專利名稱：用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功能高分子聚合物的改性工藝和設(shè)備，尤其是涉及一種應(yīng)用超臨界流體改善丙烯酸—丙稀酰胺類高吸水性樹脂吸水性能的工藝及系統(tǒng)。
高吸水性樹脂(superabsorbent resin，簡稱SAR)又稱為超強(qiáng)吸水劑(superabsorbentpolymer，簡稱SAP)，是近年來迅速發(fā)展起來的一類新型功能高分子材料。它不溶于水，也不溶于有機(jī)溶劑，與傳統(tǒng)吸水材料如海綿、纖維素、硅膠相比，高吸水性樹脂具有吸水量高，可達(dá)到自重的千倍以上，而且保水性強(qiáng)，即使在受壓下也不易失水等獨(dú)特的性能。高吸水性樹脂的吸水主要依靠低交聯(lián)度親水性三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的作用，在初始階段高分子網(wǎng)絡(luò)依賴親水基的作用吸水舒展，進(jìn)而基團(tuán)上的陽離子電離產(chǎn)生網(wǎng)內(nèi)外離子濃度差，在之后的過程中滲透壓是主要的吸水推動力。
國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了多種制備SAP的方法，并且開始大量應(yīng)用于生產(chǎn)當(dāng)中，創(chuàng)造了巨額的生產(chǎn)價值。但是，所有這些制備方法幾乎都限于對聚合方法的改進(jìn)以及對傳統(tǒng)的丙稀酸聚合物配方的部分改變。對于已經(jīng)生產(chǎn)好的粗產(chǎn)品并沒有一種有效的再加工的方法，使得粗產(chǎn)品更好的發(fā)揮其吸水性能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝，其特征在于該工藝以CO2為超臨界流體，經(jīng)凈化干燥器后流經(jīng)低溫浴槽，再經(jīng)高壓泵加壓打入熱交換器，然后進(jìn)入由耐高壓不銹鋼材料制成的超臨界處理器，在超臨界處理器壓力超過安全范圍50MPa時自動卸壓，其工藝步驟依次為(1)調(diào)試超臨界設(shè)備先將超臨界處理器溫度調(diào)節(jié)到(30～60)℃的工藝條件下，系統(tǒng)穩(wěn)定后打開冷卻循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)檢測到CO2鋼瓶出口壓為(4.5-6)MPa時，將樣品放入超臨界處理器A中，并密封好處理器A的封頭，打開其底部排氣閥，將CO2氣體通入處理器A中，待排氣閥排出CO2氣體并冷卻后，關(guān)閉排氣閥；
(2)超臨界CO2處理待冷卻系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定的溫度(-10～4)℃，將CO2氣體通入管路中，并打開泵開始加壓，當(dāng)超臨界處理器A壓力達(dá)到(10～35)MPa后停止加壓，并關(guān)閉處理器A入口閥，在整個處理過程中維持的壓力范圍為±5MPa；(3)卸壓取樣樣品處理結(jié)束時，維持超臨界處理器A溫度為(30～60)℃，開始卸壓，平均卸壓速率為(2～10)MPa/10min，卸壓完畢，打開處理器A頂部封頭，取出內(nèi)桶，將樹脂儲存。
在上述工藝方法中，步驟(3)可采用由超臨界處理器A和處理器B組成的兩段式卸壓方式，首先在超臨界處理器A入口閥關(guān)閉的情況下，打開超臨界處理器A和處理器B之間的閥門，使得處理器A壓力緩慢下降直到處理器A、B壓力平衡為止，然后關(guān)閉處理器A、B之間的閥門，同時打開處理器A底部排氣閥和處理器A頂部排氣閥進(jìn)行卸壓，并控制卸壓速率為(2～10)MPa/10min，卸壓完畢，打開處理器A頂部封頭，取出內(nèi)桶，將樹脂儲存。
一種采用上述用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝系統(tǒng)，該工藝系統(tǒng)主要包括CO2氣瓶1、低溫浴箱3、高壓泵4、熱交換5、溫度控制儀7，其特征在于該系統(tǒng)中設(shè)有一個凈化干燥器2，凈化干燥器通過管道與CO2氣瓶1和低溫浴箱3相連；該系統(tǒng)中還設(shè)有一個超臨界處理器A6，超臨界處理器A6與熱交換器5及溫度控制儀7通過管道相連，其上部設(shè)有一個可控制卸壓速率的減壓閥9。
在上述工藝方法中，當(dāng)步驟(3)采用由超臨界處理器A和處理器B組成的兩段式卸壓方式時，其工藝系統(tǒng)中設(shè)有一個凈化干燥器2，凈化干燥器通過管道與CO2氣瓶1和低溫浴箱3相連；該系統(tǒng)中還設(shè)有一個超臨界處理器A6和一個超臨界處理器B11，超臨界處理器A6與熱交換器5、溫度控制儀7通過管道相連，其上部設(shè)有一個可控制卸壓速率的減壓閥9；超臨界處理器B11與熱交換器10、溫度控制儀12及減壓閥9通過管道相連。
在上述工藝方法中，所述的高吸水性樹脂聚合物為以丙烯酸—丙烯酰胺類高吸水性聚合物及其接枝聚合或其他衍生聚合物；所述的超臨界CO2流體壓力為(8～35)Mpa，溫度為(30～60)℃；所述的聚合物粒徑為(20～200)目，所述的聚合物處理時間為(1～5)小時。
利用本發(fā)明的工藝方法及系統(tǒng)可有效改善高吸水性樹脂的吸水性能，經(jīng)過改性后的高吸水聚合物顆粒，在吸水速率上比改性以前有了較大提高，尤其是在吸水剛開始進(jìn)行的5分鐘以內(nèi)，吸水倍數(shù)明顯增大。例如，對(40～60)目某種SAP處理3小時后，樹脂顆粒在吸水后1分鐘時的吸水倍數(shù)達(dá)到50g水/g干樹脂，吸水速率是處理以前聚合物的2倍。這對于要求短時間內(nèi)高吸水性樹脂有較好吸水速率特性的產(chǎn)品有著十分重要的意義，例如醫(yī)用吸水劑、婦女衛(wèi)生用品、尿不濕產(chǎn)品，以及其他需要特殊快速吸水性能聚合物的生產(chǎn)、醫(yī)療、日常生活、科研等領(lǐng)域。并且超臨界CO2是一種無毒、無害的、不燃燒的綠色環(huán)境友好流體，可以回收循環(huán)使用，不會對環(huán)境造成任何影響。本工藝方法對于高吸水性聚合物的高端產(chǎn)品即高品質(zhì)產(chǎn)品有著廣闊的應(yīng)用前景，可以直接應(yīng)用于優(yōu)越吸水性能新產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。


圖1為本發(fā)明的超臨界CO2處理高吸水性樹脂裝置流程簡圖。
圖2為本發(fā)明的超臨界CO2處理高吸水性樹脂裝置流程簡圖。
下面通過實施例具體說明本發(fā)明的實施步驟實施例1在處理之前，先將處理器溫度調(diào)節(jié)到60℃，直到系統(tǒng)穩(wěn)定。打開冷卻循環(huán)系統(tǒng)。檢測CO2鋼瓶出口壓力高于5MPa。將1kg樣品顆粒(粒徑40～60目)放入處理器A中，并密封好處理器A的封頭。打開器A底部排氣閥，將CO2氣體通入A器中，以排除空氣。待排氣閥排出CO2氣體并冷卻后，關(guān)閉排氣閥。待冷卻系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定的溫度(4℃)，將CO2氣體通入管路中，并打開泵開始加壓。當(dāng)處理器A壓力達(dá)到35MPa后停止加壓，并關(guān)閉處理器A入口閥。在整個處理過程中維持的壓力范圍±5MPa。3小時后，停止泵及冷卻系統(tǒng)電源。維持處理器溫度40℃卸壓。首先，在處理器A入口閥關(guān)閉的情況下，打開A、B處理器之間的閥門，并控制卸壓速率，使得A處理器壓力緩慢下降直到A、B處理器壓力平衡為止。接下來，關(guān)閉A、B處理器之間的閥門，同時打開處理器A底部排氣閥和處理器A頂部排氣閥進(jìn)行卸壓，并控制卸壓速率(3～6MPa/10min)。卸壓完畢，打開處理器A頂部封頭，取出內(nèi)桶，將樹脂儲存。B處理器CO2氣體可在下次處理時打入A處理器循環(huán)使用，或用鋼瓶收集。
實施例2先將處理器溫度調(diào)節(jié)到40℃，直到系統(tǒng)穩(wěn)定。打開冷卻循環(huán)系統(tǒng)。檢測CO2鋼瓶出口壓力高于5MPa。將1kg樣品顆粒(粒徑80～100目)放入處理器A中，并密封好處理器A的封頭。打開處理器A底部排氣閥，將CO2氣體通入A處理器中，以排除空氣。待排氣閥排出CO2氣體并冷卻后，關(guān)閉排氣閥。待冷卻系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定的溫度(4℃)，將CO2氣體通入管路中，并打開泵開始加壓。當(dāng)處理器A壓力達(dá)到20MPa后停止加壓，并關(guān)閉處理器A入口閥。在整個處理過程中維持的壓力范圍±5MPa。5小時后，停止泵及冷卻系統(tǒng)電源。維持處理器溫度40℃卸壓。打開處理器A底部排氣閥和處理器A頂部排氣閥進(jìn)行卸壓，并控制卸壓速率(3～6MPa/10min)。卸壓完畢，打開處理器A頂部封頭，取出內(nèi)桶，將樹脂儲存。
實施例3先將處理處理器溫度調(diào)節(jié)到35℃，直到系統(tǒng)穩(wěn)定。打開冷卻循環(huán)系統(tǒng)。檢測CO2鋼瓶出口壓力高于5MPa。將1kg樣品顆粒(粒徑100～120目)放入處理器A中，并密封好處理處理器A的封頭。打開處理器A底部排氣閥，將CO2氣體通入A處理器中，以排除空氣。待排氣閥排出CO2氣體并冷卻后，關(guān)閉排氣閥。待冷卻系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定的溫度(4℃)，將CO2氣體通入管路中，并打開泵開始加壓。當(dāng)處理器A壓力達(dá)到10MPa后停止加壓，并關(guān)閉處理器A入口閥。在整個處理過程中維持的壓力范圍±5MPa。2小時后，停止泵及冷卻系統(tǒng)電源。維持處理器溫度35℃卸壓。打開處理器A底部排氣閥和處理器A頂部排氣閥進(jìn)行卸壓，并控制卸壓速率(6～10MPa/10min)。卸壓完畢，打開處理器A頂部封頭，取出內(nèi)桶，將樹脂儲存。
權(quán)利要求
1.一種用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝，其特征在于該工藝以CO2為超臨界流體，樣品經(jīng)凈化干燥器后流經(jīng)低溫浴槽，再經(jīng)高壓泵加壓打入熱交換器，然后進(jìn)入由耐高壓不銹鋼材料制成的超臨界處理器，在超臨界處理器壓力超過安全范圍50MPa時自動卸壓，其工藝步驟依次為(1)調(diào)試超臨界設(shè)備先將超臨界處理器溫度調(diào)節(jié)到(30～60)℃的工藝條件下，系統(tǒng)穩(wěn)定后打開冷卻循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)檢測到CO2鋼瓶出口壓為(4.5-6)MPa時，將樣品放入超臨界處理器A中，并密封好處理器A的封頭，打開其底部排氣閥，將CO2氣體通入處理器A中，待排氣閥排出CO2氣體并冷卻后，關(guān)閉排氣閥；(2)超臨界CO2處理待冷卻系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定的溫度(-10～4)℃，將CO2氣體通入管路中，并打開泵開始加壓，當(dāng)超臨界處理器A壓力達(dá)到(10～35)MPa后停止加壓，并關(guān)閉處理器A入口閥，在整個處理過程中維持的壓力范圍為±5MPa；(3)卸壓取樣樣品處理結(jié)束時，維持超臨界處理器A溫度為(30～60)℃，開始卸壓，平均卸壓速率為(2～10)MPa/10min，卸壓完畢，打開處理器A頂部封頭，取出內(nèi)桶，將樹脂儲存。
2.一種采用如權(quán)利要求1所述的用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝系統(tǒng)，該工藝系統(tǒng)主要包括CO2氣瓶[1]、低溫浴箱[3]、高壓泵[4]、熱交換器[5]、溫度控制儀[7]，其特征在于該系統(tǒng)中設(shè)有一個凈化干燥器[2]，凈化干燥器通過管道與CO2氣瓶[1]和低溫浴箱[3]相連；該系統(tǒng)中還設(shè)有一個超臨界處理器A[6]，超臨界處理器A[6]與熱交換器[5]及溫度控制儀[7]通過管道相連，其上部設(shè)有一個可控制卸壓速率的減壓閥[9]。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝，其特征在于所述的工藝步驟(3)可采用由超臨界處理器A和處理器B組成的兩段式卸壓方式，首先在超臨界處理器A入口閥關(guān)閉的情況下，打開超臨界處理器A和處理器B之間的閥門，使得處理器A壓力緩慢下降直到處理器A、B壓力平衡為止，然后關(guān)閉處理器A、B之間的閥門，同時打開處理器A底部減壓閥和處理器A頂部減壓閥進(jìn)行卸壓，并控制卸壓速率(2～10)MPa/10min，卸壓完畢，打開處理器A頂部封頭，取出內(nèi)桶，將樹脂儲存。
4.按照權(quán)利要求1或3所述的一種用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)中設(shè)有一個凈化干燥器[2]，凈化干燥器通過管道與CO2氣瓶[1]和低溫浴箱[3]相連；該系統(tǒng)中還設(shè)有一個超臨界處理器A[6]和一個超臨界處理器B[11]，超臨界處理器A[6]與熱交換器[5]、溫度控制儀[7]通過管道相連，其上部設(shè)有一個可控制卸壓速率的減壓閥[9]；超臨界處理器B[11]與熱交換器[10]、溫度控制儀[12]及減壓閥[9]通過管道相連。
5.按照權(quán)利要求1或3所述的一種用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝，其特征在于所述的高吸水性樹脂聚合物為以丙烯酸—丙烯酰胺類高吸水性聚合物及其接枝聚合或其他衍生聚合物。
6.按照權(quán)利要求1或3所述的一種用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝，其特征在于所述的超臨界CO2流體壓力為(10～35)Mpa，溫度為(30～60)℃。
7.按照權(quán)利要求1或3所述的一種用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝，其特征在于所處理的聚合物粒徑為(20～200)目，所述的樣品處理時間為(1～5)小時。
全文摘要
用超臨界流體改善高吸水性樹脂吸水性能的工藝及系統(tǒng),涉及功能高分子聚合物的改性工藝和設(shè)備。本發(fā)明的特征是該工藝以CO
文檔編號C08J3/00GK1376725SQ0211668
公開日2002年10月30日 申請日期2002年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月15日
發(fā)明者楊基礎(chǔ), 馬利, 謝續(xù)明, 張樂 申請人:清華大學(xué)