颗粒状吸水性树脂的制造方法_3

文档序号:9257473阅读:来源:国知局
颗粒的表面积和干燥效率出发,所述 大颗粒有时比小颗粒的含水率高(例如,含水率为1. 01~5倍,进而为1. 03~2倍),能够 将含水率不同的干燥物颗粒应用于不同的干燥物保持时间或干燥物保持方法。
[0145] 即,本发明中优选的是,对于分级后的干燥物按粒径分别应用不同的干燥物保持 时间或不同的干燥物保持方法。不同的粒径(由标准筛规定)例如在850 μπι~10_、进而 在2~IOmm的范围适当决定。
[0146] 不同的干燥物保持时间在适于粉碎的范围内适当决定,例如,在所分级的粒径中, 对于粒径大的颗粒,通过包括更长时间或更多数量的后述工序(d)~(h)等,与不包括这些 工序时(或粒径小的颗粒)相比,干燥物保持时间优选延长1.0 l~10倍,进一步优选延长 1. 03~5倍。另外,作为不同的保持方法,对于粒径、含水率大的颗粒,采用以下方法即可: 附加地重复或追加后述的输送、破碎、储藏等。
[0147] 以下,说明干燥物保持工序中所含的优选的具体工序。
[0148] ⑷冷却工序
[0149] 本发明中的干燥物优选在冷却工序中被强制冷却。即,优选在干燥工序后进行冷 却干燥物的工序。这里,作为强制冷却温度,在实现本发明的基础上,优选使干燥物的温度 强制冷却到95°C以下、更优选90~30°C、更优选85~35°C、进一步优选80~40°C、特别 优选70~45°C的范围内。
[0150] 本发明中所说的强制冷却是指进行外部的且有意的干燥聚合物的冷却操作的工 序,作为本发明中强制冷却的方法,只要通过在干燥工序与粉碎工序(优选后述的利用辊 型粉碎机的粉碎工序)之间有意地设置冷却工序从而将干燥物冷却至规定温度即可,与温 度在干燥物的温度(通常大体上为干燥温度)以下的冷却介质(例如风)接触而进行。例 如,从冷却效率、干燥物的流动性出发,可使用通入90°C以下的温风或冷风的方法,优选使 用通入常温或冷却至常温以下的冷风的方法,温风或冷风的温度还与本发明中的干燥温度 有关。或者,将上述干燥物在下述(f)输送工序或(h)储藏工序进行上述强制冷却。需要 说明的是,例如,在使用180°C干燥后冷却时使用了 90°C的温风(热风)时,在强制冷却至 干燥温度以下、特别是95°C以下的意义上,此种情况属于本发明中所说的冷却工序。
[0151] 若干燥物的温度超过95°C,则难以从干燥机的金属网或冲压金属(punching metal)剥离,干燥效率低,而且干燥物的粉碎和分级的效率大幅降低,其结果难以得到粒径 分布窄的优异的颗粒状吸水性树脂。另外,若冷却温度过低,则不仅冷却需要大量的时间和 设备,而且在粉碎时和分级时会意外地生成颗粒状吸水性树脂的凝聚物,因而不优选。此 外,从物性和能量方面出发,过度的冷却对于后述的强制加热和表面交联也是不利的。
[0152] (e)粗破碎工序
[0153] 本发明中,在干燥工序之后可以任意具有凝聚了的干燥物的粗破碎工序。即,可以 在干燥工序后进行凝聚了的干燥物的粗破碎工序。这里,粗破碎是指在所得到的干燥物为 凝聚物(块状物)时使其成为具有流动性的颗粒状的机械操作,此外,粗破碎是指并没有 达到构成凝聚物的干燥颗粒的物理破坏或粒径的显著减小的程度而将凝聚轻度拆散成数 mm~数IOmm左右的机械操作。特别是在干燥物含有3mm以上的干燥颗粒或凝聚物时,特别 是含有5重量%以上时优选应用粗破碎工序。
[0154] 需要说明的是,后述的粉碎与粗破碎差别在于,前者主要用于颗粒的粉碎,而后者 主要用于破碎颗粒间(干燥颗粒)的凝聚。通常粗破碎中粒径为850 μπι以上的颗粒为主 要成分(超过50重量% ),优选为80重量%以上,另外,粉碎工序中粒径小于850 μ m的颗 粒为主要成分,优选为70重量%,特别优选为80重量%以上。
[0155] 层叠着进行干燥的情况下,还一并记载颗粒状含水凝胶在干燥后因颗粒间的凝聚 而容易成为失去流动性的块状干燥物。所述块状物为干燥颗粒的凝聚体,因此具有连续的 空隙和向块内部的通气性,但因凝聚而不具有流动性,因此需要粗破碎工序。
[0156] 作为本发明中的粗破碎方法,只要是能够使干燥物或其凝聚物(块状物)成 为具有流动性的颗粒状、优选平均粒径为2mm以下的颗粒状,则没有特别限定,例如可 以使用利用锤式粉碎机(hammer-type pulverization machine)、喷射气流式粉碎机 (etair-flow-type pulverization machine)等进行粉碎的方法、现有公知的各种粉碎或 破碎方法中的1种或2种以上。另外,干燥时的凝聚弱时,可以不用特别使用粉碎机,可以 使干燥聚合物振动以进行分级,从而拆散聚合物的凝聚,以此作为粗破碎工序。这些粗破碎 装置优选使用与后述的辊型粉碎机不同的粉碎机。
[0157] (f)输送工序
[0158] 本发明中,作为干燥物保持时间,必须包含用输送机输送上述干燥后的颗粒状吸 水性树脂的输送工序。这里,作为输送方法,没有特别限定,输送工序优选利用空气输送 或输送机进行。输送工序中,从输送的稳定性出发,在减压或加压下进行输送,为了维持所 述温度,输送装置优选以规定温度保温或加温。在加压下进行空气输送时,其压力优选为 0. 05~7MPa、更优选为0. 1~3MPa的范围。
[0159] 作为上述输送工序中使用的输送机,不限定于下述输送机,例如,优选可以举出 高浓度空气输送或低浓度空气输送等各种空气输送、带式输送机(belt conveyor)、螺 旋输送机(screw conveyor)、链式输送机(chain conveyor)、振动式输送机(vibration conveyor)、链斗式输送机(bucket conveyor)、刮板输送机(flight conveyor)等各种输送 机等。可以具备从外侧对这些输送机的内壁面进行加热的单元和/或进行保温的单元。
[0160] 干燥物保持时间能够适用于输送工序的空气输送方法例示于美国专利第6817557 号、美国专利申请公开第2007/0225160号、国际公开第2007/104657号、国际公开第 2007/104673号、国际公开第2007/104676号等中。空气输送可以是单级(one-stage)空 气输送,也可以是经连接的多级(multi-stage)空气输送,另外根据需要可以使用2次空 气作为推力流(thrust flow)。除此之外,空气输送方法还例示于W02009/119758(PCT/ JP2009/56161 号)、W02009/119756(PCT/JP2009/56159 号)、W02009/119754(PCT/ JP2009/56157号)中,所述方法也优选使用。
[0161] 输送时、特别是空气输送时,优选使用露点为_100°C~_5°C的气体。该输送方法 中,从能够稳定地保持颗粒状吸水性树脂的优异物性且能够抑制堵塞现象的观点来看,作 为一次空气和二次空气,优选使用干燥后的空气。该空气的露点优选为-30°C以下,更优选 为-35°C以下,特别优选为_40°C以下。除了使用经干燥的空气以外,还可以使用经加热的 空气。作为加热方法,没有特别限定,可以使用热源直接加热空气,也可以通过加热上述输 送部、配管而间接地加热所通入的空气。该加热后的空气的温度优选为30°C以上,更优选为 50°C以上,进一步优选为70°C以上。
[0162] 作为控制露点的方法,对气体优选空气进行适当干燥即可,可以举出使用膜干燥 器的方法、使用冷却吸附式干燥器的方法、使用隔膜干燥器(diaphragm dryer)的方法、将 这些方法并用的方法。使用吸附式干燥器的情况下,可以是加热再生式,也可以是非加热再 生式,也可以是非再生式。考虑到性价比,露点的范围为-70°C、进而_50°C左右是充分的。
[0163] (g)分级工序
[0164] 干燥后的凝聚物在形成颗粒状之后,在粉碎前可以进行分级(相当于图10中的 "分级工序-1")。即,优选在粉碎工序之前进一步进行干燥物的分级工序。通过粉碎前的 分级而满足目标粒度的颗粒,即使不粉碎也可以通过送出到下一工序(例如表面交联工序 等)而降低粉碎的负荷和与粉碎相伴的微粉的产生。
[0165] 这里,根据需要进行分级时,例如,可以通过分级取得目标粒径(例:850 μπι筛下 物)的颗粒,而仅对目标外的粒径(例:850 μπι以上)的颗粒进行粉碎即可;或者,根据需 要在上述目标外的粒径(粒度)中,可以进一步用筛孔为2~IOmm的筛进行区分,按粒度 分别改变本申请所需的干燥物保持时间。通常粒径大的干燥物的含水率容易变高,优选延 长干燥物保持时间。
[0166] 根据需要所进行的分级中,使用后述的各种分级装置。此时,分级工序被减压以及 消除电荷。
[0167] (h)储藏工序
[0168] 本发明中,干燥物被储藏一定时间。储藏工序中的停留时间(Residence time)只 要与输送工序中的停留时间加在一起而满足本申请的干燥物保持时间为3分钟以上即可, 因此,根据生产量等,输送工序中的停留时间为一定值以上时,储藏工序的停留时间可以为 〇,优选储藏1秒以上,进一步优选储藏5秒以上,特别优选储藏1分钟以上。需要说明的是, 储藏工序的停留时间的上限没有特别限定,考虑到生产率、物性等,优选为300分钟以下, 更优选为60分钟以下。另外,通过具备所述储藏工序,能够控制干燥物保持时间为一定值 以上,而且能够使连续生产、连续输送稳定化。另外,优选在输送工序的前段和/或后段设 置储藏工序(特别是料斗),特别优选以储藏工序(特别是料斗)连接空气输送工序。空气 输送工序中使用料斗的方式例如公开于美国专利申请公开第2007/0225160号中。
[0169] 需要说明的是,作为现有技术,吸水性树脂的料斗和储藏方法记载于美国专利第 6716894号和其图3、美国专利第6817557号和其图1等中。但是,所述专利完全没有对本申 请课题、效果、以及干燥后的保持时间(或其3分钟以上的临界意义)给出任何启示。即, 干燥后的保持时间由储藏工序、输送工序的时间等决定,所述专利和其图完全没有记载储 藏时间、输送时间。此外,在本申请申请日(2009年3月31日)时刻未公开的申请人自身 的在先专利PCT申请PCT/JP2009/054903也公开了料斗,但同样没有给本发明启示。
[0170] 本发明中,优选在储藏中使用料斗。料斗是指暂时或长期储藏保管粉粒体的装置, 若为特定形状,则也包括筒仓状(纵长形)的料斗。本发明中使用的具有特定形状的料斗 记载于(图14)和下文中。需要说明的是,图14中,1表示外框;2表示外罩;3表示蒸汽管 道(steam trace) ;4表示投入口;5表示旋转阀。
[0171] 作为料斗的形状,从粉体、特别是吸水性树脂的搬运性、输送性的观点来看,本发 明中优选使用倒棱台形状或倒圆台形状。另外,其材质没有特别限定,优选使用不锈钢制。 另外,料斗的最大直径与高度之比为1/10~10/1、进而为1/3~3/1、特别是为1/2~2/1 的范围。需要说明的是,料斗不是圆筒时,换算为相当于其最大截面积的圆的直径来进行规 定。作为倒棱锥台或倒圆锥台的形状,以倒棱锥(或倒圆锥)与锥台的比例计,锥台的高度 小者,料斗截面的形状为本皇形状,其三角部分的截面积为主,即,粉体的主要成分优选50 重量%以上、进而80重量%以上储藏于料斗的棱锥或圆锥的部分。
[0172] 另外,优选使用具有锥体部倾斜角为45度以上且拉深系数为0. 3~0. 8的特定形 状的料斗,锥体部倾斜的上限优选为90度以下,进一步优选小于90度。锥体部倾斜角是指 侧壁面相对于所设置的料斗的水平面的倾斜角,料斗的锥体部倾斜角为45度以上,优选为 50度以上,更优选为60~90度,特别优选为65~85度,最优选为70~85度。
[0173] 需要说明的是,侧壁面不是直线时,以由其整个侧壁面求出的角度的平均值来规 定。
[0174] 拉深系数是指由料斗上面的开口部的口径(料斗上部的最大口径部(Rl))和料斗 底面的开口部(料斗排出部的口径(R2))所规定的R2/R1X100的值,料斗的拉深系数为 30~80 %,优选为40~80 %,特别优选为40~70 %、45~65 %。需要说明的是,口径不 是圆时,例如为椭圆或多边形时,换算为相当于其截面积的圆来规定。
[0175] 锥体部倾斜角超过90度时、拉深系数超过80%时,或锥体部倾斜角小于45度时、 拉深系数小于30%时,吸水性树脂的物性及其稳定性显著降低。
[0176] 另外,料斗内的吸水性树脂的填充率(平均)可以为0体积%,但超过0体积%且 为90体积%以下,优选为10~80体积%,进一步优选为30~80体积%,特别优选为40~ 80体积%。填充率由相对于料斗内容积的所填充的吸水性树脂的体积(%)来规定,通过 控制在所述范围内,使得吸水性树脂的输送性良好。需要说明的是,为所述范围外的填充率 时,例如超过90体积%时,会发生吸水性树脂的破坏,因此不优选。
[0177] 另外,作为料斗的内容积,优选为1~20m3,更优选为2~10m3。
[0178] (i)上述装置的温度
[0179] 本发明中,关于干燥工序后的干燥物,优选(对该装置)一边保温或加热,一边输 送或储藏。特别是,输送以及储藏工序中,优选为从外侧对输送机的内壁面进行加热的状态 和/或进行保温的状态。这里,加热和保温是指对装置内表面的外部加热和绝热,输送或 储藏的吸水性树脂的温度(例:70°C )低于装置的温度(例:60°C )时,某种意义上为吸水 性树脂的(向60°C的)冷却,在本发明中该装置被保温或加热的范围内,无论吸水性树脂 的温度变化如何,均为保温或加热。需要说明的是,如上述(h)中说明的那样,美国专利第 6716894号和其图2虽然公开了加热或保温的装置,但如上所述该专利完全没有对本发明 给出启示。
[0180] 内壁面温度依次优选为30~150°C、30~100°C、35~100°C、40~90°C、45~ 85°C、50~80°C。内壁面温度小于30°C时,无法得到本发明的效果,另一方面,即使使温度 超过150°C,其效果也与在150°C以下所得到的效果没有变化,从经济方面出发为这样的高 温是不利的。内壁面温度优选调整为与颗粒状吸水性树脂的温度相比不低20°C,进一步优 选不低KTC。以工业规模处理颗粒状吸水性树脂时,为了确保其流动性,颗粒状吸水性树脂 的温度有时调整为室温以上的温度,例如,40~100°C左右,更优选为45~85°C,特别优选 为50~80°C左右。内壁面温度比该颗粒状吸水性树脂的温度低20°C时,处于被加热状态 的颗粒状吸水性树脂在输送机的内壁面被冷却,因此凝聚物附着于内壁面,可能会导致故 障的发生。
[0181] (j)减压
[0182] 本发明中,为了干燥物的流动性和抗结块(Anti-caking),优选使储藏工序和输送 工序的至少一部分在减压下进行。更优选的是,从上述干燥工序的终止时刻起至下述粉碎 工序的开始时刻为止的所需时间的50%以上为减压状态。即,优选的是,在从上述干燥工序 的终止时刻起至下述粉碎工序的开始时刻为止所需要的处理时间(干燥物保持时间)中, 为减压状态的时间在50%以上。需要说明的是,使用后述的空气输送时,在减压或加压下进 行空气输送。空气输送的减压和加压在上述范围。
[0183] "减压状态"是指气压低于大气压的状态。另外"相对于大气压的减压度"是指 与大气压的压力差,气压低于大气压时,以正(plus)值表现。例如,大气压为标准大气压 (101.3kPa)的情况下,"减压度为10kPa"是指气压为91.3kPa。本申请中,"相对于大气压 的减压度"也简称为"减压度"。
[0184] 减压度的下限值优选超过OkPa,更优选为0. 2kPa以上,更优选为0. 3kPa以上。从 抑制体系内的粉上扬的观点和抑制对排气装置过度的成本的观点来看,减压度的上限值优 选为IOkPa以下,更优选为SkPa以下,进一步优选为5kPa以下。减压度的优选数值范围可 以在上述下限值与上述上限值之间任意选择。
[0185] (k)与所述专利文献1~26的不同点
[0186] 以往,如专利文献10 (美国专利第6817557号)中那样干燥后尽可能在短时间内 粉碎(10分钟以内、特别是2分钟以内),并没有公开储藏工序、粉碎前(辊磨机粉碎前)的 分级工序,干燥后的减压、按粒度大小而不同的保持时间或保持方法等。此外,包括专利文 献10在内,所述专利文献1~26等中完全没有着眼于干燥物保持时间对于粒度的重要性, 在所述专利文献中没有公开以下特征:在储藏工序和输送工序中调整干燥物保持时间的特 征;使干燥物保持工序在减压下进行的特征;在粉碎工序之前进一步进行干燥物的分级工 序,并按干燥物的粒度大小或含水率分别使用不同的干燥物保持时间或不同的干燥物保持 方法的特征。
[0187] (2-6)粉碎工序
[0188] 为了控制粒径,对干燥物进行粉碎和分级。这里,粉碎前的50重量%以上的干燥 物优选粒径为850 μ m以上的颗粒。另外,粉碎前的干燥物的质量平均粒径(D50)没有特别 限定,优选为4000~600 μ m,更优选为3000~700 μ m,粉碎后为下述粒径。由此,能够高 效地、容易地控制所得到的颗粒状吸水性树脂的粒径。关于这些方法,例如,记载于美国专 利申请公开第2006/204755号中,本发明中通过加入(2-5)干燥物保持时间,能够使用各种 粉碎方法,不受限定。
[0189] 其中,从粒径控制的方面出发,可以优选使用利用多个旋转的辊对颗粒提供压缩 力或剪切力而进行粉碎的装置,例如选自棍磨机或棍压造粒机(roll granulator)(例如 MATSUBO Corporation制造)的棍型粉碎机,利用单级、优选多级、进而2~5级的棍磨机或 辊压造粒机进行粉碎,此时粉碎机优选进行上述保温或加热,以及为减压状态。另外,上述 粗破碎中还优选使用除辊磨机或辊压造粒机以外的装置,例如,使用以低速或高速旋转的 销棒粉碎机(pin mill)。优选的是,粉碎工序为上述减压状态。如上所述,粉碎机优选被保 温或加热,此时的粉碎温度没有特别限定,供于粉碎工序的干燥物的温度优选调节为40~ l〇〇°C,更优选为50~90°C。
[0190] 这样粉碎后的粉碎物的大小没有特别限定,根据所期望的用途而适当选择。优选 60重量%以上、更优选70~99重量%、进一步更优选75~97重量%、进一步优选80~ 95重量%的粉碎物为粒径小于850 μ m的颗粒。另外,优选75~99重量%、更优选79~ 97重量%、进一步更优选80~95重量%、特别优选83~90重量%的粉碎物为150 μπι以 上且小于850 μ m的颗粒。粉碎物的重均粒径(D50)优选调整为200~700 μ m,更优选为 300~600 μ m,但不限定于此。
[0191] (2-7)分级工序(粉碎后的分级)
[0192] (a)目标粒度
[0193] 关于通过粉碎得到的颗粒状吸水性树脂,在分级工序中,作为质量平均粒径 (D50),调整为200~600 μ m,优选为200~550 μ m,更优选为250~500 μ m,特别优选为 350~450 μ m,若用于卫生材料,则之后通常优选实施表面交联。若用于卫生材料,则通过 分级工序得到的吸水性树脂优选被粉碎成150 μ m以上且小于850 μ m的颗粒占80~99重 量%,进而优选占90~99重量%。若150 μ m筛下物的微粉多,则发生物性降低,为了使微 粉降低至小于1%,粉碎效率也会降低。微粉被适当除去,如后述那样被再利用。另外,小 于150 μ m的颗粒越少越好,通常调整为0~5重量%,优选为0~3重量%,特别优选为 0~1重量%。此外,850 μ m以上的颗粒越少越好,通常调整为0~20重量%,优选为0~ 5重量%,特别优选为0~1重量%。在粉碎工序中产生并在分级工序中被分离的微粉根 据需要进行再利用。另外,目标外的大颗粒(例如粒径为850 μπι以上)也可以再次返回粉 碎工序,但为了不提高粉碎机的负荷,其比例为粉碎量的20重量%以下,优选为10重量% 以下。上述表面交联前的颗粒状吸水性树脂的粒度优选在表面交联后进一步适用于最终制 品,可以在表面交联后再次分级。另外,上述粒度分布的对数标准偏差(σ ζ )优选为0. 2~ 〇. 6,更优选为0. 2~0. 5,进一步优选为0. 2~0. 4,进一步更优选为0. 27~0. 4,最优选 为0. 3~0. 4。关于这些测
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