BR112016008999B1 - polímero superabsorvente e método para preparar o mesmo - Google Patents
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Abstract
POLÍMERO SUPERABSORVENTE CONTENDO SAL SOLÚVEL EM ÁGUA E MÉTODO DE PREPARAÇÃO DO MESMO São divulgados um polímero superabsorvente incluindo um sal solúvel em água e um método de preparar o mesmo, em que a adição de um sal metálico solúvel em água no processo de polimerização de um polímero superabsorvente é muito eficaz em diminuir a concentração de monômero residual.
Description
[001]A presente invenção refere-se a um polímero superabsorvente incluindo um sal solúvel em água e um método de preparar o mesmo e, mais particularmente, a um polímero superabsorvente incluindo um sal solúvel em água e um método de preparar o mesmo, em que a adição de um sal metálico solúvel em água no processo de polimerização de um polímero superabsorvente é muito eficaz em diminuir a concentração de monômero residual (RM).
[002]Polímeros superabsorventes (SAPs) são polímeros sintéticos capazes de absorver água a cerca de 500 ~ 1000 vezes seu próprio peso. Tais polímeros superabsorventes começaram realmente ser usados para artigos sanitários, e estão sendo correntemente amplamente utilizados em não apenas produtos de higiene tais como fraldas descartáveis infantis e, assim por diante, mas também em agentes reparadores de solo de jardinagem, agentes de paragem de água para construção civil, folhas de semeadura, agentes retardantes de frescura em setores de distribuição de alimento, e materiais de fomentação. Em comparação com materiais absorventes convencionais, os polímeros superabsorventes têm uma capacidade de absorção notável e, assim, o valor de mercado dos mesmos está a aumentar com a faixa mais ampla de aplicações dos mesmos.
[003]O mecanismo de absorção do polímero superabsorvente é controlado por pressão osmótica devido a uma diferença em atração elétrica representada pelas cargas de um eletrólito de polímero, uma afinidade entre água e um eletrólito de polímero, expansão molecular devido à força repulsiva entre íons de eletrólito de polímero, e interações de inibição de expansão devido às ligações cruzadas. Brevemente, a capacidade de absorção do polímero absorvente depende da afinidade e expansão molecular anteriormente mencionadas, e a taxa de absorção do mesmo é muito afetada pela pressão osmótica do polímero absorvente por si mesmo.
[004]De modo a usar o polímero superabsorvente como um material de higiene, o polímero superabsorvente possui essencialmente uma concentração baixa de RM. Para diminuir a concentração de RM, o uso de ácido acrílico tendo baixa concentração de dímero é fundamentalmente adotado, e outros métodos também podem ser propostos, mas são problemáticos porque outras propriedades do polímero superabsorvente podem deteriorar ou tal processamento adicional pode ser complicado.
[005]Portanto, uma pesquisa aprofundada está em andamento na preparação de polímeros superabsorventes tendo alta taxa de absorção e alta escala de absorção.
[006]Consequentemente, a presente invenção foi feita mantendo em mente os problemas encontrados na técnica relacionada, e um objetivo da presente invenção é fornecer um polímero superabsorvente e um método de preparar o mesmo, em que adicionar um sal metálico solúvel em água é incluído ainda em um método convencional de preparar um polímero superabsorvente, desse modo diminuindo a concentração de RM.
[007]De modo a realizar o objetivo acima, a presente invenção fornece um método de preparar um polímero superabsorvente, compreendendo reagir um monômero insaturado etilênico solúvel em água, um fotoiniciador, um agente de reticulação, e um iniciador de polimerização térmica, na presença de um sal metálico solúvel em água.
[008]Além disso, o método de preparar o polímero superabsorvente compreende: a) misturar o monômero insaturado etilênico solúvel em água, o fotoiniciador, e o agente de reticulação; b) diluir uma solução aquosa de hidróxido de sódio com uma solução aquosa de sal metálico solúvel em água; c) neutralizar a mistura obtida em a) com a solução diluída obtida em b); d) adicionar a mistura obtida em c) com o iniciador de polimerização térmica e, em seguida, realizar uma reação de polimerização radicalar usando polimerização ou fotopolimerização térmica, assim formando uma folha de polímero; e e) adicionar a folha de polímero formada em d) com água, assim formando um polímero em gel hidratado.
[009]Além disso, a presente invenção fornece um polímero superabsorvente, preparado pelo método acima.
[010]De acordo com a presente invenção, um polímero superabsorvente é vantajoso porque a concentração de RM pode ser eficazmente diminuída, em comparação com um polímero superabsorvente convencional.
[011]A FIG. 1 é um gráfico que ilustra alterações na concentração de RM dependendo do tipo e quantidade de sulfato de metal de um polímero superabsorvente de acordo com uma forma de realização da presente invenção;
[012]As FIGS. 2A a 2C são gráficos que ilustram alterações na concentração de RM dependendo do tipo e quantidade de sulfato de metal; e
[013]A FIG. 3 é um gráfico que ilustra uma diminuição na concentração de RM quando Na2SO4 como um sulfato de metal é adicionado em uma quantidade excessiva (15 % em peso).
[014]Em seguida, uma descrição detalhada da presente invenção será fornecida.
[015]A presente invenção trata-se de um método de preparar um polímero superabsorvente, compreendendo reagir um monômero insaturado etilênico solúvel em água, um fotoiniciador, um agente de reticulação, e um iniciador de polimerização térmica, na presença de um sal metálico solúvel em água.
[016]Mais especificamente, o sal metálico solúvel em água preferivelmente inclui pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste de um grupo sulfato, um grupo nitrato, um grupo fosfato, um grupo cloreto, um grupo sulfito, e um grupo tiocianato. Particularmente útil é um sulfato de metal.
[017]O metal do sal metálico solúvel em água preferivelmente inclui pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste de sódio (Na), lítio (Li), potássio (K), alumínio (Al), zircônio (Zr), escândio (Sc), titânio (Ti), vanádio (V), cromo (Cr), manganês (Mn), ferro (Fe), níquel (Ni), cobre (Cu), zinco (Zn), prata (Ag), platina (Pt), e ouro (Au). Particularmente útil é sódio (Na), lítio (Li), ou potássio (K).
[018]De acordo com a presente invenção, o método de preparar o polímero superabsorvente compreende: a) misturar o monômero insaturado etilênico solúvel em água, o fotoiniciador, e o agente de reticulação; b) diluir uma solução aquosa de hidróxido de sódio com uma solução aquosa de sal metálico solúvel em água; c) neutralizar a mistura obtida em a) com a solução diluída obtida em b); d) adicionar a mistura obtida em c) com o iniciador de polimerização térmica e, em seguida, realizar uma reação de polimerização radicalar usando polimerização ou fotopolimerização térmica, assim formando uma folha de polímero; e e) adicionar a folha de polímero formada em d) com água, assim formando um polímero em gel hidratado.
[019]O método pode compreender ainda, depois de e) formar o polímero em gel hidratado, f) secar e moer o polímero em gel hidratado, assim obtendo partículas de polímero superabsorvente; e g) classificar as partículas de polímero superabsorvente dependendo do tamanho de partícula, assim obtendo partículas tendo um tamanho de partícula de 150 ~ 850 μm.
[020]Como usado aqui, o termo “partículas de polímero superabsorvente” refere-se às partículas obtidas secando e moendo um polímero em gel hidratado. Mais especificamente, o polímero em gel hidratado é um material na forma de geleia sólida com um tamanho de 1 cm ou mais tendo água em grande quantidade (50 % ou mais) depois da conclusão da polimerização. O polímero em gel hidratado é seco e moído em uma fase de pó, produzindo partículas de polímero superabsorvente. Assim, o polímero em gel hidratado corresponde a um processo intermediário.
[021]Em a) do método de preparar o polímero superabsorvente de acordo com a presente invenção, o monômero insaturado etilênico solúvel em água, o fotoiniciador e o agente de reticulação são misturados.
[022]No método de preparar o polímero superabsorvente de acordo com a presente invenção, o monômero insaturado etilênico solúvel em água não é particularmente limitado contanto que seja um monômero tipicamente usado para sintetizar um polímero superabsorvente, e preferivelmente inclui qualquer um ou mais selecionado a partir do grupo que consiste de um monômero aniônico e sais do mesmo, um monômero hidrofílico não iônico, e um monômero insaturado contendo grupo amino e sais quaternários dos mesmos. Particularmente útil é qualquer um ou mais selecionado a partir do grupo que consiste de monômeros aniônicos e sais dos mesmos, tais como ácido acrílico, ácido metacrílico, anidrido maleico, ácido fumárico, ácido crotônico, ácido itacônico, ácido 2-acriloiletanossulfônico, ácido 2- metacriloiletanossulfônico, ácido 2-(met)acriloilpropanossulfônico, e ácido 2- (met)acrilamida-2-metilpropanossulfônico; monômeros hidrofílicos não iônicos, tais como (met)acrilamida, (met)acrilato N-substituído, 2-hidroxietil(met)acrilato, 2- hidroxipropil(met)acrilato, (met)acrilato de metoxipolietilenoglicol, e (met)acrilato de polietilenoglicol; e monômeros insaturados contendo grupo amino e sais quaternários dos mesmos, tais como (met)acrilato de (N,N)-dimetilaminoetila, e (N,N)-dimetilaminopropil (met)acrilamida. Mais preferivelmente, ácido acrílico ou sais do mesmo são usados. Quando ácido acrílico ou sais do mesmo são usados como o monômero, um polímero superabsorvente tendo capacidade de absorção melhorada pode ser obtido vantajosamente. Também, no método de preparar o polímero superabsorvente de acordo com a presente invenção, a concentração do monômero insaturado etilênico solúvel em água da composição de monômero pode ser apropriadamente determinada em consideração ao tempo de polimerização e às condições de reação, e é preferivelmente ajustada a 40 ~ 55 % em peso. Se a concentração do monômero insaturado etilênico solúvel em água é menos do que 40 % em peso, benefícios econômicos são negados. Ao contrário, se a concentração do mesmo excede 55 % em peso, a eficiência de moagem do polímero em gel hidratado pode diminuir.
[023]No método de preparar o polímero superabsorvente de acordo com a presente invenção, o fotoiniciador (iniciador de fotopolimerização) não é particularmente limitado, mas preferivelmente inclui pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste de éter de benzoína, dialquil acetofenona, hidroxil alquilcetona, glioxilato de fenila, benzil dimetil cetal, acil fosfina, e α-aminocetona. Um exemplo específico da acil fosfina pode incluir lucirina TPO comercialmente disponível, isto é, óxido de 2,4,6-trimetil-benzoil-trimetil fosfina, ou série Irgacure comercialmente disponível pode ser usado como o fotoiniciador capaz de formar uma camada de polímero espessa com permeabilidade relativamente alta.
[024]No método de preparar o polímero superabsorvente de acordo com a presente invenção, o agente de reticulação não é limitado contanto que seja capaz de reagir com o grupo funcional do polímero. De modo a melhorar as propriedades do polímero superabsorvente, o agente de reticulação pode incluir pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste de um composto álcool poli-hídrico; um composto à base de acrilato; um composto epóxi; um composto poliamina; um composto haloepóxi; um produto condensado de composto haloepóxi; um composto oxazolina; um composto mono-, di- ou poli-oxazolidinona; um composto ureia cíclica; um sal metálico poli-hídrico; e um composto carbonato de alquileno.
[025]Especificamente, o composto álcool poli-hídrico pode incluir pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste de mono-, di-, tri-, tetra- ou poli-etileno glicol, monopropileno glicol, 1,3-propanodiol, dipropileno glicol, 2,3,4-trimetil-1,3- pentanodiol, polipropileno glicol, glicerol, poliglicerol, 2-buteno-1,4-diol, 1,4- butanodiol, 1,3-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, e 1,2-ciclo- hexanodimetanol.
[026]O composto à base de acrilato pode ser exemplificado por poli(etilenoglicol)diacrilato.
[027]Exemplos do composto epóxi pode incluir éter diglicidílico de etileno glicol e glicidol, e o composto poliamina pode incluir pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste de etileno diamina, dietileno triamina, trietileno tetramina, tetraetileno pentamina, pentaetileno hexamina, polietilenoimina, e poliamida poliamina.
[028]Exemplos do composto haloepóxi pode incluir epicloro-hidrina, epibromo-hidrina, e α-metilepicloro-hidrina. O composto mono-, di- ou poli- oxazolidinona pode ser exemplificado por 2-oxazolidinona. O composto carbonato de alquileno pode incluir carbonato de etileno. Estes compostos podem ser usados sozinhos ou em combinação. Para aumentar a eficiência do processo de reticulação, o agente de reticulação preferivelmente inclui pelo menos um composto álcool poli- hídrico, e mais preferivelmente inclui um composto álcool poli-hídrico tendo 2 a 10 átomos de carbono.
[029]A quantidade do agente de reticulação adicionado para tratar a superfície das partículas de polímero pode ser devidamente determinada dependendo do tipo de agente de reticulação ou das condições de reação, e é ajustada a 0,001 ~ 5 partes em peso, preferivelmente 0,01 ~ 3 partes em peso, e mais preferivelmente 0,05 ~ 2 partes em peso, com base em 100 partes em peso do polímero. Se a quantidade do agente de reticulação também é pequena, uma reação de reticulação raramente ocorre. Ao contrário, se a quantidade do mesmo excede 5 partes em peso com base em 100 partes em peso do polímero, as propriedades do polímero superabsorvente podem deteriorar devido a uma reação de reticulação excessiva.
[030]Em b), a solução aquosa alcalina é diluída com a solução aquosa de sal metálico solúvel em água.
[031]A solução aquosa alcalina é preferivelmente uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) ou uma solução aquosa de hidróxido de potássio (KOH). Mais preferivelmente útil é uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH).
[032]O sal metálico solúvel em água preferivelmente inclui pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste de um grupo sulfato, um grupo nitrato, um grupo fosfato, um grupo cloreto, um grupo sulfito, e um grupo tiocianato. Particularmente útil é um sulfato de metal.
[033]O metal do sal metálico solúvel em água preferivelmente inclui pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste de sódio (Na), lítio (Li), potássio (K), alumínio (Al), zircônio (Zr), escândio (Sc), titânio (Ti), vanádio (V), cromo (Cr), manganês (Mn), ferro (Fe), níquel (Ni), cobre (Cu), zinco (Zn), prata (Ag), platina (Pt), e ouro (Au). Particularmente útil é sódio (Na), lítio (Li), ou potássio (K).
[034]O sal metálico solúvel em água é preferivelmente usado em uma quantidade de 0,001 ~ 40,0 % em peso, mais preferivelmente 2,0 ~ 20,0 % em peso, e ainda mais preferivelmente 2,5 ~ 15,0 % em peso, com base no peso total do monômero insaturado etilênico solúvel em água. Se a quantidade do sal metálico solúvel em água é menor do que 0,001 % em peso, um efeito de diminuir a concentração de RM pode se tornar insignificante. Ao contrário, se a quantidade do mesmo excede 40,0 % em peso, o componente principal do polímero superabsorvente pode ser indesejavelmente alterado em um sal, mas não o monômero. Levando em consideração, a razão de mistura de componentes, a quantidade máxima do componente acima é determinada.
[035]O sal metálico solúvel em água não diretamente participa em uma reação química real e tem uma influência eletrostática em transferência de cátion. O monômero insaturado etilênico solúvel em água é misturado com uma solução aquosa de hidróxido de sódio assim como para ser neutralizado parcialmente, seguido por polimerização radicalar. Tal como, o sal metálico solúvel em água pode ser adicionado para diminuir repulsão elétrica entre monômeros aniônicos. O cátion do sal metálico solúvel em água é considerado como importante, e a repulsão entre monômeros pode ser diminuída em virtude de um efeito de blindagem devido ao cátion, assim possibilitando polimerização eficiente. Consequentemente, o polímero superabsorvente preparado pelo método acima pode ser esperado exibir um efeito de diminuir a concentração de RM.
[036]Em c), a mistura obtida em a) é introduzida com a solução diluída obtida em b) assim como para ser neutralizada. Tal como, c) pode ser realizado a 30 ~ 50 °C.
[037]Em d), a mistura obtida em c) é adicionada ainda com o iniciador de polimerização térmica, depois disso a polimerização radicalar usando polimerização ou fotopolimerização térmica pode ser implementada, assim formando uma folha de polímero.
[038]O polímero superabsorvente, de acordo com a presente invenção, pode ser preparado por etapas e métodos, tipicamente, usados na técnica. Especificamente, após a preparação do polímero superabsorvente, de acordo com a presente invenção, a composição de monômero inclui um iniciador de polimerização. Dependendo do método de polimerização, quando a fotopolimerização é realizada, um iniciador de fotopolimerização é usado, e quando a polimerização térmica é realizada, um iniciador de polimerização térmica é utilizado. Mesmo quando a fotopolimerização é conduzida, uma quantidade pré determinada de calor é gerada devido à irradiação com luz UV e também através da polimerização, que é uma reação exotérmica e, assim, um iniciador de polimerização térmica pode ser adicionalmente usado.
[039]No método de preparar o polímero superabsorvente de acordo com a presente invenção, o iniciador de polimerização térmica não é particularmente limitado, mas preferivelmente inclui pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste de um iniciador à base de persulfato, um iniciador à base de azo, peróxido de hidrogênio, e ácido ascórbico. Especificamente, os exemplos do iniciador à base de persulfato podem incluir persulfato de sódio (Na2S2O8), persulfato de potássio (K2S2O8), e persulfato de amônio ((NH4)2S2O8); e os exemplos do iniciador à base de azo pode incluir 2,2-azobis(2-amidinopropano)dicloridreto, dicloridreto de 2,2-azobis-(N,N-dimetileno)isobutiramidina, 2- (carbamoilazo)isobutironitrila, 2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-il)propano]dicloridreto, e 4,4-azobis-(ácido 4-cianovalérico).
[040]Também, o método de polimerização é em grande parte classificado em polimerização térmica e fotopolimerização dependendo da fonte de energia de polimerização. Tipicamente, a polimerização térmica é conduzida usando um reator com um eixo de agitação, tal como um amassador, e fotopolimerização é implementada usando um reator com uma correia transportadora móvel. Entretanto, o método de polimerização acima é meramente ilustrativo, e a presente invenção não é limitada a um tal método de polimerização.
[041]Por exemplo, ar quente é alimentado a um reator com um eixo de agitação, tal como um amassador, ou o reator é aquecido, de modo que a polimerização térmica seja realizada, produzindo um polímero em gel hidratado, que é, então descartada a um tamanho variando de unidades de mm a unidades de cm através da saída do reator dependendo da forma do eixo de agitação do reator. Especificamente, o tamanho do polímero em gel hidratado pode variar dependendo da concentração da composição de monômero fornecida e da taxa fornecida do mesmo e, tipicamente, um polímero em gel hidratado tendo um tamanho de partícula de 2 ~ 50 mm pode ser obtido.
[042]Também, quando a fotopolimerização é realizada usando um reator com uma correia transportadora móvel, um polímero em gel hidratado em uma forma de folha com uma largura de correia pode resultar. Tal como, a espessura da folha de polímero pode variar dependendo da concentração da composição de monômero fornecida e da taxa fornecida da mesma, mas a composição de monômero é preferivelmente fornecida, assim como, para obter uma folha de polímero tendo uma espessura de 0,5 ~ 5 cm. No caso onde a composição de monômero é fornecida à extensão que uma folha de polímero muito fina é formada, a eficiência de produção pode diminuir indesejavelmente. Se a espessura da folha de polímero é maior do que 5 cm, a polimerização não pode ser uniformemente realizada ao longo da folha que é muito espessa.
[043]Em uma forma de realização da presente invenção, polimerização ou fotopolimerização térmica em d) pode ser implementada aplicando, pelo menos, uma fonte de calor selecionada a partir do grupo que consiste de vapor, eletricidade, luz UV, e luz IR. Tal como, luz UV pode ser aplicada a uma intensidade de 1 ~ 20 mW/cm2.
[044]Em e), a folha de polímero formada em d) é adicionada com água, produzindo um polímero em gel hidratado.
[045]O polímero em gel hidratado, assim obtido tipicamente, tem um teor de umidade de 30 ~ 60 % em peso. Como aqui usado, o termo “teor de umidade” refere-se a uma quantidade de umidade com base no peso total do polímero em gel hidratado, isto é, um valor obtido subtraindo o peso do polímero seco a partir do peso do polímero em gel hidratado (Especificamente, é definido como um valor calculado medindo uma redução de peso devido a umidade de evaporação do polímero durante a secagem do polímero em uma temperatura elevada através de aquecimento IR. Tal como, a secagem é realizada em uma tal maneira que a temperatura é aumentada a partir da temperatura ambiente a 180 °C e, em seguida, mantida a 180 °C, e o tempo de secagem total é ajustado a 20 min incluindo 5 min necessários para aumentar a temperatura).
[046]Em f), o polímero em gel hidratado é seco e moído, assim, obtendo partículas de polímero superabsorvente.
[047]No processo de secagem, a temperatura de secagem pode ser ajustada a 150 ~ 250 °C. Como aqui usado, o termo “temperatura de secagem” refere-se a uma temperatura de um meio de calor fornecido para o processo de secagem ou uma temperatura de um reator de secagem incluindo um meio de calor e um polímero no processo de secagem.
[048]Se a temperatura de secagem é mais baixa do que 150 °C, o tempo de secagem pode tornar-se excessivamente longo, e as propriedades do polímero superabsorvente final podem, portanto, deteriorar. Ao contrário, se a temperatura de secagem é mais alta do que 250 °C, apenas a superfície do polímero pode ser excessivamente seca, e desse modo, o pó fino pode ser gerado no processo de moagem subsequente, e as propriedades do polímero superabsorvente final podem deteriorar. A secagem é, preferivelmente, realizada a uma temperatura de 150 ~ 250 °C, e mais preferivelmente de 160 ~ 200 °C.
[049]O tempo de secagem não é limitado, mas pode ser ajustado a 20 ~ 90 min levando em conta a eficiência do processo.
[050]Além disso, o processo de secagem não é limitado contanto que é, tipicamente, usado para secar o polímero em gel hidratado. Os exemplos específicos do mesmo podem incluir fornecer ar quente, irradiação IR, irradiação de microondas, e irradiação UV. O polímero depois do processo de secagem pode ter um teor de umidade de 0,1 ~ 10 % em peso.
[051]Entretanto, o método de preparar o polímero superabsorvente, de acordo com, a presente invenção pode ainda compreender um processo de moagem simples antes do processo de secagem, como necessário, de modo a, aumentar a eficiência da secagem. O processo de moagem simples antes do processo de secagem é conduzido, de modo que, o tamanho de partícula do polímero em gel hidratado é 1 ~ 15 mm. Moer o tamanho de partícula do polímero para menos do que 1 mm é tecnicamente difícil, devido ao teor de umidade elevado do polímero em gel hidratado, e de modo que, as partículas moídas podem aglomerar-se. Ao contrário, se o polímero é moído a um tamanho de partícula maior do que 15 mm, um efeito de aumentar a eficiência da secagem através do processo de moagem pode tornar-se insignificante.
[052]No processo de moagem simples antes do processo de secagem, qualquer moedor pode ser usado sem limitação. Um exemplo específico do mesmo pode incluir, mas não é limitado a, qualquer um selecionado a partir do grupo que consiste de um pulverizador vertical, um cortador turbo, um moedor turbo, um moinho cortador rotativo, um moinho cortador, um moinho de disco, um triturador de fragmento, um triturador, um picador, e um cortador de disco.
[053]Quando o processo de moagem é realizado para aumentar a eficiência da secagem antes do processo de secagem, neste modo, o polímero tendo o teor de umidade elevado pode aderir à superfície do moedor. Portanto, de modo a, aumentar a eficiência da moagem do polímero em gel hidratado antes do processo de secagem, um aditivo capaz de prevenir a aderência após a moagem ainda pode ser usado. Especificamente, o tipo de aditivo útil não é limitado. Os exemplos do mesmo podem incluir, mas não são limitados a, um inibidor de aglomeração de pó, tais como, vapor, água, um tensoativo, e pó inorgânico, tais como, argila ou sílica; um iniciador de polimerização térmica, tais como, um iniciador à base de persulfato, um iniciador à base de azo, peróxido de hidrogênio, e ácido ascórbico; e um agente de reticulação, tais como, um agente de reticulação à base de epóxi, um agente de reticulação à base de diol, um composto bifuncional ou trifuncional ou acrilato polifuncional mais alto, e um monofuncional tendo um grupo hidroxila.
[054]Em g), as partículas de polímero superabsorventes são classificadas dependendo do tamanho de partícula, portanto, obtendo partículas tendo um tamanho de partícula de 150 ~ 850 μm.
[055]As partículas de polímero superabsorventes resultantes a partir do processo de moagem têm um tamanho de partícula de 150 ~ 850 μm. No método de preparar o polímero superabsorvente, de acordo com a presente invenção, um moedor usado para obter um tal tamanho de partícula pode incluir, mas não é limitado a, um moinho de pino, um moinho de martelo, um moinho de rosca, um moinho de rolo, um moinho de disco, ou um moinho rotativo.
[056]Além disso, a presente invenção dirige-se a um polímero superabsorvente preparado pelo método de preparação como acima. Como medido por um método de medição EDANA, um tal polímero superabsorvente é vantajoso porque a concentração de RM é diminuída pela adição do sal de metal solúvel em água, comparada a quando o sal de metal solúvel em água não é adicionado.
[057]Uma melhor compreensão da presente invenção pode ser obtida através dos seguintes exemplos que são apresentados para ilustrar, mas não devem ser interpretados como limitantes do escopo da presente invenção. O escopo da presente invenção é mostrado nas reivindicações, e também contém todas as modificações dentro do significado e faixa equivalente para as reivindicações. A menos que de outro modo mencionado, “%” e “parte” que mostram a quantidade nos seguintes exemplos e exemplos comparativos referem-se a uma base de massa.Exemplos 1 a 7 e Exemplo comparativo 1: Preparação de polímero superabsorvente
[058] 192,7 g de uma solução aquosa tendo 13,0 g (2,5 % em peso à base de ácido acrílico) de Na2SO4 dissolvido nela foi usado para diluir 629,6 g de uma solução aquosa de hidróxido de sódio a 32 % em peso, depois que o ácido acrílico, Irgacure 819 como um fotoiniciador, e PEGDA (Poli(etilenoglicol)diacrilato) como um agente de reticulação foram sequencialmente adicionados usando uma bomba. A mistura resultante foi gradualmente esfriada usando um refrigerador, colocada em um plástico béquer contendo uma solução aquosa de sódio persulfato como um iniciador térmico, vertido em um irradiador UV pré-estabilizado e, em seguida, irradiado com luz UV (a uma intensidade de 10 mW/cm2). O ponto de tempo quando um som de formação de espuma foi ouvido, foi medido usando um cronômetro, e a irradiação UV foi interrompida quando o tempo de medição atingiu 1 min, e o produto resultante foi deixado repousar por 2 min no irradiador UV. A folha polimerizada foi cortada, uniformemente misturada com 250 g de água, de modo a, absorver tal água e, em seguida, cortada em pequenos pedaços usando um picador. Os pedaços pequenos portanto, foram cortados, uniformemente distribuídos em um forno, secos e, em seguida, moídos. Em seguida, um polímero superabsorvente tendo um tamanho de partícula de 150 ~ 850 μm foi obtido usando uma peneira padrão.
[059]Em 192,7 g de água usada para diluir hidróxido de sódio no exemplo 1, 25,9 g (5,0 % em peso à base de ácido acrílico) de Na2SO4 foram dissolvidos, depois que os mesmos procedimentos como no exemplo 1 foram realizados, produzindo um polímero superabsorvente.
[060]Em 192,7 g de água usada para diluir hidróxido de sódio no exemplo 1, 77,7 g (15,0 % em peso à base de ácido acrílico) de Na2SO4 foram dissolvidos, depois que os mesmos procedimentos como no exemplo 1 foram realizados, produzindo um polímero superabsorvente.
[061]Em 192,7 g de água usada para diluir hidróxido de sódio no exemplo 1, 13,0 g (2,5 % em peso à base de ácido acrílico) de Li2SO4 foram dissolvidos, depois que os mesmos procedimentos como no exemplo 1 foram realizados, produzindo um polímero superabsorvente.
[062]Em 192,7 g de água usada para diluir hidróxido de sódio no exemplo 1, 25,9 g (5,0 % em peso à base de ácido acrílico) de Li2SO4 foram dissolvidos, depois que os mesmos procedimentos como no exemplo 1 foram realizados, produzindo um polímero superabsorvente.
[063]Em 192,7 g de água usada para diluir hidróxido de sódio no exemplo 1, 13,0 g (2,5 % em peso à base de ácido acrílico) de K2SO4 foram dissolvidos, depois que os mesmos procedimentos como no exemplo 1 foram realizados, produzindo um polímero superabsorvente.
[064]Em 192,7 g de água usada para diluir hidróxido de sódio no exemplo 1, 20,7 g (4,0 % em peso à base de ácido acrílico) de K2SO4 foram dissolvidos, depois que os mesmos procedimentos como no exemplo 1 foram realizados, produzindo um polímero superabsorvente.
[065]Um polímero superabsorvente foi preparado na mesma maneira como no exemplo 1, com a exceção que o sal de metal solúvel em água não foi adicionado.
[066]As quantidades de sais nos exemplos 1 a 7 e Exemplo comparativo 1 são dados na tabela 1 abaixo.
Exemplo de teste: Avaliação de propriedades de polímero superabsorvente
[067]Para avaliar as propriedades dos polímeros superabsorventes de Exemplos 1 a 7 e Exemplo comparativo 1, o seguinte teste foi realizado.Monômero Residual (RM)
[068]Nos polímeros superabsorventes de Exemplos 1 a 7 e Exemplo comparativo 1, a concentração de RM foi medida à base de WSP 210,3 de acordo com um método EDANA. 1,000 g de uma amostra de polímero superabsorvente tendo um tamanho de partícula de 150 ~ 850 μm e 200 g de salmoura a 0,9 % foram colocadas em um balão Erlenmeyer de 250 mL e agitada por 1 h. Subsequentemente, a mistura resultante foi filtrada usando papel filtro, e a solução foi experimentada e medida por HPLC.
[069]Além disso, nos polímeros superabsorventes dos exemplos e exemplo comparativo, as alterações na concentração de RM dependendo do tipo e quantidade de sulfato de metal foram medidas. Os resultados são mostrados na tabela 2 abaixo e FIG. 1.
[070]Os valores de concentração de RM nos exemplos acima e exemplo comparativo são valores médio de vários testes.
[071]Como é aparente a partir da Tabela 2 e FIG. 1, quando o sal de metal solúvel em água, isto é, o sulfato de metal, foi adicionado no processo de polimerização de um polímero superabsorvente, a concentração de RM foi eficazmente diminuída, comparada a quando o sulfato de metal não foi adicionado (Exemplo comparativo 1).
[072]Mais especificamente, as FIGS. 2A a 2C são gráficos que ilustram as alterações na concentração de RM dependendo do tipo e quantidade de sulfato de metal. À base de valores de concentração médio de RM, quando o sal de metal solúvel em água, isto é, o sulfato de metal foi adicionado na mesma quantidade (massa) dependendo do tipo do mesmo, os sais eficazes em diminuir a concentração de RM foram representados pela sequência de Li2SO4 > Na2SO4 > K2SO4, ou foram representadas pela sequência de Li2SO4 > K2SO4 > Na2SO4 em alguns casos. Embora a extensão de diminuição em concentração de RM variou dependendo da quantidade do sal, foram diferenças significantes nos efeitos devido à presença ou ausência do sulfato de metal como o sal de metal solúvel em água.
[073]Como ilustrado na FIG. 3, quando o sal de metal solúvel em água, isto é, o sulfato de metal Na2SO4 foi adicionado em uma quantidade excessiva (15 % em peso), a concentração de RM foi uniformemente diminuída em uma inclinação negativa (-), comparada a quando o sulfato de metal não foi adicionado (Exemplo comparativo 1). Desse modo, o efeito do sulfato de metal em diminuir a concentração de RM foi superior apesar do uso excessivo do mesmo.
[074]Portanto, o polímero superabsorvente de acordo com a presente invenção pode ser eficazmente diminuído na concentração de RM pela adição de um sal de metal solúvel em água, comparado a um polímero superabsorvente convencional.
Claims (13)
1. Método de preparar um polímero superabsorvente, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende reagir um monômero insaturado etilênico solúvel em água, um fotoiniciador, um agente de reticulação, e um iniciador de polimerização térmica, na presença de um sal metálico solúvel em água,em que o sal metálico solúvel em água compreende pelo menos um selecionado a partir do grupo consistindo em sulfato de sódio, sulfato de potássio, e sulfato de lítio.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sal metálico solúvel em água está contido em uma quantidade de 0,001 ~ 40,0 % em peso, com base em um peso total do monômero insaturado etilênico solúvel em água.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:a) misturar o monômero insaturado etilênico solúvel em água, o fotoiniciador, e o agente de reticulação;b) diluir uma solução aquosa alcalina com uma solução aquosa de sal metálico solúvel em água;c) neutralizar uma mistura obtida em a) com uma solução diluída obtida em b);d) adicionar uma mistura obtida em c) com o iniciador de polimerização térmica e, em seguida, realizar uma reação de polimerização radicalar usando polimerização ou fotopolimerização térmica, assim formando uma folha de polímero; ee) adicionar a folha de polímero formada em d) com água, assim formando um polímero em gel hidratado.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda, depois de e) formar o polímero em gel hidratado,f) secar e moer o polímero em gel hidratado, assim obtendo partículas de polímero superabsorvente; eg) classificar as partículas de polímero superabsorvente dependendo de um tamanho de partícula, assim obtendo partículas tendo um tamanho de partícula de 150 ~ 850 μm.
5. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a solução aquosa alcalina é uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) ou uma solução aquosa de hidróxido de potássio (KOH).
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o monômero insaturado etilênico solúvel em água compreende pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste de um monômero aniônico e sais do mesmo, incluindo ácido acrílico, ácido metacrílico, anidrido maleico, ácido fumárico, ácido crotônico, ácido itacônico, ácido 2-acriloiletanossulfônico, ácido 2- metacriloiletanossulfônico, ácido 2-(met)acriloilpropanossulfônico, e ácido 2- (met)acrilamida-2-metilpropanossulfônico; um monômero hidrofílico não iônico, incluindo (met)acrilamida, (met)acrilato N-substituído, 2-hidroxietil(met)acrilato, 2- hidroxipropil(met)acrilato, (met)acrilato de metoxipolietilenoglicol, e (met)acrilato de polietilenoglicol; eum monômero insaturado contendo grupo amino e sais quaternários dos mesmos, incluindo (met)acrilato de (N,N)-dimetilaminoetila, e (N,N)- dimetilaminopropil (met)acrilamida.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o fotoiniciador compreende pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em éter de benzoína, dialquil acetofenona, hidroxil alquilcetona, glioxilato de fenila, benzil dimetil cetal, acil fosfina, e α-aminocetona.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o agente de reticulação compreende pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em um composto álcool poli-hídrico; um composto à base de acrilato; um composto epóxi; um composto poliamina; um composto haloepóxi; um produto condensado de composto haloepóxi; um composto oxazolina; um composto mono-, di- ou poli-oxazolidinona; um composto ureia cíclica; um sal metálico poli- hídrico; e um composto carbonato de alquileno.
9. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que c) é realizado a 30 ~ 50 °C.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o iniciador de polimerização térmica compreende pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em um iniciador à base de persulfato, incluindo persulfato de sódio (Na2S2O8), persulfato de potássio (K2S2O8), e persulfato de amônio ((NH4)2S2O8); um iniciador à base de azo, incluindo 2,2-azobis(2- amidinopropano)dicloridreto, dicloridreto de 2,2-azobis-(N,N- dimetileno)isobutiramidina, 2-(carbamoilazo)isobutironitrila, 2,2-azobis[2-(2- imidazolin-2-il)propano]dicloridreto, e 4,4-azobis-(ácido 4-cianovalérico); peróxido de hidrogênio; e ácido ascórbico.
11. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a polimerização ou fotopolimerização térmica em d) é realizada por irradiação com pelo menos uma fonte de calor selecionada a partir do grupo que consiste em vapor, eletricidade, luz UV, e luz IR.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a irradiação com luz UV é realizada aplicando luz UV em uma intensidade de 1 ~ 20 mW/cm2.
13. Polímero superabsorvente, CARACTERIZADO pelo fato de que é preparado pelo método conforme definido na reivindicação 1.
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