JP2010521577A - 吸水性ポリマー粒子を被覆する方法 - Google Patents

吸水性ポリマー粒子を被覆する方法 Download PDF

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Abstract

吸水性ポリマー粒子を製造するための方法に関し、この場合、この方法は、ミキサー中で吸水性ポリマー粒子を粒子状固体材料で被覆し、該粒子状固体材料はガス流を用いて分散され、かつ分散させた粒子状固体材料のミキサーへの供給管は、生成物床表面下で終了する。

Description

本発明は、吸水性ポリマー粒子を製造するための方法に関し、その際、ミキサー中で吸水性ポリマー粒子を粒子状固体材料で処理し、該粒子状固体材料は、ガス流を用いて分散させ、かつ分散させた粒子状固体材料のミキサー中への供給は、生成物床表面下で終了する。
吸水性ポリマー粒子の製造は、研究論文"Modern Superabsorbent Polymer Technology",F.L.Buchholz及びA.T.Graham,Wiley−VCH,1998,第71〜103頁に記載されている。
吸水性ポリマーは、おむつ、タンポン、生理帯及びその他の衛生用品を製造するための、水溶液を吸収する製品として使用され、また一方で農業園芸における保水剤としても使用される。
吸水性ポリマーの特性は、架橋度によって調節されうる。架橋度が高まるにつれて、ゲル強度が高まり、かつ遠心保持容量(Zentrifugenretensionskapazitaet)(CRC)が低下する。
適用特性、例えばおむつ中での膨潤したゲル床の浸透性(SFC)及び荷重下吸収能(AUL0.9psi)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。それによって、粒子表面の架橋度のみが高まり、そうして圧力下での吸収能(AUL)と遠心保持容量(CRC)との関連性を少なくとも部分的になくすことができる。この後架橋は、水性ゲル相中で実施することができる。好ましくは、一方で乾燥、粉砕及び篩分されたポリマー粒子(ベースポリマー)は、表面が後架橋剤により被覆され、熱的に後架橋され、かつ乾燥される。このために適切な架橋剤は、吸水性ポリマーのカルボキシレート基と共有結合を形成することができる少なくとも2個の基を有する化合物である。
湿性雰囲気は、吸水性ポリマー粒子を塊状化し、かつその流動性を喪失させる。流動助剤は、この塊状化を防止することができる。微分散された二酸化ケイ素、例えばAerosil(R)200の吸水性ポリマー粒子のための流動化助剤としての使用は、以前から、例えばDE35 23 617から公知である。
微分散された二酸化ケイ素の使用は、増加したダスト混入量を招く。したがって、微分散された二酸化ケイ素を結合させる試み、例えばJP 63-39934中に記載されている、あるいは、微分散された二酸化ケイ素を他の流動化助剤によって置換する試み、例えばWO 97/37695 A1に記載されている、については存在しないわけではない。
DE 10 2005 032 236 A1は、粒子を被覆するための方法が記載されており、この場合、これは、例えば粉末塗料を、微粒子、例えば微分散された二酸化ケイ素を用いて被覆するための方法である。この微粒子は、ガス流を用いて脱凝集する。得られたエーロゾルは、被覆すべき粒子のふるいがけによって何倍も沈澱の改善を導くことができる。
本発明の課題は、吸水性ポリマー粒子を粒子状固体材料で被覆するための改善された方法を提供するものである。
さらにこの課題は、効率的かつダストの少ない被覆方法を見出すことからなる。
本発明の他の課題は、特に湿性雰囲気下での貯蔵後において、可能な限り低い塊状化傾向及び高い流動性を有する吸水性ポリマー粒子を製造する方法を提供することである。
本発明の課題は、乾燥、粉砕及び分級を含み、その際、ミキサー中において吸水性ポリマー粒子を粒子状固体材料で被覆するものであって、
a)少なくとも1種のエチレン性不飽和酸基含有モノマー、この場合、このモノマーは少なくとも部分的に中和することができ、
b)少なくとも1種の架橋剤、
c)場合によっては1種又はそれ以上のa)で挙げられたモノマーと共重合可能なエチレン性及び/又はアリル性不飽和モノマー及び
d)場合によっては1種又はそれ以上の水溶性ポリマー
を含有するモノマー溶液又はモノマー懸濁液を重合することによる吸水性ポリマー粒子の製造方法によって解決され、この場合、この方法は、該粒子状固体材料を、ガス流を用いて分散し、かつ分散された粒子状固体材料のミキサー中への供給を、生成物床表面下で終了することを特徴とする。
この生成物床表面とは、ミキサー中で移動する吸水性ポリマー粒子と重層する雰囲気との間に設定される境界面である。
分散された粒子状固体材料は、エーロゾルとして移動するポリマー粒子相中の生成物床表面下に供給され、すなわち、供給管を生成物床中に好ましくは少なくとも10mm、殊に好ましくは少なくとも50mm、特に好ましくは少なくとも100mm浸漬する。
本発明による方法は、好ましくは少なくとも1つの後架橋を含む。本発明の特に好ましい実施態様において、後架橋されたポリマー粒子は粒子状固体材料で被覆される。
粒子状固体材料の質量流と分散のために使用されるガス質量流(分散ガス質量流)との比は、好ましくは少なくとも0.05、殊に好ましくは少なくとも0.1、特に好ましくは少なくとも0.2である。より高い比(装入量)によって、分散ガスの消費量を減少させることができる。1を上回る装入量は、分散の際に非定常状態の操作状態を招き、したがってあまり好ましくない。
吸水性ポリマー粒子の平均粒径は少なくとも200μm、殊に好ましくは250〜600μm、特に好ましくは300〜500μmであり、その際、該粒径は、光散乱によって測定でき、かつ体積平均直径(Volumengemittelten mittleren Durchmesser)を意味する。
粒子固体の平均直径は少なくとも50μm、殊に好ましくは1〜20μm、特に好ましくは5〜10μmであり、その際、該粒径は光散乱によって測定でき、かつ体積平均直径を意味する。
供給管は、通常、円形横断面を有する。
本発明による方法は中断されることが少なく、したがって連続式ミキサーのために特に適している。
ミキサーの充填度合いは好ましくは30〜80%、殊に好ましくは40〜75%、特に好ましくは50〜70%である。
あまりにも高い含水量は、吸水性ポリマー粒子の凝集化傾向を増加させる。したがって、本発明による方法において使用された吸水性ポリマー粒子の含水量は、好ましくは20質量%未満、殊に好ましくは10質量%未満、特に好ましくは1質量%未満である。
吸水性ポリマー粒子の温度は、好ましくは40〜80℃、殊に好ましくは45〜75℃、特に好ましくは50〜70℃である。
本発明の好ましい実施態様において、粒子状固体材料は、環状ギャップインジェクターを用いて分散させる。
環状ギャップインジェクターは、内管及び内管を取り囲む環状ギャップから構成される。環状ギャップの幅は通常調整可能である。粒子状固体材料は、例えばスクリューコンベアを用いて、内管中に供給される。分散ガスは、環状ギャップを介して供給される。環状ギャップの圧力低下は分散ガスを加速し、かつ減圧を生じる。該圧力低下は、分散ガス質量流及びギャップ幅により調整することができ、かつ好ましくは0.5〜8バール、殊に好ましくは1〜6バール、特に好ましくは1.5〜5バールである。減圧によって、内管を介して粒子状固体材料及びガス(バイパスガス)を吸引する。同時に、粒子状固体材料をガス流中に分散させる。このようにして得られたエーロゾルは、好ましくは内管の直径を有する管(ランス)を介して、生成物床表面下に連行することができる。
さらに分散ガスは内管を介して、かつ粒子状固体材料は環状ギャップを介して供給することも可能である。しかしながら、増加する塊状化の危険性によりこの変法はあまり好ましくない。
使用した粒子状固体材料の種類及び量にしたがって、ミキサー、環状ギャップインジェクター及びランスはその実施形態及び大きさ並びにその操作条件において互いに調整することができる。供給された分散ガス量により、ランス前方に空所が形成される。形成された空所が大きくなればなるほど、空所を囲む表面が、粒子状固体材料での直接被覆のためのより一層多く提供される。空所を囲む表面の混合プロセスによる交換が早くなればなるほど、吸水性ポリマー粒子は、単位時間あたりより多く塗布することができる。さらに、混合装置の可能な限り小さい領域を被覆することも可能である。したがって、ランスを、好ましくは混合装置間において軸方向に配置する。ランスの排出口とミキサー壁又はシャフトとの間の好ましい最も小さい距離は、生成物床の深さに依存する。これは、本質的にはミキサーの操作状態に影響する。ランスの排出口とミキサー壁又はシャフトとの間の距離は、好ましくは少なくとも50mm、殊に好ましくは少なくとも100mm、特に好ましくは少なくとも200mmである。より小さいミキサーの場合には、大きいミキサーの場合によりもより小さい距離を選択する。
例えば、好ましくは使用される熱分解法ケイ酸及び/又は沈降法ケイ酸で、内径25〜30mmを有するランスを用いての被覆に関しては、好ましくは2〜70kg/h、殊に好ましくは3〜50kg/h、特に好ましくは3.5〜35kg/hの分散ガス質量流、好ましくは5〜70kg/h、殊に好ましくは10〜50kg/h、特に好ましくは15〜25kg/hのバイパスガス質量流及び好ましくは0.5〜120kg/h、殊に好ましくは2〜60kg/h、特に好ましくは4〜40kg/hの粒子状固体材料質量流である。
本発明による方法において、当業者に公知のすべてのミキサーを使用することができる。液体は、高速ミキサー中と同様に低い攪拌速度を有するミキサー中であっても噴霧することができる。好ましくは、可動式混合装置を備えたミキサー、例えばスクリューミキサー、ディスクミキサー、プローシェアミキサー、パドルミキサー、スクリューベルトミキサー、Schugi-ミキサー及びフローミキサーを使用する。
回転式混合装置を備えたミキサーは、回転軸の位置にしたがって竪型ミキサー(Vertikalmischer)と横型ミキサー(Horizontalmischer)とに分類される。横型ミキサーの使用が好ましい。特に好ましい横型ミキサーは、フローミキサーである。
横型ミキサー中での滞留時間は、好ましくは1〜180分、殊に好ましくは2〜60分、特に好ましくは5〜20分である。
横型ミキサー中の混合装置の周速度は、好ましくは0.1〜10m/s、殊に好ましくは0.5〜5m/s、特に好ましくは0.75〜2.5m/sである。
吸水性ポリマー粒子は、横型ミキサー中で、好ましくは0.01〜6、殊に好ましくは0.05〜3、特に好ましくは0.1〜0.7のフルード数に相当する速度で移動する。
水平に設置された混合装置を備えたミキサーに関して、該フルード数は以下のようにして定義される:
Figure 2010521577
横型ミキサー中で、ミキサー軸と供給口との間の角度は約90゜である。分散された粒子状固体材料は、上方から垂直に供給することができる。供給は、同様に側方から斜めにすることも可能であり、その際、垂線に対する角度は好ましくは60〜90゜、殊に好ましくは70〜85゜、特に好ましくは75〜82.5゜である。供給口の斜めの配置は、短い供給管の使用及びそれに伴うミキサー操作中における少ない機械的負荷を可能にする。
特に好ましい実施態様において、供給管は回転軸下で終了し、かつ回転方向に供給される。この配置によって被覆された吸水性ポリマー粒子は最適に供給口から移送される。斜め配置との組合せにおいて、さらに供給管をミキサーの操作中において、生成物を排出することなしに交換することが可能である。
適した粒子状固体材料は、例えば無機不活性物質、例えば熱分解法ケイ酸及び/又は沈降法ケイ酸である。
モノマーa)は好ましくは水溶性であり、すなわち、23℃での水中での溶解度は、典型的には少なくとも1g/100g(水)、好ましくは少なくとも5g/100g(水)、殊に有利には少なくとも25g/100g(水)、特に有利には少なくとも50g/100g(水)であり、かつ、それを好ましくは少なくとも1個の酸基につき有する。
適したモノマーa)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である。特に有利なモノマーは、アクリル酸及びメタクリル酸である。さらにアクリル酸が特に有利である。
モノマーa)の全量におけるアクリル酸及び/又はその塩の割合は、有利に少なくとも50モル%、殊に有利に少なくとも90モル%、特に有利に少なくとも95モル%である。
このモノマーa)、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。有利な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。
トコフェロールとは、以下の式の化合物であると理解される:
Figure 2010521577
[式中、Rは、水素又はメチルを意味し、Rは、水素又はメチルを意味し、Rは、水素又はメチルを意味し、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]。
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認容性の他のカルボン酸である。前記カルボン酸は、モノカルボン酸、ジカルボン酸又はトリカルボン酸であってよい。
有利なのは、R=R=R=メチルのα−トコフェロール、殊にラセミ体α−トコフェロールである。Rは、特に有利には、水素又はアセチルである。とりわけ有利には、RRR−アルファ−トコフェロールである。
モノマー溶液はそれぞれアクリル酸に対して、有利には高くても130質量ppm、殊に有利には高くても70質量ppm、好ましくは少なくとも10質量ppm、殊に好ましくは少なくとも30質量ppm、特に約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ともに考慮される。例えば、このモノマー溶液の製造のために、アクリル酸を相応する含有量のヒドロキノン半エーテルと一緒に使用することができる。
架橋剤b)は、ポリマー網目構造にラジカル共重合されうる少なくとも2個の重合可能な基を有する化合物である。適した架橋剤b)は、例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EP530438A1に記載)、ジアクリレート及びトリアクリレート(例えばEP547847A1、EP559476A1、EP632068A1、WO93/21237A1、WO2003/104299A1、WO2003/104300A1、WO2003/104301A1及びDE10331450A1に記載)、アクリレート基以外にさらに別の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DE10331456A1及びDE10355401A1に記載)又は架橋剤混合物(例えばDE19543368A1、DE19646484A1、WO90/15830A1及びWO2002/32962A2に記載)である。
適当な架橋剤b)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、例えばジアクリレート又はトリアクリレート、例えばブタンジオールジアクリレート又はエチレンジアクリレート、又はブタンジオールジメタクリレート又はエチレングリコールジメタクリレートならびにトリメチロールプロパントリアクリレート及びアリル化合物、例えばアリル(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレート、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例えば、EP-A 343 427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、適当な架橋剤b)は、ペンタエリトリトールジアリルエーテル、ペンタエリトリトールトリアリルエーテル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リントリアリルエーテル、ソルビトールをベースとするポリアリルエーテルならびにそのエトキシル化化合物である。本発明による方法の場合に、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100〜1000の分子量を有する。
特に好ましい架橋剤b)は、しかしながら、3〜20箇所エトキシル化されたグリセリンの、3〜20箇所エトキシル化されたトリメチロールプロパンの、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、殊に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の、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の、ならびに3箇所、混合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の、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の、ならびに少なくとも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アクリレート及びトリアクリレートである。
極めて有利な架橋剤b)は、例えばWO2003/104301A1に記載されているような、ジアクリレート又はトリアクリレートを得るためにアクリル酸又はメタクリル酸とエステル化された多重エトキシル化及び/又はプロポキシル化されたグリセリンである。3〜10箇所エトキシル化されたグリセリンのジアクリレート及び/又はトリアクリレートが特に有利である。さらに、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レート又はトリアクリレートが特に有利である。3〜5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トリアクリレートが最も有利である。
架橋剤b)の量は、それぞれのモノマー溶液に対して好ましくは0.01〜15質量%、殊に好ましくは0.5〜10質量%、特に好ましくは1〜5質量%である。
エチレン性不飽和の酸基含有モノマーa)と共重合可能なエチレン性不飽和モノマーc)は、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド、クロトン酸アミド、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d)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。
好ましい重合阻害剤は、最適な作用のために溶解された酸素を必要とする。従って、モノマー溶液が重合前に、不活性化、即ち不活性ガス、有利には窒素を用いた貫流により溶解した酸素が取り除かれてよい。有利には、モノマー溶液の重合前の酸素含有率は、1質量ppm未満に、特に有利には0.5質量ppm未満に低下する。
適したポリマーの製造ならびにさらに別の適した親水性エチレン性不飽和モノマーa)は、DE−A19941423A1、EP686650A1、WO2001/45758A1及びWO2003/104300A1に記載される。
適した反応器は、混練式反応器又はベルト式反応器である。混練機中で、水性モノマー溶液の重合に際して発生するポリマーゲルが、WO2001/38402A1に記載されているように、例えば反転撹拌シャフトによって連続的に粉砕される。ベルト上での重合は、例えばDE3825366A1及びUS6,241,928に記載される。重合の際にベルト式反応器中で、更なる方法工程、例えばミートグラインダー、押出機又は混練機中で破砕しなくてはならないポリマーゲルが生じる。
有利には、前記ヒドロゲルは、重合反応器から搬出された後になおもより高い温度、有利には少なくとも50℃、殊に有利には少なくとも70℃、特に有利には少なくとも80℃及び有利には100℃より少ない温度で貯蔵され、例えば断熱容器中で貯蔵される。この貯蔵、通常は2〜12時間の貯蔵により、このモノマー変換率は更に高められる。
重合反応器中でのモノマー変換率がより高い場合、貯蔵を顕著に短縮することもでき、もしくは貯蔵を省くことができる。
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25〜95mol%、有利には50〜80mol%、特に好ましくは60〜75mol%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することもできる。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いの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ならびにこれらの混合物である。
この中和は、有利には前記モノマーの工程で実施される。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行われる。例えば、50質量%を明らかに下回る含水率を有する水酸化ナトリウムは、23℃を上回る高い融点を有するロウ質材料として存在しうる。この場合には、高めた温度で粒状体(Stueckgut)又は溶融物として計量供給することが可能である。
この中和を、重合後にこのヒドロゲルの段階で実施することも可能である。更に、重合前に酸基を40mol%まで、好ましくは10〜30mol%、特に好ましくは15〜25mol%、中和剤の一部をモノマー溶液にあらかじめ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すぐにヒドロゲルの段階で調節することも可能である。前記ヒドロゲルを少なくとも部分的に重合の後に中和する場合、前記ヒドロゲルは有利に機械的に、例えばミートグラインダーを用いて粉砕し、その際、中和剤を吹き付けるか、降りかけるか又は注ぎ込み、次いで入念に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。
次いで該ヒドロゲルは、好ましくはベルト型乾燥器を用いて、残留湿分が好ましくは15質量%を下回り、殊に10質量%を下回るまで乾燥させ、その際、含水率は、EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)により推奨された試験方法番号430.2−02"Moisture content"に従って測定される。しかしながら選択的に、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ーを使用することもできる。特に白色の製品を得るために、このゲルの乾燥の際に蒸発された水の迅速な搬出を保証することが有利である。このために、乾燥温度を最適化しなければならず、空気供給及び空気排出を制御して行わなければならず、かつそれぞれの場合に十分な通気に留意しなければならない。当然の事ながら、乾燥は、ゲルの固体含有率が可能な限り高い場合には、それだけ一層簡単であり、かつ製品はそれだけ一層白い。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、前記乾燥器に窒素又は他の酸化しないガスを通気するのが有利である。しかしながら、選択的に、酸化による黄変現象を回避するために、乾燥の間の酸素分圧だけを簡単に下げることもできる。
乾燥したヒドロゲルをこの後で微粉砕しかつ分級し、この場合、微粉砕のために通常では1段階又は多段階のロールミル、有利に2段階又は3段階のロールミル、ピン付きミル、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。
ポリマー粒子は、特性のさらなる改善のために後架橋してよい。適した後架橋剤は、ヒドロゲルのカルボキシレート基と共有結合を形成しうる少なくとも2個の基を含有する化合物である。適した化合物は、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、ジエポキシド又はポリエポキシド(例えばEP83022A2、EP543303A1及びEP937736A2に記載)、二官能性又は多官能性アルコール(例えばDE3314019A1、DE3523617A1及びEP450922A2に記載)又はβ−ヒドロキシアルキルアミド(例えばDE10204938A1及びUS6,239,230に記載)である。
加えて、DE4020780C1の中で環状カーボネートが、DE19807502A1の中で2−オキサゾリドン及びその誘導体、例えば2−ヒドロキシエチル−2−オキサゾリドンが、DE19807992C1の中でビス−及びポリ−2−オキサゾリジノンが、DE19854573A1の中で2−オキソテトラヒドロ−1,3−オキサジン及びその誘導体が、DE19854574A1の中でN−アシル−2−オキサゾリドンが、DE10204937A1の中で環状尿素が、DE10334584A1の中で二環状アミドアセタールが、EP1199327A2の中でオキセタン及び環状尿素が、またWO2003/31482A1の中でモルホリン−2,3−ジオン及びその誘導体が適した後架橋剤として記載されている。
さらに、DE3713601A1に記載されているような、付加的な重合可能なエチレン性不飽和基を含有する後架橋剤も使用することができる。
後架橋剤の量は、そのつどポリマーに対して好ましくは0.01〜1質量%、殊に有利には0.05〜0.5質量%、特に有利には0.1〜0.2質量%である。
本発明の有利な一実施態様において、後架橋剤に加えて多価カチオンが粒子表面上に塗布される。
本発明による方法において使用可能な多価カチオンは、例えば二価カチオン、例えば亜鉛、マグネシウム、カルシウム及びストロンチウムのカチオン、三価カチオン、例えばアルミニウム、鉄、クロム、希土類元素及びマンガンのカチオン、四価カチオン、例えばチタン及びジルコニウムのカチオンである。対イオンとして塩化物イオン、臭化物イオン、硫酸イオン、硫酸水素イオン、炭酸イオン、炭酸水素イオン、硝酸イオン、リン酸イオン、リン酸水素イオン、リン酸二水素イオン及びカルボン酸イオン、例えば酢酸イオン及び乳酸イオンが可能である。硫酸アルミニウムが有利である。金属塩以外に多価カチオンとしてポリアミンも使用することができる。
多価カチオンの使用量は、そのつどポリマーに対して例えば0.001〜0.5質量%、好ましくは0.005〜0.2質量%、とりわけ有利には0.02〜0.1質量%である。
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ポリマー粒子上に吹き付けることにより実施される。この噴霧に引続き、架橋剤で被覆されたポリマー粒子について加熱乾燥を行い、その際、後架橋反応は乾燥前でも乾燥中でも生じうる。
架橋剤の溶液の噴霧は、好ましくは、可動式混合装置を有するミキサー、例えばスクリューミキサー、ディスクミキサー、プローシェアミキサー及びパドルミキサー中で実施される。殊に有利に、横型ミキサー、例えばプローシェアミキサー及びパドルミキサー、特に有利に縦型ミキサーである。適したミキサーは、例えばLoedigeミキサー、Bepexミキサー、Nautaミキサー、Processallミキサー及びSchugiミキサーである。
この加熱乾燥は、好ましくは接触型乾燥器、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。適当な乾燥器は、例えばBepex乾燥器及びNara乾燥器である。さらに、流動床乾燥器も使用することができる。
乾燥は、ミキサーそれ自体中で、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。後接続された乾燥器、例えば箱形乾燥器、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。とりわけ好ましくは、流動層乾燥器中で混合及び乾燥する。
有利な乾燥温度は、100〜250℃の範囲内、有利には120〜220℃及びとりわけ有利には130〜210℃である。反応ミキサー又は乾燥器中におけるこの温度での有利な滞留時間は、好ましくは少なくとも10分間、とりわけ有利には少なくとも20分間、極めて有利には少なくとも30分間である。
引き続き、後架橋されたポリマーを新たに分級してよい。
後架橋されたポリマー粒子は、特性のさらなる改善のために被覆することができる。獲得(Akquisition)挙動及び浸透性(SFC)を改善するための適した被覆は、例えば無機不活性物質、有機ポリマー、カチオンポリマー並びに2価又は多価の金属カチオンである。ダスト結合(Staubbindung)のための適した被覆は例えばポリオールである。
適した無機不活性物質はケイ酸、例えばモンモリロナイト、カオリナイト及び滑石、ゼオライト、活性炭、ポリケイ酸、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化アルミニウム、二酸化チタン及び鉄−(II)−酸化物である。好ましくはポリケイ酸を使用し、この場合、製造法の種類により沈降法ケイ酸と熱分解法ケイ酸とに分類される。双方のバリエーションは、Silica FK、Sipernat(R)、Wessalon(R)(沈降法ケイ酸)又はAerosil(R)(熱分解法ケイ酸)の名称で市販されている。無機不活性物質は、水性又は水混和性分散剤としてか、あるいは、塊状で使用することができる。
本発明による方法にしたがって使用される粒子状固体材料は、好ましくは熱分解法ケイ酸及び/又は沈降法ケイ酸である。
吸水性ポリマー粒子が無機不活性材料で被覆される場合には、無機不活性材料の使用量は、吸水性ポリマー粒子に対して好ましくは0.05〜5質量%、殊に好ましくは0.1〜1.5質量%、特に好ましくは0.3〜1質量%である。
適した有機材料はポリアルキルメタクリレート又は熱可塑性樹脂、例えばポリ塩化ビニルである。
適したカチオンポリマーはポリアルキレンポリアミン、ポリアクリルアミド由来のカチオン誘導体、ポリエチレンイミン及び4級化ポリアミンである。
4級化ポリアミンは、例えばヘキサメチレンジアミン、ジメチルアミン及びエピクロロヒドリンからの縮合生成物、ジメチルアミン及びエピクロロヒドリンからの縮合生成物、ヒドロキシエチルセルロース及びジアリルジメチルアンモニウムクロリドからのコポリマー、アクリルアミド及びα−メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリドからのコポリマー、ヒドロキシエチルセルロース、エピクロロヒドリン及びトリメチルアミンからの縮合生成物、ジアリルジメチルアンモニウムクロリドのホモポリマー及びエピクロロヒドリンのアミドアミンへの付加生成物である。さらに4級化ポリアミンは、ジメチルスルフェートとポリマー、例えばポリチレンイミン、ビニルピロリドンとジメチルアミノエチルメタクリレートとからのコポリマー又はエチルメタクリレートとジエチルアミノエチルメタクリレートからのコポリマーの反応によって得ることができる。4級化ポリアミンは、広範囲の分子量の幅で提供可能である。
しかしながらさらに、粒子表面上にカチオンポリマーを生じさせることも可能であり、この場合、これはそれ自体が架橋構造を形成することができる試薬、例えばエピクロロヒドリンのポリアミドアミンへの付加生成物によってか、あるいは、カチオンポリマー、この場合、これは添加された架橋剤と一緒に官能することができるものであって、例えばポリアミン又はポリイミンをポリエポキシドとの組合せで、多官能性エステル、多官能性酸又は多官能性(メタ)アクリレートの塗布によってである。
第1級又は第2級アミノ基を有する全ての多官能性アミン、例えばポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及びポリリシンを使用することができる。本発明による方法にしたがって噴霧された固体材料は、好ましくは少なくとも1種のポリアミン、例えばポリビニルアミンを含有する。
カチオンポリマーは、水性又は水混和性の溶剤中の溶液として、水性又は水混和性の分散剤中の分散液として、あるいは塊状で使用することができる。
吸水性ポリマー粒子をカチオンポリマーで被覆する場合には、カチオンポリマーの使用量は吸水性ポリマー粒子に対して好ましくは0.1〜15質量%、殊に好ましくは0.5〜10質量%、特に好ましくは1〜5質量%である。
適した二価又は多価の金属カチオンはMg2+、Ca2+、Al3+、Sc3+、Ti4+、Mn2+、Fe2+/3+、Co2+、Ni2+、Cu+/2+、Zn2+、Y3+、Zr4+、Ag、La3+、Ce4+、Hf4+及びAu+/3+であり、好ましい金属カチオンはMg2+、Ca2+、Al3+、Ti4+、Zr4+及びLa3+であり、特に好ましい金属カチオンはAl3+、Ti4+及びZr4+である。該金属カチオンは、個々に又は互いの混合物として使用することができる。挙げられた金属カチオンとして、すべての金属塩が適しており、この場合、これは、使用される溶剤に対して十分な溶解性を有するものである。特に適しているのは、弱い錯化能力(komplexierenden)を有するアニオン、例えば塩化物、硝酸塩及び硫酸塩である。該金属塩は好ましくは溶液として使用する。金属塩のための溶剤として水、アルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド並びにこれらの混合物を使用することができる。特に好ましくは水及び水/アルコール混合物、例えば水/メタノール又は水/プロピレングリコールである。
吸水性ポリマー粒子が多価金属カチオンで被覆される場合には、多価金属カチオンの使用量は、吸水性ポリマー粒子に対して好ましくは0.05〜5質量%、殊に好ましくは0.1〜1.5質量%、特に好ましくは0.3〜1質量%である。
特に適したポリオールは、分子量400〜20000g/モルを有するポリエチレングリコール、ポリグリセリン、3〜10箇所エトキシ化されたポリオール、例えばトリメチロールプロパン、グリセリン、ソルビトール及びネオペンチルグリコールである。特に好適であるのは、7〜20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、例えばPolyol TP70(R)(Perstorp AB、Perstorp、SE)である。後者は特に、吸水性ポリマー粒子の水性抽出物の表面張力がわずかに減少するにすぎないという利点を有する。該ポリオールは好ましくは溶液として水性又は水混和性の溶剤中で使用する。
吸水性ポリマー粒子をポリオールで被覆する場合には、ポリオールの使用量は吸水性ポリマー粒子に対して好ましくは0.005〜2質量%、殊に好ましくは0.01〜1質量%、特に好ましくは0.05〜0.5質量%である。
しかしながら前記被覆は、後架橋されていないポリマー粒子(ベースポリマー)上に塗布することもできる。
本発明による方法は、吸水性ポリマー粒子のダスト結合のない(Staubfreie)被覆を、粒子状固体材料、好ましくは微粒子状二酸化ケイ素を用いて可能にする。技術水準に対して、増加した付着速度及びそれに伴う高い収率を達成する。
本発明による方法は、特に少ない塊状化傾向(抗粘結性)を有する吸水性ポリマー粒子の製造を可能にするか、あるいは、流動化助剤、例えば微粒子二酸ケイ素の顕著に減少した使用量を可能にする。
さらに本発明による方法は、有利には他の被覆方法と組み合わせることができる。粒子状固体材料、好ましくは熱分解法ケイ酸及び/又は沈降法ケイ酸を用いての被覆のために使用するミキサー中において、さらに付加的な被覆を実施することができる。該付加的な被覆は、例えば溶液又は分散液として吸水性ポリマー粒子上に被覆することができる。有利には、粒子状固体材料での被覆を最後に実施する。
連続式横型ミキサー中においてこのような被覆を実施する場合には、粒子状固体材料での被覆前における吸水性ポリマー粒子の滞留時間が、ミキサー中の全滞留時間の好ましくは50〜90%、殊に好ましくは60〜80%、特に好ましくは70〜75%になる程度に実施する。
本発明による方法は、例えば、溶液及び/又は分散液を二液ノズルにより導入する際又は溶剤を蒸発させる際に生じるミキサー中の付加的なガス流に対して敏感ではない。
本発明による方法により得られる吸水性ポリマー粒子は、一般に少なくとも15g/g、好ましくは少なくとも20g/g、有利には少なくとも22g/g、特に有利には少なくとも24g/g、殊に有利には少なくとも26g/gの遠心保持容量(CRC)を有する。該吸水性ポリマー粒子の遠心保持容量(CRC)は、通常は、60g/g未満である。
本発明による方法により得られる吸水性ポリマー粒子は、一般に少なくとも10g/g、好ましくは少なくとも12g/g、殊に好ましくは少なくとも14g/g、特に好ましくは少なくとも16g/g、とりわけ好ましくは少なくとも18g/gであり、かつ通常は30g/gを上回ることはない、6.21kPa(AUL0.9psi)の圧力下での吸収能を示す。
本発明による方法によって得られた吸水性ポリマー粒子は、典型的には少なくとも100×10−7cms/g、たいていは少なくとも200×10−7cms/g、好ましくは少なくとも300×10−7cms/g、殊に好ましくは少なくとも350×10−7cms/g、特に好ましくは少なくとも400×10−7cms/g、とりわけ好ましくは少なくとも450×10−7cms/gであり、かつ通常は700×10−7cms/gを上回ることはない液体通過性(SFC)を示す。
吸水性ポリマー粒子は、以下で記載された試験法によって試験される。
方法:
測定は、別に記載がない限り、23±2℃の周囲温度及び50±10%の相対空気湿度で実施される。吸水性ポリマー粒子を測定前に十分に混合する。
粒度分布(PSD粒度分布)
吸水性ポリマーの粒度分布は、EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)で推奨された試験方法番号WSP 220.2-05 "Particle size distribution"により測定する。
遠心保持容量(CRC Centrifuge Retention Capacity)
遠心保持容量は、EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)で推奨された試験方法番号WSP 241.2-05 "Centrifuge retention capacity"により測定し、その際、吸水性ポリマー粒子は、測定前に300μmを上回り600μmまでの粒度範囲に篩別する。
荷重下吸収能(AUL0.9psi Absorbency Under Load)
吸水性ポリマー粒子の6.21kPa(0.9psi)下での吸収量は、EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)で推奨された試験方法番号WSP 242.2-05 "Absorption under pressure"により測定し、その際、300μmを上回り600μmまでの粒度分布を有する吸水性ポリマー粒子0.9gの代わりに0.16g、ベースプレートとしてメッシュ幅36μmの代わりに149μmを有する金網及び21g/cm(0.3psi)の代わりに63g/cm(0.9psi)の重りを使用した。
抽出可能成分 16h
吸水性ポリマーの抽出可能な成分量は、EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)で推奨された試験方法番号WSP 270.2-05"Extractables"により測定する。
液体通過性(SFC食塩水の流れの誘導)
21g/cm(0.3psi)の圧力負荷下での膨潤したゲル層の液体通過性は、EP0640330A1に記載のようにして、吸水性ポリマー粒子から成る膨潤したゲル層のゲル−相−浸透性として測定し、この場合上記の特許出願明細書第19頁及び図8に記載の装置は、ガラスフリット(40)がもはや使用されず、プランジャー(39)が円筒体(37)と同様のプラスチック材料からなり、今や全載置面にわたって均一に分布するように21個の同じ大きさの孔を含むように十分に変更した。測定の方法及び評価はEP0640330A1と変わらない。流量は自動的に把握した。
液体通過性(SFC)は、次のように計算される:
Figure 2010521577
[式中、(Fg(t=0)は、g/sでのNaCl溶液の流量であり、これは流量測定のデータFg(t)の線形の回帰分析に基づいてt=0に対する外挿法によって得られ、L0は、cmでのゲル層の厚さであり、dは、g/cm3でのNaCl溶液の濃度であり、Aは、cm2でのゲル層の面積であり、かつWPは、dyn/cm2でのゲル層上の静水圧力である。
抗粘結作用(Anticaking)
抗粘結作用は、WO 00/10619 A1中第22頁第11行〜第24頁第6行に記載された方法にしたがって測定する。
排気中のダスト
排気中のダスト量は、以下のようにして視覚的に評価した。
O=排気中のダスト汚染なし
+=排気中の認知可能なダスト汚染あり
++=排気中の顕著なダスト汚染あり
該EDANA試験法は、例えばEuropean Disposables and Nonwovens Association(Avenue Eugene Plasky 157, B-1030 Bruessel, Belgien)で入手できる。
実施例:
実施例は、ナトリウムアクリレートベースの市販の吸水性ポリマー粒子を用いて実施した。
このような吸水性ポリマー粒子は、例えばBASF Aktiengesellschaft (Handelsname HySorb(R))、Stockhausen GmbH (Handelsname Favor(R))及びNippon Shokubai Co., Ltd. (Handelsname Aqualic(R))から商業的に入手可能である。
使用された吸水性ポリマー粒子は、以下の性状プロフィールを有していた:
Figure 2010521577
実施例1
吸水性ポリマー粒子は、0.3質量%のSipernat(R)D17(Degussa GmbH, Duesseldorf, DE)を用いて、環状ギャップインジェクターを備えたRuberg-フローミキサーDLM 350-1500型(Gebrueder Ruberg GmbH & Co KG, Nieheim, DE)中で被覆した。Sipernat(R)D17は、疎水性沈降法ケイ酸である。
フローミキサーは140lの混合室容量を有していた。フローミキサーの充填度合いは60%に達し、かつ回転数は43回/分であった。移動する吸水性ポリマー粒子のフルード数は0.36であった。
環状ギャップインジェクターは8mmの直径を有する内管から構成されている。内管を介して0.49kg/hのSipernat(R)D17を計量供給した。該内管を、調節可能な環状ギャップが取り囲こんでいる。環状ギャップを介して、5kg/hの空気(分散ガス)を供給した。分散ガスの初期圧(Vordruck)は0.5barであった。環状ギャップによって分散ガスを加速させ、かつ減圧を生じる。減圧により内管を介して空気(バイパスガス)及びSipernat(R)D17を吸引し、かつ空気流中に分散した。分散されたSipernat(R)D17は、8mmの内径を有する管(ランス)を用いて、回転方向と並流でフローミキサー中に連行した。
フローミキサーの端壁からのランスの距離は1125mmであり、かつミキサー壁からのランス口の水平距離は50mmであった。ランスは垂直に挿入した。ランスはフローミキサー中に上部から垂直に挿入され、かつ移動する生成物床表面下100mmで終了する。
ミキサー中の吸水性ポリマー粒子の滞留時間は20分であった。吸水性ポリマー粒子の温度は60℃であった。
フローミキサーは、数時間に亘って中断することなく運転された。
被覆された吸水性ポリマー粒子を分析した。この結果は第1表にまとめられている。
例2(比較例)
例1と同様に実施したが、Sipernat(R)D17を、環状ギャップインジェクターを用いて分散させた。ランスはフローミキサー中に上部から垂直に挿入され、かつ移動する生成物床表面の上で終了した。
フローミキサーは、数時間に亘って中断することなく運転された。
被覆された吸水性ポリマー粒子を分析した。この結果は第1表にまとめられている。
例3(比較例)
例1と同様に実施したが、Sipernat(R)D17を8mmの内径を有する管を介して計量供給した。この管は、移動する生成物床表面下100mmで終了した。
これは、Sipernat(R)D17の望ましい量を計量供給することはできなかった。
例4(比較例)
例1と同様に実施したが、Sipernat(R)D17を8mmの内径を有する管を介して計量供給した。この管は、移動する生成物床表面上で終了した。
フローミキサーは、数時間に亘って中断することなく運転された。
被覆された吸水性ポリマー粒子を分析した。この結果は第1表にまとめられている。
Figure 2010521577

Claims (20)

  1. 乾燥、粉砕及び分級を含み、その際、ミキサー中で吸水性ポリマー粒子を粒子状固体材料で被覆する、
    a)少なくとも1種のエチレン性不飽和酸基含有モノマー、この場合、このモノマーは少なくとも部分的に中和することができ、
    b)少なくとも1種の架橋剤、
    c)場合によっては1種又はそれ以上のa)で挙げられたモノマーと共重合可能なエチレン性及び/又はアリル性不飽和モノマー及び
    d)場合によっては1種又はそれ以上の水溶性ポリマー、
    を含有するモノマー溶液又はモノマー懸濁液の重合により、吸水性ポリマー粒子を製造する方法において、該方法が、該粒子状固体材料を、ガス流を用いて分散させ、かつ分散された粒子状固体材料のミキサーへの供給管が、生成物床表面下で終了することを特徴とする、上記方法。
  2. 方法が少なくとも1つの後架橋を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 後架橋されたポリマー粒子を粒子状固体材料で被覆する、請求項2に記載の方法。
  4. 粒子状固体材料の質量流と分散ガス質量流との比が少なくとも0.05である、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
  5. 吸水性ポリマー粒子が少なくとも200μmの平均粒径を有する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
  6. 粒子状固体材料が50μmを下回る平均直径を有する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
  7. 供給管が円形断面を有する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
  8. 連続式ミキサーを使用する、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
  9. ミキサーの充填度合いが30〜80%である、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
  10. ミキサーに供給された吸水性ポリマー粒子が、20%を下回る含水量を有する、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
  11. ミキサー中に供給された吸水性ポリマー粒子が、40〜80℃の温度を有する、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
  12. 粒子状固体材料を、環状ギャップインジェクターを用いて分散する、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
  13. 環状ギャップインジェクター中の分散ガスの圧力低下が少なくとも0.5barである、請求項12に記載の方法。
  14. ミキサーが横型ミキサーである、請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法。
  15. 横型ミキサー中の吸水性ポリマー粒子の滞留時間が1〜180分である、請求項14に記載の方法。
  16. 横型ミキサー中の混合装置の周速が0.1〜10m/sである、請求項14又は15に記載の方法。
  17. 横型ミキサー中の吸水性ポリマー粒子が、フルード数0.01〜6に相当する速度で移動する、請求項14から16までのいずれか1項に記載の方法。
  18. 分散された粒子状固体材料を、横型ミキサーの回転方向に対して並流で供給する、請求項14から17までのいずれか1項に記載の方法。
  19. 粒子状固体材料が、熱分解法ケイ酸及び/又は沈降法ケイ酸である、請求項1から18までのいずれか1項に記載の方法。
  20. 吸水性ポリマー粒子が、少なくとも15g/gの遠心保持容量を有する、請求項1から19までのいずれか1項記載の方法。
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