JP6793665B6 - 吸水性ポリマー粒子の製造方法、およびベルト式乾燥機 - Google Patents

吸水性ポリマー粒子の製造方法、およびベルト式乾燥機 Download PDF

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Description

本発明は、請求項1の上位概念部に記載の吸水性ポリマー粒子を製造するための製造方法に関する。本発明はさらに、請求項11の上位概念部に記載の水性ポリマーゲルを乾燥させるためのベルト式乾燥機に関する。
本製造方法は、以下の工程を有する:ポリマーゲルを製造するための水性モノマー溶液または懸濁液を重合させる工程、コンベヤベルトを有するベルト式乾燥機内で、水性ポリマーゲルをコンベヤベルト上に取り入れ、かつコンベヤベルト上のポリマーゲルをコンベヤベルトの搬送方向へと搬送しながら、水性ポリマーゲルを乾燥させる工程、乾燥させたポリマーゲルを吸水性ポリマー粒子へと破砕および/または粉砕する工程。
乾燥のためにベルト式乾燥機は、コンベヤベルトが導かれる乾燥機本体を有することが意図されている。
吸水性または超吸収性ポリマー(SAP、超吸収剤と略す)とは、乾燥状態における自身の質量の何倍も(部分的には何千倍超)、水を吸収できる、架橋された親水性ポリマーを言う。
超吸収剤の主な使用領域は、衛生分野であり、創傷被覆材および絆創膏での医療分野においても、重要な役割を果たす。超吸収剤のためのさらなる重要な使用領域は、農業および園芸であり、ここで超吸収剤は、土壌の水分貯蔵能力を改善するために使用される。
超吸収剤への要求は、それぞれの適用領域に依存しており、このため超吸収剤の特性(例えば膨潤度および膨潤速度)を、相応して適合させなければならない。このために重要なのが、吸収すべき液体の取り込みが、圧力および/またはより高い温度下で行われるかどうかということであり、このことは特に、失禁製品において超吸収剤を使用するためには重要である。また非常に重要なのは、吸収すべき液体の種類と組成である。それと言うのも、超吸収剤の膨潤度は、膨潤剤の塩分に強く影響されるからである。
吸水性ポリマーは特に、(共)重合された親水性モノマーからのポリマー、適切なグラフトベース上にある1種または複数種の親水性モノマーのグラフトコポリマー、架橋されたセルロースまたはデンプンエーテル、架橋されたカルボキシメチルセルロース、部分的に架橋されたポリアルキレンオキシド、または水性液体で膨潤可能な天然産物、例えばグアール誘導体である。このような吸水性ポリマーは、おむつ、タンポン、および生理帯を製造するため、また農業園芸における保水剤としても使用される。
吸水性ポリマーの製造は例えば、単行書"Modern Super Absorbent Polymer Technology"、F. L. BuchholzおよびA. T. Graham著、Wiley-VCH, 1998年、またはUllmanns "Encyklopedia of Industrial Chemistry", 第6版, 35巻, p.73〜103に記載されている。
水性ポリマーゲルの状態にある超吸収性ポリマーは、湿った状態で存在すると捉えられ、そのため、より一般的には、湿潤物(Nassgut)と呼ぶこともできる。つまり水性ポリマーゲルは、特に以下で記載するように、乾燥前にかなりの水割合をなおも有する。水性ポリマーゲルは、モノマー溶液または懸濁液の重合によって得られる。なおも水性のポリマー粒子の水性ポリマーゲルは、好ましくは顆粒として、例えば40〜60%の固形分で、ベルト式乾燥機内へ導入される。この状態において、水性ポリマーゲルは基本的に、すでに所望の架橋度で架橋しており、特に最初は均一に架橋しており、特に比較的低い架橋度で、特に以下でさらに記載するように、最初はまだほとんど表面架橋されていない。
吸水性ポリマー粒子の状態にある超吸収性ポリマーは、乾燥後の状態で存在すると捉えることができる。つまりこの超吸収性ポリマーは、特に以下で記載するように、水性ポリマーゲルの乾燥後のポリマー粒子の僅かな残留含水量を有する。つまり超吸収性ポリマーは好ましくは、乾燥させたポリマーゲルとして、特に乾燥させたポリマー粒子として存在する。この状態において、吸水性ポリマー粒子を好ましくは後架橋、特に表面架橋することができ、その際に表面架橋度はこの場合に好ましくは、前述の比較的低い最初の均一な架橋度を超えている。好ましくは、重合後に、吸水性ポリマーの水性ポリマーゲルが得られ、これを乾燥させる。水性ポリマーゲルを乾燥させて、特に乾燥させた、吸水性ポリマー粒子を有する吸水性ポリマー、特に乾燥させた吸水性ポリマーゲルにする原則は同様に、単行書"Modern Super Absorbent Polymer Technology"、F. L. BuchholzおよびA. T. Graham著、Wiley- VCH、1998年、p.87〜93に記載されている。
ベルト式乾燥機内で、水性ポリマーゲルを乾燥させて部分乾燥させたポリマーゲルにし、こうして乾燥ケークとして存在する。乾燥ケークは、好適には部分乾燥させたポリマーゲルのストランドとして、つまり部分乾燥させたポリマーストランドとして、ベルト式乾燥機のベルト上に存在し、こうしてベルト式乾燥機の乾燥機本体に延在する。
乾燥ケークは、ベルト式乾燥機の終端部で、つまり、乾燥機本体を出る際には、乾燥させたポリマーゲルの実質的に乾燥させたストランドとして、例えばプレートの形状または板状のストランドの形状で、すなわち乾燥させたポリマーストランドとして存在する。以下では、一部には、部分乾燥させたポリマーゲル、および乾燥ケークの乾燥させたポリマーゲルは、すでに「乾燥させたポリマー粒子」という用語で参照される。双方の場合も、「超吸収性または吸水性ポリマーゲル」または「乾燥させたポリマーゲル」という概念は、「水性ポリマーゲル」とは異なると理解される。
乾燥すべき水性ポリマーゲル粒子の大きさ分布がむしろ広い場合、全てのポリマー粒子の完全な乾燥はしばしば、最後に粒子の大部分がすでにむしろ過乾燥されている乾燥条件下で行うことができる。この乾燥方法は最終的に、経済的でもあるべきだが、所望の製品品質をもたらすべきである。ベルト式乾燥機内で乾燥すべき水性ポリマーゲルの適切な滞留時間後に、これを、所望の含水量、好適には低い含水量、ひいては残留水分を示す、吸水性ポリマー粒子を有する超吸収性ポリマーへと乾燥させるべきである。これに相応して、改善された実地では、乾燥機能力の利用と、吸水性ポリマー粒子の加工性との間での妥協点となる乾燥条件が選択される。
実質的に乾燥させたポリマーストランドとしての乾燥させたポリマーゲルは、ついでベルト式乾燥機の終端部で、破砕機またはこれに似た粉砕機に供給される。つまり、ついで、乾燥させたポリマーゲルのすべて乾燥させたポリマー粒子が生じる。
乾燥させたポリマー粒子はこの場合、一部は乾燥させたポリマーゲルの破砕物、例えば比較的粗い塊として、一部は乾燥されたポリマーゲルの不可避の破砕残留物として存在する。特に、乾燥させたポリマーゲルの破砕残留物は、微粒子および超微粒子を含有するポリマー粒子の微細な粉末部分を含む。
乾燥させたポリマー粒子はついで、好適には粉砕工程に供給して、粉砕され乾燥させたポリマー粒子へとさらに加工される。
粉砕され乾燥させたポリマー粒子はついで、篩い分け工程に供給することができる。ここで、良粒子フラクション(Gutkornfraktion)は、すでに好ましい所望の粒径を有し、すでに分離することができる。オーバーサイズ粒子、または微細粒子のフラクションは、場合によってもう一度粉砕、篩い分けまたは加工することができ、良粒子フラクションに加えることができる。
乾燥され、粉砕され、篩い分けされた良粒子フラクションのポリマー粒子は、表面後処理することができる。
乾燥され、粉砕され、篩い分けされ、表面後処理されたポリマー粒子は、保護篩い分け(Schutzsiebung)に供給することができる。
本思想に好ましい方法は、(ベルト式乾燥機のコンベヤベルトによる)コンベヤベルト法である。ベルト式乾燥機は、貫流可能なポリマーゲルを処理するための対流式乾燥機システムである。乾燥すべき水性ポリマーゲルを、連続的な、気体透過性のコンベヤベルト上に投入し、好ましくは加熱した気流、好適には空気を流す。以下で乾燥空気とは、あらゆる種類の乾燥ガスを意味し、これは特に空気または空気に似た気体、好適には加熱された乾燥ガス、特に加熱された空気または加熱された空気に似た気体である。乾燥法の場合、連続的に作動する対流型ベルト式乾燥機を使用することができる。以下、これは冒頭で挙げた種類のベルト式乾燥機、特に空気循環型ベルト式乾燥機に関する。冒頭で挙げたベルト式乾燥機は、水性ポリマーゲルのために、特に流動性が限られた、塊状、および変形可能なペースト状の製品を乾燥するために、特に形成されている。連続的に作動可能なベルト式乾燥機の場合、貫流可能な堆積物として設置された水性ポリマーゲルのポリマー層が、有孔コンベヤベルト上で乾燥室を通じて運搬され、その際に乾燥させてまずは、部分的に乾燥されたポリマーゲルにし、最後に、乾燥されたポリマーゲルにする。それからこれを、吸水性ポリマー粒子としての、前述の乾燥されたポリマー粒子へと、さらに加工する。
部分的に乾燥されたポリマーゲル、それから乾燥されたポリマーゲルの乾燥ケークの生成物層を貫流する乾燥ガスは、乾燥させる水性ポリマーゲルへの、または部分的に乾燥された吸水性ポリマー粒子への熱の導入のためにも、また蒸発する水分の移送にも役立つ。これは基本的に、乾燥機における温度がポリマーゲルの搬送方向に沿って、いずれにしても部分区画で上昇し、乾燥させる水性ポリマーゲルの湿分が、コンベヤベルトの搬送方向で減少することによって達成される。乾燥ガスとして好ましくは、空気を乾燥空気として使用する。冒頭で挙げたベルト式乾燥機(この場合には特に空気循環型ベルト式乾燥機の形状で)は、ポリマーゲル層を貫流させる乾燥空気を、さらに循環空気として導くことができる。これは特にまた、新鮮な空気によって補うことができ、よって完全にまたは部分的に必要に応じて置き換えることができるが、しかしながら基本的には、純粋な新鮮な空気供給部は、賢明な空気返送よりも、特に、返送空気が比較的僅かに湿分負荷されているエンドゾーンから乾燥機の前部ゾーンへの空気返送よりも、エネルギー効率が良くないことが実証されている。
ベルト式乾燥機には、その他の乾燥機本体様式に比べて、生成物を損なう機械的応力が(重力を除いて)実質的に無いという利点がある。それと言うのも、水性ポリマーゲルまたは吸水性ポリマー粒子は、コンベヤベルト上にゆったりと置かれるからである。原則的には、各乾燥機ゾーンを有するベルト式乾燥機を構造的に構成する可能性がもたらされる。1つの変形例では、幾つかの乾燥機ゾーンを完全に、または部分的に構造的に構築する可能性がもたらされる。最も単純な場合、乾燥機本体は、唯一の乾燥機ゾーンを有する。あるいは、よりコストを掛ける場合、幾つかの乾燥機ゾーンを有する。
乾燥機ゾーンは、モジュール構造を有することができる(必須では無い)。すなわち、唯一のまたは幾つかの乾燥機モジュールによって、構造的に実現されていてよい。その結果、乾燥機本体は、幾つかの乾燥機モジュールによって、構造的に実現されていてよい。ベルト式乾燥機は例えば、ポリマーゲル投入モジュール、1つまたは複数の乾燥機ゾーンを形成するための幾つかの乾燥機モジュール、および搬出モジュールを有する。
搬出モジュールは、超吸収性ポリマーを吸水性ポリマー粒子の形で搬出するために役立つ。特に、コンベヤベルトは、搬出モジュールで終わるか、またはそこに折返し点を有する。超吸水性ポリマーは、搬出モジュールにおいて前述の破砕機またはそれに似た粉砕機上へ落下させることができる。
輸送ベルトを有するベルト式乾燥機は、ベルト式反応器とは区別されるべきである。ベルト式反応器は、水性ポリマーゲルをその製造物質から作製するために使用される一方で、ベルト式乾燥機は、特に好ましくは所望の架橋度でまず均一に架橋された、任意でまた表面後架橋された水性ポリマーゲルから、上記吸水性ポリマー粒子を作製するために、使用される。
国際公開第2006/100300号(WO 2006/100300 A1)には、モノマー溶液を重合し、重合によって得られた水性ポリマーゲルをベルト式乾燥機内で、加熱された気流を用いて乾燥させることによって、吸水性ポリマーを製造するための方法が開示されており、ここで乾燥は、少なくとも2つの温度ゾーンで行われ、かつ/または水性ポリマーゲルを通る乾燥気流の貫流方向は、ベルト式乾燥機の前部区画では下方から、そしてベルト式乾燥機の後部区画では上方から実施する。この際に、乾燥空気は循環されて、ポリマーゲル層を複数回通過し、できるだけ高い飽和を起こす。吸水性ポリマーを経済的に乾燥させるために、乾燥機における空気導管を一貫して、エネルギー効率の良い駆動部に設ける。乾燥法およびエネルギー利用について利点を有するさまざまな空気案内コンセプトがあり得る。ここで、十字向流での優先的な空気案内が好ましい。乾燥は、大気圧に対して減少されている圧力で行うのが好ましい。この負圧は、大気圧に対する差、好適には少なくとも−0.5mbar、特に好ましくは少なくとも−2mbar、極めて特に好ましくは少なくとも−10mbar(マイナスの記号は、負圧を示す)である。大気圧に対して減少した乾燥機内における負圧は、乾燥機内でより有利な気流をもたらし、これによってより均一な乾燥をもたらす。国際公開第2008/034786号(WO 2008/034786 A1)では、中和度が低い色安定性の吸水性ポリマー粒子の製造方法が記載されており、ここでこの方法は、少なくとも2つの温度ゾーンにおける乾燥によって行われる。
本発明の課題は、吸水性ポリマー粒子を製造するための、改善された製造方法および改善された装置を提供することである。特に、好適には向流導入を利用した、すなわち乾燥空気を、コンベヤベルト上でポリマーゲル流の搬送方向に対して向流で導く、エネルギー効率の良い乾燥法が提供されるべきである。好適には空気案内の十字向流を利用するべきである。すなわち、搬送方向のコンベヤベルト上のポリマーゲル流と、乾燥空気の循環流とを交差して導く(十字流)。特に、乾燥空気の空気案内は、ポリマーゲル流に対する返送空気として、すなわち、コンベヤベルトの搬送方向に対して(向流で)利用するべきである。特に、水性ポリマーゲルの乾燥挙動が改善されるべきであり、廃棄生成物の割合を低下させるべきである。特に、生成物調製および/またはエネルギー効率の良い乾燥を、経済的な要因として考慮すべきである。
特に、ベルト式乾燥機の乾燥モジュールの内部空間における不適切な空気導入および/または不所望な粒子導入を、低減させるべきである。特に、不適切な空気導入による、ベルト式乾燥機の乾燥モジュールの内部空間における不適切な空気導入および/または不所望な粒子導入を、低減させるべきである。
改善された乾燥法では好適には、維持管理および清浄化のコストが、特に空気返送導管における内部構造物、例えばそれに接続した冷却ユニットおよび/または加熱ユニットに関して、特にそこに存在する加熱レジスタ(Heizregister)または空気予熱器に関して、低減されているべきである。これは特に、できるだけ一定な、または適切に適合された稼動パラメータで、経時的に一定に留まるポリマー特性につながるべきである。空気返送ラインへの、特に空気返送ラインにおける内部構造物(例えば冷却ユニットおよび/または加熱ユニット、例えば加熱レジスタ)への粒子導入は好適には、エネルギー効率の良い乾燥法でも、向流での乾燥空気案内によって、特に空気返送によって、十字向流を利用して低減させるのが好ましい。
製造方法に関して、この課題は、請求項1の製造方法を伴う本発明によって解決される。
装置に関して、この課題は、請求項11に記載のベルト式乾燥機を伴う本発明によって解決される。
本発明のさらなる有利な構成は、従属請求項から読み取ることができ、課題設定の範囲で、またさらなる利点について説明した思想を実現する、それぞれ有利な可能性を示す。
冒頭に挙げた請求項1に記載の製造方法から出発する。
乾燥のためにベルト式乾燥機は、乾燥機本体を備えており、その内部空間へ、コンベヤベルトが導かれる。
乾燥空気を、乾燥機本体の内部空間において、搬送方向に対して向流で導くことが意図されており、乾燥機本体の内部空間は実質的に、乾燥機本体の外部空間における周囲圧力に対して負圧に保たれる。乾燥気候棒の内部空間は、乾燥機本体の外部空間における大気圧に対して、完全に負圧に保たれるのが好ましい。
乾燥機本体の内部空間は圧力ゾーンを有し、かつ/または圧力ゾーンを形成する。乾燥機本体の内部空間は、幾つかの圧力ゾーンに分割されているのが好ましい。
さらに、搬送方向に沿って、第一の内部圧力は、周囲圧力に対して第一の圧力差を有する圧力ゾーンのうち少なくとも1つにおけるポリマーゲル入口での入口圧力として形成され、第二の内部圧力は、周囲圧力に対して第二の圧力差を有する少なくとも1つの圧力ゾーンにおけるポリマーゲル出口での出口圧力として形成されることが、意図されている。第二の圧力差は、第一の圧力差よりも低い。
ここで圧力ゾーン導入部を、ポリマーゲル入口と呼ぶ。それと言うのもこれは、ベルト式乾燥機の稼働における搬送方向(以下ではCと呼ぶ)に沿った圧力ゾーンへの水性ポリマーゲルの入口を特徴付けるからである。ここで圧力ゾーン排出部を、ポリマーゲル入口と呼ぶ、それと言うのもこれは、ベルト式乾燥機の稼働における搬送方向(以下ではCと呼ぶ)に沿った圧力ゾーンからの、乾燥させたポリマーゲルの出口を特徴付けるからである。ここでポリマーゲル出口としての圧力ゾーン排出部は、圧力ゾーンへの乾燥空気の入口に相当し、乾燥機本体の内部空間における乾燥空気が、ポリマーゲルの搬送方向に対して向流で(向流方向C’と記す)導かれ、ここで乾燥機本体の内部空間は、乾燥機本体の外部空間における周囲圧力に対して、実質的に負圧に、好適には完全に負圧に保たれる。ここで、ポリマーゲル入口としての圧力導入部は、圧力ゾーンからの乾燥空気の出口に相当し、乾燥機本体の内部空間における乾燥空気が、ポリマーゲルの搬送方向に対して向流で(向流方向C’と記す)導かれ、ここで乾燥機本体の内部空間は、乾燥機本体の外部空間における周囲圧力に対して、実質的に負圧に、好適には完全に負圧に保たれる。
本製造方法は、空気返送の十字向流を利用して、すなわち、乾燥空気を乾燥機本体の内部空間で、コンベヤベルト上のポリマーゲルの搬送方向に対して向流で導いて行うのが好ましく、ここで乾燥機本体の内部空間は、乾燥機本体の外部空間における周囲圧力に対して実質的に負圧に、好適には完全に負圧に保たれ、さらに、コンベヤベルト上のポリマーゲル流と、および乾燥空気流とを交差して導くこと(十字流)、つまりこの場合には循環空気として導くことが、意図されている。
好ましくはさらに、乾燥空気の空気返送を返送空気として、ポリマーゲルの搬送方向に向かい合って、コンベヤベルト上で行うことができ、特にコンベヤベルトの搬送方向に向かい合って、さらに乾燥機本体の外部で、例えばその周辺部で、相応する換気構造によって行うことができる。空気返送導管とは、乾燥機本体から取り出した空気の返送導管であると理解され、この空気を空気取り出し導管で排出し、上述の返送空気として、コンベヤベルトの搬送方向に向かい合って戻し、ポリマーゲルの搬送方向に向かい合ってコンベヤベルト上に置かれた位置で、乾燥機本体に再度供給し、例えば空気管開口部を介して、圧力ゾーンに供給する。特に、乾燥機本体における十字向流で空気を導く好ましい場合について、第二の圧力差が、第一の圧力差よりも低いことが、有利であると実証されている。
有利には、特に乾燥機本体における十字向流で空気を導く好ましい場合について、絶対圧が、圧力ゾーンの第一の内部圧力から第二の内部圧力へと、圧力ゾーンの少なくとも1つの領域においてコンベヤベルトの搬送方向に沿って、上昇する。有利には、特に乾燥機本体における十字向流で空気を導く好ましい場合について、絶対圧が、圧力ゾーンの第一の内部圧力から第二の内部圧力へと、少なくとも1つの圧力ゾーンの領域において、コンベヤベルト上のポリマーゲルの搬送方向に沿って、上昇する。
この思想は、乾燥機本体の内部領域、すなわちその内部空間を圧力ゾーンとして、乾燥圧力(圧力)が調整可能なように形成することが、基本的に可能なことから出発している。これに相応して、乾燥機本体の内部空間は圧力ゾーンを有し、かつ/または圧力ゾーンを形成する。内部空間はまた、幾つかの圧力ゾーンに、すなわち、1つ、2つまたはそれより多くの圧力ゾーンに分割されていてよい。この分割は、圧力推移から生じてよく、例えば機能的および/または構造的に圧力または圧力推移を調整するために、実現されていてよい。分割は特に、幾つかの圧力ゾーンで、空気を内部空間へと供給される要素の配置、および空気を内部空間から排出する要素の配置によって得られる(例えばさらに以下で記載する給気エレメントまたは空気取り出し導管)。それと言うのも、これらによって、内部空間での圧力水準が規定される、従って圧力が調整されるからである。従って乾燥機本体の内部領域は、1つまたは複数の、場合によっては圧力調整可能な、特に制御可能な領域に分割されていてよい。圧力ゾーンとは特に、圧力、例えば入口圧力および/または出口圧力が調整可能な、乾燥機本体の内部空間の領域であると理解される。圧力は特に、不可避の結合部は除いて、乾燥機本体におけるその他の圧力ゾーンとは実質的に独立して、および/または乾燥機本体外部の周囲圧力(大気圧)とは実質的に独立して、調整可能であるべきである。例えば、第一の内部圧力は、周囲圧力に対して第一の圧力差を有する圧力ゾーンのうち少なくとも1つにおけるポリマーゲル入口での入口圧力として調整でき、かつ/または第二の内部圧力は、周囲圧力に対して第二の圧力差を有する少なくとも1つの圧力ゾーンにおけるポリマーゲル出口での出口圧力として調整できる。
以下でさらに説明する特に好ましいさらなる構成の範囲では、少なくとも1つの圧力ゾーンに、1つまたは複数の圧力ゾーン部分領域(乾燥機本体の内部空間でそれぞれ、特定の圧力プロファイルを有する)が、各圧力ゾーン部分領域に圧力ゾーンの圧力プロファイルの圧力区画推移が存在するように、備えられていてよい。圧力ゾーン部分領域の圧力区画推移は、圧力勾配領域の圧力推移によって、様々であり得る。圧力推移は例えば、標準的な圧力段階、または圧力ランプ(Druckrampe)などによって、形成されていてよい。圧力勾配領域の標準的な圧力段階、または圧力ランプ、またはこれに似た圧力推移は例えば、コンベヤベルトの搬送方向に対して横に向けられている直交壁によって、圧力ゾーン内部で発生させることができ、こうして圧力ゾーンの圧力プロファイルが標準的に構成される。
一般的にはさらに、様々な乾燥条件の調整、例えば上記乾燥圧力に加えて、適切な乾燥温度、空気湿分、またはこれに似た乾燥条件により、乾燥機本体の内部空間において、乾燥機本体についてそれぞれ1つまたは複数の異なる内部領域が可能であることが、意図されていてよい。
よって本願で言う乾燥機ゾーンとは一般的に、乾燥させるべき水性ポリマーゲルを乾燥させる、乾燥機本体にある領域と理解される。つまりこのゲルからは、好適には加熱された乾燥空気によって、湿分が取り出される。温度ゾーンとは特に、乾燥空気温度を実質的に独立して調整可能な、乾燥機本体における領域であると理解される。いずれにせよ特に、乾燥空気の入口温度、または内部空気加熱によって調整可能な、ポリマーゲルへの循環空気も、またはポリマーゲルから離れる排気は、不可欠な結合部は除いて、乾燥機本体におけるその他の領域とは実質的に独立して、特に乾燥機本体外部の周囲温度とは実質的に独立して、調整することができる。
様々な乾燥機ゾーンにおける乾燥温度および/または乾燥圧力および任意でその他の乾燥条件のこのような調整は例えば、乾燥機本体の周辺部における適切な内部構造物によって行い、好ましくは相応する換気構造によって行う。このような内部構造物または構築物は、適切な形状を有する加熱レジスタ、熱交換器、また乾燥空気の空気供給管および空気取り出し導管、ベンチレータなどを有することができる。乾燥温度および/または乾燥圧力、および任意でその他の乾燥条件は、例えば乾燥空気の上記空気温度、空気湿分および空気圧力を有する。さまざまな乾燥条件(例えば乾燥機本体における空気湿分、温度および圧力によって)および/または乾燥させる水性ポリマーゲルについて調整可能な乾燥時間によって、吸水性ポリマー粒子について所望の最終的な乾燥度を調整することができる。
特に、乾燥機本体の内部空間において、内部空間への空気案内、および乾燥機ゾーンの構造的な条件に応じて、様々な乾燥圧力を調節可能なことが、意図されていてよい。特に、1つまたは幾つかの異なる圧力ゾーンが、乾燥機本体の内部空間で実現されていてよい。圧力ゾーンは、圧力を調整可能な、乾燥機本体の内部空間の完全な一部として、または小部分として形成されていてよい。特に、少なくとも1つまたは複数の乾燥機ゾーンが広がる圧力ゾーンについて、圧力を調整することができ、特にこれに限られる。よって乾燥圧力は、圧力ゾーンを介して、1つまたは複数の乾燥機ゾーンについて、調整することができる。これは、乾燥条件を有利に調整するための根拠として利用可能なことが、判明している。これは、乾燥機本体への異物粒子の導入を低下させるための根拠として利用可能なことも、判明している。
圧力ゾーンとは特に、上記措置のさらなる具体化では、周囲、または乾燥機本体の内部空間の残りの領域とは空気圧により(pneumatisch)区分けされている、乾燥機本体の内部空間の領域、例えば部分全体または小部分と理解され、その内部では、圧力が気圧的な制限内で独立して、または乾燥機本体の内部空間の残りの領域と独立して、調整可能である。圧力ゾーンにおいて有利には、乾燥空気の向流に沿った、すなわち、超吸収性ポリマーゲルの搬送方向と向かい合った絶対圧力は、減少すると理解され、これは好ましくは負圧領域に、周囲圧力を下回って存在する。
さらに、冒頭に挙げた請求項11に記載のベルト式乾燥機から出発する。ベルト式乾燥機は、コンベヤベルトを実質的に取り囲む乾燥機本体(その内部でコンベヤベルトを送る)を有する。
乾燥空気を、乾燥機本体の内部空間において、ポリマーゲルの搬送方向に対して向流で導くことができることが意図されており、乾燥機本体の内部空間は、乾燥機本体の外部空間における周囲圧力に比して実質的に負圧、好ましくは完全に負圧に保つことができる。内部空間は圧力ゾーンを有し、かつ/または圧力ゾーンを形成する。乾燥機本体の内部空間は、幾つかの圧力ゾーンに分割されているのが好ましい。
さらに、搬送方向に沿って、第一の内部圧力は、周囲圧力に対して第一の圧力差を有する圧力ゾーンのうち少なくとも1つにおけるポリマーゲル入口での入口圧力として形成され、第二の内部圧力は、周囲圧力に対して第二の圧力差を有する少なくとも1つの圧力ゾーンにおけるポリマーゲル出口での出口圧力として形成される。第二の圧力差は、第一の圧力差よりも低い。
基本的に、本製造方法およびベルト式乾燥機は、乾燥における圧力が主に、好ましくは完全に、大気圧よりも低いように形成されていることが有利であると実証されている。よって、ベルト式乾燥機は主に負圧で、好ましくは完全に負圧で稼動される。このようにして、乾燥条件も改善することができる。
さらに有利には、ベルト式乾燥機の稼働に際して、エネルギー効率および生産効率が支持される。これは特に、ポリマーゲルの搬送方向で見て、エンドゾーンにある乾燥機本体の入口に当てはまり、特に、搬出モジュール前のポリマーゲルの搬送方向における幾つかの最後の乾燥機ゾーンについて当てはまる。この思想は好ましくは、近くに実現された圧力ゾーンのため、特に幾つかの最後の乾燥機ゾーンにわたって広がる圧力ゾーンのために実現されており、特にこれに限られる。乾燥された粒子が、乾燥機本体の端部で、特に前述の搬出モジュールにおいて乾燥機本体で、特に機械的な摩耗によって、偏向ローラの前での廃棄に際して、または乾燥ケークのストランドまたはプレートを破砕するに際して、乾燥ケークの残りの搬送物から、乾燥機本体へと導入されることは、防止されるべきである。実質的に乾燥されたポリマーストランドとしての乾燥されたポリマーゲルは、それからベルト式乾燥機の終わりで、破砕機に供給される。しかしながら、すでにストランドまたはプレートを破砕する際に、乾燥したポリマー粒子が、乾燥されたポリマーゲルから生じる。乾燥されたポリマー粒子はこの場合、一部は乾燥されたポリマーゲルの破砕物として、例えば比較的粗い塊で、一部は乾燥されたポリマーゲルの不可避の破砕残留物として存在する。特に、乾燥されたポリマーゲルの破砕残留物は、微粒子および超微粒子を含有するポリマー粒子の微細な粉末部分量を含む。つまり、乾燥されたポリマーゲルは、すでに破砕機またはこれに似た粉砕機の前で、いずれにしても部分的にすでに、乾燥したポリマー粒子として存在する。
微粒子および超微粒子を含む前述の乾燥された微細な粉末片の導入は特に、乾燥機本体のエンドゾーンの領域で、かつ搬出モジュール前で、特に搬出モジュール前の幾つかの最後の乾燥機ゾーンのために、圧力ゾーンを形成することによって、本思想に従って抑制または低減させることができる。搬出モジュール有利には、乾燥機本体に属するとは理解されない。それと言うのもこれについては、その開口的な構成に基づき、実質的に周囲圧力が調整されるからである。搬出モジュールについては、圧力、例えば入口圧力および/または出口圧力は、周囲圧力と独立して調整できない。
改善された乾燥プロセスに対する貢献は、超吸収性ポリマー粒子、特に吸水性ポリマー粒子を製造する場合に達成できる。基本的には、さらに、または代替的に、乾燥された超吸収性、特に吸水性ポリマー粒子の特性を、改善させることができる。さらに、乾燥機本体の内部空間への不適切な導入および/または粒子導入は、圧力ゾーンの適切な構成によって、本思想に従ってエンドゾーンにおいて減少することが、分かっている。この思想は特に、幾つかの最後の乾燥機ゾーンにわたって広がる圧力ゾーンで有利であることが判明しており、特にこれに限られる。これは、乾燥機本体(その内部空間は、大気圧を下回っている、つまり負圧領域で稼動される)の場合、利点と結びついている。不適切な空気導入は、エネルギー損失につながること、さらには特定の枠組みでは不確かなプロセス条件につながることがあり得る。粒子導入、特にまた気体に乗って、一緒に運ばれることにより、乾燥機本体の内部区間への方法適切な空気導入による空気導入は、メンテナンス間隔の短縮、および/またはメンテナンス間の装置の耐用期間の減少につながり得る。
乾燥機本体の内部空間は圧力ゾーンを有し、かつ/または圧力ゾーンを形成する。第一の内部圧力は、周囲圧力に対して第一の圧力差を有する圧力ゾーンのうち少なくとも1つにおけるポリマーゲル入口での入口圧力として形成され、第二の内部圧力は、周囲圧力に対して第二の圧力差を有する少なくとも1つの圧力ゾーンにおけるポリマーゲル出口での出口圧力として形成されることが、意図されており、ここで第二の圧力差は、第一の圧力差に対して低く形成されている。
有利には、廃棄生成物を乾燥機本体で減少させることによって、単位時間あたりに製造される超吸収剤の量を上昇させることができる。ベルト式乾燥機のさらなる稼動は、比較的長期間にわたって耐久性のある、特に一定のパラメータの枠組みで、乾燥機および/またはポリマーゲルについて達成することができる。
乾燥機本体の内部空間における少なくとも1つの圧力ゾーンにおいて、圧力ゾーンまたは圧力ゾーン部分領域は、コンベヤベルトの搬送方向に対して横に向けられている直交壁によって区切られていることが、意図されていることが好ましい。例えば、1つまたは複数の直交壁は、圧力ゾーンを1つまたは複数の圧力ゾーン部分領域に区分することができる。つまり基本的に、ポリマーゲル入口およびポリマーゲル出口の間にある圧力ゾーンにおいて、容易に圧力変化を調整することができる。圧力ゾーンにおける(つまり、乾燥空気流におけるポリマーゲル入口およびポリマーゲル出口の間での)直交壁は、乾燥空気の向流方向C’における圧力損失を発生させ、これは容易な圧力変化に加えて、圧力勾配領域における圧力勾配として、すなわち圧力段階、圧力ランプなどのさらなる圧力推移として、直交壁において認識可能である。圧力ゾーンにおける圧力推移は例えば、幾つかの圧力区画推移に分割されており、これは圧力段階、圧力ランプ、またはこれに似たさらなる圧力推移により、圧力区画推移の間において直交壁で、区別できる。
好ましくは、圧力ゾーンにおいて、ポリマーゲル入口とポリマーゲル出口との間に少なくとも1つの圧力勾配領域を有する圧力プロファイルを、形成することができる。特に、圧力勾配領域は、圧力段階、圧力ランプ、またはこれに似た圧力推移を形成することができる。これは上記意味合いにおいて、ポリマーゲルの搬送方向における経路軸に沿った、圧力変化である。圧力勾配領域は好ましくは、コンベヤベルトの搬送方向に対して横に向けられている直交壁によって区切ることができるか、またはコンベヤベルトの搬送方向に対して横に向けられている直交壁によって調整することができる。
好ましくは、乾燥機本体の内部空間に、1つまたは複数の幾つかの圧力ゾーンを形成することができる。好ましくは、第一の変法に従って、1つまたは複数の圧力ゾーンが、少なくとも1つまたは複数の乾燥機ゾーンにわたって広がることができ、特にこれに限られていてよい。特に、ポリマーゲル入口およびポリマーゲル出口の間にある圧力勾配領域は、少なくとも1つまたは複数の乾燥機ゾーンにわたって広がっていてよく、特にエンドゾーン内部で、搬出モジュールの前に広がる。エンドゾーンは特に、搬出モジュールも有することができる。エンドゾーンは特に、つまり好ましい実施例において、最後の乾燥機ゾーン、任意でまた最後から1つ前の乾燥機ゾーンの組み合わせと、乾燥機本体の搬出モジュールとによって、形成されていてよい。ここでエンドゾーンとは、乾燥機本体のゾーンと理解され、これは幾つかの乾燥機ゾーン、少なくともまた最後の乾燥機ゾーンを搬出モジュールの前で有する。つまり例えば、最後の乾燥機ゾーンのみ、または最後の乾燥機ゾーンと最後から1つ前の乾燥機ゾーン、または最後の乾燥機ゾーンと、最後から1つ前の乾燥機ゾーンと、さらにそれより前の乾燥機ゾーンである(搬送方向に向かって存在する乾燥機ゾーン)。
ポリマーゲル入口とポリマーゲル出口との間にある圧力勾配領域を有する圧力ゾーンは好ましくは、幾つかの最後の乾燥機ゾーン内部に広がっていてよく、この圧力ゾーンは搬出モジュール前で、乾燥機本体のエンドゾーンに形成されている。圧力変化のこのような推移は特に、最後の乾燥機ゾーンで、特に搬出モジュール前のエンドゾーンで形成されている。
エンドゾーンは特に、冷却ゾーンも有することができる。搬出モジュール前の最後の乾燥機ゾーンを、吸水性ポリマー粒子を冷却するために有利に利用することができ、従ってまた、吸水性ポリマーへの熱の導入を増加させずに、または僅かな熱導入だけで、または全く熱を導入せずに、形成されていてよい。搬出モジュール前の最後の乾燥機ゾーンは、この意味合いにおいて、「冷却ゾーン」とも呼ぶ。別の言い方をすると、基本的に負の熱導入を可能にする冷却ゾーンが形成されていてよい。最後の乾燥機ゾーンは、1つの変形例において、加熱レジスタおよび/または熱交換機などを有することができ、このため前述の乾燥機ゾーンが形成されていてよい。しかしながら、搬出モジュール前の最後の乾燥機ゾーンは有利には、構造的な実現において、前述の「冷却ゾーン」との組み合わせで実現されていてよく、ここでこの組み合わせは、以下ではエンドゾーンと呼ぶ。特に「冷却ゾーン」を有するエンドゾーンの場合、エンドゾーンは、吸水性ポリマー粒子の形態にある乾燥されたポリマーゲルを、入った時と同じ温度で、または好ましくは入った時よりも冷たい状態で出すことを特徴とする。例えば、吸水性ポリマー粒子の形態にある乾燥されたポリマーゲルを、最後の乾燥機ゾーンから、入った時よりも低い温度で、すなわち「より冷たく」出すことが可能である。例えばまた、吸水性ポリマー粒子の形態にある乾燥されたポリマーゲルを、最後の1つ前の乾燥機ゾーンから、入った時よりも低い温度で、すなわち「より冷たく」出し、最後の乾燥機ゾーンで、入った時と同じ温度で出すことが可能である。
特に、圧力ゾーンの縁部における圧力は、特に乾燥機本体の縁部における圧力に適合させることができる。特に、周辺の周囲圧力(ほぼ大気圧)、特に乾燥機本体外部の周辺の周囲圧力(ほぼ大気圧)に対する圧力差が僅かに留まるべきである。よって、ポリマーゲルの搬送方向で第二の圧力差が、搬出モジュール前の乾燥機本体のエンドゾーンの領域で、第一の圧力差よりも低いことが有利である。
好ましくは、第二の変法によればまた、1つまたは複数の圧力ゾーンが、乾燥機ゾーンの1つの内部に広がっていてよく、ポリマーゲル入口とポリマーゲル出口との間にある圧力勾配領域は、この唯一の乾燥機ゾーンに限られている。この場合に好ましくは、ポリマーゲル入口とポリマーゲル出口との間にある圧力勾配領域が、この唯一の乾燥機ゾーン内部に広がっていてよい。例えば、乾燥機本体全体を通じて、唯一の乾燥機ゾーンが形成されていてよい。乾燥機本体の内部空間は、唯一の圧力ゾーンとして形成されていてよい。
乾燥機本体の内部空間は好適には、乾燥機本体の外部空間における周囲圧力に対して実質的に、最大−20mbar、特に最大−10mbarの範囲の負圧p_U、特に少なくとも−5mbarからの負圧、好適には−0.5mbar〜−7mbarの負圧、または好適には−0.5mbar〜−5mbarの負圧に保つ。周囲圧力は特に、乾燥機本体外部の大気圧である。周囲圧力は特に、基本的に乾燥機本体外部の、場合によってはさらに搬入および搬出モジュールにおける大気圧である。圧力ゾーンにおける圧力推移の圧力プロファイルを、気圧制限の中で、周囲圧力とは独立して調整可能なことが好ましい。
大気圧に対する圧力差は通常、乾燥機本体の端部で0mbarまたはほぼ0mbarであることが有利である。さらなる構成は特に、「空気乾燥機の縁部」、つまり搬出モジュールのための空気乾燥機本体の縁部、または搬出モジュールのための最後の乾燥機の境界部に関する。よって乾燥機本体の、特に後部の境界部では、不適切な空気が引き込まれることがある。さらなる構成は、周囲圧力に、特に大気圧に適合させた圧力プロファイル、特に圧力勾配領域によって徐々に適合させた圧力プロファイルが、不適切な空気導入および/または粒子導入を減少させるという考察から出発する。
周囲圧力に対する第一および第二の圧力差は、コンベヤベルトの上方での内部圧力を基準としていてよく、ここでコンベヤベルトの上方での内部圧力は、最大−10mbarの範囲、好適には最大−5mbarの範囲での負圧である。特に、コンベヤベルト下方での内部圧力は、コンベヤベルト上方での内部圧力と比べて、0.5mbar〜5mbarの値で、低下していてよい。この措置は、乾燥空気が、乾燥機本体においていずれにせよ主に、例えば空気循環ベンチレータによって、コンベヤベルトの上方から下方に導入される場合に、有利であると実証されている。新たな空気を導入しない場合でも、空気循環ベンチレータによって引き起こされる「圧力分離」は、コンベヤベルトの上方および下方で様々な圧力を生じさせることに役立つ。ここでも、乾燥空気を乾燥機本体に、いずれにせよ主に、コンベヤベルトの上方で導入する場合、コンベヤベルト上方での内部圧力を基準とした周囲圧力に対する第一および第二の圧力差が好ましく、ここで、大気圧に対する第一の圧力差は、−10mbar〜−1mbarの間であり、特に−10mbar〜−0.5mbarであり、大気圧に対する第二の圧力差は、−3mbar〜0mbarの間であり、特に−2mbar〜0mbar、等に−0.5mbar〜0mbarである。
基本的に逆転した傾向は、変形例において、乾燥空気が乾燥機本体に、いずれにせよ主に、例えば空気循環ベンチレータによって、コンベヤベルトの下方から上方に導入されることによって生じる。乾燥空気を、乾燥機本体に主にコンベヤベルトの下方で導入する場合、相応して逆転して、好適にはコンベヤベルト上方での内部圧力が、コンベヤベルト下方での内部圧力と比べて0.5mbar〜5mbarの値で、低下している。この際に、周囲圧力に対する第一および第二の圧力差が、コンベヤベルトの下方での内部圧力を基準としていることが有利であり得、ここでコンベヤベルト下方での内部圧力は、最大−10mbarの範囲、好適には最大−5mbarである。特に、周囲圧力に対する第一および第二の圧力差は、コンベヤベルト下方での内部圧力を基準としていてよく、ここで、大気圧に対する第一の圧力差は、−10mbar〜−1mbarの間であり、特に−10mbar〜−0.5mbarであり、大気圧に対する第二の圧力差は、−3mbar〜0mbarの間であり、特に−2mbar〜0mbar、等に−0.5mbar〜0mbarである。
圧力プロファイルは、幾つかの圧力区画で、周囲圧力または大気圧への近似が達成されるまで実施することができる。これに相応して圧力ゾーンが、それぞれ圧力区画推移が実現されている幾つかの圧力ゾーン部分領域を有することが、特に有利であると実証されている。特に、圧力ゾーンは、幾つかの上記直交壁を有することができ、これは圧力ゾーンにおける圧力推移を、圧力区画推移に分割する。
特に好ましいさらなる構成によれば、乾燥機本体における圧力ゾーンのポリマーゲル入口とポリマーゲル出口との間の圧力差は、様々である。特に、圧力ゾーンのポリマーゲル出口では、内部圧力は好ましくは、大気圧にほぼ近似しており、不適切な空気の導入、および/または不適切な空気による超吸収性微粒子および超微粒子の導入を減少させる。これは特に、エンドゾーンの領域においてである。
特に、少なくとも1つの圧力段階を有する、段階的に大気圧に近似させる圧力プロファイルが、有利であると判明している。好適には、圧力プロファイルが圧力ゾーンの長さにわたって、特に乾燥機ゾーンの長さにわたって、圧力ゾーンが乾燥機ゾーンに限られている。これによって、比較的高い圧力振幅を有する圧力段階は、圧力ゾーンのポリマーゲル出口で回避することができるか、または圧力振幅を減少させることができる。不適切な空気導入が低減されることによって、エネルギー効率が改善され、超吸収剤粒子、微粒子、および超微粒子が、ベルト式乾燥機の乾燥機本体内に、または空気乾燥式構造の内部空間に導入されることを、減少させる。
圧力プロファイルは、圧力ゾーンのポリマーゲル入口とポリマーゲル出口との間に圧力勾配を有し、圧力条件に従って、ポリマーゲル入口およびポリマーゲル出口で形成されるか、または調整される。この際に圧力ゾーンは、乾燥機本体の内部空間について、圧力技術により調整可能な領域を形成する。このためには、特別な調整という観点で、前述のプロセスパラメータを維持することができ、さらに超吸収剤粒子、微粒子および超微粒子の導入、特に不適切な空気による導入を打ち消すことができる。
好ましくは、ベルト式乾燥機の乾燥機本体における負圧調整を、つまり有利には乾燥空気案内によって向流で、実施することができる。
乾燥のためには、乾燥機本体に空気を返送するように接続されている空気取り出し導管、および乾燥機本体に空気を供給するように接続されている空気返送導管(これは空気取り出し導管と、特に内部構造物を介して接続されている)が、備えられていることが好ましく、ここで返送空気は、乾燥機本体から、特にエンドゾーン(EZ)から取り出し、空気返送導管を介した乾燥機本体に、特にエンドゾーン(EZ)前の乾燥機本体の1つに、再度供給され、ここで空気取り出し導管および/または空気返送導管は、圧力ゾーンと流れによってつながっており、特に空気案内開口部を介して、圧力ゾーンに対して開口している。
さらに、または代替的に、乾燥機本体からの排気を、少なくとも部分的に排気導管で排出することが、有利であると実証されており、ここでこの排気導管は、さらなる空気案内開口部を介して、圧力ゾーンに合流している。
さらに、または代替的に、ベルト式乾燥機が、循環空気を用いて稼動される空気循環型ベルト式乾燥機として形成されていることが、有利であると実証されており、この乾燥機は、循環空気を送るために、コンベヤベルトを実質的に取り囲む乾燥機本体によって形成されており、ここで乾燥空気は、乾燥機ゾーン(TZ)における循環空気として、循環空気(UL)として循環され、特に向流方向(C’)に対して横方向に循環される。
好ましくは、つまりさらに循環空気稼動を、空気循環型ベルト式乾燥機の乾燥機本体内で行うことができる。つまりさらに好ましくは、十字向流で、さらに循環空気を利用して、向流に対して横方向に行う。循環空気は例えば、上方から、かつ/下方から、コンベヤベルトを通じて、かつ置かれたポリマーゲルを通じて、すなわち、ポリマーゲル流に対して横方向に、ポリマーゲル流によって送ることができる(これは例えば、国際公開第2006/100300号(WO 2006/100300 A1)に記載されている)。1つまたは複数の圧力ゾーンを備える、特に圧力ゾーンにおける圧力を本思想に適合させるさらなる構成が、同様に有利であると知られている。
好ましくは、循環空気管、および/または空気返送導管、および/または排気導管が備えられている。好ましくは、圧力ゾーン、特に乾燥機ゾーンのポリマーゲル出口のための端部領域でのみ、超吸収剤、微粒子および超微粒子が乾燥機本体に導入されるのを減少させるために、圧力プロファイルが調整されており、これによって清浄化およびメンテナンスの作業が、明らかに減少する。特に、特に好ましいさらなる構成は、さらに、乾燥機本体の上記制御可能な領域で、乾燥プロファイルを(つまり、場合によって調整される温度、圧力、湿分排出、空気返送システムなどのための調整によって)調整可能なことが分かっている。
圧力プロファイルでは、例えば圧力勾配領域によって、この際に、圧力ゾーンのポリマーゲル入口および/またはポリマーゲル出口における圧力差は、圧力ゾーンの内部圧力が、周囲圧力、特に大気圧に、ますます近似するように減少されているべきである。圧力ゾーンは好ましくは、圧力ゾーンのポリマーゲル入口に少なくとも1つのスロットルを、そして圧力ゾーンのポリマーゲル出口に少なくとも1つのスロットルを有する。圧力プロファイルは、圧力ゾーンの観点で、好ましくはすでに空気供給および/または排気によって調整可能であるか、またはスロットル制御可能な空気供給部または空気排出部によって、調整可能である。圧力ゾーンにおける圧力推移の圧力プロファイルは好ましくは、周囲圧力とは独立して調整され、かつ/または圧力プロファイルは、弁またはスロットルの調整によって形成される。特に、入口スロットルの入口調整、またはポリマーゲル入口にある、圧力ゾーンへの入口弁、および/または出口スロットルの出口調整、またはポリマーゲル出口にある、圧力ゾーンへの出口弁が、圧力プロファイルを決定づける。
以下、乾燥機本体について、特に好ましい構造的な措置を説明する。
ベルト式乾燥機は好ましくは、モジュール状ベルト式乾燥機として、搬入モジュールおよび搬出モジュールによって形成されており、ここで少なくとも乾燥機本体の内部空間には、幾つかの圧力ゾーンが割り当てられている。第一の変法において特に好ましくは、乾燥機本体の内部空間が、幾つかの乾燥機ゾーンに分割されていてよく、ここで圧力ゾーンは、少なくとも1つまたは複数の乾燥機ゾーンにわたって広がっている。第二の変法において特に好ましくは、乾燥機ゾーンの内部空間が、幾つかの圧力ゾーンに分割されていてよく、これによって乾燥機本体の内部空間もまた、幾つかの圧力ゾーンに分割されている。乾燥機本体は、幾つかの乾燥機ゾーンによってモジュール状に形成されていてよい。
搬出モジュールでは、説明したように、大量の超吸収性粒子、微粒子および超微粒子が、乾燥されたストランドの廃棄および破砕によって、ポリマーゲルから生じる。本思想に従って、圧力ゾーンの縁部における圧力を適合させることによって、出発ゾーンまたはエンドゾーンにおける制御不能な粒子導入および/または不適切な粒子導入を、乾燥機本体の内部空間において減少させることが有利であると、示されている。出発ゾーンでは特に、圧力差によりもたらされる、搬入モジュールから乾燥機本体の内部空間への制御不能な不適切な空気な導入を、減少させることができる。これによって、本方法のより良好なエネルギー効率につながる。それと言うのも、減少した不適切な空気導入はまた、冷たい空気導入が比較的少ないことも意味するからであり、この冷たい空気導入は、部分的にはエネルギー的に補填しなければならないものであり、部分的には短絡流として、エネルギー投入量の増大とともに空気の処理量が向上することにのみつながり、冷たい空気は、厚いポリマーゲルを却って冷却し、これによって形成物の乾燥速度が減少する。さらなる構成の思想は意外なことに、ポリマーゲルに特有のこと以外にも考慮すべき考察によってもたらされる。乾燥プロセスによって、プロセス工学的に重要なさらなる尺度である清浄化作業およびメンテナンス作業も考慮されることが、有利である。
乾燥機の内部における清浄化作業およびメンテナンス作業を減らすためには、超吸収剤粒子、微粒子および超微粒子、またはその他の粒子の堆積を、設備内部において実質的に回避することが有利であると分かっているがいずれにせよ、1つまたは複数の上記さらなる構成によれば、低減されている。総体的により高い工程収率が、比較的低いエネルギー必要量で達成されるべきである。よって、特に最適化されたプロセスパラメータからの逸脱が最小化されること、または逸脱必要性の頻度が、上記さらなる構成の1つまたは複数に従って、減少しているという利点がもたらされる。特に吸水性ポリマー粒子を連続的に製造するための製造方法が、乾燥工程について特別に改善されること、またはベルト式乾燥機が、乾燥機モジュールのために特別な構造措置によって改善されることが、有利には意図されている。
乾燥機本体の内部空間における少なくとも1つの圧力ゾーンにおいて、圧力ゾーンまたは圧力ゾーン部分領域は、コンベヤベルトの搬送方向に対して横に向けられている直交壁によって区切られていること、特に圧力勾配領域が直交壁により形成可能なことが、意図されていることが好ましい。圧力ゾーンは特に、圧力ゾーン境界部、ポリマーゲル入口、および/またはポリマーゲル出口を有し、ここで圧力ゾーン境界部は、直交壁によって、乾燥機本体の内部空間に形成されており、ここで直交壁は、コンベヤベルトの搬送方向に対して横に向けられており、乾燥機本体に固定されている。
圧力ゾーンが、圧力ゾーン境界部を有することが好ましいことがあり、ここで圧力ゾーン境界部は、外部の直交壁によって、空気管開口部に形成されており、乾燥機本体に、特に乾燥機ゾーンに固定されている。
圧力ゾーンは好ましくは、圧力勾配領域を形成するために、内部の直交壁を、ポリマーゲル入口およびポリマーゲル出口の間にある圧力ゾーンに有し、内部の直交壁は特に、圧力ゾーンの外部の直交壁に加えて、形成されている。
構造的な措置は基本的に、特に乾燥機本体のエンドゾーンの領域で、ポリマーゲル入口における状況に比して、周囲圧力に対する圧力差が、圧力ゾーン、特に乾燥機ゾーンのポリマーゲル出口において、むしろ小さいように実施することができる。
別の好ましいさらなる構成は、エンドゾーンが、ベルト式乾燥機の構造の最後の乾燥機ゾーンを有することである。圧力プロファイルは好ましくは、最後の乾燥機ゾーンを含むエンドゾーンに、特に最後の乾燥機ゾーンで形成される。エンドゾーンは、最後の乾燥機ゾーン、特に複数の乾燥機ゾーンを、特に搬出モジュールも有する。超吸収剤の微粒子および超微粒子の導入が、不適切な空気によって、特に搬出モジュールから再度の環少なくとも納期ゾーンへの不適切な空気によって起こり得ることが、問題である。それと言うのも、搬出モジュールは、最後の乾燥モジュールにおいて直接区切られるからである。さらなる構成に従って比較的僅かな圧力差に基づき、超吸収剤微粒子および超微粒子を含む不適切な空気の導入を、減少させることができる。さらなる構成の思想によって有利なことに、最後の乾燥機ゾーンを含むエンドゾーンにおいて、特に最後の乾燥機ゾーンにおいて、圧力プロファイルを、乾燥機ゾーン搬出部(すなわち、ポリマーゲルの搬送方向Cで、乾燥機ゾーンからのポリマーゲルのための搬出部)で、大気圧またはほぼ近似的な大気圧に調整できるように、調整することが可能になる。
特に、直交壁が、乾燥機本体の内部空間に備えられており、この壁は、コンベヤベルトの搬送方向に対して横に向けられており、少なくとも1つのセグメント化要素を有するものである。直交壁は好ましくは、乾燥機本体の内部空間において、コンベヤベルトの上方に上部セグメント化要素、および/または搬送ゲルとの下方に下部セグメント化要素、および/または搬送方向に走るコンベヤベルトの部分と、搬送方向と逆に走るコンベヤベルトの部分との間にある中央部セグメント化要素を有する。
特に、最後の乾燥機ゾーンを含むエンドゾーンにおいて、圧力プロファイルが、特にセグメント化要素を含む1つまたは幾つかの直交壁によって、さらなる空間区分のために形成されることを意図している。ベルト式乾燥機のさらなる構成は、圧力プロファイルが、少なくとも1つのセグメント化要素によって、さらなる空間区分に基づき形成されることを意図している。このさらなる構成では、セグメント化要素によって、圧力ゾーンの第一の領域と第二の領域との間の圧力差または圧力プロファイルが達成される。これにより有利なことに、エンドゾーンのポリマーゲル出口における周囲に対する最小の圧力差を調整することによって、不適切な空気導入が最小化される。
セグメント化要素は好ましくは、圧力差をもたらす直交壁の一部として形成されている。しかしながらセグメント化要素は、その大きさと形状において基本的には制限されない。基本的にセグメント化要素は、様々に構成することができる。セグメント化要素は、それ自体一部として、開放的に構成することができる。セグメント化要素の構造は例えば、有孔板、または格子、または振り子板を含むことができる。幾つかのセグメント化要素は例えば、板として形成されていてよい。
上部セグメント化要素は、一体的に、かつ/または振り子板によって形成されていてよい。特に、少なくとも1つの上部セグメント化要素は、高さ調整可能である。
セグメント化要素は、乾燥機モジュールの乾燥機本体の壁に、すなわち1つまたは複数の側壁および/またはカバーに設けられていてよい。セグメント化要素は、上方からぶら下がって形成されていてよい。固定された組み込み法で、または緩い組み込み法で、形成されていてよい。セグメント化要素は特に、側壁に固定されて、結合されていてよい。
セグメント化要素の設置は同様に、基本的には制限されていない。基本的には、圧力差を引き起こすことができるあらゆる設置または形成が適している。セグメント化要素は例えば、ベルトの上方または下方に配置されていてよい。必要な場合には、ベルト返送に従って、送りベルト部分と戻りベルト部分との間に配置されていてよい。
セグメント化要素は一体的に形成されていてよいか、またはセグメント化されていてよい。これは一体化されたセグメント化要素としては、板と同様に一体的に組み込むことができる。しかしながらこれは、セグメント化されたセグメント化要素としてはまた、複数の部品から形成されていてよいが、しかしながら固定されて、動かないように、または非常に僅かにしか動かないように、または固定されて、振り子板ではないように形成されている。例えば、好ましい変形例ではまた、複数の部材から構成されていてよく、1つまたは複数の部材は、振り子状であってよく、これによってセグメント化要素は、振り子板によって形成されている。セグメント化要素は、そのセグメント化および/または振り子状構造において、稼働時に可変であり得る。また、固定された非振り子状の板は、さらなる振り子板を備えていてよく、またはすでにそのつり下げ位置で振り子状であってよく、これによって総体的に振り子板として形成されていてよい。この際に、コンベヤベルト上にもたらされるポリマーゲルが、セグメント化要素の組み込みによって損なわれないように、特にできるだけ機械的な圧力が掛からないようにすることに注意するべきであり、好ましくは、セグメント化要素が、セグメント化要素と接触しない、または非常に僅かしか接触しないべきである。
圧力ゾーン、特に乾燥機ゾーンにおいて好適には、圧力プロファイルを、圧力ゾーンのポリマーゲル入口での給気についてスロットル調整可能な体積流量によって、および圧力ゾーンのポリマーゲル搬出部での排気についてスロットル調整可能な体積流量によって形成することが意図されている。この際、体積流量の調整は、圧力ゾーンについて適切な圧力プロファイルを形成するために、相応する圧力水準をポリマーゲル入口にもたらすべきである。
さらなる構成は、圧力ゾーンにおいてエンドゾーンの領域で、圧力プロファイルが形成されることを意図しており、ここで、大気圧に対する第二の圧力差は、ポリマーゲル搬出部(すなわち、ポリマーゲルの搬送方向Cで、圧力ゾーンからのポリマーゲルのための排出部)において、絶対圧で−2mbar〜0mbar、特に好ましくは−1mbar〜0mbarである。さらなる構成によって、超吸収剤粒子、微粒子および超微粒子、またはその他の粒子の導入、および/または不適切な空気導入を、エンドゾーンおよび/または投入ゾーンにおいて減少させるためには、差についての既定の値が、大気圧に対して−2mbar〜0mbar、しかしながら特に−1mbar〜0mbarであることが有利であると、分かっている。
固定された、動かないセグメント化要素を使用する場合、セグメント化要素は、圧力プロファイルを構築するために、例えば、ポリマーゲル表面に対して30cm以上のフリースペースによって、好ましくはポリマーゲル表面に対して20cm以上のフリースペースによって、極めて好ましくはポリマーゲル表面に対して10cm以上のフリースペースによって、高さ調整可能であり得る。可動式のセグメント化要素、例えば振り子板を使用する場合、このフリースペースは、ポリマーゲル表面に対して好ましくは0cmであり得る。セグメント化要素の設置は特に、ベルトの上方で有利である。それと言うのもここでは、循環空気の最大体積流量、およびここでは同時に空気について最大の体積空間が利用可能だからである。セグメント化要素は好ましくは、ベルトの上方、および/またはベルトの下方に、および/または場合によってはベルト部分の間に設置する。セグメント化要素は、ベルトの上方で、およびベルトの下方で、およびベルト部分の間に設置されているという有利なさらなる構成によって、圧力ゾーンのポリマーゲル出口において、圧力差を容易に低減させることができる。特に、プロセス工学的に、搬送すべき水性ポリマーゲルを、その厚さの点で変更することができる。それとは独立して好ましくは、セグメント化要素の高さを、ポリマーゲル層にわたってコンベヤベルト上で、ポリマーゲル投入の観点で調整することができる。
本思想は、以下の工程を有する製造方法によって行うことができる:
・モノマー溶液またはモノマー懸濁液を重合させながら処理して、水性ポリマーゲルにする工程
・ベルト式乾燥機で水性ポリマーゲルを乾燥させる工程、ここでベルト式乾燥機は、循環式輸送ベルトを有し、水性ポリマーゲルをコンベヤベルト上で搬送する。この際に好ましくは、
・輸送ベルトが、関節構造の関節ラインで分離している幾つかのベルトプレートを有する、プレート式輸送ベルトとして形成されており、ここで各ベルトプレートは、水性ポリマーゲルを取り入れるための表面を有する
ことが意図されている。
この製造方法は特に、以下の工程を有する:モノマー溶液またはモノマー懸濁液を重合させながら加工して、架橋された水性ポリマーゲルにする工程。
特に好ましいさらなる実施形態の範囲において、本思想は、超吸収剤のための特別な製造方法(以下で、幾つかのさらなる構成によって記載するが、その一部は、国際公開第2006/100300号((WO2006/100300 A1)にも記載、その開示内容はここで引用によって、本願の開示内容に組み込まれている)にとって有利であることが判明した。
これは特に、
a)少なくとも部分的に中和されていてよい、少なくとも1種のエチレン性不飽和の酸基含有モノマー、
b)少なくとも1種の架橋剤、
c)少なくとも1種の開始剤、
d)任意で、a)で挙げたモノマーと共重合可能なエチレン性不飽和モノマー、および任意で、1種以上の水溶性ポリマー
を含有するモノマー溶液またはモノマー懸濁液を重合させることにより、吸水性ポリマー粒子を製造するための製造方法に関する。
吸水性ポリマー粒子は、モノマー溶液またはモノマー懸濁液の重合によって製造され、通常、非水溶性である。
モノマーa)は好適には水溶性である。すなわち、23℃での水への溶解性が通常、水100g当たり少なくとも1g、好適には水100g当たり少なくとも5g、特に好ましくは水100g当たり少なくとも25g、極めて特に好ましくは水100g当たり少なくとも35gである。
適切なモノマー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、メタクリル酸およびイタコン酸である。特に好ましいモノマーは、アクリル酸およびメタクリル酸および/またはこれらの塩である。極めて特に好ましいのは、アクリル酸および/またはこの塩である。
さらなる適切なモノマーa)は例えば、エチレン性不飽和スルホン酸、例えばスチレンスルホン酸、および2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)である。
不純物は、重合に対して著しい影響を与えることがある。従って、使用される原料は、できるだけ高い純度を有するべきである。従って、モノマーa)を特別に精製することが、しばしば有利である。適切な精製法は、例えば国際公開第2002/055469号(WO 2002/055469 A1)、国際公開第2003/078378号(WO 2003/078378 A1)、および国際公開第2004/035514号(WO 2004/035514 A1)に記載されている。適切なモノマーa)は例えば、国際公開第2004/035514号(WO 2004/035514 A1)に従って精製したアクリル酸であり、これはアクリル酸を99.8460質量%、酢酸を0.0950質量%、水を0.0332質量%、プロピオン酸を0.0203質量%、フルフラールを0.0001質量%、無水マレイン酸を0.0001質量%、ジアクリル酸を0.0003質量%、およびヒドロキノンモノメチルエーテルを0.0050質量%有するものである。
モノマーa)の全体量におけるアクリル酸および/またはアクリル酸塩の割合は、好適には少なくとも50mol%、特に好ましくは少なくとも90mol%、極めて特に好ましくは少なくとも95mol%である。
モノマーa)は通常、重合防止剤、好適にはヒドロキノンモノエーテルを、貯蔵安定剤として含有する。
モノマー溶液は、それぞれ中和されていないモノマーa)を基準として、好適には250質量ppmまで、好ましくは最大130質量ppm、特に好ましくは最大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、特に約50質量ppm、ヒドロキノンモノエーテルを含有する。モノマー溶液を製造するために例えば、ヒドロキノンモノエーテルを相応する含分で有する、エチレン性不飽和の酸基含有モノマーを使用することができる。
好ましいヒドロキノンモノエーテルは、ヒドロキノンモノメチルエーテル(MEHQ)および/またはα−トコフェロール(ビタミンE)である。
適切な架橋剤b)は、架橋に適した基を少なくとも2個有する化合物である。このような基は例えば、ポリマー鎖中にラジカル共重合できるエチレン性不飽和基、およびモノマーa)の酸基と共有結合を形成できる官能基である。さらに、モノマーa)の少なくとも2個の酸基と配位結合を形成できる多価金属塩も、架橋剤b)として適している。
架橋剤b)は好適には、ポリマー網目構造内にラジカル共重合できる重合性基を少なくとも2個有する化合物である。適切な架橋剤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、ポリ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、テトラアリルアンモニウムクロリド、テトラアリルオキシエタン、例えば欧州特許出願公開第0530438号明細書(EP 0 530 438 A1)に記載されたもの、ジアクリレートおよびトリアクリレート、例えば欧州特許第0547847号明細書(EP 0 547 847 A1)、欧州特許出願公開第0559476号明細書(EP 0 559 476 A1)、欧州特許出願公開第0632068号明細書(EP 0 632 068 A1)、国際公開第93/21237号(WO 93/21237 A1)、国際公開第2003/104299号(WO 2003/104299 A1)、国際公開第2003/104300号(WO 2003/104300 A1)、国際公開第2003/104301号(WO 2003/104301 A1)、および独国特許出願公開第10331450号明細書(DE 103 31 450 A1)に記載されたもの、アクリレート基以外にさらなるエチレン性不飽和基を有する混合アクリレート、例えば独国特許出願公開第10331456号明細書(DE 103 31 456 A1)および独国特許出願公開第10355401号明細書(DE 103 55 401 A1)に記載されたもの、または架橋剤混合物、例えば独国特許出願公開第19543368号明細書(DE 195 43 368 A1)、独国特許出願公開第19646484号明細書(DE 196 46 484 A1)、国際公開第90/15830号(WO 90/15830 A1)、および国際公開第2002/032962号(WO 2002/032962 A2)に記載されたものである。
好ましい架橋剤b)は、ペンタエリトリットトリアリルエーテル、テトラアリルオキシエタン、メチレンビスメタクリルアミド、15回エトキシル化されたトリメチロールプロパントリアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、およびトリアリルアミンである。
極めて特に好ましい架橋剤b)は、アクリル酸またはメタクリル酸でジアクリレートまたはトリアクリレートにエステル化された複数回エトキシル化および/またはプロポキシル化されたグリセリンであり、これは例えば国際公開第2003/104301号(WO 2003/104301 A1)に記載されている。3〜10回エトキシル化されたグリセリンのジアクリレートおよび/またはトリアクリレートが、特に有利である。1〜5回エトキシル化および/またはプロポキシル化されたグリセリンのジアクリレートまたはトリアクリレートが、極めて特に好ましい。3〜5回エトキシル化および/また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、特に3回エトキシル化されたグリセリンのトリアクリレートが、最も好ましい。
架橋剤b)の量は、それぞれモノマーa)を基準として、好適には0.05〜1.5質量%、特に好ましくは0.1〜1質量%、極めて特に好ましくは0.2〜0.5質量%である。架橋剤の含分が増えるとともに、遠心分離保持容量(CRC)、および21.0g/cm2の圧力下での吸収性が、最大値を通過する。
開始剤c)としては、重合条件下で、ラジカルを生成するあらゆる化合物を使用することができ、例えば熱開始剤、レドックス開始剤、光開始剤を使用することができる。適切なレドックス開始剤は、ペルオキソ二硫酸ナトリウム/アスコルビン酸、過酸化水素/アスコルビン酸、ペルオキソ二硫酸ナトリウム/重亜硫酸ナトリウム、および過酸化水素/重亜硫酸ナトリウムである。好適には、熱開始剤とレドックス開始剤との混合物、例えばペルオキソ二硫酸ナトリウム/過酸化水素/アスコルビン酸を使用する。還元性成分としてはまた、2−ヒドロキシ−2−スルフィナト酢酸のナトリウム塩、2−ヒドロキシ−2−スルホナト酢酸のジナトリウム塩および重亜硫酸ナトリウムからの混合物を使用するのが好ましい。このような混合物は、Brueggolite(登録商標)FF6、およびBrueggolite(登録商標)FF7(Brueggemann Chemicals、Heilbronn、ドイツ)として得られる。
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d)は例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、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である。
水溶性ポリマーe)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、変性セルロース、例えばメチルセルロースもしくはヒドロキシエチルセルロース、ゼラチン、ポリグリコール、またはポリアクリル酸、好適にはデンプン、デンプン誘導体、および変性セルロースを使用することができる。
通常は、モノマー水溶液を使用する。モノマー溶液の含水量は好適には、40〜75質量%、特に好ましくは45〜70質量%、極めて特に好ましくは50〜65質量%である。モノマー懸濁液、すなわち、過剰なモノマーa)、例えばアクリル酸ナトリウムを有するモノマー溶液を使用することも可能である。含水量が増えるにつれて、引き続く乾燥の際のエネルギー消費が増加し、含水量が低下するにつれて、重合熱の排出が不充分になり得る。
好ましい重合防止剤は、最適な作用のために溶存酸素を必要とする。このため、モノマー溶液は重合前に、不活性化によって、すなわち不活性ガス、好適には窒素または二酸化炭素を貫流することによって、溶存酸素を取り除くことができる。モノマー溶液の酸素含分は重合前に、1質量ppm未満、特に好ましくは0.5質量ppm未満、極めて特に好ましくは0.1質量ppm未満に低下させるのが好ましい。
適切な反応器は例えば、混練反応器またはベルト式反応器である。混練機内では、水性モノマー溶液または水性モノマー溶液懸濁液の重合に際して生じるポリマーゲルを例えば対向式撹拌軸によって連続的に粉砕する(例えば国際公開第2001/038402号(WO 2001/038402 A1)に記載)。ベルト上での重合は例えば、独国特許出願公開第3825366号明細書(DE 38 25 366 A1)、および米国特許第6,241,928号明細書(US 6,241 ,928)に記載されている。ベルト式反応器での重合に際してポリマーゲルが生じ、これをさらなる方法工程において、例えば押出成形機または混練機で粉砕しなければならない。
乾燥特性を改善するために、混練機を用いて得られる粉砕されたポリマーゲルを、さらに押出成形することができる。
しかしながらまた、水性モノマー溶液を滴下し、生成した液滴を加熱されたキャリアガス流で重合させることもできる。ここで、重合および乾燥の方法工程をひとまとめにすることができる(例えば国際公開第2008/040715号(WO 2008/040715 A2)、国際公開第2008/052971号(WO 2008/052971 A1)、および国際公開第2011/026876号(WO 2011/026876 A1)に記載)。
得られたポリマーゲルの酸基は通常、部分的に中和されている。中和は好適には、モノマー段階で行う。これは通常、中和剤を水溶液として、または好適には固体として混ぜ入れるによって起こる。中和度は好適には、25〜95mol%、特に好ましくは30〜80mol%、極めて特に好適には40〜75mol%であり、ここで慣用の中和剤を使用することができ、それは好適に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、またはアルカリ金属炭酸水素塩、およびこれらの混合物である。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。ナトリウムおよびカリウムは、アルカリ金属として特に好ましいが、しかしながら極めて特に好ましいのは、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムまたは炭酸水素ナトリウム、およびこれらの混合物である。
しかしながらまた、中和を重合後に、重合の際に生じる水性ポリマーゲルの段階で行うこともできる。さらに、40mol%まで、好適には10〜30mol%、特に好ましくは15〜25mol%、重合前に酸基を中和することができ、この場合には中和剤の一部をすでにモノマー溶液に添加しておき、所望の最終的な中和度は、重合後に初めて水性ポリマーゲルの段階で調整する。水性ポリマーゲルを少なくとも部分的に重合後に中和する場合、水性ポリマーゲルを好適には機械的に粉砕、例えば押出成形機によって機械的に粉砕し、ここで中和剤は、吹き付ける、上から撒く、または注ぐことができ、それから注意深く混ぜることができる。このために、得られた水性ゲル物質をさらに何回も押出成形して、均質化することができる。
水性ポリマーゲルはそれから、好適にはベルト式乾燥機で、所望の含水量まで乾燥させ、好ましくは低い含水量に調整し、特に残留湿分が好ましくは0.5〜15質量%、特に好ましくは1〜10質量%、極めて特に好ましくは2〜8質量%であるように調整し、ここで残留湿分は、EDANA推奨の試験方式No.WSP 230.2-05 "Mass Loss Upon Heating"によって測定する。残留湿分が高すぎる場合、乾燥したポリマーゲルは、ガラス転移温度Tgが低すぎ、さらに加工することが困難である。残留湿分が低すぎる場合、乾燥したポリマーゲルは脆くなりすぎ、引き続いた粉砕工程において、不所望なことに粒径が小さすぎるポリマー粒子(「微粒子(fines)」)が大量に生じる。水性ポリマーゲルの固形分は、乾燥前に好適には25〜90質量%、特に好ましくは35〜70質量%、極めて特に好ましくは40〜60質量%である。選択的には、乾燥のために流動床乾燥機、またはシャベル式乾燥機を使用することもできる。
乾燥されたポリマーゲルは、その後に粉砕および分級され、ここでは通常、粉砕のために一段階または多段階のローラ式ミル、好ましくは二段階または三段階のローラ式ミル、ピンミル、ハンマーミル、または揺動ミルを使用することができる。
粉砕したポリマー粒子として分離した超吸収性ポリマー粒子の平均粒径は、好適には少なくとも200μm、特に好ましくは250〜600μm、極めて特に好ましくは300μm〜500μmである。ポリマー粒子の平均粒径は、EDANA推奨の試験方式No. WSP 220.2-05 "Partikel Size Distribution"に従って測定することができ、ここで篩い分け画分の質量割合は累積でグラフに取り、平均粒径はグラフで測定する。ここで平均粒径は、累積された50質量%について得られるメッシュ幅の値である。
150μm超の粒径を有するポリマー粒子の割合は、好適には少なくとも90質量%、特に好ましくは少なくとも95質量%、極めて特に好ましくは少なくとも98質量%である。
粒径が小さすぎるポリマー粒子は、透過性(SFC)を低下させる。よって、小さすぎるポリマー粒子(微粒子)の割合は、低いことが望ましい。
よって、小さすぎるポリマー粒子は通常、分離し、本方法に返送する。この返送は、重合の前、その間、またはその直後に、すなわち、水性ポリマーゲルの乾燥前に行うのが好ましい。小さすぎるポリマー粒子は、返送前、または返送の間に、水および/または水性の界面活性剤によって湿潤化することができる。
後の方法工程において、例えば表面後架橋後、またはその他の被覆工程後に、小さすぎるポリマー粒子を分離することもできる。この場合、返送された小さすぎるポリマー粒子は、表面後架橋されているか、または別の方法で、例えば焼成ケイ酸によって被覆されている。
重合のために混練反応器を使用する場合、小さすぎるポリマー粒子は、混練反応器の最後の三分の一で添加するのが好ましい。
小さすぎるポリマー粒子を非常に早く添加すると、例えばすでにモノマー溶液に添加するすると、これによって、得られる吸水性ポリマー粒子の遠心分離保持容量(CRC)が低下する。しかしながらこれは、例えば架橋剤b)の使用量を適合させることによって、補償することができる。小さすぎるポリマー粒子はまた、後の時点で添加することもできるが、その際には場合によって、混入が不充分になり得る。
しかしながら、不充分に混入された小さすぎるポリマー粒子は、粉砕の間に再度、乾燥されたポリマーゲルから離れ、よって分級の際に新たに分離され、返送すべき小さすぎるポリマー粒子の量を増加させる。
最大850μmの粒径を有する粒子の割合は、好適には少なくとも90質量%、特に好適には少なくとも95質量%、極めて特に好ましくは少なくとも98質量%である。
最大600μmの粒径を有する粒子の割合は、好適には少なくとも90質量%、特に好適には少なくとも95質量%、極めて特に好ましくは少なくとも98質量%である。
粒径が大きすぎるポリマー粒子は、膨潤性を低下させる。よって、大きすぎるポリマー粒子の割合も同様に、低いことが望ましい。
よって、大きすぎるポリマー粒子は通常、分離し、乾燥されたポリマーゲルの粉砕に返送する。
ポリマー粒子は、特性をさらに改善させるために、表面後架橋することができる。適切な表面後架橋剤は、ポリマー粒子の少なくとも2個のカルボキシレート基と共有結合を形成可能な基を有する化合物である。適切な化合物は例えば、多官能性アミン、多官能性アミドアミン、多官能性エポキシド(例えば欧州特許出願公開第0083022号明細書(EP 0 083 022 A2)、欧州特許出願公開第0543303号明細書(EP 0 543 303 A1)、および欧州特許出願公開第0937736号明細書(EP 0 937 736 A2)に記載)、二官能性もしくは多官能性アルコール(例えば独国特許出願公開第3314019号明細書(DE 33 14 019 A1)、独国特許出願公開第3523617号明細書(DE 35 23 617 A1)、および独国特許出願公開第0450922号明細書(EP 0 450 922 A2)に記載)、またはβ−ヒドロキシアルキルアミド(例えば独国特許出願公開第10204938号明細書(DE 102 04 938 A1))、および米国特許第6,239,230号明細書(US 6,239,230)に記載)である。
さらに、独国特許第4020780号明細書(DE 40 20 780 C1)には、環状カーボネート、独国特許出願公開第19807502号明細書(DE 198 07 502 A1)には、2−オキサゾリジノンとその誘導体、例えば2−ヒドロキシエチル−2−オキサゾリジノン、独国特許第19807992号明細書(DE 198 07 992 C1)には、ビスおよびポリ2−オキサゾリジノン、独国特許出願公開第19854573号明細書(DE 198 54 573 A1)には、2−オキソテトラヒドロ−1,3−オキサジンとその誘導体、独国特許出願公開第19854574号明細書(DE 198 54 574 A1)には、N−アシル−2−オキサゾリジノン、独国特許出願公開第10204937号明細書(DE 102 04 937 A1)には、環状尿素、独国特許出願公開第10334584号明細書(DE 103 34 584 A1)には、二環式アミドアセタール、欧州特許出願公開第1199327号明細書(EP 1 199 327 A2)には、オキセタンおよび環状尿素、国際公開第2003/031482号(WO 2003/031482 A1)には、モルホリン−2,3−ジオンおよびその誘導体が、適切な表面後架橋剤として記載されている。
好ましい表面後架橋剤は、エチレンカーボネート、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリアミドと、エピクロロヒドリンとの反応生成物、およびプロピレングリコールと1,4−ブタンジオールとの混合物である。
極めて特に好ましい表面後架橋剤は、2−ヒドロキシエチル−2−オキサゾリジノン、2−オキサゾリジノン、および1,3−プロパンジオールである。
さらにまた、さらに重合可能なエチレン性不飽和基を有する表面後架橋剤を使用することもできる(例えば独国特許出願第3713601号明細書(DE 37 13 601 A1)に記載)。
表面後架橋剤の量は、それぞれポリマー粒子を基準として、好適には0.001〜5質量%、特に好ましくは0.02〜2質量%、極めて特に好ましくは0.05〜1質量%である。
好ましい実施形態では、表面後架橋の前、その間、またはその後に、表面後架橋剤に加えて、多価カチオンを粒子表面に施与する。
製造方法において使用可能な多価カチオンは、例えば二価のカチオン、例えば亜鉛、マグネシウム、カルシウム、鉄およびストロンチウムのカチオン、三価のカチオン、例えばアルミニウム、鉄、クロム、希土類およびマンガンのカチオン、四価のカチオン、例えばチタンおよびジルコニウムのカチオンである。対イオンとしては、水酸化物イオン、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、およびカルボン酸イオン、例えば酢酸イオン、クエン酸イオン、および乳酸イオンがあり得る。また、様々な対イオンを有する塩があり得、例えば塩基性アルミニウム塩、例えばアルミニウムモノアセテートまたはアルミニウムモノラクテートである。硫酸アルミニウム、アルミニウムモノアセテートおよびアルミニウムモノラクテートが好ましい。金属塩以外にポリアミンも、多価カチオンとして使用することができる。
多価カチオンの使用量は例えば、それぞれポリマー粒子を基準として、0.001〜1質量%、好適には0.005〜0.5質量%、特に好ましくは0.02〜0.2質量%である。
表面後架橋は通常、表面後架橋剤の溶液を、乾燥され、粉砕され、篩い分けされたポリマー粒子上に吹き付けて行う。吹き付けに続いて、表面後架橋剤で被覆されたポリマー粒子を熱により乾燥させ、ここで表面後架橋反応は、乾燥前にも、乾燥中にも行うことができる。
表面後架橋剤の溶液の吹き付けは好適には、可動式混合装置を有する混合機、例えばスクリュー式混合機、ディスク式混合機、およびシャベル式混合機で行う。特に好ましいのは、水平式混合機、例えばシャベル式混合機であり、極めて特に好ましいのは、垂直式混合機である。水平式混合機と垂直式混合機との区別は、混合シャフトの位置によって行う。すなわち、水平式混合機は、水平に設置された混合シャフトを有し、垂直式混合機は、垂直に設置された混合シャフトを有する。適切な混合機は例えば、水平式Pflugschar(登録商標)ミキサ(Loedige Maschinenbau GmbH社製、Paderborn、ドイツ)、Vrieco-Nauta連続式ミキサ(Hosokawa Micron BV、Doetinchem、オランダ)、Processall Mixmillミキサ(Processall Incorporated、Cincinnati、USA)、およびSchugi Flexomix(登録商標)(Hosokawa Micron BV、Doetinchem、オランダ)である。しかしながら、表面後架橋剤溶液を流動床で吹き付けることもできる。
表面後架橋剤は通常、水溶液として使用する。非水溶性溶剤の含分または溶剤の全体量によって、ポリマー粒子への表面後架橋剤の侵入深さを調整することができる。
溶剤として水のみを使用する場合、界面活性剤を添加することが有利である。これによって濡れ性が改善し、塊になる傾向が低下する。しかしながら好適には、溶剤混合物、例えばイソプロパノール/水、1,3−プロパンジオール/水、およびプロピグリコール/水を使用し、ここで混合質量比は好適には、20:80〜40:60である。
熱による乾燥は好適には、接触式乾燥機、特に好ましくはシャベル式乾燥機で、極めて特に好ましくはディスク式乾燥機で行う。適切な乾燥機は例えば、Hosokawa Bepex(登録商標)水平式パドル乾燥機(Hosokawa Micron GmbH、Leingarten、ドイツ)、Hosokawa Bepex(登録商標)ディスク式乾燥機(Hosokawa Micron GmbH、Leingarten、ドイツ)、Holo-Flite(登録商標)乾燥機(Metso Minerals Industries Inc.、Danville、USA)、およびNaraパドル式乾燥機(NARA Machinery Europe、Frechen、ドイツ)である。これらに加えてまた、流動層式乾燥機を使用することもできる。
乾燥は混合機自体で、ジャケットの加熱、または熱した空気の吹き込みによって行うことができる。後接続された乾燥機、例えば棚型乾燥機、回転管炉、または加熱可能なスクリューが、同様に適している。特に有利には、流動床乾燥機内で混合し、乾燥する。
好ましい乾燥温度は、100〜250℃、好ましくは120〜220℃、特に好ましくは130〜210℃、極めて特に好ましくは150〜200℃の範囲にある。反応混合機または乾燥機におけるこの温度での好ましい滞留時間は、好適には少なくとも10分、特に好ましくは少なくとも20分、極めて特に好ましくは少なくとも30分、通常は最大60分である。
好ましい実施形態において、表面後架橋された吸水性ポリマー粒子は、熱による乾燥後に冷却する。この冷却は好適には、接触式冷却器で、特に好ましくはシャベル式冷却器で、極めて特に好ましくはディスク式冷却器で行う。適切な冷却機は例えば、Hosokawa Bepex(登録商標)水平式パドル冷却機(Hosokawa Micron GmbH、Leingarten、ドイツ)、Hosokawa Bepex(登録商標)ディスク式冷却機(Hosokawa Micron GmbH、Leingarten、ドイツ)、Holo-Flite(登録商標)冷却機(Metso Minerals Industries Inc.、Danville、USA)、およびNaraパドル式冷却機(NARA Machinery Europe、Frechen、ドイツ)である。これらに加えてまた、流動層式冷却機を使用することもできる。
冷却器において、表面後架橋された吸水性ポリマー粒子を20〜150℃、好適には30〜120℃、特に好ましくは40〜100℃、極めて特に好ましくは50〜80℃に冷却する。
引き続き、表面後架橋された吸水性ポリマー粒子を新たに分級することができ、ここで小さすぎるおよび/または大きすぎるポリマー粒子を分離し、本方法に返送する。
表面後架橋された吸水性ポリマー粒子は、特性をさらに改善するために被覆および/または後湿潤化することができ、特に添加剤またはその他の被覆剤によって被覆および/または水によって後湿潤化することができる。
後湿潤化は好適には、30〜80℃、特に好ましくは35〜70℃、極めて特に好ましくは40〜60℃で行う。温度が低すぎると、表面後架橋された吸水性ポリマー粒子は塊になる傾向があり、高温では早くも水が顕著に蒸発する。後湿潤化に使用する水の量は好適には、それぞれ表面後架橋された吸水性ポリマー粒子を基準として、1〜10質量%、特に好ましくは2〜8質量%、極めて特に好ましくは3〜5質量%である。後湿潤化により、ポリマー粒子の機械的安定性が向上し、静電気を帯電する傾向が減少する。後湿潤化は、冷却器内で熱による乾燥後に行うことが、有利である。
膨潤速度、また透過性(SFC)を改善するために適切な被覆は例えば、無機の不活性物質、例えば非水溶性金属塩、有機ポリマー、カチオン性ポリマー、および二価または多価金属カチオンである。粉塵結合(Staubbindung)に適切な被覆剤は例えば、ポリオールである。例えば、ポリマー粒子の不所望の凝塊化傾向に対して適切な被覆剤は、熱分解法ケイ酸、例えばAerosil(登録商標)200、および界面活性剤、例えばSpan(登録商標)20である。
製造方法に従って製造される表面後架橋された吸水性ポリマー粒子は、好適には0〜15質量%、特に好ましくは0.2〜10質量%、極めて特に好ましくは0.5〜8質量%の含水量を有し、ここで含水量は、EDANA推奨の試験方式No. WSP 230.2-05 "Mass Loss Upon Heating"に従って測定する。
本製造方法に従って製造された表面後架橋された吸水性ポリマー粒子は通常、少なくとも15g/g、好適には少なくとも20g/g、好ましくは少なくとも22g/g、特に好ましくは少なくとも24g/g、極めて特に好ましくは少なくとも26g/gの遠心分離保持容量(CRC)を有する。表面後架橋された吸水性ポリマー粒子の遠心分離保持容量(CRC)は通常、60g/g未満である。遠心分離保持容量(CRC)は、EDANA推奨の試験方式No. WSP 241.2-05 "Fluid Retention Capacity in Saline, After Centrifugation"に従って測定する。
本製造方法に従って製造された表面後架橋された吸水性ポリマー粒子は通常、少なくとも15g/g、好適には少なくとも20g/g、好ましくは少なくとも22g/g、特に好ましくは少なくとも24g/g、極めて特に好ましくは少なくとも26g/gの、49.2g/cm2の圧力下での吸収性を有する。表面後架橋された吸水性ポリマー粒子の49.2g/cm2の圧力下での吸収性は通常、35g/g未満である。49.2g/cm2の圧力下での吸収性は、EDANA推奨の試験方式No. WSP 242.2-05 "Absorption Under Pressure, Gravimetrie Determination"に従って測定し、ここで21.0g/cm2の圧力の代わりに、49.2g/cm2の圧力を調整する。
本発明の実施例を、以下で図面を用いて説明する。これは必ずしも縮尺通りに示されておらず、むしろこの図面は説明のために用いるものであり、概略化された形、および/または描写しやすい形で記載されている。図面から直接明らかな教示の補完については、関連従来技術を参照されたい。その際に、本発明の一般的な概念と思想から逸脱しない限り、1つの実施形態の様式と詳細について多様な分岐および変更を実施可能なことを、考慮すべきである。明細書、図面、また請求項に開示された本発明の特徴は、単独でも、また本発明のさらなる構成について任意の組み合わせでも、重要であり得る。加えて、本発明の範囲において、明細書、図面、および/または請求項に開示された特徴のうち少なくとも2つからのあらゆる組み合わせがあり得る。本発明の一般的な概念および思想は、以下に示し、説明する具体的な実施形態の正確な形態または詳細に制限されることがないか、または請求項で特許請求した対象に比して制限されるであろう対象に制限される。記載された測定領域では、挙げられた限度の範囲内で任意の値も境界値として開示されており、かつ任意で使用可能であり、特許請求可能である。本発明のさらなる利点、特徴、および詳細については、好ましい以下の明細書、好ましい実施例、また図面から明らかになる。
ベルト式乾燥機の概略的な図を示し、ここでは第一の空気循環型ベルト式乾燥機の形態で、特に好ましい第一の実施形態に従って、搬送方向Cに沿った断面で、向流C’の方向に沿って示す。 (A)ではベルト式乾燥機の概略的な図を示し、(B)では記号により、第一の発生圧力プロファイルを示す(縮尺通りに示されてはいない)。 (A)ではベルト式乾燥機の概略的な図を示し、(B)では記号により、第二の発生圧力プロファイルを示す(縮尺通りに示されてはいない)。 (A)では、ベルト式乾燥機におけるコンベヤベルトの上方および下方での、圧力ゾーンにおける圧力状況の例を示し、(B)では記号により、第三の発生圧力プロファイルを示す(縮尺通りに示されてはいない) (A)では、圧力ゾーンを区切るため、および圧力ゾーンにおける圧力勾配領域を確定するための、直交壁の例示的な実施によるベルト式乾燥機の概略的な図を示し、(B)では記号により、第四の発生圧力プロファイルを示し(縮尺通りに示されてはいない)、(C)では、フレームを有する直交壁の前部図を示す。 概略化されたフローチャートにより、本製造方法の特に好ましい実施形態を示す。 さらなる特に好ましい実施形態によるベルト式乾燥機の概略的な図を、搬送方向Cに沿った断面で、向流C’の方向に沿った断面で示し、(X)では詳細な図を記号により、あり得る圧力勾配推移を表す(縮尺通りに示されてはいない)。
図1〜図7では、同じもしくは類似の部材、または同じもしくは類似の機能の部材について、簡略化のため、同じ記号を利用している。
図1は原則的に、ベルト式乾燥機1000を示しており、ここでは空気循環型ベルト式乾燥機の形態で形成されており、これはこの実施形態では例示的に、幾つかの乾燥機ゾーンTZによってモジュール状に構築されている。ベルト式乾燥機1000は、搬入モジュール200、乾燥機モジュール100(ここで乾燥機本体は101と呼び、複数の乾燥機ゾーンは110、120、130、140、150、160、170と呼ぶ)、および搬出モジュール300を有し、ここで搬入モジュール200および搬出モジュール300は、乾燥機本体101に属していないことが記載されている。
ベルト式乾燥機1000は、ポリマーゲル処理のために形成されており、ここで水性ポリマーゲル420は、連続的に、かつできるだけ均一に搬入モジュール200に、水平に配置されたコンベヤベルト400上に投入し、引き続き、コンベヤベルト400上で、乾燥機モジュール100を、乾燥機本体101の内部空間101iを介して、搬送方向Cで通過する。ベルト式乾燥機1000は、いわゆる一段階式乾燥機として形成されている。このようなベルト式乾燥機は、ここでは示されていない変法において、しかしながら同様に、多段階乾燥機としても、または複数工程式または多数ベルト式乾燥機として形成されていてよい。
図1に示されたベルト式乾燥機1000では、乾燥空気を、搬送方向Cに対して向流方向C’で、つまり、方向Cに沿ったポリマーゲル流に対して方向C’に沿って向流で導く。ここで、この流れを支持するために、コンベヤベルトの下部において、最前部の乾燥機ゾーン110に(ここでは第一の乾燥機ゾーン、出発ゾーンAZとも呼ぶ)、排気エレメント331、および最後から1つ前の(ここでは六番目の)乾燥機ゾーン160に、給気エレメント330が備えられている。乾燥機本体101は、内部空間101iにおいてさらなる部材で、乾燥空気の向流を向流方向C’で、搬送方向Cに対して実現するために、ここでは完全に、周囲圧力p_A(大気圧)に対する負圧p_Uがかけられる。乾燥機本体101の入口(ポリマーゲル流について述べる)101eおよび出口101aの部分的に気体透過性の構成に基づき、その内部空間101iについて、周囲圧力p_A(大気圧)が、いずれにせよ概ね、周囲への移行領域でも、つまり搬入モジュール200でも、搬出モジュール300でも、調整される。
ベルト式乾燥機1000は、連続的に担持要素および2つの偏向ローラ410Aおよび410B(このうち少なくとも1つが稼動している)によって運ばれるコンベヤベルト400を有する。ここで、コンベヤベルト400の偏向ローラ410Aの軸受けジャケット、およびこれに付属する機械的なベルト緊張装置は、投入モジュール200に存在し、ベルト式駆動部を有する稼動軸は、搬出モジュール300に存在する。ベルト式乾燥機1000のコンベヤベルト400上では、水性のポリマーゲル420がゆっくりと、互いに連続して配置された複数の乾燥機ゾーン110、120、130、140、150、160、および最後の乾燥機ゾーン170を通じて、搬出モジュール300へと運ばれる。ここでは、最後から1つ前の乾燥機ゾーン160、および最後の乾燥機ゾーン170を、搬出モジュール300前の最後の幾つかの乾燥機ゾーン310と呼び、以下ではこれについて言及する。ここで、搬出モジュール300を有する最後の乾燥機ゾーン310の数は、エンドゾーンEZと呼ばれ、以下ではこれについて言及する。最後の乾燥機ゾーン310の数は、変形例においてまた、1つ、または2つ以上の乾燥機ゾーンを含むことができる。
本発明の思想から分かるように、エンドゾーンEZの領域に、大気圧p_Aまたはこれに似た周囲圧力から、乾燥機本体101の内部空間101iにおける負圧p_Uへの大きな圧力移行部(これは乾燥機本体101の外部ではまた、さらに搬出モジュール300に存在し得る)があることは、問題であると実証されている。ここで圧力移行部は特に、最後の乾燥機ゾーン170と、搬出モジュール300との間に存在する。場合によっては粉塵またはその他の気体状放出物を伴う熱い乾燥空気が乾燥機の周囲に、不都合かつ制御できずに放出されることを回避するためには、負圧p_Uが望ましい。しかしながら負圧p_Uはまた、周囲圧力(大気圧)p_Aに対する圧力制限の結果、乾燥機本体101への不所望の不適切な空気導入および/または粒子導入を引き起こすことがあり、特に不適切な空気導入、およびこれによって一緒に運ばれる粒子の導入を引き起こす。
ここで乾燥機ゾーン110、120、130、140、150、160、170に付属するモジュールは構造的に、異形材で強化された標準鋼板から、底部壁面、側方壁面、および上部壁面として形成され、区分されている。ここで搬入モジュール200は、異形材で強化された標準底部板および側方板によって形成されている。ここで生成物投入部210は、揺動壁として形成されている。さらに、ここには示していない変形例では、分配スクリューまたは回転アーム式投入装置を利用することができる。コンベヤベルト400の上側には、水性ポリマーゲルを載せ、コンベヤベルト400を介して排出モジュール300へと搬送し、この際に生成物は、乾燥された超吸水性ポリマー420として到着する。
ここでコンベヤベルト400としては、プレートベルトが用いられる。しかしながらまた、コンベヤベルトの変法としては、チェーン輸送式ワイヤメッシュベルト、ヒンジプレートベルト、織り編みベルト、または非チェーン式で運ばれるワイヤメッシュベルト、またはこれらに似た実施形態であり、例えば金属製ではなく、プラスチック製のものも考慮される。乾燥させるポリマーゲル420(つまり乾燥させる水性ポリマーゲル、これを乾燥させて、乾燥された超吸収性ポリマーにする)は、ここで単純化のために、総じて420と呼ぶ。ポリマーゲル420を、ここで有孔コンベヤベルト400上に載せ、矢印で記載された乾燥空気により、様々な流れ方向で流すか、または貫流させる。
つまりポリマーゲル420には、向流方向C’で乾燥空気を流し、乾燥機ゾーンTZにおいて(乾燥空気を、向流方向C’に対して横向きに循環させながら)、さらに循環空気ULを貫流させる。これは、ポリマーゲル420に対して乾燥空気を十字流および向流で導くことに相当する。よってポリマーゲル420(当初はなお、水性ポリマーゲルの形態)には、コンベヤベルト400上で乾燥機本体101の内部空間101iを通じて搬送方向Cに沿って搬送される間に、乾燥空気を貫流するかまたは流し、それによって乾燥させる。乾燥空気は(好ましくは搬送方向Cに対して横方向の平面で)、循環空気ULとして送り、複数回通過させる際に、乾燥させる水性ポリマーゲル420によって、湿度によりできるだけ高い飽和度を得る。
乾燥空気の特定の割合(図1には示しておらず、図7には排気ALとして示されている)は、ベルト式乾燥機1000を、湿分による高い飽和状態で出て、これにより、ポリマーゲルから蒸発する水の量が排出される。相応する排気導管360は例示的に、図7との関連で説明されている。同様に、いずれにせよエンドゾーンEZから返送空気RLを、乾燥機ゾーンTZに返送することができ、これは搬送方向Cで見て、エンドゾーンEZの前にあり、例えば図1に示しているように、最後の乾燥機ゾーン170から返送茎RLを、最前部の乾燥機ゾーン110、120(そこでは下方から吹き込まれる)に、および130、140、150(そこでは上方から吹き込まれる)に、返送することができる。
乾燥機ゾーンTZは、測定した乾燥条件を調整するために用いることができ、目的に応じて、給気および排気は、換気構造102のフレームに割り当てられている。ここでこれは、組み込まれた、または構築された加熱レジスタ/ベンチレータ10A、10Bおよび/または熱交換機を有する。ここで、各乾燥機ゾーン110、120、130、140、150、160について、WT1、WT2、WT3、WT4、WT5で示した熱交換器が備えられている。これについてはさらに詳細な実施例が(図1に似る)、図7との関連で説明されている。
図1の実施例では、乾燥機モジュール100が、圧力ゾーンDZを有する乾燥機本体101の内部空間101iに、乾燥機ゾーン110(出発ゾーンAZ)、120、130、140、150のために、また第二の最後の乾燥機ゾーン160、170のために設けられている。全ての乾燥機ゾーン110(出発ゾーンAZ)、120、130、140、150、160、170(すなわち、ここでは圧力ゾーンDZ全体)は、実質的に負圧p_Uで稼動される。これに適合させて、測定された温度推移は、乾燥機ゾーン110(出発ゾーンAZ)、120、30、140、150、160、170に沿って、備えられていてよい。
各乾燥機ゾーンTZは、唯一の乾燥機モジュールとして実現されていてよいが、このことは必須ではない。各乾燥機ゾーンTZはまた、幾つかの乾燥機モジュールによって実現されていてよいが、このことは必須ではない。ベルト式乾燥機1000の構造的な構築が、特に仕上げの理由から、変更可能であるべき場合、モジュール状構造は利点を有することができる。ここで乾燥機ゾーン110、120、130、140、150、160、170はそれぞれ、乾燥機モジュールによって形成されており、(最後の乾燥機ゾーン170は除いて)少なくとも1つの循環空気ベンチレータ10A、10Bを、ここで有利には加熱レジスタとともに有する。ここで各乾燥機ゾーン110、120、130、140、150、160をそれぞれ、制御することができる。向流方向C’での乾燥空気(または場合によっては冷却空気)によるポリマーゲルの流れを、変化させることができる。ここで超吸収性ポリマーゲルを通る流れは、例えば前部乾燥ゾーン110、120において、下方から上方へと、または例えば、さらなる乾燥機ゾーン130、140、150では上方から下方へと行われる。図1に示したベルト式乾燥機1000の乾燥機配置はつまり、1つの、またはここで前部の乾燥機ゾーン110および120において、ポリマーゲル420を水性ポリマーゲルの形態で下方から上方に流し、引き続きさらなる乾燥機ゾーン130、140および150および160において、ポリマーゲル420を超吸収性ポリマーの形態で、上方から下方へと流すことを示している。この際に超吸収性ポリマーは、乾燥機を通じて、水性ポリマーゲルから、板状ストランドの形態での乾燥されたポリマーゲルに進む。
乾燥時間は、コンベヤベルト400のベルト速度によって影響を受け得るが、この速度は、連続的に調整可能であり得る。超吸収性ポリマー粒子の形態にあるポリマーゲル420(コンベヤベルト400上で板状のストランドを形成して、相互にぶらさがるかつ/または付着する)は、乾燥法の後に搬出モジュール300で廃棄され、板状のストランドが、破砕機410Cで破砕される。引き続き、吸水性ポリマー粒子を、場合によっては調整すべき粒径に相応して、粉砕する。搬出モジュール300は、乾燥された超吸収性ポリマー420がストランドとして、後部偏向ローラ410Bによって破砕機410C廃棄されるように備えられている。すなわち、ストランドを形成しながら一緒にぶらさがるまたは一緒にくっつく吸水性ポリマー粒子とともに、取り出し可能である。ストランドは後部の偏向ローラ410Bの領域において、破砕機410Cに滑り込む。 偏向ローラ410Aおよび410Bは、コンベヤベルト400が、搬送方向Cと向かい合って、連続ベルトとして返送されることに役立ち、再び連続ループでは、水性ポリマーゲルのさらなる搬出に役立つ。ベルト式乾燥機1000は、投入された水性ポリマーゲルが、施与された水性ポリマーゲルの状態について測定した乾燥法に供されるように調整されている。この際に、生成物のコストが削減されるべきであり、また製造法が改善されるか、または製造時間が短くなるべきである。
ベルト式乾燥機1000の後部にある図1における破線は、前述のエンドゾーンEZを記号により示しており、ここでこのエンドゾーンは、最後の1つ前乾燥機ゾーン160、最後の乾燥機ゾーン170、および搬出モジュール300を有する。ここで最後の乾燥機ゾーン170、および最後から1つ前の乾燥機ゾーン160は例示的に、幾つかの最後の乾燥機ゾーン(搬送方向Cで)について示しており、これは以下では310と呼び、好ましくは具体的には、複数の実施例図2〜図7を用いて説明されている。1つの変形例ではまた、最後の乾燥機ゾーン170のみが、幾つかの最後の乾燥機310によって取り囲まれていてよい。この場合、ベルト式乾燥機1000のエンドゾーンEZは、搬出モジュール300を有する最後の乾燥機ゾーン170のみを有していた。構造的には、最後の乾燥機ゾーン170は、搬出モジュール300と一体的に、エンドゾーンEZのフレームに形成されていてよい。
図1によれば、特に幾つかの最後の乾燥機ゾーン310の領域において、循環空気ULを、場合によって循環空気の一部とともに、ポリマーゲル420を通じて(幾つかの最後の乾燥機ゾーン310で、すでに実質的に、吸水性ポリマー粒子を含む乾燥されたポリマーゲルの形態で)、循環させる。ここで、コンベヤベルトの下部には、最後から1つ前の乾燥機ゾーン160に、給気エレメント330(1つの変形例では、場合によっては排気エレメントも)が備えられている。ここで、コンベヤベルトの下部には、最前部の乾燥機110に、排気エレメント331が備えられている(1つの変形例では、場合によっては給気エレメントも)。
ここで空気循環ベンチレータ320は、コンベヤベルト400の上方領域で使用され、これによってさらに、ポリマーゲル420を通じた循環空気ULの循環が(幾つかの最後の乾燥機ゾーン310で、すでに実質的に、吸水性ポリマー粒子を含む乾燥されたポリマーゲルの形態で)、可能である。こうして有利な乾燥法は、最後の1つ前の乾燥機ゾーン160でも補償されている。
さらに、空気取り出し導管340は、最後の乾燥機ゾーン170に統合されている。つまりさらに、最後の乾燥機ゾーン170で湿分が負荷された返送空気RLは(例えば図1に記載のように)、空気取り出し導管340によって取り出される。返送空気RLは、換気構造102のフレームに組み込まれたまたは設けられた加熱レジスタ/ベンチレータ10A、10Bおよび/または熱交換器WTによって再度、1つまたは複数の「前部」乾燥機ゾーン110、120、130、140、150、160に供給される。
特に、エンドゾーンEZへの不適切な空気導入および/または粒子導入という上記問題を解決するために、図1に示したベルト式乾燥機1000の実施形態では、乾燥機本体の内部空間101iにおける乾燥機モジュール100が、特別に形成された圧力ゾーンDZを、乾燥機ゾーン160の領域に備えている。つまり、最後の乾燥機ゾーン310について、搬出モジュール300の前に備えている。搬出モジュール300前の最後の乾燥機ゾーン310は、負圧p_Uから周囲圧力p_A(つまり、ほぼ大気圧)への圧力移行部を、搬出モジュール300に、および乾燥機本体101の外部領域に有する。この最後の乾燥機ゾーン310はまた、適切な温度推移によって稼動することができる。示された圧力ゾーンにおいて圧力移行部推移を実現するため、最後の乾燥機ゾーン310のために(ここでは、最後から1つ前の乾燥機ゾーン160で)、乾燥機本体101の内部空間101iに、1つ以上の直交壁600が、図2に示した圧力勾配領域GRADを形成するために、備えられている。
直交壁600は、図1の実施例1では、第一および第二の上部セグメント化要素601、602を、コンベヤベルト400の上方に有し、第一および第二の中央部セグメント化要素604、606を、コンベヤベルトの間に(すなわち、搬送方向Cで動く上部部材と、搬送方向に向かい合って動く、すなわち向流方向C’で動く下部部材との間に)有し、第一および第二の下部セグメント化要素605、607を、コンベヤベルト400の下方に有する。しかしながらまた、例えば1つの変形例では、直交壁600を、すでに第一の上部セグメント化要素601のみによって形成することも可能である。基本的にはこれによってすでに、不適切な空気導入および/または粒子導入という上記問題を減少させるための、圧力移行推移の所望の効果を実現することができる。
以下では例示的に、好ましい上部セグメント化要素601、602(短縮して直交壁600のセグメント化要素と呼ぶ)を参照する。直交壁600は、少なくとも1つの上部セグメント化要素601、602、および任意で1つまたは複数のさらなる中央部セグメント化要素604、606、および/または1つまたは複数の下部セグメント化要素605、607を有することができる。
特に、ここには示していないベルト式乾燥機の1つの変形例のために、コンベヤベルトは、乾燥機本体101の外部で返送することができる。この場合、場合によって可能な中央部の、および/または特に場合によって可能な下部セグメント化要素604、605は、より必要でなくなるか、または比較的不要となることが、実証されている。
一般的には、乾燥機本体101においてコンベヤベルト400の上方に自由体積の大部分が存在することに基づき、上部のセグメント化要素、つまり例えば第一および第二の上部のセグメント化要素601が、最も効果的に有効であると考えることもできる。つまり、乾燥機本体101の内部空間101iを、1つまたは複数の圧力ゾーンDZに分割するため、またはさらにもしくは代替的に、乾燥機本体101の内部空間101iにおいて圧力ゾーンDZを分割するためである。このために例示的に、図2に、圧力ゾーン領域DZT1およびDZT2が記号により示されている。
ここには示されていない変形例ではまた、乾燥機ゾーン160、170のための第二の(後部の)圧力ゾーン、および乾燥機ゾーン110、120、130、140、150のための第一の(前部)圧力ゾーンを設けるために、最後から1つ前の乾燥機ゾーン160において、給気エレメント330(1つの変形例ではまた、排気エレメント)、および空気循環ベンチレータ320を利用することができる。
図2を参照すると、1つまたは複数の直交壁600(ここでは場合によって、唯一の記号によって示された(上部の)セグメント化要素601、図1と同様に記載されている)によって、圧力ゾーンDZ(または先に記載した、変形例の後部圧力ゾーン)のために、圧力ゾーンDZのポリマーゲル入口100Aとポリマーゲル出口100Bとの間にある圧力プロファイルDPが、調整される。圧力プロファイルDPは、圧力ゾーンのポリマーゲル入口100Aおよびポリマーゲル出口100Bの圧力水準に相応して、ポリマーゲル出口100Bにおける、大気圧p_Aに対する第二の圧力差ΔpBが、ポリマーゲル入口100Aにおける、大気圧p_Aに対する第一の圧力差ΔpAよりも低いように調整される。
この場合(図1も図2も)、さらに、後部圧力ゾーン部分領域DZT2を、最後の、および最後から1つ前の乾燥機ゾーン170、160に割り当てることができ(一般的には、最後の乾燥機170を含む最後の幾つかの乾燥機に)、前部の圧力ゾーン部分領域DZT1は、前部の乾燥機ゾーン110、120、130、140、150に割り当てることができる。さらなる説明のために図2では、その下部で例示的に、簡略的に、乾燥機本体101の内部空間101iによって形成される圧力プロファイルDPが示されており、これは特に、圧力ゾーンDZのポリマーゲル入口100Aとポリマーゲル出口100Bとの間に圧力勾配領域GRAD1を有し、ポリマーゲル出口に圧力勾配領域GRAD2を有する。圧力勾配領域GRAD1は、圧力ゾーンDZにおける内部の直交壁としてのセグメント化要素601における圧力推移に基づき、第一の圧力段階DS1の結果、またはこれに似た圧力推移の結果、生じる。圧力勾配領域GRAD2は、圧力ゾーンDZにおける外部の直交壁としてのポリマーゲル出口100Bにおける圧力推移に基づき、第二の圧力段階DS2の結果、またはこれに似た圧力推移の結果、生じる。
エンドゾーンEZのためのセグメント化要素601は図1のように(一般的には、最後の乾燥機ゾーンを含む幾つかの最後の乾燥機ゾーン310のために、搬出モジュール300の前で)、基本的には圧力ゾーンDZのためにも(これは図7を用いて説明されている)、備えられていてよい。相応する調節または制御センサ技術によって、基本的にはまた、圧力ゾーンDZをコントロールゾーンまたは制御ゾーンとして、いずれにせよ乾燥工程について既定の圧力を形成することができ、場合によってはまた、乾燥プロセスについて所定の温度を形成することもできる。
図2ではまず実際に、乾燥機本体101の内部空間全体が、入口および出口(101e、101a)の間に、その下に示されている圧力プロファイルDPを有する圧力ゾーンDZとして形成されている。圧力プロファイルDPは基本的に、ポリマーゲル入口100Aにおける給気エレメント330の位置付けに基づき、第一の内圧の相応する圧力水準によって入口圧力として得られ、ポリマーゲル出口100Bにおける空気取り出し導管340の位置付けに基づき、第二の内部圧力の相応する圧力水準によって出口圧力として得られる。図2における下部での概略的な説明は、乾燥機本体101の内部空間101i内部で圧力プロファイルDPとして、乾燥機本体101の入り口および出口(101e、101a)の間で生じる圧力推移を、ポリマーゲル入口およびポリマーゲル出口(100A、100B)との間で、すなわち具体的には前部の第一の圧力ゾーン部分領域DZT1と、後部の第二の圧力ゾーン部分領域DZT2と、ポリマーゲル出口100Bにおける圧力勾配領域GRAD2の間での圧力勾配領域GRAD1で発生する圧力移行推移によって、示している。
これに関して、ここで例示的に生じる、乾燥機本体101の内部空間101iにおける負圧p_Uはまず、入口101eで、例えば−1.5mbarであり、それから最後の乾燥機310の終端に向かって、エンドゾーンEZにおいて搬出モジュール300へと移行して、まず圧力勾配領域GRAD1で上昇し、それから圧力勾配領域GRAD2における出口101aへと上昇する。これは、圧力段階DS1とDS2でGRAD1およびGRAD2と記された破線によって説明されている。実際に、乾燥機本体101の内部空間101iの長さの大部分にわたって、ほぼ一定に(やや上昇しながら)、−1.5barの負圧が存在し(やや上昇しながら、記載した通り)、最後の乾燥機ゾーン310のポリマーゲル出口100Bで、周囲圧力に対して圧力勾配領域GRAD2を調整する。しかしながら、より大きな急激な上昇(これは問題のある不適切な空気導入につながる)については、回避されている。これは特に、圧力勾配領域GRAD1において、圧力段階DS1で、セグメント化要素601に基づいてすでに、圧力上昇によって発生する圧力移行推移が、達成されるからである。
スロットル(例えば図7における710)の入口調整および出口調整(例えば図7における720)によって、さらに、つまり圧力プロファイルDPを、穏やかな上昇によって調整することができ、これによって、搬出モジュール300前で、エンドゾーンEZにおける最後の乾燥機ゾーン310のポリマーゲル出口100Bにおけるセグメント化要素600が無い場合、最大大気圧までの完全な振幅による圧力の急上昇が存在したことだろう。むしろ破線は、ポリマーゲル出口100Bに、減少した圧力勾配領域GRAD2を認めることができる。
図2と非常によく似た形で、上記説明を参照して、図3に記載の実施例でも実際に、乾燥機本体101の内部空間全体が、入口および出口(101e、101a)の間に、その下に示されている圧力プロファイルDPを有する圧力ゾーンDZとして形成されている。図3によれば、ポリマーゲル入口100Aとポリマーゲル出口100Bとの間に、(搬送方向Cで)後部の第三の圧力ゾーンDZT3が、そして中央部の第二の圧力ゾーン部分領域DZT2が最後の乾燥機ゾーン310の領域で搬出モジュール300の前に、そして(搬送方向Cで)前部の第一の圧力ゾーン部分領域DZT1が、形成されている。圧力段階DS1、DS2、DS3、およびこれに付属する圧力勾配領域GRAD1、GRAD2、GRAD3を有するこの特別な圧力プロファイルは、図3に従って、セグメント化要素601を有する直交壁600、およびセグメント化要素602および振り子板603を有する直交壁600’に基づき、形成される。つまり、中央部の第二の圧力ゾーン部分領域DZT2と、後部の第三の圧力ゾーン部分領域DZT3との間にある直交壁600に基づき、向流方向C’で周囲圧力p_Aから負圧p_Uへと適切に平坦化された圧力勾配が、圧力ゾーンDZにおいて形成されている。この原理は、乾燥機本体101の内部空間全体101iについて拡張されている。つまり、中央部の第二の圧力ゾーン部分領域DZT2と、前部の第一の圧力ゾーン部分領域DZT1の間で、乾燥機本体101の内部空間101iにおいて、さらなる直交壁600’を相応して分割することにより、拡張されている。
そのために、さらに図3を参照して、搬入モジュール200を有し、コンベヤベルト400を有し(これがポリマーゲル420を輸送する)、乾燥機モジュール100を有し、搬出モジュール300を有し、最後の乾燥機ゾーン310の領域を有するベルト式乾燥機1000が、記載されている。最後の乾燥機ゾーン310の領域は、特別な中央部の第二の圧力ゾーン部分領域DZT2、および後部の第三の圧力ゾーン部分領域DZT3(これらは、板またはこれに似たセグメント化要素601を有する直交壁600によって分離されている)を有し、これによって圧力移行推移は、圧力勾配領域GRAD2を有する第二の圧力段階DS2の形態で、形成される。乾燥機ゾーン310の前の領域は、特別な前部の第一の圧力ゾーン部分領域DZT1を有し、これは中央部の第二の圧力ゾーン部分領域DZT2から、セグメント化要素602および不利個板603を有する直交壁600’によって分離されており、これによって圧力移行推移は、圧力勾配領域GRAD1を有する第一の圧力段階DS1の形態で、形成される。
ポリマーゲル420は、偏向ローラ410Bで廃棄され、破砕機410Cへと落下する。摩擦、破砕、またはこれに似た破壊および摩耗作用によって生じる粒子および微粒子は通常、(直交壁600、600’無しで)、搬出モジュール300と、p_Uとの間での、周囲圧力p_Aの圧力差に基づき、乾燥機本体101の内部区間101iで、乾燥機本体101の乾燥機本体101iにおける不適切な空気によって、吸い込むことができる。向流方向Cでの乾燥空気の向流を支持するための負圧p_Uは、(例えば図2の実施形態で)また、図3の実施形態でも、給気エレメント330および排気エレメント331によって調整できる。
粒子および微粒子の導入は、ここに示された601、602、603のセグメント化要素のさらなる有利な装置によって、直交壁600、600’で、圧力プロファイルDPを平坦化しながら防止され、しかしながらいずれにせよ、明らかに減少される。直交壁600、600’によって減少された、乾燥機本体101のポリマーゲル出口における大気圧に対する第二の圧力差ΔpBは、乾燥機本体101のポリマーゲル入口100Aにおける大気圧に対する第一の圧力差ΔpAよりも基本的に小さい。
ポリマーゲル出口100Bにおける大気圧に対する圧力差ΔpB(搬送方向で、向流C’でのガス導入)は、排気エレメント331にある(1つの変形例では場合によってまた、給気エレメント)入口101eでのスロットルの入口位置によっても、また乾燥機本体101の内部空間101iの出口101aにおける給気エレメントにおけるスロットル出口位置によっても、調整される。
ここで乾燥機本体101の内部空間101iはつまり、第一および第二のセグメント化要素601、602を有する第二の直交壁600、600’を、内部空間101iを空間的に区分けするために有し、これによって周囲圧力p_Aに対して何回も平衡化された圧力プロファイルが、相応する3つの圧力勾配領域GRAD1、GRAD2、GRAD3、および第一の圧力平坦部、および第二の圧力平坦部によって(少なくとも2つの平坦状圧力水準)、形成することができる。圧力プロファイル、つまり3つの圧力勾配領域であるGRAD1、GRAD2、GRAD3が実現されており、このうち圧力ゾーンDZのポリマーゲル出口100Bに存在する圧力勾配GRAD3は、大気圧に対してここでも図2のGRAD2の勾配と比べて、ますますずっと低い。
図3の下部ではさらに、調整された圧力プロファイルDPが、概略的に示されている。 ここでは破線は、−1.5mbarで始まる例示的な負圧p_Uを示す。破線は、大気圧または0mbarでの負圧p_Aを示す。大気圧に対して、後部圧力ゾーンDZの第一の前部領域における圧力差、および後部圧力ゾーンの第二の後部領域における圧力差が存在し、これは第一の領域における圧力差よりも低い。よって、セグメント化要素601によって、圧力ゾーンDZのポリマーゲル出口100Bにおける周囲に対する圧力差を減少させることができ、これによって、不適切な空気導入および、それに伴う超吸収性微粒子および超微粒子の導入を減少させることができる。
大気圧p_Aに対する第二の圧力差ΔpBが、圧力ゾーンDZのポリマーゲル出口100Bで形成され、ここでは(尺度の観点で)−1mbar未満であり、つまり0mbar〜−1mbarの間である。搬送方向Cに沿って空間的に非常に拡大された領域では、乾燥機モジュール100の内部空間101i全体、例えばここで圧力ゾーンDZを形成することができる。搬送方向Cに沿って空間的に狭い領域では、1つの変形例において、圧力ゾーンはまた、幾つかの乾燥機ゾーンを全く含まなくてもよく、または唯一の乾燥機ゾーンのみが、乾燥機本体101の一部として、圧力ゾーンDZを形成する。このための1つの例は、図7によって説明されている。
直交壁600、セグメント化要素601、602は(ここでは例示的に記載)、一体的な板または要素によって、ここでは例示的に振り子板603によって、しかしながらまた別のやり方で形成されていてよい。これによって、連続的なベルト移動部400では基本的に、生成物の高さ、およびベルトの速度が、いずれにせよ調整された圧力プロファイルに対して大きな愛嬌を与えること無く、設定される。
ここで、圧力ゾーンDZに付属する乾燥機ゾーンTZは(ここでは、乾燥機モジュール100の乾燥機本体101として示されている)、ベルト式乾燥機の乾燥機ゾーン170を、搬出モジュール300の前に有し、これによって圧力プロファイルは、最後の乾燥機ゾーンを含むエンドゾーンEZに形成される。
この際にはまた、圧力プロファイルが、エンドゾーンEZにおいて、好適には低下した温度で形成されることがあり得、これによって最後の乾燥機ゾーン(ここでは例示的に夏交換ユニット無し)は、ポリマーゲルのさらなる温度上昇無しで、つまり冷却ゾーンとして形成される。
直交壁600は、圧力差をもたらすセグメント化要素601を有し、この要素は部分的に開放されていてよく、場合によってはまた、上方からのみ垂れ下がって形成されていてよい。この要素は側壁に、またはカバーに固定されて設置されていてよく、または有孔板から成っていてよい。また、格子または振り子板もあり得る。この際に、セグメント化要素601のセグメント化作用は、圧力プロファイルに対する内壁によって、後部圧力ゾーンDZの第一の前部領域と、後部圧力ゾーンDZの第二の後部領域との間で生じる。この際、セグメント化要素601および調整すべきポリマーゲル充填密度に応じて、高さ調整可能な装置が考えられ、これによってセグメント化要素601が、高さ調整可能になる。
図4および図5では、各圧力、圧力領域、およびセグメント化要素の距離が記載されている。図4は、乾燥機本体101の内部空間101iについて一般的に圧力ゾーンDZを、好ましくは先に説明したエンドゾーンEZの領域で搬出モジュール300の前に、例えば幾つかの最後の乾燥機ゾーン310、またはこれに似た周囲のために、断面(A)で概略的に示す。図4における断面(B)では、圧力移行推移のプロフィールが、圧力ゾーンDZに示されている。
内部空間101iには、図4によって例えば最大−8mbarの負圧が規定されている一方(別の実施では、負圧は完全に少なくとも−20mbarもしくは−30mbarまで、またはそれより多い)、周辺ではp_A=0mbarの周囲圧力が存在する(大気圧に対して測定)。先に説明した1つまたは複数の直交壁600という構成を有する圧力ゾーンDZは、圧力区画推移の形成を用いて、すなわち、大気圧までの圧力ゾーンDZの差によって、圧力ゾーンDZにおいて内部空間101iで存在する負圧p_Uを比較的段階的に適合させることを可能にする。好ましくは、(乾燥機本体の内部空間101iでそれぞれ特定の圧力プロファイルDP、DP’を有する)少なくとも1つの圧力ゾーンDZが1つまたは複数の圧力ゾーン部分領域DZTに分割されている。強すぎる圧力勾配、および/または高すぎる圧力振幅は、圧力ゾーンDZの境界部において、搬送方向Cで、または向流方向C’で、避けるべきである。こうして、特にまた図1〜図3について記載した最後の乾燥機ゾーン310も、不適切な空気および/または粒子および/または微粒子または超微粒子が、周囲から内部空間101iに吸い込まれる傾向を回避することができる。
例示的に図4の(A)では、圧力プロファイルDP、DP’を有する圧力ゾーン(DZ)(場合によって、複数の圧力ゾーンからの選択肢として)が、(B)ではポリマーゲル入口100Aとポリマーゲル出口100Bとの間に、示されている。圧力プロファイルDP、DP’は、内部空間101iの隣接領域へと続く。
圧力ゾーンDZのポリマーゲル入口100Aには、第一の内部圧力が、入口圧力p_eとして、すなわち、コンベヤベルト400の上方でp_e=−3.5mbarの負圧として存在する。図4の(B)における、負圧p_Uから周囲圧力p_Aへの圧力プロファイルDPの点線で示した圧力移行推移から明らかなように、圧力ゾーンにおける圧力は、入口圧力p_eから、圧力ゾーンDZのポリマーゲル出口100Bにおける出口圧力p_aとしての第二の内部圧力に、すなわち、p_a=−2.5mbarの負圧に上昇する。これは、0mbarでの周囲圧力までのなおも僅かに減少した差を占める(内部空間101iでの約−8mbarでの、0mbarでの周囲圧力までの前述の一般的な負圧p_Uの差に比べて)。ここで圧力ゾーンDZは、直交壁によって、搬送方向Cに対して横方向に、乾燥機本体101の内部空間101iで区切られている。これは、相応する圧力勾配領域を規定し、これは一般的にはGRADと呼ばれている。空気を内部空間へと導く要素、および空気を内部空間から排出する要素を配置することにより(例えばさらに以下で記載する、ポリマーゲル入口100Aにある排気エレメント3311、またはポリマーゲル出口100Bにある給気エレメント330)、内部空間101iにおける圧力水準を規定し、こうして圧力を調整する。
ここで、コンベヤベルトおよびポリマーゲルを介した圧力損失は例えば、Δρ=約2mbarである。圧力ゾーンDZのポリマーゲル入口100Aにおける入口圧力、および圧力ゾーンDZのポリマーゲル出口における出口圧力は相応して、コンベヤベルト400のもとでp’_e=−5.5mbar、およびp’_a=−4.5mbarであり(破線で示した、周囲圧力p_Aに対する負圧p’_U=−8mbarから周囲圧力p_Aへの圧力プロファイルDPの圧力移行推移から明らかなように)、圧力ゾーンにおける圧力は、p_a=−4.5mbarの圧力ゾーンDZのポリマーゲル出口100Bにおける出口圧力まで上昇する。これは、0mbarでの負圧p_Aまでのなおも僅かな差を占める。
図4とは変えた圧力プロファイルDP、DP’は(図5の下部(B)に示したように)、上記例示的に説明した思想に従って形成することができる。つまり、図4の圧力プロファイルDP、DP’は、さらに変えることができる。これは(図5の上部(A)で示したように)、1つまたは複数の直交壁600によって、特に上部セグメント化要素601、602によって、および/または1つまたは複数の直交壁600、特に上部セグメント化要素601、602によって、また中央部および下部のセグメント化要素604、605によって行われる。これについて、先に説明した、図5の下部(B)で例示的に示した、圧力ゾーンDZにおける1つまたは複数の圧力ゾーン部分領域DZTは、各圧力ゾーン部分領域DZTに、圧力ゾーンDZの圧力プロファイルDP、DP’の圧力区画推移が存在するように設けられていてよい。圧力区画推移は、図5の下部に概略的に示した圧力勾配領域によって分割されており、ここではGRAD1、GRAD2、およびGRAD3と呼ぶ。これは、直交壁600、600’における圧力損失に基づき生じ、例えば圧力段階、圧力ランプ、またはこれに似た圧力推移の形態で発生する。このために図5は、上部で概略的に、(搬送方向Cで、または向流方向C’に対して)ポリマーゲル入口およびポリマーゲル出口100A、100Bにおいて圧力ゾーンDZを区切るための、それぞれ上部、中央部および下部のセグメント化要素601、604、605を有する2つの直交壁600を示している。さらに、圧力ゾーンDZ内部で、圧力勾配領域GRAD1、GRAD2を形成するための、2つの直交壁600’が示されている(例えば図2、図3または図4の下部でそれぞれ説明したのと同様)。直交壁600’は、それぞれセグメント化要素602および振り子板603によって、コンベヤベルトの上方に形成されている。セグメント化要素601は、先に説明したように高さ調整可能であってよく、特に、これがポリマーゲル420の層厚に対して通過するように調整することができる。ここで、上部セグメント化要素601の最下端は、ポリマーゲル420の表面に対してD=30cm、特に20cm、また少なくともD=10cmの距離を保つ。最上部のセグメント化要素は、隔壁であるのが好ましい。上部セグメント化要素602、603の最下端は好ましくは、ポリマーゲル420の上面に対してd=20cm、少なくともまたd=5cmという、少なくとも1つの距離を保つ。上部セグメント化要素602、603は、振り子板であるのが好ましい。基本的にはまた、d=0cmでもあり得る。最終的な最小距離を有する振り子板の自由振り子が、好ましい。ポリマーゲル420の上面とは基本的に、稼動に従って調整される、ポリマーゲル420の実際の上端の平均的な水準と理解される。
好ましくは、ベルト式乾燥機100の稼動において、層厚、つまり平均的な水準は、処理量と、コンベヤベルト400のベルト速度とを調節しながら、調整する。このためにはまた、ここには示されていない、層厚平均化のためのレールを利用することもできる。好ましいさらなる構成において、上部セグメント化要素601、602、603の最下端の距離は(場合によっては先に説明したやり方で、処理量に応じて)、基本的には乾燥機本体101iの前部領域で(つまり例えば、図1に示した出発ゾーンAZの領域で)、乾燥機本体101iの後部領域(つまり、例えば図1に示した最後の乾燥機ゾーン310またはエンドゾーンEZの領域)における距離よりも大きい。これによって好ましい方法で、超吸収性ポリマーゲル420をコンベヤベルト400上で、乾燥機本体101iの前部領域で、乾燥機本体101iの後部領域よりもなお湿った状態にすることを、考慮することができる。
距離D、dは、向流C’での乾燥空気の充分な向流の実現を保証し、その一方で圧力勾配領域GRADの例に従った圧力移行推移を、前述のように形成することを可能にする。
基本的に、セグメント化要素601、602は、乾燥機本体101の内部空間101iにおいて、すなわち特にその壁に、溶接されていてよい。しかしながら、セグメント化要素601、602と、乾燥機本体101との間の結合は、比較的高い温度差、および温度変動にさらされることが判明している。これにより、一方ではセグメント化要素601、602の絶対的な膨張率が異なること、また乾燥機本体101の絶対的な膨張率が異なることに基づき、溶接結合における比較的高い熱応力につながる。
セグメント化要素601、602、および乾燥機本体101の間の結合を、図5の上部(A)および(C)で記号により示されたフレーム700によって実現することが、有利であると実証されている。これは好ましくは、材料結合で強固に(例えばここに示したように)、乾燥機本体101とのみ、またはセグメント化要素601、602とのみ、結合されている。
フレーム700が材料結合によって強固に、乾燥機本体101とのみ結合している場合、フレーム700には、直交壁600、600’、またはセグメント化要素601、602、603、604、605が設けられていてよい。セグメント化要素601、602、603、604、605のフレーム700への設置は、遊びSのもとで、好適にはねじ結合によって、例えば縦穴で行う。基本的には1つの変形例において、フレームが材料結合によって強固に、セグメント化要素601、602と結合されていれば、フレームには乾燥機本体101のところに、遊びが設けられていてよい。乾燥機本体101におけるフレームの設置はこの場合、遊びのもと、好適にはねじ接続によって、例えば縦穴で行う。
遊びSのもとでのフレームにおけるセグメント化要素601、602の設置は(ここに示したように)、セグメント化要素601、602、603、604、605、および乾燥機本体101についてある程度の相対的な延長を保証しており、これによって結合箇所での引張応力は、低く保たれている。結合は、比較的長寿命である。溶接の継ぎ目がある場合には、引張応力が掛からない。
以下、図6との関連で、乾燥工程S3を有する吸水性ポリマー粒子を製造するための製造方法を、一般的に説明する。方法工程S1Aでは、水性モノマー溶液または懸濁液のモノマー調製を行い、これは、さらなる開始剤、添加剤、または返送生成物を添加することによって、方法工程S1における重合プロセスに一緒に到達する。重合が終了した後、水性ポリマーゲルの状態にある超吸収性ポリマーのゲル調製を、方法工程S2で行う。その後、ポリマーゲル420の水性ポリマーゲルを、コンベヤベルト400上に、搬入モジュール200のところでもたらし、方法工程S3では、ポリマーゲル420の乾燥を行い、吸水性ポリマー粒子の超吸収性ポリマーにする。先に説明した、圧力ゾーンにおける圧力勾配領域GRADを有する圧力移行推移の改善された圧力プロファイルの利点は、廃棄生成物の最小化である一方、およびこれと関連してメンテナンス作業または清浄化の最小化であり、このことはコスト削減につながる。さらに、汚染が少なくなることに基づき、乾燥品質がより一定になり、これと関連してまた、ポリマーゲル品質、例えば粒径の変動が、原則的に最小化されている。方法工程S3における乾燥後、方法工程S4での吸水性ポリマー粒子の粉砕後に、方法工程S5で吸水性ポリマー粒子のいわゆるサイジングを行い、いわゆるベースポリマーにする。サイジングが行われた、既定の粒子を有するベースポリマーの粒径は、方法工程S6での後反応に移す。この方法工程では、さらに別の添加剤を方法工程S6Aで添加する。その後、方法工程S7において再度、超吸収剤の最終生成物において特定の粒径を確立するために、最終生成物のサイジングを行う。引き続き、超吸収剤の包装を行う。廃棄生成物として発生する超吸収剤の微粒子および超微粒子は、重合工程において方法工程S1Bを介して、方法工程S1に移され、これによって、特に、方法工程S5およびS7から再び回収される。工程S3で生じる廃棄物は、廃棄しなければならない。
図7は、乾燥機本体101および換気構造102を有する乾燥機モジュール100を概略的に示す。換気構造102は、図1のように空気取り出し導管340を、また空気返送導管350を有し、これらは乾燥機本体101に接続されている。乾燥機モジュール100を形成するために、乾燥機本体101には(図1のように)、相応する空気循環ユニット320(ここではベンチレータ)を有する換気構造102が、または部分的には給気エレメント330(ここでは弁、または他の種類のスロットル)が、必要であれば(基本的には、できる限り抵抗の無い、すなわちスロットル調整の無い空気供給が好ましい)、設置かつ/または設けられている。空気返送導管350は、先に説明した種類の一連の内部構造物(つまりここでは、熱交換器352によって、返送空気RLおよび/または新鮮な空気FLを循環させるためのベンチレータ351)を有する。
さらに、図7に概略的に示したベルト式乾燥機1000では、換気構造102の排気導管360が、湿分が付加された排気ALを送るために備えられており、これは、返送のために備えられているのではなく、放出スロットル362によって周囲に排出される。排気導管360は同様に、内部構造物、例えばベンチレータ361を、湿分が負荷された排気ALを1つ以上の乾燥機ゾーンTZi(i=1..5)から吸引するために有し、これは図7には、詳しくは記載されていない。排気ALは、廃棄スロットル362を介して周囲に排出することが、意図されている。乾燥機本体101の搬出モジュール300前にある幾つかの最後の乾燥機ゾーン310が示されており、好ましい圧力ゾーンDZ_nを形成し、その圧力移行推移は、圧力勾配領域GRADの好ましい圧力プロファイルによって、詳細にはXで拡大されて、示されている。
幾つかの最後の乾燥機ゾーン310は(先に説明した実施形態の場合のように)、空気循環ベンチレータ320、および給気エレメント330を有し、これはここでは例示的なものとして理解されるべきである。ここに示されていない1つの変形例ではまた、複数の空気循環ベンチレータ320および/または給気エレメント330、または熱交換器も、それぞれ詳細には示されていない乾燥機ゾーンTZに、備えられていてよい。この場合、各乾燥機ゾーンTZnには、圧力ゾーンDZn(ここでは、i=1、3、n−2、n)が割り当てられるか、または複数の最後の乾燥機ゾーン310に、前述の特に好ましい圧力ゾーンDZnが割り当てられている。
さらに、最後の乾燥機ゾーン310のうちの1つから、搬送方向(C)と向かい合って、その前に存在する乾燥機ゾーン(図1では例示的に、乾燥ゾーン130である)へと乾燥空気を、返送空気RLとして返送することが可能である。それと言うのも、最後の乾燥機ゾーン310のうちの1つの乾燥空気には、比較的僅かな湿分しか負荷されていないからである。返送によって、エネルギー効率良く温かい乾燥空気を、搬送方向Cに対して前部の1つまたは複数の乾燥機ゾーンに導入することができる。このために、スロットル弁として示された第一のスロットル342が、返送空気スロットルを形成するために空気取り出し導管341に、第二のスロットル343(後者は場合によっては、バイパス導管への返送空気バイパススロットルを形成するために)が、備えられている。総合スロットルとしての第三のスロットル344は、空気返送ライン354のための空気取り出しライン341に設けられており、返送空気RLの流れを制御する。第四のスロットル345は、空気供給バイパススロットルを形成するために(さらなるバイパス導管で、空気供給バイパスを形成するために)、すなわち周辺から給気を、空気返送ライン354に導入するために、配置されていてよい。
図7に記載されたベルト式乾燥機100では、乾燥機本体101の内部空間101iが、コンベヤベルト400の搬送方向Cに沿って、1つより多い圧力ゾーンDZ、つまり幾つかの圧力ゾーンDZiに分割されており、ここで図7には、例えば6つまたは7つの圧力ゾーンDZi(i=1、3、n−2、n、ただしnは任意、例えばn=7)のうち4つが、異なる実施で例示的に記載されている。
図7のベルト式乾燥機1000では、圧力ゾーンDZiはそれぞれ、1つまたは複数の幾つかの(例えば4つまたは5つ)の熱交換器WT1、WT3、WTn−2、WTn−1、WTnを備える。これらは例えば、それぞれ乾燥機モジュールの一部であってよく、これはその他の乾燥機モジュールによって組み立てることができる。圧力ゾーンDZiの分割は、先の図1〜図6を用いて圧力推移から得ることができ、例えば機能的および/または構造的に圧力または圧力推移を調整するために、実現されていてよい。特に、幾つかの圧力ゾーンDZ1、DZ3、DZn−2、DZn−1、DZnへの分割は、図7によって例示されたように生じる。そこでは、空気を内部空間に導く要素(例えば空気循環ベンチレータ320、またはこれに似た給気エレメント)の配置、および空気を内部空間から排出する要素(例えば排気スロットル363、またはこれに似た排気エレメント)の配置が示されており、これは内部空間における圧力水準を規定し、よって圧力を調整する。図1および図2にはこのために、例えば給気エレメント330、および排気エレメント331が示されており、これによって、内部空間101iにおける圧力水準が調整され、よって圧力が調整される。従って乾燥機本体の内部領域は、1つまたは複数の、場合によっては圧力調整可能な、特に制御可能な領域に、つまりここに記載された圧力ゾーンDZi(i=1..n)に、分割されていてよい。
ここに例示的に挙げた方法では、複数の(図には示されていない)乾燥機ゾーンTZi(i=5)が、圧力ゾーンDZn、SZn−1を形成するために、まとめられていてよい。各圧力ゾーンDZのためには、ここでは詳細には示さない温度センサ、特に圧力センサが設けられていてよく、これは測定点としてのみ、またはさらにもしくは代替的に、制御センサおよび/または調節センサとして役立ち得る。さらにまた、各圧力ゾーンDZ_n、DZ_n−1、少なくとも1つの給気エレメント330、および/または排気エレメント331は、例えば、それぞれ空気循環ベンチレータ320および/または排気スロットル363またはスロットル弁などを、有することができる。
搬送方向Cで前部の圧力ゾーン(ここでは例えばDZ1およびDZ3で示されている)はそれぞれ、例えば図7に示されているように、それぞれちょうど1つの乾燥機ゾーンTZにわたって広がっている。ここでこれらは、2つの熱交換器WTを有する圧力ゾーンDZ1として、3つの熱交換器WTを有する圧力ゾーンDZ3として、5つの熱交換器WTを有する圧力ゾーンDZ_n−2として、および4つの熱交換器WTを有する圧力ゾーンDZ_n−1として実施されている。さらなる特に好ましい圧力ゾーンDZn(これは最後の乾燥機ゾーン310に割り当てられている)は、熱交換器WT無しで実施されている。幾つかの最後の乾燥機ゾーン310に割り当てられた圧力ゾーンDZnは、最後の乾燥機ゾーン310にわたって広がる(空気循環ベンチレータ320および給気エレメント330によってもたらされる空気循環とともに)。
圧力ゾーンDZ3によって例示的に、あらゆる圧力ゾーンが、圧力ゾーン境界部を有することが説明され、ここで圧力ゾーン境界部は、直交壁QWeによって乾燥機ゾーンTZのポリマーゲル入口に、および直交壁QWaによって乾燥機ゾーンTZのポリマーゲル出口に、内部空間で、コンベヤベルトの搬送方向Cに対して横方向に形成されている。ここで圧力ゾーンD3の圧力ゾーン境界部はまた、詳細には示されていないポリマーゲル入口に配置された、第一の空気案内開口部LF1によって特徴付けられ、これは排気ALのための排気導管360へと合流する。さらに、ポリマーゲル出口における圧力ゾーンDZ3は、そこに配置された空気案内開口部LF2によって区切られ、ここでこれは、圧力ゾーンDZ3への、空気返送導管350の空気供給区画370にある合流部を示している。空気案内開口部LF1、LF2はそれぞれスロットルを有し、ここでこれらは、入口スロットル710および出口スロットル720によって示されている。よって、上記説明はまた、図7に記載された、出発ゾーンAZの形態での、搬送方向Cにおいて最前部の(すなわち最初の)、乾燥機本体101の圧力ゾーンDZ1についても、当てはまる。相応して、入口側の空気案内開口部LF1は、入口スロットル710によって、出口側の空気案内開口部LF2は、出口スロットル720によって示されている。
このような前部の圧力ゾーンはともに、直接相互に隣接していてよい。しかしながらこれらはまた、例えばここでDZ1、DZ3が、つまりここでは、詳細には示されていない第二の圧力ゾーンによって、隔てられていてよい。例えば、一般的には、2つの前部の圧力ゾーンが、任意の幾つかの乾燥機ゾーンを有するさらなる圧力ゾーンによって、またはそれぞれ1つの任意の乾燥機ゾーンを有する複数の乾燥機ゾーンによって、隔てられていること、および結合されていることがあり得る。その間にある圧力ゾーン、例えばここでは詳細に示されていない第二の圧力ゾーンは、少なくとも1つの乾燥機ゾーンを有する。
第一の圧力ゾーンDZ1も、第三の圧力ゾーンZ3もここでは、乾燥機本体101の内部空間に、直交壁QWiとして形成されている内壁を有する。このように圧力ゾーンDZにおいて直交壁として形成された直交壁QWiは、ここで先に説明した直交壁600の形態で形成されており、セグメント化要素601、602、604、605を有することができる。セグメント化要素603は例えば、振り子板603として形成されていてよく、かつ/または上部セグメント化要素601、602は、高さ調整可能であり、コンベヤベルト400の上方に設けられていてよい。よって直交壁QWiは、圧力ゾーンDZにおける内壁として、先に説明したやり方で、圧力ゾーンDZ1、DZ3において圧力勾配領域GRADを形成するために、適している。圧力勾配GRADはそれぞれ、第一の圧力ゾーンDZ1または第三の圧力ゾーンのポリマーゲル入口100Aおよびポリマーゲル出口100Bの間に存在し、それぞれ、内壁QWiの領域に圧力段階を有する。
これに相応して、圧力推移は、例えば図2〜4の下部を参照すると、内壁を形成する直交壁QWiにおける圧力段階によって調整することができ、これによって(例えば図4について説明したように)、第一の内部圧力が入口圧力p_eとして、それぞれ圧力ゾーンDZ1、DZ3の前部領域に存在し、第二の内部圧力は出口圧力p_aとして、圧力ゾーンDZ1、DZ3の後部領域に存在する。すなわち、つまり搬送方向Cで、内壁として形成された、圧力ゾーンDZ1、DZ3の直交壁QW1の後部では、第一の内部圧力が入口圧力p_eとして、別の第二の内部圧力が出口圧力p_aとして存在する。
これとは反対に、圧力ゾーンDZ_n−2は(ここでも、圧力ゾーンDZ3に対して)、ここでは内壁無しで実施されており、これによって圧力ゾーンDZ_n−2全体に沿って搬送方向Cで、実質的に一定の圧力水準を、直交壁QWe入口とQWa出口との間で調整できる。圧力ゾーンDZ_n−2における圧力水準は基本的に、圧力ゾーンDZ_n−2に対する空気案内開口部LF1によって影響されている。同様に、圧力ゾーンDZ_n−1において実質的に一定の内部圧力が調整され、これは基本的に、空気案内開口部LF1(ここでは330として示されている)によって影響されている。圧力ゾーンDZ_n−1は、外部の壁QWe、QWaを有する。
搬送方向Cで最後の、特に好ましい乾燥機本体101の圧力ゾーンDZnは、幾つかの最後の乾燥機ゾーン310に割り当てられている。ここで圧力ゾーンDZnは、ポリマーゲル入口100Aに隣接する、前部の乾燥機ゾーン、およびポリマーゲル出口100Bに隣接する後部の冷却ゾーンを有する。つまり、要素320、330を有する前部の乾燥機ゾーン、および説明したようにスロットル342、343を有する後部の冷却ゾーンである。ここで、スロットル341、342を有する後部の冷却ゾーンは、熱交換ユニット無しで、よって低下した温度で形成されている。
ここで特に好ましい最後の圧力ゾーンDZは、記号で示された一連の直交壁600を有し、例示的に示されたこれらの上部セグメント化要素601は、コンベヤベルト400の上方で高さ調整可能に設けられており、例えば一体的に、またはセグメント化要素602として、振り子板602により形成されていてよい。よって、特に好ましい最後の圧力ゾーンDZ_n(これは複数の最後の乾燥機ゾーン310に割り当てられている)では、圧力プロファイルDPが、複数の圧力勾配領域GRAD1nによって、ここでは幾つかの圧力段階によって、それぞれ段階的に上昇する負圧p_Uで、乾燥機本体101の内部空間101iにおいて、周囲圧力としての大気圧p_Aまで、調整される。これは詳細には、Xで拡大されて示されている。複数の圧力段階、およびそれぞれ段階的に上昇する負圧は、幾つかの直交壁600に相当する。それと言うのも、直交壁600の各セグメント化要素601には、圧力段階が形成されるからである。
セグメント化要素601、602、603の稼動法および密封性に応じて、破線で示された理想化された連続的な圧力ランプを調整することもでき、これは負圧p_Uから出発して、ポリマーゲル入口100Aにおける−1.5mbarの入口圧力p_eから、ポリマーゲル出口における好ましい出口圧力p_aまで、−1mbar〜0mbarの圧力差の間で適合させる。
その結果、このような圧力プロファイルDPの圧力ランプは、最後の圧力ゾーンDZ_n(すなわち、ここでは具体的には、搬出モジュール300前の最後の幾つかの乾燥機ゾーン310において)における直交壁600に基づき、排出開口部の直接的な領域において(ポリマーゲル420の搬送に関して述べた)入口101eで、乾燥機本体101の内部空間101iに対して(すなわちここでは乾燥機本体101の出口101aのために、周囲に対して示されている)、過度に高い圧力の急上昇が回避される。
本思想は、過度に高く調整される圧力の急上昇(直交壁600が無い場合)、不利なことに、乾燥機本体101の内部空間101iへの不適切な空気導入、ひいてはまた粒子導入をもたらす傾向にあることを認識している。この場合いずれにせよ、幾つかの最後の乾燥機ゾーン310の広がりにわたって、最後の圧力ゾーンDZ_nにおいて適合される圧力ランプは、セグメント化要素601によって達成される。
このような措置はまた、第一の圧力ゾーンDZ1(例えば、出発ゾーンとして記載される乾燥機ゾーンTZに配置)で有利であることが判明している。内部圧力はゆっくりと、すなわち、第一の圧力ゾーンDZ1の広がりにわたって、周囲圧力p_A、特に大気圧から、乾燥機本体101の内部空間101iにおける内部圧力p_U(例えば−1.5mbar)へと低下する。負圧の値は、周囲の大気圧p_Aに対する差圧として記載される。よって周囲の大気圧は、0mbarと記載されるべきである。セグメント化要素601によるセグメント化の代わりに(ただし、類似の機能、例えばセグメント化を有するもの)、このような第一の圧力ゾーンDZ1(出発ゾーンAZ)において、またエンドゾーンEZでも、例えば直交壁600、またラメラー封止物、または板またはこれに似た緩い封止手段を複数、適切につり下げ並べたものが、形成されていてよく、これは大きな板によるセグメント化に対して、同等の作用を有する代替法である。
乾燥機本体101の入口101にある第一の圧力ゾーンDZ1では、これらの措置は特に、エネルギー効率にとって有利である。それと言うのも、乾燥機本体101の内部空間101iへの不適切な空気導入が、避けられるからである。搬出モジュール300の前で最後の幾つかの乾燥機ゾーン310でのエンドゾーンEZに板を設けるセグメント化の措置は、不適切な空気、およびこれによってもたらされる出口101aでの粒子導入を僅かに保つために役立つ。乾燥機本体101の入口101eでは、そのまま空気が吸い込まれることが、回避される。乾燥機本体101の出口101aにおける圧力ランプDRは、空気導入および粒子導入を抑制するために、適している。
1000 ベルト式乾燥機、特に空気循環型ベルト式乾燥機
10A 下方で組み込まれた加熱レジスタおよび/またはベンチレータ
10B 上方で組み込まれた加熱レジスタおよび/またはベンチレータ
100 乾燥機モジュール
100A 好ましい圧力ゾーンのポリマーゲル入口
100B 好ましい圧力ゾーンのポリマーゲル出口
101 乾燥機本体
101e 乾燥機本体101の入口
101a 乾燥機本体101の出口
101i 乾燥機本体101の内部空間
102 換気構造
110 乾燥機ゾーン1
120 乾燥機ゾーン2
130 乾燥機ゾーン3
140 乾燥機ゾーン4
150 乾燥機ゾーン5
160 乾燥機ゾーン6
170 最後の乾燥機ゾーン
200 搬入モジュール
210 生成物投入部
300 搬出モジュール
310 幾つかの最後の乾燥機ゾーン
320 空気循環ベンチレータ
330 給気エレメント
331 排気エレメント
340 空気取り出し導管
341 空気取り出しライン
342 スロットル弁を有する第一のスロットル
343 スロットル弁を有する第二のスロットル
350 空気返送ライン
351 ベンチレータ
352 熱交換器
354 空気返送ライン
360 排気導管
361 ベンチレータ
362 放出スロットル
363 排気スロットル
370 空気供給区画
400 コンベヤベルト
410A、410B 偏向ローラAおよびB
410C 破砕機
420 乾燥前のポリマーゲル、水性ポリマーゲル/乾燥後の粒子での、乾燥された超吸水性ポリマーゲル
600 直交壁、
601、602 上部セグメント化要素、コンベヤベルトの上方
603 振り子板
604、606 中央部セグメント化要素、コンベヤベルトの間
605、607 下部セグメント化要素、コンベヤベルトの下方
700 フレーム
710/720 入口スロットル/出口スロットル
S 遊び
FL 新鮮な空気
AL 排気
C 搬送方向
C’ 向流方向
UL 循環空気
RL 返送空気
TZ 乾燥機ゾーン
DZ 圧力ゾーン、例えば後部および前部の圧力ゾーン
DZT1、DZT2、DZT3 圧力ゾーン部分領域
DP 圧力プロファイル
DS1、DS2、DS3 圧力段階、
WT1...WT3、WTn−2、WTn−1 熱交換器
EZ エンドゾーン
AZ 開始ゾーン
GRAD、GRAD1、GRAD2、GRAD3 圧力勾配領域
S1、S1A、S1B、S2、...S6、S6A、S7 方法工程
QW、QWe、QWa、QWi 直交壁、入口、出口、内部、およびコンベヤベルトの上方、その間、下方
p_A 内部空間101iに対する周囲圧力(大気圧)
p_U 内部空間101iにおける負圧
p_e、p_a 圧力ゾーンDZに対する入口圧力、出口圧力
ΔpA、ΔpB 第一、第二の圧力差

Claims (36)

  1. 吸水性ポリマー粒子を製造するための製造方法であって、
    前記製造方法が、以下の方法工程:
    ・水性ポリマーゲルを製造する(S2)ために、水性モノマー溶液または懸濁液を重合させる(S1)工程、
    ・コンベヤベルト(400)を有するベルト式乾燥機内で、水性ポリマーゲルをコンベヤベルト(400)上に取り入れ、かつコンベヤベルト(400)上のポリマーゲルをコンベヤベルト(400)の搬送方向(C)へと搬送しながら、水性ポリマーゲルを乾燥させる(S3)工程、
    ・乾燥させたポリマーゲルを吸水性ポリマー粒子へと破砕および/または粉砕する(S4)工程を含み、ここで乾燥させる(S3)ために:
    ・ベルト式乾燥機は、乾燥機本体(101)を有し、その内部空間(101i)へ、コンベヤベルト(400)が導かれる、
    前記製造方法において、
    ・乾燥機本体(101)の内部空間(101i)内の乾燥空気を、搬送方向(C)に対して向流(C’ )で導き、かつ乾燥機本体(101)の内部空間は、乾燥機本体(101)の外部空間における周囲圧力(p_A)に比して負圧(p_U)に保たれ、かつ内部空間(101i)は、圧力ゾーン(DZ)を有し、かつ/またはこれを形成し、ここで搬送方向(C)に沿って、
    ・第一の内部圧力が、周囲圧力(p_A)に対して第一の圧力差(ΔpA)を有する圧力ゾーン(DZ)のうち少なくとも1つにおける、ポリマーゲル入口(100A)での入口圧力として形成され、かつ
    ・第二の内部圧力が、周囲圧力(p_A)に対して第二の圧力差(ΔpB)を有する少なくとも1つの圧力ゾーン(DZ)における、ポリマーゲル出口(100B)での出口圧力として形成され、ここで
    ・第二の圧力差(ΔpB)は、第一の圧力差(ΔpA)よりも低く、
    ・乾燥機本体(101)の内部空間(101i)における少なくとも1つの圧力ゾーン(DZ)、または圧力ゾーン(DZ)の圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT2)が、コンベヤベルトの搬送方向に対して横に向けられている直交壁(QWa、QWe、QWi)によって区切られる
    ことを特徴とする、前記製造方法。
  2. 内部空間(101i)は、複数の圧力ゾーン(DZ)に分割されている請求項1に記載の製造方法。
  3. ・少なくとも1つの圧力勾配領域(GRAD)を、圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル入口(100A)に、圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル出口(100B)に、および/または圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル入口(100A)と圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル出口(100B)との間に有する、圧力プロファイル(DP)が形成され、かつ/または圧力勾配領域(GRAD)は、直交壁(QWa、QWe、QWi)において、圧力段階(DS1、DS2、DS3)を有することを特徴とする、請求項1または2記載の製造方法。
  4. ・乾燥機本体(101)の内部空間(101i)が、1つまたは複数の幾つかの圧力ゾーン(DZ)および/または圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT2)に分割されており、かつ/または
    ・少なくとも1つの圧力ゾーン(DZ)が、少なくとも1つまたは複数の最後の、乾燥機ゾーン(TZ、310)に延在しており
    ・かつ/または1つまたは複数の幾つかの圧力ゾーン(DZ)および/または圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT1)は、搬出モジュール(300)の前のエンドゾーン(EZ)内部で形成される
    ことを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の製造方法。
  5. 乾燥機本体(101)の内部空間が、最大−20mbarの範囲の負圧(p_U)に保たれており周囲圧力(p_A)は、乾燥機本体(101)の外部の大気圧であることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項記載の製造方法。
  6. 乾燥機本体(101)の内部空間が、最大−10mbarの範囲の負圧(p_U)に保たれている請求項5記載の製造方法。
  7. 乾燥機本体(101)の内部空間が、最大−5mbarの範囲の負圧(p_U)に保たれている請求項5記載の製造方法。
  8. 乾燥機本体(101)の内部空間が、乾燥機本体(101)の外部空間における周囲圧力(p_A)に比して−0.5mbar〜−5mbarの負圧(p_U)に保たれている請求項5記載の製造方法。
  9. 周囲圧力に対する第一および第二の圧力差が、コンベヤベルト(400)の上方での内部圧力を基準としており、ここでコンベヤベルト(400)上に載置された水性ポリマーゲルについて、コンベヤベルト(400)の上方にある内部圧力は、最大−10mbarの範囲の負圧であり、かつ/またはコンベヤベルト(400)の下方での内部圧力は、コンベヤベルト(400)の上方での内部圧力に比して0.5mbar〜5mbarの値だけ低下していることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項記載の製造方法。
  10. コンベヤベルト(400)の上方にある内部圧力は、最大−5mbarの範囲の負圧である請求項9記載の製造方法。
  11. 周囲圧力に対する第一および第二の圧力差が、コンベヤベルト(400)の上方での内部圧力を基準としており、ここで、
    ・圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル入口(100A)で、大気圧に対する第一の圧力差が、−10mbar〜−1mbarであり、かつ/または
    ・圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル出口(100B)で、大気圧に対する第二の圧力差が、−3mbar〜0mbarである
    ことを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項記載の製造方法。
  12. 圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル入口(100A)で、大気圧に対する第一の圧力差が、−10mbar〜−0.5mbarである請求項11記載の製造方法。
  13. 圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル出口(100B)で、大気圧に対する第二の圧力差が、−2mbar〜0mbarである請求項11記載の製造方法。
  14. 圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル出口(100B)で、大気圧に対する第二の圧力差が、−0.5mbar〜0mbarである請求項11記載の製造方法。
  15. ・圧力ゾーン(DZ)および/または圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT2)における圧力推移の圧力プロファイル(DP)が、周囲圧力とは独立して調整可能であり、かつ/または
    ・圧力ゾーン(DZ)および/または圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT2)についての圧力プロファイル(DP)が、圧力ゾーン(DZ)および/または圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT2)についてのポリマーゲル入口(100A)にある入口弁または入口スロットル(710)の入口調整によって、および圧力ゾーン(DZ)および/または圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT2)のポリマーゲル出口(100B)にある出口弁または出口スロットル(720)の出口調整によって形成される
    ことを特徴とする、請求項1から14までのいずれか1項記載の製造方法。
  16. 乾燥させる(S3)ために、
    ・乾燥機本体(101)に空気を排出するように接続される空気取り出し導管(340)、および乾燥機本体(101)に空気を供給するように接続される空気返送導管(350)が形成されており、空気返送導管(350)は、空気取り出し導管(340)と結合されており、ここで
    ・返送空気(RL)を、乾燥機本体(101)から取り出し、かつ空気返送導管(350)を介して乾燥機本体(101)に、再度供給し、ここで空気取り出し導管(340)および/または空気返送導管(350)は、圧力ゾーン(DZ)と流れでつながっており、空気案内開口部によって、圧力ゾーン(DZ)へと合流し、かつ/または
    ・乾燥機本体(101)からの排気を、少なくとも部分的に、排気導管(360)中に排出し、ここで排気導管(360)は、さらなる空気案内開口部から、圧力ゾーンへと進み、かつ/または
    ・ベルト式乾燥機が、循環空気(UL)を用いて稼動される空気循環型ベルト式乾燥機として形成されており、前記空気循環型ベルト式乾燥機は、循環空気を導くために、コンベヤベルト(400)を含む乾燥機本体(101)を用いて形成されており、ここで乾燥機ゾーン(TZ)における乾燥空気を循環空気(UL)として循環させる
    ことを特徴とする、請求項1から15までのいずれか1項記載の製造方法。
  17. 返送空気(RL)を、エンドゾーン(EZ)から取り出す請求項16記載の製造方法。
  18. 乾燥機ゾーン(TZ)における乾燥空気を循環空気(UL)として向流方向(C’)に対して横向きに循環させる請求項16記載の製造方法。
  19. 圧力ゾーン(DZ)において、圧力プロファイルが、
    ・給気のスロットル調整可能な体積流量によって形成され、かつ/または
    ・排気のスロットル調整可能な体積流量によって形成され、かつ/または
    ・圧力ゾーン(DZ)において、体積流量の調整が、圧力プロファイル(DP)を形成し、体積流量の調整を、空気案内開口部で行うことを特徴とする、請求項1から18までのいずれか1項記載の製造方法。
  20. 圧力プロファイルが、返送空気(RL)および/または新鮮な空気(FL)のスロットル調整可能な体積流量によって、圧力ゾーン(DZ)および/または圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT2)のポリマーゲル入口(100A)で形成される請求項19記載の製造方法。
  21. 圧力プロファイルが、排気のスロットル調整可能な体積流量によって、圧力ゾーン(DZ)および/または圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT2)のポリマーゲル出口(100B)で形成される請求項19記載の製造方法。
  22. 圧力ゾーン(DZ)において、ポリマーゲル入口(100A)および/またはポリマーゲル出口(100B)で、および/またはポリマーゲル入口(100A)とポリマーゲル出口(100B)との間で、体積流量の調整が、圧力プロファイル(DP)を形成し、体積流量の調整を、給気エレメント(330)および/または排気エレメント(331)で行う請求項19記載の製造方法。
  23. 水性ポリマーゲルを乾燥させるための、請求項1から22までのいずれか1項記載の製造方法における、ベルト式乾燥機であって、ここで、
    ・ベルト式乾燥機は、乾燥機本体(101)を有し、その内部空間(101i)へ、コンベヤベルト(400)が導かれる、
    前記ベルト式乾燥機において、
    ・乾燥機本体(101)の内部空間(101i)内の乾燥空気を、搬送方向(C)に対して向流(C’)で導くことができ、乾燥機本体(101)の内部空間は、乾燥機本体(101)の外部空間における周囲圧力(p_A)に比して負圧(p_U)に保つことができ、内部空間(101i)は、圧力ゾーン(DZ)を有し、かつ/またはこれを形成し、ここで搬送方向(C)に沿って、
    ・第一の内部圧力が、周囲圧力(p_A)に対して第一の圧力差(ΔpA)を有する圧力ゾーン(DZ)のうち少なくとも1つにおける、ポリマーゲル入口(100A)での入口圧力として形成され、かつ
    ・第二の内部圧力が、周囲圧力(p_A)に対して第二の圧力差(ΔpB)を有する少なくとも1つの圧力ゾーン(DZ)における、ポリマーゲル出口(100B)での出口圧力として形成され、ここで
    ・第二の圧力差(ΔpB)は、第一の圧力差(ΔpA)よりも低く、
    ・乾燥機本体(101)の内部空間(101i)における少なくとも1つの圧力ゾーン(DZ)、または圧力ゾーン(DZ)の圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT2)が、コンベヤベルトの搬送方向に対して横に向けられている直交壁(QWa、QWe、QWi)によって区切られる
    ことを特徴とする、前記ベルト式乾燥機。
  24. 内部空間(101i)は、複数の圧力ゾーン(DZ)に分割されている請求項23記載のベルト式乾燥機。
  25. ・少なくとも1つの圧力勾配領域(GRAD)を、圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル入口(100A)に、圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル出口(100B)に、および/または圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル入口(100A)と圧力ゾーン(DZ)のポリマーゲル出口(100B)との間に有する、圧力プロファイル(DP)が形成されることができ、かつ/または圧力勾配領域(GRAD)は、直交壁(QWa、QWe、QWi)において、圧力段階(DS1、DS2、DS3)を有することを特徴とする、請求項24記載のベルト式乾燥機。
  26. 圧力ゾーン(DZ)が、圧力ゾーン(DZ)の縁部に圧力ゾーン境界部を有し、ここで
    ・圧力ゾーン境界部は、空気案内開口部および/または外部の直交壁(QWa、QWe)によって、乾燥機本体(101)の内部空間(101i)に形成されており、ここで外部の直交壁(QWa、QWe)は、コンベヤベルト(400)の搬送方向(C)に対して横に向けられており、かつ/または
    ・空気案内開口部および/または外部の直交壁(QWa、QWe)は、圧力ゾーン境界部に圧力勾配領域(GRAD)を形成するために配置されている
    ことを特徴とする、請求項23から25までのいずれか1項記載のベルト式乾燥機。
  27. 圧力ゾーン(DZ)が、ポリマーゲル入口(100A)および/またはポリマーゲル出口(100B)を有する請求項26記載のベルト式乾燥機。
  28. 外部の直交壁(QWa、QWe)は、乾燥機本体(101)に固定されている請求項26記載のベルト式乾燥機。
  29. 圧力ゾーン(DZ)が、圧力ゾーン内に内部の直交壁(QWi)を有し、かつ/または内部の直交壁(QWi)が、圧力ゾーン(DZ)の外部の直交壁(QWa、QWe)に加えて、圧力ゾーン(DZ)において圧力ゾーン部分領域(DZT1、DZT2)および/または圧力勾配領域(GRAD)を形成するために、形成されている
    ことを特徴とする、請求項23から28までのいずれか1項記載のベルト式乾燥機。
  30. 圧力ゾーン(DZ)が、ポリマーゲル入口(100A)かつ/またはポリマーゲル出口(100B)を有する請求項29記載のベルト式乾燥機。
  31. 直交壁(QWa、QWe、QWi)が、乾燥機本体(101)の内部空間で、コンベヤベルト(400)の搬送方向(C)に対して横に向けられており、少なくとも1つのセグメント化要素(600)を有することを特徴とする、請求項23から30までのいずれか1項記載のベルト式乾燥機(1000)。
  32. 直交壁(QWa、QWe、QWi)が、乾燥機本体(101)の内部空間で、少なくとも1つの上部セグメント化要素(601、602)をコンベヤベルト(400)の上方に、かつ/または少なくとも1つの下部セグメント化要素(605、607)をコンベヤベルトの下方に、かつ/または少なくとも1つの中央部セグメント化要素(604、606)を、搬送方向(C)に動くコンベヤベルト部分と、搬送方向とは逆(C’)に動くコンベヤベルト部分との間に有することを特徴とする、請求項31記載のベルト式乾燥機(1000)。
  33. セグメント化要素(601、602、604、605、606、607)が、一体的に、かつ/または振り子板(603)を有して形成されている、かつ/または高さ調整可能であることを特徴とする、請求項31または32記載のベルト式乾燥機(1000)。
  34. セグメント化要素(601、602、604、605、606、607)が、上部セグメント化要素である請求項33記載のベルト式乾燥機(1000)。
  35. セグメント化要素(601、602、604、605、606、607)と、乾燥機本体(101)との結合が、フレームによって実現されていることを特徴とする、請求項23から34までのいずれか1項記載のベルト式乾燥機(1000)。
  36. フレームが、乾燥機本体(101)とのみ、またはセグメント化要素(601、602)とのみ、強固に結合されており、かつ/または
    ・フレームが乾燥機本体(101)とのみ、強固に結合されている場合には、フレームのところでセグメント化要素に、遊びが設けられており、かつ/または
    ・フレームが、セグメント化要素(601、602、604、605、606、607)とのみ、強固に結合されている場合には、フレームに、乾燥機本体(101)のところで遊びが設けられている
    ことを特徴とする、請求項35記載のベルト式乾燥機(1000)。
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