專利名稱：制備吸水樹脂的方法以及犁形混合設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改性吸水樹脂的方法，包括混合吸水樹脂和水溶液的步驟，以及一種制備改性吸水樹脂的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種改性吸水樹脂的方法，包括使用特定結(jié)構(gòu)的混合設(shè)備，或通過在吸水樹脂中加入特定量的水溶液來均勻混合吸水樹脂和水溶液的步驟，以及一種最佳的適用于本方法的混合設(shè)備。
背景技術(shù)：
吸水樹脂具有吸收大量水的特性，用于形成衛(wèi)生制品例如一次性尿布、衛(wèi)生餐巾紙和失禁墊，土壤保水劑，食品防濕單的材料。特別是應(yīng)用于衛(wèi)生制品如一次性尿布，要求發(fā)展一種在壓力下具有高度吸收能力的吸水樹脂以便減小產(chǎn)品厚度。制備這種吸水樹脂通常經(jīng)過形成水合凝膠聚合物、干燥、粉碎、分級(jí)這樣的步驟。為了賦予進(jìn)一步提高的吸水性能，經(jīng)常通過加入不同的水溶性化合物來改性吸水樹脂。吸水樹脂的表面交聯(lián)是一種可想象得到的改性方法，它需要混合吸水樹脂粉末和包含表面交聯(lián)劑的水溶液的步驟(JP-A-1992-214734)。
攪拌并混合固體-液體體系以便使固體顆粒懸浮，并均勻分散液相使其包圍固體顆粒。當(dāng)固體是吸水樹脂時(shí)，因?yàn)槲畼渲诩尤胨芤汉罅⒖涛赵撘后w，固體和液體不易于均勻混合并易于聚集。
為了獲得令人滿意的混合物，JP-A-1992-214734中指出使用高速攪拌型攪拌器，其內(nèi)表面基本上由與水的界面接觸角至少約60°、熱變形溫度不低于70℃的材料構(gòu)成。作為高速攪拌型攪拌器的具體實(shí)例，可以是安裝在攪拌槽底部的內(nèi)表面上的帶有旋轉(zhuǎn)葉片的攪拌器，例如Henschel Mixer、New Speed Mixer、Heavy Duty Matrix，以及內(nèi)側(cè)裝備有圓筒形容器的攪拌器，適于通過裝有多個(gè)槳的轉(zhuǎn)軸(例如可以舉出Turburizer和Sand Turbo)的高速旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)連續(xù)混合兩種或更多種粉末或一種液體和一種粉末的攪拌器。該出版物提到連續(xù)攪拌機(jī)具有高生產(chǎn)能力。
然后，作為一種在干燥細(xì)分散的水凝膠顆粒上進(jìn)行共價(jià)鍵型表面交聯(lián)的手段，描述了通過將混合的羥基凝膠粉末、乙二醇一縮二甘油基醚、水和1，2-丙二醇在5-10分鐘內(nèi)加入犁形混合設(shè)備，隨后加熱，并冷卻得到的混合物(JP-A-2002-527547中的實(shí)施例7)。從這個(gè)實(shí)施例給出的具體實(shí)施方式
，即混合操作持續(xù)至少五分鐘，篩分產(chǎn)物以除去直徑為120-850μm的顆粒，推斷在這個(gè)實(shí)施例中產(chǎn)生了聚集體。
在一種已知的方法中，在混合吸水樹脂顆粒和液滴時(shí)使用攪拌軸上裝有多個(gè)槳的混合設(shè)備，操作該裝置將槳頭末端的線速度設(shè)定為250-3,000m/分鐘(JP-A-1999-349625)。在該出版物中舉出的一個(gè)工作實(shí)例中，使用高速攪拌混合裝置例如Turburizer通過噴霧把吸水樹脂與含表面交聯(lián)劑的溶液混合，Turburier的旋轉(zhuǎn)頻率設(shè)定為2,160rpm。如說明書中所描寫，該混合設(shè)備具有涂蓋聚四氟乙烯的內(nèi)表面，槳(葉片)周邊具有突起，以便誘發(fā)渦流，因此提高了該裝置的混合性能。
已經(jīng)公開了一種通過使用攪拌連續(xù)擠壓型混合設(shè)備混合含羧基吸水樹脂和水溶液來制備具有規(guī)定性能的吸水劑的方法，該設(shè)備在固定圓筒內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)軸周圍裝有至少一個(gè)適合于對(duì)吸水樹脂施加擠出壓力的攪拌元件(JP-A-1997-235378)。因?yàn)樵摂嚢柩b置具有攪拌元件這樣配置為的是確保在分散區(qū)的卸料側(cè)有一個(gè)混合區(qū)，吸水樹脂和水溶液的混合分為兩個(gè)或更多個(gè)攪拌狀態(tài)，即分散和混合。
已經(jīng)公開了一種方法，為了能夠非常容易地進(jìn)行吸水樹脂和液體物質(zhì)的均勻混合并穩(wěn)定地保持較長時(shí)間，使用裝有噴嘴的攪拌裝置混合吸水樹脂和液體物質(zhì)(JP-A-2002-201290)。設(shè)想該方法包括經(jīng)過空?qǐng)A錐體形噴嘴(環(huán)形霧化樣式)或橢圓錐面形噴嘴(雙凸透鏡霧化樣式)噴霧吸水樹脂，干燥噴霧產(chǎn)物，把干燥吸水樹脂磨成粉末，在露點(diǎn)不高于60℃溫度不低于90℃的空氣中熱處理粉碎的吸水樹脂。作為有效用于該方法的混合設(shè)備，提到了圓柱形混合設(shè)備、雙壁圓錐形混合設(shè)備、V形混合設(shè)備、帶式混合設(shè)備、螺桿型混合設(shè)備、流化型轉(zhuǎn)爐盤式混合設(shè)備、空氣流型混合設(shè)備、內(nèi)部混合設(shè)備、粉碎機(jī)型捏和機(jī)、回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備和螺桿式擠出設(shè)備。在工作實(shí)例中，Turburizer被用作連續(xù)的高速攪拌和混合設(shè)備。
為了吸水樹脂的表面進(jìn)行改性，混合吸水樹脂和含表面改性劑的步驟確實(shí)是不可缺少的。因?yàn)槲畼渲诮佑|水溶液時(shí)，立即吸收水溶液并溶脹或產(chǎn)生粘性，水溶液與吸水樹脂難于均勻混合。因此，即使用上述方法，也發(fā)生聚集。
此外，因?yàn)槲畼渲苊洸⒈３终承?，它粘附在設(shè)備內(nèi)部。同樣由于產(chǎn)生的沉淀生長也發(fā)生聚集。此外，發(fā)生沉淀可能使設(shè)備的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)變得困難。因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種有效地獲得吸水樹脂和水溶液均勻混合物的混合方法。
吸水樹脂通常優(yōu)選以盡可能少的量包含粒徑不超過150μm的顆粒。在象紙尿布這樣的吸水產(chǎn)品中的顆粒在產(chǎn)品中阻塞并構(gòu)成降低產(chǎn)品透過液體能力的一個(gè)因素。即使當(dāng)顆粒已經(jīng)用表面交聯(lián)劑處理過時(shí)，該處理也不易于提高各種固態(tài)性能例如加壓下的吸收能力，但是必然導(dǎo)致由于丟掉無用的碎片產(chǎn)生損失這樣的問題，并因此降低生產(chǎn)率，增加廢品處理花費(fèi)。本發(fā)明的目的在于提供一種制備不明顯包含顆粒物的吸水樹脂的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在勤奮研究細(xì)粉末現(xiàn)象后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在混合吸水樹脂和含表面改性劑水溶液的過程中，當(dāng)未均勻混合時(shí)會(huì)出現(xiàn)聚集，同時(shí)表面改性后對(duì)聚集體的粉碎導(dǎo)致產(chǎn)生細(xì)粉末。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)細(xì)粉末的出現(xiàn)可以通過均勻混合混合物而得到抑制，因?yàn)榫鶆蚧旌衔镒柚沽司奂w的出現(xiàn)，而且即使仍然發(fā)生聚集，通過在混合設(shè)備中進(jìn)行粉碎而省去了聚集體粉碎的過程。因此完成了本發(fā)明。
特別地，本發(fā)明包括通過使用在旋轉(zhuǎn)軸上裝有多個(gè)犁形攪拌葉片的犁形混合設(shè)備使得吸水樹脂顆粒能有效地保持在懸浮和流化狀態(tài)，并向其中加入水溶液并且混合來獲得吸水樹脂和水溶液的均勻混合物。當(dāng)該設(shè)備中裝備有破碎刀刃時(shí)，即使在潮濕狀態(tài)下出現(xiàn)聚集也可以完全被粉碎。當(dāng)該設(shè)備的內(nèi)壁由界面接觸角至少為60°、熱變形溫度不低于70℃的聚四氟乙烯這樣的材料構(gòu)成時(shí)，吸水樹脂和水溶液以及聚集體的混合物不易粘附于內(nèi)表面，混合物可以連續(xù)地從混合設(shè)備中出料。
在吸水樹脂和包含表面交聯(lián)劑的水溶液的混合過程中，通過調(diào)節(jié)水溶液的加入比例，使得加入水溶液前吸水樹脂的體積(D)和加入水溶液并且混和后吸水樹脂的體積(W)的比例(W/D)為1.2-2.5，可以抑制聚集體的出現(xiàn)。
通過使用本發(fā)明的特定結(jié)構(gòu)的犁形混合設(shè)備，可以均勻混合吸水樹脂和含表面交聯(lián)劑的水溶液，并從而抑制聚集體的出現(xiàn)。
制造上述的設(shè)備是通過在傳統(tǒng)的犁形混合設(shè)備上裝備由特定材料形成的內(nèi)壁，并且使內(nèi)壁帶有凹槽部件，進(jìn)一步給混合設(shè)備裝備粉碎刀刃而進(jìn)行的。該設(shè)備本身易于生產(chǎn)。通過使用這種結(jié)構(gòu)的設(shè)備，本發(fā)明能夠獲得僅含少量聚集體的均勻吸水樹脂，盡管該設(shè)備具有比傳統(tǒng)的設(shè)備更低的旋轉(zhuǎn)速度和更短的滯留時(shí)間。


圖1是舉例說明一種優(yōu)選適用于本發(fā)明的改性方法的犁形混合設(shè)備實(shí)例的典型剖面圖。
圖2是舉例說明用于犁形混合設(shè)備中的犁形攪拌葉片的圖解。
圖3是舉例說明在犁形攪拌葉片和內(nèi)壁之間的凹槽部件的間隔的標(biāo)準(zhǔn)剖面圖。
優(yōu)選實(shí)施方式的描述本發(fā)明的第一方面的目的在于改性吸水樹脂的方法，包括混合具有羧基的吸水樹脂和含表面交聯(lián)劑的水溶液的步驟，其中使用裝有犁形攪拌葉片和破碎刀刃的混合裝置來混合所述吸水樹脂和所述水溶液，該裝置的內(nèi)壁由與水面間的接觸角不少于60°并且熱變形溫度不低于70℃的材料形成。
當(dāng)多種混合設(shè)備用于攪拌和混合固體-液體體系時(shí)，本發(fā)明使用的混合設(shè)備內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)軸上裝備有多個(gè)犁形攪拌葉片(在下文中有時(shí)簡稱為″犁形攪拌設(shè)備″)。本申請(qǐng)文本中使用的術(shù)語″犁形″是指設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上的鏟的形狀，并且具有兩個(gè)相對(duì)于鏟的旋轉(zhuǎn)方向向后插的葉片。圖2舉例說明一種犁形攪拌葉片，但是不限于此。通常使用的高速攪拌混合設(shè)備以超過500rpm，優(yōu)選不少于1,000rpm的攪拌速度運(yùn)轉(zhuǎn)，吸水樹脂在混合設(shè)備中的滯留時(shí)間通常設(shè)置為少于5秒。與此相反，在本發(fā)明中使用的犁形混合設(shè)備被分類在低攪拌和攪拌速度下。通常，具有低攪拌速度的混合設(shè)備需要使用較長的滯留時(shí)間，在這方面，易于出現(xiàn)聚集。犁形混合設(shè)備以離心方式分散吸水樹脂，然后使用犁形攪拌葉片保持在懸浮和流化態(tài)，從而使吸水樹脂均勻地與水溶液混合，并且不易發(fā)生聚集。甚至一旦發(fā)生聚集時(shí)，也可以使用破碎刀刃破碎。因?yàn)樯鲜龌旌衔飶幕旌显O(shè)備排放而不產(chǎn)生細(xì)粉末，混合設(shè)備有助于在商業(yè)規(guī)模上實(shí)現(xiàn)吸水樹脂的連續(xù)生產(chǎn)。此外，設(shè)備的內(nèi)壁由象聚四氟乙烯這樣的材料形成，該材料與水的界面間接觸角不少于60°，熱變形溫度不低于70℃，通過使吸水樹脂和水溶液的混合物及其聚集體與內(nèi)壁不能粘附，這也有助于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明中廣泛使用的犁形混合設(shè)備包括由圖1舉例說明的驅(qū)動(dòng)裝置10、水平轉(zhuǎn)筒20、原料供應(yīng)口30、水溶液供給噴嘴40和排出口50，其中轉(zhuǎn)筒中裝備著由與水面間接觸角不少于60°并且熱變形溫度不低于70℃的材料形成的內(nèi)壁，以及由驅(qū)動(dòng)裝置10旋轉(zhuǎn)的并具有犁形攪拌葉片73和破碎刀刃61的旋轉(zhuǎn)軸70。
通過使用與驅(qū)動(dòng)裝置10的旋轉(zhuǎn)協(xié)同旋轉(zhuǎn)的犁形攪拌葉片73，使經(jīng)由原材料供應(yīng)口30供應(yīng)的吸水樹脂懸浮，然后攪拌并與通過噴嘴40噴霧的水溶液混合。通過犁形攪拌葉片73的離心力懸浮和攪拌并用水溶液濕潤的吸水樹脂，被離心力沿著設(shè)備內(nèi)壁60的方向分散。因?yàn)樾纬蓛?nèi)壁的材料與水的界面間接觸角不少于60°，吸水樹脂不粘附內(nèi)壁，即使發(fā)生粘附時(shí)，沉積也易于脫落并且不生長。將連續(xù)供應(yīng)的吸水樹脂和水溶液通過旋轉(zhuǎn)犁形攪拌葉片73混合，并同樣通過內(nèi)壁60圍成的空間向排出口50移動(dòng)并最后通過排出口50排放。此外，設(shè)備底部的內(nèi)壁60安裝有破碎刀刃61。當(dāng)吸水樹脂形成聚集體時(shí)，這些由于地球引力而積聚在設(shè)備底部上的聚集體被破碎刀刃61破碎并隨后排放。
對(duì)于本發(fā)明，破碎刀刃61是不可缺少的。攪拌和混合設(shè)備例如以低速運(yùn)轉(zhuǎn)的犁形混合設(shè)備，即使進(jìn)行均勻的混合時(shí)聚集體也易于出現(xiàn)。因此，為了破碎聚集體從而確保連續(xù)生產(chǎn)，設(shè)備安裝有破碎刀刃61。盡管對(duì)設(shè)置破碎刀刃61的位置不需要特殊限定，但是優(yōu)選它們位于設(shè)備底部的犁形攪拌葉片73的附近，因?yàn)閿嚢枞~片73的離心力和破碎刀刃61的旋轉(zhuǎn)協(xié)作促進(jìn)破碎。盡管可以適當(dāng)選擇破碎刀刃61的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率以適合犁形攪拌葉片73的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，但優(yōu)選其為1,000-6,000rpm，更優(yōu)選為1,500-4,000rpm。如果轉(zhuǎn)動(dòng)頻率不足1,000rpm，則這種不足將導(dǎo)致破碎作用的損失。相反地，如果超過6,000rpm，則這種過高的轉(zhuǎn)速將導(dǎo)致吸水樹脂的機(jī)械斷裂。
作為形成轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁60的材料，即與水的界面間接觸角不少于60°并且熱變形溫度不低于70℃的材料，可以使用合成樹脂例如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、氟樹脂、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、和硅樹脂，無機(jī)填料例如玻璃、石墨、青銅和二硫化鉬，以及用由象聚酰亞胺這樣的有機(jī)填料制成的復(fù)合材料加強(qiáng)的合成樹脂。在上述例舉的物質(zhì)中，證明特別有利的是氟樹脂例如聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、聚三氟氯乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、三氟氯乙烯-乙烯共聚物、五氟丙烯-四氟乙烯共聚物、全氟烷基乙烯基醚—四氟乙烯共聚物、聚氟乙烯。如果熱變形溫度不足70℃，這種不足將不利于內(nèi)壁承受混合期間產(chǎn)生的熱量。如果內(nèi)壁材料與水的界面間接觸角不足60°，這種不足將導(dǎo)致吸水樹脂嚴(yán)重粘附至內(nèi)壁，使得吸水樹脂難與水溶液均勻混合，并從而降低吸水樹脂的吸收性能。
內(nèi)壁60的厚度(圖1用I1表示)適當(dāng)?shù)夭簧儆?毫米，以及特別優(yōu)選為5-30mm。如果內(nèi)壁厚度不足2mm，這種不足將使得形成內(nèi)壁的材料缺乏耐用性。
本發(fā)明優(yōu)選內(nèi)壁60安裝有凹槽部件65以致犁形攪拌葉片和內(nèi)壁60之間的最短距離為1-30毫米，優(yōu)選2-20毫米。優(yōu)選凹槽部件65在內(nèi)壁60中形成為環(huán)狀或呈螺線形，特別是在內(nèi)壁60上的攪拌葉片73的旋轉(zhuǎn)圓周上形成。這些凹槽部件65優(yōu)選在犁形攪拌葉片73的每一個(gè)上形成，因?yàn)槿绱诵纬傻陌疾鄄考?5排除了所謂的短路(即吸水樹脂在還沒徹底地與水溶液混合的狀態(tài)中就排出去)，能夠使吸水樹脂與水溶液混合，不被犁形攪拌葉片73的背面和轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁60之間壓碎。出于同樣原因，當(dāng)設(shè)備安裝有羽狀進(jìn)料細(xì)縫75時(shí)，凹槽部件65可以在羽狀進(jìn)料細(xì)縫75的旋轉(zhuǎn)周邊上形成，這樣羽狀進(jìn)料細(xì)縫75和內(nèi)壁60之間最短的距離為1-30毫米。這些羽狀進(jìn)料細(xì)縫75優(yōu)選為環(huán)狀或呈螺線形流線以免誘發(fā)吸水樹脂的漂移。
圖2中舉例說明了犁形攪拌葉片73的形狀和凹槽部件65的關(guān)系，凹槽部件形成于犁形攪拌葉輪和內(nèi)壁60之間。如圖3中所示，本發(fā)明中的凹槽部件65構(gòu)成犁形攪拌葉片73和內(nèi)壁60之間的最小距離I3，該距離I3僅需要為1-30毫米。因此，最大距離I4，可以大于上述范圍。
設(shè)備可以被裝備在除羽狀進(jìn)料細(xì)縫75之外具有溢水口63的圓筒內(nèi)壁60上。盡管可以適當(dāng)選擇這些溢水口以適合轉(zhuǎn)筒的內(nèi)徑、犁形攪拌裝置73的尺寸、內(nèi)壁的厚度、和目標(biāo)滯留時(shí)間，但是優(yōu)選它們的寬度為5-10毫米，高度不超過旋轉(zhuǎn)圓周直徑的50％，全部的開口超過旋轉(zhuǎn)圓周橫截面的10％。溢水口可以是刻痕或空隙。轉(zhuǎn)筒中可以裝備不少于一個(gè)這樣的溢水口或多于兩個(gè)這樣的溢水口，因?yàn)檫@樣放置溢水口以阻止吸水樹脂短路，延長滯留時(shí)間，因此增強(qiáng)設(shè)備的混合性能。
當(dāng)安裝溢水口時(shí)，優(yōu)選在每個(gè)溢水口前面和后面各配置有犁形攪拌葉片或羽狀進(jìn)料細(xì)縫，因?yàn)樗鼈冞m用于阻止開口部分與水溶液被混合的吸水樹脂阻塞以及阻止吸水樹脂粘附至溢水口表面。
溢水口63可以任選插入相鄰的犁形攪拌葉片73之間或破碎刀刃61和犁形攪拌葉片73之間。插入的原因是可以防止吸水樹脂以還沒徹底與水溶液混合的狀態(tài)排放。
吸水樹脂是一種用途很廣的樹脂，證明可用于多種產(chǎn)物并且適合大量生產(chǎn)。因此，需要在短期內(nèi)均勻地混入，并且通過連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明，通過把設(shè)備的攪拌速度固定為100-500rpm，特別是100-300rpm，可以取得均勻的混合物。如果攪拌的速度不足100rpm，這種不足將阻止吸水樹脂在混合設(shè)備中令人滿意地分散，因此難以獲得均勻的混合物。相反地，如果攪拌的速度超過500rpm，這種過高速度將可能妨礙獲得吸水樹脂和水溶液相互接觸所需的滯留時(shí)間，因此使混合物變得不均勻。然后，在設(shè)備中足夠的滯留時(shí)間為10秒至三分鐘，優(yōu)選為30秒至兩分鐘。如果滯留時(shí)間不足10秒，這種不足將使得吸水樹脂和液滴相互接觸困難，趨于破壞均勻的混合物。相反地，如果滯留時(shí)間超過三分鐘，這種過量將趨于引起聚集體的出現(xiàn)和在混合設(shè)備內(nèi)部形成沉積。在本發(fā)明中，由于使用犁形混合設(shè)備，因?yàn)楸M管攪拌的速度低，但是可以在短期內(nèi)獲得均勻混合物，所以生產(chǎn)率較高。此外，因?yàn)槲畼渲退芤涸诙唐趦?nèi)可以均勻地混合，可以抑制聚集體出現(xiàn)，結(jié)果可以生產(chǎn)吸收性能優(yōu)異的吸水樹脂，并能夠抑制可能產(chǎn)生的細(xì)粉末。
設(shè)備中吸水樹脂的填充系數(shù)不需要特別限定，但是適當(dāng)?shù)貫?.1-0.6kg/L，并特別優(yōu)選為0.18-0.36kg/L，基于進(jìn)入混合設(shè)備的吸水樹脂的重量。如果填充系數(shù)少于0.1kg/L，這種不足將使得吸水樹脂和水溶液的相互接觸困難并破壞均勻混合。相反地，如果填充系數(shù)超過0.6kg/L，這種過量將導(dǎo)致吸水樹脂溶脹，水溶液在某種程度上妨礙獲得它們相互接觸的空間，破壞均勻混合，導(dǎo)致混合設(shè)備中出現(xiàn)沉積和聚集體，使得連續(xù)混合變得困難。
加入吸水樹脂的量優(yōu)選為0.01-200mL，更優(yōu)選為0.5-100mL。通過如上所述吸水，吸水樹脂實(shí)際上發(fā)生溶脹。當(dāng)加入量落入上述范圍時(shí)，設(shè)備中混合物所需的空間可以確保，甚至在加入水溶液后，沒有明顯地出現(xiàn)聚集體。吸水樹脂所需的表面交聯(lián)劑的量可以設(shè)置在最佳范圍，取決于吸水樹脂具有的羧基數(shù)。因此，通過將必要量的表面交聯(lián)劑預(yù)先溶解在上述數(shù)量范圍的水溶液中，可以容易地調(diào)整吸水樹脂和水溶液。
加入該水溶液的方法不需要特別限制。為了加入均勻，推薦通過噴嘴40噴霧水溶液?？梢赃m當(dāng)選擇噴霧壓力、排放噴嘴的直徑、噴霧的區(qū)域、噴霧嘴的直徑等以適合水溶液的粘度和單位時(shí)間內(nèi)水溶液的加入量。
本發(fā)明的第二個(gè)方面的目的在于一種改性吸水樹脂的方法，包括混合具有羧基的吸水樹脂和含表面交聯(lián)劑的水溶液的步驟，其中使用旋轉(zhuǎn)式混合設(shè)備來混合所述吸水樹脂和所述水溶液，在該設(shè)備內(nèi)壁上裝備有溢水口，和/或在所述內(nèi)壁上的攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)周圍具有凹槽部件，以便在所述內(nèi)壁和所述攪拌葉片之間插入一段1-30mm的距離。已發(fā)現(xiàn)吸水樹脂和水溶液的可混溶性取決于吸水樹脂在旋轉(zhuǎn)混合設(shè)備中的混合程度和吸水樹脂與水溶液之間的接觸時(shí)間。該關(guān)系不受攪拌葉片種類的影響。攪拌葉片可以是任何已知的形狀例如犁形、刀刃形、扇形和條形。內(nèi)壁的材料是沒關(guān)系的。其中，攪拌葉片和內(nèi)壁之間的最短距離為0.5-30mm，優(yōu)選為1-20mm，特別是3-10mm。當(dāng)不設(shè)置凹槽時(shí)，內(nèi)壁和攪拌葉片之間的距離通常為0.5-10mm。攪拌葉片和內(nèi)壁之間的最短距離與攪拌葉片73之間形成的凹槽65(有時(shí)是犁形攪拌葉片73和內(nèi)壁60之間)的關(guān)系相同。本發(fā)明的凹槽65使得攪拌葉片(犁形攪拌葉片73)和內(nèi)壁60之間的最短距離是I3。要求該距離I3為0.5-30mm。因此，最大距離I4可比上述范圍大。如果距離不足0.5毫米，該不足將迫使吸水樹脂自身混合，從而導(dǎo)致出現(xiàn)聚集體，使得吸水樹脂粘附內(nèi)壁，并且使所得的沉淀生長直至形成聚集體。相反地，如果最大距離超過30毫米，該過量可能使得難于充分地均勻混合。攪拌葉片和內(nèi)壁之間的間隙減少足以防止短路。然而，該減小可能使吸水樹脂堵塞葉片和內(nèi)壁之間的縫隙。通過在攪拌葉片周圍裝備凹槽，可以防止吸水樹脂堵塞縫隙并達(dá)到均勻混合。
在本發(fā)明中，吸水樹脂的攪拌時(shí)間，即設(shè)備內(nèi)部滯留時(shí)間為0.1秒至三分鐘，優(yōu)選0.5秒至一分鐘。如此，必須調(diào)整溢水口的高度使得滯留時(shí)間在上述范圍內(nèi)。溢水口數(shù)目不限于一個(gè)。安裝溢水口的位置優(yōu)選接近出水口，因?yàn)檫@樣容易控制滯留時(shí)間。通過將溢水口置于攪拌葉片和攪拌葉片之間，能夠增強(qiáng)混合的均勻性并阻止吸水樹脂堵塞溢水口。
優(yōu)選槳的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為100-5000rpm，更優(yōu)選為150-3,000rpm，可以適當(dāng)選擇轉(zhuǎn)速以適應(yīng)滯留時(shí)間和聚集體的出現(xiàn)或不出現(xiàn)。通過將凹槽或溢水口置于混合設(shè)備內(nèi)部，可以防止供應(yīng)的樹脂發(fā)生吸水短路。然后，因?yàn)槌霈F(xiàn)了沒有涂布水溶液的樹脂和隨后被加入過量的水溶液的樹脂的出現(xiàn)受到抑制，熱處理過的吸水樹脂獲得提高的性能并抑制了聚集體的出現(xiàn)。此外，混合設(shè)備中的滯留時(shí)間可以得到控制并可以防止被不適當(dāng)?shù)丶娱L或縮短。
優(yōu)選凹槽置于攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)周邊上，因?yàn)橥ㄟ^屈服于短路現(xiàn)象的攪拌葉片使這樣放置的凹槽用于阻止吸水樹脂隨機(jī)分散，因此向排出口方向漂移。
溢水口優(yōu)選置于排出口附近或位于相鄰的破碎刀刃之間。當(dāng)它們位于排出口附近時(shí)，推薦將羽狀進(jìn)料細(xì)縫置于各溢水口的前面和后面。這樣設(shè)置羽狀進(jìn)料細(xì)縫能夠防止溢水口被吸水樹脂堵塞。
在本發(fā)明中，進(jìn)一步優(yōu)選水平槳混合設(shè)備的內(nèi)壁由與水面間接觸角不少于60°并且熱變形溫度不低于70℃的材料形成。該內(nèi)壁適合防止吸水樹脂粘附并有效預(yù)防聚集體的出現(xiàn)。此處使用的材料可以與本發(fā)明第一方面中公開的材料相同。
吸水樹脂的填充系數(shù)、吸水樹脂和水溶液的加入量、加入吸水樹脂的方法可以與本發(fā)明的第一方面中公開的相同。
本發(fā)明的第三方面目的在于改性吸水樹脂的方法，包括混合具有羧基的吸水樹脂和含表面交聯(lián)劑的水溶液的步驟，其中混合所述水溶液使得吸水樹脂在加入所述水溶液之前的體積(D)與加入水溶液后的吸水樹脂的體積(W)的比W/D為1.2-2.5。
本發(fā)明中，研究發(fā)現(xiàn)就設(shè)備中的W/D比，當(dāng)W/D比優(yōu)選為1.2-2.5，更優(yōu)選為1.3-1.7時(shí)，不論使用的吸水樹脂和表面交聯(lián)劑種類、加入量、混合設(shè)備的種類和尺寸，吸水樹脂和水溶液在可混合性方面優(yōu)異。當(dāng)吸水樹脂和水溶液保持在攪拌狀態(tài)混合時(shí)，由于吸水樹脂的體積增加，卷入周圍空氣并增加表觀體積。具體地說，如果W/D不足1.2，這種不足將導(dǎo)致對(duì)吸水樹脂的攪拌不足，并難以得到均勻的混合物。相反地，如果W/D超過2.5，這種過量將導(dǎo)致吸水樹脂和水溶液之間不容易接觸，難以獲得均勻的混合物，并降低了加熱后改性吸水樹脂的性能。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)通過具體限定W/D可以抑制聚集體的出現(xiàn)。當(dāng)滿足該條件時(shí)，不需要限定混合設(shè)備的種類、混合速度、吸水樹脂的滯留時(shí)間和填充系數(shù)、水溶液的加入量、和加入的方法。同時(shí)，為了以高生產(chǎn)率在短時(shí)間內(nèi)混合吸水樹脂和水溶液，同時(shí)抑制聚集體的出現(xiàn)，最好使用安裝有攪拌葉片的回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備。同時(shí)攪拌葉片可以是任何已知的形狀，例如犁形、刀刃形、扇形、和束形。然而，優(yōu)選使用犁形攪拌葉片，因?yàn)槠渚哂袃?yōu)異的懸浮吸水樹脂的能力。攪拌葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率優(yōu)選為100-5000rpm，更優(yōu)選為200-4,000rpm。如果轉(zhuǎn)動(dòng)頻率不足100rpm，這種不足可能導(dǎo)致攪拌力不足，難以獲得均勻混合物。相反地，如果轉(zhuǎn)動(dòng)頻率超過5,000μm，這種過量導(dǎo)致吸水樹脂的機(jī)械斷裂。
本發(fā)明中，在混合設(shè)備中吸水樹脂的填充系數(shù)為0.1-0.7kg/L，優(yōu)選02-0.7kg/L，更優(yōu)選0.2-0.6kg/L，更加優(yōu)選0.2-0.4kg/L。如果填充系數(shù)不足0.1kg/L，這種不足可能導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)卦黾訑嚢柙O(shè)備的閑置的空間部分，使得吸水樹脂和水溶液之間不容易接觸，不能獲得均勻的可混溶性。相反地，如果填充系數(shù)超過0.7kg/L，這種過量將抑制吸水樹脂和水溶液的流動(dòng)性并降低可混溶性。本發(fā)明中，吸水樹脂和水溶液的混合物可以采用本發(fā)明的第一方面的因素，除上述提到的具體說明。在本發(fā)明中，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置混合設(shè)備的種類，攪拌葉片的形狀和數(shù)目、吸水樹脂的填充系數(shù)、粒徑、吸水樹脂的體積密度、水溶液的加入量和液滴的尺寸，可以調(diào)整W/D比。
本發(fā)明的第四個(gè)方面的目的在于制造吸水樹脂的方法，包括上述的改性步驟。
按照如上所述方法均勻地?cái)嚢栉畼渲秃砻娼宦?lián)劑的水溶液并加熱得到的混合物，能夠制備具有交聯(lián)表面的吸水樹脂并提高加壓下的吸收容量?？梢酝ㄟ^任何已知的方法進(jìn)行加熱處理和隨后的冷卻。
現(xiàn)在，下面將詳細(xì)敘述本發(fā)明的第一、第二和第三個(gè)方面的改性方法和本發(fā)明第四個(gè)方面的制造吸水樹脂的方法。
作為表面交聯(lián)處理前具有羧基的吸水樹脂，可以使用能夠用水膨脹并且不能溶解于水中的親水交聯(lián)聚合物，例如，通過聚合含有丙烯酸和/或其鹽作為主要成分的親水性不飽和單體，當(dāng)把該聚合物置于去離子水中時(shí)，它能吸收相當(dāng)于自身重量50-1000倍的水。
優(yōu)選親水交聯(lián)聚合物在其交聯(lián)聚合物中有30mol％-100mol％，更適當(dāng)?shù)貫?0mol％-100mol％，特別適當(dāng)?shù)貫?0mol％-80mol％的羧基被堿金屬鹽、氨鹽或胺鹽中和。因此，本發(fā)明所述″具有羧基的吸水樹脂″被解釋為包括″具有羧基和/或其鹽的吸水樹脂.″。中和羧基可以在制備交聯(lián)聚合物前的制備親水不飽和單體時(shí)進(jìn)行，即在聚合反應(yīng)開始前進(jìn)行?？梢栽诰酆蠒r(shí)進(jìn)行。另外，可以中和完成聚合反應(yīng)后獲得的交聯(lián)聚合物的羧基。任選地，可以組合使用這些過程。上述的親水不飽和單體，必要時(shí)，可以包含不同于丙烯酸或其鹽的不飽和單體。這些其它單體的具體實(shí)例可以是陰離子不飽和單體和其鹽，例如甲基丙烯酸、馬來酸、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰基乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰基丙烷磺酸；含非離子親水基的不飽和單體例如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-正丙基(甲基)丙烯酰胺、N-異丙基(甲基)丙烯酰胺、N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、2-羥乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羥丙基(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇甲醚(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、乙烯基吡啶、N-乙烯基吡咯烷酮、N-丙烯酰基哌啶、N-丙烯?；量┩椋魂栯x子不飽和單體例如N，N-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二乙氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺和其季鹽，然而不限于此。該其它單體的加入量優(yōu)選不超過30mol％，更優(yōu)選不超過10mol％，基于親水不飽和單體的總量。
在制備吸水樹脂期間，優(yōu)選使用內(nèi)部交聯(lián)劑在內(nèi)部引入交聯(lián)。上述的內(nèi)部交聯(lián)劑不需要特別限定，僅要求該化合物的分子單元內(nèi)包含多個(gè)能夠與可聚合不飽和基團(tuán)和/或羧基進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的活性基團(tuán)。也就是說，該內(nèi)部交聯(lián)劑必須是一種化合物，該化合物分子內(nèi)的多個(gè)取代基能夠與親水不飽和單體共聚合和/或與羧酸反應(yīng)。該親水不飽和單體可以是不使用內(nèi)部交聯(lián)劑就能形成交聯(lián)的自交聯(lián)型化合物。
作為內(nèi)部交聯(lián)劑的具體實(shí)例，可以舉出N，N′-亞甲基雙(甲基)丙烯酰胺、(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、丙三醇三(甲基)丙烯酸酯、丙三醇丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、環(huán)氧乙烷-改性的三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、氰脲酸三烯丙基酯、異氰脲酸三烯丙基酯、磷酸三烯丙基酯、三烯丙基胺、聚(甲基)烯丙氧基鏈烷烴、(聚)乙二醇一縮水二甘油醚、甘油一縮水二甘油醚、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇、乙二胺、聚乙烯亞胺、縮水甘油基(甲基)丙烯酸酯，然而不限于此。這些內(nèi)部交聯(lián)劑可以單獨(dú)使用或兩種或更多種聯(lián)合使用。通過使用上述列舉的(在其它內(nèi)部交聯(lián)劑中的)在分子單元內(nèi)具有多個(gè)可聚合的不飽和基團(tuán)的內(nèi)部交聯(lián)劑，可以進(jìn)一步增強(qiáng)制造的吸水樹脂的吸水性能。
內(nèi)部交聯(lián)劑的用量優(yōu)選為0.0001-3mol％，基于親水不飽和單體的量。在通過聚合親水不飽和單體來制備吸水樹脂期間，可以向反應(yīng)體系中加入親水的高聚物例如淀粉、淀粉衍生物、纖維素、纖維素衍生物、聚乙烯醇、聚丙烯酸(鹽)、或交聯(lián)的聚丙烯酸(鹽)；鏈轉(zhuǎn)移劑例如次磷酸(鹽)；或水溶性或水可分散的表面活性劑。
用于聚合親水不飽和單體的方法不需要特別限定?？梢允褂靡阎姆椒ㄈ缢芤壕酆?、反相懸浮聚合、本體聚合和沉淀聚合。反應(yīng)條件例如反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間不需要特別限定，但是舉例來說可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置以適合單體組分的組成。
在親水性不飽和單體的聚合期間，可以使用自由基聚合引發(fā)劑例如過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨、過氧化氫叔丁酯、過氧化氫、或2，2′-偶氮雙(2-脒基亞丙基)二氫氯化物；自由基光致聚合引發(fā)劑例如2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮；活性的能量輻射例如紫外線或電子束。當(dāng)使用氧化性自由基聚合引發(fā)劑時(shí)，可以另外加入還原劑例如亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫酸亞鐵、或1-抗環(huán)血酸進(jìn)行氧化還原聚合。該聚合引發(fā)劑的用量優(yōu)選為0.001mol％-2mol％，更優(yōu)選為0.01mol％-0.5mol％。
通過如上所述聚合方法得到的水凝膠聚合物具有可通過干燥調(diào)整的固體含量。為了干燥水凝膠聚合物，可以使用普通干燥設(shè)備或加熱爐。例如，可以使用薄攪拌和干燥設(shè)備、旋轉(zhuǎn)干燥設(shè)備、盤狀干燥設(shè)備、流化床干燥設(shè)備、氣流干燥設(shè)備、紅外線干燥設(shè)備等。如此干燥得到的產(chǎn)物其固體含量通常為85-100wt％(水含量15-0wt％)，優(yōu)選為90-98wt％(水含量10-2wt％)。在一種特例中，該固體含量通常在180℃×3小時(shí)干燥失重后稱重得到。
通過上述干燥得到的干燥產(chǎn)物可以其未改性的形式用作吸水樹脂。任擇地，也可以進(jìn)一步粉碎和分級(jí)，從而產(chǎn)物將被用作具有指定粒徑的顆粒狀吸水樹脂。在這種情況下，粒徑不大于2mm，優(yōu)選至多850μm。重均平均粒徑，盡管隨用途而變化，通常為100μm-1,000μm，優(yōu)選為150μm-800μm，更優(yōu)選為300μm-600μm。通過孔徑150μm篩子的顆粒比例優(yōu)選不多于15wt％，更優(yōu)選不多于10wt％，更加優(yōu)選不多于5wt％。
作為上述得到的吸水樹脂可以是任何形狀例如球形、鱗片形、無定形碎片、纖維狀、粒狀、束狀、近似球形和片狀顆粒。
作為與上述描述相符的吸水樹脂實(shí)例，可以是淀粉丙烯腈接枝聚合物的水解產(chǎn)物(JP-B-1974-43395)、中和的淀粉-丙烯酸接枝聚合物(JP-A-1976-125468)、皂化的醋酸乙烯酯-丙烯酸共聚物(JP-A-1977-14689)、丙烯腈共聚物或丙烯酰胺共聚物的水解產(chǎn)物(JP-B-1978-15959)、其交聯(lián)衍生物，交聯(lián)的部分中和的聚丙烯酸(JP-A-1980-84304)，類似的交聯(lián)聚丙烯酸(JP-A-1987-156102，JP-A-1993-112654，JP-A-1999-71424、JP-A-1992-214734、JP-A-1997-235378、JP-A-1999-349625、JP-A-2002-201 290、國際未審專利公開JP-2002-527547、JP-A-2002-212204)。
本發(fā)明中，通過噴嘴40將水溶液加入上述吸水樹脂中。加入水溶液前將吸水樹脂的粉末溫度優(yōu)選調(diào)整為80-35℃，更優(yōu)選為70-35℃，更優(yōu)選為50-35℃。經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)的吸水樹脂與水溶液混合。如果加入水溶液前的吸水樹脂的溫度不適當(dāng)?shù)剡^高，該過高的溫度將導(dǎo)致水溶液不均勻。如果將溫度調(diào)節(jié)至不足35℃，該不足是不利的，需要過長時(shí)間強(qiáng)制冷卻或自然冷卻，自然冷卻得到的粉末產(chǎn)物顯示出可覺察的聚集，并增加了再加熱所需的能量。
用于本發(fā)明的表面交聯(lián)劑不需要特別限定，僅需要是一種化合物，其分子單元具有多個(gè)能夠與兩個(gè)或更多個(gè)水溶液中的羧基反應(yīng)并能夠通過交聯(lián)反應(yīng)形成共價(jià)鍵的官能團(tuán)。該表面交聯(lián)劑的具體實(shí)例可以是多元醇例如乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇、山梨醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、二丙二醇、三丙二醇、1，3-丁烷二醇、1，4-丁烷二醇、1，3-戊二醇、1，4-戊二醇、1，5-戊二醇、2，4-戊二醇、1，6-己烷二醇，2，5-己烷二醇、三羥甲基丙烷，多胺化合物例如二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺，多縮水甘油基化合物例如乙二醇一縮水二甘油基醚、聚乙二醇一縮水二甘油基醚、丙三醇多縮水甘油基(polyglicidyl)醚、雙甘油多縮水甘油基醚、聚丙三醇多縮水甘油基醚、丙二醇二縮水甘油基醚、聚丙二醇一縮水二甘油基醚、多價(jià)氮丙啶化合物例如2，4-三氯乙烯二異氰酸酯、碳酸亞乙基酯(1，3-二氧雜環(huán)戊烷-2-酮)、碳酸亞丙基酯(4-甲基-1，3-二氧雜環(huán)戊烷2-酮)、4，5-二甲基-1，3-二氧雜環(huán)戊烷-2-酮、(聚、二、或單)2-噁唑酮、表氯醇、表溴醇、二甘醇硅酸酯、2，2-雙羥甲基丁醇-三[3-(1-氮雜環(huán)丙烯基丙酸酯]，但是不限于此。這些表面交聯(lián)劑可以單獨(dú)使用或者兩個(gè)或更多個(gè)組合使用。上述列舉的哪些表面交聯(lián)劑中，優(yōu)選組合中的至少一個(gè)選自多元醇多縮水甘油基化合物、1，3-二氧雜環(huán)戊烷-2-酮，聚-2-噁唑烷酮、雙-2-噁唑烷酮和單-2-噁唑烷酮。優(yōu)選至少一種表面交聯(lián)劑包含多元醇。本發(fā)明可以使用能夠與羧基反應(yīng)的作為表面交聯(lián)劑的金屬鹽，如硫酸鋁、(聚)氯化鋁、(聚)氫氧化鋁、氯化鎂、氯化鈣、碳酸鋯、鉀釩、銨礬。
該表面交聯(lián)劑的使用量，雖然隨使用的化合物和其組合而變化，但是優(yōu)選為0.001-5重量份，更優(yōu)選為0.005-2重量份，基于100重量份的吸水樹脂固體含量。如果表面交聯(lián)劑的量超過上述范圍，過量不僅證明是浪費(fèi)的并且導(dǎo)致表面交聯(lián)劑在形成吸水樹脂的最佳交聯(lián)時(shí)過量。相反地，如果用量低于上述范圍的下限，該不足可能導(dǎo)致難以獲得加壓下具有高吸收容量的表面交聯(lián)吸水樹脂。
為了溶解該表面交聯(lián)劑，優(yōu)選使用水作為溶劑。調(diào)節(jié)上述本發(fā)明中第一、第二和第三個(gè)方面中的水溶液中表面交聯(lián)劑的濃度至最佳值，使得水溶液證明是對(duì)吸水樹脂有利的。水使用量，隨吸水樹脂的種類和其粒徑變化，優(yōu)選超過0并不超過20重量份，更優(yōu)選為0.5-10重量份，基于100重量份吸水樹脂的固體含量。
在混合吸水樹脂和表面交聯(lián)劑期間，必要時(shí)可以使用親水性有機(jī)溶劑。作為親水性有機(jī)溶劑的具體實(shí)例，可以舉出低級(jí)醇如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、叔丁醇；酮例如丙酮；醚例如二惡烷、四氫呋喃、和烷氧基聚乙二醇；酰胺例如N，N-二甲基甲酰胺；亞砜例如二甲亞砜。親水性有機(jī)溶劑的使用量，雖然隨吸水樹脂的種類和其粒徑變化，但是優(yōu)選不超過20重量份，更優(yōu)選為0-10重量份，更加優(yōu)選為0-5重量份，特別優(yōu)選為0-1重量份，基于100重量份的吸水樹脂的固含量。因?yàn)楸景l(fā)明具有優(yōu)異的可混溶性，可以獲得均勻混合物，不需要使用親水性溶劑。
水溶液的液體溫度優(yōu)選低于吸水樹脂的粉末溫度。優(yōu)選比吸水樹脂粉末的溫度低不少于10℃，更優(yōu)選不少于20℃，特別優(yōu)選不少于30℃。在一種特例中，因?yàn)樗芤菏峭ㄟ^噴嘴40噴霧的，其液體溫度應(yīng)該高于凝固溫度。如果水溶液的液體溫度過高，將不利于增加吸水樹脂吸收液體的速度并妨礙得到均勻的混合物。
優(yōu)選水溶液的液滴的平均粒徑小于吸水樹脂的平均粒徑。具體地，優(yōu)選不超過300μm，更優(yōu)選不超過250μm。通過噴嘴40的最大噴霧角優(yōu)選不少于50。水溶液優(yōu)選通過空?qǐng)A錐形噴嘴40噴霧以形成環(huán)形霧化式樣，或通過橢圓錐面形噴嘴40噴霧以形成雙凸透鏡形霧化式樣，如JP-A-2002-201290中公開的。本方法中，優(yōu)選最大噴霧角不少于50。如果角度不足50，則在水溶液噴霧進(jìn)入混合設(shè)備的擴(kuò)散狀態(tài)中，該不足可能導(dǎo)致部分水溶液過度分散和部分水溶液低密度分散，因此產(chǎn)生一種對(duì)吸水樹脂和水溶液的混合狀態(tài)的偏離。基于噴嘴40的結(jié)構(gòu)，最大噴霧角不超過180°。
此外，當(dāng)水溶液通過噴嘴40噴霧以便形成上述指定角度時(shí)，優(yōu)選水溶液的噴霧分散狀態(tài)投射于與混合設(shè)備的軸向垂直的橫截面上而形成的區(qū)域并包括噴嘴40的噴霧點(diǎn)不少于與混合設(shè)備的軸方向垂直的橫截面的70％但不超過100％，更優(yōu)選不少于80％但不超過100％，更優(yōu)選不少于90％但不超過100％。如果橫截面不足70％，該不足的不利之處在于形成對(duì)吸水樹脂和水溶液混合狀態(tài)的偏離。
混合設(shè)備可以僅安裝有噴嘴40，或有需要時(shí)安裝兩個(gè)或更多個(gè)噴嘴40。為了擴(kuò)大噴射的擴(kuò)散狀態(tài)在包括上述噴嘴40的噴霧點(diǎn)在內(nèi)的混合設(shè)備的橫截面上投射的區(qū)域，證明兩個(gè)或更多個(gè)噴嘴40是有益的。在混合吸水樹脂和水溶液期間使用的混合設(shè)備優(yōu)選具有較大的混合功率以便能夠均勻可靠地混合兩種組分。優(yōu)選用氣流保持?jǐn)嚢杌蛄骰畼渲?br> 上述混合設(shè)備在本發(fā)明第一個(gè)方面的情況下是犁形混合設(shè)備，在本發(fā)明第二個(gè)方面的混合設(shè)備的情況下是水平槳旋轉(zhuǎn)類型混合設(shè)備包括渦旋混合器或犁形混合設(shè)備，在本發(fā)明第三個(gè)方面的情況下是圓柱型混合設(shè)備、雙壁圓錐型混合設(shè)備、V形混合設(shè)備、帶型混合設(shè)備、螺桿混合設(shè)備、流化床型加熱爐式旋轉(zhuǎn)盤混合設(shè)備、流化型混合設(shè)備、雙桿型捏合機(jī)、內(nèi)部混合設(shè)備、粉碎型捏合機(jī)、回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備、或螺桿型擠出機(jī)。然后，攪拌軸上裝有多個(gè)槳的高速攪拌型混合設(shè)備優(yōu)選是犁形混合設(shè)備或葉片式混合設(shè)備。此處使用的術(shù)語″高速攪拌混合設(shè)備″是指通過裝有多個(gè)槳的攪拌軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生攪拌力的混合設(shè)備，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率通常為100rpm-5,000rpm，優(yōu)選為200rpm-4,000rpm，更優(yōu)選為500rpm-3,000rpm。
在本發(fā)明的第一個(gè)方面中，混合設(shè)備內(nèi)壁優(yōu)選由與水接觸角不少于60、熱變形溫度不低于70℃的材料形成，以防止吸水樹脂和水溶液的混合物粘附內(nèi)壁從而形成聚集體。出于同樣原因，用于本發(fā)明第二和第三個(gè)方面的設(shè)備可以安裝有這樣的內(nèi)壁。
優(yōu)選混合設(shè)備的內(nèi)壁溫度超過室溫。優(yōu)選混合設(shè)備的內(nèi)壁溫度超過40℃，更優(yōu)選為50-100℃。此外，優(yōu)選混合設(shè)備內(nèi)壁的溫度高于吸水樹脂的溫度。具體地，優(yōu)選溫度差不超過40℃，更優(yōu)選不超過20℃。如果混合設(shè)備內(nèi)壁的溫度低于室溫，這種不足可能導(dǎo)致在水溶液和吸水樹脂混合期間形成的混合物粘附內(nèi)壁，并因此形成聚集體。
在本發(fā)明中，可以進(jìn)一步向水溶液加入表面活性劑如分散劑、用于提高混合效果的顆粒、金屬絡(luò)合物如變性劑、抗真菌劑、除臭劑、香料、食品添加劑、氧化劑、還原劑、螯合劑、抗氧化劑、自由基抑制劑、顏料如其它添加劑，必要時(shí)，這些物質(zhì)經(jīng)由單獨(dú)的噴嘴以水溶液形式溶解或分散在除表面交聯(lián)劑之外的溶劑中。
作為可用作分離劑的表面活性劑，可使用公開于國際未審專利公開JP-2002-52747中的HLB值不少于3的非離子、陰離子、陽離子或兩性表面活性劑，其用量為0-5重量份，基于100重量份的吸水樹脂。作為上述顆粒，無機(jī)顆粒如JP-A-1992-214734公開的炭黑的使用量可以為0-10重量份，基于100重量份的吸水樹脂。然后，可以使用公開于JP-2002-527547的金屬絡(luò)合物如變性劑、二價(jià)或多價(jià)的金屬鹽溶液。
上述殺菌劑為已知具有抗細(xì)菌能力的殺菌劑，不需要特別限定。JP-A-1999-267500中列舉的殺菌劑可以作為具體實(shí)例。上述除臭劑是已知能夠除去人尿中令人討厭的氣味組分如硫醇、硫化氫和氨的除臭劑，不需要特別限定。含有黃烷醇和黃酮醇系列作為除臭劑成分的Camelliaceae植物萃取物是可以引用的具體實(shí)例。盡管為了賦予吸水樹脂附加功能，可以適當(dāng)?shù)馗淖兗尤氲奶砑觿┝恳赃m應(yīng)加入的目的和添加劑的種類，但優(yōu)選為0.001-10重量份，更優(yōu)選為0.01-5重量份，更加優(yōu)選為0.05-1重量份，基于100重量份的吸水樹脂。
在本發(fā)明中，在上述本發(fā)明第一、第二和第三個(gè)方面的條件下將吸水樹脂和水溶液加入混合設(shè)備并混合。
當(dāng)隨后將得到的混合物加入熱處理設(shè)備進(jìn)行加熱時(shí)，引發(fā)表面交聯(lián)。在加熱處理中，盡管吸水樹脂的溫度隨使用的表面交聯(lián)劑的種類而變化，但優(yōu)選保持在60-250℃，更優(yōu)選為80-250℃，更加優(yōu)選為100-230℃，特別優(yōu)選為150-210℃。如果加熱處理的溫度不足60℃，這種不足將不利于形成均勻的交聯(lián)，并因此不能制造加壓下具有高吸收容量的表面交聯(lián)吸水樹脂。此外，加熱處理消耗時(shí)間過長并導(dǎo)致生產(chǎn)率下降。如果加熱處理的溫度超過250℃，這種過量將不利地導(dǎo)致吸水樹脂老化，并因此附低表面交聯(lián)的吸水樹脂性能。
作為在這些條件下處理吸水樹脂粉末的加熱設(shè)備，可以使用已知的干燥設(shè)備或加熱爐，它們安裝有適合于建立上述規(guī)定的氣氛的進(jìn)氣設(shè)備或排氣設(shè)備。作為上述設(shè)備使用的氣體，可以是蒸汽、空氣和氮?dú)?。可以適當(dāng)?shù)剡x擇這些氣體的進(jìn)氣量。盡管為了調(diào)整溫度和露點(diǎn)可以適當(dāng)?shù)貙?duì)氣體減壓或加壓或適當(dāng)?shù)丶訜峄蚶鋮s，但是通常在接近周圍的室溫(例如，0-50℃)下在基本上正常壓力下(1.013×105Pa(1個(gè)大氣壓)±10％，優(yōu)選±5％，更優(yōu)選±1％)供應(yīng)空氣。例如，可以使用裝備有進(jìn)氣裝置或排氣裝置的導(dǎo)電的熱傳導(dǎo)型、輻射熱傳導(dǎo)型、熱空氣傳導(dǎo)型、感應(yīng)熱傳導(dǎo)型干燥設(shè)備或加熱爐證明是合適的。至于具體實(shí)例，可以使用安裝有用于加入氣體和/或含有惰性氣體的混合氣體的裝置的帶式、槽攪拌型、螺桿式、回轉(zhuǎn)型、盤式、研磨型、流化床型、氣流型、紅外型、電子射線型干燥設(shè)備或加熱爐。上述列舉的加熱處理類型中，使用導(dǎo)電熱傳導(dǎo)或熱空氣傳導(dǎo)或平攪型或流化型，有時(shí)加熱吸水樹脂，并進(jìn)一步通過導(dǎo)電性熱傳導(dǎo)控制不受注意的熱處理設(shè)備上部空間中的氣氛證明是特別有益的。當(dāng)通過導(dǎo)電性熱傳導(dǎo)加熱吸水樹脂時(shí)，推薦通過使用熱材料(例如，槳類型干燥設(shè)備的壁表面和攪拌葉片)加熱的傳熱面來加熱吸水樹脂，同時(shí)，控制不暴露于傳熱面并且在規(guī)定溫度和規(guī)定露點(diǎn)下于吸水樹脂床上形成的空間。甚至在處理體積為10kg/hr，進(jìn)而100kg/hr，進(jìn)而1,000kg/hr，進(jìn)而2,000kg/hr，進(jìn)而3,000kg/hr的連續(xù)加熱處理中，也可以適當(dāng)?shù)乩眉訜崽幚矶皇茉O(shè)備尺寸(尺度因素)的影響。
本發(fā)明可以以使用噴霧和混合水溶液的步驟以及熱處理步驟中的兩個(gè)或其中任何一個(gè)的方式來進(jìn)行。
本發(fā)明的第五個(gè)方面的目的在于犁形攪拌葉片上裝有破碎刀刃的犁形混合設(shè)備，破碎刀刃上裝有由與水的接觸角不少于60°、熱變形溫度不低于70℃的材料形成的內(nèi)壁，所述內(nèi)壁安裝在所述犁形攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)圓周上，并具有能產(chǎn)生距離所述內(nèi)壁1-30毫米的縫隙的凹槽。該設(shè)備內(nèi)部可以進(jìn)一步裝有溢水口和/或羽狀進(jìn)料細(xì)縫。該設(shè)備可以有利地用于本發(fā)明第一、第二和第三個(gè)方面的改性吸水樹脂方法，并可以有利地用于包括上述改性方法的制造吸水樹脂的方法中。
如圖1中所示，本發(fā)明的犁形混合設(shè)備由驅(qū)動(dòng)裝置10、水平轉(zhuǎn)筒20、原料供應(yīng)口30、水溶液供給噴嘴40、排出口50和破碎刀刃61組成，其中轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁由與水界面的接觸角不少于60°、熱變形溫度不低于70℃的材料形成，內(nèi)壁安裝有凹槽部件65以至在犁形攪拌葉片和內(nèi)壁之間形成1-30毫米的距離。犁形混合設(shè)備已經(jīng)存在，任選放置的破碎刀刃61已經(jīng)存在。本發(fā)明的特征在于設(shè)備安裝有由特定材料形成的內(nèi)壁，并且該內(nèi)壁上安裝有上述特定的凹槽部件。由于設(shè)備安裝有特定材料形成的內(nèi)壁，它能夠抑制吸水樹脂的粘附和隨后的沉積生長并進(jìn)一步抑制聚集體的出現(xiàn)。同時(shí)，犁形混合設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)多個(gè)置于旋轉(zhuǎn)軸周圍的犁形攪拌葉片。內(nèi)壁置于轉(zhuǎn)筒的狹窄內(nèi)部。如果內(nèi)壁60具有均勻的厚度，內(nèi)壁60和攪拌葉片73間的間隙將使攪拌葉片73的旋轉(zhuǎn)圓周長減小，并且將捏和吸水樹脂，防止均勻混合。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以尋找抑制聚集體出現(xiàn)并允許均勻混合時(shí)的內(nèi)壁和攪拌葉片73間的距離，發(fā)現(xiàn)當(dāng)圖3中圖解的最短距離I3為1-30毫米時(shí)，可以獲得均勻混合物并且聚集體不出現(xiàn)。在本發(fā)明中，攪拌葉片73和內(nèi)壁60間的最大距離I4可以大于上述范圍的上限。
與已知的對(duì)應(yīng)類型相比，本發(fā)明的犁形混合設(shè)備的特征為安裝有特定材料形成的內(nèi)壁，內(nèi)壁上具有特定深度的凹槽部件。同時(shí)設(shè)備的其它因素可以與已知的混合設(shè)備相同，但仍然優(yōu)選在本發(fā)明第一個(gè)方面的上述范圍內(nèi)。因此，可以任意地以一種或更多方式將犁形攪拌葉片73的間隙配置、配置的葉片數(shù)目、破碎刀刃61的放置位置、溢水口63和羽狀進(jìn)料細(xì)縫75的放置位置和其數(shù)量加入到犁形攪拌設(shè)備中。在一種特別中，犁形混合設(shè)備是一種水平槳旋轉(zhuǎn)類型混合設(shè)備，犁形攪拌葉片是一種槳。
形成上述內(nèi)壁的材料、特別是與水界面的接觸角不少于60°、熱變形溫度不低于70℃的材料可以選自本發(fā)明第一個(gè)方面規(guī)定的范圍。
犁形混合設(shè)備的轉(zhuǎn)筒通常由金屬材料制成。形成上述材料的內(nèi)壁可以通過用該材料涂布在形成轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁的金屬材料上。另外，該內(nèi)壁可以通過在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁插入該由材料形成的圓柱形部件來形成。
在設(shè)備內(nèi)部已經(jīng)形成內(nèi)壁后，凹槽部件可以在內(nèi)壁上形成或者預(yù)先在內(nèi)壁中形成，然后將內(nèi)壁插入設(shè)備內(nèi)部。在已經(jīng)插入設(shè)備內(nèi)部內(nèi)壁中形成凹槽部件，例如可以通過把專門設(shè)計(jì)用地凹槽形成的攪拌葉片與犁形攪拌葉片的末端部件連接并旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)軸從而賦予內(nèi)壁凹槽，或者通過加熱攪拌葉片到材料的熱變形溫度的溫度并將內(nèi)壁熔化，在加熱軟化的內(nèi)壁中形成凹槽。
通過從轉(zhuǎn)筒外表面插入并沿著法線的方向經(jīng)過軸封前行，可以裝備破碎刀刃。放置破碎刀刃的位置不需要限于轉(zhuǎn)筒的周邊。為了促進(jìn)聚集在轉(zhuǎn)筒內(nèi)部底面上吸水樹脂的破碎，推薦的將放置在圓周下半部的毛刺分成兩個(gè)縱向的半環(huán)。盡管驅(qū)動(dòng)破碎刀刃的方法不需要特別限定，但可以通過使用電動(dòng)機(jī)或者氣動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于易于控制優(yōu)選電動(dòng)機(jī)。雖然破碎刀刃的形狀不需要特別限定，但是因?yàn)槠扑樽饔煤万?qū)動(dòng)力較小，類似渦輪機(jī)的彎曲葉片的葉片證明是有利的。
在內(nèi)壁上安裝溢水口的方法不需要特別限定。例如，可以按照期望的通過從轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁周邊提升肋線，并使用螺桿和螺帽或焊接金屬或直接在圓周上熔封樹脂來固定溢水口到肋線。因?yàn)榭梢匀菀椎乜刂埔缢诘母叨?孔徑比，本發(fā)明優(yōu)選從轉(zhuǎn)筒內(nèi)表面提升肋線并使用螺桿和螺帽使溢水口固定到肋線的方法。
使用下述工作實(shí)例的方法測(cè)定的本發(fā)明制造的吸水樹脂的吸收容量為10-60g/g，優(yōu)選為20-55g/g，更優(yōu)選為25-50g/g。此外，使用下文工作實(shí)施例中的方法測(cè)定的該樹脂加壓下的吸收容量不少于10g/g，優(yōu)選不少于15g/g，更優(yōu)選不少于20g/g。因此，本發(fā)明得到的吸水樹脂也可以用作吸收劑。
實(shí)施例現(xiàn)在將參考工作實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更具體地說明。
實(shí)施例1在裝有兩個(gè)σ型刀刃的捏合機(jī)中，制備由丙烯酸鈉、丙烯酸和水組成的含單體的單體水溶液，單體濃度為35wt％，中和比例為70mol％，將聚乙二醇二丙烯酸酯(平均乙二醇單元數(shù)9)作為內(nèi)部交聯(lián)劑溶解在其中，直到濃度為0.04mol％(相對(duì)于單體)。然后，向單體水溶液內(nèi)吹入氮?dú)庖越档蛦误w水溶液中的溶解氧濃度，并用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)容器的全部內(nèi)部氣體。隨后，加入過硫酸鈉直至0.12g/mol(相對(duì)于單體)和L-抗環(huán)血酸直至0.005g/mol(相對(duì)于單體)作為聚合引發(fā)劑。單體水溶液的溫度是15℃。當(dāng)單體水溶液開始聚合時(shí)，停止攪拌，聚合繼續(xù)進(jìn)行同時(shí)反應(yīng)體系保持靜止。當(dāng)聚合溫度達(dá)到50℃時(shí)，再次旋轉(zhuǎn)刀刃以繼續(xù)在捏合機(jī)中在攪拌狀態(tài)中進(jìn)行聚合。約50分鐘后，得到平均粒徑約2毫米的水凝膠聚合物。
使用熱風(fēng)干燥設(shè)備在170℃下干燥由此得到的水凝膠聚合物約60分鐘。然后，使用輥式破碎機(jī)粉碎干燥聚合物，并使用孔徑850μm和105μm的篩子分級(jí)以得到粒徑380μm、水含量為4％的吸水樹脂(1)。
向由不銹鋼制成并裝有破碎刀刃和由聚四氟乙烯制成的內(nèi)壁的犁形狀混合設(shè)備(犁形攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)圓周上裝有圖1所示的凹槽，寬度為20-30毫米，深度為10-15mm)中，連續(xù)加入并混合100重量份的吸水樹脂(1)和3.5重量份的含表面交聯(lián)劑包含1，4-丁烷二醇∶丙二醇∶水＝0.3∶0.5∶2.7的水溶液。在沒有凹槽時(shí)攪拌葉片和內(nèi)壁間的縫隙約為2毫米。
裝填系數(shù)為0.35kg/l，平均滯留時(shí)間為60秒，犁形攪拌葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為285rpm，不銹鋼制的破碎刀刃的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為1800rpm，W/D比例為1.42。
在計(jì)算W/D比例中，通過在攪拌混合設(shè)備中放置指定量的吸水樹脂來測(cè)定加入水溶液前吸水樹脂的體積(D)。根據(jù)完成操作后濕潤的吸水樹脂的體積測(cè)得混合水溶液后吸水樹脂的體積(W)。
濕潤的吸水樹脂顯示出適當(dāng)?shù)目苫烊苄?。?dāng)通過10毫米的篩子來篩分濕潤的吸水樹脂時(shí)，留在篩子上的聚集體的比例為0.1％。該操作結(jié)束后，混合設(shè)備內(nèi)部實(shí)際上沒有顯示出可覺察的雜質(zhì)粘附。
通過使用雙槳干燥機(jī)在吸水樹脂溫度205℃下熱處理濕潤的吸水樹脂，經(jīng)過平均滯留時(shí)間50分鐘，得到改性的吸水樹脂(1)。
經(jīng)測(cè)定改性吸水樹脂(1)的吸收容量為35(g/g)，在加壓下的吸收容量25(g/g)。
通過使一樣品在不加壓下含水0.90wt％生理鹽水溶液中保持30分鐘來測(cè)定吸收容量并計(jì)算吸收容量，通過使一樣品在不4.83kPa壓力下含水0.90wt％生理鹽水溶液中保持60分鐘來測(cè)定加壓下吸收容量并計(jì)算加壓下吸收容量。按照如下方式進(jìn)行測(cè)定。
(1)吸收容量在室溫(20-25℃)下，在濕度為50RH％條件下，將0.20g指定吸水樹脂粉末均勻地裝填入無紡布(60mm×60mm，產(chǎn)自Nangoku PulpKogyo K.K.，銷售商標(biāo)″Heatron Paper GSP22″)制成的袋中，然后密封并浸于過量(例如，不少于100g)的0.9wt％生理鹽水溶液中。30分鐘后，從水浴中取出袋子，使用離心分離器(產(chǎn)自Kokusansha K.K，商標(biāo)為“H-122”)以250G排水三分鐘，稱重得到重量W1(g)。對(duì)不含吸水樹脂和吸收劑的袋子重復(fù)相同過程得到W0(g)。根據(jù)下列公式使用W1和W0計(jì)算吸收容量(g/g)。吸收容量(g/g)＝(W1(g)-W0(g))/吸水樹脂的重量(g)其中吸水樹脂是指包含吸水樹脂作為主要成分的吸收劑，使用吸收劑的重量而不是吸水樹脂的重量來計(jì)算吸收容量。
(2)加壓下的吸收容量把由不銹鋼制成的400目金屬絲網(wǎng)(網(wǎng)目尺寸38μm)在內(nèi)徑60毫米的塑性支承圓筒的底部上。在室溫(20-25℃)和濕度的50RH％條件下，將0.90g吸水樹脂均勻地分散在金屬絲網(wǎng)上，調(diào)整活塞以在吸收劑上施加4.83kPa(0.7psi)的負(fù)荷，活塞的外徑略微小于60毫米以避免左春本身和支承圓筒之間產(chǎn)生縫隙并產(chǎn)生無阻礙的垂直運(yùn)動(dòng)，按照上述順序依次在吸水樹脂上加載負(fù)荷。測(cè)量該測(cè)量裝置整個(gè)體系的重量Wa(g)。
將直徑90mm的玻璃過濾器(孔徑100-120μm；產(chǎn)自Sougo Rikagaku GlassK.K.)置于直徑150毫米的陪氏培養(yǎng)皿內(nèi)，在陪氏培養(yǎng)皿中加入0.90wt％生理鹽水溶液(20-25℃)達(dá)到與玻璃過濾器的上表面齊平的位置。其上放置直徑為90mm的濾紙(厚度0.26毫米，保留粒徑5μm；產(chǎn)自Advantec Toyo K.K.，銷售商品名″JIS P3801，No 2)濕潤全部表面，從表面除去過量液體。
將上述測(cè)量裝置的整個(gè)系統(tǒng)置于濕潤的濾紙上，使其在負(fù)荷下吸收液體。一小時(shí)后，拉起測(cè)量裝置的整個(gè)系統(tǒng)并測(cè)量重量Wb(g)。根據(jù)下列公式使用Wa和Wb計(jì)算加壓下的吸收容量(g/g)。
加壓下的吸收容量(g/g)＝(Wa(g)-Wb(g))/吸水樹脂的重量(g/g)其中吸水樹脂是指包含吸水樹脂作為主要成分的吸收劑，使用吸收劑的重量而不是吸水樹脂的重量來計(jì)算加壓下的吸收容量。
實(shí)施例2按照實(shí)施例1的方法連續(xù)混合吸水樹脂和含表面交聯(lián)劑的水溶液，同時(shí)在操作期間保持破碎刀刃為停機(jī)狀態(tài)。
當(dāng)將最后得到的濕潤吸水樹脂經(jīng)過10毫米篩子時(shí)，停留在篩子上的聚集體比例為10％。
使用雙槳干燥機(jī)在205℃的吸水樹脂溫度下對(duì)通過篩子的濕潤吸水樹脂進(jìn)行熱處理，經(jīng)過50分鐘的平均滯留時(shí)間，得到改性的吸水樹脂(2)。
經(jīng)測(cè)定由此得到的吸水樹脂(2)的吸收容量為35(g/g)，加壓下的吸收容量24(g/g)。
實(shí)施例3按照實(shí)施例1的方法連續(xù)混合吸水樹脂和含表面交聯(lián)劑水溶液。同時(shí)使用不裝有用聚四氟乙烯制成的圓筒的混合設(shè)備。
由此得到的濕潤吸水樹脂顯示出混合不均勻的跡象。當(dāng)通過10毫米篩子篩過濕潤吸水樹脂時(shí)，聚集體停留在篩子上的比例約為40wt％?；旌显O(shè)備套筒內(nèi)部和攪拌軸的四周顯示出濕潤吸水樹脂粘附的跡象。
用雙槳干燥機(jī)以205℃的吸水樹脂溫度對(duì)通過篩子的濕潤吸水樹脂進(jìn)行熱處理，經(jīng)過50分鐘的平均滯留時(shí)間，得到改性的吸水樹脂(3)。
吸水樹脂(3)的吸收容量為32(g/g)，加壓下的吸收容量為18(g/g)。
實(shí)施例4按照實(shí)施例1的方法進(jìn)行連續(xù)混合，同時(shí)將填充系數(shù)改變?yōu)?.5kg/L，將平均滯留時(shí)間改為90秒，將攪拌葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率改為285rpm，將W/D改為1.52。
濕潤的吸水樹脂顯示出適當(dāng)?shù)目苫烊苄?。?dāng)濕潤的吸水樹脂篩過10mm的篩子時(shí)，停留在篩子上的聚集體的比例為0.2％。該操作完成后，混合設(shè)備內(nèi)部基本上不顯示可覺察的雜質(zhì)粘附。
使用雙槳干燥機(jī)以205℃的吸水樹脂溫度進(jìn)行對(duì)濕潤的吸水樹脂熱處理，經(jīng)過50分鐘的滯留時(shí)間，得到改性的吸水樹脂(4)。
由此得到的改性吸水樹脂(4)的吸收容量為36(g/g)，加壓下的吸收容量為24(g/g)。
實(shí)施例5按照實(shí)施例1的方法進(jìn)行連續(xù)混合，同時(shí)將填充系數(shù)改變?yōu)?.1kg/L，將平均滯留時(shí)間改變?yōu)?0秒，將攪拌葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率改變?yōu)?85rpm，將W/D改變?yōu)?.62。
由此得到的濕潤吸水樹脂顯示出混合不均勻的跡象。當(dāng)通過10毫米的篩子篩過濕潤的吸水樹脂時(shí)，留在篩子上的聚集體的比例約為10％。
操作完成后，混合設(shè)備中的攪拌葉片顯示出雜質(zhì)粘附。
用雙槳干燥機(jī)以205℃吸水樹脂溫度對(duì)通過篩子的濕潤吸水樹脂進(jìn)行熱處理，經(jīng)過50分鐘的平均滯留時(shí)間，得到改性的吸水樹脂(5)。
吸水樹脂(5)的吸收容量為32(g/g)，加壓下的吸收容量為22(g/g)。
實(shí)施例6按照實(shí)施例1的方法進(jìn)行連續(xù)混合，同時(shí)將填充系數(shù)改變?yōu)?.75kg/L，將平均滯留時(shí)間改為60秒，攪拌槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率改為285rpm，W/D改為1.15。
由此得到的濕潤吸水樹脂顯示出混合不均勻的跡象。當(dāng)通過10毫米的篩子篩過濕潤的吸水樹脂時(shí)，留在篩子上的聚集體的比例約為20％。操作完成后，混合設(shè)備內(nèi)部的攪拌葉片上顯示出雜質(zhì)粘附。
用雙槳干燥機(jī)以205℃的吸水樹脂溫度對(duì)通過篩子的濕潤吸水樹脂進(jìn)行熱處理，經(jīng)過50分鐘的平均滯留時(shí)間，得到吸水樹脂(6)。
由此得到的吸水樹脂(6)的吸收容量為34(g/g)，加壓下的吸收容量為15(g/g)。
實(shí)施例7進(jìn)行分批操作而不是實(shí)施例1的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，滯留時(shí)間設(shè)為10分鐘。W/D為1.15。
當(dāng)通過10毫米的篩子篩過由此最后得到的濕潤的吸水樹脂時(shí)，留在篩子上的聚集體的比例為15％。
在混合設(shè)備中的攪拌葉片上顯示出雜質(zhì)粘附的跡象。
用雙槳干燥機(jī)以205℃的吸水樹脂溫度對(duì)通過篩子的濕潤吸水樹脂進(jìn)行熱處理，經(jīng)過50分鐘的平均滯留時(shí)間，得到吸水樹脂(7)。
吸水樹脂的吸收容量為32(g/g)，加壓下的吸收容量為24(g/g)。
對(duì)比實(shí)施例1按照實(shí)施例3的方法連續(xù)混合吸水樹脂和含表面交聯(lián)劑的水溶液，同時(shí)將填充系數(shù)改變?yōu)?.75kg/L，將平均滯留時(shí)間改變?yōu)?0秒，將攪拌葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率改變?yōu)?85rpm，W/D改變?yōu)?.15。
因?yàn)樵诨旌掀陂g混合設(shè)備馬達(dá)的負(fù)荷增長，混合停止。
發(fā)現(xiàn)混合設(shè)備的攪拌軸四周明顯地粘附了濕潤的雜質(zhì)，吸水樹脂將攪拌葉片和套筒間的縫隙部分阻塞。
權(quán)利要求
1.一種改性吸水樹脂的方法，包括混合具有羧基的吸水樹脂和含有表面交聯(lián)劑的水溶液的步驟，其中所述吸水樹脂和所述水溶液用混合設(shè)備進(jìn)行混合，該混合設(shè)備裝有犁形攪拌葉片和破碎刀刃，該混合設(shè)備的內(nèi)壁由與水界面的接觸角不少于60°、熱變形溫度不低于70℃的材料形成。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述設(shè)備中的犁形攪拌葉片的速度為100-500rpm，所述設(shè)備中的所述吸水樹脂和所述水溶液的混合物的滯留時(shí)間為10秒至三分鐘。
3.一種改性吸水樹脂的方法，包括混合具有羧基的吸水樹脂和含有表面交聯(lián)劑的水溶液的步驟，其中所述吸水樹脂和所述水溶液用回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備進(jìn)行混合，在該回轉(zhuǎn)型混合設(shè)備的內(nèi)壁上裝備有溢水口，和/或在所述內(nèi)壁上的攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)圓周上裝有凹槽部件，使得在所述內(nèi)壁和所述攪拌葉片之間插入1-30毫米的距離。
4.一種改性吸水樹脂的方法，包括混合具有羧基的吸水樹脂和含表面交聯(lián)劑的水溶液的步驟，其中混合所述水溶液，使得吸水樹脂在加入所述水溶液之前的體積(D)與加入水溶液后吸水樹脂的體積(W)的比W/D為1.2-2.5。
5.一種制造吸水樹脂的方法，包括權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)的改性步驟。
6.一種在犁形攪拌葉片上裝有破碎刀刃的犁形混合設(shè)備，它具有由與水界面接觸角不少于60°、熱變形溫度不低于70℃的材料形成的內(nèi)壁，所述內(nèi)壁裝備在所述犁形攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)圓周上，并帶有能產(chǎn)生距離所述內(nèi)壁1-30mm的縫隙的凹槽部件。
7.權(quán)利要求6的犁形混合設(shè)備，它進(jìn)一步包含溢水口和/或羽狀進(jìn)料細(xì)縫。
全文摘要
提供了一種混合吸水樹脂和含表面交聯(lián)劑的溶液以抑制聚集的方法。使用安裝有犁形攪拌葉片和破碎刀刃的犁形混合設(shè)備將吸水樹脂和含表面交聯(lián)劑溶液混合，該混合設(shè)備具有由與水界面的接觸角不少于60°、熱變形溫度不低于70℃的材料形成的內(nèi)壁。
文檔編號(hào)B01F3/08GK1572820SQ200410063188
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者野木幸三, 笹部昌純, 角永賢資, 入江好夫, 阪本繁, 三宅浩司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日本觸媒