[发明专利]吸水性聚合物颗粒在流化床中的热处理

说明书

本发明涉及在流化床干燥器中在100-250℃的温度下在特定调节的设备和方法条件下热处理吸水性聚合物颗粒的方法，流化床干燥器在以连续或分批模式热处理吸水性聚合物颗粒中的用途，以及通过本发明方法得到的热处理聚合物颗粒。

吸水性聚合物，即吸收含水液体如水、血液或尿的聚合物是现代一次性卫生制品如一次性尿布、成人失禁服装、卫生棉或绷带的重要组分。特别有用的是所谓的超吸收性聚合物(SAP)，即通常能够通过与水分子氢键结合而吸收至少50倍其自身重量(基于去离子和蒸馏水)的水和水溶液的能形成水凝胶的吸水性聚合物。许多SAP能够吸收超过100倍其重量的水并且甚至在压力下保留相当量的吸收水。

这类吸水性聚合物通常通过烯属不饱和单体如α,β-不饱和羧酸如丙烯酸、其钠、钾、铵盐或其混合物在通常少量至少一类交联剂，即二-或多官能单体如N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二醇二(甲基丙烯酸酯)或三烯丙基胺的存在下聚合而制备。这些二-或多官能单体在聚合物链中引入轻微交联，使吸水性聚合物不溶于水，但吸水。

粉状和颗粒超吸收剂通过两种主要方法生产：根据第一方法，在单体水溶液的存在下进行自由基聚合(所谓的溶液聚合)，得到凝胶，将其粉碎、干燥、研磨并筛分至所需粒度。根据第二方法，通过乳化剂或胶体将单体(或其水溶液)分散于疏水性有机溶剂中并进行自由基聚合(所谓的悬浮聚合)。在从反应混合物中除去水以后，将聚合物产物滤出并干燥。

为改进和/或微调吸水性聚合物的其它性能，例如保留能力、凝胶强度、吸收率、载荷下的吸收性等，可另外将如上所述得到的研磨、筛分且干燥的聚合物颗粒任选在表面改性剂的存在下热处理。这类热处理方法例如描述于DE 40 20 780 C1、EP 0 979 250 B1、WO 94/20547 A1、WO2006/082241 A2和WO 2007/074108 A1中。

这些申请和专利中提到用于加热聚合物颗粒的几种装置和方法，例如强制通风烘箱、热螺杆装置、板式干燥器、流化床加热器/干燥器以及接触干燥器，后者优选用于表面涂覆的SAP颗粒。然而，接触干燥器提供相当低的加热速率，从而要求产物在干燥器中相当长的停留时间，由此搅拌和剪切可能导致不想要的磨损和产物劣化。

另一方面，在已知用于热处理超吸收性聚合物颗粒的流化床干燥器中，热处理证明在各个方面是非常关键的：

首先，最佳热处理所需的温度范围非常接近，甚至与发生SAP放热自分解的温度范围(约200℃以上)重叠。取决于床内热交换的条件，这可导致不可控的放热反应，甚至着火。特别地，该情况在流化床干燥器(FBD)的区中可能产生，如果颗粒未适当地流化或者较大如聚集颗粒进入流化床干燥器中或在那里形成。在两种情况下，吸水性聚合物颗粒材料停留在流化床干燥器的热底板上，在那里过热，因此容许开始放热反应。如果在系统的任何部件中形成冷凝物，则可发生聚集。通过底板的空气流不足或不当的空气分布分别可导致板上面不足的产物流化，可能产生严重的颗粒分解。

第二，将大部分的粒度为250μm以下的SAP在适当热处理以前从流化床干燥器中淘析。因此，该淘析部分不能简单地与处理材料结合。而是，在它可与热处理产物结合以前必须将它在另一方法中后处理，或者作为选择，可使它作为细粒再循环至聚合方法中。在任何情况下，高含量的淘析材料是不想要的，因为它要求另外的处理，降低总产物收率和质量以及产物产量。

第三，通常在热处理期间，如通过离心保留能力(CRC)测量的在盐溶液中的流体保留能力显著下降，同时压力下的吸附(AAP)未达到所需水平。一般而言，因此难以得到将高CRC和高AAP结合的产物。

因此，本发明的目的是提供热处理吸水性聚合物颗粒的方法，所述方法容许甚至在升高的温度下基本均匀地处理聚合物颗粒而不具有聚合物放热分解的风险。优选该方法应容许以连续模式在短停留时间下热处理超吸收性聚合物颗粒。

现在惊讶地发现该目的分别通过在流化床干燥器中热处理吸水性聚合物颗粒的本发明方法和所述流化床干燥器的用途实现。