WO2007104676A1 - Verfahren zur pneumatischen förderung wasserabsorbierender polymerpartikel - Google Patents

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WO2007104676A1
WO2007104676A1 PCT/EP2007/052100 EP2007052100W WO2007104676A1 WO 2007104676 A1 WO2007104676 A1 WO 2007104676A1 EP 2007052100 W EP2007052100 W EP 2007052100W WO 2007104676 A1 WO2007104676 A1 WO 2007104676A1
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Rüdiger Funk
Hermann Josef Feise
Hanno Rüdiger WOLF
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Basf Se
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12—Powdering or granulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2333/02—Homopolymers or copolymers of acids; Metal or ammonium salts thereof

Definitions

  • the present invention relates to methods for the pneumatic conveying of water-absorbing polymer particles, wherein the compressor used for pneumatic conveying has a steep characteristic.
  • Water-absorbing polymers are, in particular, polymers of (co) polymerized hydrophilic monomers, graft (co) polymers of one or more hydrophilic monomers on a suitable graft base, crosslinked cellulose or starch ethers, crosslinked carboxymethylcellulose, partially crosslinked polyalkylene oxide or natural products swellable in aqueous liquids, such as guar derivatives.
  • Such polymers are used as aqueous solution-absorbing products for the production of diapers, tampons, sanitary towels and other hygiene articles, but also as water-retaining agents in agricultural horticulture.
  • Water-absorbing polymers typically have a centrifuge retention capacity of 25 to 60 g / g, preferably of at least 30 g / g, preferably of at least 32 g / g, more preferably of at least 34 g / g, most preferably of at least 35 g /G.
  • Centrifuge retention capacity is determined according to the EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) recommended test method no. 441.2-02 "Centrifuge retention capacity".
  • water-absorbing polymers are described, for example, in "Modern Superabsorbent Polymer Technology", F.L. Buchholz and AT. Graham, Wiley-VCH, 1998, pages 69 to 17.
  • water-absorbing polymer particles are transported by means of pneumatic conveying systems. The inevitably occurring mechanical stress leads to undesirable abrasion. Therefore, low transport speeds and thus reduced mechanical loads should be strived for.
  • Dense flow conveying (plug conveying, impulse delivery) with high pressure loss.
  • the pressure delivery can work at slower delivery speeds than the suction, since the pressure reserves in the overpressure are greater than in a vacuum, and there increases with increasing pressure counselgas Why that propels the product increases.
  • Too low conveying speeds in the field of strands promotion are problematic, since in the unstable region between the dense phase promotion and Strandscine no stable promotion is possible. Rather, the mechanical stresses that occur can lead to serious damage to the conveyor system, up to the tearing of the delivery lines from the brackets.
  • the object of the present invention was to provide an improved process for the pneumatic transport of water-absorbing polymer particles, in particular at low conveying speeds safe operation is possible.
  • the problem was solved by a method for pneumatic conveying of water-absorbing polymer particles, characterized in that the volume flow of the compressor used for pneumatic conveying at pressure rise of idle to 800 mbar falls by less than 50% and the initial gas velocity in promoting a Froude number of 10 to 18 corresponds.
  • the volume flow decrease of the compressors used is preferably less than 30%, most preferably less than 20%, most preferably less than 10%.
  • the volume flow decrease can either be measured or determined on the basis of the compressor characteristic curve.
  • the compressors used in the process according to the invention have a steep characteristic.
  • Preferred compressors are forced compressors.
  • a particularly suitable forced-circulation compressor with a steep characteristic curve is a rotary piston blower.
  • the optimum gas start speed for pneumatic delivery depends on the diameter of the delivery line. This dependency is best described by the Froude number:
  • the Froude number in the pneumatic conveying according to the invention is preferably from 10 to 16, more preferably from 1 to 15, most preferably from 12 to 14.
  • the randomlygutbeladung the pneumatic conveying is preferably from 0.5 to 20 kg / kg, more preferably from 1 to 10 kg / kg, most preferably from 2 to 8 kg / kg, wherein the strategicallygutbeladung is the quotient of strategicallygutmassenstrom and gas mass flow.
  • the diameter of the pipeline, in which the pneumatic conveying is carried out is preferably from 3 to 30 cm, more preferably from 4 to 25 cm, most preferably from 5 to 20 cm. Too low pipe diameters lead to a higher mechanical load due to the pneumatic conveying and thus promote the undesirable abrasion. Too large pipe diameters allow one as well unwanted settling of the water-absorbing polymer particles in the delivery line.
  • a pipeline in a pneumatic Conveyor system is the section between the feed device for the water-absorbing polymer particles and the receiving container, ie the area in which the water-absorbing polymer particles are transported in the gas stream.
  • the water content of the water-absorbing polymer particles is preferably less than 10 wt .-%, more preferably less than 5 wt .-%, most preferably from 1 to 5 wt .-%, wherein the water content according to the EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) recommended test method No. 430.2-02 "Moisture content" is determined.
  • the mechanical stability of the water-absorbing polymer particles decreases with the water content, i. the unwanted abrasion increases. Too high water contents during the pneumatic conveying can lead to the plastic deformation of the polymer particles (angel hair formation) or to blockages.
  • the water-absorbing polymer particles preferably have at least 90% by weight, a particle diameter of less than 1000 ⁇ m, particularly preferably at least 95% by weight, a particle diameter of less than 900 ⁇ m, very particularly preferably at least 98% by weight Particle diameter of less than 800 microns, on.
  • the mechanical load during pneumatic conveying is reduced to such an extent that the proportion of polymer particles having a particle diameter of less than 150 ⁇ m by pneumatic conveying is preferably less than 1% by weight, particularly preferably less than 0 , 7 wt .-%, most preferably by less than 0.5 wt .-%, each based on the total amount of polymer particles, is increased and the permeability of the polymer particles by the pneumatic conveying preferably by less than 5x10 "7 cm 3 s / g, more preferably less than 4x10 "7 cm 3 s / g, most preferably less than 3x10" 7 cm 3 sec / g, decreases.
  • the water-absorbing polymer particles which can be used in the process according to the invention can be obtained by polymerization of a monomer solution containing
  • Suitable monomers a) are, for example, ethylenically unsaturated carboxylic acids, such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid. Particularly preferred monomers are acrylic acid and methacrylic acid. Very particular preference is given to acrylic acid.
  • the proportion of acrylic acid and / or salts thereof in the total amount of monomers a) is preferably at least 50 mol%, particularly preferably at least 90 mol%, very particularly preferably at least 95 mol%.
  • Preferred hydroquinone half ethers are hydroquinone monomethyl ether (MEHQ) and / or tocopherols.
  • Tocopherol is understood as meaning compounds of the following formula
  • R 1 is hydrogen or methyl
  • R 2 is hydrogen or methyl
  • R 3 is hydrogen or methyl
  • R 4 is hydrogen or an acid radical having 1 to 20 carbon atoms.
  • R 4 Preferred radicals for R 4 are acetyl, ascorbyl, succinyl, nicotinyl and other physiologically acceptable carboxylic acids.
  • the carboxylic acids can be mono-, di- or tricarboxylic acids.
  • R 4 is particularly preferably hydrogen or acetyl. Especially preferred is RRR-alpha-tocopherol.
  • the monomer solution preferably contains at most 130 ppm by weight, more preferably at most 70 ppm by weight, preferably at least 10 ppm by weight, more preferably at least 30 ppm by weight, especially preferably around 50 ppm by weight, hydroquinone halide, in each case based on acrylic acid, wherein acrylic acid salts are taken into account mathematically as acrylic acid with.
  • acrylic acid salts are taken into account mathematically as acrylic acid with.
  • an acrylic acid having a corresponding content of hydroquinone half-ether can be used to prepare the monomer solution.
  • the water-absorbing polymers are crosslinked, i. the polymerization is carried out in the presence of compounds having at least two polymerisable groups which can be radically copolymerized into the polymer network.
  • Suitable crosslinkers b) are, for example, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, allyl methacrylate, trimethylolpropane triacrylate, triallylamine, tetraallyloxyethane, as described in EP-A-0 530 438, di- and triacrylates, as in EP-A-0 547 847, EP-A-0 559 476, EP-A-0 632 068, WO-A-93/21237, WO-A-03/104299, WO-A-03/104300, WO-A-03/104301 and DE-A-10331450, mixed acrylates which contain, in addition to acrylate groups contain ethylenically unsaturated groups, as described in DE-A-103 31 4
  • Suitable crosslinkers b) are especially N, N'-methylenebisacrylamide and N 1 N'-methylenebismethacrylamide, esters of unsaturated mono- or polycarboxylic acids lyolen of Po, such as diacrylate or triacrylate, for example butanediol or ethylene glycol and also trimethylolpropane triacrylate and allyl compounds, such as allyl (meth) acrylate, triallyl cyanurate, maleic acid diallyl esters, polyallyl esters, tetraallyloxyethane, triallylamine, tetraallylethylenediamine, allyl esters of phosphoric acid and vinylphosphonic acid derivatives, as described, for example, in EP-A-0 343 427.
  • esters of unsaturated mono- or polycarboxylic acids lyolen of Po such as diacrylate or triacrylate, for example butanediol or ethylene glycol and also trimethylolpropane
  • crosslinkers b) are pentaerythritol di-, pentaerythritol tri- and pentaerythritol tetraallyl ethers, polyethylene glycol diallyl ether, ethylene glycol diallyl ether, glycerol di- and
  • Glyceryl triallyl ether polyallyl ether based on sorbitol, and ethoxylated variants thereof.
  • Useful in the process according to the invention are di (meth) acrylates of polyethylene glycols, where the polyethylene glycol used has a molecular weight between 300 and 1000.
  • crosslinkers b) are di- and triacrylates of 3 to 20 times ethoxylated glycerol, 3 to 20 times ethoxylated trimethylolpropane, 3 to 20 times ethoxylated trimethylolethane, in particular di- and triacrylates of 2 to 6-times ethoxylated glycerol or trimethylolpropane, the 3-fold propoxylated glycerol or trimethylolpropane, and the 3-times mixed ethoxylated or propoxylated glycerol or trimethylolpropane, the 15-times ethoxylated glycerol or trimethylolpropane, and at least 40-times ethoxylated glycerol, trimethylolpropane lethanes or trimethylolpropane.
  • Very particularly preferred crosslinkers b) are the polyethoxylated and / or propoxylated glycerols esterified with acrylic acid or methacrylic acid to form di- or triacrylates, as described, for example, in DE-A-103 19 462.
  • Particularly advantageous are di- and / or triacrylates of 3- to 10-fold ethoxylated glycerol.
  • diacrylates or triacrylates of 1 to 5 times ethoxylated and / or propoxylated glycerol.
  • Most preferred are the triacrylates of 3 to 5 times ethoxylated and / or propoxylated glycerin.
  • the amount of crosslinker b) is preferably 0.01 to 1 wt .-%, particularly preferably 0.05 to 0.5 wt .-%, most preferably 0.1 to 0.3 wt .-%, respectively based on the monomer a).
  • Examples of ethylenically unsaturated monomers c) copolymerizable with the monomers a) are acrylamide, methacrylamide, crotonamide, dimethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminopropyl acrylate, diethylaminopropyl acrylate, dimethylaminobutyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminoneopentyl acrylate and dimethylaminoneopentyl methacrylate.
  • water-soluble polymers d) it is possible to use polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, starch, starch derivatives, polyglycols or polyacrylic acids, preferably polyvinyl alcohol and starch.
  • Suitable reactors are kneading reactors or belt reactors.
  • the polymer gel formed in the polymerization of an aqueous monomer solution is comminuted continuously by, for example, counter-rotating stirring shafts, as described in WO-A-
  • the hydrogel After leaving the polymerization reactor, the hydrogel is advantageously stored even at a higher temperature, preferably at least 50 ° C., more preferably at least 70 ° C., very preferably at least 80 ° C., and preferably less than 100 ° C., for example in isolated containers. By storage, usually 2 to 12 hours, the monomer conversion is further increased.
  • the acid groups of the hydrogels obtained are usually partially neutralized, preferably from 25 to 95 mol%, preferably from 50 to 80 mol%, particularly preferably from 60 to 75 mol%, the usual neutralizing agents can be used, preferably alkali metal hydroxides, alkali metal oxides , Alkali metal carbonates or alkali metal hydrogencarbonates and mixtures thereof.
  • the usual neutralizing agents can be used, preferably alkali metal hydroxides, alkali metal oxides , Alkali metal carbonates or alkali metal hydrogencarbonates and mixtures thereof.
  • alkali metal salts it is also possible to use ammonium salts.
  • Sodium and potassium are considered
  • Alkali metals are particularly preferred, but very particularly preferred are sodium hydroxide, sodium carbonate or sodium bicarbonate and mixtures thereof.
  • the neutralization is preferably carried out at the stage of the monomers. This is usually done by mixing the neutralizing agent as an aqueous solution, as a melt, or preferably as a solid.
  • sodium hydroxide with a water content well below 50 wt .-% may be present as a waxy mass with a melting point above 23 ° C. In this case, a dosage as general cargo or melt at elevated temperature is possible.
  • the hydrogel stage it is also possible to carry out the neutralization after the polymerization at the hydrogel stage. Furthermore, it is possible to neutralize up to 40 mol%, preferably 10 to 30 mol%, particularly preferably 15 to 25 mol%, of the acid groups prior to the polymerization by adding a part of the neutralizing agent to the monomer solution and the desired final degree of neutralization is adjusted only after the polymerization at the level of the hydrogel. If the hydrogel is at least partially neutralized after the polymerization, the hydrogel is preferably comminuted mechanically, for example by means of a meat grinder, wherein the neutralizing agent can be sprayed, sprinkled or poured on and then thoroughly mixed. For this purpose, the gel mass obtained can be further gewolfft for homogenization.
  • the hydrogel is then preferably dried with a belt dryer until the residual moisture content is preferably below 15% by weight, in particular below 10% by weight, the water content being determined in accordance with the test method No. 430.2- recommended by EDANA (European Disposables and Nonwovens Association). 02 "Moisture content" is determined.
  • a fluidized bed dryer or a heated ploughshare mixer can be used for drying but also a fluidized bed dryer or a heated ploughshare mixer.
  • the dryer temperature must be optimized, the air supply and removal must be controlled, and it is in any case to ensure adequate ventilation. The drying is naturally simpler and the product is the whiter, if the solids content of the gel is as high as possible.
  • the solids content of the gel before drying is therefore preferably between 30 and 80% by weight.
  • Particularly advantageous is the ventilation of the dryer with nitrogen or other non-oxidizing inert gas.
  • sufficient ventilation and removal of the water vapor also leads to an acceptable product.
  • Advantageous in terms of color and product quality is usually the shortest possible drying time.
  • the dried hydrogel is thereafter ground and classified, wherein for grinding usually one- or multi-stage roller mills, preferably two- or three-stage roller mills, pin mills, hammer mills or vibratory mills can be used.
  • Suitable postcrosslinkers e) for this purpose are compounds which contain at least two groups which can form covalent bonds with the carboxylate groups of the polymers.
  • Suitable compounds are, for example, alkoxysilyl compounds, polyaziridines, polyamines, polyamidoamines, di- or polyglycidyl compounds, as described in EP-AO 083 022, EP-A-543 303 and EP-A-937 736, polyhydric alcohols, as in DE-C No. 2,314,019, DE-C-35 23 617 and EP-A-450 922, or ⁇ -hydroxyalkylamides as described in DE-A-102 04 938 and US Pat. No.
  • 6,239,230 are also suitable.
  • compounds having mixed functionality such as glycidol, 3-ethyl-3-oxetanemethanol (trimethylolpropane oxetane), as described in EP-A-1 199 327, aminoethanol, diethanolamine, triethanolamine or compounds which form a further functionality after the first reaction such as ethylene oxide, propylene oxide, isobutylene oxide, aziridine, azetidine or oxetane.
  • cyclic carbonates in DE-A-198 07 502 2-oxazolidone and its derivatives, such as N- (2-hydroxyethyl) -2-oxazolidone, in DE-A-198 07 992 Bis- and poly-2-oxazolidinone, in DE-A-198 54 573 2-oxotetrahydro-1,3-oxazine and its derivatives, in DE-A-198 54 574 N-acyl-2-oxazolidone, in DE-A Cyclic ureas, in DE-A-103 34 584 bicyclic amide acetals, in EP-A-1 199 327 oxetanes and cyclic ureas and in WO-A-03/031482 morpholine-2,3-dione and its derivatives as suitable postcrosslinkers e) are described.
  • Preferred postcrosslinkers e) are oxazolidone and its derivatives, in particular N- (2-hydroxye
  • the amount of postcrosslinker e) is preferably 0.01 to 1 wt .-%, particularly preferably 0.05 to 0.5 wt .-%, most preferably 0.1 to 0.2 wt .-%, each based on the polymer.
  • the postcrosslinking is usually carried out so that a solution of the crosslinker e) is sprayed onto the hydrogel or the dry polymer particles. Subsequent to the spraying, it is thermally dried, whereby the postcrosslinking reaction can take place both before and during the drying.
  • the spraying of a solution of the crosslinker is preferably carried out in mixers with moving mixing tools, such as screw mixers, paddle mixers, disk mixers, plowshare mixers and paddle mixers.
  • moving mixing tools such as screw mixers, paddle mixers, disk mixers, plowshare mixers and paddle mixers.
  • Vertical mixers are particularly preferred, plowshare mixers and paddle mixers are very particularly preferred.
  • Suitable mixers are, for example, Lödige® mixers, Bepex® mixers, Nauta® mixers, Processall® mixers and Schugi® mixers.
  • the thermal drying is preferably carried out in contact dryers, more preferably paddle dryers, very particularly preferably disk dryers.
  • Suitable dryers are, for example, Bepex® T rockner and Nara® T rockner.
  • fluidized bed dryers can also be used.
  • the drying can take place in the mixer itself, by heating the jacket or blowing hot air. Also suitable is a downstream dryer, such as a hopper dryer, a rotary kiln or a heatable screw. However, it is also possible, for example, to use an azeotropic distillation as the drying process.
  • Preferred drying temperatures are in the range 170 to 250 ° C, preferably 180 to 220 ° C, and particularly preferably 190 to 210 ° C.
  • the preferred residence time at this temperature in the reaction mixer or dryer is preferably at least 10 minutes, more preferably at least 20 minutes, most preferably at least 30 minutes.
  • the water-absorbing polymer particles can additionally be aftertreated with at least one polyvalent cation f).
  • Suitable cations f) are, for example, divalent cations, such as the cations of zinc, magnesium, calcium and
  • Strontium trivalent cations, such as the cations of aluminum, iron, chromium, rare earths and manganese, tetravalent cations, such as the cations of titanium and zirconium.
  • trivalent cations such as the cations of aluminum, iron, chromium, rare earths and manganese
  • tetravalent cations such as the cations of titanium and zirconium.
  • Aluminum sulfate is preferred.
  • the multivalent cation f) is used as an aqueous solution.
  • concentration of the polyvalent cation f) in the aqueous solution is for example 0.1 to 12 wt .-%, preferably 0.5 to 8 wt .-%, particularly preferably 1, 5 to 4 wt .-%.
  • the amount of polyvalent cation f) is preferably 0.001 to 0.25 wt .-%, more preferably 0.005 to 0.2 wt .-%, most preferably 0.01 to 0.15 wt .-%, each based on the Polymer.
  • the polyvalent cations f) are preferably applied during the postcrosslinking, wherein postcrosslinker e) and cation f) are preferably metered in via separate solutions.
  • the process according to the invention enables the reliable transport of water-absorbing polymer particles in the area of the strands promotion.
  • the inventive method is extremely reliable and allows the pneumatic conveying at significantly lower conveyor speeds. With conventional compressors with a flat characteristic, such as fans, such a high level of operational reliability can not be achieved.
  • Measurements should be taken at an ambient temperature of 23 ⁇ 2 ° C and a relative humidity of 50 ⁇ 10%, unless otherwise specified.
  • the water-absorbing polymer particles are thoroughly mixed before the measurement.
  • the absorption under pressure is determined according to the test method No. 442.2-02 "Absorption under pressure" recommended by the EDANA (European Disposables and Nonwovens Association). Permeability (SFC Saline Flow Conductivity)
  • the permeability of a swollen gel layer under pressure of 0.3 psi (2070 Pa) is determined as described in EP-A-0 640 330, as gel-layer permeability of a quenched gel layer of superabsorbent polymer, which in the aforementioned patent application Page 19 and described in Figure 8 apparatus was modified to the effect that the glass frit (40) is no longer used, the punch (39) made of the same plastic material as the cylinder (37) and now evenly distributed over the entire support surface contains 21 equal holes , The procedure and evaluation of the measurement remain unchanged compared to EP-A-0 640 330. The flow is detected automatically.
  • the permeability (SFC) is calculated as follows:
  • LO is the thickness of the gel layer in cm
  • d the density of the NaCl solution in g / cm 3
  • A is the area of the gel layer in cm 2
  • WP is the hydrostatic pressure over the gel layer in dynes / cm 2 .
  • Polyethylene glycol 400 diacrylate (diacrylate of a polyethylene glycol having an average molecular weight of 400 g / mol) is used as the polyethylenically unsaturated crosslinker.
  • the amount used was 2 kg per ton of monomer solution.
  • the throughput of the monomer solution was 18 t / h.
  • the individual components are continuously metered into a 6.3 ml 3 volume List Contikneter reactor (List, Arisdorf, Switzerland) in the following quantities:
  • the reaction solution had a temperature of 23.5 ° C. at the inlet.
  • the reactor was operated at a shaft speed of 38rpm.
  • the residence time of the reaction mixture in the reactor was 15 minutes.
  • the aqueous polymer gel was applied to a belt dryer. In total, 18.3 t / h of aqueous polymer gel having a water content of 55% by weight were dried. The gel was applied from a height of 30 cm by means of a swivel tape on the conveyor belt of the dryer. The height of the gel layer was about 10 cm.
  • the belt speed of the dryer belt was 0.02 m / s and the residence time on the dryer belt was about 37 minutes.
  • the dried hydrogel was ground and sieved. The fraction with the particle size 150 to 800 microns was postcrosslinked.
  • the postcrosslinker solution was sprayed onto the polymer particles in a Schugi® mixer.
  • the postcrosslinker solution was a 1.2% strength by weight solution of ethylene glycol diglycidyl ether in propylene glycol / water weight ratio 1: 2). Based on the polymer particles 5 wt .-% solution were sprayed. It was then dried for 60 minutes at 150 ° C. and postcrosslinked.
  • the delivery line used was a smooth aluminum pipeline with a length of 153 m and an internal diameter of 108.5 mm.
  • the delivery line consisted of two horizontal and two vertical sections, the sections being connected by arches. The vertical elevation totaled 10 m.
  • the delivery rate was 6,400 kg / h of water-absorbing polymer particles, the delivery air volume was 1,050 kg / h and the gas velocity was 17.8 m / s at the beginning of the delivery line and 26 m / s at the delivery line end.
  • the pressure in the delivery line was from +500 to 0 mbar, based on the ambient pressure.
  • the transported load was 6.2 kg / kg and the Froude number at the beginning of the feed was 16.8.
  • the water-absorbing polymer particles had g, an absorption under pressure of 24.9 g /, and a permeability of 40.1 x 10 "7 cm 3 s / g.
  • the water-absorbing polymer particles After the pneumatic transportation, the water-absorbing polymer particles had g, an absorption under pressure of 22.4 g / and a permeability of 30,4x10 "7 cm 3 s / g.

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Abstract

Verfahren zur pneumatischen Förderung wasserabsorbierender Polymerpartikel, wobei der zur pneumatischen Förderung verwendete Verdichter eine steile Kennlinie aufweist und die Gasanfangsgeschwindigkeit bei der Förderung einer Froude-Zahl von 10 bis 18 entspricht.

Description

Verfahren zur pneumatischen Förderung wasserabsorbierender Polymerpartikel
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur pneumatischen Förderung wasserabsorbierender Polymerpartikel, wobei der zur pneumatischen Förderung verwendete Verdichter eine steile Kennlinie aufweist.
Wasserabsorbierende Polymere sind insbesondere Polymere aus (co)polymerisierten hydrophilen Monomeren, Pfropf(co)polymere von einem oder mehreren hydrophilen Monomeren auf einer geeigneten Pfropfgrundlage, vernetzte Cellulose- oder Stärke- ether, vernetzte Carboxymethylcellulose, teilweise vernetztes Polyalkylenoxid oder in wässrigen Flüssigkeiten quellbare Naturprodukte, wie beispielsweise Guarderivate. Solche Polymere werden als wässrige Lösungen absorbierende Produkte zur Herstel- lung von Windeln, Tampons, Damenbinden und anderen Hygieneartikeln, aber auch als wasserzurückhaltende Mittel im landwirtschaftlichen Gartenbau verwendet.
Wasserabsorbierende Polymere haben typischerweise eine Zentrifugenretentionska- pazität von 25 bis 60 g/g, vorzugsweise von mindestens 30 g/g, bevorzugt von mindes- tens 32 g/g, besonders bevorzugt von mindestens 34 g/g, ganz besonders bevorzugt von mindestens 35 g/g. Die Zentrifugenretentionskapazität (CRC) wird gemäß der von der EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) empfohlenen Testmethode Nr. 441.2-02 "Centrifuge retention capacity" bestimmt.
Die Herstellung wasserabsorbierender Polymere wird beispielsweise beschrieben in "Modern Superabsorbent Polymer Technology", F. L. Buchholz and AT. Graham, Wi- ley-VCH, 1998, Seiten 69 bis 1 17. Vorzugsweise werden wasserabsorbierende Polymerpartikel mittels pneumatischer Fördersysteme transportiert. Die dabei zwangsläufig auftretende mechanische Belastung führt zu unerwünschtem Abrieb. Daher sind nied- rige Transportgeschwindigkeiten und damit reduzierte mechanische Belastungen anzustreben.
Grundsätzlich lassen sich bei der pneumatischen Förderung drei verschiedene Förderarten unterscheiden.
1. Bei Flugförderung und Strömförderung im Bereich hoher Gasgeschwindigkeiten gelten annähernd die Gesetze des frei angeströmten Einzelkorns. Es ist die klassische Art der pneumatischen Förderung. Es treten keinerlei Produktablagerungen auf. Es liegt eine im wesentlichen gleichmäßige Fördergutverteilung im Rohr vor. 2. Sinkt die Gasgeschwindigkeit, dann kommt man in den Bereich der Strähnenförderung, wo das Fördergut vor allem in der unteren Rohrhälfte strömt. In der oberen Rohrhälfte liegt Flugförderung vor.
3. Bei kleinen Gasgeschwindigkeiten erfolgt die Förderung äußerst schonend als
Dichtstromförderung (Pfropfenförderung, Impulsförderung) mit hohem Druckverlust.
Prinzipiell kann die Druckförderung mit langsameren Fördergeschwindigkeiten arbeiten als die Saugförderung, da im Überdruck die Druckreserven größer sind als im Vakuum, und da mit steigendem Druck die Fördergasdichte, die das Produkt vorantreibt, zunimmt.
Da Fördergas kompressibel ist, herrscht in der Förderleitung kein konstanter Druck, sondern am Anfang ein höherer als am Ende. Dadurch verändert sich aber auch das Gasvolumen, so dass am Anfang, bei höherem Druck, langsamere Gasgeschwindigkeiten vorherrschen und am Ende, bei niedrigerem Druck, höhere Gasgeschwindigkeiten.
H.Kaiman, Powder Technology 104 (1999) 214-220 beschreibt Untersuchungen zum Abrieb in pneumatischen Fördersystemen. Aufgrund der geringeren mechanischen Belastung sind niedrigere Fördergeschwindigkeiten vorteilhaft. Gemäß der Publikation werden bei der pneumatischen Förderung aber oft aus Sicherheitsgründen oft unnötig hohe Fördergeschwindigkeiten gewählt.
Zu niedrige Fördergeschwindigkeiten im Bereich der Strähnenförderung sind problematisch, da in dem instabilen Bereich zwischen der Dichtstromförderung und der Strähnenförderung keine stabile Förderung möglich ist. Vielmehr können die dabei auftretenden mechanischen Belastungen zu schweren Schäden am Fördersystem, bis zum Herausreißen der Förderleitungen aus den Halterungen, führen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur pneumatischen Förderung wasserabsorbierender Polymerpartikel, wobei insbesondere bei niedrigen Fördergeschwindigkeiten ein sicherer Betrieb möglich ist.
Gelöst wurde die Aufgabe durch ein Verfahren zur pneumatischen Förderung wasserabsorbierender Polymerpartikel, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des zur pneumatischen Förderung verwendeten Verdichters bei Druckanstieg von Leerlauf bis 800 mbar um weniger als 50% fällt und die Gasanfangsgeschwindigkeit bei der Förderung einer Froude-Zahl von 10 bis 18 entspricht. Die Volumenstromabnahme der verwendeten Verdichter beträgt vorzugsweise weniger als 30%, ganz besonders bevorzugt weniger als 20%, ganz besonders bevorzugt weniger als 10%. Die Volumenstromabnahme kann entweder gemessen oder anhand der Verdichterkennlinie ermittelt werden. Demgemäss haben die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Verdichter eine steile Kennlinie. Bevorzugte Verdichter sind Zwangsverdichter. Ein besonders geeigneter Zwangsverdichter mit steiler Kennlinie ist ein Drehkolbengebläse.
Die optimale Gasanfangsgeschwindigkeit bei der pneumatischen Förderung hängt vom Durchmesser der Förderleitung ab. Diese Abhängigkeit wird am besten mit der Froude- Zahl beschrieben:
Figure imgf000004_0001
Fr Froude-Zahl v Gasgeschwindigkeit
D Innendurchmesser der Transportleitung g Erdbeschleunigung
Die Froude-Zahl bei der erfindungsgemäßen pneumatischen Förderung beträgt vorzugsweise von 10 bis 16, besonders bevorzugt von 1 1 bis 15, ganz besonders bevorzugt von 12 bis 14.
Bei zu niedrigen Fördergeschwindigkeiten wird die pneumatische Förderung instabil und höhere Fördergeschwindigkeiten erhöhen den unerwünschten Abrieb infolge steigender mechanische Belastung.
Die Fördergutbeladung der pneumatischen Förderung beträgt vorzugsweise von 0,5 bis 20 kg/kg, besonders bevorzugt von 1 bis 10 kg/kg, ganz besonders bevorzugt von 2 bis 8 kg/kg, wobei die Fördergutbeladung der Quotient aus Fördergutmassenstrom und Gasmassenstrom ist.
Grundsätzlich erhöht sich mit steigender Fördergutbeladung auch die optimale Gasanfangsgeschwindigkeit.
Der Durchmesser der Rohrleitung, in der die pneumatische Förderung durchgeführt wird, beträt vorzugsweise von 3 bis 30 cm, besonders bevorzugt von 4 bis 25 cm, ganz besonders bevorzugt von 5 bis 20 cm. Zu niedrige Rohrdurchmesser führen zu einer höheren mechanischen Belastung durch die pneumatische Förderung und begünstigen damit den unerwünschten Abrieb. Zu große Rohrdurchmesser ermöglichen ein ebenso unerwünschtes Absetzen der wasserabsorbierenden Polymerpartikel in der Förderleitung.
Um die mechanische Belastung gering zu halten sollte die Anzahl der Bögen in der Rohrleitung eines pneumatischen Fördersystems möglichst gering sein, vorzugsweise weniger als 6, bevorzugt weniger als 5, besonders bevorzugt weniger als 4, ganz besonders bevorzugt weniger als 3. Eine Rohrleitung in einem pneumatischen Fördersystem ist der Abschnitt zwischen der Aufgabeeinrichtung für die wasserabsorbierenden Polymerpartikel und dem Empfangsbehälter, d.h. der Bereich in dem die wasserabsor- bierenden Polymerpartikel im Gasstrom transportiert werden.
Der Wassergehalt der wasserabsorbierenden Polymerpartikel beträgt vorzugsweise weniger als 10 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 1 bis 5 Gew.-%, wobei der Wassergehalt gemäß der von der EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) empfohlenen Testmethode Nr. 430.2-02 "Moisture content" bestimmt wird. Die mechanische Stabilität der wasserabsorbierenden Polymerpartikel nimmt mit dem Wassergehalt ab, d.h. der unerwünschte Abrieb nimmt zu. Zu hohe Wassergehalte während der pneumatischen Förderung können zur plastischen Deformation der Polymerpartikel (Engelshaarbildung) oder zu Ver- stopfungen führen.
Die wasserabsorbierenden Polymerpartikel weisen vorzugsweise zu mindestens 90 Gew.-% einen Partikeldurchmesser von weniger als 1.000 μm, besonders bevorzugt zu mindestens 95 Gew.-% einen Partikeldurchmesser von weniger als 900 μm, ganz be- sonders bevorzugt zu mindestens 98 Gew.-% einen Partikeldurchmesser von weniger als 800 μm, auf.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die mechanische Belastung während der pneumatischen Förderung soweit gesenkt, dass der Anteil der Polymerpartikel mit ei- nem Partikeldurchmesser von weniger als 150 μm durch die pneumatische Förderung vorzugsweise um weniger als 1 Gew.-%, besonders bevorzugt um weniger als 0,7 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt um weniger als 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Polymerpartikel, erhöht wird und die Permeabilität der Polymerpartikel durch die pneumatische Förderung vorzugsweise um weniger als 5x10"7 cm3s/g, besonders bevorzugt um weniger als 4x10"7 cm3s/g, ganz besonders bevorzugt um weniger als 3x10"7 cm3s/g, sinkt.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren wasserabsorbierenden Polymerpartikel können durch Polymerisation einer Monomerlösung, enthaltend
a) mindestens ein ethylenisch ungesättigtes, säuregruppentragendes Monomer, b) mindestens einen Vernetzer, c) wahlweise ein oder mehrere mit a) copolymerisierbare ethylenisch und/oder allylisch ungesättigte Monomere und d) wahlweise ein oder mehrere wasserlösliche Polymere, auf die die Monomere a), b) und ggf. c) zumindest teilweise aufgepfropft werden können,
wobei das dabei erhaltene Polymer getrocknet, klassiert,
e) wahlweise mit mindestens einem Nachvernetzer nachbehandelt, getrocknet, thermisch nachvernetzt und f) wahlweise mit mindestens einem mehrwertigen Kation nachbehandelt,
wird, hergestellt werden.
Geeignete Monomere a) sind beispielsweise ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure. Besonders bevorzugte Monomere sind Acrylsäure und Methacrylsäure. Ganz besonders bevorzugt ist Acrylsäure.
Der Anteil an Acrylsäure und/oder deren Salzen an der Gesamtmenge der Monomeren a) beträgt vorzugsweise mindestens 50 mol-%, besonders bevorzugt mindestens 90 mol-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95 ιmol-%.
Die Monomere a), insbesondere Acrylsäure, enthalten vorzugsweise bis zu 0,025 Gew.-% eines Hydrochinonhalbethers. Bevorzugte Hydrochinonhalbether sind Hydrochinonmonomethylether (MEHQ) und/oder Tocopherole.
Unter Tocopherol werden Verbindungen der folgenden Formel verstanden
Figure imgf000006_0001
wobei R1 Wasserstoff oder Methyl, R2 Wasserstoff oder Methyl, R3 Wasserstoff oder Methyl und R4 Wasserstoff oder ein Säurerest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Bevorzugte Reste für R4 sind Acetyl, Ascorbyl, Succinyl, Nicotinyl und andere physiologisch verträgliche Carbonsäuren. Die Carbonsäuren können Mono-, Di- oder Tricar- bonsäuren sein. Bevorzugt ist alpha-Tocopherol mit R1 = R2 = R3 = Methyl, insbesondere racemisches alpha-Tocopherol. R4 ist besonders bevorzugt Wasserstoff oder Acetyl. Insbesondere bevorzugt ist RRR-alpha-Tocopherol.
Die Monomerlösung enthält bevorzugt höchstens 130 Gew.-ppm, besonders bevorzugt höchstens 70 Gew.-ppm, bevorzugt mindestens 10 Gew.-ppm, besonders bevorzugt mindestens 30 Gew.-ppm, insbesondere bevorzugt um 50 Gew.-ppm, Hydrochinonhal- bether, jeweils bezogen auf Acryl säure, wobei Acrylsäuresalze rechnerisch als Acryl- säure mit berücksichtigt werden. Beispielsweise kann zur Herstellung der Monomerlö- sung eine Acrylsäure mit einem entsprechenden Gehalt an Hydrochinonhalbether verwendet werden.
Die wasserabsorbierenden Polymere sind vernetzt, d.h. die Polymerisation wird in Gegenwart von Verbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen, die in das Polymernetzwerk radikalisch einpolymerisiert werden können, durchgeführt. Geeignete Vernetzer b) sind beispielsweise Ethylenglykoldimethacrylat, Diethylenglykoldiacrylat, Allylmethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Triallylamin, Tetraallyloxyethan, wie in EP-A-O 530 438 beschrieben, Di- und Triacrylate, wie in EP-A-O 547 847, EP-A-O 559 476, EP-A-O 632 068, WO-A-93/21237, WO-A-03/104299, WO-A-03/104300, WO-A- 03/104301 und DE-A-10331450 beschrieben, gemischte Acrylate, die neben Acry- latgruppen weitere ethylenisch ungesättigte Gruppen enthalten, wie in DE-A-103 31 456 und DE-A-103 55 401 beschrieben, oder Vernetzermischungen, wie beispielsweise in DE-A-195 43 368, DE-A-196 46 484, WO-A-90/15830 und WO-A-02/32962 beschrieben.
Geeignete Vernetzer b) sind insbesondere N,N'-Methylenbisacrylamid und N1N'- Methylenbismethacrylamid, Ester ungesättigter Mono- oder Polycarbonsäuren von Po- lyolen, wie Diacrylat oder Triacrylat, beispielsweise Butandiol- oder Ethylenglykoldiacrylat bzw. -methacrylat sowie Trimethylolpropantriacrylat und Allylverbindungen, wie Allyl(meth)acrylat, Triallylcyanurat, Maleinsäurediallylester, Polyallylester, Tetraallyloxyethan, Triallylamin, Tetraallylethylendiamin, Allylester der Phosphorsäure sowie Vinylphosphonsäurederivate, wie sie beispielsweise in EP-A-O 343 427 beschrieben sind. Weiterhin geeignete Vernetzer b) sind Pentaerythritoldi-, Pentaerythritoltri- und Pentaerythritoltetraallylether, Polyethylenglykoldiallylether, Ethylenglykoldiallylether, Glyzerindi- und
Glyzerintriallylether, Polyallylether auf Basis Sorbitol, sowie ethoxylierte Varianten davon. Im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar sind Di(meth)acrylate von Po- lyethylenglykolen, wobei das eingesetzte Polyethylenglykol ein Molekulargewicht zwischen 300 und 1000 aufweist. Besonders vorteilhafte Vernetzer b) sind jedoch Di- und Triacrylate des 3- bis 20-fach ethoxylierten Glyzerins, des 3- bis 20-fach ethoxylierten Trimethylolpropans, des 3- bis 20-fach ethoxylierten Trimethylolethans, insbesondere Di- und Triacrylate des 2- bis 6-fach ethoxylierten Glyzerins oder Trimethylolpropans, des 3-fach propoxylierten Glyzerins oder Trimethylolpropans, sowie des 3-fach gemischt ethoxylierten oder propoxylierten Glyzerins oder Trimethylolpropans, des 15-fach ethoxylierten Glyzerins oder Trimethylolpropans, sowie des mindestens 40-fach ethoxylierten Glyzerins, Trimethylo- lethans oder Trimethylolpropans.
Ganz besonders bevorzugte Vernetzer b) sind die mit Acrylsäure oder Methacrylsäure zu Di- oder Triacrylaten veresterten mehrfach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glyzerine wie sie beispielsweise in DE-A-103 19 462 beschrieben sind. Besonders vorteilhaft sind Di- und/oder Triacrylate des 3- bis 10-fach ethoxylierten Glyzerins. Ganz besonders bevorzugt sind Di- oder Triacrylate des 1- bis 5- fach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glyzerins. Am meisten bevorzugt sind die Triacrylate des 3- bis 5-fach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glyzerins. Diese zeichnen sich durch besonders niedrige Restgehalte (typischerweise unter 10 Gew.-ppm) im wasserabsor- bierenden Polymer aus und die wässrigen Extrakte der damit hergestellten wasserabsorbierenden Polymere weisen eine fast unveränderte Oberflächenspannung (typischerweise mindestens 0,068 N/m) im Vergleich zu Wasser gleicher Temperatur auf.
Die Menge an Vernetzer b) beträgt vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-%, besonders be- vorzugt 0,05 bis 0,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 0,3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Monomer a).
Mit den Monomeren a) copolymerisierbare ethylenisch ungesättigte Monomere c) sind beispielsweise Acrylamid, Methacrylamid, Crotonsäureamid, Dimethylaminoethyl- methacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Dimethylaminopropylacrylat, Diethylaminopro- pylacrylat, Dimethylaminobutylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylami- noethylmethacrylat, Dimethylaminoneopentylacrylat und Dimethylaminoneopentyl- methacrylat.
Als wasserlösliche Polymere d) können Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Stärke, Stärkederivate, Polyglykole oder Polyacrylsäuren, vorzugsweise Polyvinylalkohol und Stärke, eingesetzt werden.
Die Herstellung eines geeigneten Polymers sowie weitere geeignete hydrophile ethyle- nisch ungesättigte Monomere a) werden in DE-A-199 41 423, EP-A-O 686 650, WO-A- 01/45758 und WO-A-03/104300 beschrieben.
Geeignete Reaktoren sind Knetreaktoren oder Bandreaktoren. Im Kneter wird das bei der Polymerisation einer wässrigen Monomerlösung entstehende Polymergel durch beispielsweise gegenläufige Rührwellen kontinuierlich zerkleinert, wie in WO-A-
01/38402 beschrieben. Die Polymerisation auf dem Band wird beispielsweise in DE-A- 38 25 366 und US-6,241 ,928 beschrieben. Bei der Polymerisation in einem Bandreak- tor entsteht ein Polymergel, das in einem weiteren Verfahrensschritt zerkleinert werden muss, beispielsweise in einem Fleischwolf, Extruder oder Kneter.
Vorteilhaft wird das Hydrogel nach dem Verlassen des Polymerisationsreaktors noch bei höherer Temperatur, vorzugsweise mindestens 50°C, besonders bevorzugt mindestes 70°C, ganz besonders bevorzugt mindestens 80°C, sowie vorzugsweise weniger als 100°C, gelagert, beispielsweise in isolierten Behältern. Durch die Lagerung, üblicherweise 2 bis 12 Stunden, wird der Monomerumsatz weiter erhöht.
Die Säuregruppen der erhaltenen Hydrogele sind üblicherweise teilweise neutralisiert, vorzugsweise zu 25 bis 95 mol-%, bevorzugt zu 50 bis 80 mol-%, besonders bevorzugt zu 60 bis 75 mol-%, wobei die üblichen Neutralisationsmittel verwendet werden können, vorzugsweise Alkalimetallhydroxide, Alkalimetalloxide, Alkalimetallcarbonate oder Alkalimetallhydrogencarbonate sowie deren Mischungen. Statt Alkalimetallsalzen kön- nen auch Ammoniumsalze verwendet werden. Natrium und Kalium sind als
Alkalimetalle besonders bevorzugt, ganz besonders bevorzugt sind jedoch Natriumhydroxid, Natriumcarbonat oder Natriumhydrogencarbonat sowie deren Mischungen. Die Neutralisation wird vorzugsweise auf der Stufe der Monomeren durchgeführt. Dies geschieht üblicherweise durch Einmischung des Neutralisationsmittels als wässrige Lösung, als Schmelze, oder bevorzugt auch als Feststoff. Beispielsweise kann Natriumhydroxid mit einem Wasseranteil deutlich unter 50 Gew.-% als wachsartige Masse mit einem Schmelzpunkt oberhalb 23°C vorliegen. In diesem Fall ist eine Dosierung als Stückgut oder Schmelze bei erhöhter Temperatur möglich.
Es ist aber auch möglich die Neutralisation nach der Polymerisation auf der Stufe des Hydrogels durchzuführen. Weiterhin ist es möglich bis zu 40 mol-%, vorzugsweise 10 bis 30 mol-%, besonders bevorzugt 15 bis 25 mol-%, der Säuregruppen vor der Polymerisation zu neutralisieren indem ein Teil des Neutralisationsmittels bereits der Mo- nomerlösung zugesetzt und der gewünschte Endneutralisationsgrad erst nach der Polymerisation auf der Stufe des Hydrogels eingestellt wird. Wird das Hydrogel zumindest teilweise nach der Polymerisation neutralisiert, so wird das Hydrogel vorzugsweise mechanisch zerkleinert, beispielsweise mittels eines Fleischwolfes, wobei das Neutralisationsmittel aufgesprüht, übergestreut oder aufgegossen und dann sorgfältig unter- gemischt werden kann. Dazu kann die erhaltene Gelmasse noch mehrmals zur Homogenisierung gewolft werden.
Das Hydrogel wird dann vorzugsweise mit einem Bandtrockner getrocknet bis der Restfeuchtegehalt vorzugsweise unter 15 Gew.-%, insbesondere unter 10 Gew.-% liegt, wobei der Wassergehalt gemäß der von der EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) empfohlenen Testmethode Nr. 430.2-02 "Moisture content" bestimmt wird. Wahlweise kann zur Trocknung aber auch ein Wirbelbetttrockner oder ein beheizter Pflugscharmischer verwendet werden. Um besonders weiße Produkte zu erhalten, ist es vorteilhaft bei der Trocknung dieses Gels einen schnellen Abtransport des verdampfenden Wassers sicherzustellen. Dazu ist die Trocknertemperatur zu optimieren, die Luftzu- und -abführung muss kontrolliert erfolgen, und es ist in jedem Fall auf ausreichende Belüftung zu achten. Die Trocknung ist naturgemäß umso einfacher und das Produkt umso weißer, wenn der Feststoffgehalt des Gels möglichst hoch ist. Bevorzugt liegt der Feststoffgehalt des Gels vor der Trocknung daher zwischen 30 und 80 Gew.-%. Besonders vorteilhaft ist die Belüftung des Trockners mit Stickstoff oder einem anderen nicht-oxidierenden Inertgas. Wahlweise kann aber auch einfach nur der Partialdruck des Sauerstoffs während der Trocknung abgesenkt werden, um oxidative Vergilbungsvorgänge zu verhindern. Im Regelfall führt aber auch eine ausreichende Belüftung und Abführung des Wasserdampfes zu einem noch akzeptablen Produkt. Vorteilhaft hinsichtlich Farbe und Produktqualität ist in der Regel eine möglichst kurze Trocknungszeit.
Das getrocknete Hydrogel wird hiernach gemahlen und klassiert, wobei zur Mahlung üblicherweise ein- oder mehrstufige Walzenstühle, bevorzugt zwei- oder dreistufige Walzenstühle, Stiftmühlen, Hammermühlen oder Schwingmühlen eingesetzt werden können.
Anschließend können die erhaltenen Polymerpartikel nachvernetzt werden. Hierzu geeignete Nachvernetzer e) sind Verbindungen, die mindestens zwei Gruppen enthalten, die mit den Carboxylatgruppen der Polymere kovalente Bindungen bilden können. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise Alkoxysiliylverbindungen, Polyaziridine, Po- lyamine, Polyamidoamine, Di- oder Polyglycidylverbindungen, wie in EP-A-O 083 022, EP-A-543 303 und EP-A-937 736 beschrieben, mehrwertige Alkohole, wie in DE-C-33 14 019, DE-C-35 23 617 und EP-A-450 922 beschrieben, oder ß-Hydroxyalkylamide, wie in DE-A-102 04 938 und US-6,239,230 beschrieben. Geeignet sind ferner Verbindungen mit gemischter Funktionalität, wie Glycidol, 3-Ethyl-3-oxetanmethanol (Trimethylolpropanoxetan), wie in EP-A-1 199 327 beschrieben, Aminoethanol, Diethanolamin, Triethanolamin oder Verbindungen, die nach der ersten Reaktion eine weitere Funktionalität ausbilden, wie Ethylenoxid, Propylenoxid, Isobutylenoxid, Aziridin, Azetidin oder Oxetan.
Des weiteren sind in DE-A-40 20 780 zyklische Karbonate, in DE-A-198 07 502 2-Oxazolidon und dessen Derivate, wie N-(2-Hydroxyethyl)-2-oxazolidon, in DE-A-198 07 992 Bis- und Poly-2-oxazolidinone, in DE-A-198 54 573 2-Oxotetrahydro-1 ,3-oxazin und dessen Derivate, in DE-A-198 54 574 N-Acyl-2-oxazolidone, in DE-A-102 04 937 zyklische Harnstoffe, in DE-A-103 34 584 bizyklische Amidacetale, in EP-A-1 199 327 Oxetane und zyklische Harnstoffe und in WO-A-03/031482 Morpholin-2,3-dion und dessen Derivate als geeignete Nachvernetzer e) beschrieben. Bevorzugte Nachvernetzer e) sind Oxazolidon und dessen Derivate, insbesondere N-(2-Hydroxyethyl)-2-oxazolidon.
Die Menge an Nachvernetzer e) beträgt vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 0,2 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Polymer.
Die Nachvernetzung wird üblicherweise so durchgeführt, dass eine Lösung des Nach- vernetzers e) auf das Hydrogel oder die trockenen Polymerpartikel aufgesprüht wird. Im Anschluss an das Aufsprühen wird thermisch getrocknet, wobei die Nachvernetzungsreaktion sowohl vor als auch während der Trocknung stattfinden kann.
Das Aufsprühen einer Lösung des Vernetzers wird vorzugsweise in Mischern mit be- wegten Mischwerkzeugen, wie Schneckenmischer, Paddelmischer, Scheibenmischer, Pflugscharmischer und Schaufelmischer, durchgeführt werden. Besonders bevorzugt sind Vertikalmischer, ganz besonders bevorzugt sind Pflugscharmischer und Schaufelmischer. Geeignete Mischer sind beispielsweise Lödige®-Mischer, Bepex®-Mischer, Nauta®-Mischer, Processall®-Mischer und Schugi®-Mischer.
Die thermische Trocknung wird vorzugsweise in Kontakttrocknern, besonders bevorzugt Schaufeltrocknern, ganz besonders bevorzugt Scheibentrocknern, durchgeführt. Geeignete Trockner sind beispielsweise Bepex®-T rockner und Nara®-T rockner. Überdies können auch Wirbelschichttrockner eingesetzt werden.
Die Trocknung kann im Mischer selbst erfolgen, durch Beheizung des Mantels oder Einblasen von Warmluft. Ebenso geeignet ist ein nachgeschalteter Trockner, wie beispielsweise ein Hordentrockner, ein Drehrohrofen oder eine beheizbare Schnecke. Es kann aber auch beispielsweise eine azeotrope Destillation als Trocknungsverfahren benutzt werden.
Bevorzugte Trocknungstemperaturen liegen im Bereich 170 bis 250°C, bevorzugt 180 bis 220°C, und besonders bevorzugt 190 bis 210°C. Die bevorzugte Verweilzeit bei dieser Temperatur im Reaktionsmischer oder Trockner beträgt vorzugsweise mindes- tens 10 Minuten, besonders bevorzugt mindestens 20 Minuten, ganz besonders bevorzugt mindestens 30 Minuten.
Die wasserabsorbierenden Polymerpartikel können zusätzlich mit mindestens einem mehrwertigen Kation f) nachbehandelt werden. Geeignete Kationen f) sind beispiels- weise zweiwertige Kationen, wie die Kationen von Zink, Magnesium, Kalzium und
Strontium, dreiwertige Kationen, wie die Kationen von Aluminium, Eisen, Chrom, Seltenerden und Mangan, vierwertige Kationen, wie die Kationen von Titan und Zirkonium. Als Gegenion sind Chlorid, Bromid, Sulfat, Hydrogensulfat, Carbonat, Hydrogencarbo- nat, Nitrat, Phosphat, Hydrogenphosphat, Dihydrogenphosphat und Carboxylat, wie Acetat und Lactat, möglich. Aluminiumsulfat ist bevorzugt.
Üblicherweise wird das mehrwertige Kation f) als wässrige Lösung eingesetzt. Die Konzentration des mehrwertigen Kations f) in der wässrigen Lösung beträgt beispielsweise 0,1 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 8 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 4 Gew.-%.
Die Menge an mehrwertigem Kation f) beträgt vorzugsweise 0,001 bis 0,25 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,005 bis 0,2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,01 bis 0,15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Polymer.
Die mehrwertigen Kationen f) werden vorzugsweise während der Nachvernetzung auf- gebracht, wobei Nachvernetzer e) und Kation f) vorzugsweise über getrennte Lösungen dosiert werden.
Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polymere sowie Hygieneartikel, insbesondere Windeln, die diese enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den zuverlässigen Transport wasserabsorbierender Polymerpartikel im Bereich der Strähnenförderung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist äußerst betriebssicher und ermöglicht die pneumatische Förderung bei deutlich niedrigeren Fördergeschwindigkeiten. Mit herkömmlichen Verdichtern mit flacher Kennlinie, beispielsweise Ventilatoren, kann eine derart hohe Betriebssicherheit nicht erreicht werden.
Methoden:
Die Messungen sollten, wenn nicht anders angegeben, bei einer Umgebungstemperatur von 23 ± 2 °C und einer relativen Luftfeuchte von 50 ± 10 % durchgeführt werden. Die wasserabsorbierenden Polymerpartikel werden vor der Messung gut durchmischt.
Absorption unter Druck (AUL0.7psi Absorbency Under Load)
Die Absorption unter Druck wird gemäß der von der EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) empfohlenen Testmethode Nr. 442.2-02 " Absorption under pressure" bestimmt. Permeabilität (SFC Saline Flow Conductivity)
Die Permeabilität einer gequollenen Gelschicht unter Druckbelastung von 0,3 psi (2070 Pa) wird, wie in EP-A-O 640 330 beschrieben, als Gel-Layer-Permeability einer gequol- lenen Gelschicht aus superabsorbierendem Polymer bestimmt, wobei die in zuvor genannter Patentanmeldung auf Seite 19 und in Figur 8 beschriebene Apparatur dahingehend modifiziert wurde, dass die Glasfritte (40) nicht mehr verwendet wird, der Stempel (39) aus gleichem Kunststoffmaterial besteht wie der Zylinder (37) und jetzt über die gesamte Auflagefläche gleichmäßig verteilt 21 gleichgroße Bohrungen enthält. Die Vorgehensweise sowie Auswertung der Messung bleibt unverändert gegenüber EP-A-O 640 330. Der Durchfluss wird automatisch erfasst.
Die Permeabilität (SFC) wird wie folgt berechnet:
SFC [cm3s/g] = (Fg(t=0)xL0)/(dxAxWP),
wobei Fg(t=O) der Durchfluss an NaCI-Lösung in g/s ist, der anhand einer linearen Regressionsanalyse der Daten Fg(t) der Durchflussbestimmungen durch Extrapolation gegen t=0 erhalten wird, LO die Dicke der Gelschicht in cm, d die Dichte der NaCI- Lösung in g/cm3, A die Fläche der Gelschicht in cm2 und WP der hydrostatische Druck über der Gelschicht in dyn/cm2 darstellt.
Beispiel
Durch kontinuierliches Mischen von Wasser, 50 gew.-%iger Natronlauge und Acrylsäu- re wurde eine 38,8 gew.-%ige Acrylsäure/Natriumacrylatlösung hergestellt, so dass der Neutralisationsgrad 71 ,3 mol-% betrug. Der Feststoffgehalt der Monomerlösung betrug 38,8 Gew.-%. Die Monomerlösung wurde nach dem Mischen der Komponenten durch einen Wärmetauscher kontinuierlich auf eine Temperatur von 29°C abgekühlt und mit Stickstoff entgast.
Als mehrfach ethylenisch ungesättigter Vernetzer wird Polyethylenglykol-400-diacrylat (Diacrylat eines Polyethylenglykols mit einem mittleren Molgewicht von 400 g/mol) verwendet. Die Einsatzmenge betrug 2 kg pro t Monomerlösung.
Zur Initiierung der radikalischen Polymerisation wurden folgende Komponenten eingesetzt: Wasserstoffperoxid (1 ,03 kg (0,25 gew.-%ig) pro t Monomerlösung), Natriumpe- roxodisulfat (3,10 kg (15 gew.-%ig) pro t Monomerlösung), sowie Ascorbinsäure (1 ,05 kg (1 gew.-%ig) pro t Monomerlösung).
Der Durchsatz der Monomerlösung betrug 18 t/h. Die einzelnen Komponenten werden kontinuierlich in einen Reaktor List Contikneter mit 6.3m3 Volumen (Fa. List, Arisdorf, Schweiz) in folgenden Mengen eindosiert:
18 t/h Monomerlösung 36 kg/h Polyethylenglycol-400-diacrylat
74,34 kg/h Wasserstoffperoxidlösung/Natriumperoxodisulfat-Lösung
18,9 kg/h Ascorbinsäurelösung
Am Ende des Reaktors wurden zusätzlich 750 bis 900 kg/h abgetrenntes Unterkorn mit einer Partikelgröße kleiner 150 μm zudosiert.
Die Reaktionslösung hatte am Zulauf eine Temperatur von 23,5°C. Der Reaktor wurde mit einer Drehzahl der Wellen von 38rpm betrieben. Die Verweilzeit der Reaktionsmischung im Reaktor betrug 15 Minuten.
Im erhaltenen Produktgel wurde analytisch ein Restacrylsäuregehalt von 0,6 Gew.-% (bezogen auf Feststoffgehalt) und ein Feststoffgehalt von 45,0 Gew.-% gefunden.
Nach Polymerisation und Gelzerkleinerung wurde das wässrige Polymergel auf einen Bandtrockner aufgegeben. Insgesamt wurden 18,3 t/h wässriges Polymergel mit einem Wassergehalt von 55 Gew.-% getrocknet. Das Gel wurde aus einer Höhe von 30 cm mittels eines Schwenkbandes auf das Förderband des Trockners aufgebracht. Die Höhe der Gelschicht betrug ca. 10 cm.
Die Bandgeschwindigkeit des Trocknerbandes betrug 0,02 m/s und die Verweilzeit auf dem Trocknerband betrug ca. 37 Minuten.
Das getrocknete Hydrogel wurde gemahlen und gesiebt. Die Fraktion mit der Partikelgröße 150 bis 800 μm wurde nachvernetzt.
Die Nachvernetzerlösung wurde in einem Schugi®-Mischer auf die Polymerpartikel aufgesprüht. Die Nachvernetzerlösung war eine 1 ,2 gew.-%ige Lösung von Ethylengly- koldiglycidylether in Propylenglykol/Wasser Gewichtsverhältnis 1 :2). Bezogen auf die Polymerpartikel wurden 5 Gew.-% Lösung aufgesprüht. Anschließend wurde 60 Minu- ten bei 150°C getrocknet und nachvernetzt.
Nach Abtrennung des während der Nachvernetzung entstandenen Grobkorns wurden die wasserabsorbierenden Polymerpartikel pneumatisch gefördert. Als Förderleitung wurde eine glatte Rohrleitung aus Aluminium mit einer Länge von 153 m und einem Innendurchmesser von 108,5 mm verwendet. Die Förderleitung bestand aus zwei waagerechten und zwei senkrechten Abschnitten, wobei die Abschnitte durch Bögen verbunden waren. Die vertikale Überhöhung betrug insgesamt 10 m. Die Förderleistung betrug 6.400 kg/h wasserabsorbierende Polymerpartikel, die Förderluftmenge betrug 1.050 kg/h und die Gasgeschwindigkeit betrug 17,8 m/s am Förderleitungsanfang sowie 26 m/s am Förderleitungsende. Der Druck in der Förderleitung betrug von +500 bis 0 mbar, bezogen auf den Umgebungsdruck. Die Fördergutbeladung betrug 6,2 kg/kg und die Froude-Zahl am Anfang der Förderung betrug 16,8.
Vor der pneumatischen Förderung hatten die wasserabsorbierenden Polymerpartikel eine Absorption unter Druck von 24,9 g/g und eine Permeabilität von 40,1 x10"7 cm3s/g.
Nach der pneumatischen Förderung hatten die wasserabsorbierenden Polymerpartikel eine Absorption unter Druck von 22,4 g/g und eine Permeabilität von 30,4x10"7 cm3s/g.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur pneumatischen Förderung wasserabsorbierender Polymerpartikel, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des zur pneumatischen Förde- rung verwendeten Verdichters bei Druckanstieg von Leerlauf bis 800 mbar um weniger als 50% fällt und die Gasanfangsgeschwindigkeit bei der Förderung einer Froude-Zahl von 10 bis 18 entspricht.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter ein Zwangsverdichter ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fördergutbeladung von 0,5 bis 20 kg/kg beträgt, wobei die Fördergutbeladung der Quotient aus Fördergutmassenstrom und Gasmassenstrom ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrdurchmesser von 3 bis 30 cm beträgt.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerpartikel einen Wassergehalt von weniger als 10 Gew.-% aufweisen.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 90 Gew.-% der Polymerpartikel einen Partikeldurchmesser von weniger als 1.000 μm aufweisen.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Belastung während der pneumatischen Förderung so eingestellt wird, dass die Permeabilität der Polymerpartikel durch die pneumatische Förderung um weniger als 5x10"7 cm3s/g sinkt.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Polymerpartikel auf Basis von Polyacrylsäure verwendet werden.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Polymerpartikel auf Basis von vernetzter Polyacrylsäure verwendet werden.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Polymerpartikel auf Basis von teilneutralisierter Polyacrylsäure verwendet werden.
1 1. Verfahren zur Herstellung von Hygieneartikeln, umfassend eine pneumatische Förderung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hygieneartikel eine Windel ist.
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