CN105813727A - 制备超吸水性聚合物设备和用其制备超吸水性聚合物方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制备超吸水性聚合物(SAP)的设备和利用该设备制备SAP的方法。用于制备SAP的设备包括传送带，其形成于两个或更多旋转轴之间并基于旋转轴的旋转在预定方向上传送；以及进料单元，其向传送带进料单体组合物，其中传送带包含在其底面的凹槽图案。

Description

制备超吸水性聚合物设备和用其制备超吸水性聚合物方法

技术领域

本发明涉及一种用于制备超吸水性聚合物(SAP)的设备和利用该设备制备SAP的方法。

背景技术

超吸水性聚合物(SAP)是一种具有吸收大约500倍到大约1000倍其重量的水的功能的合成聚合物材料并且被开发企业称为超吸水材料(SAM)、吸水凝胶材料(AGM)等。SAP开始商业化始于卫生用品，如今广泛用作园艺的吸水土壤、土木工程和建筑的防水材料、苗圃板、食品配送领域的保鲜防腐剂、泥敷剂材料等，此外还用于卫生配件，比如儿童用纸尿布。

已知反相悬浮聚合方法或水相聚合方法为制备SAP的方法。例如，日本专利申请公开(昭和)56-161408、(昭和)57-158209、和(昭和)57-198714公开了反相悬浮聚合方法。已知水相聚合方法的示例为通过加热来聚合聚合物凝胶的热聚合方法和通过施加紫外光(UV)线来聚合水溶液的光聚合方法等。

一般来说，通过使由聚合获取的聚合物经受切碎、粉碎、干燥、压碎和表面处理分级过程制备SAP产物。然而，在使用挤压机或混炼机进行粉碎处理的情况下，聚合物可附着到旋转螺杆，且由此被不规则粉碎，降低了干燥处理的效率。

干燥处理后，如果聚合物的形式为团块，则需要附加的粉碎处理，其将形成微粒。这种微粒可降低SAP产物的质量并造成产物损耗。

发明内容

【技术问题】

为了解决前述问题，本发明的示例性实施例提供一种用于制备SAP获取均匀粉碎的SAP的设备以及利用该SAP制备设备制备SAP的方法。

然而，本发明的示例性实施例并不局限于在此提出的那些。通过参考下面给出的本发明的具体描述，对于本发明所属领域的普通技术人员来说，本发明的上述和其他示范性实施例将变得更加显而易见。

【技术方案】

根据本发明的示例性实施例，一种用于制备超吸水性聚合物(SAP)的设备,其包括：传送带，其形成于两个或更多旋转轴之间并基于旋转轴的旋转在预定方向上传送；以及进料单元，其向该传送带进料单体组组合物，其中该传送带包含在其底面的凹槽图案。

在示例性实施例中，该凹槽图案可连续地形成。

在示例性实施例中，该凹槽图案可以具有至少一种选自由多边形和圆形组成的组中的形状。

在示例性实施例中，多边形可以包含至少一种选自由三角形、矩形、五边形和六边形组成的组中的形状。

在示例性实施例中，该凹槽图案的平均直径可以为1cm到10cm的范围内。

在示例性实施例中，该凹槽图案的深度可以为1cm到10cm的范围内。

在示例性实施例中，该进料单元可以包含分别对应于凹槽图案的位置的对应于凹槽图案的数目的多个喷嘴。

根据本发明的示例性实施例，一种利用用于制备本发明的SAP的设备制备SAP的方法，用于制备SAP的方法包括：经由进料单元向该传送带的凹槽图案进料单体组合物；以及聚合该单体组合物。

在示例性实施例中，该单体组合物可包括：至少一种选自由丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸、巴豆酸、衣康酸、2-丙烯酰乙烷磺酸、2-甲基丙烯酰乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰丙烷磺酸以及2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸或其盐组成的组中的阴离子单体；至少一种选自由(甲基)丙烯酰胺、N-取代(甲基)丙烯酸酯、2-羟乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟丙基(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙烯乙二醇(甲基)丙烯酸酯和聚乙烯乙二醇(甲基)丙烯酸酯组成的组中的非离子亲水性单体；或至少一种选自由N,N-二甲氨乙基(甲基)丙烯酸酯和N,N-二甲氨基丙基(甲基)丙烯酸酯或其季化合物组成的组中的包含氨基基团的不饱和单体。

在示例性实施例中，该单体组合物可进一步包括至少一种选自由光聚合引发剂、热聚合引发剂和交联剂组成的组中的添加剂。

在示例性实施例中，聚合单体组合物可包括热聚合、光聚合或两者均有。

在示例性实施例中，该方法可进一步包括：经由出口排出通过该单体组合物的聚合获得的聚合物。

在示例性实施例中，该方法可进一步包括：干燥经由出口排出的该聚合物；以及粉碎干燥过的聚合物。

【有益效果】

根据本发明的示例性实施例，能够通过利用SAP制备设备降低粉碎处理的载荷且降低可能由过度粉碎引起的对交联聚合环的损坏，提供一种优良的的超吸水性聚合物(SAP)。

其他特征和方面将从下述详细描述、附图和权利要求而变得显而易见。

附图说明

图1为根据本发明的示例性实施例的用于制备超吸水性聚合物(SAP)的设备的立体图。

图2为根据本发明的示例性实施例的用于制备SAP的设备的平面图。

图3为根据本发明的另一示例性实施例的用于制备SAP的设备的平面图。

具体实施方式

参考优选实施例和附图的以下详细描述，将更容易地理解本发明的特征和实现其的方法。

然而，本发明可以不同形式体现并且不应当解释成局限于本文所述的实施例。而是，提供这些实施例以使本发明将是透彻且完整的，并且将本发明的概念更充分地传达给本领域技术人员，本发明将仅由所附权利要求书限定。类似的数字在该说明书中指代类似的元件。在附图中，为了清晰起见，放大了层和区域的厚度。

应当理解，当一个元件或层被称之为“在”另一元件或层上时，该元件或层可以直接在另一元件或层上，或者可以存在中间元件或层。相反，当一个元件被称之为“直接在”另一元件或层上时，不存在中间元件或层。

为了便于描述，本文使用空间相对术语，例如“低于”、“下面”、“下方”、“上面”、“上部”等以描述如图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。应当理解，空间相对术语意欲包含除了附图所示的取向之外的在使用或操作的装置的不同取向。

应当理解，虽然在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件或组件，但不应局限于这些术语。这些术语仅仅用来将一元件或组件与其它元件或组件相区别。因此，以下论述的第一元件或组件能够被称为第二元件或组件，而不脱离本发明的教导。

用于制备超吸水性聚合物(SAP)的设备

将参照附图在下文描述本发明的示例性实施例。

图1为根据本发明的示例性实施例的用于制备超吸水性聚合物(SAP)的设备的立体图。图2为根据本发明的示例性实施例的用于制备SAP的设备的平面图。图3为根据本发明的另一示例性实施例的用于制备SAP的设备的平面图。

参考图1到3，用于制备SAP的设备包含两个旋转轴1和1’，传送带2，其形成于旋转轴1和1’之间且基于旋转轴1和1’的旋转在预定方向上传送，以及进料单元3，其向该传送带2进料单体组合物，且传送带2包含其底面处的凹槽图案21。

根据传送带2的长度或应用方法可提供两个或更多旋转轴1和1’，以及诸如电机的功率源可连接到旋转轴1和1’以使具有平坦底面的传送带2在预定方向上传送。在示例性实施例中，旋转轴1和1’可定位于相对于水平面的相同的高度，但是可安装于不同高度，以在水平面和传送带2在其上传送的平面之间形成斜坡。

进料单元3进料需要在传送带2的凹槽图案21发生聚合反应的混合物，例如单体组合物，考虑传送带2的长度、宽度和传送速度以及施加热空气或光的持续时间和强度来合适地确定单体组合物的进料速度。

进料单元3可包含分别对应于凹槽图案21的位置的对应于凹槽图案21的数目的多个喷嘴31。或者，进料单元3可包含单一线性喷嘴，而不包含分别对应于凹槽图案21的单独喷嘴31。因为包含单独喷嘴31，因而可向每个凹槽图案21均匀地进料单体组合物，并且可改进聚合物的均匀性。

可将传送带2连接到旋转轴1和1’之间，且当其在预定方向上传送时，允许通过施加热或光来聚合单体组合物。传送带2在其底面可包含凹槽图案21。图1和2所示的凹槽图案21为矩形，但本发明不限于此。例如，凹槽图案21可具有至少一种选自由多边形和圆形组成的组中的形状，并且该多边形中至少一种选自由三角形、矩形、五边形和六边形组成的组中。图3展示六边形凹槽图案21。

在示例性实施例中，凹槽图案21可为相同形状的图案的阵列或不同形状的图案的阵列。

可根据其中处理所需的规模将凹槽图案21设置成各种应用。例如，凹槽21可设置成平均直径为1cm到10cm，但本发明不限于此。在凹槽图案21具有小于1cm的直径的情况下，传送带2内可能不期望地形成过多的无效空间。另一方面，在凹槽图案具有大于10cm的直径的情况下，将不期望地需要附加的预切处理。因此，凹槽图案21的平均直径可设置成2cm到5cm的范围。

也可根据其中处理所需的深度将凹槽图案21设置成各种应用。例如，凹槽图案21可设置成1cm到10cm的深度，但本发明不限于此。在凹槽图案21具有小于1cm的深度的情况下，邻近的凹槽图案21的聚合物很可能相互融合，因此不适于制备单独小片形式的聚合物。另一方面，在凹槽图案21具有大于10cm的深度的情况下，将不期望地需要附加的预切处理。因此，凹槽图案21的深度可设置成2cm到5cm的范围。

传送带2可由带有柔性的材料制成，从而可在旋转轴1和1’的辅助下在预定方向上移动。通过调整凹槽图案21的形状赋予传送带2柔性。

传送带2可由带有耐久性、防腐蚀和强度的材料制成。在示例性实施例中，传送带2可由有机硅胶、橡胶或聚四氟乙烯制成，但本发明不限于此。

每个凹槽图案21可包括底面和壁，且该底面可为平面或凹面。该壁可与底面垂直，且在更接近底面时以预定角度逐渐变窄。

用于制备超吸水性聚合物(SAP)的方法

将参考图1到图3在下文描述根据本发明的示例性实施例的用于制备SAP的方法。

制备SAP的方法包含：利用制备SAP的设备，经由进料单元3向传送带2的凹槽图案21进料单体组合物；以及聚合单体组合物。

考虑传送带2的宽度、长度和移动速度以及施加热和/或光的持续时间、范围和强度以合适的速度向传送带2进料该单体组合物。

该单体组合物可包括水溶性乙烯基不饱和单体，且作为该单体，通常用于制备SAP的任何单体可不限使用。例如，该单体可包含选自由阴离子单体、阴离子单体的盐、非离子亲水性单体、包含氨基的不饱和单体和包含氨基的不饱和单体的季化合物组成的组中的至少一种。

在示例性实施例中，该单体可包括：至少一种选自由丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸、巴豆酸、衣康酸、2-丙烯酰乙烷磺酸、2-甲基丙烯酰乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰丙烷磺酸以及2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸或其盐组成的组中的阴离子单体；至少一种选自由(甲基)丙烯酰胺、N-取代(甲基)丙烯酸酯、2-羟乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟丙基(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙烯乙二醇(甲基)丙烯酸酯和聚乙烯乙二醇(甲基)丙烯酸酯组成的组中的非离子亲水性单体；或至少一种选自由N,N-二甲氨乙基(甲基)丙烯酸酯和N,N-二甲氨基丙基(甲基)丙烯酸酯或其季化合物组成的组中的包含氨基基团的不饱和单体。

考虑聚合时间和反应条件(诸如单体组合物的进料速度、施加热和/或光的持续时间、范围和强度，以及传送带的宽度、长度和移动速度)，充分地选择单体组合物中的水溶性乙烯基不饱和单体的浓度。在示例性实施例中，单体组合物中的水溶性乙烯基不饱和单体的浓度可为40wt％到60wt％，且该浓度范围在单体溶解度和经济可行性方面有效。

该单体组合物可进一步包括至少一种选自由光聚合引发剂、热聚合引发剂和交联剂组成的组中的添加剂。可根据进行的是热聚合、光聚合还是两者均有充分地选择包含在该单体组合物中的聚合引发剂的类型。

不特别限制光聚合引发剂的类型，但选自苯乙酮衍生物，诸如二乙氧基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-1-丙苯-1-酮、4-(2-羟基-乙氧基)苯基l-(2-羟基)-2-丙酮或1-羟基环己基苯基酮；安息香烷基醚，诸如安息香甲基醚、安息香乙基醚、安息香异丙基醚或安息香异丁基醚；苯甲酮衍生物，诸如苯甲酰苯甲酸甲酯、4-苯基二苯甲酮、4-苯甲酰-4'-甲基-联苯硫化物或(4-苯甲酰苯甲基)三甲基氯化铵、噻吨酮基化合物；酰基氧膦衍生物，诸如双(2,4,6-三甲基苯甲酰)-苯基膦氧化物或联苯(2,4,6-三甲基苯甲酰)-膦氧化物；以及偶氮基化合物，诸如2-羟基甲基丙腈或2,2'-{偶氮双(2-甲基-N-(1,1'-双(羟甲基)-2-羟乙基)丙酰胺)的一种或多种可单独或组合作为光聚合引发剂使用。

不特别限制热聚合引发剂的类型，但选自偶氮基引发剂、过氧化物基引发剂、氧化还原基引发剂和有机卤化物引发剂的一种或多种可单独或组合作为热聚合引发剂使用。也可使用过硫酸钠(Na₂S₂O₈)或过硫酸钾(K₂S₂O₈)作为热聚合引发剂，但本发明不限于此。

只要确保充分的聚合引发效应，可充分地选择单体组合物中的光聚合引发剂和热聚合引发剂的含量。在示例性实施例中，以单体为100重量份计，光聚合引发剂和热聚合引发剂的含量分别为0.005到0.1重量份和0.01到0.5重量份，但本发明不限于此。

包括一个或多个能够与单体组合物的单体和一个或多个乙烯基不饱和单体的取代基反应的官能团的交联剂，或包括两个或更多能够与单体的取代基和/或由单体组合物的单体的水解形成的取代基反应的官能团的交联剂可用作交联剂。

在示例性实施例中，C₈-C₁₂双丙烯酰胺、C₈-C₁₂双甲基丙烯酰胺、C₂-C₁₀多元醇的多(甲基)丙烯酸酯、C₂-C₁₀多元醇的多(甲基)烯丙乙醚可用作交联剂。更具体而言，可将N,N'-亚甲基双(甲基)丙烯酸酯、乙烯氧基(甲基)丙烯酸酯、多乙烯氧基(甲基)丙烯酸酯、丙烯氧(甲基)丙烯酸酯、丙三醇二丙烯酸酯、丙三醇三丙烯酸酯、三羟甲基三丙烯酸酯、三烯丙基胺、三芳基三聚氰胺、三烯丙基异氰酸酯、聚乙烯乙二醇、二亚乙基乙二醇、丙烯乙二醇或其两种或更多的混合物用作交联剂，但本发明不限于此。

只要确保充分的交联效应，可充分地选择单体组合物中的交联剂的含量。在示例性实施例中，每100重量份单体中包含0.01到0.5重量份的交联剂，但本发明不限于此。

可进行热聚合、光聚合或两者以聚合该单体组合物。可进一步提供热空气鼓风机以进行热聚合，或利用包含照射单元的聚合设备进行光聚合。

只要该照射单元能够提供光以引起聚合反应，不特别限制照射单元的类型。例如，该照射单元可用以向传送带2上的单体组合物施加紫外光(UV)。任意类型的UV照射单元可用作照射单元。出于UV光的均匀施加和效率，诸如氙(Xe)灯、汞灯、金属卤化物灯的UV光源可用作照射单元。

不特别限制引起光聚合反应的通过照射单元施加的UV光的波长，但波长可以在例如200nm到400nm的范围内。不特别限制施加UV光的持续时间，但可以在例如10秒到5分钟的范围内。在示例性实施例中，施加UV光的持续时间可以在20秒到3分钟的范围内，但本发明不限于此。施加UV光的强度可以在例如0.5mW/cm²到500mW/cm²的范围内。在这些范围内，可引起有效的聚合反应，可通过过度施加UV光防止聚合物内的交联点的破坏。

施加UV光的持续时间和强度取决于彼此且彼此成反比。可将施加UV光的持续时间和强度确定在上述范围内，从而发生有效的聚合反应。

该SAP制备方法可进一步包含经由出口排出通过该单体组合物的聚合获得的聚合物。该SAP制备方法可进一步包含粉碎、干燥和附加粉碎经由出口排出的聚合物。

不特别限制在该聚合物的粉碎中使用的粉碎方法的类型，但是可使用用以切碎并挤压橡胶相弹性材料的装置。在示例性实施例中，可使用切割型切割器、切碎型切割器、混炼机型切割器、振动粉碎机、冲击式粉碎机、摩擦型粉碎机，但本发明不限于此。

在该聚合物的干燥中可使用常规干燥剂和常规加热炉。在示例性实施例中，可使用热空气干燥机、流化床干燥机、气流干燥机、红外线干燥机或介质加热干燥机，但本发明不限于此。不特别限制干燥该聚合物的温度，但为了防止聚合物的热退化以及有效地干燥该聚合物，可以在100℃到200℃下干燥该聚合物。

尽管上文展示和描述了示例性实施例，但显然本领域内技术人员可对本发明作出多种修正和变化，而不背离在所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围。示例性实施例应该被认为仅为描述意义上的，而不是为了限制的目的。

Claims (13)

1.一种用于制备超吸水性聚合物(SAP)的设备，包括：

传送带，形成于两个或更多旋转轴之间并基于所述旋转轴的旋转在预定方向上传送；以及

进料单元，向所述传送带进料单体组合物，

其中，所述传送带包含位于所述传送带的底面的凹槽图案。

2.根据权利要求1所述的制备SAP的设备，其中，所述凹槽图案连续地形成。

3.根据权利要求1所述的制备SAP的设备，其中，所述凹槽图案具有至少一种选自由多边形和圆形组成的组中的形状。

4.根据权利要求3所述的制备SAP的设备，其中，所述多边形包含至少一种选自由三角形、矩形、五边形和六边形组成的组中的形状。

5.根据权利要求1所述的制备SAP的设备，其中，所述凹槽图案的平均直径在1cm到10cm的范围内。

6.根据权利要求1所述的制备SAP的设备，其中，所述凹槽图案的深度在1cm到10cm的范围内。

7.根据权利要求1所述的制备SAP的设备，其中，所述进料单元包含分别对应于所述凹槽图案的位置的对应于所述凹槽图案的数目的多个喷嘴。

8.一种利用根据权利要求1到7中任一项所述的制备SAP的设备制备SAP的方法，制备SAP的所述方法包括：

经由进料单元向传送带的凹槽图案进料单体组合物；以及

聚合所述单体组合物。

9.根据权利要求8所述的制备SAP的方法，其中，所述单体组合物包括：

至少一种选自由丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸、巴豆酸、衣康酸、2-丙烯酰乙烷磺酸、2-甲基丙烯酰乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰丙烷磺酸以及2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸或其盐组成的组中的阴离子单体；

至少一种选自由(甲基)丙烯酰胺、N-取代(甲基)丙烯酸酯、2-羟乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟丙基(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙烯乙二醇(甲基)丙烯酸酯和聚乙烯乙二醇(甲基)丙烯酸酯组成的组中的非离子亲水性单体；或

至少一种选自由N,N-二甲氨乙基(甲基)丙烯酸酯和N,N-二甲氨基丙基(甲基)丙烯酸酯或其季化合物组成的组中的包含氨基基团的不饱和单体。

10.根据权利要求9所述的制备SAP的方法，其中，所述单体组合物进一步包括至少一种选自由光聚合引发剂、热聚合引发剂和交联剂组成的组中的添加剂。

11.根据权利要求8所述的制备SAP的方法，其中，聚合所述单体组合物包括热聚合、光聚合或两者均有。

12.根据权利要求8所述的制备SAP的方法，进一步包括：

经由出口排出通过聚合所述单体组合物获得的聚合物。

13.根据权利要求12所述的制备SAP的方法，进一步包括：

干燥经由所述出口排出的所述聚合物；以及

粉碎干燥过的聚合物。