CN101679760A - 包覆吸水性聚合物颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备吸水性聚合物颗粒的方法，其中在混合器中用微粒固体包覆吸水性聚合物颗粒，所述微粒固体借助于气流被分散，并且混合器中经分散的微粒固体进料终止于产物床层表面之下。
Description
本发明涉及一种通过在混合器中用微粒固体包覆吸水性聚合物从而制备吸水性聚合物颗粒的方法，其中所述微粒固体借助于气流分散，且混合器中经分散的微粒固体进料终止于产物床层表面之下。
吸水性聚合物颗粒的制备描述于专题论文“Modern SuperabsorbentPolymer Technology”，F.L.Buchholz和A.T.Graham，Wiley-VCH，1998，71至103页中。
作为吸收水溶液的产品，吸水性聚合物被用于制造尿布、卫生棉条、卫生巾及其他卫生用品，也可用作商品蔬菜种植业中的保水剂。
吸水性聚合物的性能可通过交联程度调节。随着交联程度的增加，凝胶强度增加而离心保持量(CRC)降低。
为改进使用性能，例如尿布中溶胀凝胶层的渗透性(SFC)和负载吸收性(AUL0.9psi)，通常对吸水性聚合物颗粒进行后交联。这仅增加了颗粒表面的交联程度，从而使负载吸收性(AUL0.9psi)和离心保持量(CRC)至少部分分离。这种后交联可在含水的凝胶相中进行。然而，干燥的、磨碎的和筛分出的聚合物颗粒(基础聚合物)优选用后交联剂包覆其表面、热交联并干燥。适用于此目的的交联剂有包括至少两个可与吸水性聚合物的羧酸酯基团形成共价键的基团的化合物。
在潮湿的环境中，吸水性聚合物形成团块并失去自由流动性。流动助剂可阻碍这种团块的形成。使用细分散的二氧化硅如
200作为吸水性聚合物颗粒的流动助剂是一段时间来已知的，例如由DE 3523617A1已知。
使用细分散的二氧化硅会导致粉尘有害物增加。因此，一直试图粘合细分散的二氧化硅(如JP 63-39934中所述的二氧化硅)，或者用其他流动助剂(如WO97/37695A1中所述的流动助剂)代替细分散的二氧化硅。
DE 102005032236A1描述了一种使用细分散的颗粒(如细分散的二氧化硅)包覆颗粒(如粉末包覆)的方法。所述细分散的颗粒借助于气流而解凝集。所得的气溶胶可反复地穿过待包覆颗粒床层以改进沉积作用。
本发明的一个目的是提供一种改进的用微粒固体包覆吸水性聚合物颗粒的方法。
本发明的另一个目的是获得一种有效的且低尘的包覆方法。
本发明的另一个目的是提供一种制备具有最低的团块形成倾向性和高流动性——尤其是在潮湿环境中储存之后——的吸水性聚合物颗粒的方法。
该目的通过一种使单体溶液或悬浮液聚合来制备吸水性聚合物颗粒的方法达到，所述单体溶液或悬浮液含有下述物质：
a)至少一种乙烯型(ethylenically)不饱和的携带酸的单体，其可被至少部分中和，
b)至少一种交联剂，
c)任选地一种或多种可与a)中指定的单体共聚的乙烯型和/或烯丙型不饱和单体，以及
d)任选地一种或多种水溶性聚合物，
该方法包括干燥、研磨和分级、在混合器中用微粒固体包覆吸水性聚合物颗粒，其中所述微粒固体借助于气流分散，并且混合器中经分散的微粒固体进料终止于产物床层表面之下。
所述产物床层表面为在混合器中形成于移动的吸水性聚合物颗粒和上方的气氛之间的界面。
经分散的微粒固体以气溶胶的形式计量加入到产物床层表面以下的移动聚合物颗粒层中，即所述进料被没入产物床层中优选至少10mm，更优选至少50mm，最优选至少100mm。
本发明的方法优选包括至少一个后交联步骤。在本发明的一个特别优选实施方案中，后交联的聚合物颗粒用微粒固体包覆。
微粒固体的质量流量与用于分散的气体的质量流量(分散气体的质量流量)的比值优选至少为0.05，更优选至少为0.1，最优选至少为0.2。更高的比值(负载)可降低分散气体的消耗量。1以上的负载导致分散过程不稳定的运行状态，因此是欠优的。
吸水性聚合物颗粒的平均粒子直径至少为200μm，更优选为250至600μm，最优选为300至500μm，所述粒径可通过光散射确定，并且是指体积平均的平均直径。
所述微粒固体的平均粒子直径小于50μm，更优选为1至20μm，极特别优选为5至10μm，所述粒子直径可通过光散射确定，并且是指体积平均的粒子直径。
所述进料通常具有圆形截面。
本发明的方法不易中断，因此特别适合连续混合器。
混合器的充装水平优选为30至80％，更优选为40至75％，最优选为50至70％。
含水量过高会增加吸水性聚合物颗粒团聚的倾向。因此，本发明方法中待使用的吸水性聚合物颗粒的含水量优选低于20重量％，更优选低于10重量％，最优选低于1重量％。
吸水性聚合物颗粒的温度优选为40至80℃，更优选为45至75℃，最优选为50至70℃。
在本发明的一个优选实施方案中，所述微粒固体借助于环形间隙注射器被分散。
环形间隙注射器由内管和围绕内管的环形间隙组成。环形间隙的宽度通常是可调节的。所述微粒固体借助于例如输送螺杆被计量加入内管中。分散气体通过环形间隙供给。环形间隙处的压降使分散气体加速，并产生降低的压力。所述压降可通过分散气体的质量流量和间隙宽度调节，并且优选为0.5至8bar，更优选为1至6bar，最优选为1.5至5bar。由于降低的压力，微粒固体和气体(旁路气体)通过内管被吸入。同时，所述微粒固体被分散在气流中。如此得到的气溶胶可借助于一个优选具有与内管相同直径的管(喷管)被引入产物床层表面以下。
也可通过内管计量加入分散气体，并通过环形间隙计量加入微粒固体。尽管由于堵塞的风险增加，该变型方案是欠优的。
根据所用微粒固体的类型和量，在实施方案中，可相互调节混合器、环形间隙注射器和喷管，以及大小及其工作条件。根据供给的分散气体的量，在喷管的上游形成空腔。形成的空腔越大，则界定用于微粒固体直接包覆的空腔的表面积越大。界定空腔的表面积通过混合过程交换得越快，则单位时间内越多的吸水性聚合物颗粒可被包覆。此外，应包覆混合工具的最小面积。因此，喷管优选轴向排列在混合工具之间。喷管的出口孔和混合器壁或轴之间的优选最小距离取决于产物床层的密度。这受到混合器的运行状态的显著影响。喷管的出口孔和混合器壁或轴之间的距离优选至少为50mm，更优选至少为100mm，最优选至少为200mm。对于更小的混合器，选择比在较大的混合器下更小的距离。
借助于内径为25至30mm的喷管使用热解法二氧化硅和/或沉淀二氧化硅进行包覆优选使用的参数的实例为，分散气体的质量流量优选为2至70kg/h，更优选为3至50kg/h，最优选为3.5至35kg/h，旁路气体的质量流量优选为5至70kg/h，更优选为10至50kg/h，最优选为15至25kg/h，并且微粒固体的质量流量优选为0.5至120kg/h，更优选为2至60kg/h，最优选为4至40kg/h。
在本发明的方法中，可使用本领域技术人员已知的所有混合器。液体可被喷射至高速混合器中或者低搅拌速率的混合器中。优选使用具有移动的混合工具的混合器，例如螺杆混合器，盘式混合器、犁铧式混合器、桨式混合器、螺旋带式混合器、Schugi混合器和连续流混合器。
具有旋转混合工具的混合器按照旋转轴的位置被分为立式混合器和卧式混合器。优选使用卧式混合器。一种特别优选的卧式混合器为连续流混合器。
卧式混合器中的停留时间优选为1至180分钟，更优选为2至60分钟，最优选为5至20分钟。
卧式混合器中混合工具的圆周速度优选为0.1至10m/s，更优选为0.5至5m/s，最优选为0.75至2.5m/s。
吸水性聚合物颗粒以对应于如下弗劳德数(Froude number)的速度被移动至卧式混合器中，所述弗劳德数优选为0.01至6，更优选为0.05至3，最优选为0.1至0.7。
对于具有水平安装的混合工具的混合器而言，弗劳德数如下定义：
其中
r：混合工具的半径
ω：角速度
g：重力加速度。
在卧式混合器中，混合器轴与进料之间的角度优选为约90°。分散的微粒固体可由顶部垂直供给。从侧面以一倾斜角度供给同样也是可行的，在这种情况下，相对于垂直方向的角度优选在60至90°之间，更优选在70至85°之间，最优选在75至82.5°之间。进料的倾斜布置使得可使用更短的供给线，因此降低了混合器运行期间的机械应力。
在一个特别优选实施方案中，进料终止于旋转轴以下，并沿旋转方向计量加入。由于这种设置，使得所包覆的吸水性聚合物颗粒可以最佳的方式运离进料。结合该倾斜布置，还可在混合器运行期间改换进料，而不会使产物排出。
合适的微粒固体为，例如无机惰性物质，如热解法二氧化硅和/或沉淀二氧化硅。
单体a)优选是水溶性的，即23℃下在水中的溶解度通常为至少1g/100g水，优选为至少5g/100g水，更优选为至少25g/100g水，最优选为至少50g/100g水，并且优选各自具有至少一个酸基团。
合适的单体a)为，例如乙烯型不饱和羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸和衣康酸。特别优选的单体为丙烯酸和甲基丙烯酸。极特别优选丙烯酸。
丙烯酸和/或其盐在单体a)总量中的比例优选为至少50mol％，更优选为至少90mol％，最优选为至少95mol％。
单体a)，尤其是丙烯酸，包括优选最高达0.025重量％的氢醌单醚。优选的氢醌单醚为氢醌单甲基醚(MEHQ)和/或生育酚。
生育酚应理解为意指下式的化合物
其中R1是氢或甲基，R2是氢或甲基，R3是氢或甲基，且R4是氢或具有1-20个碳原子的酰基基团。
优选的R4基团是乙酰基、抗坏血酸基、琥珀酰基、烟酰基和其他生理相容性羧酸。所述羧酸可为单、二或三羧酸。
优选其中R1＝R2＝R3＝甲基的α-生育酚，特别是外消旋的α-生育酚。R1更优选氢或乙酰基。RRR-α-生育酚是尤其优选的。
所述单体溶液包含优选不高于130重量ppm，更优选不高于70重量ppm，优选至少10重量ppm，更优选至少30重量ppm，特别是约50重量ppm的氢醌单醚，均基于丙烯酸计，丙烯酸盐也按丙烯酸计算。例如，所述单体溶液可用具有合适的氢醌单醚含量的丙烯酸制备。
交联剂b)为含有至少两个可聚合基团的化合物，其可通过自由基机理聚合至聚合物网络中。合适的交联剂b)包括例乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三烯丙基胺、四烯丙氧基乙烷，如EP 530438A1中所述；二丙烯酸酯和三丙烯酸酯，如EP 547847A1、EP 559476A1、EP 632068A1、WO93/21237A1、WO 2003/104299A1、WO2003/104300A1、WO2003/104301A1和DE 10331450A1中所述；混合丙烯酸酯，其中除丙烯酸酯基团外还包含乙烯型不饱和基团，如DE 10331456A1和DE 10355401A1中所述；或者交联剂混合物，如例如DE 19543368A1、DE 19646484A1、WO 90/15830A1和WO 02/032962A2中所述。
合适的交联剂b)特别为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺和N，N′-亚甲基双甲基丙烯酰胺；多元醇的不饱和单羧酸或多羧酸的酯，例如二丙烯酸酯或三丙烯酸酯，如丁二醇二丙烯酸酯、丁二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯或乙二醇二甲基丙烯酸酯、还有三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；以及烯丙基化合物，例如(甲基)丙烯酸烯丙酯、氰脲酸三烯丙酯、马来酸二烯丙酯、多烯丙基酯、四烯丙氧基乙烷、三烯丙基胺、四烯丙基乙二胺、磷酸的烯丙基酯和乙烯基膦酸衍生物，如例如EP 343427A2中所述。其它合适的交联剂b)还包括季戊四醇二烯丙基醚、季戊四醇三烯丙基醚和季戊四醇四烯丙基醚、聚乙二醇二烯丙基醚、乙二醇二烯丙基醚、甘油二烯丙基醚和甘油三烯丙基醚、基于山梨醇的聚烯丙基醚、以及其的乙氧基化变体。在本发明方法中，可使用聚乙二醇的二(甲基)丙烯酸酯，所用的聚乙二醇分子量为100-1000。
然而，特别有利的交联剂b)有如下物质的二丙烯酸酯和三丙烯酸酯：3-至20-重(tuply)乙氧基化甘油、3-至20-重乙氧基化三羟甲基丙烷、3-至20-重乙氧基化三羟甲基乙烷；特别是如下物质的二丙烯酸酯和三丙烯酸酯：2-至6-重乙氧基化甘油或2-至6-重乙氧基化三羟甲基丙烷、3-重丙氧基化甘油或3-重丙氧基化三羟甲基丙烷，以及3-重混合的乙氧基化或丙氧基化甘油或者3-重混合的乙氧基化或丙氧基化三羟甲基丙烷、15-重乙氧基化甘油或15-重乙氧基化三羟甲基丙烷、以及至少40-重乙氧基化甘油、至少40-重乙氧基化三羟甲基乙烷或至少40-重乙氧基化三羟甲基丙烷。
极特别优选的交联剂b)为聚乙氧基化和/或聚丙氧基化甘油经丙烯酸或甲基丙烯酸酯化而生成的二丙烯酸酯或三丙烯酸酯，如例如WO2003/104301A1中所述。3-至10-重乙氧基化甘油的二和/或三丙烯酸酯是特别有利的。极特别优选1-至5-重乙氧基化和/或丙氧基化甘油的二或三丙烯酸酯。最优选3-至5-重乙氧基化和/或丙氧基化甘油的三丙烯酸酯。
交联剂b)的量优选为0.01至15重量％，更优选为0.5至10重量％，最优选为1至5重量％，分别基于单体溶液计。
可与乙烯型不饱和的携带酸的单体a)共聚的乙烯型不饱和单体c)的实例为，丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、巴豆酰胺、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸二甲基氨基丙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基丙酯、丙烯酸二甲基氨基丁酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、丙烯酸二甲基氨基新戊酯和甲基丙烯酸二甲基氨基新戊酯。
可用的水溶性聚合物d)包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉、淀粉衍生物、聚乙二醇或聚丙烯酸，优选聚乙烯醇和淀粉。
为获得最佳效果，优选的聚合抑制剂对溶解氧有要求。因此，单体溶液可在聚合之前通过惰性化(即通入惰性气体、优选氮气)除去溶解氧。单体溶液的氧含量优选地在聚合之前降低至1重量ppm以下，更优选低于0.5重量ppm。
合适的聚合物以及其它合适的亲水性乙烯型不饱和单体a)的制备描述于DE 19941423A1、EP 686650A1、WO 2001/45758A1和WO2003/104300A1。
合适的反应器是捏合反应器(kneading reactor)或带式反应器(beltreactor)。在捏合机中，在水性单体溶液的聚合中形成的聚合物凝胶通过例如反向搅拌的轴连续粉碎，如WO 2001/38402A1中所述。使用带式反应器进行的聚合描述于例如DE 3825366A1和US 6,241,928。带式反应器中的聚合形成聚合物凝胶，其必须在另一个加工步骤中粉碎，例如在绞肉机、挤出机或捏合机中。
有利地，水凝胶在离开聚合反应器之后即被储存在例如提高温度的绝缘容器中，所述提高温度优选至少50℃、更优选至少70℃、最优选至少80℃，并且优选低于100℃。储存过程，其通常为2至12小时，进一步提高了单体的转化率。
如果聚合物反应器中具有相对高的单体转化率，则储存也可被显著缩短，或者可略去储存步骤。
所得水凝胶的酸基团通常被部分中和，优选被中和至25至95mol％的程度，更优选中和至50至80mol％的程度，甚至更优选中和至60至75mol％的程度；为此可使用常规的中和试剂，优选为碱金属氢氧化物、碱金属氧化物、碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐以及其混合物。还可使用铵盐代替碱金属盐。特别优选的碱金属为钠和钾，但极特别优选氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠及其混合物。
中和优选在单体阶段进行。该过程通常通过在中和试剂中混合而完成，所述中和试剂为水溶液、熔体或者优选为固体物质形式。例如，含水量显著低于50重量％的氢氧化钠可以一种熔点高于23℃的蜡状体存在。在这种情况下，可以片状材料或高温熔体的形式计量。
然而，也可在聚合后的水凝胶阶段进行中和。还可在聚合之前通过实际向单体溶液中加入一部分中和试剂来中和最多40mol％，优选10至30mol％，更优选15至25mol％的酸基团，而仅在聚合后在水凝胶阶段调整到想要的最终中和程度。当水凝胶在聚合后被至少部分中和时，优选将水凝胶进行机械粉碎——例如借助于绞肉机，在这种情况下中和试剂可喷洒、喷淋或倾倒在其上，然后小心地混入。为此，可将制得的凝胶体在绞肉机中反复研磨使其均匀。
然后，优选将水凝胶用带式干燥器干燥，直至剩余的水分含量优选低于15重量％，尤其是低于10重量％；所述含水量通过EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)推荐的检测方法No.WSP 230.2-05“Moisture content(水分含量)”测定。但是，如果需要，干燥也可使用流化床干燥器或加热的犁铧式混合器进行。为制得特别白的产品，通过确保迅速除去蒸发水来干燥该凝胶是有利的。为此目的，必须优化干燥器温度，必须控制空气供给与排出，并在任何时候必须确保充分通风。凝胶的固体含量越高，干燥自然越简单，产品越白。因此，干燥之前凝胶的固体含量优选在30重量％至80重量％之间。特别有利的是使用氮气或其它非氧化性的惰性气体来使干燥器排空。但是，如果需要，也可在干燥期间只简单地降低氧气分压，以防止氧化变黄。
之后，将干燥的水凝胶研磨并分级，并且用于研磨的设备通常可为单级或多级的轧制机，优选二级或三级的轧制机、针磨机、锤磨机或振动球磨机。
为进一步提高特性，可将聚合物颗粒后交联。合适的后交联剂为包括至少两种可与水凝胶的羧酸酯基形成共价键的基团的化合物。合适的化合物有，例如烷氧基甲硅烷基化合物、聚氮丙啶、聚胺、聚酰胺-胺、二环氧化物或多环氧化物，如EP 83022A2、EP 543303A1和EP 937736A2中所述；双官能团或多官能团的醇，如DE 3314019A1、DE 3523617A1和EP 450922A2中所述；或者β-羟基烷基酰胺，如DE 10204938A1和US 6,239,230中所述。
另外，合适的后交联剂为DE 4020780C1中描述的环状碳酸酯；DE 19807502A1中描述的2-噁唑烷酮及其衍生物，如2-羟基乙基-2-噁唑烷酮；DE 19807992C1中描述的双-2-噁唑烷酮和多-2-噁唑烷酮；DE 19854573A1中描述的2-氧代四氢-1，3-噁嗪及其衍生物；DE19854574A1中描述的N-酰基-2-噁唑烷酮；DE 10204937A1中描述的环脲；DE 10334584A1中描述的双环酰胺乙缩醛；EP 1199327A2中描述的氧杂环丁烷和环脲；以及WO 2003/31482A1中描述的吗啉-2，3-二酮及其衍生物。
另外，还可使用包括其它可聚合的乙烯型不饱和基团的后交联剂，如DE 3713601A1中所描述的。
后交联剂的量优选为0.01至1重量％，更优选0.05至0.5重量％，最优选0.1至0.2重量％，分别基于聚合物计。
在本发明的一个优选实施方案中，除后交联剂以外，还将多价阳离子施用至颗粒表面。
可用于本发明方法中的多价阳离子为，例如二价阳离子，如锌、镁、钙和锶的阳离子；三价阳离子，如铝、铁、铬、稀土金属和锰的阳离子；四价阳离子，如钛和锆的阳离子。可用的抗衡离子为氯离子、溴离子、硫酸根、硫酸氢根、碳酸根、碳酸氢根、硝酸根、磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根和羧酸根，如乙酸根和乳酸根。优选硫酸铝。除金属盐以外，还可使用聚胺作为多价阳离子。
所使用的多价阳离子的量为，例如0.001至0.5重量％，优选0.005至0.2重量％，更优选0.02至0.1重量％，分别基于聚合物计。
通常，以这样一种方式进行后交联，从而使后交联剂的溶液喷雾至水凝胶或干燥的聚合物颗粒上。喷雾后，对用后交联剂包覆的聚合物颗粒进行热干燥，后交联反应可在干燥前或干燥期间进行。
后交联剂溶液的喷雾优选在带有移动混合工具的混合器中进行，所述混合器如螺杆混合器、桨式混合器、盘式混合器、犁铧式混合器和铲式混合器。特别优选卧式混合器，如犁铧式混合器和铲式混合器，极特别优选立式混合器。合适的混合器为，例如
混合器、Bepex混合器、Nauta混合器、Processall混合器和Schugi混合器。
热干燥优选在接触式干燥器中进行，更优选桨式干燥器，最优选盘式干燥器。合适的干燥器为，例如Bepex干燥器和Nara干燥器。此外，还可使用流化床干燥器。
干燥也可就在混合器中通过加热夹套或吹入暖风实现。同样合适的是下游干燥器，例如分级干燥器、旋转管式炉或可加热的螺杆。特别有利的是在流化床干燥器中混合并干燥。
优选的干燥温度为100至250℃，优选120至220℃，更优选130至210℃。该温度下反应混合器或干燥器内的优选停留时间优选为至少10分钟，更优选至少20分钟，最优选至少30分钟。
然后，可将后交联的聚合物再次分级。
为进一步提高特性，可对后交联的聚合物颗粒进行包覆。用于提高获得物性能以及渗透性(SFC)的合适涂料为，例如无机惰性物质、有机聚合物、阳离子聚合物和二价或多价金属阳离子。用于粘尘的合适涂料为，例如多元醇。
合适的无机惰性物质为硅酸盐，如蒙脱石、高岭土和滑石、沸石、活性炭、聚硅酸、碳酸镁、碳酸钙、硫酸钡、氧化铝、二氧化钛和氧化铁(II)。优选使用聚硅酸，其根据制备方式被分为沉淀二氧化硅和热解法二氧化硅。所述两种变体可分别以商品名为Silica FK、
(沉淀二氧化硅)和
(热解法二氧化硅)购得。无机惰性物质可以一种水性分散剂或可与水混溶的分散剂中分散体的形式使用，或者以纯物质的形式使用。
将根据本发明使用的微粒固体优选为热解法二氧化硅和/或沉淀二氧化硅。
当吸水性聚合物颗粒用无机惰性物质包覆时，无机惰性物质的使用量基于吸水性聚合物颗粒计，优选为0.05至5重量％，更优选为0.1至1.5重量％，最优选为0.3至1重量％。
合适的有机物质为聚烷基甲基丙烯酸酯或热塑性塑料如聚氯乙烯。
合适的阳离子聚合物为聚亚烷基多胺、聚丙烯酰胺的阳离子衍生物、聚乙烯亚胺和聚季胺。
聚季胺为，例如六亚甲基二胺、二甲胺和环氧氯丙烷的缩合产物、二甲胺和环氧氯丙烷的缩合产物、羟乙基纤维素和二烯丙基二甲基氯化铵的共聚物、丙烯酰胺和α-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚物、羟乙基纤维素、环氧氯丙烷和三甲胺的缩合产物、二丙烯基二甲基氯化胺的均聚物与环氧氯丙烷加成至酰胺基胺的加成产物。另外，聚季胺可通过将硫酸二甲酯与下列物质反应而获得：聚合物如聚乙烯亚胺、乙烯吡咯烷酮和甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯的共聚物或者甲基丙烯酸乙酯与甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯的共聚物。可使用的聚季胺具有宽的分子量范围。
然而，也可通过可自身形成网络的试剂例如环氧氯丙烷加成至聚酰胺-胺的加成产物，或者通过使用可与加入的交联剂反应的阳离子聚合物例如与聚环氧化物、多官能酯、多官能酸或多官能(甲基)丙烯酸酯结合的聚胺或聚亚胺，而在颗粒表面生成阳离子聚合物。
可使用所有具有伯氨基或仲氨基的多官能胺，例如聚乙烯亚胺、聚烯丙基胺和聚赖氨酸。按照本发明方法喷雾的液体优选包括至少一种聚胺，例如聚乙烯胺。
阳离子聚合物可以溶于水性溶剂或可与水混溶的溶剂中的溶液形式使用，以水性分散剂或可与水混溶的分散剂中的分散体形式使用，或者以纯物质的形式使用。
当吸水性聚合物颗粒用阳离子聚合物包覆时，阳离子聚合物的使用量基于吸水性聚合物颗粒计，优选为0.1至15重量％，更优选为0.5至10重量％，最优选为1至5重量％。
合适的二价或多价金属阳离子为Mg2+、Ca2+、Al3+、Sc3+、Ti4+、Mn2+、Fe2+/3+、Co2+、Ni2+、Cu+/2+、Zn2+、Y3+、Zr4+、Ag+、La3+、Ce4+、Hf4+和Au+/3+；优选的金属阳离子有Mg2+、Ca2+、Al3+、Ti4+、Zr4+和La3+；特别优选的金属阳离子有Al3+、Ti4+和Zr4+。金属阳离子不仅可单独使用，也可互相混合使用。所提及的金属阳离子的合适金属盐为所有在所用溶剂中有足够溶解度的金属盐。特别合适的金属盐具有弱络合阴离子，例如氯离子、硝酸根和硫酸根。金属盐优选以溶液形式使用。用于金属盐的溶剂可为水、醇、二甲基甲酰胺、二甲亚砜及其混合物。特别优选水和水/醇混合物，如水/甲醇或水/丙二醇。
当用多价金属阳离子包覆吸水性聚合物颗粒时，多价金属阳离子的使用量基于吸水性聚合物颗粒计，优选为0.05至5重量％、更优选为0.1至1.5重量％，最优选为0.3至1重量％。
特别合适的多元醇为分子量为400至20000g/mol的聚乙二醇、聚甘油、3-至100-重乙氧基化多元醇，如三羟甲基丙烷、甘油、山梨醇和新戊二醇。特别合适的多元醇为7-至20-重乙氧基化甘油或三羟甲基丙烷，例如Polyol TP
(Perstorp AB，Perstorp，Sweden)。后者的优点特别为它们仅稍稍降低了吸水性聚合物颗粒的水性提取物的表面张力。优选地，多元醇以溶于水性溶剂或可与水混溶的溶剂中的溶液使用。
当吸水性聚合物颗粒用多元醇包覆时，多元醇的使用量基于吸水性聚合物颗粒计，优选为0.005至2重量％，更优选为0.01至1重量％，最优选为0.05至0.5重量％。
但是，上述包覆物也可施用于未经后交联的聚合物颗粒(基础聚合物)。
本发明方法实现了用微粒固体——尤其是细分散的二氧化硅——无尘包覆吸水性聚合物颗粒。与现有技术相比，获得增加的沉积速率，并因此获得更高的产率。
本发明方法实现了制备具有极低的形成团块的趋势(防结块)的和/或使用显著降低量的流动助剂——例如细分散的二氧化硅——的吸水性聚合物颗粒。
本发明方法还可有利地与其它包覆方法结合。在用于使用微粒固体——优选热解法二氧化硅和/或沉淀二氧化硅——进行包覆的混合器中，还可进行其它包覆。其它包覆物可例如以溶液或分散体的形式施用至吸水性聚合物颗粒。有利地，使用微粒固体进行的包覆在最后进行。
当所述另外的包覆在一种连续卧式混合器中进行时，吸水性聚合物颗粒在用微粒固体包覆之前的停留时间优选为混合器中总停留时间的50至90％，更优选为60至80％，最优选为70至75％。
本发明方法对混合器中的其它气流不敏感，所述气流例如当溶液和/或悬浮液通过双料(two-substance)喷嘴加入时所产生的或在溶剂蒸发时所产生的。
可通过本发明方法获得的吸水性聚合物颗粒的离心保持量(CRC)通常为至少15g/g，优选至少为20g/g，优选为至少22g/g，更优选为至少24g/g，最优选为至少26g/g。吸水性聚合物颗粒的离心保持量(CRC)通常小于60g/g。
可通过本发明方法获得的吸水性聚合物颗粒在6.21kPa负载下的吸收量(AUL 0.9psi)通常为至少10g/g，优选至少12g/g，优选至少14g/g，更优选至少16g/g，最优选至少18g/g，通常不超过30g/g。
可通过本发明方法获得的吸水性聚合物颗粒的盐水导流能力(SFC)通常为至少100×10-7cm3s/g，通常至少200×10-7cm3s/g，优选至少300×10-7cm3s/g，较优选至少350×10-7cm3s/g，更优选至少400×10-7cm3s/g，最优选至少450×10-7cm3s/g，且通常不超过700×10-7cm3s/g。
吸水性聚合物颗粒通过下文描述的测试方法测定。
方法：
除非另有说明，测量应在23±2℃的环境温度、50±10％的相对空气湿度下进行。吸水性聚合物颗粒在测量前充分混合。
粒度分布(PSD)
吸水性聚合物颗粒的粒度分布通过与EDANA(EuropeanDisposables and Nonwovens Association)推荐的测量方法No.WSP220.2-05“Particle size distribution(粒度分布)”类似的方法测定。
离心保持量(CRC)
离心保持量通过与EDANA(European Disposables andNonwovens Association)推荐的测量方法No.WSP 241.2-05“Centrifuge retention capacity(离心保持量)”类似的方法测定，测定前将吸水性聚合物颗粒筛分至粒径范围为大于300μm至600μm。
负载吸收量(AUL 0.9psi)
在负载6.21kPa(0.9psi)下吸水性聚合物颗粒的吸收量通过与EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)推荐的测量方法No.WSP 242.2-05“Absorption under pressure(加压吸收量)”类似的方法测定，其中使用粒径范围为大于300μm至600μm的0.16g吸水性聚合物颗粒代替0.9g吸水性聚合物颗粒，使用网格宽度为149μm的丝网代替网格宽度为36μm的丝网作为基板，并使用63g/cm2(0.9psi)的重量代替21g/cm2(0.3psi)的重量。
16h可提取量
吸水性聚合物颗粒中可提取组分的含量通过EDANA(EuropeanDisposables and Nonwovens Association)推荐的测量方法No.WSP270.2-05“Extractables(可提取物)”方法测定。
盐水导流能力(SFC)
在21g/cm2(0.3psi)压力下溶胀凝胶层的盐水导流能力，如EP 0640330A1中所述，作为吸水性聚合物颗粒的溶胀凝胶层的凝胶层渗透性来测定，不同在于上述专利申请的第19页和图8中描述的装置被改进成以下结果：不使用玻璃粉(40)，模具(39)由与圆柱体(37)相同的聚合物材料组成，并且现包括21个均匀分布在整个接触表面上的相同尺寸的孔。所述测定的操作步骤和评估与EP 0640330A1相同。流速自动记录。
盐水导流能力(SFC)如下计算：
SFC[cm3s/g]＝(Fg(t＝0)xL0)/(dxAxWP)，
其中Fg(t＝0)为NaCl溶液的流速，单位为g/s，其可借助于流速测定的Fg(t)数据的线性回归分析通过外推至t＝0获得；L0为凝胶层的厚度，单位为cm；d为NaCl溶液的密度，单位为g/cm3；A为凝胶层的面积，单位为cm2；且WP为凝胶层上的流体静压，单位为dyn/cm2。
防结块作用
防结块作用通过如WO 00/10619A1中第22页11行至第24页第6行所述的方法确定。
废气中的粉尘
废气中的粉尘含量目测评价如下：
O＝废气中无粉尘有害物
+＝废气中有可察觉的粉尘有害物
++＝废气中有明显的粉尘有害物
所述EDANA测定方法可获自例如European Disposables andNonwovens Association，Avenue Eugène Plasky 157，B-1030 Brussels，Belgium。
实施例：
实施例使用市售的基于丙烯酸钠的吸水性聚合物颗粒进行。
所述的吸水性聚合物颗粒可商购获得，例如购自BASFAktiengesellschaft(商品名为
)，购自Stockhausen GmbH(商品名为
)，以及购自Nippon Shokubai Co.，Ltd.(商品名为
)。
所使用的吸水性聚合物颗粒具有以下性质特征：
CRC： 26.5g/g
AUL 0.9psi： 21g/g
SFC： 120×10-7cm3s/g
16h可提取量： 7.8重量％
PSD：＞850μm： 0.7重量％
600-850μm：31.3重量％
300-600μm：50.5重量％
90-300μm： 17.3重量％
＜90μm： 0.2重量％
实施例1
吸水性聚合物颗粒在Ruberg DLM 350-1500连续流混合器(Gebrüder Ruberg GmbH&Co KG，Nieheim，Germany)中借助于环形间隙注射器用0.3重量％的
D17(Degussa GmbH，Düsseldorf，Germany)包覆。
D17是一种经疏水化的沉淀二氧化硅。
连续流混合器的混合室体积为140l。连续流混合器的充装水平为60％且速度为43min-1。移动的吸水性聚合物颗粒的弗劳德数为0.36。
所述环形间隙注射器包含一个直径为8mm的内管。通过内管计量加入0.49kg/h的
D17。内管围成一个可调节的环形间隙。通过环形间隙供给5kg/h的空气(分散气体)。分散气体的初始压力为0.5bar。分散气体通过环形间隙加速，并产生降低的压力。由于该降低的压力，空气(旁路气体)和
D17通过内管被吸入，并分散于空气流中。分散的
D17通过一个内径为8mm的管(喷管)以与旋转方向顺流的方向导入流体混合器中。
喷管与连续流混合器的端壁的距离为1125mm，并且喷管口与混合器壁的水平距离为50mm。喷管垂直安装。喷管由顶部垂直插入连续混合器中，至移动产物床层表面之下100mm。
吸水性聚合物颗粒在混合器中的停留时间为20分钟。吸水性聚合物颗粒的温度为60℃。
连续流反应器在不中断的情况下运行数小时。
对包覆的吸水性聚合物颗粒进行分析。结果归纳于表1中。
实施例2(对比实施例)
重复实施例1的步骤。
D17借助于环形间隙注射器分散。将喷管从顶部垂直插入连续混合器中，至移动产物床层表面的上面。
连续流混合器在不中断的情况下运行数小时。
对包覆的吸水性聚合物颗粒进行分析。结果归纳于表1中。
实施例3(对比实施例)
重复实施例1的步骤。
D17通过内径为8mm的管计量加入。该管延伸到移动产物床层表面之下100mm。
无法计量加入所需量的
D17。
实施例4(对比实施例)
重复实施例1的步骤。D17通过内径为8mm的管计量加入。该管延伸到移动产物床层表面之上。
连续流混合器在不中断的情况下运行数小时。
对包覆的吸水性聚合物颗粒进行分析。结果归纳于表1中。
表1：结果
| 实施例 | 防结块作用 | 废气中的粉尘 |
| 1 | 89％ | O |
| 2＊) | 35％ | ++ |
| 3＊) | -＊＊) | -＊＊) |
| 4＊) | 54％ | + |
＊)对比实施例
＊＊)未测定
Claims (20)
1.一种通过使一种单体溶液或悬浮液聚合而制备吸水性聚合物颗粒的方法，所述单体溶液或悬浮液含有如下物质：
a)至少一种乙烯型不饱和的携带酸的单体，其可被至少部分中和，
b)至少一种交联剂，
c)任选地一种或多种可与a)中指定的单体共聚的乙烯型和/或烯丙型不饱和单体，以及
d)任选地一种或多种水溶性聚合物，
该方法包括干燥、研磨和分级、在混合器中用微粒固体包覆吸水性聚合物颗粒，其中所述微粒固体借助于气流分散，并且混合器中经分散的微粒固体进料终止于产物床层表面之下。
2.权利要求1的方法，其包括至少一个后交联步骤。
3.权利要求2的方法，其中后交联的聚合物颗粒用所述微粒固体包覆。
4.权利要求1至3中任一项的方法，其中所述微粒固体的质量流率与分散气体的质量流率的比值为至少0.05。
5.权利要求1至4中任一项的方法，其中所述吸水性聚合物颗粒的平均粒子直径为至少200μm。
6.权利要求1至5中任一项的方法，其中所述微粒固体的平均直径小于50μm。
7.权利要求1至6中任一项的方法，其中所述进料具有圆形截面。
8.权利要求1至7中任一项的方法，其中使用一种连续混合器。
9.权利要求1至8中任一项的方法，其中混合物的充装水平为30至80％。
10.权利要求1至9中任一项的方法，其中加入混合器中的吸水性聚合物颗粒的含水量小于20重量％。
11.权利要求1至10中任一项的方法，其中加入混合器中的吸水性聚合物颗粒的温度为40至80℃。
12.权利要求1至11中任一项的方法，其中所述微粒固体借助于环形间隙注射器被分散。
13.权利要求12的方法，其中所述分散气体在所述环形间隙注射器中的压降为至少0.5bar。
14.权利要求1至13中任一项的方法，其中所述混合器为一种卧式混合器。
15.权利要求14的方法，其中所述吸水性聚合物颗粒在所述卧式混合器中的停留时间为1至180分钟。
16.权利要求14或15的方法，其中所述卧式混合器中混合工具的圆周速度为0.1至10m/s。
17.权利要求14至16中任一项的方法，其中所述吸水性聚合物颗粒在所述卧式混合器中以相当于0.01至6的弗劳德数的速度移动。
18.权利要求14至17中任一项的方法，其中所述经分散的微粒固体以与所述卧式混合器中的旋转方向顺流的方向供给。
19.权利要求1至18中任一项的方法，其中所述微粒固体为热解法二氧化硅和/或沉淀二氧化硅。
20.权利要求1至19中任一项的方法，其中所述吸水性聚合物颗粒的离心保持量为至少15g/g。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |