TWI547512B - 製備超吸收聚合物之裝置及使用該裝置製備超吸收聚合物之方法 - Google Patents

Description

製備超吸收聚合物之裝置及使用該裝置製備超吸收聚合物之方法 相關申請案之對照參考資料

本申請案根據35 U.S.C.119主張2013年10月31日於韓國智慧財產局申請之韓國專利申請案第10-2013-0131432號案之優先權，及自其產生之所有利益，此案之內容在此被完整併入以供參考。

1.發明領域

本發明係關於一種製備超吸收聚合物之裝置，及一種使用此裝置製備超吸收聚合物之方法。

背景

2.相關技藝說明

超吸收聚合物(SAP)係具有吸收其本身重量之約500倍至約1000倍之水的功能之一合成聚合物材料，且其已由發展公司不同地命名為超吸收材料(SAM)、吸收凝膠材料(AGM)等。如上揭露之SAP開始係被商業化用於衛生項目，且除了如用於小孩紙尿片之衛生設備外，現另被廣泛用於園藝用之一混水土壤、用於土木工程及結構之一止水材料， 一苗圃板、一食品銷倍場之一保鮮劑、一糊藥材料等。

一反懸浮聚合方法或一水性聚合方法係已知作為一製備超吸收聚合物之方法。例如，反懸浮聚合係揭露於日本專利公開案特開昭56-161408號案、特開昭57-158209號案、特開昭57-198714號案等。如同水性聚合方法般，已知者係一熱聚合方法，其係於一裝設一心軸之一捏合機中使一聚合物凝膠聚合同時使其破裂及冷卻；及一光聚合方法，其使於一帶狀物上之高度濃縮水溶液曝露於紫外線等以完成聚合且同時乾燥。

於習知技藝，當熱被供應用於熱聚合時，於一水溶液中之熱波係施加於含有一水溶液之一帶式反應器上。

於此情況，因為由於熱波使水溶液會具有一不均勻水平及聚合係以一不平衡之水溶液高度實施，於聚合完成後，水溶液高度變得不平衡。此會於預切割器於一其後步驟實施研碎時造成施加至預切割器之一側超載。此外，當熱波向下移動時，其可能不會自一聚合反應器流暢地排放。

概要

本發明提供一種用於獲得具有均勻厚度的聚合物之製備超吸收聚合物之裝置，及一種使用此裝置製備超吸收聚合物之方法。

本發明之上述及其它目的會於下列較佳實施例說明中作說明或自此說明而變明顯。

依據本發明之一方面，提供一種製備超吸收聚合物之裝置，此裝置包含一帶狀物，其係形成於二或更多個旋轉軸之間，且能藉由此等旋轉軸旋轉而以一預定方向運行；一供料單元，其使一單體組成物供應至此帶狀物；及一遮蓋物，其係形成圍繞此帶狀物之至少一部份且使此帶狀物從此遮蓋物之一側穿至另一側，其中，此帶狀物包含一水平底表面，及側端緣，其等係於此帶狀物之相反端以相對於底表面呈30°至70°之角度設置，且遮蓋物包含熱注射孔，其形成於相對應於此等側端緣之相反側上且水平地供應熱。

依據本發明之另一方面，提供一種於上述製備超吸收聚合物之裝置中製備超吸收聚合物之方法，此製備方法包含使一單體組合物經由供料單元供應至此帶狀物之一底表面，使此帶狀物移至一遮蓋物之內部，及使單體組成物於遮蓋物內部聚合。

如上所述，具有均勻厚度之一聚合物可藉由使熱波以相反方向水平地引入而獲得，且改良之聚合速率可藉由於聚合反應器中形成一旋渦而達成。

1‧‧‧旋轉軸

2‧‧‧帶狀物

3‧‧‧遮蓋物

4‧‧‧供料單元

5‧‧‧單體組成物

6‧‧‧排放單元

21‧‧‧水平底表面

22‧‧‧側端緣

31‧‧‧熱注射孔

32‧‧‧廢氣單元

33‧‧‧光照射單元

圖式簡要說明

本發明之上述及其它特徵及優點藉由參考所附圖式於其較佳實施例詳細說明會變得更明顯，其中：圖1係例示依據本發明一實施例之一種製備超吸收聚合物之裝置之示意側視圖； 圖2係沿著圖1之A-A'線取得之例示依據本發明一實施例之製備超吸收聚合物之裝置之截面圖；且圖3係沿著圖1之A-A'線取得之例示依據本發明另一實施例之製備超吸收聚合物之裝置之截面圖。

實施例之詳細說明

本發明之各方面及特徵及達成此等方面及特徵之方法會藉由參考以所附圖式為參考作詳細說明之實施例而變明顯。本發明不限於其後揭露之實施例，而是可以不同型式實施。說明書中定義之事項(諸如，詳細結構及元件)僅係幫助熟習此項技藝者廣泛瞭解本發明而提供之特別細節，且本發明只在所附申請專利範圍中之範圍內界定。於本發明之整體說明中，於各個圖式中，相同參考編號係用於相同元件。於圖式中，層及區域之尺寸及相對尺寸為了清楚解釋可被擴大。

用以表明一元件係於位於一不同層之另一元件上或於一層上之術語“於...上”包含其中一元件係直接位於另一元件或一層上之情況，及其中一元件係經由另一層或再另外之元件位於另外元件上。

雖然術語“第一、第二，諸如此類”係用以說明不同構成元件，但此等構成元件不受此術語所限制。此術語僅係用使一構成元件與另一構成元件作區別。因此，於下列說明，一第一構成元件可為一第二構成元件。

製備超吸收聚合物之裝置

以下，本發明之特別範例將參考所附圖式作進一步詳細解釋。

圖1係例示依據本發明一實施例之一製備超吸收聚合物之裝置的示意圖。

參考圖1，依據本發明一實施例之製備超吸收聚合物之裝置包含二旋轉軸1；一帶狀物2，其形成於旋轉軸1間且藉由旋轉軸1之旋轉以一預定方向運行；一供料單元4，其使一單體組成物5供應至帶狀物2，及一遮蓋物3，其係形成圍繞至少一部份之帶狀物2且使帶狀物2從遮蓋物3之一側穿至另一側。

旋轉軸1可依據帶狀物2之長度或應用方法包含二或更多個旋轉軸，且諸如一馬達之一動力來源與旋轉軸1連接，以使具有水平底表面之帶狀物2以一預定方向運行。於一例示實施例，旋轉軸1可位於距離水平表面相同高度。另外，於某些情況，旋轉軸1可藉由安裝於不同高度而設計成於水平表面與帶狀物2之運行方向間具有一傾斜度。

供料單元4使用於聚合所需之包含單體組成物5之化合物供應至帶狀物2，且單體組成物5之供料速率可考量帶狀物2之長度、寬度、長度及移動速度，熱及/或光照射之時間及照射強度而適當判定。

當連接於旋轉軸1間之帶狀物2以一預同方向移動，其使單體組成物5藉由熱或光而聚合。參考圖2及3，帶狀物2包含一水平底表面21，及側端緣22，此等係以相對於底表面21呈30°至70°之角度設於帶狀物2之相反端。因為帶 狀物2具有水平底表面21，單體組成物5被均勻引至底表面，因此，有效率地實施聚合。底表面21之寬度及長度不被特別限制，且底表面21可被形成具有任何寬度或長度。

當側端緣22之傾斜角(θ)係30至70°之範圍，可避免帶狀物2之水平長度過度增加，及於帶狀物2在旋轉軸1附近循環時避免帶狀物2之週期壽命變短。

側端緣22可藉由使帶狀物2之材料延伸而形成，或可使用具有耐用性、耐腐蝕性及適當強度之一材料形成。於一例示實施例，帶狀物2之側端緣可藉由選自由矽、橡膠及鐵弗龍(Teflon)所組成族群之一或多者製備，但不限於此等。

遮蓋物3係形成於相對應於帶狀物2之側端緣22的相反側表面上，且包含熱注射孔31，其係以一水平方向供應熱波。

依據本發明一實施例之製備超吸收聚合物之裝置可另外包含一排放單元6，其使具有經聚合之單體組成物5之聚合物排放於其內。為聚合產物之聚合物自排放單元6排放，然後，接受研碎及乾燥。

圖2係沿著圖1之A-A'線取得之例示依據本發明一實施例之製備超吸收聚合物之裝置的截面圖。

參考圖2，於其上部份含有單體組成物5之帶狀物2於遮蓋物3內移動，且熱波係經由相對應於帶狀物2之側端緣22而放置之熱注射孔31，自遮蓋物3之相反側水平供應至單體組成物5。熱注射孔31之外表面可與一熱產生器(未示 出)連接。

從遮蓋物3之外側供應至內側之熱波於單體組成物5之上部份彼此碰撞，然後，向上移動，然後，輕易排放至一廢氣單元32。此外，一些熱波沿著遮蓋物3之內表面形成一旋渦，因此，改良熱轉移效率。

以此組配，可避免聚合物相反端之厚度減少，同時降低剩餘單體量。

圖3係沿著圖1之A-A'線取得之例示依據本發明另一實施例之製備超吸收聚合物之裝置的截面圖。

參考圖3，遮蓋物3進一步包含一光照射單元33，其使光照射至遮蓋物3內。光照射單元33用以藉由使光施加至注射到帶狀物2上之單體組成物5而起始聚合。光照射單元33並不基於其組態而受限制，只要其能使光均勻地傳送至帶狀物2上。於一例示實施例，光照射單元33可被置放於遮蓋物3之一上內表面上。特別地，光照射單元33可被組配成面對單體組成物5之上部份，且本發明之各方向不限於此。

光照射單元33可使用能藉由照射光而起始聚合之任何材料。例如，光照射單元33可被組配成使得紫外線輻射自遮蓋物3之一上部份照射至單體組成物5。作為用於照射紫外線輻射之光照射單元33，任何光照射單元可不受限制地使用，只要其能照射紫外線輻射。但是，為了均勻照射紫外線輻射及處理效率，可使用諸加一Xe燈、一汞燈或一金屬鹵化物燈之一紫外線輻射光源。

於藉由照射紫外線輻射而起始之光聚合，紫外線輻射不基於其波長而受特別限制。例如，紫外線輻射可具有200nm至400nm之範圍的波長。此外，紫外線輻射亦不基於其照射時間而受特別限制。例如，紫外線輻射可具有10秒至5分鐘之範圍的照射時間。於一例示實施例，紫外線輻射之照射時間可為20秒至3分鐘之範圍，但不限於此。紫外線輻射之照射強度可為，例如，0.5至500mw/cm²之範圍。於上述之範圍內，有效聚合會發生，且可避免聚合物之交聯點由於過度照射紫外線輻射而被切割。

此處，紫外線輻射之照射時間及照射強度可相互依賴地彼此呈反比例。紫外線輻射之照射時間及照射強度可適當選擇以便照射有效聚合。

製備超吸收聚合物之方法

依據本發明一實施例之一製備超吸收聚合物之方法將參考圖1至3作說明。

製備超吸收聚合物之方法包含使單體組成物5經由上述製備裝置中之供料單元4供應至帶狀物2之底表面21，使帶狀物2移至遮蓋物3之內部，及使單體組成物5於遮蓋物3內部聚合。

單體組成物5可考量帶狀物2之長度、寬度、長度及移動速度，熱及/或光照射之時間及照射強度而以一適當供料速率供應。

作為包含於單體組成物5中之單體，於製造超吸收聚合物中典型上可利用之任何水溶性乙烯不飽和單體可 不受限地使用。有關於此，單體之可用例子可主要包含陰離子單體及其等之鹽類、非離子含親水性之單體，及含有一胺基基團之不飽和單體及其等之四級銨化的化合物之一或多者。

於一例示實施例，單體之較佳範例可包含選自由一或多種陰離子單體，諸如，丙烯酸、甲基丙烯酸、無水馬來酸、福馬酸、巴豆酸、衣康酸、2-丙烯醯基乙烷磺酸、2-甲基丙烯醯基乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯醯基丙烷磺酸，及2-(甲基)丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸，及此等之鹽類；非離子含親水性之單體，諸如，(甲基)丙烯醯胺、經N-取代之(甲基)丙烯酸酯、2-羥基乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羥基丙基(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯，及聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯；及含有一胺基基團之不飽和單體，諸如，(N,N)-二甲基胺基乙基(甲基)丙烯酸酯及(N,N)-二甲基胺基丙基(甲基)丙烯醯胺，及其等之經四級銨化的化合物所組成族群之至少一者。

單體組成物5中之水溶性乙烯不飽和單體之濃度可考量聚合時間及反應條件等(例如，單體組成物之供料速率，熱及/或光照射時間、照射範圍及照射強度，帶狀物之寬度、長度及移動速度等)而適當選擇及使用。於一例示實施例，單體可以約40至60重量%之量使用。以此範圍內，單體於可溶性及經濟合理性可證實有效率性質。

單體組成物5可進一步包含一或多種選自由一光起始劑、一熱聚合起始劑及一交聯劑所組成族群之添加劑。 一適當之聚合起始劑可依據於此方法期間選擇之聚合方式，即，熱聚合、光聚合，或熱聚合及光聚合之組合，而選擇及使用。

光起始劑可為至少一選自由下列所組成族群之化合物：不受特別限制且例如，苯乙酮衍生物，諸如，二乙氧基苯乙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、4-(2-羥基乙氧基)苯基-(2-羥基)-2-丙酮、1-羥基環己基苯酮等；安息香烷基醚類，諸如，安息香甲醚、苯甲醯基乙醚、安息香異丙醚、安息香異丁醚等；二苯甲酮衍生物，諸如，鄰-苯甲醯基甲基苯甲酸酯、4-苯基二苯甲酮、4-苯甲基-4'-甲基-二苯基硫醚、(4-苯甲醯基苯甲基)三甲基銨氯化物等；噻噸酮化合物；醯基膦氧化物衍生物，諸如，雙(2,4,6-三甲基苯甲醯基)-苯基膦氧化物、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲醯基)-膦氧化物等；及偶氮化合物，諸如，2-羥基甲基丙腈、2,2'-{偶氮雙(2-甲基-N-[1,1-雙(羥基甲基)-2-羥基乙基)丙醯胺等，其係上述化合物單獨或二或更多者之組合。

熱聚合起始劑可為至少一選自下列所組成族群之化合物：不特別限制且例如，一以偶氮為主之起始劑、一以過氧化物為主之起始劑、一以氧化還原為主之起始劑、一有機鹵化物起始劑等，其係上述化合物單獨或二或更多者之組合。此外，熱聚合起始劑之特別範例可不受限地包含過硫酸鈉(Na₂S₂O₈)或過硫酸鉀(K₂S₂O₈)。

於單體組成物5中，光起始劑及熱聚合起始劑可不基於其量作限制而使用，只要聚合可被起始。於一例示 實施例，單體總重量為基準，光起始劑可以約0.005至0.1重量%之量使用，且以單體總重量為基準，熱聚合起始劑可以約0.01至0.5重量%之量使用，但不限於此。

交聯劑可包含每一者含有一或多個能與一單體之一取代基反應之官能基團及一乙烯不飽和基團的交聯劑，或含有一單體之二或更多個取代基及/或能與自單體水解產生之一取代基反應之官能基團的交聯劑。

於一例示實施例，交聯劑可包含具C8至C12之雙丙烯醯胺、具C8至C12之雙甲基丙烯醯胺、具C2至C10之一多元醇之聚(甲基)丙烯酸酯，及具C2至C10之一多元醇之聚(甲基)丙烯醚等。交聯劑之特別範例可不受限地包含選自由N,N'-伸甲基雙(甲基)丙烯酸酯、伸乙基氧(甲基)丙烯酸酯、聚伸乙基氧(甲基)丙烯酸酯、伸丙基氧(甲基)丙烯酸酯、丙三醇二丙烯酸酯、丙三醇三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三烯丙基胺、三芳基氰尿酸酯、三烯丙基異氰酸酯、聚乙二醇、二乙二醇，及丙二醇所組成族群之至少一者，其係上述化合物單獨或二或更多者之組合。

於單體組成物5中，交聯劑可以能證實交聯作用之一適當選擇的量使用。於一例示實施例，以單體總重量為基準，交聯劑可以約約0.01至0.5重量%之量使用，但不限於此。

製備超吸收聚合物之方法可進一步包含使於聚合形成之聚合物排放至廢氣單元6。製備超吸收聚合物之方法可進一步包含使排放至廢氣單元6之聚合物研碎及乾燥， 及另外地使經乾燥之聚合物研碎。

研碎可不受特別限制，但可使用，例如，用於切割及擠壓一橡膠狀彈性材料之一裝置實施。於一例示實施例，一切割器型式之切割裝置、一切斷器型式之切割裝置、一捏合機型式之切割裝置、一振動式切碎機、一摩擦式切碎機等，但不限於此等。

乾燥一般可使用一乾燥器或一加熱器實施。於一例示實施例，一熱波乾燥器、一流體床乾燥器、一閃式乾燥器、一IR乾燥器、一介電加熱乾燥器等，但不限於此等。乾燥溫度不被特別限制，但較佳係於約100℃至約200℃之範圍，以避免惡化及達成乾燥效率。

雖然本發明已參考其例示實施例作特別顯示及說明，但熟習此項技藝者瞭解於型式及細節之各種改變可於未偏離如下申請專利範圍界定之本發明精神及範圍而進行。因此，所欲者係本發明實施例於各方面係以例示且非限制性地考量，指示本發明範圍係參考所附申請專利範圍，而非先前說明。

1‧‧‧旋轉軸

2‧‧‧帶狀物

3‧‧‧遮蓋物

4‧‧‧供料單元

6‧‧‧排放單元

31‧‧‧熱注射孔

Claims (13)

1. 一種製備超吸收聚合物之裝置，該裝置包含：一帶狀物，其係形成於二或更多個旋轉軸之間，且能藉由該等旋轉軸旋轉而以一預定方向運行；一供料單元，其使一單體組成物供應至該帶狀物；及一遮蓋物，其係形成圍繞該帶狀物之至少一部份，且使該帶狀物從該遮蓋物之一側穿至另一側，其中，該帶狀物包含一水平底表面，及側端緣，該等側端緣係於該帶狀物之相反端以相對於該底表面呈30°至70°之角度設置，且該遮蓋物包含熱注射孔及一廢氣單元，該等熱注射孔係形成於相對應於該等側端緣之相反側上且水平地供應熱。
2. 如請求項1之裝置，其中，該遮蓋物進一步包含一光照射單元，其使光照射至該遮蓋物內。
3. 如請求項2之裝置，其中，該光照單元係從該該遮蓋物之一頂部份光照射紫外線輻射。
4. 如請求項2之裝置，其中，該光照射單元包含選自由一Xe燈、一汞燈及一金屬鹵化物燈所組成族群之一或多者。
5. 如請求項1之裝置，其中，該廢氣單元係置放於該遮蓋物上。
6. 如請求項1之裝置，其中，該帶狀物之該等側端緣係藉由選自由矽、橡膠及鐵弗龍(Teflon)所組成族群之一或 多者製備。
7. 如請求項1之裝置，進一步包含一排放單元，其係排放包含經聚合之該單體組成物之一聚合物。
8. 一種於如請求項1至7中任一項之裝置中製備超吸收聚合物之方法，該製備方法包含：使一單體組成物經由該供料單元供應至該帶狀物之一底表面；使該帶狀物移至一遮蓋物之內部；及使該單體組成物於該遮蓋物內部聚合。
9. 如請求項8之製備方法，其中，該單體組成物包含至少一陰離子單體，其選自由丙烯酸、甲基丙烯酸、無水馬來酸、福馬酸、巴豆酸、衣康酸、2-丙烯醯基乙烷磺酸、2-甲基丙烯醯基乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯醯基丙烷磺酸，及2-(甲基)丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸，及其等之鹽類所組成族群；至少一非離子含親水性之單體，其選自由(甲基)丙烯醯胺、經N-取代之(甲基)丙烯酸酯、2-羥基乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羥基丙基(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯，及聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯所組成族群；及至少一含有一胺基基團之不飽和單體，其選自由(N,N)-二甲基胺基乙基(甲基)丙烯酸酯及(N,N)-二甲基胺基丙基(甲基)丙烯醯胺，及其等之經四級銨化的化合物所組成族群。
10. 如請求項9之製備方法，其中，該單體組成物包含一或多種選自由一光起始劑、一熱聚合起始劑及一交聯劑所 組成族群之添加劑。
11. 如請求項8之製備方法，其中，該聚合係藉由熱聚合、光聚合、或熱聚合及光聚合之組合實施。
12. 如請求項8之製備方法，進一步包含使於該聚合形成之該聚合物經由一排放單元排放。
13. 如請求項12之製備方法，進一步包含：切割經由該排放單元排放之該聚合物；乾燥該經切割之聚合物；及研碎該經乾燥之聚合物。