JP2008526498A - 粒子形状の吸水性樹脂を分級するための方法 - Google Patents

粒子形状の吸水性樹脂を分級するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、篩分け装置を用いて周囲圧に対して減少された圧力で、粒子形状の吸水性樹脂を分級する方法、ならびに、周囲圧に対して減少された圧力で、粒子形状の吸水性樹脂を分級するための篩分け装置に関する。

Description

本発明は、粒子形状の吸水性樹脂を、篩分け装置を用いて、周囲圧に対して減少させた圧力で分級する方法、ならびに、粒子形状の吸水性樹脂を、周囲圧に対して減少させた圧力によって分級するための篩分け装置に関する。
吸水性樹脂を製造するための方法は、数多く記載されており、たとえば、"Modern Superabsorbent Polymer Technology", F.L. Buchholz and AT. Graham, Wiley-VCH, 1998, Seiten ,69 bis 117を参照して欲しい。
吸水性樹脂は、典型的には、15〜60g/g、好ましくは少なくとも20g/g、さらに好ましくは少なくとも25g/g、殊に好ましくは少なくとも30g/g、特に好ましくは少なくとも35g/gの遠心分離保持容量を有する。この遠心分離保持容量(CRC)は、EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)に基づいて推奨される試験方法Nr. 441.2-02 "Centrifuge retention capacity" にしたがって定められる。
吸水性樹脂の製造は、通常は、重合、乾燥、微粉砕、分級、後架橋及び場合によっては再度の分級の工程を包含する。
分級に関する一般的概要は、たとえば、Ullmanns Encyklopaedie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 2, Seiten 43-56, Verlag Chemie, Weinheim, 1972,中で見出される。
しかしながら、吸水性樹脂の分級の際には、凝集により篩い能力が減少するといった特別な問題が生じる。したがって、EP-A-O 855 232では、使用される篩いは、加熱状態で保持するか、あるいは、断熱しなければならないことを教示している。
US 2003/87983では、高められた温度での篩分けによって、金属摩耗及びそれに伴う
篩分け装置の消耗が、顕著に増加することが教示されている。
したがって本発明の課題は、吸水性樹脂を分級するための簡単な方法を提供することであり、この場合、この方法は、高い篩い能力及び装置の長い耐用年数を可能にする。
本発明の課題は、吸水性の樹脂を、周囲圧に対して減少させた圧力で、好ましくは多くとも950mbar、さらに好ましくは多くとも900mbar、殊に好ましくは多くとも800mbar、特に好ましくは多くとも700mbarの圧力で分級することによって解決される。驚くべきことに、少なくとも10mbar、好ましくは少なくとも50mbar、さらに好ましくは少なくとも100mbar、殊に好ましくは少なくとも200mbar、特に好ましくは少なくとも300mbarの圧力である。本発明の他の態様は、本発明による分級を実施するための篩分け装置である。
本発明による分級方法に適した篩分け装置は、何ら制限されることはないが、好ましくは、平面分級方法、特に好ましくはタンブル形篩分け装置である。この篩分け装置は、分級をサポートするために典型的には振動させる。これは、好ましくは、分級すべき製品がスパイラル状に篩い上に導かれる程度におこなう。これらの強制的なバイブレーションは、典型的には0.7〜40mm、好ましくは1.5〜25mmの振れ幅で、かつ1〜100Hz、好ましくは5〜10Hzの振動数を有する。
好ましくは吸水性樹脂上に、分級中に、ガス流、特に好ましくは空気を通過させる。このガス量は、篩い面積1m当たり典型的には0.1〜10m/h、好ましくは0.5〜5m/h、特に好ましくは1〜3m/hであり、その際、ガス体積は、標準的な条件下で測定する(25℃及び1バール)。特に好ましくは、ガス流を、篩分け装置に装入する前に、典型的には少なくとも40℃、好ましくは少なくとも50℃、さらに好ましくは少なくとも60℃、殊に好ましくは少なくとも65℃、特に好ましくは少なくとも70℃に加熱する。ガス流の温度は、通常は120℃を下回り、好ましくは110℃を下回り、さらに好ましくは100℃を下回り、殊に好ましくは90℃を下回り、特に好ましくは80℃を下回る。ガス流の含水量は、典型的には5g/kg以下、好ましくは4.5g/kg以下、さらに好ましくは4g/kg以下、殊に好ましくは3.5g/kg以下、特に好ましくは3g/kg以下である。より少ない含水量を有するガス流は、たとえば、高い含水量を有するガス流から、相当する水の量を冷却により凝縮することにより製造することができる。
付加的に篩分け装置は、さらに加熱するか、及び/又は、断熱されていてもよく、この場合、これは、たとえば、EP-A-O 855 232に記載されている。典型的には、篩分け装置を、40〜80℃の温度で運転する。
本発明による方法において使用可能な吸水性樹脂は、
i)少なくとも1種のエチレン系不飽和の、酸基含有モノマー、
ii)少なくとも1種の架橋剤、
iii)場合によっては、1種又はそれ以上の、i)と共重合可能な、エチレン系及び/又はアリル系の不飽和モノマー、及び
iv)場合によっては、1種又はそれ以上の水溶性ポリマー、この場合、このポリマー上に、モノマーi)、ii)及び場合によりiii)が、少なくとも部分的にグラフトされていてもよい、を、
含有する、モノマー溶液を重合し、
その際、これにより得られたベースポリマーは乾燥され、分級され、
v)場合によっては、少なくとも1種の後架橋剤で後処理され、乾燥され、かつ熱的に後架橋されることによって、製造することができる。
好適なモノマーi)は、例えばエチレン性不飽和カルボン酸、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸及びイタコン酸又はこれらの誘導体、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルである。殊に好ましいモノマーは、アクリル酸及びメタクリル酸である。特に好ましくは、アクリル酸である。
このモノマーi)、特にアクリル酸は、好ましくは0.025質量%までのヒドロキノン半エーテルを含有する。好ましいヒドロキノン半エーテルは、ヒドロキノンモノメチルエーテル(MEHQ)及び/又はトコフェロールである。
トコフェロールとしては、以下の式
Figure 2008526498
[式中、Rは水素又はメチルであり、Rは水素又はメチルであり、Rは水素又はメチルであり、かつRは水素又は1〜20個の炭素原子を有する酸基を意味する]の化合物であると理解される。
好ましいRの基は、アセチル、アスコルビル、スクシニル、ニコチニル及び生理学的に許容される他のカルボン酸である。カルボン酸は、モノ−、ジ−又はトリカルボン酸であってもよい。
好ましくは、R=R=R=メチルで示されるアルファトコフェロール、特にラセミ体アルファトコフェロールである。Rは、特に好ましくは水素又はアセチルである。特に好ましくは、RRR−アルファトコフェロールである。
このモノマー溶液は、アクリル酸に対して、好ましくは多くとも130質量ppm、特に好ましくは多くとも70質量ppm、好ましくは少なくとも10質量ppm、特に好ましくは少なくとも30質量ppm、殊に好ましくは約50質量ppmのヒドロキノン半エーテルを含有し、その際、アクリル酸塩は、アクリル酸として考慮し算出した。例えば、このモノマー溶液の製造のために、相応のヒドロキノン半エーテル含有量を有するアクリル酸を使用することができる。
吸水性ポリマーは架橋され、すなわち重合を、ポリマー網中にラジカル重合導入しうる少なくとも2個の重合可能な基を有する化合物の存在下で実施する。好適な架橋剤ii)は、たとえば、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、アリルメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリアリルアミン、テトラアリルオキシエタン、例えばEP−A−0530438に記載されているもの、ジ−及びトリアクリレート、例えばEP−A−0547847、EP−A−0559476、EP−A−0632068、WO−A−93/21237、WO−A−03/104299、WO−A−03/104300、WO−A−03/104301及びドイツ特許出願10331450.4に記載されているもの、アクリレート基の他に更なるエチレン性不飽和基を含有する混合アクリレート、例えばドイツ特許出願10331456.3及び10355401.7に記載されているもの、又は架橋剤混合物、例えばDE−A−19543368、DE−A−19646484、WO−A−90/15830及びWO−A−02/32962に記載されているものである。
適切な架橋剤ii)は、特にN,N′−メチレンビスアクリルアミド及びN,N′−メチレンビスメタクリルアミド、不飽和モノカルボン酸又はポリカルボン酸とポリオールとのエステル、たとえばジアクリラート又はトリアクリラート、たとえばブタンジオールジアクリラート又はエチレングリコールジアクリラート、又はブタンジオールジメタクリラート又はエチレングリコールジメタクリラートならびにトリメチロールプロパントリアクリラート及びアリル化合物、たとえばアリル(メタ)アクリラート、トリアリルシアヌラート、マレイン酸ジアリルエステル、ポリアリルエステル、テトラアリルオキシエタン、トリアリルアミン、テトラアリルエチレンジアミン、リン酸のアリルエステルならびにたとえば、EP-A-0 343 427中に記載されているようなビニルホスホン酸誘導体である。更に好適な架橋剤ii)は、ペンタエリトリトールジ−、ペンタエリトリトールトリ−及びペンタエリトリトールテトラアリルエーテル、ポリエチレングリコールジアリルエーテル、エチレングリコールジアリルエーテル、グリセロールジアリルエーテル及びグリセロールトリアリルエーテル、ソルビトール系のポリアリルエーテル並びにそのエトキシル化された変型である。本発明による方法の場合には、ポリエチレングリコールのジ(メタ)アクリレートが使用可能であり、その際、使用されたポリエチレングリコールは300〜1000の分子量を有する。
しかしながら、特に有利な架橋剤ii)は、3〜20箇所エトキシル化されたグリセリン、3〜20箇所エトキシル化されたトリメチロールプロパン、3〜20箇所エトキシル化されたトリメチロールエタンのジアクリレート及びトリアクリレート、特に2〜6箇所エトキシル化されたグリセリン又はトリメチロールプロパン、3箇所プロポキシル化されたグリセリン又はトリメチロールプロパン、並びに混合して3箇所エトキシル化又はプロポキシル化されたグリセリン又はトリメチロールプロパン、15箇所エトキシル化されたグリセリン又はトリメチロールプロパン、並びに少なくとも40箇所エトキシル化されたグリセリン、トリメチロールエタン又はトリメチロールプロパンのジ−及びトリアクリレートである。
殊に好ましい架橋剤ii)は、例えば先願のドイツ特許出願10319462.2に記載されているような、アクリル酸又はメタクリル酸でジアクリレート又はトリアクリレートにエステル化された、複数箇所エトキシル化された及び/又はプロポキシル化されたグリセリンである。3〜10箇所エトキシル化されたグリセリンのジ−及び/又はトリアクリラートが特に有利である。1〜5箇所エトキシル化及び/又はプロポキシル化されたグリセリンのジアクリラート又はトリアクリラートがさらに特に有利である。3〜5箇所エトキシル化又はプロポキシル化されたグリセリンのトリアクリラートが最も有利である。これは、吸水性ポリマー中の特に小さい残留物含有率(一般的には10ppm未満)を特徴とし、かつこれを用いて製造された吸水性ポリマーの水性抽出物は、同じ温度の水と比べてほとんど変わらない表面張力(一般的には少なくとも0.068N/m)を有する。
モノマーi)と共重合可能なエチレン系不飽和モノマーiii)は、たとえばアクリルアミド、メタクリルアミド、クロトン酸アミノ、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリレート、ジエチルアミノプロピルアクリレート、ジメチルアミノブチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノネオペンチルアクリレート及びジメチルアミノネオペンチルメタクリレートである。
水溶性ポリマーiv)としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、デンプン、デンプン誘導体、ポリグリコール又はポリアクリル酸、好ましくはポリビニルアルコール及びデンプンを使用することができる。
好適なベースポリマー並びに更なる好適な親水性エチレン性不飽和モノマーi)の製造は、DE−A−19941423、EP−A−0686650、WO−A−01/45758及びWO−A−03/104300に記載されている。
この反応は、好ましくは、例えばWO01/38402中に記載されているような混練機中で実施するか、又は例えばEP−A955086中に記載されているようなベルト形反応器上で実施する。
得られたヒドロゲルの酸基は、一般的には部分的に、好ましくは25〜95モル%、有利には27〜80モル%、特に好ましくは27〜30モル%又は40〜75モル%中和されており、その際、慣用の中和剤、好ましくはアルカリ金属水酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属炭酸塩又はアルカリ金属炭酸水素塩並びにこれらの混合物を使用することができる。アルカリ金属塩の代わりに、アンモニウム塩を使用してもよい。ナトリウム及びカリウムはアルカリ金属として特に好ましく、しかしながら殊に好ましくは水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム又は炭酸水素ナトリウム並びにこれらの混合物である。通常、中和は、中和剤を水溶液として、溶融物としてか又は好ましくは固体として混合導入することによって達成される。例えば、50質量%を顕著に下回る含水率を有する水酸化ナトリウムが、23℃を上回る融点を有するワックス状の塊として存在していてよい。この場合、高められた温度で個々の物質又は溶融物として計量供給することが可能である。
中和は、重合後、ヒドロゲルの段階で実施することができる。しかしながら、40mol%まで、好ましくは10〜30mol%、特に好ましくは15〜25mol%の酸基を重合前に、中和剤の一部をモノマー溶液に添加することにより中和すること、及び所望の最終中和度を重合の後に最初にヒドロゲルの段階で調節することも可能である。モノマー溶液は、中和剤の混合導入により中和することができる。このヒドロゲルは、例えば肉挽機を用いて機械的に粉砕することができ、その際、中和剤を噴霧するか、散布するか、又は注ぎ、次いで注意深く混合することができる。そのために、得られたゲル材料は、なお数回均質化のために粉砕することができる。モノマー溶液を直接に最終中和度に中和することが好ましい。
中和されたヒドロゲルを、次いでベルト形又はローラー形乾燥器を用いて、残留湿分率が好ましくは15質量%未満、好ましくは10質量%になるまで乾燥させ、その際、この含水率は、EDANA(欧州不織布協会)により推奨される試験方法Nr.430.2−02"Moisture content"により測定する。しかし選択的に、この乾燥のために、流動床乾燥器又は加熱されたプローシェアミキサを使用することもできる。特に白色の製品を得るために、ゲルの乾燥の際に蒸発された水の急速な搬出を確保することが有利である。このために、空気供給及び空気排出を制御すべき乾燥器温度を最適化することを実施し、そしてそれぞれの場合に十分な通気を考慮しなければならない。この乾燥は、ゲルの固体含有率が可能な限り大きい場合に、当然に、より一層容易であり、かつ製品がより一層白い。従って、好ましくは、この乾燥前のゲルの固体含有率は30〜80質量%である。特に有利であるのは、乾燥器の窒素又は他の非酸化ガスでの通気である。しかし選択的に、酸化による黄変事象を回避するために、乾燥の間の酸素分圧のみ容易に下げることもできる。一般に、十分な通気及び水蒸気の排出によっても、なおも許容可能な製品がもたらされる。色及び製品の質に関しては、一般に、可能な限り短い乾燥時間が有利である。
この場合、ゲル乾燥の更なる重要な機能は、超吸収体中でなおも生ずる残留モノマー含有率の減少である。それというのも、この乾燥の際に、場合によりなおも存在する開始剤の残分を分解し、そしてなおも存在する残留モノマーの重合導入がもたらされるからである。更に、蒸発する水の量は、なおも存在する遊離の水蒸気揮発性モノマー、例えばアクリル酸を一緒に連行し、そして超吸収体中の残留モノマー含有率をも同様に減少させる。
この後で、乾燥させたヒドロゲルを微粉砕し、そして分級し、その際、微粉砕のために通常、1段階又は複数段階のロールミル、好ましくは2段階又は3段階のロールミル、ピンミル、ハンマーミル又はスイングミルを使用することができる。
適用特性、例えばおむつ中での液体移送性(SFC)及び荷重下吸収量(AUL)を改善するために、吸水性ポリマー粒子は一般に後架橋される。この後架橋は、気相中で実施することができる。しかし、好ましくは微粉砕及び篩別されたポリマー粒子(ベースポリマー)の表面を後架橋剤で被覆し、乾燥させ、そして加熱により後架橋する。このために好適な架橋剤は、親水性ポリマーのカルボキシラト基と共有結合を形成することができるか、又はベースポリマーの少なくとも2個の異なるポリマー鎖の少なくとも2個のカルボキシル基若しくは他の官能基を互いに架橋することができる少なくとも2個の基を含有する化合物である。
このために好適な架橋剤v)は、ポリマーのカルボキシラト基と共有結合を形成できる少なくとも2個の基を含有する化合物である。好適な化合物は、例えばアルコキシシリル化合物、ポリアジリジン、ポリアミン、ポリアミドアミン、ジ−又はポリグリシジル化合物、例えばEP−A−083022、EP−A−543303及びEP−A−937736に記載されているもの、多官能性アルコール、例えばDE−C−3314019、DE−C−3523617及びEP−A−450922中に記載されているもの、又はβ−ヒドロキシアルキルアミド、例えばDE−A−10204938及びUS−A−6239230中に記載されているものである。混合官能価を有する更なる化合物、例えばグリシドール、3−エチル−3−オキセタンメタノール(トリメチロールプロパンオキセタン)、例えばEP−A1199327中に記載されているもの、アミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、又は第1の反応後に更なる官能価を形成する化合物、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、イソブチレンオキシド、アジリジン、アゼチジン又はオキセタンが好適である。
したがって、DE-A-40 20 780には環式カルボネート、DE-A-198 07 5022にはオキサゾリン及びその誘導体、たとえばN−(2−ヒドロキシエチル)−2−オキサゾリドン、DE-A-198 07 992ではビス−及びポリ−2−オキサゾリジノン、DE-A-198 54 573では2−オキソテトラヒドロ−1,3−オキサジン及びその誘導体、DE-A-198 54 574ではN−アシル−2−オキサゾリドン、DE-A-102 04 937では環式尿素、ドイツ特許出願10334584.1では、二環式アミドアセタール、EP-A-1 199 327ではオキセタン及び環式尿素及びWO-A-03/031482ではモルホリン−2,3−ジオン及びその誘導体を、適した後架橋剤v)として記載している。
この後架橋は、一般的には、後架橋剤の溶液をヒドロゲル又は乾燥させたベースポリマー粒子上に噴霧することにより実施する。この噴霧に引続き、加熱乾燥を行い、その際、後架橋反応は乾燥前でも乾燥中でも生じうる。
架橋剤溶液の噴霧は、好ましくは可動混合器を有するミキサ中で、例えばスクリューミキサ、パドルミキサ、ディスクミキサ、プローシェアミキサ及びブレードミキサ中で実施する。特に好ましくは、バーティカルミキサ、殊に好ましくはプローシェアミキサ及びブレードミキサである。好適なミキサは、例えばLoedige(R)ミキサ、Bepex(R)ミキサ、Nauta(R)ミキサ、Processall(R)ミキサ及びSchugi(R)ミキサである。
加熱乾燥は、好ましくは接触乾燥器、特に好ましくはパドル型乾燥器、殊に好ましくはディスク型乾燥器中で実施する。好適な乾燥器は、例えばBepex(R)乾燥器及びNara(R)乾燥器である。さらに、流動床乾燥機も使用することができる。
乾燥は、混合機それ自体中で、ジャケットの加熱又は熱風の吹き込みによって行なうことができる。後接続された乾燥機、例えば箱形乾燥機、回転管炉か又は加熱可能なスクリューは、同様に好適である。しかし、たとえば共沸蒸留を乾燥方法として利用することもできる。
好ましい乾燥温度は、50〜250℃の範囲内、有利に50〜200℃、特に有利に50〜150℃である。反応型混合機又は乾燥機中での前記温度での好ましい滞留時間は30分を下回り、特に有利には10分を下回る。
本発明による分級方法は、好ましくはベースポリマーを乾燥させた後に、後架橋する前、及び/又は後架橋した後に、実施する。吸水性の樹脂の含水量は、ベースポリマーの乾燥後であるか、あるいは、後架橋前に、典型的に2〜10質量%及び後架橋後に、典型的に1質量%を下回り、好ましくは0.1質量%を下回る。
本発明による方法を実施するための装置は、
a)容器、
b)分級すべき製品のための装入口、
c)少なくとも1種の篩い、
d)分級すべき製品のための少なくとも2種の搬出口、
e)圧力調節のための装置、
f)場合によってはガス挿入口及び
g)場合によっては断熱器、
を包含する。
断熱器は、篩分け装置上の付加的な材料層であり、この場合、これらは、篩分け装置の外に向けての熱損失量を減少させる。
例1
Loedige-Pflugscharkneter Typ VT 5R-MK (5 l容量)中に、388gの脱イオン水、173.5gのアクリル酸、2033.2gの37.3質量%濃度のアクリル酸ナトリウム溶液(100モル%中和)ならびに4.50gの15箇所エトキシ化されたトリメチロールプロパントリアクリレート(たとえば、Sartomer(R) SR9035)を予め装入し、かつ窒素の起泡下で20分に亘って不活性化する。次いで、2.112gの過硫酸ナトリウム、0.045gのアスコルビン酸並びに0.126g過酸化水素の添加(希釈された水溶液の)により約23℃で重合を開始した。この開始後に、加熱ジャケットの温度を、調節器を用いて反応器中に反応温度をもたらした。最終的に得られた砕けやすいゲルを160℃で約3時間に亘って、空気循環乾燥室中で乾燥させた。次いでこれを微粉砕し、そして250〜850μmに篩分けした。含水量は2.7質量%であった。
粉砕されたベースポリマーを、示された温度で篩い上に提供した。篩いを、減圧下で運転した。付加的に篩いを、定められた水蒸気含量を有する予め加熱した空気を用いて覆った。空気量は、篩い面積1m当たり2m/hであった。
Figure 2008526498
篩分け挙動
1.篩い及び内壁へのわずかな付着、篩分けされた生成物中に集塊は存在しなかった。
2.篩い及び内壁へのわずかな付着、篩分けされた生成物中に集塊がわずかに存在した。
3.篩い及び内壁への付着、篩分けされた生成物中に集塊が存在した。

Claims (15)

  1. 篩分け装置を用いて、粒子形状の吸水性樹脂を分級する方法において、篩分け装置を、周囲圧に対して減少させた圧力で運転することを特徴とする、篩分け装置を用いて、粒子形状の吸水性樹脂を分級する方法。
  2. 篩分け装置を、多くとも950mbarの圧力で運転する、請求項1に記載の方法。
  3. 篩分け装置を、300〜700mbarの圧力で運転する、請求項2に記載の方法。
  4. 篩分け装置上に、ガス流を通過させる、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
  5. ガス流が空気である、請求項4に記載の方法。
  6. ガス流が、40〜120℃の温度を有する、請求項4又は5に記載の方法。
  7. ガス流の含水量が5g/kgを下回る、請求項4から6までのいずれか1項に記載の方法。
  8. ガス体積流が、篩い面積1m当たり1〜10m/hであり、その際、ガス体積は、25℃の温度及び1バールの圧力で測定する、請求項4から7までのいずれか1項に記載の方法。
  9. 篩分け装置を、少なくとも部分的に断熱されている、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
  10. 篩分け装置の温度が、40〜80℃である、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
  11. 篩分け装置が振動する、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
  12. 振動数が1〜100Hzである、請求項11に記載の方法。
  13. 粒子形状の吸水性樹脂が、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を含有する溶液を重合することにより得られる、請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法。
  14. アクリル酸及び/又はメタクリル酸を、少なくとも40%中和する、請求項13に記載の方法
  15. 請求項1から14までのいずれか1項に記載の方法を実施するための、篩分け装置。
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