CN106232631B - 吸水性聚合物颗粒生产中的微粒分级 - Google Patents

吸水性聚合物颗粒生产中的微粒分级 Download PDF

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Abstract

本发明大体涉及一种用于制备吸水性聚合物颗粒的工艺，该工艺包括工艺步骤：(i)制备单体水溶液，其包括至少一种部分中和的、带羧酸基团的单烯属不饱和单体(α1)；和至少一种交联剂(α3)；(ii)可选择地将吸水性聚合物微粒添加至单体水溶液；(iii)向单体水溶液添加聚合引发剂、或者包括两种或更多组分的聚合引发剂体系中的至少一种组分；(iv)可选择地降低单体水溶液的含氧量；(v)将单体水溶液装入聚合反应器中；(vi)在聚合反应器中使单体水溶液中的单体聚合；(vii)将聚合物凝胶从聚合物反应器中移出，并可选择地粉碎聚合物凝胶；(viii)干燥聚合物凝胶；(ix)研磨已干燥的聚合物凝胶，由此获得吸水性聚合物颗粒；(x)通过包括筛网的分级设备，分级已研磨的吸水性聚合物颗粒；以及(xi)可选择地对已研磨并分级的吸水性聚合物颗粒进行表面处理；其中在工艺步骤(x)中，该筛网以第一频率振动；其中该筛网在小于第一频率的另一频率下振动，或者与水平面倾斜的角度在5‑25°的范围内，或者上述两种情况。

Description

吸水性聚合物颗粒生产中的微粒分级
技术领域
本发明涉及一种用于制备吸水性聚合物颗粒产品的工艺；一种可由这种工艺获得的吸水性聚合物颗粒；一种包括这种吸水性聚合物颗粒的复合材料；一种用于生产复合材料的工艺；一种可由这种工艺获得的复合材料；吸水性聚合物颗粒的应用；一种用于制备吸水性聚合物颗粒的设备；一种用这种设备制备吸水性聚合物颗粒的工艺。
背景技术
超吸收剂是不溶于水的交联聚合物，其通过膨胀并形成水凝胶，能够吸收大量的水性流体，特别是体液，更特别地是尿或血，并能够在一定压力下保有该流体。由于这些特性，这种聚合物主要用于掺在卫生用品中，比如，例如，婴儿尿布/尿片、失禁用品或卫生巾。
通常地，在交联剂存在的情况下通过带酸根单体的自由基聚合，进行超吸收剂的制备。可通过选择单体组成、交联剂、聚合条件，以及选择聚合后所获水凝胶的加工条件，制备具有不同吸收性能的聚合物(具体参照，例如，Modern Superabsorbent PolymerTechnology，FL Buchholz，GT Graham，Wiley-VCH，1998)。
聚合后获得的聚合物凝胶，也被称为水凝胶，通常被粉碎、干燥并分级，以便获得具有非常精确的粒径分布的颗粒超吸收剂。在进一步的工艺步骤中，通常这些超吸收剂颗粒表面交联，以便改进吸收性能。为了这个目的，将该颗粒与含有表面交联剂的水溶液混合，该水溶液中还可选择性地含有另外的添加剂，对由此获得的混合物进行加热处理，以促进交联反应。
在交联剂存在的情况下，带酸根的单体可以间歇过程或连续过程进行聚合。在连续聚合和分批聚合中，一般将部分中和的丙烯酸用作单体。例如，在EP0372706A2、EP0574260A1、WO 2003/051415 A1、EP 1 470 905 A1、WO 2007/028751 A1、WO 2007/028746 A1和WO 2007/028747 A1中公开了适合的中和工艺。
发明内容
技术问题
如上所述，在吸水性聚合物颗粒的制备中，获得具有精确限定的粒径分布的产品是非常重要的。在现有技术中，尤其已知减少超吸收剂产品中微粒的分数有利于产品的质量，例如在保留能力或凝胶阻塞方面。因此，吸水性聚合物颗粒必须在制备工艺中进行分级，并且微粒必须从具有较大粒径的吸水性聚合物中分离。该分级和分离通过现有技术中的筛完成。筛包括具有孔的筛网。在一定的筛的作业期之后，孔容易堵塞。因此，在每个作业期后必须停止筛的操作，必须清理孔，例如通过手动刷筛网。在现有技术中另一已知的防堵塞方法包括橡胶球，该橡胶球不断地弹向筛网。现有技术中这种方式可增长筛的作业期。但是，由于弹橡胶球而受到磨损，因此筛网的寿命会减少。
技术方案
大体地，本发明的一个目的在于：至少部分地克服在吸水性聚合物颗粒生产方面的现有技术中出现的缺点。
另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物的工艺，其中尽量避免筛的筛网孔堵塞。本发明的另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物颗粒的工艺，其中尽量避免筛的筛网孔堵塞，并且尽量避免磨损筛网。本发明的另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物的工艺，其中微粒从吸水性聚合物颗粒的分离更有效。本发明的另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物的工艺，其中吸水性聚合物颗粒的质量提高，优选在保留能力或凝胶阻塞或这两者的方面。本发明的另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物的工艺，其中产品中微粒的分数减少。本发明的另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物的工艺，其中筛所需的维护量减少。本发明的另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物的工艺，其中筛的作业期增长。本发明的另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物的工艺，其中筛所需的维护进一步自动化。本发明的另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物的工艺，其中筛的筛网寿命增长。本发明的另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物的工艺，其中该工艺具有下列特点的平衡组合：增长的筛的作业期、增长的筛的筛网寿命、增强的吸水性聚合物颗粒的保留能力。本发明的另一目的在于提供一种用于生产吸水性聚合物的工艺，其中该工艺具有至少两个上述优点的平衡组合。本发明的另一目的在于提供一种吸水性聚合物颗粒，其由更便宜的工艺生产。本发明的另一目的在于通过具有至少一个上述优点的工艺，提供一种用于生产吸水性聚合物颗粒的设备。本发明的另一目的在于提供一种复合材料，该复合材料包括由具有至少一个上述优点的工艺所生产的吸水性聚合物颗粒，其中该复合材料没有出现质量下降。
独立权利要求有助于获得至少一个上述目的的方案。从属权利要求提供了本发明的优选实施方式，其也能解决至少一个上述目的。
有益效果
本发明具有的效果是至少部分地克服在生产吸水性聚合物颗粒方面的现有技术中出现的缺点。
附图说明
附图示出：
图1为描绘根据本发明的工艺步骤的流程图；
图2为描绘根据本发明的另一工艺步骤的流程图；
图3为描绘根据本发明的另一工艺步骤的流程图；
图4为根据本发明的分级设备方案；
图5为根据本发明的另一分级设备的方案；
图6为根据本发明的另一分级设备的方案；
图7为根据本发明的另一分级设备的方案；并且
图8为根据本发明用于制备吸水性聚合物颗粒的设备的框图。
附图标记
100 根据本发明的工艺
101 步骤(i)
102 步骤(ii)
103 步骤(iii)
104 步骤(iv)
105 步骤(v)
106 步骤(vi)
107 步骤(vii)
108 步骤(viii)
109 步骤(ix)
110 步骤(x)
400 分级设备
401 已研磨的吸水性聚合物颗粒
402 圆形筛网
403 已研磨并分级的吸水性聚合物颗粒
404 在另一频率下进行线性振动
405 在第一频率下振动
406 气孔
501 在另一频率下进动
502 旋转
601 方形筛网
602 角
603 水平面
701 其它筛网
800 用于制备吸水性聚合物颗粒的设备
801 第一容器
802 另一容器
803 混合设备
804 聚合反应器
805 粉碎设备
806 带式干燥机
807 研磨设备
808 工艺流程
最佳方式
用于制备吸水性聚合物颗粒的工艺有助于获得至少一个这些目的的方案，该工艺包括工艺步骤：
(i)制备单体水溶液，其包括至少一种部分中和的、带羧酸基团的单烯属不饱和单体(α1)；和至少一种交联剂(α3)；
(ii)可选择地将吸水性聚合物微粒添加至单体水溶液；
(iii)向单体水溶液添加聚合引发剂、或者包括两种或更多组分的聚合引发剂体系中的至少一种组分；
(iv)可选择地降低单体水溶液的含氧量；
(v)将单体水溶液装入聚合反应器中；
(vi)在聚合反应器中使单体水溶液中的单体聚合；
(vii)将聚合物凝胶从聚合物反应器中移出，并可选择地粉碎聚合物凝胶；
(viii)干燥聚合物凝胶；
(ix)研磨已干燥的聚合物凝胶，由此获得吸水性聚合物颗粒；
(x)通过包括筛网的分级设备，分级已研磨的吸水性聚合物颗粒；以及
(xi)可选择地对已研磨并分级的吸水性聚合物颗粒进行表面处理；
其中在工艺步骤(x)中，该筛网以第一频率振动；其中第一频率在16kHz至10MHz的范围内，优选为17kHz至5MHz，更优选为18Hz至1MHz，更优选为19至800kHz，更优选为20至600kHz，更优选为21至400kHz，更优选为22至200kHz，更优选为23至150kHz，更优选为24至100kHz，更优选为25至80kHz，更优选为26至60kHz，更优选为27至50kHz，更优选为28至45kHz，更优选为29至44kHz，更优选为30至42kHz，更优选为31至41kHz，更优选为32至40kHz，更优选为33至39kHz，更优选为34至38kHz，最优选为35至37kHz；其中该筛网
a)在小于第一频率的另一频率下振动，或者
b)与水平面倾斜的角度在5-25°的范围内，优选为5-23°，更优选为5-20°，更优选为6-18°，更优选为7-16°，更优选为7-14°，最优选为8-13°，或者
c)上述两种情况。
优选地，筛网以线性振动、两种或多种线性振动的叠加、弧形振动、椭圆振动、章动、滚动中的一种或至少两种的组合，在另一频率下振动。在贯穿全文的应用中，章动被理解为其振动周期为进动周期一种振动。因此，章动的频率为由该章动组成的进动的频率。在贯穿全文的应用中，滚动理解为一种振动，其中该滚动的周期为滚动的水平分量的周期。因此，滚动的频率为由滚动组成的水平振动的频率。优选地，该筛网以线性振动或两种或多种线性振动的叠加，在第一频率下振动。优选的线性振动为水平振动或垂直振动。第一频率优选为超声频率。另一频率优选为亚超声波频率。优选的亚超声波频率为小于16kHz的频率，优选小于16kHz并为1Hz或更高。优选的分级设备为筛或筛子或这两者。
在本文中，根据本发明工艺的后续步骤可同时进行或时间上重叠或两者都可。这尤其适用于步骤(i)至步骤(iv)，特别尤其地适用于步骤(iii)和(iv)。
根据本发明的工艺优选为连续工艺，其中连续提供单体水溶液，并连续供应至聚合反应器。将获得的水凝胶从聚合物反应器中连续取出，并在后续工艺步骤中连续地可选择地粉碎、干燥、研磨并分级。但是，这个连续的工艺可被中断，以便，例如
-替换工艺设备的某些部分，如果将传送带用作聚合反应器，该某些部分比如传送带的带状物材料，
-清洁工艺设备的某些部分，特别是为了移除槽或管道中的聚合物沉积物，或者
-当必须制备具有其它吸收特性的吸水性聚合物颗粒时，开始新的工艺。
依照WSP 220.2(“世界战略伙伴(Word Strategic Partners)”欧洲非织造布协会(EDANA)和美国非织造布协会(INDA)的测试方法)，根据本发明的优选吸水性聚合物颗粒产品的颗粒具有的平均颗粒尺寸在10-3,000μm的范围内，优选为20-2,000μm，尤其优选为150-850μm。在本文中，基于吸水性聚合物颗粒的总重量，粒径为300-600μm范围内的吸水性聚合物颗粒的含量尤其优选为至少30wt％(重量百分数)，特别优选为至少40wt％，最优选为至少50wt％。
在根据本发明的工艺的工艺步骤(i)中，制备单体水溶液，该单体水溶液包括至少一种部分中和的、带羧酸基团的单烯属不饱和单体(α1)和至少一种交联剂(α3)。
优选的带羧酸基团的单烯属不饱和单体(α1)为引用自DE 10223060A1中的优选单体(α1)，由此尤其优选丙烯酸。
根据本发明，优选地，基于干重，根据本发明工艺生产的吸水性聚合物包括的带羧酸基团的单体为至少50wt％，优选为至少70wt％，进一步优选为至少90wt％。根据本发明，尤其优选地，根据本发明工艺生产的吸水性聚合物由至少50wt％，优选至少70wt％的丙烯酸形成，该丙烯酸优选地中和至至少20mol％，尤其优选至至少50mol％。基于单体水溶液的总重量，工艺步骤(i)中提供的单体水溶液中部分中和的、带羧酸基团的单烯属不饱和单体(α1)的浓度优选为10-60wt％，优选为30-55wt％，最优选为40-50wt％。
单体水溶液还可包括与单烯属不饱和单体(α1)共聚的单烯属不饱和单体(α2)。优选的单体(α2)为引用自DE 10223060A1中的优选单体(α2)，由此尤其优选丙烯酰胺。
根据本发明的优选的交联剂(α3)为：在一个分子中具有至少两个乙烯属不饱和基团的化合物(I类交联剂)；具有至少两个官能团的化合物(II类交联剂)，该两个官能团能在缩合反应(＝缩合交联剂)、加成反应或开环反应中与单体(α1)或(α2)的官能团反应；具有至少一个乙烯属不饱和基团和至少一个官能团的化合物(III类交联剂)，该至少一个官能团能在缩合反应、加成反应或开环反应中与单体(α1)或(α2)的官能团反应；或多价金属阳离子(IV类交联剂)。因此对于I类交联剂化合物，通过交联剂分子的乙烯属不饱和基团与单烯属不饱和单体(α1)或(α2)的自由基聚合，实现聚合物的交联；而对于II类交联剂化合物和IV类交联剂的多价金属阳离子，分别通过官能团的缩合反应(II类交联剂)，或通过多价金属阳离子与单体(α1)或(α2)的官能团的静电相互作用(IV类交联剂)，实现聚合物的交联。对于III类交联剂化合物，通过乙烯属不饱和基团的自由基聚合，并通过交联剂的官能团和单体(α1)或(α2)的官能团之间的缩合反应，相应地实现聚合物的交联。
优选的交联剂(α3)为引用自DE10223060A1中作为I、II、III和IV类交联剂的交联剂(α3)的所有化合物，由此
-作为I类交联剂的化合物，尤其优选N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三烯丙基甲基氯化铵、四烯丙基氯化铵以及由每1mol丙烯酸与9mol环氧乙烷制得的烯丙基九甘醇丙烯酸酯，其中更优选N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，以及
-作为IV类交联剂化合物，尤其优选Al2(SO4)3及其水合物。
根据本发明的工艺所生产的优选的吸水性聚合物为这种聚合物，该聚合物通过下列交联剂种类的交联剂，或通过下列交联剂种类组合的交联剂进行交联，这些交联剂种类分别为：I、II、III、IV、I II、I III、I IV、I II III、I II IV、I III IV、II III IV、II IV或III IV。
根据本发明的工艺所生产的进一步优选的吸水性聚合物为这种聚合物，该聚合物通过DE10223060A1中公开的作为I类交联剂的交联剂中的任一种进行交联，由此N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三烯丙基甲基氯化铵、四烯丙基甲基氯化铵以及用每1mol丙烯酸与9mol环氧乙烷制得的烯丙基九甘醇丙烯酸酯尤其优选为I类交联剂的交联剂，其中更优选N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。
单体水溶液可进一步包括水溶性聚合物(α4)。优选的水溶性聚合物(α4)包括部分或者全部皂化的聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉或淀粉衍生物、聚乙二醇或聚丙烯酸。这些聚合物的分子量并不关键，只要它们是水溶性的。优选的水溶性聚合物(α4)为淀粉或淀粉衍生物或聚乙烯醇。水溶性聚合物(α4)，优选合成的，比如聚乙烯醇，不仅能作为待聚合单体的接枝基体，这些水溶性聚合物也可与聚合物凝胶或已经干燥的吸水性聚合物混合。
此外，该单体水溶液还可包括助剂(α5)，尤其地，这些助剂包括配位剂，比如，例如乙二胺四乙酸(EDTA)。
在单体水溶液中，单体(α1)和(α2)、交联剂(α3)、水溶性聚合物(α4)和助剂(α5)的相对量优选选择为：在可选择地粉碎的聚合物凝胶干燥后，所获吸水性聚合物的结构为
-单体(α1)为20-99.999wt％的程度，优选为55-98.99wt％的程度，尤其优选为70-98.79wt％的程度，
-单体(α2)为0-80wt％的程度，优选为0-44.99wt％的程度，尤其优选为0.1-44.89wt％的程度，
-交联剂(α3)为0-5wt％的程度，优选为0.001-3wt％的程度，尤其优选为0.01-2.5wt％的程度，
-水溶性聚合物(α4)为0-30wt％的程度，优选为0-5wt％的程度，尤其优选为0.1-5wt％的程度，
-助剂(α5)为0-20wt％的程度，优选为0-10wt％的程度，尤其优选为0.1-8wt％的程度，以及
-水(α6)为0.5-25wt％的程度，优选为1-10wt％的程度，尤其优选为3-7wt％的程度，
(α1)至(α6)的重量总和为100wt％。
单体溶液中的单体、交联剂和水溶性聚合物的最佳浓度值可由简单的初步试验或由现有技术确定，特别地由下列申请公布US4,286,082、DE 2706135A1、US4,076,663、DE3503458A1、DE4020780C1、DE4244548A1、DE4333056A1和DE4418818A1所确定。
在工艺步骤(ii)中，可选择地将吸水性聚合物微粒添加至单体水溶液。独立于可选步骤(ii)，可选择在步骤(iii)之后、步骤(iv)之后和步骤(v)之前中的一者或至少二者的组合，将吸水性聚合物微粒添加至单体水溶液。
贯穿本文使用的吸水性微粒，也被称作微粒或细粉，优选为吸水性聚合物颗粒，其组成与上述吸水性聚合物颗粒的组成一致，其中优选至少90wt％的吸水性微粒，优选至少95wt％的吸水性微粒，最优选至少99wt％的吸水性微粒的粒径小于200μm，优选小于150μm，尤其优选小于100μm。
在根据本发明工艺的优选实施方式中，在工艺步骤(ii)中可选择地添加至单体水溶液的吸水性微粒是在根据本发明工艺的工艺步骤(x)中获得的吸水性聚合物微粒，该吸水性微粒为这样回收利用的。
可通过本领域技术人员认为适合于这个目的的任意混合设备，将微粒添加至单体水溶液。在本发明的一种优选实施方式中，如果工艺如上所述连续进行，这个步骤尤其有用，在混合设备中将微粒添加至单体水溶液，在该混合设备中第一微粒流和第二单体水溶液流连续导向旋转混合设备，但来自不同的方向。这种混合方案可在所谓的“高速分散混合器”中实现，其在混合区域包括优选为圆柱形的非旋转定子，在其中心同样优选为圆柱形的转子在旋转。转子壁以及定子壁通常具有凹口，例如狭槽形式的凹口，凭借该凹口微粒和单体水溶液的混合物可被抽吸通过，并因此受到高剪切力作用。
在本文中，第一微粒流和第二单体水溶液流尤其优选形成角度δ，该角度δ在60°-120°范围内，更优选地在75°-105°范围内，甚至更优选地在85°-95°范围内，最优选地形成约90°的角度。离开混合器的微粒和单体水溶液混合流与进入混合器的第一微粒流也优选形成角度ε，该角度ε在60°-120°范围内，更优选地在75°-105°范围内，甚至更优选地在85°-95°范围内，最优选地形成约90°的角度。
这种混合设置可例如通过在DE-A-2520788和DE-A-2617612中公开的混合设备来实现，其内容通过引用并入本文中。混合设备可用于在本发明的工艺步骤(ii)中将微粒添加至单体水溶液，该混合设备的具体实施例可为由德国诗陶芬的公司(Werke GmbH&Co.KG)获得的混合设备，其型号为：MHD 2000/4、MHD 2000/05、MHD 2000/10、MHD 2000/20、MHD 2000/30、和MHD 2000/50，其中尤其优选混合设备MHD 2000/20。可使用的其他混合设备由德国巴尔雷希滕-多廷根(Ballrechten-Dottingen)的ystral有限公司提供，例如型号为“Conti TDS”；或由瑞士利陶的Kinematika股份公司提供，商标为
在工艺步骤(ii)中可添加至单体水溶液的微粒的量基于单体水溶液的重量优选在0.1-15wt％的范围内，更优选在0.5-10wt％的范围内，最优选在3-8wt％的范围内。
在根据本发明工艺的工艺步骤(iii)中，向单体水溶液添加聚合引发剂、或者包括两种或多种组份的聚合引发剂体系中的至少一种组分。
在聚合条件下形成自由基的所有引发剂可用作用于引发聚合作用的聚合引发剂，其通常用于制备超吸收剂。其中这些属于热催化剂、氧化还原催化剂以及光引发剂，该光引发剂通过高能辐射发生激活。聚合引发剂可溶解于或分散于单体水溶液中。优选使用水溶性催化剂。
本领域技术人员已知的在升高温度的作用下分解以形成自由基的所有化合物可用作热引发剂。特别优选在小于180℃下，更优选在小于140℃下，半衰期小于10秒，更优选小于5秒的热聚合引发剂。过氧化物、氢过氧化物、过氧化氢、过硫酸盐和偶氮化合物是特别优选的热聚合引发剂。在一些情况下，使用各种热聚合引发剂的混合物是有利的。在这类混合物中，优选为由过氧化氢和过氧二硫酸钠或过氧二硫酸钾组成的那些混合物，其可以以任何所需的数量比使用。合适的有机过氧化物优选为过氧化乙酰丙酮、过氧化丁酮、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化乙酰、过氧化癸酰、过氧二碳酸异丙酯、2-乙基己基过氧二碳酸酯、叔丁基过氧化氢、异丙苯基过氧化氢、过氧化新戊酸叔戊酯的过氧化物、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化新己酸叔丁酯、异丁酸叔丁酯、过-2-乙基己酸叔丁酯、过异壬酸叔丁酯、过氧化马来酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化-3，5，5-三甲基己酸叔丁酯和过氧化新癸酸戊酯。此外，优选以下热聚合引发剂：偶氮化合物，例如偶氮双异丁腈、偶氮双二甲基戊腈、偶氮双脒基丙烷二盐酸盐、2，2′-偶氮双(N，N-二亚甲基)异丁基脒二盐酸盐、2-(氨基甲酰基偶氮)异丁腈和4，4′-偶氮双(4-氰基戊酸)。上述化合物以常规量使用，基于待聚合单体的量，分别优选在0.01-5mol％的范围内，更优选在0.1-2mol％的范围内。
氧化还原催化剂包括两种或多种组分，通常为上述过氧化合物中的一种或多种、以及至少一种还原组分，优选抗坏血酸、葡萄糖、山梨糖、甘露糖、铵或碱金属的亚硫酸氢盐、硫酸盐、硫代硫酸盐、连二亚硫酸盐或硫化物、金属盐如铁II离子或银离子或钠离子的羟甲基次硫酸盐。优选地，抗坏血酸或焦亚硫酸钠用作氧化还原催化剂的还原组分。使用1×10-5-1mol％的氧化还原催化剂的还原组分和1×10-5-5mol％的氧化还原催化剂的氧化组分，在各种情况下参考聚合中所用单体的量。代替氧化还原催化剂的氧化组分，或者作为其补充，可优选使用一种或多种水溶性偶氮化合物。
优选地，通过高能辐射的作用引发聚合，通常用所谓的光引发剂作为引发剂。这些可包含例如所谓的α-分离剂、H-提取体系或者以及叠氮化物。这类引发剂的实例为二苯甲酮衍生物比如米希勒氏酮(Michlers ketone)、菲衍生物、氟衍生物、蒽醌衍生物、噻吨酮衍生物、香豆素衍生物、苯偶姻醚及其衍生物、偶氮化合物比如上述自由基生成体、取代的六芳基双咪唑或酰基膦氧化物。叠氮化物的实例为：2-(N，N-二甲基氨基)乙基-4-叠氮基肉桂酸盐、2-(N，N-二甲基氨基)乙基-4-叠氮基萘基酮、2-(N，N-二-甲基氨基)乙基-4-叠氮基苯甲酸盐、5-叠氮基-1-萘基-2’-(N，N-二甲基氨基)乙基砜、N-(4-磺酰基叠氮基苯基)马来酰亚胺、N-乙酰基-4-磺酰基-叠氮基苯胺、4-磺酰基叠氮基苯胺、4-叠氮基苯胺、4-叠氮基苯甲酰甲基溴、对叠氮基苯甲酸、2，6-双(对叠氮苯亚甲基)环己酮和2，6-双(对叠氮苯亚甲基)-4-甲基环己酮。另一组的光引发剂为二烷氧基缩酮，比如2，2-二甲氧基-1，2-二苯基乙酮。使用时，光引发剂通常基于待聚合单体以0.0001-5wt％的量使用。
根据本法发明工艺的另一种实施方式，优选在步骤工艺(iii)中，引发剂包括下列组分：
iiia.过氧二硫酸盐；以及
iiib.包括至少三个氧原子或至少三个氮原子的有机引发剂分子；
其中该引发剂包括摩尔比率在20∶1至50∶1范围内的过氧二硫酸盐和有机引发剂分子。在该实施方式的一方面，引发剂组分iiia的浓度基于待聚合的单体的量优选在0.05至2wt％的范围内。在该实施方式的另一方面，有机引发剂分子优选选自2，2-二甲氧基-1，2-二苯乙酮、2，2’-偶氮二(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2，2-偶氮-(氰基戊酸)中的一种或至少两种的组合。在该实施方式的另一方面，优选过氧二硫酸盐的通式为M2S2O8，M选自NH4、Li、Na、Ka或至少其中两种。上述组分尤其适合于本发明工艺的步骤(vi)中聚合的紫外引发。使用这种组合物，在通过根据本发明的工艺所获吸水性聚合物颗粒中，产生残留单体少并且黄变降低。
在本文中，应该注意，添加聚合引发剂的步骤(iii)可在步骤(iv)之前完成、与步骤(iv)同时完成或与步骤(iv)的时间重叠，即当单体水溶液的氧含量减少时。如果使用的聚合引发剂体系包括两种或多种组分，例如，可在工艺步骤(iv)之前添加这种聚合引发剂体系的一种或多种组分，然而对于完成聚合引发剂体系活性必要的剩余组分在工艺步骤(iv)之后添加，也许甚至在工艺步骤(v)后添加。独立于可选择的步骤(iv)，减少单体水溶液的含氧量也可在根据本发明的工艺步骤(iii)之前进行。
在根据本发明工艺的工艺步骤(iv)中，可选择地，单体水溶液的氧含量减少。独立于可选的步骤(iv)，减少单体水溶液的含氧量也可在根据本发明的工艺步骤(ii)之前、期间或之后进行。优选地，在工艺步骤(ii)中添加微粒后，减少单体水溶液的含氧量。
无论何时减少单体水溶液的含氧量，这都可以通过将单体水溶液与惰性气体比如氮气接触而实现。与单体水溶液接触的惰性气体相不含氧气，因此其特点是氧分压非常低。因此氧气从单体水溶液转而进入惰性气体相，直至惰性气体相中的氧分压和在单体水溶液中相等。例如可通过将惰性气体以并流、逆流或中间进入角鼓泡引入单体溶液，完成单体水相与惰性气体相的接触。例如，用喷嘴、静态或动态混合器或鼓泡塔可获得良好的混合。在聚合之前，按重量计，单体溶液的含氧量基于单体溶液优选降至小于1ppm，更优选小于0.5ppm。
在根据本发明工艺的工艺步骤(v)中，将单体水溶液装入聚合反应器中，优选放置于传送带上，尤其优选放置于传送带的上游位置。在工艺步骤(vi)中，单体水溶液中的单体的聚合反应器中聚合，从而生成聚合物凝胶。如果聚合在作为聚合反应器的传送带上进行，在传送带的下游部获得聚合物凝胶薄片。该聚合物凝胶薄片在干燥之前优选进行粉碎，以便获得聚合物凝胶颗粒。
本领域技术人员会认为适合于水溶液中单体比如丙烯酸的连续聚合或分批聚合的任何反应器可用作聚合反应器。适合的聚合反应器的例子为捏合反应器。在捏合机中，在单体水溶液的聚合中形成的聚合物凝胶通过例如WO2001/38402所公开的反旋转搅拌轴，连续地被粉碎。因此，可在将聚合物凝胶移出聚合物反应器之前，粉碎聚合物凝胶。
优选的聚合物反应器的另一例子为传送带。本领域技术人员认为可作为支撑材料使用的任意传送带都可用作本发明工艺的传送带，上述单体水溶液可装至该传送带上并随后聚合形成水凝胶。
传送带通常包括越过支撑元件不断运动的传送带和至少两个导辊，其中至少一个导辊被驱动且一个设置为可调节的。可选择地，提供一种用于释放板的卷绕进料系统，该系统可在传送带上表面的部分中使用。该系统包含反应组分的供应和计量系统、可选择的在供应和计量系统之后在传送带移动方向上排列的照射工具、冷却加热装置、以及用于传送带回程的置于导辊附近的聚合物凝胶束去除系统。根据本发明，为了以最高可能的时空收率完成聚合，在供应和计量系统的区域中开始，在水平支撑元件两侧上的传送带上行附近，具有向上延伸的支撑元件，这些支撑元件的纵轴在上行下方交叉在一点，且其形成它们支撑的传送带的形状使得它变成合适的槽型。因此，根据本发明，传送带在反应组分的供应系统附近由多个槽型支撑元件和轴承元件支撑，该多个槽型支撑元件和轴承元件形成深槽状或盘状构型，用于被引入的反应组分。所需槽型形状由支撑元件的形状和其沿着上行路径长度的布局决定。在引入反应组分的区域中，支撑元件应彼此相对接近，而在随后的区域中，在聚合引发之后，支撑元件可稍微进一步远离地排列。支撑元件的倾斜角和支撑元件的横截面都可改变以使起初深的槽朝向聚合段的末端变平，并再一次使它呈延伸状态。在本发明的另一实施方式中，各支撑元件优选由可围绕它的纵轴旋转的圆柱形或球形辊形成。通过改变辊的横截面以及辊的构型，容易实现所需的槽横截面形状。为确保其从平面过渡至槽型形状时以及在它再一次恢复平面形状时，传送带能形成合适的槽，优选使用在纵向和横向上均为挠性的传送带。
该带状物可由各种材料制成，但是它们优选必须符合以下要求：高拉伸强度和弹性、在重复弯曲应力下的良好的疲劳强度、良好的可变形性和在聚合条件下对各种反应组分的耐化学性。这些要求通常不能由单一材料满足。因此，通常用多层材料作为本发明的带状物。可通过，例如天然和/或合成纤维、玻璃纤维或钢线的纤维插入物的构架，来满足该机械要求。可通过，例如聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、卤代聚烯烃比如聚氯乙烯或聚四氟乙烯、聚酰胺、天然或合成橡胶、聚酯树脂或环氧树脂的覆盖物，实现抗化学性。该优选覆盖材料为硅橡胶。
在根据本发明工艺的工艺步骤(vii)中，将聚合反应器中获得的聚合物凝胶粉碎，由此获得聚合物凝胶颗粒。优选的聚合物凝胶颗粒选择聚合物凝胶束、聚合物凝胶片、聚合物凝胶块中的一种或至少两种的组合。粉碎设备可为聚合反应器或聚合反应器的部分、或单独的设备、或这两者。因此，粉碎聚合物凝胶可在聚合物凝胶从聚合反应器卸载之前、期间、或者之后进行。为粉碎设备的聚合反应器优选为捏合反应器。如果在聚合反应器中进行粉碎，获得的聚合物凝胶优选地在将其从聚合反应器中移出之后进行进一步粉碎。如果聚合反应器为传送带，粉碎优选在将作为聚合物凝胶薄片的聚合物凝胶从传送带上卸载之后，在粉碎设备中进行，其中该粉碎设备是独立的设备。优选地，聚合物凝胶作为具有软质半固体稠度的连续薄片，从传送带移走，然后传递以进行进一步加工，比如粉碎。
聚合物凝胶的粉碎优选在至少三个步骤中进行：
-在第一步骤中，使用切割单元，优选为刀片，例如WO-A-96/36464所公开的刀片，将聚合物凝胶切成扁平凝胶条，该扁平凝胶条的长度优选范围为5-500mm，优选为10-300mm，特别优选为100-200mm，其高度为1-30mm，优选为5-25mm，特别优选为10-20mm，并且宽度为1-500mm，优选为5-250mm，特别优选为10-200mm；
-在第二步骤中，使用撕碎单元，优选破碎机，将凝胶条撕碎成凝胶片，优选地，该凝胶片的长度在3-100mm的范围内，优选为5-50mm，高度在1-25mm的范围内，优选为3-20mm，宽度在1-100mm的范围内，优选为3-20mm；
-在第三步骤中，使用“wolf”(研磨)单元，优选为粉碎机，优选具有螺杆和孔板，由此螺杆朝着孔板传送以便将凝胶片研磨和压碎成聚合物凝胶颗粒，其优选小于凝胶片。
由此实现最佳表面-体积比，这对工艺步骤(viii)中的干燥行为具有有利影响。这样粉碎的凝胶特别适于带式干燥。因为位于颗粒核之间的空气通道，该三步骤粉碎具有更好的“透气性”。
在根据本发明工艺的工艺步骤(viii)中，在第一干燥设备中将聚合物凝胶干燥。
可在本领域技术人员认为适合作为用于干燥上述凝胶颗粒的第一干燥设备的任何干燥机或烘箱中，实现聚合物凝胶的干燥。旋转管式炉、流化床干燥器、热板式干燥机、桨式干燥机和红外线干燥器被提出进行举例。
特别优选地为带式干燥机。带式干燥机为干燥对流系统，用于特别温和地处理空气可通过的产品。将待干燥的产品放在让气体通过的环形传送带上，并经受热气流，优选空气热气流。对干燥气体进行再循环以便它可在重复通过产品层的过程中变得非常高度饱和。一部分的干燥气体，单程气体量优选不小于10％，更优选不小于15％，最优选不小于20％，且优选至多50％，更优选至多40％，最优选至多30％，作为高度饱和的蒸气离开干燥机并带走从产品中蒸发的水量。热气流的温度优选为不低于50℃，更优选不低于100℃，最优选不低于150℃且优选最高250℃，更优选最高220℃，最优选最高200℃。
干燥机的尺寸和设计取决于待加工的产品、生产能力和干燥任务。带式干燥机可具体表现为单带、多带、多级或多层系统。本发明优选使用具有至少一个带状物的带式干燥机来实施。非常特别优选单带干燥机。为确保带式干燥机操作的最佳性能，吸水性聚合物的干燥特性根据所选择的工艺参数分别确定。带的孔径和网目尺寸与产品相适合。类似地，某些表面强化，例如电抛光或特氟隆喷涂是可行的。
待干燥的聚合物凝胶优选通过旋转带施加于带式干燥机的带上。进料高度，即旋转带与带式干燥机的带之间的垂直距离，优选不小于10cm，更优选不小于20cm，最优选不小于30cm，且优选为至多200cm，更优选地为至多120cm，最优选地为至多40cm。带式干燥机上待干燥聚合物凝胶的厚度优选不小于2cm，更优选不小于5cm，最优选不小于8cm，且优选不大于20cm，更优选不大于15cm，最优选不大于12cm。带式干燥机的带速优选不小于0.005m/s，更优选不小于0.01m/s，最优选不小于0.015m/s，且优选至多为0.05m/s，更优选至多为0.03m/s，最优选至多为0.025m/s。
此外，优选地，根据本发明将聚合物凝胶干燥至其含水量基于干燥的聚合物凝胶颗粒为0.5-25wt.％(重量百分数)，优选为1-10wt％，特别优选为3-7wt％。
在根据本发明工艺的工艺步骤(ix)中，在第一研磨设备中研磨干燥的聚合物凝胶颗粒由此得到微粒的吸水性聚合物颗粒。
对于研磨干燥的聚合物凝胶颗粒，可使用本领域技术人员认为适用于研磨上述干燥的聚合物颗粒的任何设备。作为适合的研磨设备的实例，可提及单级或多级辊磨机优选二级或三级辊磨机、针磨机、锤磨机或振动磨机。
在根据本发明工艺的工艺步骤(x)中，将已研磨的吸水性聚合物颗粒分级，优选使用合适的筛。在本文中，特别优选在吸水性聚合物颗粒分级以后，基于吸水性聚合物颗粒的总重量，粒径小于150μm的聚合物颗粒的含量小于10wt％，优选小于8wt％，特别优选小于6wt％，粒径大于850μm的聚合物颗粒的含量也小于10wt％，优选小于8wt％，特别优选小于6wt％。还优选地，在对吸水性聚合物颗粒分级以后，基于吸水性聚合物颗粒的总重量为至少30wt％，更优选至少40wt％，最优选至少50wt％的吸水性聚合物颗粒的粒径为300-600μm。
在根据本发明工艺的工艺步骤(xi)中，可选择地处理已研磨并分级的吸水性聚合物颗粒的表面。本领域技术人员认为适合于这种目的的任何措施都可用作处理吸水性聚合物颗粒表面的措施。表面处理的实例包括，例如，表面交联、用水溶性盐比如硫酸铝或乳酸铝进行的表面处理、用无机颗粒比如二氧化硅进行的表面处理等等。优选地，用于处理聚合物颗粒表面的组分(交联剂、水溶性盐)以水溶液形式添加至吸水性聚合物颗粒。颗粒与水溶液混合后加热至150-230℃的温度范围，优选为160-200℃，以便促进表面交联反应。
在本发明的一实施方式中，另一频率比第一频率小至少15kHz-9.9MHz，优选至少15kHz-5MHz，更优选至少15kHz-1MHz，更优选至少16-800kHz，更优选至少17-600kHz，更优选至少18-400kHz，更优选至少19-200kHz，更优选至少20-150kHz，更优选至少21-100kHz，更优选至少22-80kHz，更优选至少23-60kHz，更优选至少24-40kHz，更优选至少25-39kHz，更优选至少26-38kHz，更优选至少27-37kHz，更优选至少28-36kHz，更优选至少29-36kHz，更优选至少30-36kHz，更优选至少31-36kHz，更优选至少32-36kHz，更优选至少33-36kHz，更优选至少33-36kHz，更优选至少34-36kHz。
在本发明的一实施方式中，筛网为矩形或圆形或这两者。优选的圆筛网为圆形的。另一优选的圆筛网为平面的。尤其优选的筛网为圆形以及平面的。另一优选的筛网的特点为筛分表面在0.1-10m2的范围内，优选在0.2-9.5m2，优选在0.3-9m2，更优选在0.4-8.5m2，更优选在0.5-8m2，更优选在1-7.5m2，更优选在2-7m2，更优选在2.5-6.5m2，更优选在3-6m2，更优选在3.5-6m2，更优选在4-6m2，更优选在4.5-6m2，更优选在4.8-5.8m2，更优选在5-5.6m2。优选地，筛分表面为一筛网区域，其中筛网孔在该区域上分布，优选均匀分布。根据本发明工艺的上述实施方式，优选的圆筛网满足标准a)。根据本发明工艺的上述实施方式，优选的矩形筛网满足标准b)。
在本发明的一实施方式中，该分级设备为离心筛或滚筒筛或这两者。优选的分级设备为滚筒筛。特别尤其优选的分级设备为包括至少一个圆形平面筛网的滚筒筛。
在本发明的一实施方式中，筛网的筛孔尺寸在5-400目的范围内，优选为10-200目，更优选为20-170目，更优选为20-140目，更优选为20-120目，更优选为20-100目，最优选为100目。优选的筛目为美制筛目。优选的筛网由线或纤维或这两者制成。优选的线由钢铁优选不锈钢制成。优选的纤维为合成纤维。另一优选的孔为筛网穿孔。
在本发明的一实施方式中，该分级设备还包括至少一个其它筛网，优选至少2个其它筛网，更优选至少3个其它筛网，更优选至少4个其它筛网，最优选至少5个其它筛网。该筛网和其它筛网优选像层板一样彼此叠放。优选的其它筛网的特点为具有至少一个、优选至少两个的组合、更优选所有的上述筛网技术特征。特别尤其优选的分级设备为滚筒筛，其包括像层板一样彼此叠放的6个圆形平面筛网。
在本发明的一实施方式中，基于聚合物凝胶，在工艺步骤(vii)中被移出的聚合物凝胶包括的水为40-60wt％，优选为50-60wt％，更优选为53-56wt％。
在本发明的一实施方式中，在工艺步骤(vii)中被移出的聚合物凝胶为聚合物凝胶薄片；其中该聚合物凝胶薄片的特点为其厚度为10-200mm，优选为10-100mm，更优选为15-75mm，最优选为15-50mm。
在本发明的一实施方式中，在工艺步骤(vii)中被移出的聚合物凝胶为聚合物凝胶薄片；其中该聚合物凝胶薄片的特点为其宽度为30-300cm，优选为50-250cm，更优选为60-200cm，最优选为80-100cm。
在本发明的一实施方式中，在步骤(vi)中的聚合在发泡剂存在的情况下进行。该发泡剂可在选自步骤(i)、步骤(ii)、步骤(iiii)、步骤(iv)、步骤(v)、步骤(vi)中的一个或至少两个的组合中，添加至单体水溶液。优选地，该发泡剂在步骤(i)中添加至单体溶液。发泡剂应该在步骤(vi)的聚合开始之前或紧接其后立即加入。特别优选地，在加入引发剂或引发剂体系的组分之后或同时，向单体溶液添加发泡剂。优选地，基于单体溶液的总重量，该发泡剂添加至单体溶液的重量为500-4000ppm，优选为1000-3500ppm，更优选为1500-3200ppm，最优选为2000-3000ppm。
发泡剂为一种物质，其能够在单体聚合期间通过发泡过程产生多孔结构、孔或这两者。发泡过程优选为吸热的。优选的吸热发泡过程通过来自放热的聚合反应、交联反应或两种反应的热量而开始。优选的发泡剂为物理发泡剂、化学发泡剂或这两者。优选的物理发泡剂选自氯氟烃、氢氯氟烃、烃类和CO2中的一种或至少两种的组合。优选的CO2为液体CO2。优选的烃类选自戊烷、异戊烷和环戊烷中的一种或至少两种的组合。优选的化学发泡剂选自碳酸盐发泡剂、亚硝酸盐、过氧化物、纯碱、草酸衍生物、芳香族偶氮化合物、肼、叠氮化物、N，N’-二亚硝基酰氨、有机发泡剂中的一种或至少两种的组合。
非常特别优选的发泡剂为碳酸盐发泡剂。在US5,118,719A中公开了可根据本发明使用碳酸盐发泡剂，其通过引用并入本文。优选的碳酸盐发泡剂为含碳酸盐的盐、含碳酸氢盐的盐或这两者。另一优选的碳酸盐发泡剂包括选自气体CO2、固体CO2、碳酸亚乙酯、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸镁或碱式碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、碳酸氢盐、这些盐的水合物、其它阳离子的碳酸盐、天然生成的碳酸盐中的一种或至少两种的组合物。优选的天然生成的碳酸盐为白云石。上述碳酸盐发泡剂在溶解或分散在单体水溶液中受热时释放CO2。特别优选的碳酸盐发泡剂为MgCO3，其也可用公式(MgCO3)4·Mg(OH)2·5H2O表示。另一优选的碳酸盐发泡剂为(NH4)2CO3。该MgCO3和(NH4)2CO3可混合使用。优选的碳酸盐发泡剂为多价阳离子的碳酸盐，比如Mg、Ca、Zn等等。这种碳酸盐发泡剂的实例为Na2CO3、K2CO3、(NH4)2CO3、MgCO3、CaCO3、NaHCO3、KHCO3、NH4HCO3、Mg(HCO3)2、Ca(HCO3)2、ZnCO3和BaCO3。尽管可使用某些多价过渡金属阳离子，但是它们中的某些比如铁阳离子能引起染色，并可导致氧化还原反应或水中的水解平衡。这可导致很难进行最终聚合产物的质量控制。此外，其它多价阳离子，比如Ni、Ba、Cd、Hg，因为潜在的毒性或皮肤致敏效应，是不可接受的。
优选的亚硝酸盐为亚硝酸铵。优选的过氧化物为过氧化氢。优选的芳香族偶氮化合物选自三氮烯、芳基偶氮砜、芳基偶氮三芳基甲烷、肼基化合物、重氮乙醚、重氮氨基苯中的一种或至少两种的组合。优选的肼为苯肼。优选的叠氮化物为羰基叠氮化物、磺酰叠氮或这两者。优选的N，N’-二亚硝基酰氨为N，N’-二甲基-N，N’-二亚硝基对苯二甲酰胺。
通过一种用于在工艺流程中制备吸水性聚合物颗粒产品的设备，有助于获得至少一种上述目的的方案，该设备包括：
a)第一容器，设计为容纳单体水溶液，该单体水溶液包括至少一种部分中和的、带羧酸基团的单烯属不饱和单体(α1)；
b)另一容器，设计为容纳至少一种交联剂(α3)；
c)混合设备，其中该混合设备
i)位于第一容器和另一容器的下游，
ii)设计为混合单体溶液和至少一种交联剂(α3)；
d)聚合反应器，其中该聚合反应器
i)位于第一容器和另一容器的下游，
ii)设计为在单体水溶液中单体聚合期间，包括单体水溶液和至少一种交联剂(α3)，由此获得聚合物凝胶；
e)粉碎设备，其中该粉碎设备
i)位于聚合反应器的下游，
ii)设计为粉碎聚合物凝胶，由此获得聚合物凝胶颗粒；
f)带式干燥机，其中该带式干燥机
i)位于粉碎设备的下游，
ii)设计为干燥聚合物凝胶颗粒，
h)研磨设备，其中该研磨设备
i)位于带式干燥机的下游，
ii)设计为研磨已干燥的聚合物凝胶，由此获得吸水性聚合物颗粒；
j)分级设备，其中该分级设备
i)位于研磨设备的下游，
ii)包括筛网，
iii)设计为分级已研磨的吸水性聚合物颗粒，
iv)设计为使筛网振动；
其中该振动包括第一频率，其中该第一频率在16kHz至10MHz的范围内，优选为17kHz至5MHz，更优选为18Hz至1MHz，更优选为19至800kHz，更优选为20至600kHz，更优选为21至400kHz，更优选为22至200kHz，更优选为23至150kHz，更优选为24至100kHz，更优选为25至80kHz，更优选为26至60kHz，更优选为27至50kHz，更优选为28至45kHz，更优选为29至44kHz，更优选为30至42kHz，更优选为31至41kHz，更优选为32至40kHz，更优选为33至39kHz，更优选为34至38kHz，最优选为35至37kHz；其中该筛网
a)在小于第一频率的另一频率下振动，或者
b)与水平面倾斜的角度在5-25°的范围内，优选为5-23°，更优选为5-20°，更优选为6-18°，更优选为7-16°，更优选为7-14°，最优选为8-13°，或者
c)上述两种情况。
在本文中，混合设备可与聚合反应器相同。此外，聚合反应器可与粉碎设备相同。因此，混合设备、聚合反应器和粉碎设备可相同。优选地，根据本发明设备的组件、设备或这两者根据本发明的工艺设计。优选的第一频率为根据本发明工艺的第一频率。优选的另一频率为根据本发明工艺的另一频率。优选的分级设备为根据本发明工艺的分级设备。优选的筛网为根据本发明工艺的筛网。优选的振动为根据本发明工艺的振动。
通过在根据本发明的设备中制备吸水性聚合物颗粒的工艺有助于获得至少一种上述目的的方案。优选地，根据本发明的工艺包括步骤(i)到步骤(xi)。
通过根据本发明工艺所获得的吸水性聚合物颗粒有助于获得至少一种上述目的的方案。优选地，本发明的另一方面关于多个表面交联的吸水性聚合物颗粒，其包括：
a)螯合剂，尤其是乙二胺四乙酸(EDTA)，按重量计，其含量为500-3000ppm，优选为1000-2000ppm；
b)聚二醇，尤其是聚乙二醇，按重量计，其含量为500-3000ppm，优选为1000-2000ppm；以及
c)SiO2，按重量计，其含量为500-3000ppm，优选为1000-2000ppm；
这些含量都是基于多个表面交联的吸水性聚合物颗粒的重量。根据该实施方式的另一方面，多个表面交联的吸水性聚合物颗粒还包括Ag-沸石，基于多个表面交联的吸水性聚合物颗粒的总重量，其含量优选为0.0001-1重量份，更优选为0.001-0.5重量份，最优选为0.002-0.01重量份。
通过包括根据本发明的吸水性聚合物颗粒的复合材料，有助于获得至少一个上述目的的方案。
在本发明的一实施方式中，根据本发明的复合材料包括选自泡沫、成型制品、纤维、箔、薄膜、缆线、密封材料、吸液性卫生用品、植物和真菌生长调节剂的载体、包装材料、土壤添加剂、建筑材料中的一种或至少两种的组合。优选的缆线为深海电缆。优选的吸液性卫生用品选自尿布、卫生棉条、卫生巾中的一种或至少两种的组合。优选的尿布为婴儿尿布、失禁成人尿布或这两者。
通过用于生产复合材料的工艺，有助于获得至少一个上述目的的方案，其中根据本发明的该吸水性聚合物颗粒或根据本发明的多个吸水性聚合物颗粒、基质、可选择地以及助剂彼此相互接触。
通过根据本发明的工艺所获的复合材料，有助于获得至少一个上述目的的方案。
通过根据本发明的吸水性聚合物颗粒、或根据本发明的多个吸水性聚合物颗粒在泡沫、成型制品、纤维、箔、薄膜、缆线、密封材料、吸液性卫生用品、植物和真菌生长调节剂的载体、包装材料、用于控制释放活性化合物的土壤添加剂、或建筑材料中的应用，有助于获得至少一个上述目的的方案。
测试方法
本发明使用下列测试方法。没有测试方法，应用最接近于本申请最早递交日的用于待测量特性的ISO测试方法。如果没有可用的ISO测试方法，应用最接近本申请最早递交日的EDANA测试方法。没有清楚的测量条件，应用标准室温和压强(SATP)，其为298.15K(25℃，77°F)的温度和100kPa(14.504psi，0.986标准大气压)的绝对压强。
含水量
吸水性聚合物颗粒干燥之后的含水量根据卡尔费休(KarlFischer)方法确定。
保留能力
根据由EDANA限定的用于超吸收材料的标准测试方法，测定吸水性聚合物颗粒的保留能力。该测试方法在EDANA《非织造和相关工业的统一测试方法(Harmonized TestMethods Nonwovens and Related Industries)》2012版中，方法编号WSP241.2.R3(12)(等效方法：ERT441.2(0.2)/IST241.2(02)，ISO号：17190-6：2001)下，被描述为“离心分离后对生理盐水的持液能力”。
发明模式
实施例
现通过实施例和附图对本发明进行更详细地说明，仅用于示例而不限于此。
A)部分中和的丙烯酸单体溶液的制备
在适当的容器中，将0.4299重量份的水、0.27重量份的丙烯酸和0.0001重量份的对羟基苯甲醚(MEHQ)混合。将0.2重量份的48wt％氢氧化钠水溶液添加至该混合物中。获得具有70mol％中和度的丙烯酸钠单体溶液。
可选择地，用氮气对丙烯酸钠单体溶液除气。
B)单体溶液的聚合
在容器中，混合1重量份步骤A)中制备的单体溶液、0.001重量份作为交联剂的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.001重量份作为第一引发剂组分的过氧二硫酸钠、0.000034重量份作为第二引发剂组分的2，2-二甲氧基-1，2-二苯乙酮(来自瑞士巴塞尔汽巴专用化学股份有限公司的651)和至多0.1重量份的丙烯酸颗粒(粒径小于150μm)，获得混合溶液。如果根据下表1添加发泡剂，基于混合溶液的总量为0.1重量份的碳酸钠添加至混合溶液中。
将充足量的混合溶液进行进一步处理以获得聚合物凝胶、进一步的下游吸水性聚合物颗粒、进一步的下游表面交联的吸水性聚合物颗粒以及进一步的经过后处理的下游吸水性产物。进一步处理的细节在下文列出。
接下来，将混合溶液置于传送带式反应器的带状物上，通过紫外线引发聚合。传送带的长度为至少20m，宽度为0.8m。传送带成型为槽，在聚合之前和期间使溶液保持于带状物上。传送带的尺寸和传送带的传送速度选择为使聚丙烯酸凝胶在带状物的下游端成型。在这步的最后获得吸水性聚合物凝胶。该聚合物凝胶的水含量基于聚合物凝胶的总重量为约52wt％。
C)聚合物凝胶的粉碎和干燥
聚合物凝胶形成聚合物凝胶束，其从传送带上卸下并在三步骤中进行粉碎：
-将橡胶状聚丙烯酸凝胶用刀片切割成扁平凝胶条。该凝胶束的长度在10-20cm的范围内，高度在10-20mm的范围内，宽度在10-200mm的范围内，然后
-用破碎机将凝胶条撕成凝胶片，该凝胶片的长度在5-50cm的范围内，高度在3-20mm的范围内，宽度在3-20的范围内，然后
-凝胶片通过带研磨机的混合器挤压，以粉碎凝胶片，获得的凝胶片的长度在3-20mm的范围内，高度在3-20mm的范围内，宽度在3至小于20mm的范围内。
在带式干燥机中，在180℃的温度下，将粉碎的凝胶干燥至其含水量基于干燥的聚合物凝胶为5wt％。带式干燥机的带状物具有孔口，通过喷嘴将热空气在该孔口处压进聚合物凝胶中。此外，热空气从带状物上方吹向凝胶。
D)研磨和分级
通过三步骤对干燥的聚合物凝胶进行研磨。首先，干燥的聚合物凝胶通过Herbold制粒机HGM60/145(HERBOLD Meckesheim股份有限公司)供给，获得的干燥聚合物凝胶部分的尺寸小于7mm，然后在容器中放置2.5小时，以均衡聚合物凝胶部分的含水量。然后将干燥的聚合物凝胶部分在保沃米斯特(Bauermeister)350.1×1800型的辊磨机(三段式压碎机)(Bauermeister Zerkleinerungstechnic股份有限公司)中研磨，以获得粒径小于1mm的吸水性聚合物颗粒。
用筛对吸水性聚合物颗粒进行筛分，该筛为德国阿尔普施塔特GKM Siebtechnik公司的KTS2600/5型滚筒筛分机，具有5层筛网。该筛网的筛目尺寸从美制筛目20、30、40、50、60变换至100目。至少50wt％所获吸水性聚合物颗粒的粒径为300-600μm。根据本发明的实施例，少于5wt％的吸水性聚合物颗粒小于150μm，根据本发明的实施例，少于5wt％的吸水性聚合物颗粒粒径大于850μm。将所获吸水性聚合物颗粒命名为前驱体I。根据下表1，吸水性聚合物微粒在这个步骤中进行分离或不进行分离。如果细粉没有分离，在相应的对比例中不进行上述分级步骤。该吸水性聚合物微粒的粒径小于150μm。此外，表1给出了用于防止筛分的筛网孔堵塞的措施。
E)二氧化硅处理
在处理步骤中，在盘式混合器中将前驱体I与二氧化硅(SiO2)混合，该二氧化硅基于前驱体加上SiO2的总重量为约0.01重量份(±10％)。所使用二氧化硅为来自德国埃森市Evonik工业股份公司的22。当将前驱体I与SiO2混合时，前驱体的温度仍然大于80℃直至100℃，优选为100℃。获得前驱体II。
F)表面交联
在另一步骤中，基于前驱体II和交联剂混合物的总重量，1重量份的前驱体II与0.003重量份(±10％)的表面交联剂混合。表面交联剂由19wt％的水、40wt％的乙二醇缩水甘油醚、1wt％的Na2SO3、40wt％分子量为400g/mol的聚乙二醇组成，其中每个含量都基于交联剂的总量。交联剂的成分在线形静态混合器中混合。交联剂在环层混合器(ringlayermixer)CM350(德国帕德伯恩的GebrüderMascheninenbau股份有限公司)中与前驱体II混合。将混合物加热至温度范围为130-160℃。然后在安德里茨高达(AndritzGouda)桨式干燥机中，优选为来自奥地利格拉茨安德里茨(Andritz)公司的GPWD12W120型中，在130-160℃的温度范围中将该混合物干燥45分钟。获得表面交联的吸水性聚合物颗粒。
在为流化床形式的冷却设备中，表面交联的吸水性聚合物颗粒温度降至低于60℃，获得冷却的表面交联的吸水性聚合物颗粒，称作前驱体III。
G)后处理
将1重量份的前驱体III与0.005重量份的Ag-沸石混合。接下来筛分该混合物。选择筛用来分离粒径大于850μm的、冷却的表面交联吸水性聚合物颗粒的团聚体。至少50wt％的表面交联吸水性聚合物颗粒的粒径为300-600μm。根据本发明的实施例，少于5wt％的表面交联吸水性聚合物颗粒小于150μm，根据本发明的实施例，少于5wt％的表面交联吸水性聚合物颗粒的粒径大于850μm。获得后处理的交联吸水性聚合物颗粒。
下面的等级用于比较表1中给出的实施例和对比例的参数测量结果。在下文中给出的顺序，测量结果从左至右越来越好：--、-、+、++、+++。
表1：各个例子中，筛的作业期、筛的筛网寿命、制备的表面交联的吸水性聚合物颗粒的保留能力。
在对比例1中，没有分离吸水性聚合物微粒。因此，细粉仍然在工艺的产品——表面交联的吸水性聚合物颗粒中。没有筛应用于分离细粉。不合需要地，表面交联的吸水性聚合物颗粒的保留能力很低。在对比例2中应用了发泡剂，这使保留能力增强。在对比例3中，如上所述将细粉筛分分离。没有应用发泡剂。保留能力进一步提高。筛的筛网周期手动清洁以防止堵塞。为此使用刷子。如果不清洁筛网，筛网孔将堵塞，筛分将变得效率低下，或者筛分将停止。因为筛分必须被周期性地打断以刷拭筛网，筛的作业期相当短。此外，手动刷拭对于敏感的筛网结构而言相当轻柔。这决定了筛网的合理寿命。对比例4与对比例3一样，除了应用有发泡剂。这单独地进一步增强了保留能力。对比例5与对比例3一样进行，除了不手动清洁筛网，而是通过橡胶球从下面弹向筛网来持续清洁筛网。这个清洁方法增长了关于对比例3和4的筛网的作业期。但是，橡胶球的重复弹跳导致敏感的筛网结构损伤。这引起由球清洁的筛网寿命缩短。保留能力与对比例3中的水平一致。对比例6再一次显示出应用发泡剂增强了生产的表面交联的吸水性聚合物颗粒的保留能力。在根据本发明的实施例1中，用筛对细粉进行分离，并且筛的筛网设置为通过超声波发生器在20kHz的频率下振动。因此，不必须打断筛分以便清洁筛网，并且超声振动不会损坏筛网。观察到筛网寿命长，作业期长并且保留能力强。在对比例2中，用于清洁的超声频率增至36kHz。这导致更高效率的堵塞预防、以及因此增长的筛的作业期。实施例3示出了最佳结果。对于实施例2的助剂，应用发泡剂以增强保留能力。
图1示出了描绘根据本发明用于制备吸水性聚合物颗粒的工艺100的步骤101至步骤111的流程图。在第一步骤101中，提供一种单体水溶液，其包括至少一种部分中和的带羧酸基团的单烯属不饱和单体(α1)和至少一种交联剂(α3)。优选地，单体水溶液为部分中和的丙烯酸水溶液，其进一步包括交联剂。在第二步骤102中，吸水性聚合物的微粒可添加至单体水溶液中。在第三步骤103中，聚合引发剂、或者包括两种或更多组分的聚合引发剂体系中的至少一种组分被添加至单体水溶液中。在第四步骤104中，通过往单体水溶液中鼓氮气，使单体水溶液的氧含量减少。在第五步骤105中，将单体溶液装载至为聚合反应器804的带式聚合反应器的带状物上。该带状物为连续传送带。在第六步骤106中，单体水溶液聚合成聚合物凝胶。在第七步骤107中，将聚合物凝胶从带状物上卸下。随后，粉碎聚合物凝胶，由此获得聚合物凝胶颗粒。在第八步骤108中，将聚合物凝胶颗粒装载到带式干燥机的带状物上，之后在约120-150℃的温度下进行干燥。将已干燥的聚合物凝胶颗粒从带式干燥机中移出，之后在第九步骤109中进行研磨以获得吸水性聚合物颗粒。在第十步骤110中，通过包括筛网402的筛分设备400，对已研磨的吸水性聚合物颗粒401进行分级，以获得具有精确粒径分布的已研磨并分级的吸水性聚合物颗粒403。该分级设备400为滚筒筛。在此，筛网402在第一频率和另一频率下振动。该第一频率为36kHz，由超声波发生器产生。该另一频率为1Hz。在另一频率下的振动为滚筒筛的滚动。在第十一步骤111中，依照表面交联，对吸水性聚合物颗粒的表面进行处理。
图2示出了描绘根据本发明用于制备吸水性聚合物颗粒工艺100的步骤101至步骤111的流程图。图2所示的工艺100与图1的工艺100相同，其中第三工艺步骤103和第四工艺步骤104在时间上重叠。当将聚合引发剂添加至单体水溶液时，向单体水溶液鼓氮气，以减少其氧含量。
图3示出了根据本发明用于制备吸水性聚合物颗粒的工艺100的步骤101、103、105至110的流程图。图3所示的工艺100与图1所示的工艺100相同，其中第二步骤102、第四步骤104和第十一步骤111不是根据图3的工艺100的部分。
图4示出了根据本发明的分级设备400的图。此处该分级设备400可包括图中未示出的组件。该分级设备400为振动筛。对于分级，研磨的吸水性聚合物颗粒401供至分级设备400中，并供至筛网402的筛分表面上。该筛网402为平面圆形筛网。筛网402包括孔406。筛网402的筛孔尺寸为美制筛目100目。孔406由不锈钢线制成。筛网402在第一频率和另一频率下振动。筛网402在另一频率下以两个叠加的线性振动404进行振动。此处，一个线性振动404为垂直振动，另外的线性振动404为水平振动。筛网402在第一频率下以线性垂直振动405振动。第一频率为35kHz，并且另一频率为3Hz。通过分级设备400筛分研磨的吸水性聚合物颗粒401，获得已研磨并分级的吸水性聚合物颗粒403。
图5示出了根据本发明的另一分级设备400的图。此处分级设备400可包括图中未示出的组件。分级设备400为章动筛。对于分级，已研磨的吸水性聚合物颗粒401供至分级设备400，并供至筛网402的筛分表面。筛网402为平面圆形筛网。筛网402包括孔406。筛网402的筛孔直径为美制筛目100目。孔406由合成纤维制成。筛网402在第一频率和另一频率下振动。筛网402进行章动。章动为进动501和旋转502的叠加。进动501在另一频率下进行。因此，根据本发明，章动在另一频率下振动。筛网402在第一频率下以线性垂直振动405振动。第一频率为40kHz，另一频率为2Hz。通过分级设备400筛分已研磨的吸水性聚合物颗粒401，获得已研磨并分级的吸水性聚合物颗粒403。
图6示出了根据本发明的另一分级设备400的图。此处分级设备400可包括图中未示出的组件。分级设备400为筛。对于分级，已研磨的吸水性聚合物颗粒401供至分级设备400，并供至筛网601的筛分表面。该筛网601为平面矩形筛网。筛网601包括孔406。筛网601的筛孔尺寸为美制筛目100目。孔406由不锈钢线制成。筛网601为倾斜的，其与水平面603以10°的角度602倾斜。由于这个倾斜，没有经过筛网601的颗粒因此从作为倾斜平面的筛网601滑落。筛网601在第一频率下振动。筛网601在第一频率下以线性垂直振动405进行振动，由超声波发生器的第一频率为25kHz。通过分级设备400筛分已研磨的吸水性聚合物颗粒，或的已研磨并分级的吸水性聚合物颗粒403。
图7示出了根据本发明的分级设备400的图。此处分级设备400可包括图中未示出的组件。分级设备400为筛。对于分级，已研磨的吸水性聚合物颗粒401供至分级设备400，并供至筛网402的筛分表面。该筛网402为平面圆形筛网。筛网402包括孔406。筛网402的筛孔尺寸为美制筛目20目。孔406由不锈钢线制成。筛网402在第一频率和另一频率下振动。筛网402在另一频率下以两种叠加的线性振动404进行振动。此处，一种线性振动404为垂直振动，另一线性振动404为水平振动。筛网402在第一频率下以线性垂直振动405振动。第一频率为35kHz，另一频率为3Hz。分级设备400进一步包括4个其它筛网701。每个其它筛网701为有孔的平面圆形筛网。每个其它筛网701在第一频率和另一频率下振动。筛网402和其它筛网701垂直叠放于彼此上方。通过分级设备400筛分已研磨的吸水性聚合物颗粒401，获得已研磨并分级的吸水性聚合物颗粒403。
图8示出了用于制备根据本发明的吸水性聚合物颗粒的设备800的框图。箭头示出制备吸水性聚合物颗粒的工艺流程808的方向。设备800包括根据本发明的第一容器801、另一容器802、下游混合设备803、为聚合反应器804的下游带式聚合反应器、下游粉碎设备805、下游带式干燥机806、下游研磨设备807、下游分级设备400。
虽然本申请与目前被认为是实际的示范性实施方式共同进行描述，但要理解本发明不限于所公开的实施方式，相反地，本发明要涵盖在权利要求的精神与范围内的各种改变和等同设置。

Claims (17)

1.一种用于制备吸水性聚合物颗粒的工艺(100)，所述工艺(100)包括工艺步骤：
(i)制备单体水溶液，其包括至少一种部分中和的、带羧酸基团的单烯属不饱和单体(α1)；和至少一种交联剂(α3)；
(ii)可选择地将吸水性聚合物微粒添加至所述单体水溶液；
(iii)向所述单体水溶液添加聚合引发剂、或者包括两种或更多组分的聚合引发剂体系中的至少一种组分；
(iv)可选择地降低所述单体水溶液的含氧量；
(v)将所述单体水溶液装入聚合反应器(804)中；
(vi)在所述聚合反应器(804)中使所述单体水溶液中的所述单体聚合；
(vii)将所述聚合物凝胶从所述聚合物反应器(804)中移出，并可选择地粉碎所述聚合物凝胶；
(viii)干燥聚合物凝胶；
(ix)研磨已干燥的聚合物凝胶，由此获得吸水性聚合物颗粒；
(x)通过包括筛网(402、601)的分级设备(400)，分级已研磨的吸水性聚合物颗粒(401)；以及
(xi)可选择地对已研磨并分级的吸水性聚合物颗粒(403)进行表面处理；
其中所述聚合反应器(804)为传送带；
其中在步骤(vi)中的所述聚合在发泡剂存在的情况下进行；
其中在工艺步骤(x)中，所述筛网(402、601)以第一频率振动；其中第一频率在16kHz至10MHz的范围内；其中所述筛网
a)在小于第一频率的另一频率下振动，或者
b)与水平面倾斜的角度在5-25°的范围内，或者
c)上述两种情况。
2.根据权利要求1的工艺，其特征在于，所述另一频率比第一频率小至少15kHz-9.9MHz。
3.根据权利要求1的工艺(100)，其特征在于，所述筛网为矩形(601)或圆形(402)或这两者。
4.根据权利要求1中的工艺(100)，其特征在于，所述分级设备(400)为离心筛或滚筒筛或这两者。
5.根据权利要求1中的工艺(100)，其特征在于，所述筛网(402、601)的筛孔尺寸在5-400目的范围内。
6.根据权利要求1中的工艺(100)，其特征在于，所述分级设备(400)进一步包括至少一个其它筛网(701)。
7.根据权利要求1中的工艺(100)，其特征在于，在工艺步骤(vii)中卸走的所述聚合物凝胶包括的水基于所述聚合物凝胶在40-60wt％的范围内。
8.根据权利要求1中的工艺(100)，其特征在于，在工艺步骤(vii)中卸走的聚合物凝胶为聚合物凝胶薄片；其中所述聚合物凝胶薄片的特点为其厚度在10-200mm的范围内。
9.根据权利要求1中的工艺(100)，其特征在于，在工艺步骤(vii)中卸走的聚合物凝胶为聚合物凝胶薄片；其中所述聚合物凝胶薄片的特点为其宽度在30-300cm的范围内。
10.一种用于在工艺流程(808)中制备吸水性聚合物颗粒的设备(800)，所述设备(800)包括：
a)第一容器(801)，设计为容纳单体水溶液，所述单体水溶液包括至少一种部分中和的、带羧酸基团的单烯属不饱和单体(α1)；
b)另一容器(802)，设计为容纳至少一种交联剂(α3)；
c)混合设备(803)，其中所述混合设备(803)
i)位于所述第一容器(801)和所述另一容器(802)的下游，
ii)设计为混合所述单体溶液和所述至少一种交联剂(α3)；
d)聚合反应器(804)，其中所述聚合反应器(804)
i)位于所述第一容器(801)和所述另一容器(802)的下游，
ii)设计为在发泡剂存在的情况下，所述单体水溶液中所述单体聚合期间，包括所述单体水溶液和所述至少一种交联剂(α3)，由此获得聚合物凝胶；并且
iii)为传送带；
e)粉碎设备(805)，其中所述粉碎设备(805)
i)位于所述第一容器(801)和另一容器(802)的下游，
ii)设计为粉碎所述聚合物凝胶，由此获得聚合物凝胶颗粒；
f)带式干燥机(806)，其中所述带式干燥机(806)
i)位于所述粉碎设备(805)的下游，
ii)设计为干燥所述聚合物凝胶颗粒，
g)研磨设备(807)，其中所述研磨设备(807)
i)位于所述带式干燥机(806)的下游，
ii)设计为研磨已干燥的聚合物凝胶，由此获得吸水性聚合物颗粒；
h)分级设备(400)，其中所述分级设备(400)
i)位于所述研磨设备(807)的下游，
ii)包括筛网(402、601)，
iii)设计为分级已研磨的吸水性聚合物颗粒(401)，
iv)设计为使所述筛网(402、601)进行振动(404、405、501)；
其中所述振动(404、405、501)包括第一频率；其中所述第一频率在16kHz至10MHz的范围内；并且其中所述筛网
a)在小于所述第一频率的另一频率下振动，或者
b)与水平面(603)倾斜的角度(602)在5-25°的范围内，或者
c)上述两种情况。
11.一种用于在根据权利要求10的设备(800)中制备吸水性聚合物颗粒的工艺(100)。
12.一种由根据权利要求1-9中任一项或权利要求11的工艺(100)所获得的吸水性聚合物颗粒。
13.一种包括根据权利要求12的吸水性聚合物颗粒的复合材料。
14.根据权利要求13的复合材料，所述复合材料包括选自成型制品、密封材料、吸液性卫生用品、植物和真菌生长调节剂的载体、包装材料、土壤添加剂、建筑材料中的一种或至少两种的组合。
15.一种用于生产复合材料的工艺，根据权利要求12的吸水性聚合物颗粒、基质可选择地以及助剂彼此相互接触。
16.由根据权利要求15的工艺所获得的复合材料。
17.根据权利要求12的吸水性聚合物颗粒在成型制品、密封材料、吸液性卫生用品、植物和真菌生长调节剂的载体、包装材料、用于控制释放活性化合物的土壤添加剂、或建筑材料中的应用。
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