JP5511827B2 - 超吸収性ポリマーの製造のための連続的方法 - Google Patents
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Description
(a)溶存酸素を含有する酸性液体水性モノマー混合物を提供する工程であって、それによって、超吸収性ポリマーを重合後に提供するようにモノマーが選択される工程、
(b)前記水性モノマー混合物を反応器に連続的に供給する工程、
(c)反応器内への投入の前に炭酸塩又は炭酸水素塩源を前記水性モノマー混合物中に導入する工程であって、それによって二酸化炭素及び前記溶存酸素の少なくとも一部を含む気相を形成し、前記気相が液相中に分散している工程、
(d)反応器内への投入の直前又は直後に気体/液体混合物を少なくとも部分的な相分離に供し、分離された気相を少なくとも部分的に除去する工程、
(e)反応器内で液相をフリーラジカル重合に供して超吸収性ポリマーを得る工程、及び
(f)反応器から超吸収性ポリマーを連続的に除去する工程、
を含む超吸収性ポリマーの製造のための連続的方法によって解決される。
(a)溶存酸素を含有する酸性液体水性モノマー混合物を提供する工程であって、それによって、超吸収性ポリマーを重合後に提供するようにモノマーが選択される工程、
(b)前記水性モノマー混合物を反応器に連続的に供給する工程、
(c)反応器内への投入の前に炭酸塩又は炭酸水素塩源を前記水性モノマー混合物中に導入する工程であって、それによって二酸化炭素及び前記溶存酸素の少なくとも一部を含む気相を形成し、前記気相が液相中に分散している工程、
(d)反応器内への投入の直前又は直後に気体/液体混合物を少なくとも部分的な相分離に供し、分離された気相を少なくとも部分的に除去する工程、
(e)反応器内における液相をフリーラジカル重合に供して超吸収性ポリマーを得る工程、
(f)反応器から超吸収性ポリマーを連続的に除去する工程、
(g)少なくとも1種の二酸化炭素含有オフガス流を反応器から回収する工程、
(h)前記二酸化炭素含有オフガス流を排気の前にスクラバー内で塩基性水溶液を用いたスクラビングに供し、それによって炭酸塩又は炭酸水素塩含有スクラバー水溶液を形成する工程、
(i)超吸収性ポリマーを乾燥させる工程、
(j)乾燥した超吸収性ポリマーを粉砕及び分級して、それによって300μm未満の粒径を有する微粒子を除去する工程、
(k)炭酸塩又は炭酸水素塩源の導入前にモノマー混合物に前記微粒子をリサイクルする工程を含み、それによって、(h)において得られた炭酸塩又は炭酸水素塩含有スクラバー水溶液の少なくとも一部が(c)における炭酸塩又は炭酸水素塩源として導入される、超吸収性ポリマーの製造のための連続的方法に関する。
実施例及び表において報告される生成物パラメータを以下のように測定する。
EDANA、標準試験:WSP241.2(05)
遠心分離後の食塩溶液中における液保持能力の重量決定
EDANA、標準試験:WSP242.2(05)
圧力下吸収量の重量決定
EDANA、標準試験:WSP270.2(05)
電位差滴定による抽出可能ポリマー含有量の決定
EDANA、標準試験: WSP210.2(04)
超吸収材料中における残留モノマーの量の決定−ポリアクリレート超吸収性粉末
モノマー溶液中に溶解した酸素の決定のために電気化学的方法を用いる。
− マイクロプロセッサ酸素濃度計Oxi 2000型
− 金陰極及び銀陽極を有する膜で覆われた電気化学センサ(WTW Trioxmatic 203)
− キャリブレーションセルWTW PE/OXI OxiCal
− 磁気撹拌棒、センサ棒用密着器具、容器を通じた窒素流のための器具、排気ガス流用器具及びモノマー溶液の装入用器具を備えた4つ口250mlガラス容器、
− 磁気撹拌器
− ホースポンプ
− 適切なサイズ及び長さのPE−ホース
キャリブレーションセルWTW PE/OXI OxiCalを用いて水蒸気で飽和した空気中においてセンサのキャリブレーションを行った。WTWによって提供されたユーザマニュアルにおいて記載されているように厳密にそれを行った。モノマー溶液中における酸素濃度を測定するため、モノマー溶液に適切であり、機器の供給業者と協力して開発されたプログラムを選択した(PROG#6)。
あらゆる測定の前に、Microprocessor Oximeterのスイッチを入れ、WTWによって推奨されるように、少なくとも30分間、適切な分極のためのモードによってStandに維持する。
膜で覆われたセンサ及び磁気棒を担持する適切な開口部を備え、磁気撹拌器の上に配置された250mlガラス反応器内に、測定すべきモノマー溶液を配置する。
反応器へのモノマー溶液移送ラインの供給端の近くのスタンドのボトムプレート上に磁気撹拌器を配置し、上記の通りの4つ口250mlガラス容器を撹拌機の上部のスタンド上に固定した。スクラバー水を注入し、緊密に密閉するポイントの後の移送ラインにPE−ホースを一端と共に挿入した。ホースの他端をホースポンプに固定し、別のホースでポンプとガラス容器とを結ぶ。ガラス容器を通して25l/時の窒素流を10分間吹きつけ、容器中において無酸素雰囲気を提供する。その後、モノマー溶液を容器中にポンピングし、プラント反応器における条件をシミュレートするために窒素流を維持する。
超吸収性ゲル流動挙動の評価のために、それを反応器又は押出機から排出する際にこの方法を用いる。流動特性をゲル流動指数(GFI)として決定する。それは、篩塔に組み立てた一組の適切な篩を通じてゲル粒状体の流動を定量する。
− 20cmの直径並びに25mm、20mm、16mm、10mm及び8mmのメッシュサイズを有する篩
− 篩塔を担持するためのプラスチックトレイ(長さ30cm、幅25cm、高さ5cm)
− 2リットルのプラスチック袋
− 輸送及び短期間の貯蔵の間の袋中の試料を採取し、それを所望の温度で維持するための断熱ボックス
− 500mlプラスチックビーカー
− 秤
篩を積み重ねて篩塔を形成し、プラスチックトレイ内にそれを配置する(下記の図を参照)。
トレイ中におけるそれぞれ様々な篩上のゲル部分の質量を以下の式:
Wi weighed=Wi・αi/Wtot・100
[式中、Wiは、篩上のゲルの質量を表し、αiは、篩の関連の重み係数を表し、ここで前記係数は、25mm篩については0であり、20mm篩については0.2であり、16mm篩については0.4であり、10mm篩については0.6であり、8mm篩については0.8であり、トレイ中におけるゲル質量については1,0であり、及びWtotは、計量した総ゲル質量を表す]に投入して篩上の秤量した質量(Wi weighed)を得る。
GFI=ΣWi weighed
正確さのために、前記手法を繰り返し、報告されたGFIは2つの測定値の平均を表す。
86.67gの99.8%活性アクリル、60.55gの50%活性NaOH、77.7gの水、分子中に平均して15EO単位を有する0.23gの高エトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート(HE−TMPTA)及び0.87gのPEG600を混合することによってモノマー溶液を調製した。その中で微粒子は分散しなかった。モノマー溶液を、磁気撹拌棒と3つの開口部を有する蓋とを備えた250mlガラス反応器内に充填した。1つの開口部は、酸素測定のためのモノマー溶液中に挿入された膜で覆われた電気化学センサを担持した。1つの開口部はガス一方向弁を備え、ガス放出のために用いた。第3のバルブを通して、モノマー溶液の中程度の撹拌下で22.9gの炭酸ナトリウム20%の水溶液を加え、最終中和度を70%のレベルとした。炭酸塩溶液(Na2CO3)の添加の直後に、活発な反応によって非常に微細な気泡の形態におけるCO2の放出が始まった。モノマー溶液中における酸素濃度は、表1に記載されているように減少し、低下したレベルに少なくとも15分間とどまった。0.05gのH2O2の35%活性溶液、1.3gの10%活性Na2S2O8及び0.34gの1%活性アスコルビン酸溶液の添加は、直ちに重合を開始させ、反応塊を3分間以内で115℃のピーク温度に加熱させた。
86.67gの99.8%活性のアクリル及び68.79gの49%活性NaOHを使用し、炭酸塩溶液の代わりに34.67gのスクラバー水を加えたことを除いて、実施例1を繰り返した。スクラバー水中における炭酸塩の存在のため、調製されたモノマー溶液とのその接触は、以前の実施例におけるものと同じCO2放出との反応を示した。混合物中における酸素濃度は、表2において示されるように減少した。実施例1と同様に、0.05gのH2O235%の活性溶液、1.3gの10%活性Na2S2O8及び0.34gの1%活性アスコルビン酸溶液の添加は、直ちに重合を開始させ、反応塊を3分間以内で115℃のピーク温度に加熱させた。
モノマー溶液の調製単位に2050.7kg/時の99.8%活性アクリル酸、70%の程度にアクリル酸を中和するための3322.8kg/時の水酸化ナトリウムの24%水溶液及び337.9kg/時の水を供給してモノマー溶液を連続的に生成した。また、3.8kg/時の40.2%活性Versenex80(Dow Chemical Companyの商標;750ppm b.o.AA)、14.8kg/時のHE−TMPTA(7200ppm b.o.AA)及び12.3kg/時のPEG600(6000ppm b.o.AA)をも連続的に加えた。28℃の温度を有するこのモノマー溶液を、5742.3kg/時間の供給速度でモノマー調製単位から2スクリュー反応器(List ORP4000)に連続的に移送した。混練軸の回転速度を洗浄軸の内の4つに対して16rpmに設定した。供給流中に、1.37kg/時の30%活性過酸化水素溶液(200ppm b.o.AA)、69.7kg/時(1700ppm活性b.o.AA)の5%活性過硫酸ナトリウム水溶液、245.7kg/時の超吸収性微粒子(9%b.o.AA)及び約13.5kg/時の窒素流を連続的に注入した。モノマー溶液のための入口の隣に位置する反応器への入口を通して、30.76kg/時のアスコルビン酸の1%水溶液(150ppm活性b.o.AA)をも連続的に加えた。更に、70kg/時間の蒸気を、反応器の底部の価値物を通して反応器の供給領域(領域1;反応器の領域はWO03/022896に記載されている。)中に注入し、供給領域の上部の更なる入口を通して410.1kg/時のスクラバー水(20%b.o.AA)を加えた。反応混合物は、結局42%の総固形物含有量を有し、スクラバー水の添加のために72%の中和度を有することになった。
移送ラインにおけるモノマー溶液にスクラバー水を連続的に注入し、移送ラインへの窒素の注入を8kg/時に低下させたことを除いて、実施例3を繰り返した。モノマー溶液の試料を反応器への供給ポイントで採取し、ガス相分離後にモノマー溶液中におけるO2濃度は0.1ppmであると測定された。
移送ラインにおけるモノマー溶液への窒素の注入及び更なるスウィープガス流を完全に省略したことを除いて実施例4を繰り返した。モノマー溶液の試料を反応器への供給ポイントで採取し、ガス相分離後にモノマー溶液中におけるO2濃度は0.3ppmであると測定された。
反応器のヘッド空間にわたる更なる窒素スウィープ流を100m3/時と設定したことを除いて実施例5を繰り返した。モノマー溶液の試料を反応器への供給ポイントで採取し、ガス相分離後にモノマー溶液中におけるO2濃度は0.2ppmであると測定された。
凝縮物の40%を凝縮器の後で分離し、スクラバー内に供給して、等量のプロセス水をそこで置き換えたことを除いて実施例6を繰り返した。HE−TMPTA濃度を6700ppm b.o.AAに低下させ、反応器内における圧力も960mbarに低下させた。
凝縮物の100%を凝縮器の後で分離し、スクラバー内に供給して、等量のプロセス水をそこで置き換えたことを除いて実施例7を繰り返した。押出し、乾燥機に供給したポリマーゲルは49.7%の固形物含有量を有する。
スウィープガス流を停止させ、反応器内における圧力を750mbarに更に低下させたことを除いて実施例8を繰り返した。これにより、ピーク温度を約85℃で制御した。
Claims (15)
- (a)溶存酸素を含有する酸性液体水性モノマー混合物を提供する工程であって、それによって、超吸収性ポリマーを重合後に提供するようにモノマーが選択される工程、
(b)前記水性モノマー混合物を反応器に連続的に供給する工程、
(c)反応器内への投入の前に炭酸塩又は炭酸水素塩源を前記水性モノマー混合物中に導入する工程であって、それによって二酸化炭素及び前記溶存酸素の少なくとも一部を含む気相を形成し、前記気相が液相中に分散している工程、
(d)反応器内への投入の直前又は直後に気体/液体混合物を少なくとも部分的な相分離に供し、分離された気相を少なくとも部分的に除去する工程、
(e)反応器内で液相をフリーラジカル重合に供して超吸収性ポリマーを得る工程、及び
(f)反応器から超吸収性ポリマーを連続的に除去する工程
を含む超吸収性ポリマーの製造のための連続的方法。 - 水性モノマー混合物が移送ラインを介して反応器に供給され、工程(d)における相分離が、0.5〜5barの、移送ラインと反応器との間の圧力差を調整することによって実施される、請求項1に記載の方法。
- フリーラジカル重合がレドックス開始剤によって開始され、開始剤の酸化成分が、工程(a)におけるモノマー混合物に加えられ、開始剤の還元成分が、反応器内へのモノマー混合物の投入前に工程(c)の後でモノマー混合物に加えられるか、又はモノマー混合物の投入ポイントに近接した位置で直接反応器に加えられる、請求項1または2に記載の方法。
- 前記反応器が少なくとも3つの領域を包含し、ここで第1の領域が開始領域であり、第2の領域がゲル相領域であり、第3の領域が粒状化領域であり、モノマー混合物は開始領域に供給される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応器が、連続混練機及び押出機又はベルト反応器から選択される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- − 追加的な不活性ガスが工程(a)、(b)及び(c)のいずれにおいても導入されないか、又は
− 更なる不活性ガスが反応器内に導入されないか、又は
− 更なる不活性ガスがプロセスのいずれのポイントにおいても導入されない
請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 - 300μm未満の粒径を有する超吸収性ポリマーの微粒子が、炭酸塩又は炭酸水素塩源の導入前にモノマー混合物に加えられる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記モノマー混合物が、少なくとも1種のエチレン性不飽和酸と少なくとも2個のエチレン性不飽和基を担持する少なくとも1種のモノマーとを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記1種又は複数種のエチレン性不飽和酸が少なくとも部分的に中和される、請求項8に記載の方法。
- 得られた超吸収性ポリマーの酸性官能性の1〜15%の総中和をもたらすための量で炭酸塩又は炭酸水素塩源を導入して、得られた超吸収性ポリマーのそれぞれの中和度を達成する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応器から回収される少なくとも1種の二酸化炭素含有オフガス流を、排気前にスクラバー内で塩基性水溶液を用いたスクラビングに供し、それによって炭酸塩又は炭酸水素塩含有スクラバー水溶液を形成する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 炭酸塩又は炭酸水素塩源が、アルカリ金属炭酸塩若しくは炭酸水素塩又はそれらの混合物の水溶液である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 炭酸塩又は炭酸水素塩源が、前記炭酸塩又は炭酸水素塩含有スクラバー水溶液の少なくとも一部である、請求項11に記載の方法。
- (g)少なくとも1種の二酸化炭素含有オフガス流を反応器から回収する工程、
(h)前記二酸化炭素含有オフガス流を排気の前にスクラバー内で塩基性水溶液を用いたスクラビングに供し、それによって炭酸塩又は炭酸水素塩含有スクラバー水溶液を形成する工程、
(i)超吸収性ポリマーを乾燥させる工程、
(j)乾燥した超吸収性ポリマーを粉砕及び分級して、それによって300μm未満の粒径を有する微粒子を除去する工程、
(k)炭酸塩又は炭酸水素塩源の導入前にモノマー混合物に前記微粒子をリサイクルする工程を更に含み、それによって、(h)において得られた炭酸塩又は炭酸水素塩含有スクラバー水溶液の少なくとも一部を(c)における炭酸塩又は炭酸水素塩源として導入する、請求項1に記載の方法。 - 得られた超吸収性ポリマーが、表面の後架橋、熱処理及び/又は添加剤によって表面改質される、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
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