的氧化还原引发剂选自过硫酸钠/亚硫酸钠、过硫酸钾/亚硫酸氢钠、过氧化氢/抗坏血酸、过氧化二苯甲酰/抗坏血酸或过氧化氢/硫酸亚铁中的一种组合，使用前将氧化剂和还原剂配制成5％水溶液。

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