WO2005103119A1 - Verfahren zur herstellung eines absorbierenden polymers mittels spreittrocknung - Google Patents

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WO2005103119A1
WO2005103119A1 PCT/EP2005/004228 EP2005004228W WO2005103119A1 WO 2005103119 A1 WO2005103119 A1 WO 2005103119A1 EP 2005004228 W EP2005004228 W EP 2005004228W WO 2005103119 A1 WO2005103119 A1 WO 2005103119A1
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gel
granules
polymer
weight
gel granules
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PCT/EP2005/004228
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Volker Becker
Heinz-Peter Grupe
Detlef Jung
Armin Reimann
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Stockhausen Gmbh
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/12—Making granules characterised by structure or composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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    • C08F6/008—Treatment of solid polymer wetted by water or organic solvents, e.g. coagulum, filter cakes
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    • B01J2220/50—Aspects relating to the use of sorbent or filter aid materials
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    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/02—Making granules by dividing preformed material
    • B29B9/06—Making granules by dividing preformed material in the form of filamentary material, e.g. combined with extrusion

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an absorbent polymer, an absorbent polymer, a composite, a method for producing a composite, chemical products comprising an absorbent polymer, a use of an absorbent polymer and a composite, and a device for comminuting and drying a polymer as well as a polymerization device.
  • absorbent polymers require the polymerization of various types of normally water-soluble monomers, often together with water-insoluble comonomers in the presence of crosslinking agents. The addition of the crosslinking agents takes place during or after the polymerization.
  • Such absorbent polymers are weakly crosslinked, water-insoluble hydrogel polymers which in the dry and essentially water-free state have a great ability to absorb water, which can be a multiple of their own weight. Due to the high absorbency, the absorbent polymers are suitable for incorporation into water-absorbing structures and objects, such as baby diapers, for example. Incontinence products or sanitary napkins. These absorbent polymers are also referred to in the literature as "superabsorbents". In this context, Modern Superabsorbent Polymer Technology; F. L. Buchholz, A.T. Graham, Wiley-VCH, 1998.
  • Such polymers are prepared in the presence of solvents, preferably water, so that a drying step is required to dry the polymer gel obtained.
  • solvents preferably water
  • the way of drying has a considerable influence on the microscopic structure and the physical and chemical properties of the polymer produced, so that special care must be taken when drying the polymer.
  • the drying step represents a cost-intensive process step, since the water has to be extracted from the polymer against osmotic capillary forces and forces caused by dipole-dipole interactions and hydrogen bonds as well as adhesive forces.
  • a polymer to be dried is crushed into gel granules, applied as a layer to a perforated belt and dried using an air stream.
  • drying efficiency must not be at the expense of gentle and even drying.
  • Previously known drying processes often had the disadvantage that they led to inhomogeneous drying due to fluctuations in the thickness of the layer of gel granules to be dried and / or fluctuations in density of the gel granules within the layer.
  • Inhomogeneous drying has an adverse effect on the product quality and the suction properties of the absorbent polymer or of the further processing products containing this polymer - e.g. Hygiene articles of all kinds - from.
  • inhomogeneous drying of the gel granules means that only insufficiently dried and thus viscous gel granules remain attached to the surfaces of the pulverizing device downstream of the drying device, which often leads to failure of the pulverizing device.
  • JP 08/73518 suggests continuously determining the thickness of the gel layer on a belt dryer and adapting the drying conditions to the thickness of the gel layer.
  • US Pat. No. 6,291,636 B1 proposes to separate inadequately dried granules in a separation step which takes place before the pulverization step.
  • the present invention is based on the object of overcoming the disadvantages arising from the prior art.
  • This process should lead to superabsorbent polymers with uniform quality and with the lowest possible toxicological impurities with as few process steps as possible.
  • Another object of the invention is to provide an absorbent polymer, composites containing such absorbent polymers, and chemical products. to specify products that contain such absorbent polymers that have particularly uniform physico-chemical properties and low toxicological contamination.
  • Another aim is to reduce the mechanical load on the further processing devices downstream of the polymerization reactor in order to reduce their probability of failure and to extend their operating life.
  • these tasks are solved by the method for producing an absorbent polymer, by the absorbent polymer, by the composite comprising the absorbent polymer, by the method for producing a composite, by the chemical containing the absorbent polymer or the composite Products, by the use of the absorbent polymer, by the device for comminuting and drying a polymer and by the polymerisation device as specified in the respective independent claims.
  • Advantageous refinements and developments, which can occur individually or in combination, are the subject of the respective dependent claims.
  • the method according to the invention for producing an absorbent polymer comprises the method steps i) polymerizing an aqueous monomer solution to obtain a polymer gel, ii) comminuting the polymer gel to obtain gel granules, iii) drying the gel granules,
  • the gel granules after step ii), preferably after step ii) and before the start of step iii) or after step ii) and during step iii) or after step ii) and before and during step iii), however, particularly preferably at a time when the gel granules still have a water content of between 20 and 90% by weight, preferably between 40 and 70% by weight and particularly preferably between 45 and 65% and moreover preferably between 50 and 60%, in each case based on the total weight of the gel granules, and a temperature top (GP gel particle) in a range from 20 to 150 ° C., particularly preferably in a range from 30 to 100 ° C., moreover even more preferably in a range from 40 to 80 ° C and most preferably in a range of 50 to 70 ° C,
  • step iii) is the point in the course of the production of the absorbent polymers at which the polymer gel obtained after the polymerization after comminution occurs for the first time by supplying energy in the form of heat or in the form of radiation, for example IR radiation a temperature of at least 60 ° C, preferably at least 100 ° C and particularly preferably at least 150 ° C, preferably heated, so that a continuous reduction in the water content of the polymer and thus drying it is made possible.
  • energy in the form of heat or in the form of radiation for example IR radiation a temperature of at least 60 ° C, preferably at least 100 ° C and particularly preferably at least 150 ° C, preferably heated, so that a continuous reduction in the water content of the polymer and thus drying it is made possible.
  • the spreading behavior is the aim of the gel granulate to actively compensate for fluctuations in layer thickness. Not only gravitational forces act here, but also elastic forces. For example, if the gel granulate is applied to a horizontal surface, the gel granulate is distributed over this surface, showing the tendency to level out valleys and hills and to level the gel granulate. The elastic forces push the gel granules apart and the individual gel granulate particles show the effort to relax mechanically. Once gel granulate particles have relaxed mechanically, they behave like known gel granulate particles. The elastic forces of the gel granules give the gel granules a lively character.
  • Drying is simplified by the spreading behavior of the gel granulate, since it leads to a more uniform layer thickness.
  • the spreading behavior of the gel granules advantageously leads to the fluctuations in the layer thickness of that on the drying belt
  • Gel granules average layer thickness on the drying belt is between 5 and 20 cm, in particular between 10 and 15 cm) are less than 30%, in particular less than 20%, preferably less than 10%.
  • a variation of, for example, less than 10% means that the height of the gel at the point with the smallest thickness of the gel deviates by less than 10% from the height of the gel at the point with the greatest thickness of the gel. This homogenization of the layer thickness enables the gel granules to be dried particularly uniformly.
  • Gel granules of an absorbent polymer which usually have a water content of between 20 and 90% by weight, preferably between see 40 and 70 wt .-%, particularly preferably between 45 and 65% and more preferably between 50 and 60%, can be dried particularly efficiently due to the leveling effect of spreading.
  • the absorbent polymer dried in this way has particularly uniform physicochemical properties.
  • At least one, preferably each, of the following features applies:
  • the polymer gel is loosened mechanically after comminution in step ii) in the form of the gel granules obtained after comminution and before the start of drying step iii) defined above, and loosened gel granules are obtained, the loosened gel granules having a spreading behavior determined according to the test methods described herein shows;
  • the polymer gel is only added during the drying step iii), preferably after at least 5% by weight, particularly preferably at least 10% by weight, furthermore preferably at least 20% by weight and most preferably at least 30% by weight, before the start of the drying step iii) the water contained in the polymer gel is evaporated, mechanically loosened and loosened gel granules are obtained, the loosened gel granules showing a spreading behavior determined according to the test methods described herein.
  • the loosening leads to a reduced bulk density of the undried gel granulate of less than 800 g / 1, more preferably less than 750 g / 1, more preferably less than 700 g / 1, and moreover, determined using the ERT 460J-99 accordingly even more preferably less than 650 g / 1 and most preferably less than 600 g / 1. It is further preferred that the bulk density of the undried granules changes in the course of the loosening by at least 1%, particularly preferably by at least 5%, furthermore preferably by at least 10%, moreover still more preferably by at least 20% and most preferably reduced by at least 30%.
  • the bulk density of the undried gel granules is reduced by 10 to 50% by the loosening and moreover preferably by 20 to 30%.
  • a reduction in the bulk density of, for example, 5% means that the bulk density of the undried granules after loosening is at least 5% less than the bulk density before loosening.
  • the reduction in the bulk density is in a range from 10 to 50%, even more preferably in a range from 20 to 40%.
  • the spreading behavior of the gel granules or the loosened gel granules is after step ii), preferably after step ii) and before the start of step iii) or after step ii) and during step iii) or after step ii) and Before and during step iii), but preferably at a point in time at which the gel granules still have the water quantity and temperature mentioned at the outset, characterized by at least one, preferably each, of the following features ( ⁇ l) to ( ⁇ 4): (51) a first compressibility index ⁇ of the gel granules is between 10% and 40%, in particular between 15% and 30%, particularly preferably between 18% and 25%;
  • a second compressibility index ⁇ 2 of the gel granules is between 3 * 10 "5 Pa “ 1 and 6 * 10 "5 Pa '1 , in particular between 3.5 * 10" 5 Pa “1 and 5 * 10 ⁇ 5 Pa “ 1 , particularly preferably between 3.9 * 10 "5 Pa “ 1 and 4.3 * 10 "5 Pa “1 ;
  • a first decompressibility index K ⁇ 'of the gel granules is between 3% and 15%, in particular between 4% and 10%, particularly preferably between 5% and 8%;
  • a second decompressibility index ⁇ 2 'of the gel granules is between 3 * 10 "5 Pa J and 7 * 10 " 5 Pa “1 , in particular between 4 * 10 " 5 Pa ' 1 and 8 * 10 "5 Pa “ 1 , particularly preferably between 5 * 10 "5 Pa “ 1 and 6.5 * 10 "5 Pa “ 1 .
  • the compressibility or decompressibility indices of this type describe the spreading behavior which is advantageous for drying the gel granules.
  • cross-sectional spread index Q ( ⁇ l) a cross-sectional spread index Q determined according to the test method described here when loaded with a total mass of 1,185 g of at least 3, in particular at least 5, preferably at least 7, particularly preferably at least 7.5 and even more preferably at least 7.82, the Cross-sectional spread index Q is preferably less than 20;
  • ⁇ 2 a cross-sectional spread index Q determined according to the test method described here for a load with a total mass of 2,175 g of at least 3, in particular at least 5, preferably at least 7, particularly preferably at least 7.5 and even more preferably at least 7.56, the Cross-sectional spread index Q is preferably less than 20;
  • a cross-sectional spread index Q determined according to the test method described here under a load with a total mass of 3,185 g of at least 3, in particular at least 5, preferably at least 6, particularly preferably at least 7 and even more preferably at least 7.23, the cross-sectional spread index Q is preferably less than 20;
  • a cross-sectional spread index Q determined according to the test method described here for a load with a total mass of 6,185 g, of at least 3, in particular at least 4, preferably at least 5, particularly preferably at least 6 and even more preferably at least 6.57, the Cross-sectional spread index Q is preferably less than 20.
  • Each of the above features furthermore represents an embodiment according to the invention.
  • the following number combinations represent preferred embodiments from these: ⁇ l ⁇ 2 ⁇ 3, ⁇ l ⁇ 2 ⁇ 4, ⁇ l ⁇ 3 ⁇ 4, ⁇ l ⁇ 2, ⁇ l ⁇ 3, ⁇ l ⁇ 4, ⁇ 2 ⁇ 3, ⁇ 2 ⁇ 4, ⁇ 3 ⁇ 4, ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3 ⁇ 4, ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3 ⁇ 4, , with ⁇ l ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ 4 being particularly preferred.
  • the first Ki or the second ⁇ 2 compressibility index of the gel granulate and the first Ki 'or the second ⁇ 2 ' decompressibility index of the gel granulate are defined by the compression and decompression tests described under test methods.
  • the determination of the cross-sectional spreading index Q and the spreading time constant ⁇ can also be found in the test methods.
  • the gel in process step ii) is an at least three-stage comminution with a cutting unit, preferably a knife, for cutting the gel into flat gel strips, preferably with a length in the range from 5 to 50, preferably from 8 to 40 and particularly preferably from 10 to 30 mm, a height in the range from 1 to 30, preferably from 5 to 25 and particularly preferably from 10 to 20 mm and a width in the range from 1 to 40, preferably from 5 to 30 and particularly preferably from 10 to 20 mm; a tearing unit, preferably a crusher, for tearing the gel strips into gel pieces, preferably with a length in the range from 2.5 to 25, preferably from 1 to 12.5 mm, a height in the range from 0.5 to 15, preferably from 0.25 to 7.5 mm and a width in the range from 0.5 to 20, preferably from 0.25.
  • a cutting unit preferably a knife
  • a cutting unit for cutting the gel into flat gel strips
  • a wolf unit preferably a wolf, preferably comprising a screw and a perforated plate, the screw conveying against the perforated plate, for wolving and crushing gel pieces into gel parts which are preferably smaller than the gel pieces,
  • the gel granules obtained in step ii) in the process according to the invention are at least 10, preferably at least
  • ( ⁇ 2) 0 to 70% by weight, preferably 1 to 60% by weight and particularly preferably 1 to 40% by weight of polymerized, ethylenically unsaturated monomers copolymerizable with ( ⁇ l),
  • the gel granules usually contain water in a considerable amount, since the absorbent polymer is obtained from an aqueous monomer solution which is preferably in the range from 90 to 50, preferably in the range from 88 to 55 and particularly preferably in the range from 70 to 60% by weight. Water, based in each case on the entire aqueous monomer solution.
  • the monoethylenically unsaturated, acid group-containing monomers ( ⁇ l) can be partially or completely, preferably partially, neutralized.
  • the monoethylenically unsaturated, acid-group-containing monomers are preferably neutralized to at least 25 mol%, particularly preferably to at least 50 mol% and moreover preferably to 50-90 mol%.
  • the monomers ( ⁇ l) can also be neutralized before the polymerization.
  • Neutralization can also be carried out with alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, ammonia and carbonates and bicarbonates. In addition, any other base is conceivable that forms a water-soluble salt with the acid. Mixed neutralization with different bases is also conceivable. Neutralization with ammonia or with alkali metal hydroxides is preferred, particularly preferably with sodium hydroxide or with ammonia.
  • the free acid groups can predominate in the case of a polymer, so that this polymer has a pH value in the acidic range.
  • This acidic water-absorbing polymer can be at least partially neutralized by a polymer with free basic groups, preferably amine groups, which is basic in comparison to the acidic polymer.
  • MIEA polymers mixed-bed ion exchange absorbent polymers
  • MBIEA polymers compose Formulation, which on the one hand contain basic polymers which are able to exchange anions and on the other hand contain a polymer which is acidic compared to the basic polymer and which is able to exchange cations.
  • the basic polymer has basic groups and is typically obtained by the polymerization of monomers which carry basic groups or groups which can be converted into basic groups. These monomers are, above all, those which have primary, secondary or tertiary amines or the corresponding phosphines or at least two of the above functional groups.
  • This group of monomers includes, in particular, ethylene amine, allylamine, diallylamine, 4-aminobutene, alkyloxycyclines, vinylformamide, 5-aminopentene, carbodiimide, formaldacin, melanin and the like, and also their secondary or tertiary amine derivatives.
  • Preferred monoethylenically unsaturated monomers ( ⁇ l) containing acid groups are those which are mentioned in DE 102 23 060 A1 as preferred monomers ( ⁇ l), acrylic acid being particularly preferred.
  • absorbent polymer based on the dry weight, consists of at least 50% by weight, preferably at least 70% by weight and moreover preferably at least 90% by weight of monomers containing carboxylate groups. It is particularly preferred according to the invention that the absorbent polymer consists of at least 50% by weight, preferably at least 70% by weight, of acrylic acid, which is preferably neutralized to at least 20 mol%, particularly preferably to at least 50 mol%.
  • Preferred monoethylenically unsaturated monomers ( ⁇ 2) copolymerizable with ( ⁇ 1) are those monomers which are mentioned as preferred monomers ( ⁇ 2) in DE 102 23 060 A1, acrylamide being particularly preferred.
  • the compounds of crosslinker class I achieve a crosslinking of the polymers through the radical polymerization of the ethylenically unsaturated groups of the crosslinker molecule with the monoethylenically unsaturated monomers ( ⁇ l) or ( ⁇ 2), while for the compounds of crosslinker class II and the polyvalent metal cations of crosslinker class IV crosslinking of the polymers is achieved by the condensation reaction of the functional groups (crosslinking class II) or by electrostatic interaction of the polyvalent metal cation (crosslinking class IV) with the functional groups of the monomers ( ⁇ l) or ( ⁇ 2).
  • the polymer is crosslinked both by free-radical polymerization of the ethylenically unsaturated group and by a condensation reaction between the functional groups of the crosslinking agent and the functional groups of the monomers ( ⁇ l) or ( ⁇ 2).
  • Preferred crosslinkers ( ⁇ 3) are all those compounds which are mentioned in DE 102 23 060 AI as crosslinkers ( ⁇ 3) of crosslinking classes I, II, III and IV, where
  • Preferred absorbent polymers are polymers which are crosslinked by crosslinking agents of the following crosslinking classes or by crosslinking agents of the following combinations of crosslinking classes: I, II, III, IV, I II, I III, I IV, I II III, IH IV, I III IN, II III IN, II IV or III IN.
  • the above combinations of crosslinking classes each represent a preferred embodiment of crosslinking a polymer.
  • absorbent polymers are polymers which are crosslinked by any of the crosslinkers of crosslinking classes I disclosed in DE 102 23 060 AI, where ⁇ , ⁇ '-methylenebisacrylamide, polyethylene glycol di (meth) acrylates, triallylmemylammonium chloride, tetraallylammonium chloride and with 9 moles of ethylene oxide per mole of acrylic acid-produced allyl polyethylene glycol acrylate are particularly preferred as crosslinking agents of crosslinking class I.
  • the absorbent polymers can be produced from the aforementioned monomers and crosslinkers by various polymerization methods known from the prior art.
  • polymerization methods known from the prior art.
  • the solution polymerization is preferably carried out in water as the solvent.
  • the solution polymerization can be carried out continuously or batchwise.
  • reaction conditions such as temperatures, type and amount of the initiators and also of the reaction solution can be found in the prior art.
  • the polymerization is initiated as usual by an initiator. All initiators which form free radicals under the polymerization conditions and are usually used in the production of superabsorbents can be used as initiators for initiating the polymerization. It is also possible to initiate the polymerization by the action of electron beams on the polymerizable, aqueous mixture. However, the polymerization can also be initiated in the absence of initiators of the type mentioned above by the action of high-energy radiation in the presence of photoinitiators. Polymerization initiators can be dissolved or dispersed in a solution of monomers according to the invention. Suitable initiators are all radical-decomposing compounds known to the person skilled in the art. Particularly preferred initiators and preferred amounts of initiator to be used are those initiators or amounts which are mentioned in DE 102 23 060 A1 as preferred initiators or amounts.
  • a redox system consisting of hydrogen peroxide, sodium peroxodisulfate and ascorbic acid is preferably used according to the invention.
  • azo compounds are preferred as initiators according to the invention, with azo-bis-amidinopropane dihydrochloride being particularly preferred.
  • the Lymerisation initiated with the initiators in a temperature range from 0 to 90 ° C.
  • Water-soluble polymers such as partially or fully hydrolyzed polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, starch or starch derivatives, polyglycols or polyacrylic acid can preferably be copolymerized as water-soluble polymers ( ⁇ 4) in the absorbent polymers.
  • the molecular weight of these polymers is not critical as long as they are water soluble.
  • Preferred water-soluble polymers are starch or starch derivatives or polyvinyl alcohol.
  • the water-soluble polymers preferably synthetic such as polyvinyl alcohol, can also serve as a graft base for the monomers to be polymerized.
  • auxiliary agents ( ⁇ 5) can preferably contain adjusting agents, odor binders, surface-active agents or antioxidants in the absorbent polymers. These auxiliaries (.alpha.5) are preferably added to the monomer solution before the polymerization, or else mixed with them after the polymers have been prepared.
  • the gel granules dried as a polymer cake in process step iii) advantageously have at least one of the following properties:
  • the maximum absorption of 0.9% by weight aqueous NaCl solution according to ERT 440.1-99 is in a range from 10 to 1000 g / g SAP granulate, ( ⁇ 2) that with 0.9% by weight aqueous NaCl solution extractable fraction according to ERT 470.1 -99 is less than 30, based on the SAP granulate, ( ⁇ 3) the bulk density according to ERT 460.1-99 is in the range from 300 to 1000 g 1, ( ⁇ 4) the pH value of 1g of the SAP granulate in 11 water according to ERT 400.1-99 is in the range from 4 to 10, ( ⁇ 5) the CRC value according to ERT 441.1 -99 is in the range from 10 to 100 g / g , ( ⁇ 6) the AAP value at a pressure of 0.3 psi according to ERT 442J-99 is in the range of 10 to 60 g / g.
  • At least 30, preferably at least 60 and particularly preferably at least 80% by weight of the absorbent polymer particles have a particle size in the range from 150 to 850 ⁇ m.
  • the gel granulate is based at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight, on particles with a particle size in a range from 300 to 600 ⁇ m.
  • the values of features according to the invention given only with a lower limit have an upper limit that is 20 times, preferably 10 times and most preferably have 5 times the most preferred value of the lower limit.
  • the absorbent polymers preferably polymer particles, obtainable by the process according to the invention have at least one of the following properties:
  • the proportion extractable according to ERT 470.1-99 with 0.9% by weight of aqueous NaCl solution is less than 30, preferably less than 20 and particularly preferably less than 10% by weight, based on the absorbent polymer.
  • the bulk density according to ERT 460J-99 is in the range from 300 to 1000, preferably 310 to 800 and particularly preferably 320 to 700 g / 1,
  • the pH value according to ERT 400.1-99 of 1 g of the absorbent polymer in 1 l of water is in the range from 4 to 10, preferably from 5 to 9 and particularly preferably from 5.5 to 7.5,
  • the CRC value according to ERT 441.1 -99 is in the range from 10 to 100, preferably 15 to 80 and particularly preferably 20 to 60 g / g,
  • the AAP value according to ERT 442.1 -99 at a pressure of 0.3 psi is in the range from 10 to 60, preferably 15 to 50 and particularly preferably 20 to 40 g / g.
  • preferred embodiments of the invention are processes in which the absorbent polymer obtained is the letters or Character combinations or combinations of properties shown: A, B, C, D, E, F, AB, AC, AD, AE, AF, EF, ABC, ABD, ABE, ABF, ACD, ACE, ACF, ADE, ADF, AEF , CEF, ABCD, ABCE, ABCF, ABDE, ABDF, ACDE, ACDF, ACEF, ADEF, ACDEF, ABDEF, ABCEF, ACBDF, ABCDE, ABCDEF, the combinations CEF being particularly preferred and the combination EF also being preferred.
  • the outer region of the absorbent polymers, preferably polymer particles, obtainable by the method according to the invention is brought into contact with a compound containing an Al 3+ ion.
  • the compound containing Al 3+ ions in an amount in a range from 0.01 to 30 wt .-%, particularly preferably in an amount in a range from 0.1 to 20 wt .-% and moreover preferably in an amount in a range from 0.3 to 5% by weight, in each case based on the weight of the absorbent polymers, is brought into contact with the polymers.
  • the Al 3+ ion-containing compound in the form of a filter comprising a solvent, which is preferably water, water-miscible organic solvents such as methanol or ethanol or a mixture of at least two of these solvents, and the Al 3+ ion-containing compound is brought into contact with the polymer.
  • a solvent which is preferably water, water-miscible organic solvents such as methanol or ethanol or a mixture of at least two of these solvents
  • the Al 3+ ion-containing compound is preferably without consideration of water of crystallization in an amount in a range from 0.1 to 50% by weight, preferably in an amount in the range from 1 to 30% by weight, in each case based on the total weight of the fluid contained in the fluid.
  • the fluid in an amount in a range from 0.01 to 15 wt .-%, preferably in an amount in a range from 0.05 to 6 wt .-%, each based on the weight of the absorbent polymer is brought into contact with the absorbent polymer.
  • Preferred compounds containing Al 3+ ions are A1C1 3 ⁇ 6 H 2 O, NaAl (SO 4 ) 2 ⁇ 12 H 2 O, KAl (SO 4 ) 2 ⁇ x 12H 2 O or Al 2 (SO 4 ) 3 X 14 -18H 2 O.
  • the polymers, preferably polymer particles, obtainable by the process according to the invention have an inner region, an outer region surrounding the inner region and a surface region surrounding the outer region, the outer region having a higher degree of crosslinking than the inner region, so that preferably forms a core-shell structure.
  • the radius of the outside area is at least twice as large as the radius of the inside area.
  • the increased crosslinking in the surface area of the polymers, preferably the polymer particles is preferably achieved by crosslinking near-surface reactive groups. This post-crosslinking can take place thermally, photochemically or chemically.
  • the compounds which have been mentioned as crosslinkers ( ⁇ 3) of crosslinker classes II and IV are preferred as postcrosslinkers for chemical postcrosslinking. Ethylene carbonate is particularly preferred as postcrosslinker.
  • the postcrosslinker is preferably used in an amount in a range from 0.01 to 30% by weight, particularly preferably in an amount in a range from 0.1 to 20% by weight and moreover in an amount in a range from 0.3 to 5% by weight, based in each case on the weight of the absorbent polymers used in the process according to the invention, is used for postcrosslinking.
  • the postcrosslinking is preferably carried out by adding a postcrosslinking fluid comprising a solvent, preferably water, water-miscible organic solvents such as methanol or ethanol, or hybrids from at least two of them, and the postcrosslinker with the outer region of the polymers, preferably the polymer particles, at one Temperature in a range from 30 to 300 ° C, particularly preferably in a range from 100 to 200 ° C in contact.
  • the contacting is preferably carried out by spraying the post-crosslinking fluid onto the polymers and then mixing the polymers brought into contact with the post-crosslinking fluid.
  • the postcrosslinker in the postcrosslinking fluid is preferably in an amount in a range from 0.01 to 20% by weight, particularly preferably in an amount in a range from 0.1 to 10% by weight, based on the total weight of the postcrosslinking fluid , contain. It is further preferred that the post-crosslinking fluid in an amount in a range from 0.01 to 50 wt .-%, particularly preferably in an amount in a range from 0.1 to 30 wt .-%, each based on the Weight of the polymer that is brought into contact with the polymer.
  • post-crosslinked absorbent polymers preferably polymer particles
  • post-crosslinked polymers preferably polymer particles
  • the outer region of the post-crosslinked polymers, preferably polymer particles is brought into contact with a compound containing an Al 3+ ion.
  • the compound containing an Al 3+ ion reference is made to the above It is also preferred that the compound contain an Al 3+ ion, just like the other postcrosslinkers described above, applied to the absorbent polymer in a fluid and then also thermally treated.
  • the post-crosslinked polymers preferably polymer particles, have at least one, preferably each, of the following properties: (Nl) a CRC value determined according to ERT 441.1-99 in a range from 20 to 40 g / g, particularly preferably in a range from 25 up to 35 g / g; (N2) an AAP value determined according to ERT 442.1 -99 at a pressure of 0.3 psi in a range from 20 to 35 g / g, particularly preferably in a range from 25 to 30 g / g; (N3) an AAP value determined according to ERT 442.1 -99 at a pressure of 0.7 psi in a range from 20 to 27 g / g, particularly preferably in a range from 22 to 25 g / g.
  • Nl a CRC value determined according to ERT 441.1-99 in a range from 20 to 40 g / g, particularly preferably in a range from 25 up to 35 g / g
  • absorbent polymers with particularly uniform physicochemical properties are produced.
  • the drying process allows efficient production of absorbent polymers.
  • the absorbent polymers according to the invention obtainable by the production process according to the invention are distinguished by particularly uniform physicochemical properties.
  • the invention also relates to a composite comprising the absorbent polymers according to the invention and a substrate. It is preferred that the absorbent polymers according to the invention and the substrate are firmly connected to one another. Films made of polymers, such as, for example, are used as substrates Polyethylene, polypropylene or polyamide, metals, nonwovens, fluff, tissues, fabrics, natural or synthetic fibers, or other foams are preferred.
  • sealing materials, cables, absorbent gores as well as diapers and hygiene articles, preferably sanitary napkins containing them, are particularly preferred as a composite.
  • the absorbent polymer is preferably in an amount in the range from 10 to 90, preferably from 20 to 80 and particularly preferably from 40 to 70% by weight, based on the core, incorporated.
  • the absorbent polymer is incorporated into the core as particles.
  • the polymer particles can be distributed homogeneously in the fiber material, they can be introduced in layers between the fiber material or the concentration of the absorbent polymer particles can have a gradient within the fiber material.
  • the absorbent polymer is incorporated into the core as a fiber. With regard to the exact nature and structure of the absorbent gore, reference is made to the relevant statements in US Pat. No. 5,562,646, which is hereby introduced as a reference and is therefore considered part of the disclosure.
  • the invention further relates to a method for producing a composite, wherein an absorbent polymer according to the invention, preferably a polymer structure, and a substrate and, if appropriate, a suitable auxiliary are brought into contact with one another.
  • the contacting takes place, particularly if the composite is a core, preferably by wetlaid and airlaid processes, compacting, extruding and mixing.
  • the invention relates to a composite that can be obtained by the above method.
  • the invention further relates to chemical products, in particular foams, moldings, fibers, foils, films, cables, sealing materials, liquid-absorbing hygiene articles, for example diapers and sanitary napkins, carriers for agents which regulate plant growth or fungi or pesticides, additives for building materials, packaging materials or soil additives, which contain the absorbent polymer according to the invention or the composite described above.
  • the invention relates to the use of the absorbent polymer according to the invention or the composite described above in chemical products, in particular in foams, moldings, fibers, foils, films, cables, sealing materials, liquid-absorbent hygiene articles, for example diapers and sanitary napkins, in carriers for plant or fungal growth regulators or crop protection agents, additives for building materials, packaging materials or soil additives.
  • the plant or fungal growth regulating agents or the plant protection agents can be released over a period controlled by the carrier.
  • the device according to the invention for comminuting and drying a polymer according to the method according to the invention comprises a comminution device for comminuting the undried polymer into gel granules, a loosening device for loosening the gel granules and a drying device for the gel granules, the comminution unit, the loosening unit with one another and the drying unit communicating connection.
  • the undried polymerized polymer is comminuted with the aid of the comminution device.
  • the loosening device With the loosening device, the bulk density of the comminuted polymer, in particular of the gel granulate, is increased by at least 1, preferably at least 5, more preferably at least 10, more preferably at least 20 and most preferably reduced by at least 30.
  • the water content of the undried gel granulate is reduced with the drying device.
  • the comminution device advantageously comprises a cutting unit, a tearing unit and a crimping unit.
  • the cutting unit With the help of the cutting unit, the absorbent polymer is cut.
  • the tear unit With the help of the tear unit, the polymerized polymer is torn, ie. H. stressed on train. The polymerized polymer is squeezed using the wolfing unit.
  • a combination of these three types of comminution produces gel granules that are particularly advantageous to dry.
  • the loosening unit is advantageously a rotating drum, preferably a drum rotation mixer. With the help of the rotary drum mixer, the average bulk density of the gel granulate, in particular of the undried gel granulate, is reduced. The loosening advantageously causes the gel granules to spread.
  • the present invention also relates to a polymerization device comprising a monomer solution container with a monomer solution line, an initiator container with an initiator line, a polymerization area, an inventive device for comminuting and drying a polymer, the monomer solution line and the initiator line being attached to an input area of the polymerization area and the device for drying a polymer is arranged at an exit region.
  • Plastic or steel tanks are preferably made of materials such as plastic or steel which are inert to the monomers or initiators.
  • the lines are preferably made of materials such as plastic or steel which are inert to the monomers or initiators.
  • Absorbent polymers which are particularly suitable can be obtained from belt polymerization reactors for further processing by the process according to the invention.
  • belt polymerization reactors allow the process according to the invention to be carried out continuously.
  • screw shafts are used as conveying means, and in belt polymerization reactors one or more conveyor belts or molds arranged one behind the other and receiving monomer solution and initiator are used, a conveyor belt forming a trough being preferred.
  • the method according to the invention for producing an absorbent polymer is characterized by a spreading behavior of the gel granulate after step ii).
  • the manufacturing process of an absorbent polymer is characterized by a particularly efficient drying step iii) which enables the gel granules to be dried particularly gently and evenly.
  • the absorbent polymers obtained in this way and the products and products made from them have a particularly uniform product quality and constant physicochemical properties.
  • Figure 1 is a schematic representation of a polymerization device with a device for drying a polymer.
  • FIG. 2a-2f the device for determining the compressibility or decompression indices
  • Fig. 2a shows the cylindrical vessel into which the piston (with all additional weights) was inserted (without gel granules in the vessel) in a side view
  • Fig. 2b shows the disk of the piston in a view from above
  • Fig. 2c shows the entire piston in a side view
  • Fig. 2d in the cylinder gel vessel located before the introduction of the piston
  • FIG. 2e the gel particles loaded with the piston in the cylindrical vessel, which were compressed by the distance x
  • FIG. 2f the decompressed gel particles in the interior of the cylindrical vessel
  • FIG. 3 shows the procedure for determining the cross-sectional spreading index Q and the spreading time constant ⁇ ; 3 a shows the pressing of gel particles immediately after removal of the cylindrical vessel from above, and FIG. 3 b shows the “run” pressing in cross section.
  • Fig. 6 is a representation of the power consumption of the Scheidmühle with and without loosening the gel particles before drying.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a polymerization device 1 with a polymerization area 2, the polymerization area 2 at its exit area 3 being connected via a connecting line 4 to a device 5 for drying a polymer.
  • a monomer solution container 6 is connected by a monomer solution line 7 and an initiator container 8 is connected by an initiator line 9 to an input region 10 of the polymerization region 2.
  • FIGS. 2 to 6 are described in more detail in connection with the test methods and the examples. test methods
  • ERT methods are those developed by EDANA (European Nonwoven and Diaper Association), which are used here unless otherwise described.
  • the determination of the first and second compressibility index Ki or ⁇ 2 , the determination of the first and second decompressibility index Ki 'or ⁇ ' and the determination of the cross-sectional spreading index Q and the spreading time constant ⁇ are carried out at the temperature which determines the gel particles and their spreading behavior should have at the time of determining the spreading behavior.
  • Gel particles in which the parameters mentioned above cannot be determined by means of the measuring method described below are not considered to be preferred gel particles according to the invention.
  • the first and second compressibility index ( ⁇ and ⁇ _) were determined in accordance with the measuring device shown in FIGS. 2a-2g.
  • an upwardly open cylindrical vessel 11 with a volume of 2 liters comprises a cylindrical jacket 12 made of plexiglass with an outside diameter of 120 mm, an inside diameter of 110 mm, a wall thickness of 5 mm and one inner cross-sectional area of 9.503 mm 2 and a circular base 13 made of plexiglass with a diameter of 130 mm and a thickness of 6 mm (see Fig. 2a).
  • the cylindrical jacket 12 is attached centrally to the circular bottom 13.
  • the diameter of the disk 15 is selected so that the disk 15 and thus the piston 14 can slide in the cylindrical vessel 11 without friction.
  • the mass of the piston ⁇ i Ko i ben is 190 g.
  • the disk 15 has a total of 32 holes 17 with a diameter of 9.5 mm and an arrangement as shown in FIG. 2b. The air in the cylindrical vessel, which is located below the disk 15, should be able to escape through the holes when the piston 14 is inserted.
  • a circular sieve 18 made of stainless steel with a mesh size of 50 ⁇ m and with a diameter corresponding to the diameter of the disk 15 is attached in the center.
  • the sieve 18 thus forms the bottom of the holes 17 in the disk 15.
  • the sieve 18 is intended to prevent gel material from being pressed through the holes 17 when the gel granules are compressed by the piston 14.
  • the piston 14 can be weighted with various additional masses 19 with the mass ⁇ ij.
  • the additional masses 19 are disc-shaped bodies made of steel with a diameter of 100 mm and a thickness between 17 and 50 mm (depending on the mass nii of the additional weight).
  • the additional masses also have a hole 20 in the center with a diameter of 19.5 m.
  • the disk 15 of the piston 14 has four small, cylindrical elevations 21 with a diameter of 15 mm and a height of 10 mm, the arrangement of which on the disk 15 is shown in FIG. 2b. These elevations 21 prevent the additional weights 19 from lying directly on the disk 15 (see FIG. 2a), since this would lead to a closure of the holes 20, with the result that when the piston 14 is inserted into the cylindrical vessel 11 no more air from the Vessel can escape.
  • the preheated piston 14 equipped with the respective additional weight 19 is inserted into the vessel 11 until it is loaded on the gel granules 22.
  • the time at which the piston 14 with its total mass (mass of the piston + mass of the additional weight) rests on the gel particles 22 for the first time is noted. 15 seconds after this point in time, the compression distance x (in mm) is measured (see FIG. 2e) by which the gel granules 22 are compressed under the load of the piston 14.
  • the piston 14 and the gel granules 22 are then removed from the cylindrical vessel 11 and the vessel 11 and the piston 14 are preheated to the temperature of the gel particles to be examined.
  • the compression distance x (in mm) by which the gel granules were compressed under the load of the piston 14 was again measured for seconds.
  • the respective compression distances for the remaining total masses are determined in a corresponding manner.
  • the normalized volume reduction ⁇ V / No for the different total masses is plotted against the respective compression pressure ⁇ p.
  • a degree of regression which is determined with the aid of a linear regression, is placed through the values of the normalized reduction in volume.
  • the linear regression is determined for compression pressures in the interval between 1000 Pa and 7000 Pa.
  • the slope of the regression line is the second compressibility index ⁇ 2 .
  • the offset of the degrees is the first compressibility index Ki (see Fig. 4).
  • the decompression attempt follows the compression attempt.
  • the same measuring device is used as in the determination of the compression tests.
  • the gel granules 22 are first compressed under the load of a piston 14, which has a first total mass, and then decompressed, ie relaxed. This happens when the piston 14 with the additional mass m is removed from the gel granulate 22. As a result of the relief caused in this way, the compressed gel granulate relaxes by a decompression distance x '(in mm) (see FIG. 2f).
  • the piston 14 is carefully inserted into the vessel 11 with a second total mass (for example heavier than the first total mass), so that the gel granulate 22 is compressed.
  • a second total mass for example heavier than the first total mass
  • the gel granules 22 are decompressed and 30 seconds after the piston 14 is removed, the decompression distance x '(in mm) corresponding to the second total mass is measured.
  • the respective decompression distances for all remaining total masses are determined in a corresponding manner.
  • a standardized volume increase ⁇ V '/ Ni (units: percent) is calculated from the respective decompression distance for the respective total masses certainly.
  • the normalization here relates to the volume Vi previously compressed by the piston 14.
  • the second decompressibility index ⁇ 2 ' is the slope of the regression line.
  • the first decompressibility index Ki ' is the straight line offset (see FIG. 5).
  • the cross-sectional spreading index Q and the spreading time constant ⁇ are determined by a so-called slip test.
  • a north direction is used which corresponds to the north direction described in connection with the determination of the compression or decompression index, with the difference, however, that the cylindrical vessel 11 has no circular bottom 13 and is thus open at the bottom.
  • the cylindrical vessel 11 is placed on a smooth substrate plate 24 made of polypropylene, so that this substrate plate 24 covers the bottom of the cylindrical vessel 11 forms.
  • the cylindrical vessel 11 and the substrate plate 24 were previously preheated to the temperature of the gel particles, the spreading behavior of which is to be determined.
  • the gel particles are then filled into the cylindrical vessel 11 up to an average filling height of 150 mm, and immediately thereafter the likewise preheated piston 14 together with a first, likewise preheated additional weight 19 is placed on the gel particles. 30 seconds later, the piston 14 is removed from the cylindrical vessel 11 and the cylindrical vessel 11 is lifted up, so that a cylindrical pressure 23 made of gel particles remains on the substrate plate 24 (see FIG. 3 a).
  • the spreading behavior is shown by the fact that the pressure 23, once the cylindrical vessel 11 has been lifted up, is no longer kept in shape, is distributed over a comparatively large area on the substrate plate 24 (see FIG. 3b).
  • the distribution of the gel granules in the plane takes a few seconds.
  • the spreading behavior of the gel granules or the loosened gel granules is determined by a spreading time constant%.
  • the spreading time constant ⁇ is determined by the time which elapses until the gel granules formed into a cylindrical press stop their spreading movement after the press is no longer kept in shape.
  • Feed 2 8.81 / h atrium-peroxodisulfate solution 0.75% strength
  • Feed 3 8.8 l / h 2,2'-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride
  • Feed 4 8.8 1 / h hydrogen peroxide solution 0 , 5%
  • feed 5 8.8 1h ascorbic acid solution 0.075%
  • Feed 6 10 kg / h of a solution of 15 kg of polyethylene glycol 400 dimethacrylate in 200 kg of water.
  • the dried gel granules are then ground on a cutting mill downstream of the belt dryer.
  • the power consumption of the cutting mill during grinding is that shown in FIG Recognize diagram (see right half of the diagram in Figure 6: power consumption "without gel loosening").
  • the comparative example is repeated. After the gel comminution and before drying on the belt dryer, the gel particles are in a drum (length: 300 cm, diameter: 80 cm), which rotates around the longitudinal axis at a speed of 7.1 revolutions per minute, for about 2 to 3 minutes loosened up. The gel is then dried and ground as described in the comparative example.
  • the power consumption of the cutting mill during grinding can be seen in the diagram shown in FIG. 6 (see left half of the diagram in FIG. 6: power consumption “with gel loosening”).
  • Figure 6 shows that loosening the gel particles before drying leads to a noticeable reduction in the power consumption of the cutting mill with which the dried gel particles are ground.
  • the spreading behavior was determined in the case of the gel particles obtained in Example 1 after loosening and before drying, which had a temperature of 62 ° C.
  • Fig. 6 shows the power consumption of the Scheidmühle with and without using the method according to the invention, that is with and without loosening of the gel particles.
  • the separating mill is connected downstream of the drying device 5 and serves to comminute the dried polymer.
  • the cutting mill downstream of the belt dryer shows a uniform current or power consumption.

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Polymers umfasst Verfahrensschritte i) Polymerisation einer wässrigen Monomerlösung unter Erhalt eines Polymergels, Zerkleinern des Polymergels unter Erhalt eines Gelgranulates, Trocknen des Gelgranulates, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gelgranulat nach Schritt ii) ein Spreitverhalten zeigt. Das Herstellungsverfahren eines absorbierenden Polymers zeichnet sich durch einen besonders effizienten Trocknungsschritt iii) aus, der eine besonders schonende und gleichmäßige Trocknung des Gelgranulats ermöglicht. Die so erhaltene absorbierende Polymere und daraus hergestellte Produkte und Erzeugnisse weisen eine besonders gleichmäßige Produktqualität und konstante physikalisch-chemische Eigenschaften auf.

Description

Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Polymers mittels Spreittrocknung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Polymers, ein absorbierendes Polymer, einen Verbund, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes, chemische Produkte beinhaltend ein absorbierendes Polymer, eine Verwendung eines absorbierenden Polymers und eines Verbundes, und eine Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung eines Polymers sowie eine Poly- merisationsvorrichtung.
Für eine Bildung von sogenannten „absorbierenden" Polymeren ist eine Polymerisation verschiedener Arten von normalerweise wasserlöslichen Monomeren, oft auch zusammen mit wasserunlöslichen Comonomeren in Gegenwart von Vernetzern erforderlich. Die Zugabe der Vernetzer erfolgt während oder nach der Polymerisation. Derartig absorbierende Polymere sind schwachvernetzte, wasserunlösliche Hydrogelpolymere, die im trockenen und im wesentlichen wasserfreien Zustand eine große Fähigkeit zur Wasserabsorption aufweisen. Diese kann ein Mehr- faches ihres Eigengewichts ausmachen. Aufgrand der hohen Absorptionsfähigkeit eignen sich die absorbierenden Polymere zur Einarbeitung in wasserabsorbierende Strukturen und Gegenstände, wie z. B. Babywindeln, Inkontinenzprodukte oder Damenbinden. Diese absorbierenden Polymere werden in der Literatur auch als „Superabsorber" bezeichnet. In diesem Zusammenhang wird auf Modern Supe- rabsorbent Polymer Technology; F.L. Buchholz, A.T. Graham, Wiley-VCH, 1998 verwiesen.
Die Herstellung derartiger Polymere erfolgt in Anwesenheit von Lösemitteln, vorzugsweise Wasser, so dass ein Trocknungsschritt zur Trocknung des erhaltenen Polymergeis erforderlich ist. Die Art und Weise der Trocknung hat einen erheblichen Einffuss auf die mikroskopische Struktur und die physikalischen und chemischen Eigenschaften des hergestellten Polymers, so dass besondere Sorgfalt bei der Trocknung des Polymers geboten ist. Der Trocknungsschritt stellt einen kostenintensiven Verfahrensschritt dar, da das Wasser gegen osmotische kapillare Kräfte und durch Dipol-Dipol- Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen bedingten Kräfte sowie Adhäsionskräfte aus dem Polymer entzogen werden muss. Üblicherweise wird ein zu trocknendes Polymer zu Gelgranulat zerkleinert, als Schicht auf ein perforiertes Band aufgetragen und mit Hilfe eines Luftstroms getrocknet.
Eine Steigerung der Effizienz bei der Trocknung bewirkt eine erhebliche Kosten- erspamis. Anderseits darf die Effizienz bei der Trocknung nicht zu Lasten einer schonenden und gleichmäßigen Trocknung gehen. Bisher bekannte Trocknungsverfahren hatten oft den Nachteil, dass sie aufgrund von Dickenschwankungen der zu trocknenden Schicht aus Gelgranulat und/oder aufgrund Dichteschwankungen des Gelgranulats innerhalb der Schicht zu einer inhomogen Trocknung führten. Eine inhomogene Trocknung wirkt sich nachteilig auf die Produktqualität und die Saugeigenschaften des absorbierenden Polymers bzw. der dieses Polymer enthaltenen Weiterverarbeitungsprodukte - z.B. Hygieneartikel aller Art - aus. Außerdem führt eine inhomogene Trocknung des Gelgranulates dazu, dass nur unzureichend getrocknetes und somit viskoses Gelgranulat an den Oberflächen der der Trocknungsvorrichtung nachgeschalteten Pulverisierungsvorrichtung anhaften bleibt, was häufig zu einem Ausfall der Pulverisierungsvorrichtung führt.
Weiterhin fuhrt eine unsachgemäße Trocknung zu einem Verbacken der Teilchen des zu trocknenden Polymers unter Ausbildung eines Kuchens. So resultieren aus Inhomogenitäten dieses Kuchens eine ungleichmäßige Trocknung und das Entstehen von sehr festen, schlecht durchlüftbaren Bereichen in diesem Kuchen. Diese Bereiche müssen unter erheblicher mechanischer Belastung des Polymers wieder aufgebrochen werden. Hiermit ist eine erhebliche unerwünschte Staubentwicklung verbunden. Zur Lösung dieser Probleme schlägt JP 08/73518 vor, kontinuierlich die Dicke der Gelschicht auf einem Bandtrockner zu bestimmen und die Trocknungsbedingungen der Dicke der Gelschicht anzupassen. US 6,291,636 Bl schlägt vor, in einem vor dem Pulverisierungsschritt erfolgenden Abtrennschritt unzureichend getrock- netes Granulat abzutrennen.
Das in der US 6,291,636 Bl vorgeschlagene Abtrennen unzureichend getrockneten Granulates wird gemäß der Lehre der WO 03/051939 AI dadurch vermieden, dass der in der zur Polymerisation eingesetzten Acrylsäure ein Mindestgehalt an Furfural zugesetzt wird. Dieses Verfahren ist jedoch nachteilig, da Furfural nicht nur als Polymerisations-Inhibitor wirkt, sondern auch toxisch ist, was insbesondere bei der Verwendung der Polymere in Hygieneartikeln bedenklich ist.
Allgemein liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zu überwinden.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, nach dem absorbierende Polymere hergestellt werden können, wobei eine besonders effiziente und gleichmäßige Trocknung des als Zwischenprodukt erhaltenen Gelmaterials bewirkt wird. Dieses Verfahren sollte mit möglichst wenigen Verfahrensschritten zu superabsorbierenden Polymeren mit gleichmäßiger Qualität und mit möglichst geringen toxikologischen Verunreinigungen fuhren.
Ebenso ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, nach dem absorbierende Polymere bzw. derartige Polymere enthaltende Verbünde hergestellt werden können, wobei die absorbierenden Polymere eine besonders gleichmäßige Qualität und ihrem Einsatz entsprechende physikalisch-chemische Eigenschaften, insbesondere Saugeigenschaften, aufweisen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein absorbierendes Polymer, Verbünde, die derartige absorbierende Polymere enthalten, und chemische Pro- dukte, die derartige absorbierende Polymere enthalten, anzugeben, die besonders gleichmäßige physikalisch-chemische Eigenschaften und geringe toxikologische Verunreinigungen aufweisen.
Weiterhin ist es Aufgabe, eine Vorrichtung anzugeben, mit der absorbierende Polymere mit besonders gleichmäßigen physikalischen Eigenschaften kostengünstig hergestellt werden können.
Weiterhin ist es Ziel, die mechanische Belastung der dem Polymerisationsreaktor nachgeschalteten Weiterverarbeitungseinrichtungen zu reduzieren, um deren Ausfallwahrscheinlichkeit zu verringern und ihre Betriebsdauer zu verlängern.
Außerdem liegt eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, ein superäbsorbierendes Polymer bereit zu stellen, dass sich besonders gut in Hygieneartikel einarbeiten lässt, welches die Saugeigenschaften dieser Hygieneartikel vorteilhaft beeinflusst und welches durch eine geringe Belastung an toxikologischen Verunreinigungen gekennzeichnet ist.
Diese Aufgäben werden erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren zur Herstel- lung eines absorbierenden Polymers, durch das absorbierende Polymer, durch den das absorbierende Polymer beinhaltenden Verbund, durch das Verfahren zur Herstellung eines Verbundes, durch die chemischen, das absorbierende Polymere o- der den Verbund beinhaltenden Produkte, durch die Verwendung des absorbierenden Polymers, durch die Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung eines Polymers und durch die Polymerisationsvorrichtung, wie in den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die einzeln oder in Kombination auftreten können, sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Polymers umfasst die Verfahrensschritte i) Polymerisation einer wässrigen Monomerlösung unter Erhalt eines Polymergeis, ii) Zerkleinern des Polymergeis unter Erhalt eines Gelgranulates, iii) Trocknen des Gelgranulates,
und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gelgranulat nach Schritt ii), vorzugsweise nach Schritt ii) und vor Beginn des Schrittes iii) oder nach Schritt ii) und während des Schrittes iii) oder nach Schritt ii) und vor und während des Schrittes iii), besonders bevorzugt jedoch zu einem Zeitpunkt, an dem das Gelgranulat noch einen Wassergehalt zwischen 20 und 90 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 40 und 70 Gew.-% und besonders bevorzugt zwischen 45 und 65 % und darüber hinaus bevorzugt zwischen 50 und 60 %, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Gelgranulates, und eine Temperatur Top (GP = Gelpartikel) in einem Bereich von 20 bis 150°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 30 bis 100°C, darüber hinaus noch mehr bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 80°C und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 50 bis 70°C aufweist,
ein gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmtes Spreitverhalten zeigt.
Der Beginn des Schrittes iii) ist dabei derjenige Zeitpunkt im Verlaufe der Herstellung der absorbierenden Polymere, an dem das nach der Polymerisation erhaltene Polymergel nach dem Zerkleinern erstmals durch Zuführung von Energie in Form von Wärme oder in Form von Strahlung, beispielsweise IR-Strahlung, auf eine Temperatur von mindestens 60°C, vorzugsweise mindestens 100°C und be- sonders bevorzugt mindestens 150°C gebracht, vorzugsweise erhitzt wird, so dass eine kontinuierliche Verminderung des Wassergehaltes des Polymers und somit ein Trocknen desselben ermöglicht wird.
Das Spreitverhalten ist das Bestreben des Gelgranulats, Schichtdickenschwankun- gen aktiv auszugleichen. Hierbei wirken nicht nur Gravitationskräfte, sondern auch elastische Kräfte. Wird beispielsweise das Gelgranulat auf eine horizontale Fläche aufgetragen, verteilt sich das Gelgranulat auf dieser Fläche, wobei es die Tendenz zeigt, Täler und Hügel auszugleichen und eine Nivellierung des Gelgranulats zu bewirken. Die elastischen Kräfte treiben das Gelgranulat auseinander und die einzelnen Gelgranulatteilchen zeigen das Bestreben, sich mechanisch zu entspannen. Haben sich Gelgranulatteilchen mechanisch entspannt, verhalten sie sich wie bekannte Gelgranulatteilchen. Die elastischen Kräfte der Gelgranulatteilchen verleihen dem Gelgranulat einen lebendigen Charakter.
Die Trocknung wird durch das Spreitverhalten des Gelgranulats vereinfacht, da es zu einer gleichmäßigeren Schichtdicke führt. Wird z.B. ein derartiges Gelgranulat zur Trocknung aus einer Fallhöhe zwischen 20 und 80 cm, insbesondere bei einer Fallhöhe zwischen 30 und 50 cm, auf ein Trocknungsband (Bandtrockner) geschüttet, führt das Spreitverhalten des Gelgranulats vorteilhafterweise dazu, dass die Schwankungen der Schichtdicke des auf dem Trocknungsband befindlichen Gelgranulats (mittlere Schichtdicke auf dem Trocknungsband liegt zwischen 5 und 20 cm, insbesondere zwischen 10 und 15 cm) weniger als 30%, insbesondere weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10% betragen. Dabei bedeutet eine Schwankung von beispielsweise weniger als 10%, dass die Höhe des Geles an der Stelle mit der geringsten Dicke des Gels um weniger als 10% von der Höhe der Gels an der Stelle mit der größten Dicke des Geles abweicht. Durch diese Vergleichmäßigung der Schichtdicke kann das Gelgranulat besonders gleichmäßig getrocknet werden.
Gelgranulate eines absorbierenden Polymers, die nach der Polymerisation üblicherweise einen Wassergehalt zwischen 20 und 90 Gew.-%, vorzugsweise zwi- sehen 40 und 70 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 45 und 65 % und darüber hinaus bevorzugt zwischen 50 und 60 % aufweisen, können aufgrund des Nivellierungseffekts des Spreitens besonders effizient getrocknet werden. Das so getrocknete, absorbierende Polymer weist besonders gleichmäßige physikalisch- chemische Eigenschaften auf.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens trifft mindestens eines, vorzugsweise jedes, der folgenden Merkmale zu:
a. das Polymergel wird nach dem Zerkleinern im Schritt ii) in Form des nach dem Zerkleinern erhaltenen Gelgranulates und noch vor dem vorstehend definierten Beginn des Trocknungsschrittes iii) mechanisch aufgelockert und ein aufgelockertes Gelgranulat wird erhalten, wobei das aufgelockerte Gelgranulat ein gemäß den hierin beschriebenen Testmethoden bestimmtes Spreitverhalten zeigt;
b. das Polymergel wird erst während des Trocknungsschrittes iii), vorzugsweise nachdem mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt mindestens 20 Gew.-% und am meisten bevorzugt mindestens 30 Gew.-% des vor Beginn des Trocknungsschrittes iii) im Polymergel enthaltenen Wassers verdampft sind, mechanisch aufgelockert und ein aufgelockertes Gelgranulat wird erhalten, wobei das aufgelockerte Gelgranulat ein gemäß den hierin beschriebenen Testmethoden bestimmtes Spreitverhalten zeigt.
Das vorstehend beschriebene Auflockern des Gelgranulates in den Ausführungsformen a. und b. erfolgt jedoch vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, zu dem die Gelpartikel noch die eingangs genannten Wassermengen und die eingangs genannte Temperatur aufweist. Die Auflockerung des Gelgranulats erfolgt somit entweder vor oder während des Trocknungsschrittes iii). Ebenso ist es möglich, das Gelgranulat vor und während des Trocknungsprozesses aufzulockern. Das Spreitverhalten des Gelgranulats wird hier durch die mechanische Auflockerung hervorgerufen. Die Auflockerung führt zu einer verringerten und in entsprechender Anwendung der ERT 460J-99 bestimmten Schüttdichte des ungetrockneten Gelgranulats von vorzugsweise weniger als 800 g/1, besonders bevorzugt weniger als 750 g/1, darüber hinaus bevorzugt weniger als 700 g/1, darüber hinaus noch mehr bevorzugt weniger als 650 g/1 und am meisten bevorzugt weniger als 600 g/1. Weiterhin ist es bevorzugt, dass sich die Schüttdichte des ungetrockneten Granulates im Verlaufe der Auflockerung um mindestens 1%, besonders bevorzugt um mindestens 5%, darüber hinaus bevorzugt um mindestens 10%, darüber hinaus noch mehr bevorzugt um mindestens 20% und am meistens bevorzugt um mindestens 30% vermindert. In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vermindert sich die Schüttdichte des ungetrockneten Gelgranulates durch das Auflockern um 10 bis 50% und darüber hinaus bevorzugt um 20 bis 30%. Dabei bedeutet eine Verminderung der Schüttdichte von beispielsweise 5 %, dass die Schüttdichte des ungetrockneten Granulates nach der Auflockerung um mindestens 5 % kleiner ist als die Schüttdichte vor dem Auflockern. In einer ganz besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die Verminderung der Schüttdichte in einem Bereich von 10 bis 50 %, noch mehr bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40%.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens ist das Spreitverhalten des Gelgranulats oder des aufgelockerten Gelgranulats nach Schritt ii), vorzugsweise nach Schritt ii) und vor Beginn des Schrittes iii) oder nach Schritt ii) und während des Schrittes iii) oder nach Schritt ii) und vor und während des Schrittes iii), vorzugsweise jedoch zu einem Zeitpunkt, an dem das Gelgranulat noch die eingangs genannte Wassermenge und Temperatur aufweist, durch mindestens eines, vorzugsweise jedes, der folgenden Merkmale (δl) bis (δ4) gekennzeichnet: (51) ein erster Kompressibilitätsindex κι des Gelgranulats liegt zwischen 10% und 40%, insbesondere zwischen 15% und 30%, besonders bevorzugt zwischen 18% und 25%;
(52) ein zweiter Kompressibilitätsindex κ2 des Gelgranulats liegt zwischen 3*10"5 Pa"1 und 6*10"5Pa'1, insbesondere zwischen 3,5*10"5Pa"1 und 5*10~5 Pa"1, besonders bevorzugt zwischen 3,9* 10"5 Pa"1 und 4,3 *10"5 Pa"1;
(53) ein erster Dekompressibilitätsindex Kι' des Gelgranulats liegt zwischen 3% und 15%, insbesondere zwischen 4% und 10%, besonders bevorzugt zwischen 5% und 8%;
(54) ein zweiter Dekompressibilitätsindex κ2' des Gelgranulats liegt zwischen 3*10"5 Pa J und 7*10"5 Pa"1, insbesondere zwischen 4*10"5 Pa'1 und 8*10"5 Pa"1, besonders bevorzugt zwischen 5*10"5 Pa"1 und 6,5*10"5 Pa"1.
Jedes der vorstehenden Merkmale stellt weiterhin eine erfindungsgemäße Ausführungsform dar. Aus diesen stellen die nachfolgenden Ziffernkombinationen bevorzugte Ausfuhrungsformen dar: 515253, 515254, 515354, 5152, 5153, 5154, 5253, 5254, 5354, 51, 52, 53, 54, 51525354, wobei 51525354 besonders bevorzugt ist.
Durch derartige Kompressibilitäts- bzw. Dekompressibillitätsindices wird das für die Trocknung des Gelgranulats vorteilhafte Spreitverhalten beschrieben.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt das Gelgranulat nach Schritt ii), vorzugsweise nach Schritt ii) und vor Beginn des Schrittes iii) oder nach Schritt ii) und während des Schrittes iii) oder nach Schritt ii) und vor und während des Schrittes iii), vorzugsweise jedoch zu einem Zeit- punkt, an dem das Gelgranulat noch die eingangs genannte Wassermenge und Temperatur aufweist, mindestens eine der folgenden Eigenschaften:
(εl) einen gemäß der hierin beschrieben Testmethode bei einer Belastung mit einer Gesamtmasse von 1.185 g bestimmten Querschnittsspreitindex Q von mindestens 3, insbesondere mindestens 5, vorzugsweise mindestens 7, besonders bevorzugt mindestens 7,5 und noch mehr bevorzugt mindestens 7,82, wobei der Querschnittsspreitindex Q vorzugsweise kleiner als 20 ist;
(ε2) einen gemäß der hierin beschrieben Testmethode bei einer Belastung mit einer Gesamtmasse von 2.175 g bestimmten Querschnittsspreitindex Q von mindestens 3, insbesondere mindestens 5, vorzugsweise mindestens 7, besonders bevorzugt mindestens 7,5 und noch mehr bevorzugt mindestens 7,56, wobei der Querschnittsspreitindex Q vorzugsweise kleiner als 20 ist;
(ε3) einen gemäß der hierin beschrieben Testmethode bei einer Belastung mit einer Gesamtmasse von 3.185 g bestimmten Querschnittsspreitindex Q von mindestens 3, insbesondere mindestens 5, vorzugsweise mindestens 6, besonders bevorzugt mindestens 7 und noch mehr bevorzugt mindestens 7,23, wobei der Querschnittsspreitindex Q vorzugsweise kleiner als 20 ist;
(ε4) einen gemäß der hierin beschrieben Testmethode bei einer Belastung mit einer Gesamtmasse von 6.185 g bestimmten Querschnittsspreitindex Q von mindestens 3, insbesondere mindestens 4, vorzugsweise mindestens 5, be- sonders bevorzugt mindestens 6 und noch mehr bevorzugt mindestens 6,57, wobei der Querschnittsspreitindex Q vorzugsweise kleiner als 20 ist.
Jedes der vorstehenden Merkmale stellt weiterhin eine erfindungsgemäße Ausführungsform dar. Aus diesen stellen die nachfolgenden Ziffernkombinationen be- vorzugte Ausführungsformen dar: εlε2ε3, εlε2ε4, εlε3ε4, εlε2, εlε3, εlε4, ε2ε3, ε2ε4, ε3ε4, εl, ε2, ε3, ε4, εlε2ε3ε4, wobei εlε2ε3ε4 besonders bevorzugt ist. In einer bevorzugten Ausfuhrung des erfindungemäßen Verfahrens zeigt das Gelgranulat nach Schritt ii), vorzugsweise nach Schritt ii) und vor Beginn des Schrittes iii) oder nach Schritt ii) und während des Schrittes iii) oder nach Schritt ii) und vor und während des Schrittes iii), vorzugsweise jedoch zu einem Zeitpunkt, an dem das Gelgranulat noch die eingangs genannte Wassermenge und Temperatur aufweist, eine gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bei einer Belastung mit einer Gesamtmasse von 6.185 g bestimmte Spreitzeitkonstante τ von mindestens 2 s, vorzugsweise von mindestens 4 s, ferner bevorzugt von mindestens 6 s und besonders bevorzugt von mindestens 10 s. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Spreitzeitkonstante τ einen Wert von 60 s nicht übersteigt.
Der erste Ki bzw. der zweite κ2 Kompressibilitätsindex des Gelgranulats sowie der erste Ki' bzw. der zweite κ2' Dekompressibilitätsindex des Gelgranulats werden durch die unter Testmethoden beschriebenen Kompressions- und Dekompressi- onsversuche definiert. Die Bestimmung des Querschnittsspreitindex Q und der Spreitzeitkonstante τ ist ebenfalls den Testmethoden zu entnehmen.
Vorteilhafterweise wird das Gel im Verfahrensschritt ii) einer mindestens dreistu- figen Zerkleinerung mit einer Schneideeinheit, vorzugsweise einem Messer, zum Schneiden des Gels in flächige Gelstreifen, bevorzugt mit einer Länge im Bereich von 5 bis 50, vorzugsweise von 8 bis 40 und besonders bevorzugt von 10 bis 30 mm, einer Höhe im Bereich von 1 bis 30, vorzugsweise von 5 bis 25 und beson- ders bevorzugt von 10 bis 20 mm sowie einer Breite im Bereich von 1 bis 40, vorzugsweise von 5 bis 30 und besonders bevorzugt von 10 bis 20 mm; einer Reißeinheit, vorzugsweise einem Brecher, zum Zerreißen der Gelstreifen in Gelstücke, bevorzugt mit einer Länge im Bereich von 2,5 bis 25, vorzugsweise von 1 bis 12,5 mm, einer Höhe im Bereich von 0,5 bis 15, vor- zugsweise von 0,25 bis 7,5 mm sowie einer Breite im Bereich von 0,5 bis 20, vorzugsweise von 0,25. bis 10 mm und einer Wölfeinheit, vorzugsweise einem Wolf, bevorzugt aufweisend eine Schnecke und ein Lochplatte, wobei die Schnecke gegen die Lochplatte fördert, zum Wölfen und zerquetschen Gelstücke in Gelteile, die vorzugsweise kleiner als die Gelstücke sind,
unterworfen. Hiermit wird ein optimales Oberflächenvolumenverhältnis erzielt, welches sich vorteilhaft auf das Trocknungsverhalten auswirkt. Ein derartig zerkleinertes Gel eignet sich im Besonderen zur Bandtrocknung. Die dreistufige Zerkleinerung bietet eine bessere Belüftbarkeit aufgrund der zwischen den Granulat- körnern befindlichen Luftkanäle.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass das in dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Schritt ii) erhaltene Gelgranulat zu mindestens 10, vorzugsweise mindestens
20 und besonders bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Ge- samtgewicht des Gelgranulates, ein absorbierenden Polymer beinhaltet, das auf
(cd) 0,1 bis 99,999 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 97,98 Gew.-% und besonders bevorzugt 60 bis 93,95 Gew.-% polymerisierten, ethylenisch ungesättigten, säuregruppenhaltigen Monomeren oder deren Salzen oder polymerisierten, ethylenisch ungesättigten, einen protonierten oder quarternierten Stickstoff beinhaltenden Monomeren, oder deren Mischungen, wobei mindestens ethylenisch ungesättigte, säuregruppenhaltige Monomere, vorzugsweise Acryl- säure, beinhaltende Mischungen besonders bevorzugt sind,
(α2) 0 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt 1 bis 40 Gew.-% polymerisierten, ethylenisch ungesättigten, mit (αl) copolymeri- sierbaren Monomeren,
(α3) 0,001 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 7 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-% eines oder mehrerer Vernetzer,
(α4) 0 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 20 Gew.-% und besonders bevorzugt 5 bis 10 Gew.-% wasserlöslichen Polymeren, sowie (α5) 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 7 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-% eines oder mehrere Hilfsstoffe, jeweils bezogen auf das trockene absorbierende Polymer, basiert, wobei die Summe der Gewichtsmengen (αl) bis (α5) 100 Gew.-% beträgt.
Das Gelgranulat beinhaltet üblicherweise Wasser in einer erheblichen Menge, da das absorbierende Polymer aus einer wässrigen Monomerlösung gewonnen wird, die vorzugsweise im Bereich von 90 bis 50, vorzugsweise im Bereich von 88 bis 55 und besonders bevorzugt im Bereich von 70 bis 60 Gew.-% Wasser, jeweils bezogen auf die gesamte wässrige Monomerlösung, aufweist.
Die monoethylenisch ungesättigten, säuregrappenhaltigen Monomere (αl) können teilweise oder vollständig, bevorzugt teilweise neutralisiert sein. Vorzugsweise sind die monoethylenisch ungesättigten, säuregrappenhaltigen Monomere zu mindestens 25 Mol-%, besonders bevorzugt zu mindestens 50 Mol-% und darüber hinaus bevorzugt zu 50-90 Mol-% neutralisiert. Die Neutralisation der Monomere (αl) kann vor auch nach der Polymerisation erfolgen. Ferner kann die Neutralisation mit Alkalimetallhydroxiden, Erdalkalimetallhydroxiden, Ammoniak sowie Carbonaten und Bicarbonaten erfolgen. Daneben ist jede weitere Base denkbar, die mit der Säure ein wasserlösliches Salz bildet. Auch eine Mischneutralisation mit verschiedenen Basen ist denkbar. Bevorzugt ist die Neutralisation mit Arnmo- niak oder mit Alkalimetallhydroxiden, besonders bevorzugt mit Natriumhydroxid oder mit Ammoniak.
Ferner können bei einem Polymer die freien Säuregruppen überwiegen, so dass dieses Polymer einen im sauren Bereich liegenden pH-Wert aufweist. Dieses sau- re wasserabsorbierende Polymer kann durch ein Polymer mit freien basischen Gruppen, vorzugsweise Amingruppen, das im Vergleich zu dem sauren Polymer basisch ist, mindestens teilweise neutralisiert werden. Diese Polymere werden in der Literatur als „Mixed-Bed Ion-Exchange Absorbent Polymers" (MBIEA- Polymere) bezeichnet und sind unter anderem in der WO 99/34843 offenbart. Die Offenbarung der WO 99/34843 wird hiermit als Referenz emgeführt und gilt somit als Teil der Offenbarung. In der Regel stellen MBIEA-Polymere eine Zusam- mensetzung dar, die zum einen basische Polymere, die in der Lage sind, Anionen auszutauschen, und andererseits ein im Vergleich zu dem basischen Polymer saures Polymer, das in der Lage ist, Kationen auszutauschen, beinhalten. Das basische Polymer weist basische Gruppen auf und wird typischerweise durch die Po- lymerisation von Monomeren erhalten, die basische Gruppen oder Gruppen tragen, die in basische Gruppen umgewandelt werden können. Bei diesen Monomeren handelt es sich vor allen Dingen um solche, die primäre, sekundäre oder tertiäre Amine oder die entsprechenden Phosphine oder mindestens zwei der vorstehenden funktionellen Gruppen aufweisen. Zu dieser Gruppe von Monomeren ge- hören insbesondere Ethylenamin, Allylamin, Diallylamin, 4- Aminobuten, Alkylo- xycycline, Vinylformamid, 5-Aminopenten, Carbodiimid, Formaldacin, Melanin und dergleichen, sowie deren sekundäre oder tertiäre Aminderivate.
Die Offenbarungen der DE 102 23 060 AI insbesondere hinsichtlich der Mono- mere (αl) und (α2), der Vernetzer (α3) sowie hinsichtlich der verwendeten Initiatoren und Initiatormengen werden hiermit als Referenz eingeführt und gelten somit als Teil der Offenbarung
Bevorzugte monoethylenisch ungesättigte, säuregruppenhaltige Monomere (αl) sind diejenigen, die in der DE 102 23 060 AI als bevorzugte Monomere (αl) genannt werden, wobei Acrylsäure besonders bevorzugt ist.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass absorbierende Polymer, bezogen auf das Trockengewicht, zu mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 70 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-% aus carboxy- latgruppenhaltigen Monomeren besteht. Es ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt, dass das absorbierende Polymer zu mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 70 Gew.-% aus Acrylsäure besteht, die vorzugsweise zu mindestens 20 Mol-%, besonders bevorzugt zu mindestens 50 Mol-% neutralisiert ist. Als monoethylenisch ungesättigte, mit (αl) copolymerisierbare Monomere (α2) sind diejenigen Monomere bevorzugt, die in der DE 102 23 060 AI als bevorzugte Monomere (α2) genannt werden, wobei Acrylamid besonders bevorzugt ist.
Erfindungsgemäß bevorzugte Vernetzer (α3) sind Verbindungen, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte Gruppen innerhalb eines Moleküls aufweisen (Vernetzerklasse I), Verbindungen, die mindestens zwei funktionelle Gruppen aufweisen, die mit funktioneilen Gruppen der Monomeren (αl) oder (α2) in einer Kondensationsreaktion (=Kondensationsvernetzer), in einer Additionsreaktion oder in einer Ringöffhungsreaktion reagieren können (Vernetzerklasse II), Verbindungen, die mindestens eine ethylenisch ungesättigte Gruppe und mindestens eine funktionelle Gruppe, die mit funktioneilen Gruppen der Monomeren (αl) oder (α2) in einer Kondensationsreaktion, in einer Additionsreaktion oder in einer Ringöffnungsreaktion reagieren kann (Vernetzerklasse III), aufweisen, oder polyvalente Metallkationen (Vernetzerklasse IV). Dabei wird durch die Verbindungen der Vernetzerklasse I eine Vernetzung der Polymere durch die radikalische Polymerisation der ethylenisch ungesättigten Gruppen des Vernetzermoleküls mit den monoethylenisch ungesättigten Monomeren (αl) oder (α2) erreicht, während bei den Verbindungen der Vernetzerklasse II und den polyvalenten Metallkationen der Vernetzerklasse IV eine Vernetzung der Polymere durch Kondensationsreaktion der funktionellen Gruppen (Vemetzerklasse II) bzw. durch elektrostatische Wechselwirkung des polyvalenten Metallkations (Vemetzerklasse IV) mit den funktio- nellen Gruppen der Monomere (αl) oder (α2) erreicht wird. Bei den Verbindungen der Vemetzerklasse III erfolgt dementsprechend eine Vernetzung des Poly- mers sowohl durch radikalische Polymerisation der ethylenisch ungesättigten Gruppe als auch durch Kondensationsreaktion zwischen der funktionellen Gruppen des Vemetzers und den funktioneilen Gruppen der Monomeren (αl) oder (α2). Bevorzugte Vernetzer (α3) sind all diejenigen Verbindungen, die in der DE 102 23 060 AI als Vemetzer (α3) der Vemetzerklassen I, II, III und IV genannt werden, wobei
- als Verbindungen der Vemetzerklasse I N,N'-Methylenbisacrylamid, Polye- thylenglykoldi(meth)acrylate, Triallylme ylammoniumchlorid, Tetraally- larnmoniumchlorid sowie mit 9 Mol Ethylenoxid pro Mol Acrylsäure hergestelltes Allylpolyethylenglykolacrylat besonders bevorzugt sind, und
- und als Verbindungen der Vemetzerklasse IN Al2(SO )3 und seine Hydrate besonders bevorzugt sind.
Bevorzugte absorbierende Polymere sind Polymere, die durch Vemetzer der folgenden Vemetzerklassen bzw. durch Vemetzer der folgenden Kombinationen von Vemetzerklassen vernetzt sind: I, II, III, IV, I II, I III, I IV, I II III, I H IV, I III IN, II III IN, II IV oder III IN. Die vorstehenden Kombinationen von Vemetzerklassen stellen jeweils eine bevorzugte Ausführungsform von Vemetzem eines Polymers dar.
Weitere bevorzugte Ausfuhrungsformen der absorbierenden Polymere sind Polymere, die durch einen beliebigen der in der DE 102 23 060 AI offenbarten Vernetzer der Vemetzerklassen I vernetzt sind, wobei Ν,Ν'-Methylenbisacrylamid, Polyethylenglykoldi(meth)acrylate, Triallylmemylammoniumchlorid, Tetraally- lammoniumchlorid sowie mit 9 Mol Ethylenoxid pro Mol Acrylsäure hergestelltes Allylpolyethylenglykolacrylat als Vemetzer der Vemetzerklasse I besonders bevorzugt sind
Aus den vorgenannten Monomeren und Vemetzem lassen sich die absorbierenden Polymere durch verschiedene, aus dem Stand der Technik bekannte Polyme- risationsweisen herstellen. Beispielsweise sind in diesem Zusammenhang Massepolymerisation, die vorzugsweise in Knetreaktoren wie Extrudern oder durch Bandpolymerisation erfolgt, Lδsungspolymerisation, Spraypolymerisation, inver- se Emulsionspolymerisation und inverse Suspensionspolymerisation zu nennen. Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Lösungspolymerisation in Wasser als Lösungsmittel durchgeführt. Die Lösungspolymerisation kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Aus dem Stand der Technik ist ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten hinsichtlich Reaktionsverhältnisse wie Temperaturen, Art und Menge der Initiatoren als auch der Reaktionslösung zu entnehmen. Typische Verfahren sind in den folgenden Patentschriften beschrieben: US 4,286,082, DE 27 06 135, US 4,076,663, DE 35 03 458, DE 40 20 780, DE 42 44 548, DE 43 23 001, DE 43 33 056, DE 44 18 818. Die Offenbarungen werden hiermit als Referenz eingeführt und gelten somit als Teil der Offenbarung.
Die Polymerisation wird wie allgemein üblich durch einen Initiator ausgelöst. Als Initiatoren zur Initiierung der Polymerisation können alle unter den Polymerisati- onsbedingungen Radikale bildende Initiatoren verwendet werden, die üblicherweise bei der Herstellung von Superäbsorbern eingesetzt werden. Auch eine Initiierung der Polymerisation durch Einwirkung von Elektronenstrahlen auf die po- lymerisierbare, wässrige Mischung ist möglich. Die Polymerisation kann allerdings auch in Abwesenheit von Initiatoren der obengenannten Art durch Einwir- kung energiereicher Strahlung in Gegenwart von Photoinitiatoren ausgelöst werden. Polymerisationsinitiatoren können in einer Lösung erfindungsgemäßer Monomere gelöst oder dispergiert enthalten sein. Als Initiatoren kommen sämtliche dem Fachmann bekannte, in Radikale zerfallende Verbindungen in Betracht. Besonders bevorzugte Initiatoren sowie bevorzugte einzusetzende Initiatormengen sind diejenigen Initiatoren bzw. Mengen, die in der DE 102 23 060 AI als bevorzugte Initiatoren bzw. Mengen genannt werden.
Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein Redoxsystem bestehend aus Wassersoffperoxid, Natriumperoxodisulfat und Ascorbinsäure eingesetzt. Allgemein sind erfin- dungsgemäß Azoverbindungen als Initiatoren bevorzugt, wobei Azo-bis- amidinopropan-dihydrochlorid besonders bevorzugt ist. In der Regel wird die Po- lymerisation mit den Initiatoren in einem Temperaturbereich von 0 bis 90°C initiiert.
Als wasserlösliche Polymere (α4) können in den absorbierenden Polymeren was- serlösliche Polymerisate, wie teil- oder vollverseifter Polyvinylalkohol, Polyvi- nylpyrrolidon, Stärke oder Stärkederivate, Polyglykole oder Polyacrylsäure enthalten, vorzugsweise einpolymerisiert sein. Das Molekulargewicht dieser Polymere ist unkritisch, solange sie wasserlöslich sind. Bevorzugte wasserlösliche Polymere sind Stärke oder Stärkederivate oder Polyvinylalkohol. Die wasserlöslichen Polymere, vorzugsweise synthetische wie Polyvinylalkohol, können auch als Pfropfgrundlage für die zu polymerisierenden Monomeren dienen.
Als Hilfsstoffe (α5) können in den absorbierenden Polymeren vorzugsweise Stellmittel, Geruchsbinder, oberflächenaktive Mittel oder Antioxidatien enthalten sein. Diese Hilfsstoffe (α5) werden vorzugsweise vor der Polymerisation der Mo- nomerenlösung zugesetzt, oder aber nach Herstellung der Polymere mit diesen vermischt, wobei für das Vermischen die dem Fachmann bekannten Mischaggregate verwendet werden können, z. B. der Patterson-Kelley-Mischer, DRAIS- Turbulenzmischer, Lödigemischer, Ruberg-Mischer, Schneckenmischer, Teller- mischer und Wirbelschichtmischer sowie kontinuierlich arbeitende, senkrechte Mischer, in denen die Polymere und die Hilfsstoffe (α5) mittels rotierender Messer in schneller Frequenz gemischt wird (Schugi-Mischer).
Vorteilhafter Weise weist das als ein Polymerkuchen im Verfaihrensschritt iii) getrocknete Gelgranulat mindestens eine der folgenden Eigenschaften auf:
(φl) die maximale Aufnahme von 0.9 Gew.-% wässriger NaCl-Lösung gemäß ERT 440.1-99 liegt in einem Bereich von 10 bis 1000 g/g SAP Granulat, (φ2) der mit 0.9 Gew.-%er wässriger NaCl-Lösung extrahierbare Anteil beträgt gemäß ERT 470.1 -99 weniger als 30, bezogen auf das SAP Granulat, (φ3) die Schüttdichte gemäß ERT 460.1-99 liegt im Bereich von 300 bis 1000 g 1, (φ4) der pH-Wert von lg des SAP Granulats in 11 Wasser gemäss ERT 400.1- 99 liegt im Bereich von 4 bis 10, (φ5) der CRC-Wert gemäß ERT 441.1 -99 liegt im Bereich von 10 bis 100 g/g, (φ6) der AAP-Wert bei einem Druck von 0,3 psi gemäß ERT 442J-99 liegt im Bereich von 10 bis 60 g/g.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass mindestens 30, bevorzugt mindestens 60 und besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-% der absorbierenden Polymerteilchen eine Teilchengröße im Bereich von 150 bis 850 μm aufweisen. Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Gelgranulat zu mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 75 Gew.-% auf Partikeln mit einer Teilchengröße in einem Bereich von 300 bis 600 μm basiert.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie im Zusammenhang mit den durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen absorbierenden Polymeren die nur mit einer Untergrenze angegebenen Werte von erfindungsgemäßen Merkmalen eine Obergrenze besitzen, die das 20-fache, vorzugsweise das 10-fache und besonders bevorzugt das 5-fache des am meisten bevorzugten Wertes der Untergrenze besitzen.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die durch das erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen absorbierenden Polymere, vorzugsweise Polymerteilchen, mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweisen:
(A) maximale Aufnahme von 0,9 Gew.-%er NaCl-Lösung gemäß ERT 440.1 -99 in einem Bereich von mindestens 10 bis 1000, bevorzugt von 15 bis 500 und besonders bevorzugt von 20 bis 300 g/g,
(B) der mit 0,9 Gew.-%er wässriger NaCl-Lösung extrahierbare Anteil gemäß ERT 470.1-99 beträgt weniger als 30, bevorzugt weniger als 20 und besonders bevorzugt weniger als 10 Gew.-%, bezogen auf das absorbierende Po- lymer, (C) die Schüttdichte gemäß ERT 460J-99 liegt im Bereich von 300 bis 1000, bevorzugt 310 bis 800 und besonders bevorzugt 320 bis 700 g/1,
(D) der pH-Wert gemäß ERT 400.1 -99 von 1 g des absorbierenden Polymers in 1 1 Wasser liegt im Bereich von 4 bis 10, bevorzugt von 5 bis 9 und beson- ders bevorzugt von 5,5 bis 7,5,
(E) der CRC-Wert nach ERT 441.1 -99 liegt im Bereich von 10 bis 100, bevorzugt 15 bis 80 und besonders bevorzugt 20 bis 60 g/g,
(F) der AAP-Wert gemäß ERT 442.1 -99 bei einem Druck von 0,3 psi liegt im Bereich von 10 bis 60, bevorzugt 15 bis 50 und besonders bevorzugt 20 bis 40 g/g.
Die sich aus den vorstehenden Eigenschaften ergebenden Eigenschaftskombinationen von zwei oder mehr dieser Eigenschaften stellen jeweils bevorzugte Ausfüh- rungsformen des durch das erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polymers dar. Weiterhin als erfindungsgemässe Ausführangsformen besonders bevorzugt sind Verfahren, in denen das erhaltene, absorbierende Polymer die nachfolgend als Buchstaben oder Buchstäbenkombinationen dargestellten Eigenschaften oder Eigenschaftskombinationen zeigt: A, B, C, D, E, F, AB, AC, AD, AE, AF, EF, ABC, ABD, ABE, ABF, ACD, ACE, ACF, ADE, ADF, AEF, CEF, ABCD, ABCE, ABCF, ABDE, ABDF,ACDE, ACDF, ACEF, ADEF, ACDEF, ABDEF, ABCEF, ACBDF, ABCDE, ABCDEF, wobei die Kombinationen CEF besonders bevorzugt ist und die Kombination EF darüber hinaus bevorzugt ist.
In einer anderen Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Außenbereich der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen absorbierenden Polymere, vorzugsweise Polymerteilchen, mit einer Verbindung enthalten ein Al3+-Ion in Kontakt gebracht. Dabei ist es bevorzugt, dass die Verbindung enthaltend Al3+-Ionen in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 0,3 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht der absorbierenden Polymere, mit den Polymeren in Kontakt gebracht wird.
Es ist in diesem Zusammenhang weiterhin bevorzugt, dass die Al3+-Ionen enthal- tende Verbindung in Form eines F ids umfassend ein Lösemittel, bei dem es sich vorzugsweise um Wasser, mit Wasser mischbare organische Lösemittel wie Methanol oder Ethanol oder eine Mischung aus mindestens zwei dieser Lösemittel handelt, und die Al3+-Ionen enthaltende Verbindung mit dem Polymer in Kontakt gebracht wird. Vorzugsweise ist dabei die Al3+-Ionen enthaltende Verbindung ohne Berücksichtigung von Kristallwasser in einer Menge in einem Bereich von 0,1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Fluids, in dem Fluid enthalten. Weiterhin bevorzugt ist, dass das Fluid in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 15 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 0,05 bis 6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht des absorbierenden Polymers mit den absorbierenden Polymer in Kontakt gebracht wird.
Bevorzugte Al3+-Ionen enthaltende Verbindungen sind A1C13 x 6 H2O, NaAl(SO4)2 x 12 H2O, KAl(SO4)2 mal x 12H2O oder Al2(SO4)3 X 14-18H2O.
Es ist erfindungsge äß weiterhin bevorzugt, dass die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Polymere, vorzugsweise Polymerteilchen, einen Innenbereich, einen den Innenbereich umgebenden Außeribereich sowie einen den Außenbereich umgebenden Oberflächenbereich aufweisen, wobei der Außeribereich einen höheren Vemetzungsgrad als der Innenbereich aufweist, so dass sich vorzugsweise eine Kem-Schale-Struktur ausbildet. Es ist in diesem Zusammenhang weiterhin bevorzugt, dass der Radius des Außeribereiches mindestens doppelt so groß ist wie der Radius des Innenbereiches. Die erhöhte Vernetzung im Oberflächenbereich der Polymere, vorzugsweise der Polymerteilchen, wird dabei vor- zugsweise durch Nachvemetzung oberflächennaher, reaktiver Gruppen erreicht. Diese Nachvemetzung kann thermisch, photochemisch oder chemisch erfolgen. Als Nachvemetzer für die chemische Nachvemetzung sind dabei die Verbindungen bevorzugt, die als Vemetzer (α3) der Vernetzerklassen II und IV genannt wurden. Besonders bevorzugt als Nachvemetzer ist Ethylencarbonat.
Vorzugsweise wird der Nachvemetzer in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 0,3 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten absorbierenden Polymere, zur Nachvemetzung einge- setzt.
Vorzugsweise erfolgt die Nachvemetzung dadurch, dass ein Nachvemetzungsfluid umfassend ein Lösemittel, vorzugsweise Wasser, mit Wasser mischbare organische Lösemittel wie etwa Methanol oder Ethanol oder Mischlingen aus mindes- tens zwei davon, sowie den Nachvemetzer mit dem Außenbereich der Polymere, vorzugsweise der Polymerteilchen, bei einer Temperatur in einem Bereich von 30 bis 300°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 200°C in Kontakt gebracht werden. Das in Kontakt bringen erfolgt dabei vorzugsweise durch Aufsprühen des Nachvemetzungsfluids auf die Polymere und anschließendes Mischen der mit dem Nachvemetzungsfluid in Kontakt gebrachten Polymere. Dabei ist der Nachvemetzer in dem Nachvemetzungsfluid vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Nachvemetzungsfluids, enthalten. Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Nachver- netzungsfluid in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht der Polymere, mit den Polymeren in Kontakt gebracht wird.
Die wie vorstehend beschrieben nachvernetzten absorbierenden Polymere, vorzugsweise Polymerteilchen, werden als „nachvernetzte Polymere" bzw. „nachver- netzte Polymerteilchen" bezeichnet. In einer anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Außenbereich der nachvemetzten Polymere, vorzugsweise Polymerteilchen, mit einer Verbindung enthalten ein Al3+-Ion in Kontakt gebracht. Bezüglich der Verbindung enthalten ein Al3+-Ion wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Femer ist es bevorzugt, dass die Verbindung enthalten ein Al3+-Ion genauso wie die anderen vorstehend beschriebenen Nachvemetzer in einem Fluid auf das absorbierende Polymer aufgebracht und anschließend ebenso thermisch behandelt wird.
Die nachvemetzten Polymere, vorzugsweise Polymerteilchen, weisen mindestens eine, vorzugsweise jede, der nachfolgenden Eigenschaften auf: (Nl) einen gemäß ERT 441.1-99 bestimmten CRC-Wert in einem Bereich von 20 bis 40 g/g, besonders bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 35 g/g; (N2) einen gemäß ERT 442.1 -99 bei einem Druck von 0,3 psi bestimmten AAP- Wert in einem Bereich von 20 bis 35 g/g, besonders bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 30 g/g; (N3) einen gemäß ERT 442.1 -99 bei einem Druck von 0,7 psi bestimmten AAP- Wert in einem Bereich von 20 bis 27 g/g, besonders bevorzugt in einem Bereich von 22 bis 25 g/g.
Mit Hilfe des besonderen Trocknungsverfahrens werden absorbierende Polymere mit besonders gleichmäßigen physikalisch-chemischen Eigenschaften hergestellt. Das Trocknungsverfahren erlaubt eine effiziente Herstellung von absorbierenden Polymeren. Die nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erhältlichen erfindungsgemäßen absorbierenden Polymere zeichnen sich durch besonders gleichmäßige physikalisch-chemische Eigenschaften aus.
Die Erfindung betrifft auch einen Verbund umfassend die erfindungsgemäßen, absorbierenden Polymere sowie ein Substrat. Es ist bevorzugt, dass die erfin- dungsgemäßen, absorbierenden Polymere und das Substrat miteinander fest verbunden sind. Als Substrate sind Folien aus Polymeren, wie beispielsweise aus Polyethylen, Polypropylen oder Polyamid, Metalle, Vliese, Fluff, Tissues, Gewebe, natürliche oder synthetische Fasern, oder andere Schäume bevorzugt.
Erfindungsgemäss sind als Verbund Dichtmaterialien, Kabel, absorbierende Gores sowie diese enthaltende Windeln und Hygieneartikel, vorzugsweise Damenbinden, besonders bevorzugt.
Wenn es sich bei dem Verbund um einen Core beinhaltend das absorbierende Polymer sowie ein Fasermaterial handelt, so ist absorbierende Polymer vorzugsweise in einer Menge im Bereich von 10 bis 90, bevorzugt von 20 bis 80 und besonders bevorzugt von 40 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Core, eingearbeitet. In einer Ausführungsform des Gores ist das absorbierende Polymer als Teilchen in das Core eingearbeitet. Dabei können die Polymerteilchen homogen im Fasermaterial verteilt sein, sie können lagig zwischen dem Fasermaterial eingebracht sein oder die Konzentration der absorbierenden Polymerteilchen kann innerhalb des Fasermaterials einen Gradienten aufweisen. In einer anderen Ausführungsform des Gores ist das absorbierende Polymer als Faser in das Core eingearbeitet. Hinsichtlich der genauen Beschaffenheit und Struktur des absorbierenden Gores wird auf die diesbezüglichen Ausführungen in der US 5,562,646 verwiesen, die hiermit als Referenz eingeführt und somit als Teil der Offenbarung gilt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbunds, wobei ein erfindungsgemäßes absorbierendes Polymer, vorzugsweise ein Polymergebilde, und ein Substrat und ggf. ein geeignetes Hilfsmittel miteinander in Kontakt gebracht werden. Das in Kontakt bringen erfolgt, insbesondere wenn es sich bei dem Verbund um ein Core handelt, vorzugsweise durch Wetlaid- und Airlaid- Verfahren, Kompaktieren, Extrudieren und Mischen.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verbund, der durch das vorstehende Verfahren erhältlich ist. Femer betrifft die Erfindung chemische Produkte, insbesondere Schäume, Formkörper, Fasem, Folien, Filme, Kabel, Dichtungsmaterialien, flüssigkeitsaufheh- mende Hygieneartikel, beispielsweise Windeln und Damenbinden, Träger für pflanzen- oder pilzwachstumsregulierende Mittel oder Pflanzenschutzwirkstoffen, Zusätze für Baustoffe, Verpackungsmaterialien oder Bodenzusätze, die das erfin- dungsgemäße absorbierende Polymer oder den vorstehend beschriebenen Verbund beinhalten.
Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen absor- bierenden Polymers oder des zuvor beschriebenen Verbunds in chemischen Produkten, insbesondere in Schäumen, Formkörpern, Fasem, Folien, Filmen, Kabeln, Dichtungsmaterialien, flüssigkeitsaufnehmenden Hygieneartikeln, beispielsweise Windeln und Damenbinden, in Trägem für pflanzen- oder pilzwachstumsregulierende Mittel oder Pflanzenschutzwirkstoffen, Zusätzen für Baustoffe, Verpa- ckungsmaterialien oder Bodenzusätzen.
Bei der Verwendung als Trägem für pflanzen- oder pilzwachstumsregulierende Mittel oder für Pflanzenschutzwirkstoffe ist es bevorzugt, dass die pflanzen- oder pilzwachstumsregulierenden Mittel oder die Pflanzenschutzwirkstoffe über einen durch den Träger kontrollierten Zeitraum abgegeben werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung eines Polymers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst eine Zerkleinerungseinrichtung zur Zerkleinerung des ungetrockneten Polymers zu einem Gelgranulat, eine Auflockerungseinrichtung zur Auflockerung für das Gelgranulat und eine Trocknungseinrichtung für das Gelgranulat, wobei die Zerkleinerungseinheit, die Auflockerungseinheit und die Trocknungseinheit miteinander in kommunizierender Verbindung stehen. Mit Hilfe der Zerkleinerungseinrichtung wird das unge- trocknete polymerisierte Polymer zerkleinert. Mit der Auflockerungseinrichtung wird die Schüttdichte des zerkleinerten Polymers, insbesondere des Gelgranulates, um mindestens 1, vorzugsweise mindestens 5, noch mehr bevorzugt mindestens 10, darüber hinaus bevorzugt mindestens 20 und am meisten bevorzugt um mindestens 30 vermindert. Mit der Trocknimgseinrichtung wird der Wassergehalt des ungetrockneten Gelgranulats reduziert.
Vorteilhafter Weise umfasst die Zerkleinerungseinrichtung eine Schneideinheit, eine Reißeinheit und eine Wölfeinheit. Mit Hilfe der Schneideinheit wird das absorbierende Polymer geschnitten. Mit Hilfe der Reißeinheit wird das polymerisier- te Polymer zerrissen, d. h. auf Zug beansprucht. Mit Hilfe der Wölfeinheit wird das polymerisierte Polymer gequetscht. Durch Kombination dieser drei Zerkleine- rungsarten wird ein besonders vorteilhaft zu trocknendes Gelgranulat erzeugt. Vorteilhafter Weise ist die Auflockerungseinheit eine rotierende Trommel, vorzugsweise ein Trommelrotationsmischer. Mit Hilfe des Trommelrotationsmischers wird die mittlere Schüttgutdichte des Gelgranulats, insbesondere des ungetrockneten Gelgranulats, reduziert. Die Auflockerung bewirkt vorteilhafter Weise ein Spreitverhalten des Gelgranulats.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Polymerisationsvorrichtung, aufweisend einen Monomerlösungsbehälter mit einer Monomerlösungsleitung, - einen Initiatorbehälter mit einer Ihitiatorleitung, einen Polymerisationsbereich, eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung eines Polymers, wobei an einem Eingangsbereich des Polvmerisationsbereichs die Monomerlö- sungsleitung und die Initiatorleitung angebracht sind und an einem Ausgangsbereich die Vorrichtung zur Trocknung eines Polymers angeordnet ist.
Als Monomerlösungsbehälter kommen dem Fachmann bekannte Behälter wie
Kunststoff- oder Stahltanks in Betracht. Gleiches gilt für die Initiatorbehälter. Die Leitungen sind vorzugsweise aus gegenüber den Monomeren oder Initiatoren i- nerten Materialien wie Kunststoff oder Stahl gefertigt. Als Polymerisationsbereich werden vorzugsweise Knet- oder Bandpolymerisationsreaktoren eingesetzt, wobei letztere besonders bevorzugt sind. Aus Bandpolymerisationsreaktoren lassen sich zur Weiterverarbeitung durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignete absorbierende Polymere erhalten. Außerdem erlauben Bandpolymerisationsreaktoren einen kontinuierlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahren. Bei Knetreaktoren werden als Fördermittel Schneckenwellen und bei Bandpolymerisationsreaktoren ein oder mehrere Förderbänder oder hintereinander angeordnete, Monomerlösung und Initiator aufnehmende Formen eingesetzt, wobei ein eine Mulde ausbildendes Förderband bevorzugt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Polymers ist durch ein Spreitverhalten des Gelgranulats nach dem Schritt ii) gekennzeichnet. Das Herstellungsverfahren eines absorbierenden Polymers zeichnet sich durch einen besonders effizienten Trocknungsschritt iii) aus, der eine besonders schonende und gleichmäßige Trocknung des Gelgranulats ermöglicht. Die so erhaltenen absorbierenden Polymere und daraus hergestellte Produkte und Erzeugnisse weisen eine besonders gleichmäßige Produktqualität und konstante physikalisch-chemische Eigenschaften auf.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand der folgenden Zeichnung und Beispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Polymerisationsvorrichtung mit einer Vorrichtun zur Trocknung eines Polymers; und
Fig. 2a - 2f die Vorrichtung zur Bestimmung der Kompressibilitäts- bzw. De- kompressibilitätsindices; dabei zeigt Fig. 2a das zylindrische Gefäß, in welches der Kolben (mit allen Zusatzgewichten) eingeführt wurde (ohne Gelgranulat im Gefäß) in einer Seitenansicht, Fig. 2b zeigt die Scheibe des Kolbens in einer Ansicht von oben, Fig. 2c den gesamten Kolben in einer Seitenansicht, Fig. 2d die im zylind- rischen Gefäß befindlichen Gelpartikel vor dem Einfuhren des Kolbens, Fig. 2e die mit dem Kolben im zylindrischen Gefäß belasteten Gelpartikel, die um die Strecke x komprimiert wurden und Fig. 2f die dekomprimierten Gelpartikel im inneren des zylindri- sehen Gefäßes;
Fig. 3 die Vorgehensweise zur Bestimmung der Querschnittsspreitindex Q und der Spreitzeitkonstante τ; dabei zeigt Fig. 3 a den Pressimg aus Gelpartikeln unmittelbar nach dem Entfernen des zylindrischen Gefäßes von oben und Fig. 3b den „zerlaufenen" Pressung im Querschnitt.
Fig. 4 eine Auftragung eines Messergebnisses zum Kompressionsversuch;
Fig. 5 eine Auftragung eines Messergebnisses zum Dekompressionsver- such;
Fig. 6 eine Darstellung der Leistungsaufhahme der Scheidmühle mit und ohne Auflockerung der Gelpartikel vor dem Trocknen.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Polymerisationsvorrichtung 1 mit einem Polymerisationsbereich 2 angegeben, wobei der Polymerisationsbereich 2 an seinem Ausgangsbereich 3 über eine Verbindungsleitung 4 mit einer Vorrichtung 5 zur Trocknung eines Polymers verbunden ist. Ein Monomerlösungsbehälter 6 ist durch eine Monomerlösungsleitung 7 und ein Initiatorbehälter 8 ist durch eine Initiatorleitung 9 mit einem Eingangsbereich 10 des Polymerisationsbereichs 2 verbunden.
Eine genauere Beschreibung der Figuren 2 bis 6 erfolgt im Zusammenhang mit den Testmethoden und den Beispielen. Testmethoden
ERT-Methode
Bei den ERT-Methoden handelt es sich um die von der EDANA (European Non- woven and Diaper Association) entwickelten Methoden, die hier, sofern nicht anders beschrieben, angewandt werden.
Die Bestimmung des ersten und zweiten Kompressibilitätsindexes Ki bzw. κ2 , die Bestimmung des ersten und zweiten Dekompressibilitätsindexes Ki' bzw. κ ' sowie die Bestimmung des Querschnittsspreitindexes Q und der Spreitzeitkonstante τ wird bei derjenigen Temperatur durchgeführt, welche die Gelpartikel, deren Spreitverhalten bestimmt werden soll, zum Zeitpunkt der Bestimmung des Spreitverhaltens aufweisen. Gelpartikel, bei denen die vorstehend genannten Parameter nicht mittels des nachfolgend beschriebenen Messverfahrens bestimmt werden können, gelten nicht als erfindungsgemäß bevorzugte Gelpartikel.
Erster Ki und zweiter κ2 Kompressibilitätsindex
Die Bestimmung der ersten und zweiten Kompressiblitätsindexes (κι bzw. κ_) erfolgte gemäß der in den Figuren 2a-2g dargestellten Messvorrichtung.
Zur Bestimmung des ersten und zweiten Kompressiblitätsindexes wird ein nach oben offenes zylinderförmiges Gefäß 11 mit einem Volumen von 2 Litern umfas- send einen zylinderförmigen Mantel 12 aus Plexiglas mit einem Außendurchmesser von 120 mm, einem Innendurchmesser von 110 mm, einer Wandstärke von 5 mm und einer inneren Querschnittsfläche von 9.503 mm2 sowie einen kreisförmigen Boden 13 aus Plexiglas mit einem Durchmesser von 130 mm und einer Dicke von 6 mm (siehe Fig. 2a) verwendet. Dabei ist der zylinderförmige Mantel 12 mittig auf dem kreisförmigen Boden 13 befestigt. In das zylinderförmigen Gefäß 11 kann ein Kolben 14 aus Polypropylen aufweisend eine Scheibe 15 mit einer Dicke von 12 mm und einen Stab 16 mit einem Durchmesser von 19,5 mm und einer Länge von 190 mm, der mittig auf der Scheibe 15 befestigt ist (siehe Fig. 2a und 2c), eingeführt werden. Der Durchmes- ser der Scheibe 15 wird so gewählt, dass die Scheibe 15 und somit der Kolben 14 reibungsfrei im zylinderförmigen Gefäß 11 gleiten kann. Die Masse des Kolbens πiKoiben beträgt 190 g. Die Scheibe 15 weist insgesamt 32 Löcher 17 mit einem Durchmesser von 9,5 mm und einer Anordnung, wie sie in Fig. 2b dargestellt ist, auf. Durch die Löcher soll beim Einführen des Kolbens 14 die Luft im zylinder- förmigen Gefäß, die sich unterhalb der Scheibe 15 befindet, entweichen können. Auf der dem Stab 16 äbgewandten Seite der Scheibe 15 ist ein kreisförmiges Sieb 18 aus Edelstahl mit einer Maschenweite von 50 μm und mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser der Scheibe 15 entspricht, mittig angebracht. Das Sieb 18 bildet somit den Boden der Löcher 17 in der Scheibe 15. Das Sieb 18 soll verhin- dem, dass beim Komprimieren des Gelgranulates durch den Kolben 14 Gelmaterial durch die Löcher 17 gedrückt wird. Der Kolben 14 kann mit verschiedenen Zusatzmassen 19 mit der Masse πij beschwert werden. Bei den Zusatzmassen 19 handelt es sich um scheibenförmige Körper aus Stahl mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Dicke zwischen 17 und 50 mm (je nach Masse nii des Zusatz- gewichtes). Die Zusatzmassen weisen weiterhin mittig ein Loch 20 mit einem Durchmesser von 19,5 m auf. Durch dieses Loch 20 ist es möglich, die Zusatzmassen 19 durch Durchführen des Stabes 16 in das Loch 20 auf dem Kolben 14 zu fixieren, wie dies in Abbildung 2a gezeigt ist. Die Gesamtmasse
Figure imgf000032_0001
des Kolbens 14 mit den zusätzlichen Massen 19 soll wählbar zwischen etwa 1 und etwa 6 kg sein. Weiterhin weist die Scheibe 15 des Kolbens 14 vier kleine, zylinderförmige Erhebungen 21 mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Höhe von 10 mm auf, deren Anordnung auf der Scheibe 15 in Fig. 2b gezeigt ist. Durch diese Erhebungen 21 wird verhindert, dass die Zusatzgewichte 19 direkt auf der Scheibe 15 zu liegen kommen (siehe Fig. 2a), da dieses zu einem Verschluss der Löcher 20 fuhren würde mit der Folge, dass beim Einführen des Kolbens 14 in das zylinderförmige Gefäß 11 keine Luft mehr aus dem Gefäß entweichen kann.
Nachdem das zylinderförmige Gef ß 11 sowie der Kolben 14 mitsamt dem ersten, eingesetzten Zusatzgewicht 19 auf die Temperatur der Gelpartikel, deren Spreit- verhalten bestimmt werden soll, vorgewärmt wurden (beispielsweise mittels eines entsprechend temperierten Inkubators), wird das Gefäß 11 bis zu einer mittleren Füllhöhe h von h=150 mm mit dem Gelgranulat 22 eines absorbierenden Polymers, dessen Spreitverhalten bestimmt werden soll, befüllt (siehe Fig. 2d). Unmittelbar nach dem Befallen wird der mit dem jeweiligen Zusatzgewicht 19 bestück- te, vorgewärmte Kolben 14 in das Gefäß 11 eingeführt, bis er auf dem Gelgranulat 22 lastet. Es wird der Zeitpunkt notiert, an dem der Kolben 14 mit seiner Gesamtmasse (Masse des Kolbens + Masse des Zusatzgewichtes) erstmals auf den Gelpartikeln 22 ruht. 15 Sekunden nach diesem Zeitpunkt wird die Kompressionstrecke x (in mm) gemessen (siehe Fig. 2e), um die das Gelgranulat 22 unter der Last des Kolbens 14 zusammengedrückt wird.
Anschließend wird der Kolben 14 und das Gelgranulat 22 aus dem zylinderförmigen Gefäß 11 genommen und das Gefäß 11 sowie der Kolben 14 wird wieder auf die Temperatur der zu untersuchenden Gelpartikel vorgewärmt. Neues Gelgranu- lat wird in das Gefäß 11 bis zu einer mittleren Füllhöhe h von h=150 mm gefüllt und es wird erneut der Kolben 14 mit einer zweiten (im Vergleich zur ersten Gesamtmasse z.B. schwereren) Gesamtmasse vorsichtig in das Gefäß 11 eingeführt und nach 15 Sekunden wiederum die Kompressionstrecke x (in mm) gemessen, um die das Gelgranulat unter der Last des Kolbens 14 zusammengedrückt wurde. In entsprechender Weise werden die jeweiligen Kompressionsstrecken für die restlichen Gesamtmassen bestimmt. Aus der jeweiligen Kompressionstrecke x und der Füllhöhe (150 mm) wird für jede Gesamtmasse eine jeweilige normierte Volumenverringerung in Prozent bestimmt, die durch ΔV/Vo=x/h gegeben ist. Die Normierung bezieht sich somit auf das ursprüngliche, unkomprimierte Volumen Vo. Aus den jeweiligen Gesamtmassen mges und der Innenquerschnittsfläche A' des zylmderförmigen Gefäßes 11 wird der Kompressionsdruck Δp für die jeweili- gen Gesamtmassen durch Δp = mges* 9,8 lm/s2/A bestimmt. Die normierte Volumenverringerung ΔV/No für die unterschiedlichen Gesamtmassen wird in einem Graph gegen den jeweiligen Kompressionsdruck Δp aufgetragen. Es wird eine Regressionsgrade, die mit Hilfe einer linearen Regression bestimmt wird, durch die Werte der normierten Nolumenverringerung gelegt. Die lineare Regression wird für Kompressionsdrücke im Intervall zwischen 1000 Pa und 7000 Pa bestimmt. Die Steigung der Regressionsgeraden ist der zweite Kompressibilitätsindex κ2. Der Offset der Graden ist der erste Kompressibilitätsindex Ki (siehe Fig. 4).
Erster iq' und zweiter κ2' Dekompressibilitätsindex
Der Dekompressionsversuch schließt sich an den Kompressionsversuch an. Es wird die gleiche Messvorrichtung wie bei der Bestimmung der Kompressionsversuche verwendet.
Hierbei wird das Gelgranulat 22 zunächst unter der Last eines Kolbens 14, der eine erste Gesamtmasse aufweist, wie beschrieben komprimiert und anschließend dekomprimiert d.h. entspannt. Dieses geschieht, wenn der Kolben 14 mit der Zusatzmasse m, vom Gelgranulat 22 genommen wird. Durch die so bewirkte Entlastung entspannt sich das komprimierte Gelgranulat um eine Dekompressionstrecke x' (in mm) (siehe Fig. 2f). Dabei wird so vorgegangen, dass das Gelgranulat 22 in das auf die Temperatur des Gelgranulates 22 vorgewärmte Gefäß 11 bis zu einer mittleren Füllhöhe h von 150 mm eingefüllt und unmittelbar nach dem Einfüllen der ebenfalls vorgewärmte Kolben 14 mitsamt dem Zusatzgewicht 19 in das Gefäß 11 eingeführt wird. Nachdem der Kolben 14 für 15 Sekunden auf dem Gelgranulat 22 gelastet hat, wird der Kolben 14 entfernt und weitere 15 Sekunden nach dem Entfernen des Kolbens 14 wird die Dekompressionstrecke x' bestimmt (siehe Fig. 2f). Anschließend wird das Gelgranulat 22 aus dem zylinderförmigen Gefäß 11 genommen, neues Gelgranulat 22 in das erneut vorgewärmte Gefäß 11 bis zu einer mittleren Füllhöhe h von h=150 mm befüllt. Der Kolben 14 wird mit einer zweiten (im Vergleich zur ersten Gesamtmasse z.B. schwereren) Gesamtmasse vorsichtig in das Gefäß 11 eingeführt, so dass das Gelgranulat 22 komprimiert wird. Nach Wegnahme des Kolbens 14 wird das Gelgranulat 22 dekompri- miert und 30 Sekunden nach Wegnahme des Kolbens 14 die zu der zweiten Gesamtmasse korrespondierende Dekompressionstrecke x' (in mm) wird gemessen. In entsprechender Weise werden die jeweiligen Dekompressionstrecken für alle restlichen Gesamtmassen bestimmt. Aus der jeweiligen Dekompressionstrecke wird für die jeweiligen Gesamtmassen jeweils eine normierte Volumenvergröße- rung ΔV'/Ni (Einheiten: Prozent) durch
Figure imgf000035_0001
bestimmt. Die Normalisierung bezieht sich hierbei auf das zuvor vom Kolben 14 komprimierte Volumen Vi. Die normierte Volumenvergrößerung ΔV'/Ni wird gegenüber der Kompressionsdruckentlastung Δp' = mges*9,81m/s2/A in einem Wertebereich zwischen 1000 und 7000 Pa aufgetragen. Durch die Messpunkte wird eine Regressionsgra- de gelegt, die durch lineare Regression bestimmt wird. Der zweite Dekompressibilitätsindex κ2' ist die Steigung der Regressionsgeraden. Der erste Dekompressibilitätsindex Ki' ist der Offset der Geraden (siehe Fig. 5).
Querschnittsspreitindex Q und der Spreitzeitkonstante τ
Der Querschnittsspreitindex Q und die Spreitzeitkonstante τ werden durch einen sogenannten Stülpversuch bestimmt. Hierzu wird eine Norrichtung verwendet, die der im Zusammenhang mit der Bestimmung des Kompressions- bzw. Dekompres- sionsindex beschriebenen Norrichtung entspricht, mit dem Unterschied jedoch, das das zylinderförmige Gefäß 11 keinen kreisförmigen Boden 13 aufweist und somit nach unten offen ist.
Zur Bestimmung des Querschnittsspreitindex Q und der Spreitzeitkonstante τ wird das zylindrischen Gefäß 11 auf eine glatte Substratplatte 24 aus Polypropy- len gestellt, so dass diese Substratplatte 24 den Boden des zylindrischen Gefäßes 11 bildet. Das zylindrische Gefäß 11 und die Substratplatte 24 wurden zuvor auf die Temperatur der Gelpartikel, deren Spreitverhalten bestimmt werden soll, vorgewärmt. Anschließend werden die Gelpartikel bis zu einer mittleren Füllhöhe von 150 mm in das zylindrische Gefäß 11 eingefüllt und unmittelbar danach wird der ebenfalls vorgewärmte Kolben 14 mitsamt einem ersten, ebenfalls vorgewärmten Zusatzgewicht 19 auf die Gelpartikel gestellt. 30 Sekunden später wird der Kolben 14 aus dem zylindrischen Gefäß 11 entfernt und das zylindrische Gefäß 11 hochgehoben, so dass auf der Substratplatte 24 ein zylinderförmiger Pressung 23 aus Gelpartikeln zurückbleibt (siehe Fig. 3 a).
Bei diesem Versuch zeigt sich das Spreitverhalten darin, dass der Pressung 23, sobald das zylindrische Gefäß 11 hochgehoben wurde, nicht mehr in Form gehalten wird, sich über einen vergleichsweise großen Bereich auf der Substratplatte 24 verteilt (siehe Fig. 3b). Die Verteilung des Gelgranulats in der Ebene dauert einige Sekunden an. Das Spreitverhalten des Gelgranulats oder des aufgelockerten Gelgranulats wird durch eine Spreitzeitkonstante % bestimmt. Die Spreitzeitkonstante τ ist durch die Zeit bestimmt, die verstreicht, bis das zu einem zylindrischen Pressung geformte Gelgranulat seine Spreitbewegung beendet, nachdem der Pressung nicht mehr in Form gehalten wird. Der Querschnittsspreitindex wird bestimmt, indem nach Beendigung der Spreitbewegung (die Spreitbewegung ist beendet, wenn an einem beliebigen Randpunkt des gespreiteten Presslings innerhalb eines Zeitintervalls von 30 Sekunden mit dem Auge kein weiteres Spreiten mehr zu erkennen ist) die Fläche bestimmt wird, die von dem Gelgranulat bedeckt wird (= F'). Dabei ist der Querschnittsspreitindex wie folgt definiert: Q = F7F, wobei F die Querschnittsfläche des Presslings vor dem Hochheben des zylindrischen Gefäßes 1 ist (F=9.503 mm2). Vergleichsbeispiel
Ansatz (Angaben in Kg) für Zulauf 1 : 4000,0 Wasser 2030,0 Natronlauge 50%ig 2610,0 Acrylsäure 105,0 Methoxypolyethylenglykol(17 EO)-methacrylat 15.7 Polyethylenglykol(10 EO)-allyletheracrylat 8760,7 Monomerlösung für Zulauf 1
400 kg/h dieser Monomerlösung werden in einem Wärmetauscher auf 1°C abgekühlt und in einem mit 3 m3 h Stickstoff durchströmten Stripper vom gelösten Sauerstoff bis auf einen Restgehalt von 0,9 ppm befreit. Mit diesem Zulauf 1 werden vor der Aufgabe auf das Polymersationsband die folgenden Lösungsmengen vermischt:
Zulauf 2: 8,81/h atriumρeroxodisulfat-Lösung 0,75%ig Zulauf 3: 8,8 l/h 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidin)-dihydrochlorid Zulauf 4: 8,8 1/h Wasserstof peroxidlösung 0,5%ig Zulauf 5 : 8,8 1h Ascorbinsäurelösung 0,075%ig
Zulauf 6: 10 kg/h einer Lösung von 15 kg Polyethylenglycol-400-dimethacrylat in 200 kg Wasser.
Nach einer Verweilzeit von 40 min. wird das feste, noch heiße Polymergel mit einem Fleischwolf bis zu einer Gelpartikelgröße in einem Bereich von 150-3.000 μm zerkleinert (=Vorzerkleinerung) und auf einem Bandtrockner in Zone 1 und 2 mit 160°C, Zone 3 mit 140°C und Zone 4 und 5 mit 130°C Zulufttemperatur getrocknet. Anschließend wird das getrocknete Gelgranulat auf einer dem Bandtrockner nachgeschalteten Schneidmühle gemahlen,. Die Leistungsaufi ahme der Schneidmühle während des Zermahlens ist in dem in der Figur 6 abgebildeten Diagramm zu erkennen (siehe rechte Hälfte des Diagramms in der Figur 6: Leistungsaufnahme „ohne Gelauflockerung").
Beispiel 1
Das Vergleichsbeispiel wird wiederholt. Nach der Gelzerkleinerung und vor dem Trocknen auf dem Bandtrockner werden die Gelpartikel in einer Trommel (Länge: 300 cm, Durchmesser: 80 cm), welche sich mit einer Geschwindigkeit von 7,1 Umdrehungen pro Minute um die Längsachse dreht, etwa 2 bis 3 Minuten aufge- lockert. Anschließend erfolgt das Trocknen und Mahlen des Gels, wie es im Vergleichsbeispiel beschrieben wurde. Die Leistungsaufnahme der Schneidmühle während des Zermahlen ist in dem in der Figur 6 abgebildeten Diagramm zu erkennen (siehe linke Hälfte des Diagramms in der Figur 6: Leistungsaufnahme „mit Gelauflockerung").
Der Abbildung 6 ist zu entnehmen, dass das Auflockern der Gelpartikel vor dem Trocknen zu einer erkennbaren Verringerung der Leistungsaufnahme der Schneidmühle, mit der die getrockneten Gelpartikel zermahlen werden, führt.
Beispiel 2
Bei dem im Beispiel 1 nach der Auflockerung und vor dem Trocknen erhaltenen Gelpartikeln, die eine Temperatur von 62°C aufwiesen, wurde das Spreitverhalten bestimmt.
Kompressions- und Dekompressionsverhalten:
In dem Kompression-/Dekompressionsversuchen erkennt man, dass die Kompres- sionsbewegung stärker ist als die Dekompressionsbewegung, d.h. die Kompressionstrecke x vom Betrag her größer ist als die Dekompressionstrecke x1. In der nachfolgenden Tabelle 1 werden jeweils zwei experimentell erhalte Werte für eine ursprüngliche Füllhöhe h = 150 mm dargestellt:
Tabelle 1
i)
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Querschnittsspreitindexes Q und Spreitzeitkonstante τ
Die Ergebnisse eines Versuches zur Bestimmung des Querschnittsspreitindexes sowie zur Bestimmung der Spreitzeitkonstante τ der so aufgelockerten Gelpartikel sind in der folgenden Tabelle 2 dargestellt. Neben der Fläche F' wurde auch die mittlere Höhe h' des Presslings nach Beendigung der Spreitbewegung bestimmt. Die Bestimmung der Spreitfläche erfolgte dabei unter Verwendung von kariertem Papier, welches unter die durchsichtige Substratplatte gelegt wurde.
Tabelle 2
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Figure imgf000040_0001
In Fig. 4 ist die normierte Volumenverringerung auf Grund der Kompression gegenüber dem Kompressionsdruck aufgetragen. Eine Regressionsgerade wurde durch die Messpunkte gelegt. Die Steigung der Geraden beträgt 4,12* 10"5 Pa"1. Der Offset der Geraden beträgt 21%.
In Fig. 5 ist die normierte Volumenvergrößerung gegenüber dem Dekompressi- onsdruck aufgetragen. Es wurde eine Regressionsgerade durch die Messwerte gelegt. Die Steigung der Geraden beträgt 5,9* 10"5 Pa _1; der Offset der Geraden beträgt 6,4%. Man erkennt, dass die Dekompression, d. h. nach Entfernung des Kolbens 11 mit den Zusatzmassen 19, weniger stark ist als die Kompression. Ins- besondere unterscheidet sich die Kompression von der Dekompression durch unterschiedliche Offsets, wohingegen die Steigungen der Regressionsgeraden innerhalb des Messfehlers gleich sind.
Fig. 6 zeigt die Leistungsaufnahme der Scheidmühle mit und ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, also mit und ohne Auflockerung der Gelpartikel. Die Scheidmühle ist der Vorrichtung zur Trocknung 5 nachgeschaltet und dient der Zerkleinerung des getrockneten Polymers. Die dem Bandtrockner nachgeschaltete Schneidmühle zeigt als Zeichen einer homogenen Trocknung als Folge der vor der Trocknung durchgeführten Auflockerung eine gleichmäßige Strom- bzw. Leistungsaufnahme.
Bezugszeichenliste
1 Polymerisationsvorrichtung
2 Polymerisationsbereich
3 Ausgangsbereich
4 Verbindungsleitung
5 Vorrichtung zur Trocknung
6 Monomerlösungsleitung
7 Monomerlösungsbehälter
8 Initiatorbehälter
9 Initiatorleitung
10 Eingangsbereich
11 zylinderförmiges Gefäß
12 zylinderförmiger Mantel
13 kreisförmiger Boden
14 Kolben
15 Scheibe
16 Stab
17 Löcher in der Scheibe 15
18 Sieb mit einer Maschenweite von 50 μm
19 Zusatzmassen
20 Loch in den Zusatzmassen
21 Erhebungen
22 Gelgranulat
23 Pressung aus Gelgranulat
d Innendurchmesser des zylinderförmigen Gefäßes 11 d' Außendurchmesser des Kolbens 14 A' Ihnenquerschnittsfläche des Kolbens 14 x Kompressionstrecke x' Dekompressionstrecke h Füllhöhe des Gelgranulats 22 im Gefäß 11 vor dem Kompressionsversuch h' Endfüllhöhe des Gelgranulats 22 im Gefäß 11 1 nach Dekompressionsver- such F Querschnittsfläche des Presslings F' Fläche des „zerflossenen" Presslings auf der Substratplatte nach Spreiten

Claims

Patentansprüche
1. Ein Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Polymers, umfassend die Verfahrensschritte i) Polymerisation einer wässrigen Monomerlösung unter Erhalt eines Polymergeis, ii) Zerkleinem des Polymergeis unter Erhalt eines Gelgranulates, iii) Trocknen des Gelgranulates, wobei das Gelgranulat nach Schritt ii) ein gemäß der hierin beschriebenen Testmethoden bestimmtes Spreitverhalten zeigt.
2. Verfahren nach Ansprach 1, wobei das Polymergel nach dem Zerkleinem im Schritt ii) in Form des nach dem Zerkleinem erhaltenen Gelgranulates und noch vor dem Beginn des Trocknungsschrittes iii) mechanisch aufgelockert und ein aufgelockertes Gelgranulat wird erhalten, wobei das aufgelockerte Gelgranulat ein gemäß der hierin beschriebenen Testmethoden bestimmtes Spreitverhalten zeigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Spreitverhalten des Gelgranulats nach Schritt ii) durch mindestens eines, vorzugsweise jedes, der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist: (δl) ein erster Kompressibilitätsindex Ki des Gelgranulats liegt zwischen 10 % und 40 %, insbesondere zwischen 15 % und 30 %, besonders bevorzugt zwischen 18 % und 25 %; (δ2) ein zweiter Kompressibilitätsindex κ2 des Gelgranulats liegt zwischen 3*10"5 Pa"1 und 6*10"5 Pa"1, insbesondere zwischen 3,5 *10"5 Pa"1 und 5*10"5 Pa"1, besonders bevorzugt zwischen 3,9*10"5 Pa"1 und 4,3*10"5 Pa"1; (δ3) ein erster Dekompressibilitätsindex i' des Gelgranulats liegt zwi¬ schen 3 % und 15 %, insbesondere zwischen 4 % und 10 %, besonders bevorzugt zwischen 5 % und 8 %; (δ4) ein zweiter Dekompressibilitätsindex κ2' des Gelgranulats liegt zwi- sehen 3*10"5 Pa 1 und 7*10"5 Pa"1, insbesondere zwischen 4*10"5 Pa"1 und 8*10"5 Pa"1, besonders bevorzugt zwischen 5*10"5Pa_1 und 6,5*10" 'Pa 1.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spreit- verhalten des Gelgranulats oder des aufgelockerten Gelgranulats nach Schritt ii) durch einen bei einer Belastung mit einer Gesamtmasse von 1.185 g bestimmten Querschnittsspreitindex Q von mindestens 3 gekennzeichnet ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Spreitverhalten des Gelgranulats oder des aufgelockerten Gelgranulats nach Schritt ii) durch eine bei einer Belastung mit einer Gesamtmasse von 6.185 g bestimmte Spreitzeitkonstante τ von mindestens 2 s, insbesondere mindestens 4 s, vorzugsweise mindestens 6 s bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Dichte des ungetrockneten Gelgranulats nach Schritt ii) kleiner als 0,7 g/cm3, insbesondere kleiner als 0.6 g/cm3, vorzugsweise kleiner als 0.55 g/cm3 beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gelgranulat im Schritt ii) einer mindestens dreistufigen Zerkleinerung mit einer Schneideinheit, einer Reißeinheit und einer Wolfeinheit unterworfen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gelgranu- lat zu mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gelgranulat, ein absorbierendes Polymer beinhaltet, das auf (αl) 0,1 bis 99,999 Gew.-% polymerisierten, ethylenisch ungesättigten, säuregrappenhaltigen Monomeren oder deren Salze oder polymerisierten, ethylenisch ungesättigten, einen protonierten oder quarternierten Stickstoff beinhaltenden Monomeren, oder deren Mischungen, (α2) 0 bis 70 Gew.-% polymerisierten, ethylenisch ungesättigten, mit (αl) copolymerisierbaren Monomeren, (α3) 0,001 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer Vemetzer, (α4) 0 bis 30 Gew.-% wasserlöslichen Polymeren, sowie (α5) 0 bis 20 Gew.-% eines oder mehrere Hilfsstoffe, jeweils bezogen auf das trockene absorbierende Polymer, basiert, wobei die Summe der Gewichtsmengen (αl) bis (α5) 100 Gew.-% beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das getrocknete Gelgranulat mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist: (φl) die maximale Aufnahme von 0.9 Gew.-%er wässriger NaCl-Lösung liegt in einem Bereich von 10 bis 1000 g/g SAP Granulat, (φ2) der mit 0.9 Gew.-%er wässriger NaCl-Lösung extrahierbare Anteil beträgt weniger als 30, bezogen auf das SAP Granulat, (φ3) die Schüttdichte liegt im Bereich von 300 bis 1000 g/1, (φ4) der pH- Wert von 1 g des SAP Granulats in 1 1 Wasser liegt im Bereich von 4 bis 10, (φ5) der CRC-Wert liegt im Bereich von 10 bis 100 g/g. (φ6) der AAP-Wert bei einem Druck von 0,3 psi liegt im Bereich von 10 bis 60 g/g.
10. Absorbierendes Polymerteilchen erhältlich nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Verbund, beinhaltend ein absorbierendes Polymer nach Ansprach 10 und ein Substrat.
12. Verfahren zur Herstellung eines Verbundes, wobei ein absorbierendes Polymer nach Anspruch 10 und ein Substrat und gegebenenfalls ein Hilfsmittel miteinander in Kontakt gebracht werden.
13. Chemische Produkte, beinhaltend das absorbierende Polymer nach Anspruch 10 oder den Verbund nach Anspruch 11.
14. Verwendung des absorbierenden Polymers nach Anspruch 10 oder des Ver- bundes nach Anspruch 11 in chemischen Produkten.
15. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahrensschritte iϊ) und iii) des Verfahrens, wie in den Ansprüchen 1 bis 9 definiert, umfassend eine Zerkleinerungseinrichtung zur Zerkleinerung des ungetrockneten Polymers zu einem Gelgranulat, eine Auflockerungseinrichtung zur Auflockerung für das Gelgranulat und eine Trocknungseinrichtung für das Gelgranulat, wobei die Zerkleinerungseinheit, die Auflockerungseinheit und die Trocknungseinheit mit einander in kommunizierender Verbindung stehen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Zerkleinerungseinrichtung eine Schneideinheit, eine Reißeinheit und einen Wölfeinheit umfasst.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Auflockerungseinrichtung eine rotierende Trommel ist.
18. Polymerisationsvorrichtung, aufweisend einen Monomerlösungsbehälter (11) mit einer Monomerlösungsleitung (12), einen Initiatorbehälter (13) mit einer -hitiatorleitung (14), - einen Polymerisationsbereich (15), eine Vorrichtung (16) zur Durchführung der Verfahrensschritte ii) und iii) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei an einem Eingangsbereich (9) des Polymerisationsbereichs (15) die Monomerlösungsleitung (11) und die lhitiatorleitung (14) angebracht sind und an einem Ausgangsbereich (10) die Vorrichtung (16) zur Durchfüh- rang der Verfahrensschritte ii) und iii) angeordnet ist.
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