(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-09-12
(54)【発明の名称】超吸収体粒子を製造するためのプロセス
(51)【国際特許分類】
C08J 3/12 20060101AFI20240905BHJP
【FI】
C08J3/12 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024518602
(86)(22)【出願日】2022-09-16
(85)【翻訳文提出日】2024-03-25
(86)【国際出願番号】 EP2022075742
(87)【国際公開番号】W WO2023046583
(87)【国際公開日】2023-03-30
(32)【優先日】2021-09-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】508020155
【氏名又は名称】ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア
【氏名又は名称原語表記】BASF SE
【住所又は居所原語表記】Carl-Bosch-Strasse 38, 67056 Ludwigshafen am Rhein, Germany
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ダニエル,トーマス
(72)【発明者】
【氏名】ラウプ,セバスティアン マリウス
(72)【発明者】
【氏名】ピーターソン,モンテ アラン
(72)【発明者】
【氏名】アデイ,バーノン リン
(72)【発明者】
【氏名】ポセミエ,カール
【テーマコード(参考)】
4F070
【Fターム(参考)】
4F070AA29
4F070AB13
4F070DA48
4F070DB06
4F070DB09
4F070DC06
4F070DC07
(57)【要約】
少量の反応開始剤を含むモノマー水溶液を重合してポリマーゲルを得、得られたポリマーゲルを、ダイプレートを通して押出し、押出されたポリマーゲルを1つ以上の領域を有する空気循環ベルト乾燥機上で乾燥させ、得られたポリマー粒子を粉砕及び分級し、次いで熱的に表面後架橋する、表面後架橋された超吸収体粒子を製造するプロセスであって、空気循環ベルト乾燥機の前方領域内の乾燥の過程において供給される乾燥ガスの温度が120~160℃であり、供給される空気の速度が1.2~3.0m/秒であるプロセス。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
a)酸基を有し、少なくとも部分的に中和された少なくとも1つのエチレン系不飽和モノマーと、
b)少なくとも1つの架橋剤と、
c)少なくとも1つの反応開始剤と
を含むモノマー水溶液又は懸濁液を重合することによる、表面後架橋された超吸収体粒子を製造するためのプロセスであって、
前記モノマー水溶液又は懸濁液を重合してポリマーゲルを得、前記得られたポリマーゲルを、ダイプレートを通して押出し、前記押出されたポリマーゲルを1つ以上の領域を有する空気循環ベルト乾燥機内で乾燥させて粉砕及び分級し、次いで前記得られたポリマー粒子を熱的に表面後架橋することによる、表面後架橋された超吸収体粒子を製造するためのプロセスにおいて、前記中和の前に、モノマーa)を基準として、0.14重量%以下の反応開始剤c)が使用され、前記空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの温度は、全滞留時間の少なくとも50%で120~160℃であり、前記空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの速度は、全滞留時間の少なくとも20%で1.2~3.0m/秒であり、前記空気循環ベルト乾燥機の前方領域は、乾燥すべき前記ポリマーゲルの水分含有量が少なくともそれぞれの領域の始まる時点で20重量%超となる前記空気循環ベルト乾燥機内の領域である、プロセス。
【請求項2】
前記空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの速度が、前方領域内の全滞留時間の10%~80%で更に0.1~1.15m/秒であり、より低速の領域がより高速の領域の上流にある、請求項1に記載のプロセス。
【請求項3】
前記空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの速度が、前方領域内の全滞留時間の25%~50%で更に0.7~1.00m/秒であり、より低速の領域がより高速の領域の上流にある、請求項1又は2に記載のプロセス。
【請求項4】
前記空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの蒸気含有量が、乾燥した乾燥ガス1kg当たり少なくとも200gであることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項5】
前記熱的表面後架橋が、少なくとも180℃の最高温度で実施される、請求項1~4のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項6】
中和前のモノマーa)を基準として、0.04重量%以下の反応開始剤c)が使用される、請求項1~5のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項7】
前記空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの温度が、前方領域内の全滞留時間の少なくとも80%で135~145℃である、請求項1~6のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項8】
前記空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの速度が、前方領域内の全滞留時間の少なくとも50%で1.5~2.4m/秒である、請求項1~7のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項9】
前記空気循環ベルト乾燥機の前方領域は、乾燥すべき前記ポリマーゲルの水分含有量が少なくともそれぞれの領域の始まる時点で32重量%超となる前記空気循環ベルト乾燥機の領域である、請求項1~8のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項10】
押出の過程における前記ポリマーゲルの温度が、70~125℃である、請求項1~9のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項11】
押出の過程における前記ポリマーゲルの温度が、90~105℃である、請求項1~10のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項12】
押出の過程における前記ポリマーゲルの水分含有量が、20%~70重量%である、請求項1~11のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項13】
押出の過程における前記ポリマーゲルの水分含有量が、40%~60重量%である、請求項1~12のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項14】
前記ダイプレートの穴開口部が、2~20mmの直径を有する、請求項1~13のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項15】
前記ダイプレートの穴開口部が、15~45mmの長さを有する、請求項1~14のいずれか一項に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少量の反応開始剤を含むモノマー水溶液を重合してポリマーゲルを得、得られたポリマーゲルを、ダイプレートを通して押出し、押出されたポリマーゲルを1つ以上の領域を有する空気循環ベルト乾燥機上で乾燥させ、得られたポリマー粒子を粉砕及び分級し、次いで熱的に表面後架橋する、表面後架橋された超吸収体粒子を製造するプロセスであって、空気循環ベルト乾燥機の前方領域内の乾燥の過程において供給される乾燥ガスの温度が120~160℃であり、供給される乾燥ガスの速度が1.2~3.0m/秒であるプロセスに関する。
【背景技術】
【0002】
超吸収体は、おむつ、タンポン、生理用ナプキン及び他の衛生物品を製造するために使用されているが、市場向け園芸栽培では水分保持剤としても使用されている。超吸収体は、吸水性ポリマーとも呼ばれている。
【0003】
超吸収体の製造については、研究書である“Modern Superabsorbent Polymer Technology”,F.L.Buchholz and A.T.Graham,Wiley-VCH,1998、71~103頁に記載されている。
【0004】
性能特性、例えば、ゲル床透過性(GBP)及び49.2g/cm2の圧力下における吸収性(AUL0.7psi)を改善するために、超吸収体粒子を表面後架橋することが一般的である。これにより、粒子表面の架橋レベルが向上し、49.2g/cm2の圧力下における吸収性(AUL0.7psi)と遠心分離保持能力(CRC)とを少なくとも部分的に分離させることができる。この表面後架橋は、水性ゲル相中で実施することができる。しかしながら、乾燥、粉砕及び篩い分けされたポリマー粒子(ベースポリマー)を表面後架橋剤で表面コーティングし、熱的に表面後架橋することが好ましい。この目的に好適な架橋剤は、ポリマー粒子の少なくとも2つのカルボキシレート基と共有結合を形成することができる化合物である。
【0005】
欧州特許出願公開第0289338A2号明細書には、水蒸気を含有するガスによってポリマーゲルを乾燥させるプロセスが記載されている。
【0006】
欧州特許出願公開第1002806A1号明細書には、3つに画定された乾燥区画でポリマーゲルを乾燥させるプロセスが記載されている。
【0007】
国際公開第2006/100300A1号パンフレットには、規定の温度プロファイルで設定されたベルト乾燥機上でポリマーゲルを乾燥させるプロセスが記載されている。
【0008】
欧州特許出願公開第2557095A1号明細書、国際公開第2014/118024A1号パンフレット及び国際公開第2015/169912A1号パンフレットには、生理食塩水流れ誘導性(SFC)及び自由膨潤率(FSR)を改善するためにポリマーゲルを穏やかに押出するプロセスが記載されている。
【0009】
国際公開第2018/114702A1号パンフレット及び国際公開第2018/114703A1号パンフレットには、ポリマーゲルの押出に特に好適な単軸押出機が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の目的は、表面後架橋された超吸収体粒子を製造する、特に、20g/gの急速な液体吸収性(T20)を有するか、又は0.3psi(2.07kPa)の圧力下における急速な液体体積吸収性(VAUL)を有する表面後架橋された超吸収体粒子を製造する改善されたプロセスを提供することであった。加えて、表面後架橋された高吸水性粒子は、あくまで低い残留モノマー含有量でなければならなかった。その一方で、遠心分離保持能力(CRC)及び49.2g/cm2の圧力下における吸収性(AUHL)の合計が最大値でなければならなかった。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この目的は、
a)酸基を有し、少なくとも部分的に中和された少なくとも1つのエチレン系不飽和モノマーと、
b)少なくとも1つの架橋剤と、
c)少なくとも1つの反応開始剤と
を含むモノマー水溶液又は懸濁液を重合することによる、表面後架橋された超吸収体粒子を製造するためのプロセスであって、
モノマー水溶液又は懸濁液を重合してポリマーゲルを得、得られたポリマーゲルを、ダイプレートを通して押出し、押出されたポリマーゲルを1つ以上の領域を有する空気循環ベルト乾燥機内で乾燥させて粉砕及び分級し、次いで得られたポリマー粒子を熱的に表面後架橋することによる、表面後架橋された超吸収体粒子を製造するためのプロセスにおいて、中和の前に、モノマーa)を基準として、0.14重量%以下の反応開始剤c)が使用され、空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの温度は、全滞留時間の少なくとも50%で120~160℃であり、空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの速度は、全滞留時間の少なくとも20%で1.2~3.0m/秒であり、空気循環ベルト乾燥機の前方領域は、乾燥すべきポリマーゲルの水分含有量が少なくともそれぞれの領域の始まる時点で20重量%超となる空気循環ベルト乾燥機内の領域であるプロセスによって達成される。
【0012】
本発明は、乾燥前のポリマーゲルの押出のみが20g/gの液体吸収性(T20)に影響を与えるものではないという知見に基づくものである。同様に、抽出物の含有量にも考慮すべき影響があると思われる。抽出物の含有量は、対照的に、重合時の反応開始剤の量及び乾燥条件によって制御することができる。ここで重要なのは、乾燥が比較的低温で、且つ比較的急速に行われるということである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の特定の実施形態では、空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの速度は、前方領域内の全滞留時間の10%~80%で更に0.1~1.15m/秒であり、より低速の領域がより高速の領域の上流にある。これにより、空気循環ベルト乾燥機内のポリマーゲル層をより均等に、且つより良好に乾燥することが可能となる。
【0014】
空気循環ベルト乾燥機の前方領域に供給される乾燥ガスの蒸気含有量は、いずれの場合も、乾燥した乾燥ガス1kg当たり、好ましくは少なくとも200g、より好ましくは少なくとも250g、最も好ましくは少なくとも300gである。
【0015】
熱的表面後架橋は、好ましくは少なくとも180℃、より好ましくは少なくとも185℃、及び最も好ましくは少なくとも190℃の最高温度で実施される。
【0016】
いずれの場合も、中和前のモノマーa)を基準として、好ましくは0.12重量%以下、より好ましくは0.10重量%以下、特に好ましくは0.08重量%以下、極めて特に好ましくは0.06重量%以下、及び最も好ましくは0.04重量%以下の反応開始剤c)が使用される。
【0017】
空気循環ベルト乾燥機の前方領域において、供給される乾燥ガスの温度は、好ましくは125~155℃、より好ましくは130~150℃、最も好ましくは135~145℃である。
【0018】
空気循環ベルト乾燥機の前方領域において、供給される乾燥ガスの速度は、好ましくは1.3~2.8m/秒、より好ましくは1.4~2.6m/秒、最も好ましくは1.5~2.4m/秒である。
【0019】
空気循環ベルト乾燥機の前方領域は、乾燥すべきポリマーゲルの水分含有量が少なくともそれぞれの領域の始まる時点で好ましくは25重量%超、より好ましくは29重量%超、最も好ましくは32重量%超となる空気循環ベルト乾燥機の領域である。
【0020】
押出の過程におけるポリマーゲルの温度は、好ましくは70~125℃、より好ましくは80~115℃、及び最も好ましくは90~105℃である。
【0021】
押出の過程におけるポリマーゲルの水分含有量は、好ましくは20%~70重量%、より好ましくは30%~65重量%、最も好ましくは40%~60重量%である。
【0022】
ダイプレートの穴開口部は、好ましくは2~20mm、より好ましくは4~15mm、最も好ましくは6~10mmの直径を有する。
【0023】
ダイプレートの穴開口部は、好ましくは15~45mm、より好ましくは20~40mm、及び最も好ましくは25~35mmの長さを有する。
【0024】
超吸収体の製造について、以下で詳細に記載する。
【0025】
超吸収体は、モノマー溶液又は懸濁液を重合することによって製造され、典型的には水不溶性である。
【0026】
モノマーa)は、好ましくは水溶性であり、即ち、23℃の水中におけるそれらの溶解度は、典型的には少なくとも1g/水100g、好ましくは少なくとも5g/水100g、より好ましくは少なくとも25g/水100g、及び最も好ましくは少なくとも35g/水100gである。
【0027】
好適なモノマーa)は、例えば、アクリル酸、メタクリル酸及びイタコン酸などのエチレン系不飽和カルボン酸である。特に好ましいモノマーは、アクリル酸及びメタクリル酸である。特に極めて好ましいのはアクリル酸である。
【0028】
モノマーa)は、典型的に、保存安定剤として重合抑制剤、好ましくはヒドロキノンモノメチルエーテル(MEHQ)を含む。
【0029】
好適な架橋剤b)は、架橋に好適な少なくとも2つの基を有する化合物である。このような基には、例えば、ポリマー鎖中にフリーラジカル重合可能なエチレン系不飽和基、及びモノマーa)の酸基と共有結合を形成することができる官能基がある。加えて、モノマーa)の少なくとも2つの酸基と配位結合を形成することができる多価金属塩も架橋剤b)として好適である。
【0030】
好適な架橋剤b)には、例えば、欧州特許出願公開第0530438A1号明細書に記載されているようなジメタクリル酸エチレングリコール、ジアクリル酸ジエチレングリコール、ジアクリル酸ポリエチレングリコール、メタクリル酸アリル、トリアクリル酸トリメチロールプロパン、トリアリルアミン、テトラアリルアンモニウムクロリド、テトラアリルオキシエタン、欧州特許出願公開第0547847A1号明細書、欧州特許出願公開第0559476A1号明細書、欧州特許出願公開第0632068A1号明細書、国際公開第93/21237A1号パンフレット、国際公開第03/104299A1号パンフレット、国際公開第03/104300A1号パンフレット、国際公開第03/104301A1号パンフレット、及び独国特許出願公開第10331450A1号明細書に記載されているようなジアクリレート及びトリアクリレート、独国特許出願公開第10331456A1号明細書、独国特許出願公開第10355401A1号明細書に記載されているような、アクリレート基と同様にエチレン系不飽和基を更に含む混合アクリレート、又は、例えば独国特許出願公開第19543368A1号明細書、独国特許出願公開第19646484A1号明細書、国際公開第90/15830A1号パンフレット及び国際公開第02/032962A2号パンフレットに記載されているような架橋剤混合物がある。
【0031】
架橋剤b)の量は、好ましくは0.05重量%~1.5%重量、より好ましくは0.1重量%~1重量%、及び最も好ましくは0.3重量%~0.6重量%であり、いずれの場合も使用されたモノマーa)の総量を基準として計算される。架橋剤含有量が増加するにつれて、遠心分離保持能力(CRC)が低下し、21.0g/cm2(AUL0.3psi)の圧力下における吸収性が最大値を超える。
【0032】
使用される反応開始剤c)は、重合条件下でフリーラジカルを発生させる全ての化合物、例えば、熱反応開始剤、酸化還元反応開始剤又は光反応開始剤であり得る。好適な熱反応開始剤は、ペルオキソ一硫酸塩及びペルオキソ二硫酸、並びにペルオキソ一リン酸塩及びペルオキソ二リン酸塩である。好適な酸化還元反応開始剤は、ペルオキソ二硫酸ナトリウム/アスコルビン酸、過酸化水素/アスコルビン酸、ペルオキソ二硫酸ナトリウム/重亜硫酸ナトリウム及び過酸化水素/重亜硫酸ナトリウムである。熱反応開始剤及び酸化還元反応開始剤の混合物、例えば、ペルオキソ二硫酸ナトリウム/過酸化水素/アスコルビン酸を使用することが好ましい。使用される還元成分は、好ましくは、2-ヒドロキシ-2-スルホナート酢酸の二ナトリウム塩、又は2-ヒドロキシ-2-スルフィナート酢酸のナトリウム塩、2-ヒドロキシ-2-スルホナート酢酸の二ナトリウム塩及び重亜硫酸ナトリウムの混合物である。このような混合物は、Brueggolite(登録商標)FF6及びBrueggolite(登録商標)FF7(Brueggemann Chemicals;Heilbronn;Germany)として入手可能である。
【0033】
反応開始剤c)の量は、いずれの場合も中和前のモノマーa)を基準として、0.14重量%以下、好ましくは0.12重量%以下、より好ましくは0.10重量%以下、特に好ましくは0.08重量%以下、極めて特に好ましくは0.06重量%以下、及び最も好ましくは0.04重量%以下である。
【0034】
典型的には、モノマー水溶液が使用される。モノマー溶液の水分含有量は、好ましくは40重量%~75重量%、より好ましくは45重量%~70重量%、及び最も好ましくは50重量%~65重量%である。モノマー懸濁液、即ち、溶解度を超過したモノマーa)、例えばアクリル酸ナトリウムを含むモノマー溶液を使用することも可能である。水分含有量が上昇すると、その後の乾燥においてエネルギー消費が上昇してしまい、水分含有量が低下すると、単に重合熱が十分に除去されない可能性がある。
【0035】
最適に作用させるために、好ましい重合抑制剤には、溶存酸素が必要となる。したがって、モノマー溶液は、不活性化、即ち、不活性ガス、好ましくは窒素又は二酸化炭素を流すことにより、重合前に溶存酸素を取り除いてもよい。モノマー溶液の酸素含有量は、重合前に1重量ppm未満、より好ましくは0.5重量ppm未満、最も好ましくは0.1重量ppm未満まで低下させることが好ましい。
【0036】
重合に好適な反応器は、例えば、混練反応器又はベルト反応器である。混練機では、国際公開第2001/038402A1号パンフレットに記載されているように、モノマー水溶液又は懸濁液の重合の際に形成されたポリマーゲルを、例えば二重反転スターラーシャフトによって連続的に粉砕する。同様に、同時に回転する混練シャフトを有する混練機を使用することも可能である。ベルト上における重合は、例えば、独国特許出願公開第3825366A1号明細書及び米国特許第6,241,928号明細書に記載されている。
【0037】
得られたポリマーゲルは、続いてダイプレートを通して押出される。ダイプレートの穴開口部は、それらの形状に関して基本的に制限されず、例えば、円形、楕円形、長方形、三角形、六角形、星形、又は不規則形状であってよい。ダイプレートの穴開口部は、好ましくは円形である。穴の直径は、好ましくは2~20mm、より好ましくは4~15mm、最も好ましくは6~10mmの範囲である。非円形の開口部の場合、穴の直径は面積を基準とした等価直径として、即ち、同一の断面積の円の直径として定義される。
【0038】
ダイプレートの穴の長さは、好ましくは15~45mm、より好ましくは20~40mm、及び最も好ましくは25~35mmの範囲である。穴がダイプレート内のドリル穴の場合、ダイプレートの厚さが穴の長さに相当する。開口部はまた、ダイプレート内の管状インサートの形態で実装されてもよく、管状インサートはダイプレートを超過して突出してもよい。この場合、穴の長さがインサートの長さに相当する。
【0039】
押出機は、典型的には、細長いハウジングと、ダイプレートに設けられた出口オリフィスと、ハウジング内で回転し、背圧を発生させながらポリマーゲルを出口オリフィスの方向に搬送する少なくとも1つのスクリューシャフトから構成される。一般に、ポリマーゲルは、高圧の押出機内からダイプレートを通して周囲に押出される。押出中にポリマーゲルが過度に冷却又は加熱されるのを防止するため、必要に応じて、押出機は好ましくはトレース加熱され、より好ましくは蒸気でトレース加熱されるか、又はトレース冷却される。押出は連続的に、又はバッチ式のいずれかで実施することができる。
【0040】
特に好適な押出機は、例えば、国際公開第2018/114702A1号パンフレット及び国際公開第2018/114703A1号パンフレットに記載されている。
【0041】
重合が混練反応器中で行われる場合、押出時のダイプレートにわたる圧力低下は、好ましくは5~45バール、より好ましくは10~40バール、最も好ましくは15~35バールであり、ダイプレートの開口率は、好ましくは5.0%~50%、より好ましくは7.5%~30%、最も好ましくは10.0%~20%である。開口率は、ダイプレートの開口面積(穴面積の合計)とダイプレートの最大利用可能面積の比として定義される。
【0042】
重合がベルト反応器によって行われる場合、押出時のダイプレートにわたる圧力低下は、好ましくは3~15バール、より好ましくは4~14バール、最も好ましくは5~13バールであり、ダイプレートの開口率は、好ましくは35%~75%、より好ましくは40%~70%、最も好ましくは45%~65%である。開口率は、ダイプレートの開口面積(穴面積の合計)とダイプレートの最大利用可能面積の比として定義される。
【0043】
ポリマーゲルは、特に回転スクリューシャフトの作用により、押出時に機械的エネルギーの投入を受ける。過度に高いエネルギーが投入されると、ポリマーゲルの内部構造に損傷が生じる。
【0044】
エネルギーの投入は、例えば、押出機の内部長さと内径の比(L/D)によって影響を受ける可能性がある。押出機の内部長さと内径の比は、好ましくは1~6.0、より好ましくは2~5.5、最も好ましくは3~5.0である。
【0045】
押出の過程で導入される比機械エネルギー(SME)は、好ましくは2.5~60kWh/t、より好ましくは5.0~50kWh/t、及び最も好ましくは10.0~40kWh/tである。比機械エネルギー(SME)は、押出機のモーター出力(kW)をポリマーゲルの処理量(t/時間)で除算したものである。これにより、押出の過程でポリマーゲルに損傷を与えることが回避される。
【0046】
押出中に、ポリマーゲルは、好ましくは70~125℃、より好ましくは80~115℃、最も好ましくは90~105℃の範囲内の温度を有する。
【0047】
ダイプレートを通る前のポリマーゲルの水分含有量は、好ましくは20重量%~70重量%、より好ましくは30重量%~65重量%、最も好ましくは40重量%~60重量%である。押出は水分の蒸発を伴う可能性があるため、一般に、押出中にポリマーゲルの水分含有量が低下する。ダイプレートを通過した後のポリマーゲルの水分含有量とダイプレートを通る前のポリマーゲルの水分含有量の比(FGpost-extr/FGpre-extr)は、好ましくは少なくとも0.99、より好ましくは少なくとも0.95、最も好ましくは少なくとも0.91である。
【0048】
ポリマーゲルの酸基は、典型的に、部分的に中和されている。中和は、モノマー段階で実施することが好ましい。中和は、典型的には中和剤を水溶液として、或いは好ましくは固形物として混合することによって行われる。中和度は、好ましくは40~85mol%、より好ましくは50~80mol%、及び最も好ましくは60~75mol%であり、好ましくはアルカリ金属水酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属炭酸塩、又はアルカリ金属炭酸水素塩、またこれらの混合物である、通例の中和剤を使用することができる。アルカリ金属塩の代わりに、アンモニウム塩を使用することも可能である。特に好ましいアルカリ金属はナトリウム及びカリウムであるが、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム又は炭酸水素ナトリウム、またこれらの混合物が特に極めて好ましい。固体炭酸塩及び炭酸水素塩は、本明細書では、好ましくは重合前に直接モノマー溶液に、重合中又は重合後のポリマーゲルに、及びそれらを乾燥させる前に、封入形態で導入することもできる。封入は、不溶性又は徐々にしか溶解しない材料で(例えば、フィルム形成ポリマー、不活性無機材料又は溶融性有機材料によって)表面をコーティングすることによって行い、これによって乾燥の間までに二酸化炭素が放出されないように固体炭酸塩又は炭酸水素塩の溶解及び反応が遅延され、形成された超吸収体は高い内部多孔性を有する。
【0049】
押出されたポリマーゲルは、次いで、1つ以上の領域を有する空気循環ベルト乾燥機によって、水分含有量が好ましくは0.5~10重量%、より好ましくは1~7重量%、及び最も好ましくは2~5重量%となるまで乾燥させ、水分含有量は、EDANAにより推奨された試験方法番号WSP 230.2-05「加熱時の質量損失」によって測定される。空気循環ベルト乾燥機の領域は、乾燥ガスの温度、速度及び湿度などの乾燥条件を個々に調整することができる空間的に分離した領域である。研究書である“Modern Superabsorbent Polymer Technology”,F.L.Buchholz and A.T.Graham,Wiley-VCH,1998、89頁、
図3.6には、5つの領域と1つの冷却領域を有する空気循環ベルト乾燥機が示されている。湿度が高すぎる場合、乾燥させたポリマーゲルのガラス転移温度Tgが低くなりすぎてしまい、単に更に加工することが困難となる可能性がある。湿度が低すぎる場合、乾燥させたポリマーゲルがあまりにも脆くなり、その後の粉砕工程で、過度に粒径の小さいポリマー粒子(「微粉」)が不必要に大量に得られることになる。乾燥前のポリマーゲルの水分含有量は、好ましくは20重量%~70重量%、より好ましくは30重量%~65重量%、最も好ましくは40重量%~60重量%である。続いて、乾燥させたポリマーゲルを押し潰し、任意選択により粗粉砕する。
【0050】
20g/gの急速な液体吸収性(T20)のためには、空気循環ベルト乾燥機の前方領域の乾燥条件は重要なものである。空気循環ベルト乾燥機の前方領域は、乾燥すべきポリマーゲルの水分含有量が少なくともそれぞれの領域の始まる時点で20重量%超、好ましくは25重量%超、より好ましくは少なくとも29重量%、最も好ましくは少なくとも32重量%である。
【0051】
空気循環ベルト乾燥機の前方領域において、前方領域内の全滞留時間の少なくとも50%の範囲、好ましくは少なくとも60%の範囲、より好ましくは少なくとも70%の範囲、最も好ましくは少なくとも80%の範囲に供給される乾燥ガスの温度は、120~160℃、好ましくは125~155℃、より好ましくは130~150℃、最も好ましくは135~145℃である。
【0052】
空気循環ベルト乾燥機の前方領域において、前方領域内の全滞留時間の少なくとも20%の範囲、好ましくは少なくとも30%の範囲、より好ましくは少なくとも40%の範囲、最も好ましくは少なくとも50%の範囲に供給される乾燥ガスの速度は、1.2~3.0m/秒、好ましくは1.3~2.8m/秒、より好ましくは1.4~2.6m/秒、最も好ましくは1.5~2.4m/秒である。
【0053】
前方領域の数は、何ら制限を受けるものではない。空気循環ベルト乾燥機が、例えばただ単一の領域を有することから、全ての領域が水分含有量に関する条件を満たす場合、本発明の文脈における前方領域には、空気循環ベルト乾燥機全体が含まれる。
【0054】
本発明の特定の実施形態では、供給されるより低速の乾燥ガスが、空気循環ベルト乾燥機の第1の領域に設定される。次いで、空気循環ベルト乾燥機の前方領域において、前方領域内の全滞留時間の10%~50%の範囲、好ましくは15%~70%の範囲、より好ましくは20%~60%の範囲、最も好ましくは25%~50%の範囲に供給される乾燥ガスの速度は更に、0.1~1.15m/秒、好ましくは0.3~1.10m/秒、より好ましくは0.5~1.05m/秒、最も好ましくは0.7~1.00m/秒である。
【0055】
空気循環ベルト乾燥機が合計で10の領域を有し、各領域内の滞留時間が5分であり、乾燥すべきポリマーゲルの水分含有量の開始値が、最初の4つの領域だけで満たされる場合、前方領域内の全滞留時間は20分である。
【0056】
特定の実施形態では、供給される乾燥ガスの速度が第1の領域で1.00m/秒であり、下流の3つの領域で2.0m/秒である場合、滞留時間は、前方領域内の全滞留時間の25%については1.00m/秒の供給された乾燥ガスの速度で計算され、前方領域内の全滞留時間の75%については2.0m/秒の供給された乾燥ガスの速度における滞留時間が計算される。
【0057】
空気循環ベルト乾燥機内で乾燥すべきポリマーゲルに流す空気は、上から流してもよく、又は下から流してもよい。均一に乾燥するために、空気循環ベルト乾燥機内の滞留時間の約1/3の間は、乾燥すべきポリマーゲルに流す空気の流れは最初に下から、次いで乾燥すべきポリマーゲルに流す空気の流れは上からであることが適切である。このような手順及びその利点は、国際公開第2006/100300 A1号パンフレットに記載されている。
【0058】
好適な乾燥ガスは、例えば、空気、窒素及び空気と窒素の混合物である。或いは、“Handbook of Industrial Drying”,3rd edition,2006,ISBN 9781420017618の第19章“Superheated Steam Drying”に記載されているように、乾燥ガスとして過熱蒸気を用いて乾燥を行うことができる。
【0059】
空気循環ベルト乾燥機の前方領域において、前方領域内の全滞留時間の少なくとも50%の範囲、好ましくは少なくとも60%の範囲、より好ましくは少なくとも70%の範囲、最も好ましくは少なくとも80%の範囲に対する水蒸気含有量は、いずれの場合も乾燥した乾燥ガス1kg当たり、好ましくは少なくとも200g、より好ましくは少なくとも250g、最も好ましくは少なくとも300gである。これにより、結果として乾燥中の未変換モノマーa)が良好に分解される。
【0060】
供給される乾燥ガスの水蒸気含有量は、ノズル又は噴霧器により能動的に水を供給すること、水蒸気を供給すること、又は乾燥材料を湿潤することによって達成することができる。同様に、例えば、それに対応して新鮮な空気の供給を制御し、乾燥材料自体の換気を適切に調整するという点では、乾燥材料自体から全体的又は部分的に水蒸気含有量を生じさせることが可能である。例えば、前方領域において、低い乾燥温度、少ない新鮮な空気の供給、乾燥材料を通過する遅い流れを利用することが可能である。
【0061】
その後、乾燥させたポリマーゲルを、典型的には粉砕して分級し、粉砕に使用される装置は、典型的には単段若しくは多段ロールミル、好ましくは2段若しくは3段ロールミル、ピンミル、ハンマーミル又は振動ミルであってよい。
【0062】
生成物分画として取り出されたポリマー粒子の平均粒径は、好ましくは少なくとも200μm、より好ましくは250~600μm、及び極めて詳細には300~500μmである。生成物分画の平均粒径は、EDANAにより推奨された試験方法番号WSP 220.2-05「粒径分布」によって測定することができ、選別分画の質量毎の割合が累積的な形態でプロットされ、グラフにより平均粒径が求められる。本明細書における平均粒径とは、累積重量50%の場合に生じるメッシュサイズの値である。
【0063】
150μm超の粒径を有する粒子の割合は、好ましくは少なくとも90重量%、より好ましくは少なくとも95重量%、及び最も好ましくは少なくとも98重量%である。
【0064】
粒径が小さすぎるポリマー粒子は、透過性(SFC)を低下させる。したがって、過度に小さいポリマー粒子(「微粉」)の割合を小さくする必要がある。
【0065】
過度に小さいポリマー粒子は、したがって、典型的には除去されてプロセスに再利用される。このことは、好ましくは、重合前、重合中又は重合直後、即ちポリマーゲルの乾燥前に行われる。過度に小さいポリマー粒子は、再利用前又は再利用中に水及び/又は水性界面活性剤で湿潤することができる。
【0066】
過度に小さいポリマー粒子は、後のプロセス工程、例えば、表面後架橋工程又は別のコーティング工程の後に除去することも可能である。この場合、再利用された過度に小さいポリマー粒子は、表面後架橋されるか、別の方法、例えばヒュームドシリカでコーティングされる。
【0067】
重合に混練反応器を使用する場合、過度に小さいポリマー粒子は、好ましくは重合の最後の3分の1の間に添加される。
【0068】
過度に小さいポリマー粒子が、極めて早い段階で、例えば実際にはモノマー溶液に添加される場合、これによって、得られる吸水性ポリマー粒子の遠心分離保持能力(CRC)が低下する。しかしながら、この遠心分離保持能力(CRC)の低下は、例えば、使用される架橋剤b)の量を調整することによって補うことができる。
【0069】
過度に小さいポリマー粒子を、極めて後の段階で、例えば重合反応器の下流に接続された装置、例えば押出機の直前に添加する場合、過度に小さいポリマー粒子は、得られたポリマーゲルに組み込まれることが単に困難となる可能性がある。しかしながら、十分に取り込まれなかった過度に小さなポリマー粒子は、粉砕中に乾燥ポリマーゲルから再度分離し、したがって分級の過程で再び除去され、再利用される過度に小さなポリマー粒子の量が増大する。
【0070】
最大で850μmの粒径を有する粒子の割合は、好ましくは少なくとも90重量%、より好ましくは少なくとも95重量%、最も好ましくは少なくとも98重量%である。
【0071】
最大で600μmの粒径を有する粒子の割合は、好ましくは少なくとも90重量%、より好ましくは少なくとも95重量%、最も好ましくは少なくとも98重量%である。
【0072】
過度に大きい粒径のポリマー粒子は、自由膨潤率を低下させる。したがって、過度に大きいポリマー粒子の割合も同様に低くする必要がある。
【0073】
したがって、過度に大きいポリマー粒子は、典型的には除去され、乾燥させたポリマーゲルの粉砕に再利用される。
【0074】
更に特性を改善するために、ポリマー粒子を熱的に表面後架橋する。好適な表面後架橋剤は、ポリマー粒子の少なくとも2つのカルボキシレート基と共有結合を形成することができる基を含む化合物である。好適な化合物は、例えば、欧州特許出願公開第0083022A2号明細書、欧州特許出願公開第0543303A1号明細書及び欧州特許出願公開第0937736A2号明細書に記載されているような多官能性アミン、多官能性アミドアミン、多官能性エポキシド、独国特許出願公開第3314019A1号明細書、独国特許出願公開第3523617A1号明細書及び欧州特許出願公開第0450922A2号明細書に記載されているような二官能性若しくは多官能性アルコール、又は独国特許出願公開第10204938A1号明細書及び米国特許第6,239,230号明細書に記載されているようなβ-ヒドロキシアルキルアミドである。特に好適な表面後架橋剤は、炭酸エチレン及びその誘導体、並びに2-オキサゾリドン及びその誘導体である。炭酸エチレン及びN-(2-ヒドロキシエチル)-2-オキサゾリジノンが特に好ましい。
【0075】
表面後架橋剤の量は、いずれの場合もポリマー粒子を基準として、好ましくは0.001重量%~2重量%、より好ましくは0.02重量%~1重量%、及び最も好ましくは0.05重量%~0.2重量%である。
【0076】
表面後架橋剤と同様に、粒子表面に多価カチオンを適用することが可能である。
【0077】
本発明のプロセスに使用可能な多価カチオンは、例えば、亜鉛、マグネシウム、カルシウム及びストロンチウムのカチオンなどの二価カチオン、アルミニウム、鉄、クロム、希土類及びマンガンのカチオンなどの三価カチオン、チタン及びジルコニウムのカチオンなどの四価カチオンである。考えられる対イオンは、塩化物、臭化物、水酸化物、硫酸塩、硫酸水素塩、炭酸塩、炭酸水素塩、硝酸塩、リン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩及びカルボン酸塩、例えば、酢酸塩及び乳酸塩である。水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム及び乳酸アルミニウムが好ましい。
【0078】
使用される多価カチオンの量は、いずれの場合もポリマーを基準として、例えば、0.001重量%~1.5重量%、好ましくは0.005重量%~1重量%、及びより好ましくは0.02重量%~0.8重量%である。
【0079】
表面後架橋は、典型的には、乾燥させたポリマー粒子に表面後架橋剤の溶液を噴霧するような方法で行われる。噴霧塗布の後、表面後架橋剤でコーティングされたポリマー粒子に熱処理が施される。
【0080】
表面後架橋剤の溶液の噴霧塗布は、スクリューミキサー、ディスクミキサー及びパドルミキサーなどの混合器具が動くミキサーで行うことが好ましい。パドルミキサーなどの横形ミキサーが特に好ましく、縦型ミキサーが特に極めて好ましい。横型ミキサーと縦型ミキサーは、混合シャフトの位置によって区別され、即ち、横型ミキサーは水平に取り付けられた混合シャフトを有し、縦型ミキサーは垂直に取り付けられた混合シャフトを有する。好適なミキサーは、例えば、横型Pflugschar(登録商標)プラウシェアミキサー(Gebr.Loedige Maschinenbau GmbH;Paderborn;Germany)、Vrieco-Nauta連続式ミキサー(Hosokawa Micron BV;Doetinchem;Netherlands)、Processall Mixmillミキサー(Processall Incorporated;Cincinnati;USA)及びSchugi Flexomix(登録商標)(Hosokawa Micron BV;Doetinchem;Netherlands)である。しかしながら、流動床中で表面後架橋剤溶液を噴霧することも可能である。
【0081】
表面後架橋剤は、典型的には、水溶液の形態で使用される。表面後架橋剤のポリマー粒子への浸透深さは、非水溶媒の含有量及び溶媒の総量によって調整することができる。
【0082】
熱処理は、接触乾燥機、より好ましくはパドル乾燥機、最も好ましくはディスク乾燥機内で実施することが好ましい。好適な乾燥機は、例えば、Hosokawa Bepex(登録商標)横型パドル乾燥機(Hosokawa Micron GmbH;Leingarten;Germany)、Hosokawa Bepex(登録商標)ディスク乾燥機(Hosokawa Micron GmbH;Leingarten;Germany)、Holo-Flite(登録商標)乾燥機(Metso Minerals Industries Inc.;Danville;USA)及びNaraパドル乾燥機(NARA Machinery Europe;Frechen;Germany)である。更に、流動床乾燥機も使用され得る。
【0083】
表面後架橋は、ジャケットを加熱したり、又は温風を吹き込んだりすることで、ミキサー本体内で行うことができる。同様に好適なものは、下流乾燥機、例えばトレイ乾燥機、ロータリーチューブオーブン又は加熱可能スクリューである。流動床乾燥機内で混合し、熱的表面後架橋を行うことが特に有利である。
【0084】
反応温度は、好ましくは180~250℃、より好ましくは185~220℃、最も好ましくは190~210℃の範囲である。この温度での好ましい滞留時間は、好ましくは少なくとも10分、より好ましくは少なくとも20分、最も好ましくは少なくとも30分、及び典型的には最大で60分である。
【0085】
それに対応して、反応温度が高ければ、遠心分離保持能力(CRC)の総計及び49.2g/cm2の圧力下における吸収性(AUHL)に関して特に高い値が達成される。
【0086】
エポキシ基を有する表面後架橋剤、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテルを使用する場合、表面後架橋の温度がはるかに低い温度であってもよい。
【0087】
続いて、表面後架橋されたポリマー粒子を再度分級して、過度に小さい、及び/又は過度に大きいポリマー粒子を取り出し、プロセスに再利用することができる。
【0088】
更に特性を改善するために、表面後架橋されたポリマー粒子をコーティング又は再加湿してもよい。
【0089】
再加湿は、30~80℃、より好ましくは35~70℃、最も好ましくは40~60℃で実施することが好ましい。過度に低い温度では、ポリマー粒子が塊を形成する傾向があり、より高温では、水が早くも目立つ程度まで蒸発してしまう。再加湿に用いられる水の量は、好ましくは1重量%~10重量%、より好ましくは2重量%~8重量%、及び最も好ましくは3重量%~5重量%である。再加湿によってポリマー粒子の機械的安定性が増大し、それらの静電気帯電傾向が低減する。再加湿は、熱的表面後架橋の後に冷却機内で行うことが有利である。
【0090】
膨潤速度及びゲル床透過性(GBP)を改善するのに好適なコーティングは、例えば、水不溶性金属塩などの無機不活性物質、有機ポリマー、カチオン性ポリマー及び二価又は多価金属カチオンである。塵埃吸着に好適なコーティングは、例えばポリオールである。ポリマー粒子の望ましくない固化傾向に対抗するのに好適なコーティングは、例えば、Aerosil(登録商標)200などのヒュームドシリカ、Sipernat(登録商標)D17などの沈殿シリカ、及びSpan(登録商標)20などの界面活性剤である。
【0091】
方法:
以下に記載され、「WSP」と表記される標準的な試験方法は、“Standard Test Methods for the Nonwovens Industry”,2005 edition,published jointly by the Worldwide Strategic Partners EDANA(Herrmann-Debrouxlaan 46,1160 Oudergem,Belgium,www.edana.org)及びINDA(1100 Crescent Green,Suite 115,Cary,North Carolina 27518,USA,www.inda.org)に記載されている。この刊行物はEDANA及びINDAの両方から入手可能である。
【0092】
特に記載しない限り、23±2℃の周囲温度及び50±10%の相対空気湿度で測定を行うべきである。超吸収体粒子は、測定前に完全に混合する。
【0093】
残留モノマー
残留モノマー含有量は、EDANAによって推奨される試験方法番号210.2(05)「残留モノマー」によって測定する。
【0094】
水分含有量
水分含有量は、EDANAによって推奨される試験方法番号WSP 230.2(05)「加熱時の質量損失」によって測定する。水分含有量が5重量%を上回る場合は、一定重量になるまで105±2℃での乾燥時間を延長すべきである。
【0095】
乾燥すべきポリマーゲルの水分含有量は、1.0~1.5kgのポリマーゲルを105±2℃で一定重量になるまで乾燥させることによって測定する。乾燥は、ポリマーゲルを中程度に粉砕することによって促進させることができる。
【0096】
比較的少量の場合、例えば、ベルト乾燥機シミュレーターにおける乾燥の場合、ポリマーゲルの総量で中間計量操作を行うことも可能である。この場合、ポリマーゲルの量も1.0kg未満であってよい。最後の工程において、105±2℃で一定重量になるまで乾燥を行う。次いで、計算によって中間計量操作でのポリマーゲルの水分含有量を確認する。
【0097】
遠心分離保持能力
遠心分離保持能力(CRC)は、EDANAによって推奨される試験方法番号WSP 241.2(05)「遠心分離後の生理食塩水中の液体保持能力」によって測定する。
【0098】
21.0g/cm2の圧力下における吸収性(負荷下における吸収性)
21.0g/cm2の圧力下における吸収性(AUL0.3psi)は、EDANAによって推奨される試験方法番号WSP242.205「圧力下における吸収性、重量測定」によって測定する。
【0099】
49.2g/cm2の圧力下における吸収性(高負荷下における吸収性)
49.2g/cm2の圧力下における吸収性(AUHL)は、21.0g/cm2(0.3psi)の圧力ではなく49.2g/cm2(0.7psi)の圧力を設定するという点を除いて、EDANAによって推奨される試験方法番号WSP 242.2(05)「圧力下における吸収性、重量測定」に類似した方法によって測定する。
【0100】
抽出物
吸水ポリマー粒子の抽出物の含有量は、EDANAによって推奨される試験方法番号WSP 270.2(05)「抽出物」によって測定する。
【0101】
20g/gの液体吸収性(T20)
20g/gの液体吸収性(T20)は、欧州特許出願公開第2535027A1号明細書の13~18頁に記載されている「K(t)試験方法(動的有効透過性及び取り込み速度測定試験方法)」によって測定する。
【0102】
0.3psi(2.07kPa)の圧力下における液体の体積吸収性(VAUL)
0.3psi(2.07kPa)の圧力下における液体の体積吸収性(VAUL)では、欧州特許第2922882B1号明細書の22頁に記載されている「負荷下における体積吸収性(VAUL)」試験方法によってτ値を測定する。この明細書では、τ値は「特性膨潤時間(characteristic swelling time)」と称される。
【0103】
生理食塩水流れ誘導性
生理食塩水流れ誘導性(SFC)は、欧州特許出願公開第2535698A1号明細書の19~22頁に記載されている試験方法である「尿透過性測定(UPM)試験方法」によって測定する。
【実施例】
【0104】
実施例1~13
重合:
71.0mol%に相当する中和度となるように、脱イオン水、50重量%の水酸化ナトリウム溶液及びアクリル酸を連続的に混合することによってアクリル酸/アクリル酸ナトリウム溶液を調製する。モノマー溶液の固形分は、41.0重量%である。
【0105】
使用した架橋剤b)は、3個のエトキシル化トリアクリル酸グリセリル(純度約85重量%)である。使用量は、使用されるアクリル酸を基準として、0.45重量%である。更に、モノマー溶液は、使用されるアクリル酸を基準として、0.75重量%のポリエチレングリコール-4000(4000g/molの平均モル質量を有するポリエチレングリコール)から構成される。
【0106】
いずれの場合も使用されるアクリル酸を基準として、0.0005重量%~0.0020重量%の過酸化水素、0.06重量%~0.15重量%のペルオキソ二硫酸ナトリウム及び0.0076重量%のアスコルビン酸を使用して、フリーラジカル重合を開始する。個々の実施例の正確な条件は、表1に見出すことができる。
【0107】
モノマー溶液を、6.3m3の容量のList Contikneter連続式混練反応器(LIST AG、Arisdorf、Switzerland)に導入した。モノマー溶液の処理量は約20t/時間である。
【0108】
架橋剤の添加時点と過酸化水素及びペルオキソ二硫酸ナトリウム溶液の添加部位の間に、モノマー溶液を窒素で不活性化した。アスコルビン酸を反応器に直接計量した。
【0109】
滞留時間の約50%が過ぎた後、150μm未満の粒径を有する、粉砕及び分級による製造プロセスで得られた約1200kg/時間のポリマー粒子を、追加で反応器に計量した。反応器内の反応混合物の滞留時間は約15分である。
【0110】
押出:
得られたポリマーゲルを、650 EX押出機(ECT-KEMA GmbH、Girbigsdorf、Germany)に計量する。
【0111】
押出の過程におけるポリマーゲルの温度は、約115~130℃である。ダイプレートには2764個の穴があり、穴の直径は8mmである。ダイプレートの厚さは33mmである。ダイプレートの開口率は42%である。押出機の内部長さと内径の比(L/D)は4である。ダイプレートにわたる圧力低下は約27~28バールである。
【0112】
乾燥:
ポリマーゲルの試料は、静止したベルト乾燥機シミュレーターの中で、まだ熱く、緩く層状になっている間に採取する。
【0113】
ベルト乾燥機シミュレーターは、篩板を備えた円筒形のステンレス鋼製ポットである。ここで、ポリマーゲルを通過する乾燥空気の流れは、下からか、又は上からのいずれかである。乾燥空気の方向、温度、湿度(蒸気の噴射)及び量(=速度)を制御することが可能である。シミュレーターはプログラム可能であり、時間の経過と共に乾燥操作が進行する場合でも、異なる任意の乾燥プロファイルを連続的に生成することができる。ベルト乾燥機シミュレーターは、1つ以上の領域を有する空気循環ベルト乾燥機内の乾燥をシミュレートすることができるものである。
【0114】
ポリマーゲルを導入する際に、乾燥空気が確実に多孔質ポリマーゲル床を通って流れることができるようにしなければならない。ポリマーゲルの床の高さは9cmである。このために、1285gの押出されたポリマーゲルが必要となる。
【0115】
ポリマーゲルは25分間乾燥させる。ポリマーゲルを通過する空気の流れは、時間の1/3の間は最初に下から、次いで上からである。乾燥空気の温度は135~170℃である。乾燥空気の速度は1.0~2.0m/秒である。乾燥空気は、乾燥空気1kg当たり100~700gの水蒸気を含む。個々の実施例の正確な条件は、表1に見出すことができる。
【0116】
粉砕及び分級:
乾燥させたポリマーゲルを粗粉砕し、3段ロールミルにより粉砕して、150~700μmの粒径に篩い分けた。篩い分けは、ポリマー粒子の少なくとも95重量%が150~700μmの粒径を有するように行う。
【0117】
【0118】
【0119】
表面後架橋:
分級したポリマー粒子1.2kgを、いずれの場合も使用されたポリマー粒子を基準として、1.41重量%のイソプロパノール、3.13重量%の水、0.07重量%のN-ヒドロキシエチル-2-オキサゾリジノン、0.07重量%のプロパン-1,3-ジオール及び0.5重量%の乳酸アルミニウムの混合物(溶液A)、又は2.54重量%の水及び2.00重量%の炭酸エチレンの混合物(溶液B)で、二相スプレーノズルにより23℃及び毎分200回転のシャフト速度の加熱ジャケットを備えたVT 5R-MKプラウシェアミキサー(Loedige Maschinenbau GmbH;Paderborn、Germany)中でコーティングする。個々の実施例の正確な条件は、表3に見出すことができる。
【0120】
スプレー塗布後、生成温度を175℃から185℃に上昇させ、この温度で反応混合物を毎分50回転のシャフト速度で45分間保持する。得られた生成物を周囲温度まで冷却し、再度700μmの篩で分級する。700μm未満の粒径の分画を分析する。結果を表3に記載する。
【0121】
【0122】
実施例1と実施例8を比較すると、重合に使用された反応開始剤の量を少なくした結果、T20が改善したことが示されている。
【0123】
実施例4と実施例1を比較すると、乾燥の前に押出した結果、T20が改善したことが示されている。
【0124】
実施例5と実施例1を比較すると、乾燥空気の温度を低下させた結果、T20が改善したことが示されている。
【0125】
実施例6と実施例5を比較すると、乾燥空気の速度が遅すぎると、乾燥が遅れることが示されている。
【0126】
実施例7と実施例5を比較すると、乾燥空気の速度を上昇させた結果、T20が改善したことが示されている。
【0127】
実施例1と実施例2を比較すると、乾燥空気の水蒸気含有量を増加させた結果、残留モノマー含有量が改善したことが示されている。
【0128】
実施例3と実施例1を比較すると、熱的表面後架橋の温度を上昇させた結果、CRC及びAUHLの総計が改善したことが示されている。
【0129】
本発明の実施例8~13は、実施例1~6(比較実施例)よりも少なくとも12秒のより良好なT20を有する。
【0130】
実施例14~18
重合:
71.0mol%に相当する中和度となるように、脱イオン水、50重量%の水酸化ナトリウム溶液及びアクリル酸を連続的に混合することによってアクリル酸/アクリル酸ナトリウム溶液を調製する。モノマー溶液の固形分は、41.0重量%である。
【0131】
使用した架橋剤b)は、3個のエトキシル化トリアクリル酸グリセリル(純度約85重量%)である。使用量は、使用されるアクリル酸を基準として、0.45重量%である。更に、モノマー溶液は、使用されるアクリル酸を基準として、0.75重量%のポリエチレングリコール-4000(4000g/molの平均モル質量を有するポリエチレングリコール)から構成される。
【0132】
いずれの場合も使用されるアクリル酸を基準として、0.0005重量%の過酸化水素、0.06重量%のペルオキソ二硫酸ナトリウム及び0.0076重量%のアスコルビン酸を使用して、フリーラジカル重合を開始する。個々の実施例の正確な条件は、表1に見出すことができる。
【0133】
モノマー溶液を、6.3m3の容量のList Contikneter連続式混練反応器(LIST AG、Arisdorf、Switzerland)に導入した:モノマー溶液の処理量は約20t/時間である。
【0134】
架橋剤の添加時点と過酸化水素及びペルオキソ二硫酸ナトリウム溶液の添加部位の間に、モノマー溶液を窒素で不活性化した。アスコルビン酸を反応器に直接計量した。
【0135】
滞留時間の約50%が過ぎた後、150μm未満の粒径を有する、粉砕及び分級による製造プロセスで得られた約1200kg/時間のポリマー粒子を、追加で反応器に計量した。反応器内の反応混合物の滞留時間は約15分である。
【0136】
押出:
得られたポリマーゲルを、650 EX押出機(ECT-KEMA GmbH、Girbigsdorf、Germany)に計量する。
【0137】
押出の過程におけるポリマーゲルの温度は、約115~130℃である。ダイプレートには2764個の穴があり、穴の直径は8mmである。ダイプレートの厚さは33mmである。ダイプレートの開口率は42%である。押出機の内部長さと内径の比(L/D)は4である。ダイプレートにわたる圧力低下は約27~28バールである。
【0138】
乾燥:
ポリマーゲルの試料は、静止したベルト乾燥機シミュレーターの中で、まだ熱く、緩く層状になっている間に採取する。
【0139】
ベルト乾燥機シミュレーターは、篩板を備えた円筒形のステンレス鋼製ポットである。ここで、ポリマーゲルを通過する乾燥空気の流れは、下からか、又は下からのいずれかである。乾燥空気の方向、温度、湿度(蒸気の噴射)及び量(=速度)を制御することが可能である。シミュレーターはプログラム可能であり、時間の経過と共に乾燥操作が進行する場合でも、異なる任意の乾燥プロファイルを連続的に生成することができる。ベルト乾燥機シミュレーターは、1つ以上の領域を有する空気循環ベルト乾燥機内の乾燥をシミュレートすることができるものである。
【0140】
ポリマーゲルを導入する際に、乾燥空気が確実に多孔質ポリマーゲル床を通って流れることができるようにしなければならない。ポリマーゲルの床の高さは9cmである。このために、1285gの押出されたポリマーゲルが必要となる。
【0141】
ポリマーゲルは25分間乾燥させる。ポリマーゲルを通過する空気の流れは、最初の3つの領域では最初に下から、次いで上からである。各領域内の滞留時間は2.5分である。最後の領域は冷却領域である。乾燥空気の温度は140~198℃である。乾燥空気の速度は1.0~2.0m/秒である。乾燥空気は、乾燥空気1kg当たり75~350gの水蒸気を含む。個々の実施例の正確な条件は、表4に見出すことができる。
【0142】
粉砕及び分級:
乾燥させたポリマーゲルを粗粉砕し、3段ロールミルにより粉砕して、150~700μmの粒径に篩い分けた。篩い分けは、ポリマー粒子の少なくとも95重量%が150~700μmの粒径を有するように行う。
【0143】
【0144】
【0145】
実施例14~17では、緩いポリマーゲル層が得られた。層が緩い場合は、乾燥空気が不規則な流路内でポリマーゲル粒子を迂回してしまう恐れがある。実施例18では、乾燥開始直後の乾燥空気の速度が比較的遅いことにより、乾燥ガスの温度が比較的低いことと相まって、緻密なポリマーゲル層がもたらされた。
【0146】
【0147】
表面後架橋
分級したポリマー粒子1.2kgを、いずれの場合も使用されたポリマー粒子を基準として、1.41重量%のイソプロパノール、3.13重量%の水、0.07重量%のN-ヒドロキシエチル-2-オキサゾリジノン、0.07重量%のプロパン-1,3-ジオール及び0.5重量%の乳酸アルミニウムの混合物(溶液A)、又は3.0重量%の水、1.5重量%のプロパン-1,2-ジオール及び0.04重量%のエチレングリコールジグリシジルエーテルの混合物(溶液B)で、二相スプレーノズルにより23℃及び毎分200回転のシャフト速度の加熱ジャケットを備えたVT 5R-MKプラウシェアミキサー(Loedige Maschinenbau GmbH;Paderborn、Germany)中でコーティングする。溶液Aでは、100~600μmの粒径を有する分級されたポリマー粒子を使用した。溶液Bでは、300~600μmの粒径を有する分級されたポリマー粒子を使用した。個々の実施例の正確な条件は、表6に見出すことができる。
【0148】
スプレー塗布後、生成温度を185℃(溶液A)又は160℃(溶液B)に上昇させ、この温度で反応混合物を毎分50回転のシャフト速度で45分間(溶液A)又は30分間(溶液B)保持する。得られた生成物を周囲温度まで冷却し、再度700μmの篩で分級する。700μm未満の粒径の分画を分析する。結果を表6に記載する。
【0149】
【国際調査報告】