CN113412301A - 用于制备超吸收性聚合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制备超吸收性聚合物的方法。根据用于制备超吸收性聚合物的方法，改善含水量以防止超吸收性聚合物根据外部变化的表面特性变化，并且减少产生的细粉的量以改善使用超吸收性聚合物制造制品期间的可加工性。

Description

用于制备超吸收性聚合物的方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年11月5日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0140502号和于2020年11月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0146310号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本发明涉及用于制备超吸收性聚合物的方法。更具体地，本发明涉及这样的用于制备超吸收性聚合物的方法：其可以改善超吸收性聚合物的含水量以防止根据外部变化的表面特性变化，并且减少产生的细粉的量以改善使用超吸收性聚合物制造制品期间的可加工性。
背景技术
超吸收性聚合物(Super Absorbent Polymer，SAP)是可以吸收自身重量的500倍至1000倍水分的合成聚合物材料，并且根据开发公司还被不同地命名为超吸收性材料(Super Absorbency Material，SAM)、吸收性凝胶材料(Absorbent Gel Material，AGM)等。超吸收性聚合物开始作为卫生物品商业化，目前其被广泛用作卫生用品(例如一次性尿布、卫生巾等)、土壤用保水材料、土木工程和建筑用止水材料、育苗用片材、食品流通领域的保鲜剂、热敷材料等。
作为用于制备超吸收性聚合物的方法，已知有反相悬浮聚合法或水溶液聚合法等。例如，日本特许专利公开第56-161408号、第57-158209号和第57-198714号等中公开了反相悬浮聚合。
作为水溶液聚合法，已知有其中在配备有多个轴的捏合机中使聚合物凝胶破碎和冷却的同时进行聚合的热聚合法，和其中通过在带上向高浓度水溶液照射UV等来同时进行聚合和干燥的光聚合法等。
通常使通过聚合反应获得的水凝胶聚合物经历干燥过程，然后，作为粉末产品市售。
同时，为了获得具有更优异的特性的超吸收性聚合物，在聚合之后进行表面交联反应。通常，表面交联反应通过以下来进行：向超吸收性聚合物的表面喷洒通过将交联剂添加至水中而制备的表面交联溶液，并搅拌，然后加热以反应。
然而，由于通过加热的表面交联反应通常在140℃或更高的高温下进行，因此包含在超吸收性聚合物中的大部分水分蒸发，并因此最终制备的超吸收性聚合物的含水量显著降低。这样的具有低含水量的超吸收性聚合物可能因转移和储存期间产生的颗粒之间的摩擦而容易表面损坏，因此最终使超吸收性聚合物的特性劣化。此外，在使用具有低含水量的超吸收性聚合物的商业化过程期间，产生的细粉的量增加，并因此过程稳定性和生产率劣化，并且产品的品质劣化。
因此，已经提出了通过在表面交联之后进行水合过程来增加超吸收性聚合物的含水量的方法。
作为用于增加超吸收性聚合物的含水量的水合方法，主要使用通过管线的直接引入法和使用喷嘴的引入法。然而，在通过管线引入的情况下，液滴尺寸大，并因此可能产生具有高含水量的颗粒的团聚体和具有低含水量的普通颗粒的混合物。相反，在通过喷嘴引入的情况下，可以均匀地增加含水量，但是由于液滴尺寸小而可能产生流动，并因此可能导致装置污染和异物产生。
发明内容
技术问题
为了解决现有技术的问题，本发明的目的是提供这样的用于制备超吸收性聚合物的方法和由此制备的超吸收性聚合物：所述方法可以均匀地控制水合期间使用的液滴的尺寸，从而改善超吸收性聚合物的含水量以防止根据外部变化的表面特性变化，并且减少产生的细粉的量以改善使用超吸收性聚合物制造制品期间的可加工性，例如防止反向过滤器堵塞、抗结块等。
技术方案
为了实现该目的，提供了用于制备超吸收性聚合物的方法，所述方法包括以下步骤：
通过进行包含水溶性烯键式不饱和单体和聚合引发剂的单体组合物的热聚合或光聚合来制备水凝胶聚合物；
将水凝胶聚合物干燥和研磨以制备基础树脂粉末；
向基础树脂粉末中添加表面交联剂并进行表面交联以制备表面交联的基础树脂粉末；以及
通过脉冲式喷洒水使表面交联的基础树脂粉末水合，
其中在脉冲式喷洒期间产生的液滴的根据以下数学式1的散射指数为5至10：
[数学式1]
散射指数＝[(Re液滴)/(Re空气)]×100
在数学式1中，Re液滴为液滴的雷诺数(Reynolds number)，以及Re空气为空气的雷诺数。
有益效果
根据用于制备超吸收性聚合物的方法，可以制备具有改善的含水量而不担忧根据外部变化的表面特性变化的超吸收性聚合物。此外，可以减少超吸收性聚合物中的细粉的量，并因此，当使用所述超吸收性聚合物制备吸收性制品时，可以改善可加工性，例如防止反向过滤器堵塞、抗结块等。
具体实施方式
虽然可以对本发明进行各种修改，并且本发明可以具有各种形式，但以下将详细地示出和说明具体实例。然而，应理解，这些不旨在将本发明限于具体公开内容，并且在不脱离本发明的精神和技术范围的情况下，本发明包括其所有修改方案、等同方案或替代方案。
在下文中，将详细地说明根据本公开内容的用于制备超吸收性聚合物的方法和由此制备的超吸收性聚合物。
先前，在用于增加超吸收性聚合物的含水量的水合期间，在使用普通喷嘴的情况下，由于喷嘴的直径较小，因此在喷洒期间产生的液滴的尺寸减小。其中，在颗粒尺寸太小的情况下，颗粒可能散射从而引起污染。此外，在增加喷嘴的直径并且流量小的情况下，可能形成大液滴而不喷洒。然而，如果液滴的尺寸增加，则可能难以使超吸收性聚合物充分水合，并且可能引起表面交联的聚合物颗粒之间的聚集，并因此可能在最终制备的超吸收性聚合物中大量产生颗粒尺寸大于850μm的粗颗粒，从而产生反向过滤器堵塞和结块。
因此，在本公开内容中，在水合期间，通过使用其中根据脉冲来喷洒水的喷嘴来均匀且容易地控制液滴尺寸，可以增加超吸收性聚合物的含水量以防止根据外部变化的表面特性变化，并且可以减少产生的细粉的量以改善使用超吸收性聚合物制造制品期间的可加工性。
具体地，根据本发明的一个实施方案的用于制备超吸收性聚合物的方法包括以下步骤：
通过进行包含水溶性烯键式不饱和单体和聚合引发剂的单体组合物的热聚合或光聚合来制备水凝胶聚合物(步骤1)；
将水凝胶聚合物干燥和研磨以制备基础树脂粉末(步骤2)；
向基础树脂粉末中添加表面交联剂并进行表面交联以制备表面交联的基础树脂粉末(步骤3)；以及
通过脉冲式喷洒水使表面交联的基础树脂粉末水合(步骤4)，
其中在脉冲式喷洒期间产生的液滴的根据以下数学式1的散射指数为5至10：
[数学式1]
散射指数＝[(Re液滴)/(Re空气)]×100
在数学式1中，Re液滴为液滴的雷诺数，以及Re空气为空气的雷诺数。
脉冲式喷洒期间的条件例如孔口直径、脉冲打开率、水引入流量、脉冲周期等对液滴的尺寸具有影响，并且通过控制这些条件，可以将产生的液滴的尺寸优化至可以改善超吸收性聚合物的含水量并且可以使细颗粒或粗颗粒的产生最小化的范围内。在本公开内容中，基于脉冲式喷洒期间的条件对液滴尺寸的影响，使用液滴的雷诺数将液滴的最佳尺寸定义为散射指数。
具体地，在本公开内容中，在脉冲式喷洒期间产生的液滴的根据以上数学式1的散射指数可以为5或更大、或者6或更大、或者7或更大、或者7.5或更大、或者7.8或更大，且10或更小、或者9或更小、或者8.8或更小。如果液滴的散射指数小于5或大于10，则颗粒尺寸为300μm或更小的细液滴可能增多，并因此反应器的污染可能变得严重，或者制备的超吸收性聚合物中的颗粒尺寸大于850μm的粗颗粒的含量可能显著增加。
在数学式1中，雷诺数表示流体力学中流动的惯性力与粘性力的比率，并且与流体的密度、流速和流动中的物品的长度成正比，并且与流体的粘性系数成反比。
具体地，流体(即液滴和空气)的雷诺数可以分别根据以下数学式2来计算。
[数学式2]
雷诺数＝[(流体的密度×流体的平均流速×流体的特征长度)/流体的粘性系数
在数学式2中，流体为液滴(水)或空气，以及对于流体的密度和粘性系数，可以使用文献值。具体地，在流体为液滴(水)的情况下，流体的密度为1000kg/m3，其是水在25℃下的文献密度值，以及粘性系数为10kg/m/秒。此外，在流体为空气的情况下，空气的密度为1.12kg/m3，其是在25℃下的文献值，以及粘性系数为0.17kg/m/秒。
此外，在数学式2中，流体的平均流速可以通过流量分析来预测。具体地，液滴的平均流速可以通过以下来计算：将引入到反应器中的流体的流量(即水引入流量)(m3/小时)除以流体水的流动方向上的截面面积(在本公开内容中为孔口的垂直于水的流动方向的截面面积，因为水在孔口内部流动)。此外，空气的平均流速可以通过以下来计算：将引入到反应器中的空气的流量(即吹扫空气流量)(m3/秒)除以反应器中的空气的流动方向上的截面面积(即反应器的垂直于引入到反应器中的空气的流动方向的内截面的面积)。同时，流动方向上的截面意指在流动期间在与流动方向垂直的方向上切割流体时的截面。
此外，流体的特征长度意指影响流动特性或热传递特性的长度，在外部流动的情况下，流体的特征长度(Lc)通过将截面面积除以截面周长来获得(Lc＝截面面积/截面周长)，在内部流动例如管中的流动的情况下，考虑到管壁的摩擦阻力对流动的影响，使用水力直径(Dh)，其中水力直径是通过将4倍的流动方向上的截面面积除以润湿周长而获得的值(Dh＝4(截面面积)/润湿周长)。
在本公开内容中，液滴的特征长度是液滴的平均直径(SMD)。此外，在空气的情况下，当其穿过反应器时，空气的流动方向上的截面对应于反应器的垂直于空气的流动方向的内截面。例如，在反应器具有矩形管道的形状的情况下，空气的流动方向上的截面为矩形，并且特征长度可以根据以下数学式3来计算：
[数学式3]
空气的特征长度＝[4×(反应器截面的宽度×反应器截面的长度)]/[2×(反应器截面的宽度+反应器截面的长度)]
在数学式3中，反应器截面的宽度和长度是反应器的垂直于空气的流动方向的内截面的宽度和长度。
具体地，根据以上数学式2计算的液滴的雷诺数可以为0.2至0.35，更具体地，为0.2或更大、或者0.22或更大、或者0.23或更大、或者0.24或更大，且0.35或更小、或者0.3或更小、或者0.28或更小、或者0.27或更小。此外，根据以上数学式2计算的空气的雷诺数可以为2至5，更具体地，为2或更大、或者2.5或更大、或者2.8或更大、或者3或更大，且5或更小、或者4.5或更小、或者4或更小、或者3.5或更小。
此外，液滴的平均直径(SMD)可以为400μm至600μm，更具体地，为400μm或更大、或者450μm或更大，且600μm或更小、或者580μm或更小、或者550μm或更小。此外，基于液滴的总重量，产生的液滴中直径为300μm或更小的液滴的比率可以为10重量％或更小、或者9重量％或更小、或者8.5重量％或更小。虽然当直径为300μm或更小的液滴的含量更小时是更优选的，但是考虑到制备过程条件，产生的液滴中直径为300μm或更小的液滴的比率可以最小为3重量％或更大、或者5重量％或更大、或者5.5重量％或更大。在以上直径范围内，由于可能产生流动或污染设备的直径为300μm或更小的细液滴的含量减少，因此不仅可以改善超吸收性聚合物的含水量，而且还可以使污染程度最小化。
在本公开内容中，可以通过激光图像分析来测量在脉冲式喷洒期间产生的液滴的平均直径(SMD)和液滴中直径为300μm或更小的液滴的比率，并且在稍后的实验例中将详细说明具体的测量方法。
在根据本发明的一个实施方案的制备方法中，可以在满足液滴的以上条件的控制条件下进行脉冲式喷洒过程。
在下文中，将根据每个步骤说明根据一个实施方案的用于制备超吸收性聚合物的方法。
首先，在根据一个实施方案的用于制备超吸收性聚合物的方法中，步骤1是其中进行单体组合物的热聚合或光聚合以形成水凝胶聚合物的步骤。
作为超吸收性聚合物的原料的单体组合物包含水溶性烯键式不饱和单体和聚合引发剂。
作为水溶性烯键式不饱和单体，可以没有具体限制地使用通常用于制备超吸收性聚合物的任何单体。具体地，可以使用选自以下中的一种或更多种单体：阴离子单体及其盐、非离子的含亲水性基团的单体、和含氨基的不饱和单体及其季铵化产物。
具体地，可以使用选自以下中的一者或更多者：阴离子单体及其盐，例如(甲基)丙烯酸、马来酸酐、富马酸、巴豆酸、衣康酸、2-丙烯酰基乙磺酸、2-甲基丙烯酰基乙磺酸、2-(甲基)丙烯酰基丙磺酸或2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；非离子的含亲水性基团的单体，例如(甲基)丙烯酰胺、N-取代的(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯或聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯；以及含氨基的不饱和单体例如(N,N)-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯或(N,N)-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺，及其季铵化产物。
更优选地，可以使用丙烯酸或其盐，例如丙烯酸或其碱金属盐如钠盐，并且使用这样的单体，可以制备具有更优异的特性的超吸收性聚合物。在使用丙烯酸的碱金属盐作为单体的情况下，可以在使用之前用碱性化合物例如苛性钠(NaOH)中和丙烯酸。其中，中和度可以为40mol％至95mol％、或40mol％至80mol％、或45mol％至75mol％。虽然中和度的范围可以根据最终特性而变化，但是如果中和度太高，则经中和的单体可能析出，因此使得聚合的顺利进行困难，相反，如果中和度太低，则聚合物的吸收可能显著降低，并且聚合物可能表现出难以处理的类橡胶特性。
基于包含原料和溶剂的单体组合物，水溶性烯键式不饱和单体的浓度可以为约20重量％至约60重量％，优选为约40重量％至约50重量％，并且其可以考虑聚合时间和反应条件等来适当地调节。然而，如果单体的浓度太低，则超吸收性聚合物的产率可能降低，因此引起经济效率方面的问题，而如果浓度太高，则可能使单体部分析出或者聚合的水凝胶聚合物的研磨期间的研磨效率可能为低的，因此引起工艺问题，并且可能使超吸收性聚合物的特性劣化。
此外，在水溶性烯键式不饱和单体的聚合期间使用的聚合引发剂没有具体限制，只要其通常用于制备超吸收性聚合物即可。
具体地，作为聚合引发剂，可以根据聚合方法使用热聚合引发剂或光聚合引发剂。然而，即使在光聚合的情况下，由于通过UV照射等产生一定量的热，并且根据放热聚合反应的进行产生一定程度的热，因此可以额外地使用热聚合引发剂。
作为光聚合引发剂，可以没有限制地使用能够通过光例如UV形成自由基的任何化合物。
作为光聚合引发剂，例如，可以使用选自以下中的一者或更多者：安息香醚、二烷基苯乙酮、羟基烷基酮、乙醛酸苯酯、苄基二甲基缩酮、酰基膦和α-氨基酮。作为酰基膦的具体实例，可以使用市售的Lucirin TPO，即2,4,6-三甲基-苯甲酰基-三甲基氧化膦。更多不同的光聚合引发剂描述于Reinhold Schwalm的“UV Coatings：Basics,RecentDevelopments and New Application(Elsevier 2007)”第115页中，并且不限于上述实例。
基于100重量份的单体，光聚合引发剂可以以约0.001重量份至约1重量份、或0.005重量份至0.1重量份的浓度包含在内。如果光聚合引发剂的含量小于0.001重量份，则聚合速度可能变慢，而如果光聚合引发剂的含量大于1重量份，则超吸收性聚合物的分子量可能小并且特性可能变得不均匀。
此外，作为热聚合引发剂，可以使用选自过硫酸盐引发剂、偶氮引发剂、过氧化氢和抗坏血酸中的至少一者。过硫酸盐引发剂的具体实例可以包括过硫酸钠(Na2S2O8)、过硫酸钾(K2S2O8)、过硫酸铵((NH4)2S2O8)等，偶氮引发剂的具体实例可以包括2,2-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2-偶氮双-(N,N-二亚甲基)异丁脒二盐酸盐、2-(氨基甲酰基偶氮)异丁腈、2,2-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、4,4-偶氮双-(4-氰基戊酸)等。更多不同的热聚合引发剂描述于Odian的“Principle of Polymerization(Wiley,1981)”第203页中，并且不限于上述实例。
基于100重量份的单体，热聚合引发剂可以以0.001重量份至1重量份、或0.01重量份至0.5重量份的含量包含在内。如果热聚合引发剂的含量小于0.001重量份，则可能几乎不发生额外的热聚合，并因此根据添加热聚合引发剂的效果可能不显著，而如果热聚合引发剂的含量大于1重量份，则超吸收性聚合物的分子量可能小并且特性可能变得不均匀。
根据本发明的一个实施方案，单体组合物还可以包含内交联剂作为超吸收性聚合物的原料。作为内交联剂，可以使用具有能够与基于丙烯酸的单体的水溶性取代基反应的一个或更多个官能团并且具有一个或更多个烯键式不饱和基团的交联剂；或者具有能够与基于丙烯酸的单体的水溶性取代基和/或通过单体的水解形成的水溶性取代基反应的两个或更多个官能团的交联剂。
作为内交联剂的具体实例，可以提及C8至C12双丙烯酰胺、双甲基丙烯酰胺、基于C2至C10多元醇的化合物的聚(甲基)丙烯酸酯或基于C2至C10多元醇的化合物的聚(甲基)烯丙基醚等，并且更具体地，可以使用选自以下中的一者或更多者：N,N'-亚甲基双(甲基)丙烯酸酯、亚乙基氧基(甲基)丙烯酸酯、聚亚乙基氧基(甲基)丙烯酸酯、亚丙基氧基(甲基)丙烯酸酯、甘油二丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、三羟甲基三丙烯酸酯、三烯丙基胺、氰脲酸三芳酯、异氰酸三烯丙酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇、二甘醇和丙二醇。
基于100重量份的单体，这样的内交联剂可以以0.01重量份至1重量份或0.1重量份至0.5重量份的含量使用，从而使聚合的聚合物交联。如果内交联剂的含量小于0.01重量份，则根据交联的改善效果可能不显著，而如果其大于1重量份，则可能使超吸收性聚合物的吸收能力劣化。
在本公开内容的制备方法中，根据需要，单体组合物还可以包含添加剂，例如增稠剂、增塑剂、保存稳定剂、抗氧化剂等。
诸如水溶性烯键式不饱和单体、光聚合引发剂、热聚合引发剂、内交联剂和添加剂的原料可以以溶解在溶剂中的单体组合物溶液的形式制备。
其中，可以使用的溶剂在其构成方面没有限制，只要其可以溶解或分散上述原料即可，例如，可以单独使用或以组合使用选自以下中的一者或更多者：水、乙醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、1,4-丁二醇、丙二醇、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、甲基乙基酮、丙酮、甲基戊基酮、环己酮、环戊酮、二甘醇单甲醚、二甘醇乙醚、甲苯、二甲苯、丁内酯、卡必醇、甲基溶纤剂乙酸酯和N,N-二甲基乙酰胺等。
基于单体组合物的总量，溶剂可以以除上述组分之外的剩余量包含在内。
同时，通过单体组合物的热聚合或光聚合形成水凝胶聚合物的方法没有具体限制，只要其为通常使用的聚合方法即可。
具体地，根据能量来源，聚合方法大致分为热聚合和光聚合。通常，热聚合可以在配备有搅拌轴的反应器如捏合机中进行，光聚合可以在配备有可移动传送带的反应器中进行，但是上述聚合仅仅为一个实例，并且本公开内容不限于此。
例如，水凝胶聚合物可以通过以下获得：将上述单体组合物引入到配备有搅拌轴的反应器(例如捏合机)中，并供应热空气或加热反应器以进行热聚合。其中，根据反应器中配备的搅拌轴的形状，排出至反应器出口的水凝胶聚合物可以以数厘米至数毫米的尺寸获得。具体地，所获得的水凝胶聚合物的尺寸可以根据引入的单体组合物的浓度和引入速度等而变化，并且通常可以获得重均粒径为2mm至50mm的水凝胶聚合物。
此外，在如上所述在配备有可移动传送带的反应器中进行光聚合的情况下，所获得的水凝胶聚合物可以呈具有带的宽度的片形式。其中，聚合物片的厚度可以根据引入的单体混合物的浓度和引入速度而改变，但通常优选进给单体混合物使得可以获得厚度为约0.5cm至约5cm的片形式的聚合物。在进给单体混合物使得片状聚合物的厚度可能太薄的情况下，生产效率可能低，而如果片状聚合物的厚度大于5cm，则由于厚度太厚，聚合反应可能不能在整个厚度上均匀地发生。
其中，基于水凝胶聚合物的总重量，通过这样的方法获得的水凝胶聚合物的含水量可以为约40重量％至约80重量％。在整个说明书中，“含水量”是基于水凝胶聚合物的总重量水分所占的含量，并且其意指通过从水凝胶聚合物的重量中减去干燥状态的聚合物的重量所获得的值。具体地，“含水量”被定义为通过在通过红外加热将聚合物的温度升高以进行干燥时测量根据聚合物中的水分蒸发的重量损失而计算的值。其中，可以将干燥条件设定成使得温度从室温升高至约180℃，然后保持在180℃，并且总干燥时间为20分钟，包括升温步骤的5分钟。
同时，在制备水凝胶聚合物之后，在随后的干燥和研磨过程之前，可以任选地进行将制备的水凝胶聚合物粗研磨的过程。
粗研磨是用于提高随后的干燥过程中的干燥效率并控制最终制备的超吸收性聚合物的颗粒尺寸的过程，其中，可以用于粗研磨的研磨机在构成方面没有限制，但是具体地，可以使用选自以下中的一者：立式粉碎机、涡轮切割机、涡轮研磨机、旋转式切碎机(rotary cutter mill)、切碎机(cutter mill)、盘磨机、碎片破碎机、破碎机、切碎机(chopper)、盘式切割机，但本公开内容不限于此。
可以进行粗研磨步骤，例如，使得水凝胶聚合物的粒径可以变为约2mm至约10mm。研磨至小于2mm的粒径由于水凝胶聚合物的高含水量而在技术上不容易，并且可能产生经研磨的颗粒之间的聚集。同时，如果研磨至大于10mm的粒径，则提高随后的干燥步骤的效率的效果可能不显著。
接着，步骤2是其中将步骤1中制备的水凝胶聚合物干燥和研磨的步骤。
干燥可以在约150℃至约250℃的温度下进行。如果干燥温度低于约150℃，则干燥时间可能太长，并且最终制备的超吸收性聚合物的特性可能劣化，而如果干燥温度高于约250℃，则可能仅水凝胶聚合物的表面被干燥，因此在随后的研磨过程中产生细粉，并且最终制备的超吸收性聚合物的特性可能劣化。优选地，干燥可以在约150℃至200℃的温度下，更优选在160℃至180℃下进行。
同时，考虑到过程效率，干燥可以进行约20分钟至约90分钟，但不限于此。
此外，干燥方法在构成方面没有限制，只要其通常可以用作水凝胶聚合物的干燥过程即可。具体地，干燥步骤可以通过热风供应、红外线照射、超高频波照射、或UV照射等来进行。通过这样的方法干燥的聚合物可以表现出约5重量％至约10重量％的含水量。
在干燥之后，进行研磨。
可以进行研磨使得聚合物粉末(即基础树脂粉末)的粒径可以为约150μm至约850μm。作为用于研磨至这样的粒径的研磨机，具体地，可以使用针磨机、锤磨机、螺旋式磨机、辊磨机、盘磨机、或点动式磨机等，但本公开内容不限于此。
此外，在研磨步骤之后，为了控制最终商业化的超吸收性聚合物粉末的特性，还可以进行根据粒径对经研磨的聚合物粉末进行分级的过程。
优选地，可以将颗粒尺寸为约150μm至约850μm的聚合物分级，并且可以仅将具有这样的粒径的聚合物用作基础树脂粉末，并使其经受表面交联反应和商品化。
接着，步骤3是其中将步骤2中的通过干燥和研磨获得的基础树脂粉末与表面交联剂混合，并加热以进行表面交联反应的步骤。
表面交联是相对于颗粒内部的交联密度增加基础树脂粉末的表面附近的交联密度的步骤。通常，由于将表面交联剂施加在基础树脂粉末的表面上，因此在基础树脂粉末的表面上发生表面交联反应，从而改善颗粒表面上的可交联性而基本上不影响颗粒的内部。因此，表面交联的基础树脂粉末在表面附近比内部具有更高的交联度。
其中，表面交联剂没有限制，只要其是能够与聚合物的官能团反应的化合物即可。
优选地，为了改善所生产的超吸收性聚合物的特性，作为表面交联剂，可以使用选自以下中的一者或更多者：基于多元醇的化合物；环氧化合物；多胺化合物；卤代环氧化合物；卤代环氧化合物的缩合产物；
Figure BDA0003202017320000121
唑啉化合物；单
Figure BDA0003202017320000122
唑烷酮、二
Figure BDA0003202017320000123
唑烷酮或多
Figure BDA0003202017320000124
唑烷酮化合物；环脲化合物；多价金属盐；和基于碳酸亚烃酯的化合物。
具体地，作为基于多元醇的化合物的实例，可以使用选自以下中的一者或更多者：乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,2-己二醇、1,3-己二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2,5-己二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、三丙二醇和甘油。
此外，作为环氧化合物，可以使用选自乙二醇二缩水甘油醚和缩水甘油等中的一者或更多者，作为多胺化合物，可以使用乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、聚乙烯亚胺和聚酰胺多胺。
此外，作为卤代环氧化合物，可以使用表氯醇、表溴醇和α-甲基表氯醇。同时，作为单
Figure BDA0003202017320000125
唑烷酮、二
Figure BDA0003202017320000126
唑烷酮或多
Figure BDA0003202017320000127
唑烷酮化合物，例如，可以使用2-
Figure BDA0003202017320000128
唑烷酮等。
此外，作为基于碳酸亚烃酯的化合物，可以使用C2至C6碳酸亚烃酯，例如碳酸亚乙酯、或碳酸亚丙酯等。这些化合物可以单独使用或以具有不同碳数的两种或更多种碳酸亚烃酯的组合使用。
此外，作为多价金属盐，可以使用包含金属例如铝等的硫酸盐或羧酸盐等，更具体地，可以使用硫酸铝、或羧酸铝、或其混合物。其中，可以更优选使用硫酸铝。
在以上表面交联剂中，优选以组合使用基于多元醇的化合物、基于碳酸亚烃酯的化合物和多价金属盐以便提高表面交联效率。更具体地，基于100重量份的基础树脂粉末，可以将以下混合并使用：0.01重量份至2重量份或0.1重量份至1重量份的基于多元醇的化合物；0.01重量份至3重量份、或0.05重量份至2重量份、或0.1重量份至1重量份的基于碳酸亚烃酯的化合物；和0.1重量份至1重量份、或0.2重量份至0.5重量份的多价金属盐。此外，基于100重量份的基础树脂粉末，包含基于多元醇的化合物、基于碳酸亚烃酯的化合物和多价金属盐的表面交联剂可以以0.1重量份至1重量份、或0.2重量份至0.5重量份的量包含作为多价金属盐的硫酸铝。
此外，表面交联剂还可以包含无机颗粒，具体地亲水性无机颗粒，并且由此制备的超吸收性聚合物还可以在表面交联层中包含亲水性无机颗粒。
在在表面交联剂中包含亲水性无机颗粒的情况下，亲水性无机颗粒包围表面交联剂。因此，可以防止表面交联剂局部快速地吸附在基础树脂粉末的仅一部分中，并且可以使表面交联剂均匀地涂覆在基础树脂粉末的整个表面上，并因此可以均匀地发生表面交联，并且可以表现出最终制备的超吸收性聚合物的诸如渗透性等的特性并长时间保持。
亲水性无机颗粒可以为二氧化硅颗粒、或经具有亲水性基团的化合物表面处理的金属氧化物颗粒等。金属氧化物颗粒可以为铝氧化物颗粒或钛氧化物颗粒等。对于另一个实例，作为亲水性二氧化硅颗粒，可以使用市售的亲水性二氧化硅颗粒例如A200(Evonik公司)等。
同时，在本公开内容中，亲水性可以被定义为在玻璃基底上测量的无机颗粒的水接触角为0°。
基于100重量份的基础树脂粉末，亲水性无机颗粒可以以0.005重量份至0.2重量份、或0.01重量份至0.1重量份的量包含在内。
将表面交联剂与基础树脂粉末混合的方法没有具体限制。可以将表面交联剂和基础树脂粉末放入反应器中并混合，或者可以将表面交联剂喷洒至基础树脂粉末上，或者可以将基础树脂粉末和表面交联剂连续进给至连续运行的混合器中并混合。
此外，可以一起另外地混合水和醇而可以将表面交联剂以表面交联溶液的形式添加。在添加水和醇的情况下，表面交联剂可以均匀地分散在基础树脂粉末中。其中，优选的是，基于100重量份的聚合物，可以以约5重量份至约12重量份的量添加水和醇，以便引起表面交联剂的均匀分散，防止基础树脂粉末的团聚，并优化表面渗透深度。
可以将添加有表面交联剂的基础树脂粉末在约150℃至约220℃，优选约165℃至约210℃的温度下加热约15分钟至约100分钟，优选约20分钟至约80分钟，从而实现表面交联。如果交联反应温度低于150℃，则表面交联可能不能充分发生，而如果其高于220℃，则表面交联可能过度进行。此外，如果交联反应时间少于15分钟，则表面交联可能不能充分发生，而如果其大于100分钟，则由于过度的表面交联反应，颗粒表面的交联密度可能变得太高，并因此可能使特性劣化。
用于表面交联反应的升温方式没有具体限制。可以供应加热介质，或者可以直接供应热源以加热。其中，可以使用的加热介质的种类可以包括升高温度的流体，例如蒸汽、热空气、热油等，但不限于此，并且可以考虑加热介质的方式、升温速度和待升高的温度来适当地选择。同时，直接供应的热源可以包括电加热、气体加热等，但不限于此。
包含在表面交联溶液中的表面交联剂的含量可以根据表面交联剂的种类或反应条件来适当地选择，但通常地，基于100重量份的基础树脂粉末，表面交联剂可以以约0.2重量份至约2重量份，优选约0.25重量份至约1.5重量份的含量使用。如果表面交联剂的含量太小，则可能几乎不发生表面交联反应，而如果基于100重量份的基础树脂粉末，表面交联剂的含量大于2重量份，则由于过度的表面交联反应，吸收容量和特性可能劣化。
通过以上方法获得的表面交联的基础树脂粉末的含水量为约0.1重量％至约0.5重量％。这样的非常低的含水量由在表面交联反应中加热至高温的过程期间基础树脂粉末中的大部分水分的蒸发产生。这样的非常低的含水量导致在超吸收性聚合物的转移和储存期间细粉产生增加。例如，具有以上范围的含水量的超吸收性聚合物产生约1重量％至约5重量％的颗粒尺寸小于150μm的细粉，这导致最终产品的特性劣化。
因此，在本公开内容中，进行将水引入表面交联的基础树脂粉末中以进行水合的过程。通过水合，可以增加最终的超吸收性聚合物的含水量以减少粉尘产生，从而改善过程稳定性。
接着，在根据本发明的一个实施方案的制备方法中，水合步骤4通过向步骤3中制备的表面交联的聚合物中脉冲式喷洒水来进行。
脉冲式喷洒以固定的时间间隔产生水喷洒，并且可以使用其中喷洒根据脉冲而打开/关闭的脉冲型喷嘴例如脉冲喷嘴来进行。
如上所述，进行脉冲式喷洒使得产生的液滴可以满足由以上数学式1限定的散射指数要求。
具体地，在脉冲式喷洒期间，喷洒的液滴的尺寸对超吸收性聚合物的含水量和产生的粗颗粒的量具有影响，并且液滴的尺寸受孔口直径影响。在本公开内容中，可以使用孔口直径为1mm至2mm、更具体地为1mm或更大、或者1.2mm或更大且2mm或更小、或者1.7mm或更小的喷嘴。在以上孔口直径范围内，在下述脉冲打开率范围内，可以适当地控制水引入流量，具体地控制为0.02m3/小时至0.05m3/小时，并且所产生的液滴可以具有适当的尺寸，从而改善超吸收性聚合物的含水量，但抑制粗颗粒的产生。如果孔口直径小于1mm，则由于液滴尺寸太小，可能产生流动，可能污染设备并且可能产生异物。同时，如果孔口直径大于2mm，则液滴尺寸可能增加，并因此超吸收性聚合物的含水量可能过度增加从而相反地使吸收能力劣化，并且存在颗粒尺寸大于850μm的粗颗粒的产生增加的担忧。
此外，在脉冲式喷洒期间，脉冲周期(Hz)意指每分钟打开/关闭的次数，并且在本公开内容中，脉冲周期可以为1Hz至2000Hz，更具体地为1Hz或更大、或者10Hz或更大，且2000Hz或更小、或者1000Hz或更小、或者500Hz或更小。当脉冲周期在以上范围内时，在上述孔口直径范围内，可以实现适当的流量，并因此可以优化液滴尺寸以改善超吸收性聚合物的含水量并抑制细粉和粗颗粒的产生。如果脉冲周期小于1Hz，则脉冲效果可能减弱，并因此存在根据液滴尺寸的增加而使效果降低的担忧，而如果脉冲周期大于2000Hz，则打开/关闭切换可能不顺利，并因此存在根据流量变化或液滴尺寸变化而使效果降低的担忧。
此外，在脉冲式喷洒期间，脉冲打开率意指在整个喷洒过程中根据脉冲施加实现喷洒的时间的比率，并且在本公开内容中，脉冲打开率可以为总脉冲喷洒时间的10％至50％，更具体地为10％或更大、或者20％或更大，且50％或更小、或者35％或更小。如果脉冲打开率小于10％，则产生的液滴的量可能小，并因此可能难以实现充分的水合，而如果其大于50％，则产生的液滴的量可能太大，因此产生水合的颗粒之间的聚集，并因此存在超吸收性聚合物中的粗颗粒的含量增加的担忧。
同时，由于在水合期间水的含量增加，因此最终制备的超吸收性聚合物的含水量增加。然而，如果超吸收性聚合物的含水量超过一定水平，则相反地吸收能力可能降低，而如果水的含量过高，则由于水合的颗粒之间的聚集，最终制备的超吸收性聚合物中的粗颗粒的含量可能增加。水引入流量可以通过上述脉冲打开率、孔口直径和流量、在脉冲式喷洒期间施加至水的喷洒压力等来控制，并且更具体地，在本公开内容中，脉冲式喷洒期间的水引入流量可以为0.02m3/小时至0.05m3/小时，更具体地为0.02m3/小时或更大、或者0.025m3/小时或更大、或者0.024m3/小时或更大，且0.05m3/小时或更小、或者0.04m3/小时或更小、或者0.035m3/小时或更小、或者0.03m3/小时或更小。如果流量小于0.02m3/小时，则根据水合的含水量增加效果可能不显著，而如果其大于0.05m3/小时，则液滴尺寸可能增加，并因此超吸收性聚合物的含水量可能过度增加，并且相反地吸收能力可能降低，并且存在颗粒尺寸大于850μm的粗颗粒的产生增加的担忧。
通过如上所述控制脉冲式喷洒条件，通过喷嘴产生的液滴可以满足能够改善超吸收性聚合物的含水量并使细颗粒或粗颗粒的产生最小化的最佳液滴要求。在本公开内容中，这样的液滴要求被定义为散射指数，并且在脉冲式喷洒期间产生的液滴的根据以下数学式1的散射指数可以为5或更大、或者6或更大、或者7.5或更大、或者7.8或更大，且10或更小、或者9或更小、或者8.8或更小。由于产生的液滴的散射指数在以上范围内，因此可以减少颗粒尺寸为300μm或更小的细液滴，并因此可以使反应器污染最小化，并且通过控制所制备的超吸收性聚合物中的含水量，可以显著降低颗粒尺寸大于850μm的粗颗粒的含量。
通过以上制备过程制备的根据本发明的一个实施方案的超吸收性聚合物包含：基础树脂粉末，所述基础树脂粉末包含具有至少部分被中和的酸基团的水溶性烯键式不饱和单体的第一交联聚合物；和表面交联层，所述表面交联层形成在基础树脂粉末上并且包含通过第一交联聚合物经由表面交联剂进行另外的交联而形成的第二交联聚合物。此外，在表面交联剂包含亲水性无机颗粒的情况下，表面交联层还可以包含由其得到的亲水性无机颗粒。
具有以上构成和结构的超吸收性聚合物具有优异的吸收能力和高含水量，可以使颗粒尺寸大于850μm的粗颗粒的含量最小化，并且可以产生较少的粉尘，并因此可以使反应器污染最小化。因此，根据本发明的另一个实施方案，提供了通过以上制备方法制备的超吸收性聚合物和包含其的制品，例如吸收剂材料、卫生材料等。
具体地，超吸收性聚合物可以具有1重量％至5重量％，更具体地，1重量％或更大、或者1.5重量％或更大、或者1.8重量％或更大，且5重量％或更小、或者3重量％或更小、或者2.5重量％或更小的高含水量。像这样，由于可以将用作产品的超吸收性聚合物的含水量保持在最佳水平，因此可以减少在转移和储存期间产生的细粉的量，并因此可以改善最终产品的品质。超吸收性聚合物的含水量可以通过从超吸收性聚合物的重量中减去处于干燥状态的超吸收性聚合物的重量来计算，并且具体的测量方法将在稍后的实验例中详细地说明。
此外，超吸收性聚合物的颗粒尺寸可以为150μm至850μm。更具体地，95重量％或更多的超吸收性聚合物可以具有150μm至850μm的颗粒尺寸，并且颗粒尺寸大于850μm的粗颗粒的含量可以为超吸收性聚合物的总重量的5重量％或更小，更具体地，3重量％或更小、或者2.5重量％或更小、或者2重量％或更小。
在本公开内容中，超吸收性聚合物的颗粒尺寸可以根据欧洲一次性用品和非织造布协会(EDANA)标准EDANA WSP 220.3来测量，并且超吸收性聚合物中的粗颗粒的含量通过以下来测量：在分级为850μm(20目)、600μm(30目)、300μm(50目)和150μm(100目)的标准筛上对超吸收性聚合物进行分级，测量颗粒尺寸大于850μm(20目)的粗颗粒的重量，然后表示为粗颗粒的含量相对于超吸收性聚合物的总重量的百分比，并且具体的测量方法将在稍后的实验例中详细地说明。
此外，由于超吸收性聚合物具有最小化的粗颗粒含量以及高的含水量，因此可以使附着至反应器外壁和转子的超吸收性聚合物的含量(即污染程度)最小化。具体地，当将附着至反应器外壁和转子的超吸收性聚合物分离并测量重量，并计算附着的超吸收性聚合物相对于总超吸收性聚合物的重量比(即污染程度)时，该值为2重量％或更小、或者1.7重量％或更小。
通过上述制备方法获得的超吸收性聚合物不仅保持优异的吸收性能例如离心保留容量和负荷下吸收率等，而且还具有增加的含水量和减少的粗颗粒含量，从而使在制备过程期间产生的粉尘的量最小化。因此，所述超吸收性聚合物可以适当地用作卫生产品例如尿布，特别是具有减少的浆含量的超薄卫生产品。
将在以下实施例中更详细地说明本公开内容。然而，这些实施例仅作为本发明的举例说明而给出，并且本发明的范围不由此限制。
制备例1
将100g丙烯酸、123.5g 32％苛性钠(NaOH)、0.2g热聚合引发剂过硫酸钠、0.008g光聚合引发剂二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、0.24g聚乙二醇二丙烯酸酯、0.18g锂皂石(laponite)和55.0g水混合以制备总固体含量为43.8重量％的单体组合物。
然后，将单体组合物以500ml/分钟至2000ml/分钟的进给速度进给到宽度为10cm且长度为2m并且以50cm/分钟的速度旋转的旋转带上。在进给单体混合物的同时，以10mW/cm2的强度照射UV以进行UV聚合60秒。在进行聚合反应之后，将反应产物用绞肉机切割，使用空气流烘箱在185℃下干燥40分钟，并研磨以制备基础树脂粉末。
向100g以上制备的基础树脂粉末中引入6.0g超纯水、0.5g丙二醇、0.4g碳酸亚乙酯、0.01g亲水性二氧化硅颗粒(A200TM，由Evonik公司制造)和0.2g硫酸铝的混合溶液，并将它们混合1分钟。将混合物在185℃下加热90分钟并干燥，然后进行分级以获得150μm至850μm的表面交联的基础树脂粉末。
实施例1
使用其中仅在施加脉冲(即，脉冲打开)时喷洒水的脉冲型喷嘴使制备例1中制备的表面交联的基础树脂粉末经历水合过程，从而制备超吸收性聚合物。
具体地，将10kg制备例1中制备的表面交联的基础树脂粉末放入配备有吹扫空气的旋转反应器中，并保持在50℃。然后，在下表1中描述的条件下，通过吹扫空气将空气引入反应器中，并通过脉冲型喷嘴的孔口以0.03m3/小时将水喷洒至表面交联的基础树脂粉末，从而进行水合过程10秒以制备超吸收性聚合物。
实施例2和3
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物，不同之处在于在下表1中描述的条件下进行水合过程。
比较例1
使用普通型喷嘴通过根据无脉冲施加的常规方法进行水合来制备超吸收性聚合物。
具体地，将10kg制备例1中制备的表面交联的基础树脂粉末放入配备有吹扫空气的旋转反应器(其与实施例1相同)中，并保持在50℃。然后，在下表1中描述的条件下，通过吹扫空气将空气引入反应器中，并通过喷嘴的孔口引入0.106m3/小时的水以进行水合10秒，从而制备超吸收性聚合物。
比较例2和3
通过与比较例1相同的方法制备超吸收性聚合物，不同之处在于在下表1中描述的条件下进行水合。
比较例4和5
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物，不同之处在于在下表1中描述的条件下进行水合。
[表1]
Figure BDA0003202017320000201
在表1中，脉冲周期(Hz)是每分钟打开/关闭的次数，脉冲打开率是在整个脉冲式喷洒过程期间根据脉冲施加实现喷洒的时间的比率，以及反应器的截面面积意指反应器的垂直于反应器中空气的流动方向的内截面的面积。
<实验例>
通过以下方法测量和评估实施例和比较例中制备的各超吸收性聚合物的特性。
(1)散射指数
根据以下数学式1计算根据实施例和比较例的水合期间喷嘴中产生的液滴的散射指数。
[数学式1]
散射指数＝[(Re液滴)/(Re空气)]×100
在数学式1中，Re液滴为液滴的雷诺数，以及Re空气为空气的雷诺数，并且液滴的雷诺数和空气的雷诺数可以分别根据以下数学式2来计算。
[数学式2]
雷诺数＝[(流体的密度×流体的平均流速×流体的特征长度)/流体的粘性系数
在数学式2中，流体为液滴或空气。
因此，在流体为液滴的情况下，液滴的密度为1000kg/m3，其是水在25℃下的文献密度值。此外，液滴的平均流速可以通过将引入到反应器中的流体的流量(即水引入流量)(m3/小时)除以流体水的流动方向上的截面面积(即，孔口的垂直于水的流动方向的截面面积)来计算，并且本实验中的液滴的平均流速如下表1中所述。此外，液滴的特征长度为液滴的平均直径(SMD)，并且可以根据以下(2)中描述的方法来测量，并且具体的值如下表1中所述。此外，液滴的粘性系数为10kg/m/秒，其是水在25℃下的文献值。
此外，在流体为空气的情况下，空气的密度为1.12kg/m3，其是空气在25℃下的文献值。此外，空气的平均流速可以通过将引入到反应器中的空气的流量(即吹扫空气流量)(m3/秒)除以空气的流动方向上的截面面积(即反应器的垂直于空气的流动方向的内截面的面积)来计算，并且在本实验中，反应器的内截面为矩形，并且将面积计算为宽度×长度，作为结果，空气的平均流速为0.5m/秒。此外，空气的特征长度利用内部流动条件通过以下计算式来计算，并且在本实验中，空气的特征长度为0.933m。
[数学式3]
空气的特征长度＝[4×(反应器截面的宽度×反应器截面的长度)]/[2×(反应器截面的宽度+反应器截面的长度)]
在数学式3中，反应器截面的宽度和长度是反应器的垂直于空气的流动方向的内截面的宽度和长度。在根据实施例和比较例制备超吸收性聚合物时所用的旋转反应器中的反应器的内截面为矩形，并且宽度为1.4m且长度为0.7m。
此外，空气的粘性系数为0.17kg/m/秒，其是空气在25℃下的文献值。
在实施例和比较例中的水合期间，水合条件、空气的雷诺数和水的雷诺数分别描述于下表2中。
[表2]
Figure BDA0003202017320000221
(2)液滴的平均直径(SMD)和直径为300μm或更小的液滴的比率
使用液滴颗粒尺寸分析仪(Sympatec HELOS/KR，由Sympatec GmbH制造)通过光衍射分析来测量根据实施例和比较例的水合期间通过喷嘴产生的液滴的平均直径和液滴中的直径为300μm或更小的液滴的比率。将直径为300μm或更小的液滴的比率表示为基于所产生的液滴的总重量的百分比(重量％)。
(3)含水量
在850μm(20目)、600μm(30目)、300μm(50目)和150μm(100目)的标准筛上对实施例和比较例中获得的超吸收性聚合物进行分级，并测量颗粒尺寸为150μm至850μm的超吸收性聚合物颗粒的含水量。
含水量为基于超吸收性聚合物的总重量水分所占的含量(重量％)，并且其意指通过从超吸收性聚合物的重量中减去干燥状态的超吸收性聚合物的重量所获得的值。具体地，含水量被定义为通过在通过红外加热将超吸收性聚合物的温度升高以进行干燥时测量根据超吸收性聚合物中的水分蒸发的重量损失而计算的值。其中，将干燥条件设定成使得温度从室温升高至约180℃，然后保持在180℃，并且总干燥时间为20分钟，包括升温步骤的5分钟。
(4)大于850μm的粗颗粒的含量
在850μm(20目)、600μm(30目)、300μm(50目)和150μm(100目)的标准筛上对实施例和比较例中获得的超吸收性聚合物进行分级，并测量大于850μm(20目)的粗颗粒的重量，然后，将粗颗粒的含量表示为基于超吸收性聚合物的总重量的百分比(重量％)。
(5)污染程度
污染程度由附着至反应器的超吸收性聚合物的比率来计算。
具体地，在根据实施例和比较例的水合之后，将附着至反应器外壁和转子的超吸收性聚合物(SAP)分离，并测量重量，然后，将附着至反应器的超吸收性聚合物相对于超吸收性聚合物的总重量的重量比表示为百分比(重量％)。
通过以上方法测量的特性分别汇总在下表3中。
[表3]
Figure BDA0003202017320000241
作为实验的结果，在实施例1至3的情况下，含水量得到改善，并且同时，粗颗粒的含量显著降低，并且反应器污染的程度也低。
同时，在其中使用普通型喷嘴在无脉冲施加的情况下进行水合的比较例1的情况下，由于过度的流动，难以通过喷洒施加水合过程。因此，所制备的超吸收性聚合物的含水量过度增加，并且超吸收性聚合物中的大于850μm的粗颗粒的含量也增加。因此，可以预期，超吸收性聚合物的吸收能力劣化。
此外，在比较例2(其中通过与比较例1相同的方法进行水合过程，不同之处在于将水引入流量降低至实施例的水平)的情况下，由于流动低，因此难以喷洒，并且所制备的超吸收性聚合物的含水量过低。
此外，在其中水合期间的孔口直径最小的比较例3的情况下，液滴的散射指数最小，并因此反应器污染最严重。
同时，在比较例4和5(其中通过如本公开内容中的脉冲型喷嘴进行脉冲式喷洒，但不满足喷洒条件)的情况下，液滴的散射指数过低或过高，并因此污染程度显著增加，或者由于超吸收性聚合物中的含水量的过度增加，粗颗粒的含量显著增加。

Claims (15)

1.一种用于制备超吸收性聚合物的方法，包括以下步骤：
通过进行包含水溶性烯键式不饱和单体和聚合引发剂的单体组合物的热聚合或光聚合来制备水凝胶聚合物；
将所述水凝胶聚合物干燥和研磨以制备基础树脂粉末；
向所述基础树脂粉末中添加表面交联剂并进行表面交联以制备表面交联的基础树脂粉末；以及
通过脉冲式喷洒水使所述表面交联的基础树脂粉末水合，
其中在所述脉冲式喷洒期间产生的液滴的根据以下数学式1的散射指数为5至10：
[数学式1]
散射指数＝[(Re液滴)/(Re空气)]×100
在所述数学式1中，Re液滴为液滴的雷诺数，以及Re空气为空气的雷诺数。
2.根据权利要求1所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中所述脉冲式喷洒使用其中喷洒根据脉冲而打开/关闭的脉冲型喷嘴来进行。
3.根据权利要求2所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中所述喷嘴的孔口直径为1mm至2mm。
4.根据权利要求1所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中，在所述脉冲式喷洒期间，脉冲打开率为总喷洒时间的10％至50％。
5.根据权利要求1所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中，在所述脉冲式喷洒期间，水引入流量为0.02m3/小时至0.05m3/小时。
6.根据权利要求1所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中，在所述脉冲式喷洒期间，脉冲周期为1Hz至2000Hz。
7.根据权利要求1所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中液滴的雷诺数为0.2至0.35，以及空气的雷诺数为2至5。
8.根据权利要求1所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中所述液滴的平均直径为400μm至600μm。
9.根据权利要求1所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中，在所述液滴中，基于产生的液滴的总重量，直径为300μm或更小的液滴的含量为5重量％至10重量％。
10.根据权利要求1所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中所述表面交联剂包含基于多元醇的化合物、基于碳酸亚烃酯的化合物和多价金属盐。
11.根据权利要求10所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中所述基于多元醇的化合物包括乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,2-己二醇、1,3-己二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2,5-己二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、三丙二醇、或甘油。
12.根据权利要求10所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中所述基于碳酸亚烃酯的化合物包括碳酸亚乙酯或碳酸亚丙酯。
13.根据权利要求10所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中所述多价金属盐包括硫酸铝、羧酸铝或其混合物。
14.根据权利要求10所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中所述表面交联剂还包含亲水性无机颗粒。
15.根据权利要求1所述的用于制备超吸收性聚合物的方法，其中基于所述超吸收性聚合物的总重量，所述超吸收性聚合物的含水量为1重量％至5重量％，以及颗粒尺寸大于850μm的粗颗粒的含量为5重量％或更小。
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