Procedimiento continuo para la fabricación de polímeros super-absorbentes (SAPs) deshidratados mediante la realización de una reacción de polímeros,

o bien primero de una solución acuosa homogénea de monómeros (polimerización de masa en solución acuosa) o en una mezcla heterogénea reactante de agua en aceite (suspensión inversa de fases o polimerización en emulsión) dentro de un reactor de polimerización (1) continuamente cerrado, para llevar a cabo a continuación el secado del gel polimerizado resultante en un lecho en movimiento continuo dentro de un secador cerrado (2), en cuyo caso se evitan las necesidades de un depósito de maduración estándar intercalado

Procedimiento para fabricación de polímeros secos superabsorbentes.

El invento se refiere a un procedimiento continuo mejorado para la producción de polímeros super-absorbentes, llamados SAPs de ahora en adelante. Más particularmente, este invento se refiere a un procedimiento específico en el que un reactor cerrado de polimerización continua es combinado con un lecho en continuo movimiento y un secador cerrado, evitando la necesidad de depósitos de maduración estándar intermediarios y permitiendo la condensación y el posterior reciclaje de reactivos, aditivos y/o disolventes residuales.

1. Introducción

Los SAPs son polímeros capaces de absorber entre diez y varios cientos de veces su propio peso en líquido. Algunos ejemplos de líquidos que podrían ser absorbidos son el agua, la orina, la sangre, las soluciones acuosas de sales, los fertilizantes, los pesticidas, o las tintas.

Los SAPs son utilizados en diversas aplicaciones que incluyen artículos del cuidado personal (pañales, servilletas, etc.), agricultura, horticultura, transporte de productos perecederos, lucha contra incendios, cables de comunicación, o transporte de fármacos.

Polimerización

La reacción de polimerización con el fin de producir SAPs puede ser llevada a cabo en una fase acuosa e inicialmente homogénea (polimerización de soluciones no digeribles) o bien en una mezcla de agua-con-aceite y por lo consiguiente en una fase heterógena (polimerización de emulsión reversa o de suspensión reversa). En el último caso, habitualmente, se hace necesaria la presencia de al menos un surfactante y/u otro estabilizador de emulsión/ emulsiones.

En el caso de las dos rutas anteriormente mencionadas, la polimerización se lleva a cabo generalmente bajo condiciones parcialmente de vacío y/o frecuentemente bajo condiciones inertes, como por ejemplo en presencia de gas inerte.

Diversos tipos de reactivos y materiales pueden ser utilizados para obtener SAPs:

Post-tratamiento de SAPs

En varios casos el SAP que ya es transformado en gránulos de gel o en granulado seco podría ser también post- tratado (un paso de post-tratamiento). Durante este paso se añade a los SAP granulados uno o más reactivos o aditivos como agua, aditivos que mejoran las características de los SAP, agentes reticulantes de la superficie, iniciadores, o una combinación de los mismos. El post-tratamiento podría ser efectuado en condiciones atmosféricas, de vacío o bajo condiciones inertes, así como en presencia o ausencia de calor. El SAP podría ser post-tratado con calor, en condiciones atmosféricas, de vacío o inertes sin adición de ningún material.

El paso de post-tratamiento permite alcanzar uno o más objetivos para SAPs y/o propiedades de proceso. Uno de los objetivos para post-tratar SAPs es el de incrementar la eficiencia de proceso como el reciclaje de los finos SAP secos o permitiendo la reacción de proceder a una conversión más elevada al mantener el polímero a una temperatura mayor durante más tiempo y/o añadiendo iniciadores adicionales. Otro objetivo para el post-tratamiento es mejorar una o más características del SAP. Algunos ejemplos de estas propiedades para conseguir la mejora son la resistencia del gel, (al aumentar la superficie reticulada), la capacidad de hinchamiento, la tasa de absorción, la estabilidad frente a la orina, las sales y los rayos UV, la tasa de absorción de la humedad en ambientes húmedos, el contenido de monómeros residuales, el contenido de polímeros solubles no-deseados en el SAP, o el grado de finos.

Ejemplos de reactivos y componentes para la producción de SAP

Monómeros solubles en agua monoetílicamente insaturados

Cualquier monómero, sus sales, hidrolizados, derivados o una combinación de los mismos que son parcial o totalmente mezclables con agua y que, después de haber sido (co-)polimerizados, producen SAPs o polímeros que pueden ser transformados mediante hidrólisis.

Algunos ejemplos de monómeros monoetilénicamente insaturados solubles en agua utilizados para preparar SAPs incluyen el a,ß-ácido carboxílico etilénicamente insaturado tal como el ácido (met)acrílico, el ácido maleico, el anhídrido maleico, el ácido fumárico, el ácido crotónico, el ácido citracónico, sus ésteres (como por ejemplo (met)acrilatos de metilo, etilo, N-butilo, 2-hidroxietilo) sus alquil-amidas N-sustituidas (como por ejemplo la (met)acrilamida, N-metilacrilamida, N-ter-butil acrilamida, N, N-dimetilacrilamida), o sus metales alcalinos y/o sales de amonio (como por ejemplo (met)acrilato de sodio, (met)acrilato de potasio, (met)acrilato de amonio).

Otros ejemplos de monómeros solubles en agua monoetilénicamente insaturados utilizados para preparar SAPs incluyen monómeros que portan un grupo nitrilo (como por ejemplo (met)acrilonitrilo), un grupo sulfo (ácido sulfónico de vinilo), ésteres obtenidos mediante la reacción de óxidos orgánicos (óxido de etileno, óxido de propileno) o ácidos carboxilados y sus derivados.

Otros ejemplos de monómeros solubles en agua monoetilénicamente insaturados y utilizados para preparar SAPs incluyen la (met)acroleína, el acetato de vinilo, el propionato de vinilo, la N-vinil-pirrolidona, N-vinil-formamidina, el N-vinil-caprolactamo y sus derivados.

También puede ser utilizada una combinación de dos o más de los monómeros solubles en agua monoetilénicamente insaturados anteriormente...

1. Procedimiento continuo para la fabricación de polímeros super-absorbentes (SAPs) deshidratados mediante la realización de una reacción de polímeros, o bien primero de una solución acuosa homogénea de monómeros (polimerización de masa en solución acuosa) o en una mezcla heterogénea reactante de agua en aceite (suspensión inversa de fases o polimerización en emulsión) dentro de un reactor de polimerización (1) continuamente cerrado, para llevar a cabo a continuación el secado del gel polimerizado resultante en un lecho en movimiento continuo dentro de un secador cerrado (2), en cuyo caso se evitan las necesidades de un depósito de maduración estándar intercalado.

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, en cuyo caso el secador cerrado (2) con lecho en movimiento consiste de un depósito agitado, el cual presenta al menos un eje de agitación, en cuyo caso un eje (ejes) de este tipo será calentado adicionalmente al recipiente, para aumentar la transferencia de calor y la eficacia del secador.

3. Procedimiento conforme a la reivindicación 2, en cuyo caso el proceso de secado del polímero se realiza en vacío o en presencia de aire caliente, gas inerte, vapor o una combinación de los mismos, preferiblemente en vacío.

4. Procedimiento conforme a la reivindicación 1 ó 2, en cuyo caso se realiza la maduración del polímero, esto significa que la reacción alcanza una transformación muy elevada, en la primera zona del lecho móvil del secador (2) cerrado.

5. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, en cuyo caso un efecto de mezcla podría ser utilizado o en un reactor de polimerización (1) continuo cerrado o en el secador (2) o en ambos, con el fin de incorporar en el gel fabricado uno o varios (co-)monómeros adicionales, aditivos (C) y disolventes o una combinación de ello.

6. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, en cuyo caso el efecto de mezcla podría ser utilizado en un reactor de polimerización (1) continua cerrado o en el secador (2) o en ambos, con el fin de incorporar al gel fabricado las piezas finas de SAP recicladas y secas, las cuales salen del sistema de descarga (DS) continua y del tamiz de filtro.

7. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, en cuyo caso el reactor de polimerización (1) continua o el secador (2) o ambos podrían ser equipados con sistemas de condensación y reciclaje de uno o varios reactivos restantes, de uno o varios disolventes y de aditivos o de una combinación de los mismos.

8. Procedimiento conforme a la reivindicación 7, en cuyo caso los sistemas de condensación y reciclaje del reactor de polimerización (1) continua y del secador (2) podrían ser utilizados de una manera independiente o de forma combinada entre sí.

9. Procedimiento conforme a la reivindicación 7, en cuyo caso el/los reactivo/reactivos restante/restantes, los disolventes y aditivos o una combinación de los mismos podrían ser completamente reciclados, juntos o por separado en un lugar o en varios lugares del procedimiento de producción continua conforme a la reivindicación 1.

10. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, en cuyo caso una cámara con cierre de presión (7) o un sistema de corte de gel (5) o una combinación de los mismos podría ser insertada entre el reactor de polimerización (1) continua y el secador (2).

11. Procedimiento conforme a la reivindicación 10, en cuyo caso la forma de la cámara de bloqueo por presión es de cualquiera de los tipos de cámaras habituales de bloqueo por presión existentes en el mercado, preferiblemente con un sistema de válvula giratoria o un sistema con pistón de bloqueo.

12. Procedimiento conforme a la reivindicación 10, en cuyo caso se podría utilizar la cámara de bloqueo por presión, con el fin de incorporar a la mezcla reactiva, la cual sale del reactor de polimerización, uno o varios (co-)monómeros adicionales, aditivos, y/o disolventes o una combinación de los mismos.

13. Procedimiento conforme a la reivindicación 10, en cuyo caso el tipo del sistema de corte de gel es de cualquiera de los tipos de sistemas de corte de gel disponibles en el mercado, preferiblemente en sistema de corte de Urshell.

14. Procedimiento conforme a la reivindicación 10, en cuyo caso se podría utilizar el sistema de corte de gel con el fin de incorporar a la mezcla reactiva, la cual sale del reactor de polimerización, uno o varios (co-)monómeros adicionales, aditivos, y/o disolventes o una combinación de los mismos.

15. Procedimiento conforme a la reivindicación 14, en cuyo caso partículas de gel hidratadas del tamaño deseado podrían ser mezcladas continuadamente con al menos un aditivo, el cual mejora la viscosidad y en su caso otras características dentro de un mezclador sinfín o un tubo de mezcla (6) rotatoria, la cual presenta una parte final con taladros que permiten al/a los aditivo/aditivos poder ser reciclado/reciclados antes de que lleguen al secador (2).

16. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 1 y 10, en cuyo caso el reactor de polimerización (1) continua, el secador (2) y cualquier dispositivo que se halle entre ellos puede funcionar con la misma presión o con presiones diferentes.

17. Procedimiento conforme a la reivindicación 16, en cuyo caso el reactor de polimerización (1) continua, el secador (2) y cualquier dispositivo que se halle entre ellos puede funcionar bajo las condiciones de vacío, preferiblemente con diferentes grados de vacío.

18. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 17 y 10, en cuyo caso el grado de vacío dentro del secador (2) es menor, preferiblemente mucho menor que dentro del reactor de polimerización (1) continua y los otros dispositivos que hay entre ellos.

19. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 18 y 10, en cuyo caso, en cuanto la mezcla caliente de polímeros llega al secador (2), el cual está a una temperatura y un grado de vacío mucho mayor que el reactor de polimerización (1) continua y los dispositivos colocados entre ellos, se destensa ligeramente el polímero, lo que resulta en una evaporación intensa del/de disolvente/disolventes e ingredientes que no han reaccionado y de este modo una mayor efectividad de secado del SAP, en cuyo caso la relajación permite a las partículas SAP ser más porosas y ofrecer así una tasa incrementada de absorción de líquidos.

20. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 2 y 6, en cuyo caso las partículas SAP calientes y secas que salen del secador (2) pueden ser parcialmente enfriadas durante su paso por el sistema de descarga de doble camisa (DS), como por ejemplo contenedores de cierre de refrigeración u otros sistemas.