CN101475692A - 一种高吸水性树脂水凝胶聚合物的造粒工艺 - Google Patents

Abstract

一种高吸水性树脂水凝胶聚合物的造粒工艺，在对水凝胶聚合物进行解碎的过程中，加入了表面活性剂水溶液或有机溶剂助剂，表面活性剂水溶液的加入量为水凝胶重量的10～25wt％，有机溶剂水溶液的加入量为水凝胶重量的5～15wt％。由于加入了这些助剂，水凝胶解碎的造粒过程中颗粒不产生粘连、分散性好，凝胶在解碎过程受到解碎机螺杆的挤压作用小，凝胶的三维立体网状结构未受到破坏，产品性能好，负载压力(2kPa)下吸生理盐水及常压下吸纯水能高，经放大工业化生产，效果良好。

Description

一种高吸水性树脂水凝胶聚合物的造粒工艺

技术领域

本发明涉及一种高吸水性树脂水凝胶聚合物的造粒工艺，即将大块状的聚合物凝胶通过解碎造粒的方法将其制备成为一种颗粒状的物料，更具体地说，本发明的制备方法包括切条、切块、解碎造粒三个过程，特别是，在解碎造粒过程中向水凝胶物料喷洒助剂，助剂为阴离子表面活性剂或有机溶剂，解碎造粒使用一种螺杆挤出型的解碎机。

背景技术

本发明的高吸水性树脂是在引发剂、交联剂存在下，由丙烯酸或丙烯酸钠等单体通过交联聚合反应所制得。

这种高吸水性树脂凝胶聚合物的合成，实验室是在小型的连续传送的带式反应器上制备而成，由于形成的是500cm宽、2cm厚的凝胶体，因此需要通过切条、切块、解碎的工艺使其形成合适的小颗粒尺寸。

高吸水性树脂凝胶是具有三维立体网状结构的交联高分子聚合物，因此，如果直接用螺杆挤出型的解碎机将块状的物料进行解碎，由于解碎机不断旋转的螺杆与基础模版的挤压作用使聚合物水凝胶形成的三维网状结构受到破坏，这一破坏作用最终导致产品的性能下降，特别是负载压力(2KPa)下吸生理盐水(0.9wt％NaCl水溶液)和常压下吸去离子水性能的降低，这对发明人和卫生材料的用户来说是不希望看到的。专利CN1239535A公开了一种直接将凝胶进行切片，然后再进行后处理等工作的方法，这种方法比较适合实验室进行小型试验，没有解决工业放大过程中所需要的效率性及经济性；CN1181272A公开了一种聚合物凝胶的制备直接在带有双西格玛轴的捏合机中进行，然后由转动的西格玛轴直接将所形成的凝胶制成颗粒物料的方法，在这种方法中由于凝胶在形成过程受到转动轴的剪切作用，凝胶的三维网状结构遭到破坏，导致最终产品性能下降。

本发明通过在解碎造粒过程中添加阴离子表面活性剂的水溶液或有机溶剂溶液，以此来增加聚合物凝胶物料之间的润滑性，从而在一定程度上降低了凝胶在解碎造粒过程中颗粒物料之间的挤压作用，减少已经形成的网状结构的破坏，最终提高了产品在负载压力下的吸盐水能和常压下的吸去离子水能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高吸水性树脂水凝胶聚合物的造粒工艺，通过添加表面活性剂或有机溶剂，聚合物凝胶在螺杆解碎机中解碎时受到破坏挤压作用小，所制备的凝胶颗粒之间不产生粘连，产品性能未受到破坏、稳定性好。

本发明中的高吸树脂水凝胶聚合物是在引发剂、交联剂存在下，由丙烯酸或丙烯酸钠单体通过交联聚合反应制得，该造粒工艺包括：将水凝胶聚合物切条、切块及解碎造粒；在解碎造粒步骤中加入助剂，助剂为阴离子表面活性剂的水溶液或有机溶剂溶液；阴离子表面活性剂是从硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠，三聚磷酸钠和十二烷基磺酸钠中任选种或几种；有机溶剂溶液是从特级煤油、乙醇或改性亲水性有机硅油中任选一种。

本发明中的阴离子表面活性剂较佳是硬脂酸钠。

本发明中的改性亲水性有机硅油是上海骏顺科贸有限公司生产的聚醚改性有机硅油SHP-114。

本发明中的阴离子表面活性剂水溶液的质量百分浓度为1～20wt％，其用量为水凝胶重量的1～50wt％。

本发明中的有机溶剂溶液中乙醇或改性亲水性有机硅油的质量百分浓度为5～50wt％，用量为水凝胶重是的1～20wt％；有机溶剂中特级煤油的用量为水凝胶重量的1～20wt％。

本发明中的阴离子表面活性剂水溶液的质量百分浓度较佳为5～15wt％，其用量较佳为水凝胶重量的10～25wt％。

本发明中的有机溶剂中乙醇或改性亲水性有机硅油的质量百分浓度较佳为10～25wt％，用量较佳为水凝胶重量的5～15wt％。

本发明中的有机溶剂中特级煤油的用量为2～10wt％。

本发明是将由水溶液聚合法制得的500cm宽、2cm厚的聚合物凝胶先进行切条、切块，然后进行解碎造粒，进入解碎机的凝胶物料为100×50cm，解碎机凝胶入口上方有一喷嘴，用于喷洒助剂，助剂为表面活性剂溶液或有机溶剂溶液，喷嘴前有一流量计用于计量喷入助剂液体的用量，解碎机物料出口的模板孔径为6～10mm，模板孔径过大会使解碎造粒后的物料在后阶段干燥过程中能耗大、干燥时间长，导致生产效率低，给工业化生产带来不利。当大块状的聚合物凝胶进入解碎机时，打开喷嘴阀门，调节流量计的流量，助剂会自动地喷洒到要解碎的聚合物胶上，经解碎后的凝胶颗粒通过干燥、粉碎和后表面交联处理即可得到所要的高吸水性树脂产品，经测试产品负载压力(2KPa)下的吸生理盐水(0.9％NaCl)能及常压下吸纯水能高，该生产工艺不但环保、而且生产效率高，产品性能好，产品适用于日用卫生材料中。

大块状高吸水性树脂水凝胶聚合物解碎造粒过程中，在凝胶表面喷入一定量的表面活性剂或有机溶剂处理后的产品，相比未添加这些助剂的产品，产品性能好；同时，在凝胶解碎过程中加入一定量助剂后，凝胶处理方便，解碎后的凝胶颗粒分散性好，可操作性强，经放大工业化生产，效果良好。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但实施例不是对于本发明保护范围的限制。

实施例1

凝胶的制备：

在1m³的反应釜中加入283公斤氢氧化钠水溶液(32wt％)、351公斤去离子水，开启反应釜的搅拌，慢慢滴加225公斤丙烯酸，保持反应釜温度为20～30℃，丙烯酸滴加结束，加入0.5公斤交联剂N，N—亚甲基双丙烯酰胺及0.45公斤交联剂乙氧基甘油三丙烯酸酯，然后加入0.6公斤引发剂过硫酸钠，继续搅拌，对反应釜进行充氮气，继续保持反应釜温度20～30℃，将上述物料以34.5kg/hr的流量连续进入一个特制的长600cm、宽50cm的连续传送带上进行聚合反应，此传送带的温度控制在70℃，反应停留时间为2小时，即可得到高吸水性聚合物凝胶。

凝胶的解碎：

将上述制得的凝胶，先进行切条、切块，制得100×50cm的凝胶块状物料。将块状的凝胶物料以一定的速度加入螺杆解碎机进行解碎造粒，打开助剂加入阀、调节流量计到一定的流量，在凝胶表面喷入5wt％浓度的硬脂酸钠水溶液，加入的硬脂酸钠水溶液为凝胶重量的15wt％。将解碎造粒后的颗粒物料进行干燥、粉碎和后表面交联处理，即可得到高吸水性树脂产品。产品经测试，负载压力(2KPa，下同)下吸生理盐水(0.9％NaCl)率为31g/g，常压下吸去离子水可达585g/g。

实施例2

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入的助剂为表面活性剂十二烷基硫酸钠的水溶液，十二烷基硫酸钠的浓度为5wt％，喷入的量为凝胶重量的15wt％。将解碎的物料干燥、粉碎和后表面交联处理得到的产品经性能测试，负载压力下吸生理盐水率为28g/g，常压下吸去离子水为550g/g。

实施例3

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入的助剂为表面活性剂三聚磷酸钠的水溶液，三聚磷酸钠的浓度为8wt％，喷入的量为凝胶重量的12％。将解碎的物料进行干燥、粉碎和后表面交联处理，测试产品性能，负载压力下吸生理盐水率为30g/g，常压下吸去离子水可达580g/g。

实施例4

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入的助剂为表面活性剂十二烷基磺酸钠的水溶液，十二烷基磺酸钠的浓度为10wt％，喷入的量为凝胶重量的10％。对解碎的物料干燥、粉碎和后表面交联处理，产品经性能测试，负载压力下吸生理盐水率为29g/g，常压下吸去离子水可达550g/g。

实施例5

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入的助剂为表面活性剂十二烷基磺酸钠和三聚磷酸钠的混合水溶液，混合水溶液中的十二烷基磺酸钠与三聚磷酸钠的重量比为30～70％:70～30％，该溶液的的浓度为8wt％，喷入的量为凝胶重量的12％。对解碎的物料进行干燥、粉碎和后表面交联处理，测试产品性能，负载压力下吸生理盐水率为30g/g，常压下吸去离子水可达570g/g。

实施例6

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入的助剂为表面活性剂十二烷基硫酸钠和硬脂酸钠的混合水溶液，混合水溶液中的十二烷基硫酸钠与硬脂酸钠的重量比为30～70％：70～30％，该溶液的浓度为10wt％，喷入的量为凝胶重量的10％。对解碎的物料干燥、粉碎和后表面交联处理，产品经性能测试，负载压力下吸生理盐水率为28g/g，常压下吸去离子水可达560g/g。

实施例7

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入的助剂为表面活性剂十二烷基磺酸钠和硬脂酸钠的混合水溶液，混合水溶液中的十二烷基磺酸钠与硬脂酸钠的重量比为30～70％:70～30％，该溶液的浓度为12wt％，喷入的量为凝胶重量的10％。解碎的物料经干燥、粉碎和后表面交联处理，测试产品性能，负载压力下吸生理盐水率为28g/g，常压下吸去离子水可达560g/g。

实施例8

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入的助剂为有机溶剂乙醇的水溶液，该溶液的的浓度为12wt％，喷入的量为凝胶重量的8％。将解碎的物料进行干燥、粉碎和后表面交联处理，产品经性能测试，负载压力下吸生理盐水率为29g/g，常压下吸去离子水可达578g/g。

实施例9

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入的助剂为改性亲水性有机硅油的水溶液，该溶液的的浓度为15wt％，喷入的量为凝胶重量的6％。解碎的物料经干燥、粉碎和后表面交联处理，测试产品性能，负载压力下吸生理盐水率为30g/g，常压下吸去离子水可达565g/g。

实施例10

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入的助剂为特级煤油，喷入的量为凝胶重量的5％。解碎的物料经干燥、粉碎和后表面交联处理，测试产品性能，负载压力下吸生理盐水(0.9％NaCl)率为29g/g，常压下吸去离子水可达555g/g。

对比例1

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是直接将块状物料进行解碎，经解碎后的物料发生了严重的粘连。对解碎的物料进行干燥、粉碎和后表面交联处理，产品经性能测试，负载压力下吸生理盐水率为21g/g，常压下吸去离子水为350g/g。

对比例2

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入5wt％浓度的硬脂酸钠水溶液，喷入的量为凝胶重量的5％。解碎的物料经干燥、粉碎和后表面交联处理，测试产品性能，负载压力下吸生理盐水(0.9％NaCl)率为23g/g，常压下吸去离子水为405g/g。

对比例3

凝胶的制备同实施例1，凝胶的解碎工艺同实施例1，所不同的是在解碎过程中喷入12wt％浓度的乙醇水溶液，喷入的量为凝胶重量的3％。对解碎的物料进行干燥、粉碎和后表面交联处理，产品经性能测试，负载压力下吸生理盐水(0.9％NaCl)率为22g/g，常压下吸去离子水为450g/g。

表1 实施例1～10和对比例1～3的产品性能一览表

 

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8	实施例9	实施例10	对比例1	对比例2	对比例3
														负载压力下吸生理盐水(g/g)	31	28	30	29	30	28	28	29	30	29	21	23	22
常压下吸去离子水(g/g)	585	550	580	550	570	550	560	578	565	555	350	405	450

在高吸水性树脂大块状的聚合物凝胶解碎造粒过程中加入表面活性剂或有机溶剂等助剂，使得在聚合物凝胶解碎造粒过程中，减少了对凝胶的挤压作用，凝胶的三维网状结构未遭到破坏，经处理后的产品性能好，并且使得解碎造粒后的凝胶颗粒之间不产生粘连，颗粒的分散性好，提高了后续的干燥效率，同时提高了凝胶解碎过程的可操作性，同样，在凝胶的解碎过程若未添加任何助剂，凝胶在解碎过程受到螺杆解碎机的挤压大，凝胶的三维网状结构受到破坏，导致最终产品性能下降。

Claims (8)

1、一种高吸水性树脂水凝胶聚合物的造粒工艺，其特征在于，高吸水性树脂水凝胶聚合物是在引发剂、交联剂存在下，由丙烯酸或丙烯酸钠单体通过交联聚合反应制得，该造粒工艺包括：将水凝胶聚合物切条、切块及解碎造粒；在解碎造粒步骤中加入助剂，助剂为阴离子表面活性剂的水溶液或有机溶剂溶液；阴离子表面活性剂是硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠，三聚磷酸钠和十二烷基磺酸钠中任选一种或几种；有机溶剂溶液是从特级煤油、乙醇或改性亲水性硅油中任选一种。

2、根据权利要求1所述的造粒工艺，其特征在于阴离子表面活性剂是硬脂酸钠。

3、根据权利要求1所述的造粒工艺，其特征在于所述的改性亲水性有机硅油是上海骏顺科贸有限公司生产的聚醚改性有机硅油SHP-114。

4、根据权利要求1所述的造粒工艺，其特征在于阴离子表面活性剂水溶液的质量百分浓度为1～20wt％，其用量为水凝胶重量的1～50wt％。

5、根据权利要求1所述的造粒工艺，其特征在于有机溶剂溶液中乙醇或改性亲水性有机硅油的质量百分浓度为5～50wt％，用量为水凝胶重量的1～20wt％；有机溶剂中特级煤油的用量为水凝胶重量的1～20wt％。

6、根据权利要求1或4所述的造粒工艺，其特征在于阴离子表面活性剂水溶液的质量百分浓度为5～15wt％，其用量为水凝胶重量的10～25wt％。

7、根据权利要求1或5所述的造粒工艺，其特征在于有机溶剂中乙醇或改性亲水性有机硅油的质量百分浓度为10～25wt％，用量为水凝胶重量的5～15wt％。

8、根据权利要求1或5所述的造粒工艺，其特征在于所述的有机溶剂中特级煤油的用量为2～10wt％。