CN101631819B - 再润湿的表面交联的超吸收剂的制备方法 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
用包含下面步骤的方法制备再润湿的、表面交联的超吸收剂:将超吸收剂基础聚合物与有机交联剂和多价金属盐溶液在醇的存在下接触,热处理以形成表面交联的干燥的超吸收剂,以及再润湿所述表面交联的干燥的超吸收剂。
Description
本发明涉及一种制备具有优越的渗透性且耐磨的超吸收剂的方法。具体而言,本发明涉及一种制备超吸收剂的方法,其中超吸收剂颗粒用渗透性增强剂涂覆并再润湿。
超吸收剂是已知的。超吸收剂是能吸收并保有几倍于其重量,甚至在中等压力下可高达几百倍于其重量水分的材料。一般而言,与蒸馏水或去离子水相比,对含盐溶液的吸收量较低。通常超吸收剂的离心保持量(“CRC”,见下文的测量方法)至少为5g/g,优选至少为10g/g,更优选至少为15g/g。这类材料通常也称为例如“高溶胀性聚合物”、“水凝胶”(常以干燥形式使用)、“形成水凝胶的聚合物”、“吸水聚合物”、“形成吸水凝胶的材料”、“可溶胀树脂”、“吸水树脂”等等。所述材料为交联的亲水性聚合物,特别是由(共)聚合的亲水单体形成的聚合物、一种或多种亲水单体在合适的接枝基上形成的接枝(共)聚合物,纤维素或淀粉的交联的醚,交联的羧甲基纤维素,部分交联的聚环氧烷或可在含水流体中溶胀的天然产物,实例为瓜尔胶衍生物,其中最广泛地使用基于部分中和的丙烯酸的吸水聚合物。通常超吸收剂以聚合物颗粒的干燥粉末形式制备、储藏、运输和加工,“干燥”通常是指含水量低于5wt%。超吸收剂吸收液体转化为凝胶,特别是通常当吸收水分以后转化为水凝胶。目前超吸收剂最重要的应用领域是吸收体液。超吸收剂用于例如婴儿的尿布、成人失禁产品或女性卫生产品。其他领域的应用实例有市售园艺领域中的保水剂、防火储水物、用于食品包装中吸收液体或通常用于吸收水分。
制备超吸收剂的方法也是已知的。主导市场的丙烯酸酯基超吸收剂通过在交联剂(“内部交联剂”)的存在下、通常还在水的存在下进行丙烯酸的自由基聚合反应来制备,所述丙烯酸在聚合反应之前或之后、或任选地部分在聚合反应之前而部分在聚合反应之后所进行的中和步骤中,通常通过加入碱,最常用氢氧化钠水溶液来中和至某种程度。这样生成粉碎的(取决于使用的反应器类型,粉碎过程可与聚合反应同时进行)且干燥的聚合物凝胶。通常,这样制备的干燥粉末(“基础聚合物”)通过加入另外的有机或多价金属(例如阳离子型)交联剂进行表面交联(也称为表面 “后”交联),以产生比颗粒主体交联程度更高的表面层。硫酸铝最常用做多价金属交联剂。将多价金属阳离子施用于超吸收剂颗粒有时不被视为表面交联,而是被称为“表面络合”或视为另一种形式的表面处理,尽管其具有与有机表面交联剂相同的效果,即增加颗粒表面上各个聚合物链之间的键的数量从而增强凝胶颗粒的硬度。有机和多价金属表面交联剂可共同地或以任何顺序累积使用。
表面交联使每个超吸收剂颗粒在表面附近产生较高的交联密度。这就解决了“凝胶封闭”的问题,该问题是指对早期类型的超吸收剂,液体吸入(liquid insult)会引起超吸收剂颗粒主体的颗粒最外层溶胀,形成几乎连续的凝胶层,这实际上阻碍了更多量的液体(例如二次吸入)传输至凝胶层以下的未使用的超吸收剂。虽然在一些超吸收剂应用中这是期望的效果(例如水下电缆密封),但当用于个人卫生产品时它会产生不期望的效果。通过表面交联增加单个凝胶颗粒的硬度可产生凝胶层内单个凝胶颗粒之间的开口孔道,从而促进通过凝胶层的液体传输。尽管表面交联降低了CRC或其他描述超吸收剂样品总吸收量的参数,但能有效增加可被含给定量的超吸收剂的卫生产品吸收的液体的量。
其他增加超吸收剂的渗透性的方法(确切地说是“凝胶床渗透性(GBP)”或“盐水导流能力(SFC)”)也是已知的。这些方法包括将超吸收剂与纤维如尿布核心部分中的绒毛混合,或混合能增加凝胶硬度或在凝胶层中产生液体传输开口孔道的其他组分。通常,增加GBP或SFC的组分被称为渗透性增强剂(“PEA”)。
此外,也已知几种用于解决与处理超吸收剂相关的粉尘问题的方法。由于脆性或其他原因,超吸收剂常包含引起粉尘的极细小颗粒。这进而引起与空气中的有机(例如,原则上可燃的)粉尘相关的各种问题。这可通过例如涂覆或塑化超吸收剂颗粒以降低脆性,或通过粘结剂将粉尘固定在超吸收剂颗粒上的方法来避免。已知再润湿可降低脆性,也有助于减弱干燥产品中出现的积累静电的趋势。
除了粉尘问题之外,还有结块问题。特别是在潮湿的情况下,如在潮湿的空气中储藏期间,超吸收剂易于形成团块和结块。结块阻碍超吸收剂的输送或压力给料,例如向超吸收剂加工设备如形成尿布的机器供给超吸 收剂,或甚至是从容器中排出超吸收剂。已知几种减轻这种结块问题的方法,如添加惰性颗粒或表面活性剂。
Frederic L.Buchholz和Andrew T.Graham(Hrsg.)在:“ModernSuperabsorbent Polymer Technology”J.Wiley & Sons,New York,U.S.A./Wiley-VCH,Weinheim,Germany,1997,ISBN 0-471-1941 1-5中,对超吸收剂和制备超吸收剂的方法做了全面的概述。在用于溶液聚合超吸收剂的改进处理的添加剂章节,本卷公开了对于潮湿环境,能降低吸湿速率的添加剂是人们感兴趣的。一个实例是用于聚(丙烯酸胺)的(共)聚合物的二氧化硅微粒与多元醇或聚烷撑二醇的结合物。在包含表面交联的高级产品章节,公开了用醋酸铝作表面交联剂。
WO 01/74913 A1涉及通过添加至少为三价阳离子的盐的溶液,通常是硫酸铝的水溶液,来重新产生表面交联的超吸收剂-特别是经过磨损的表面交联的超吸收剂-的凝胶床渗透性。WO 00/53644 A1公开了用多元醇和阳离子盐-特别是硫酸铝-水溶液的结合物表面交联过的超吸收剂。
WO 94/22940 A1教导了应用诸如平均分子量大于约200的低级脂族多元醇或者平均分子量为约400至约6000的低级聚烷撑二醇的除尘剂对超吸收剂除尘。其他合适的除尘剂有聚醚多元醇。经除尘的超吸收剂还可与流动性增强剂如二氧化硅混合。根据EP 755 964 A2,蜡涂层解决了与超吸收剂相关的粉尘问题。EP 703 265 A1公开了用非反应性的成膜聚合物涂覆超吸收剂颗粒以避免产生粉尘。
WO 97/037695 A1公开了用季铵盐作为防结块剂和亲水除尘剂或者亲水和疏水除尘剂的混合物处理过的超吸收剂。WO 97/30109 A1教导了通过用疏水除尘剂如天然硅油或类似物涂覆颗粒来对超吸收剂除尘。
WO 98/48857 A1公开了用多价金属阳离子如Al、Fe、Zr、Mg和Zn离子表面交联过的,并用液体粘合剂如水、矿物油或多元醇,优选水处理过的超吸收剂颗粒。粘合剂直接加入超吸收剂和多价阳离子盐的混合物中,并且该超吸收剂在粘合剂接触步骤之后即可直接使用。EP 690 077 A1的方法使用共聚单体,特别是含有醚和羟基的共聚单体,来制备脆性降低的超吸收剂聚合物,但吸水量明显降低。
WO 01/25290 A1教导了用有机交联剂表面交联过的高渗透超吸收剂。通过用水再润湿降低其脆性。公开号为09/124 879的日本专利申请公 开了用水或无机盐如硫酸铝的水溶液对通过有机交联剂进行了表面交联的超吸收剂再润湿。WO 98/49 221 A1涉及一种通过再润湿之前已在不存在有机溶剂或不溶于水的无机粉末的情况下与可包含其他表面交联剂的无机添加剂水溶液如硫酸铝溶液接触过,然后进行热处理得到的超吸收剂,来制备具有改良加工性能的超吸收剂的方法。EP 780 424 A1公开了一种通过使用包含环氧基团的表面交联剂并加热至优选100℃以上的温度来制备表面交联的超吸收剂的方法,其中环氧残基通过加热表面交联的超吸收剂至优选65℃以下的温度并用水处理加热后的超吸收剂而除去,不对所述超吸收剂进行显著干燥。除所述环氧表面交联剂以外,还可用其他表面交联剂如多价金属盐例如铝盐来使超吸收剂进行表面交联。
本发明的一个目的是提供一种改进的制备具有高凝胶床渗透性,不易凝聚或结块,也不易形成粉尘的超吸收剂的方法。本发明的另一个目的是提供所述的超吸收剂,另一个目的是提供包含所述超吸收剂的液体吸收产品及其制备方法。
我们已发现该目的可通过一种制备再润湿的、表面交联的超吸收剂的方法实现,所述方法包括以下步骤:使超吸收剂基础聚合物与有机交联剂和多价金属盐溶液在一种醇的存在下接触,热处理以形成表面交联的、干燥的超吸收剂,以及再润湿所述表面交联的干燥超吸收剂。
我们还发现使用所述方法制得的改良超吸收剂、包含所述超吸收剂的液体吸收产品及其制备方法。
本发明的超吸收剂是在某一压力下能吸收并保有相当于其本身重量许多倍的水分量的超吸收剂。通常,其离心保持量(CRC,见下文测量方法)为至少5g/g,优选至少10g/g,更优选至少15g/g。优选地,所述超吸收剂是基于部分中和的丙烯酸的交联聚合物,且其为表面后交联的。“超吸收剂”也可以是化学上不同的单一超吸收剂的混合物,因为化学成分对于超吸收性能不是非常重要。
制备超吸收剂,包括表面后交联的超吸收剂的方法是已知的。合成的超吸收剂例如可通过聚合含有下列物质的单体溶液来制得:
a)至少一种乙烯型不饱和的酸官能单体,
b)至少一种交联剂(通常指一种或多种“内部”交联剂),
c)任选的一种或多种可与单体a)共聚的乙烯型和/或烯丙型不饱和单体,和
d)任选的一种或多种单体a)、b)和如果合适c)至少能被部分接枝在其上的水溶性聚合物。
合适的单体a)有例如乙烯型不饱和羧酸,如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸和衣康酸,或其衍生物,如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。丙烯酸和甲基丙烯酸是特别优选的单体。丙烯酸是最优选的。
所述单体a)特别是丙烯酸优选包含最高达0.025重量%的对苯二酚半醚。优选的对苯二酚半醚是对苯二酚单甲醚(MEHQ)和/或维生素E。
维生素E是指下式的化合物:
其中R3是氢或甲基,R4是氢或甲基,R5是氢或甲基,和R4是氢或1-20个碳原子的酸基团。
优选的R6基团是乙酰基、抗坏血酸基、琥珀酰基、烟碱基和其他生理可耐受的羧酸。所述羧酸可以是一元、二元或三元羧酸。
优选R3=R4=R5=甲基的α-维生素E,特别是外消旋的α-维生素E。R6更优选氢或乙酰基。RRR-α-维生素E是特别优选的。
所述单体溶液包含优选不高于130重量ppm,更优选不高于70重量ppm,优选不低于10重量ppm,更优选不低于30重量ppm,特别是约50重量ppm的对苯二酚半醚,均基于丙烯酸计,丙烯酸盐按丙烯酸计算。例如,所述单体溶液可用具有合适的对苯二酚半醚含量的丙烯酸制备。
交联剂b)为含有至少两个可聚合基团的能通过自由基共聚形成聚合物网络的化合物。可用的交联剂b)包括例如EP 530 438 A1中描述的乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、烯丙基甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三烯丙基胺、四烯丙氧基乙烷,如EP 547 847 A1、EP559 476 A1、EP 632 068 A1、WO 93/21237 A1、WO 03/104299 A1、WO 03/104300 A1、WO 03/104301 A1和DE 103 31 450 A1中描述的二丙烯酸酯或三丙烯酸酯,如DE 103 31 456 A1和WO 04/013064 A2中描述的混合的丙烯酸酯,所述丙烯酸酯除包含丙烯酸酯基团外还包含乙烯型不饱和基团,或者例如DE 195 43 368 A1、DE 196 46 484 A1、WO 90/15830 A1和WO 02/032962 A2中描述的交联剂混合物。
可用的交联剂b)具体包括N,N′-亚甲基二丙烯酰胺和N,N′-亚甲基二甲基丙烯酰胺,多元醇的不饱和单羧酸或多羧酸的酯,如二丙烯酸酯或三丙烯酸酯,例如丁二醇二丙烯酸酯、丁二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯以及三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,以及烯丙基化合物,例如烯丙基(甲基)丙烯酸酯、三烯丙基氰尿酸酯、二烯丙基马来酸酯、多烯丙基酯、四烯丙氧基乙烷、三烯丙基胺、四烯丙基乙二胺、磷酸烯丙基酯,还有乙烯基膦酸衍生物,如EP 343 427 A2中所述。可用的交联剂b)还包括季戊四醇二烯丙基醚、季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇四烯丙基醚、聚乙二醇二烯丙基醚、乙二醇二烯丙基醚、甘油二烯丙基醚、甘油三烯丙基醚、基于山梨醇的聚烯丙基醚、以及它们的乙氧基化变体。本发明的方法可使用聚乙二醇的二(甲基)丙烯酸酯,所用的聚乙二醇分子量为300-1000。
然而,特别有利的交联剂b)为如下物质的二丙烯酸酯和三丙烯酸酯:3-15重(tuply)乙氧基化甘油、3-15重乙氧基化三羟甲基丙烷、3-15重乙氧基化三羟甲基乙烷;特别是如下物质的二丙烯酸酯和三丙烯酸酯:2-6重乙氧基化甘油或2-6重乙氧基化三羟甲基丙烷、3重丙氧基化甘油、3重丙氧基化三羟甲基丙烷、3重混合乙氧基化或丙氧基化甘油、3重混合乙氧基化或丙氧基化三羟甲基丙烷、15重乙氧基化甘油、15重乙氧基化三羟甲基丙烷、40重乙氧基化甘油、40重乙氧基化三羟甲基乙烷和40重乙氧基化三羟甲基丙烷。
极特别优选用作交联剂b)的是二丙烯酸酯化的、二甲基丙烯酸酯化的、三丙烯酸酯化的或三甲基丙烯酸酯化的多重乙氧基化和/或丙氧基化的甘油,如WO 03/104301 A1中所述。3-10重乙氧基化甘油的二和/或三丙烯酸酯是特别有利的。极特别优选1-5重乙氧基化和/或丙氧基化甘油的二或三丙烯酸酯。3-5重乙氧基化和/或丙氧基化甘油的三丙烯酸酯是最优选的。这些物质由于其在吸水聚合物中极低的残余含量(通常低于10重 量ppm)而引人注意,且用其制备的吸水聚合物的水提物在相同温度下具有与水相比几乎不变的表面张力(通常是至少0.068N/m)。
可与单体a)共聚的乙烯型不饱和单体c)的实例有丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、巴豆酰胺、二甲基氨基乙基甲基丙烯酰胺、二甲基氨基乙基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、二乙基氨基丙基丙烯酰胺、二甲基氨基丁基丙烯酰胺、二甲基氨基乙基甲基丙烯酰胺、二乙基氨基乙基甲基丙烯酰胺、二甲基氨基新戊基丙烯酰胺和二甲基氨基新戊基甲基丙烯酰胺。
可用的水溶性聚合物d)包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉、淀粉衍生物、聚乙烯亚胺、聚乙二醇、形式上全部或部分由乙烯基胺单体构成的聚合物,如部分或完全水解的聚乙烯酰胺(所谓的“聚乙烯胺”)或聚丙烯酸,优选聚乙烯醇和淀粉。
所述聚合反应任选在常规聚合调节剂的存在下进行。合适的聚合调节剂有例如硫醇化合物如硫代羟基乙酸,巯醇例如2-巯基乙醇、巯基丙醇和巯基丁醇,十二烷基硫醇,甲酸,氨和胺,例如乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三乙基胺、吗啉和哌啶。
单体(a)、(b)和任选的(c)在聚合引发剂的存在下,任选在水溶性聚合物d)——其以按重量计20%-80%,优选20%-50%,尤其是30%-45%的水溶液形式存在——的存在下互相(共)聚合。可用的聚合引发剂包括在聚合条件下分解为自由基的所有化合物,例如过氧化物、氢过氧化物、过氧化氢、过硫酸盐、偶氮化合物和所谓的氧化还原引发剂。使用水溶性引发剂是优选的。在某些情况下使用多种聚合引发剂的混合物是有利的,例如过氧化氢和过二硫酸钠或过二硫酸钾的混合物。过氧化氢和过二硫酸钠的混合物可以任意需要的比例使用。合适的有机过氧化物有例如过氧化乙酰丙酮、过氧化甲基乙基酮、叔丁基过氧化氢、过氧化氢异丙苯、过氧化新戊酸叔戊酯、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化新己酸叔丁酯、过氧化异丁酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化异壬酸叔丁酯、过氧化马来酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯和过氧化新癸酸叔戊酯。其它合适的聚合引发剂还有偶氮引发剂,例如2,2′-偶氮二(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2′-偶氮二(N,N-二亚甲基)-异丁脒二盐酸盐、2-(氨甲酰基偶氮)异丁腈和4,4′-偶氮二(4-氰基戊酸)。提到的聚 合引发剂以常规量使用,例如以基于待聚合的单体计0.01-5mol%,优选0.1-2mol%的量。
氧化还原引发剂包括至少一种上面指出的过氧化化合物作为氧化组分,和一种还原组分,所述还原组分例如抗坏血酸、葡萄糖、山梨糖、亚硫酸氢铵、亚硫酸铵、硫代硫酸铵、连二亚硫酸铵、焦亚硫酸铵、硫化铵、碱金属亚硫酸氢盐、碱金属亚硫酸盐、碱金属硫代硫酸盐、碱金属连二亚硫酸盐、碱金属焦亚硫酸盐、碱金属硫化物、金属盐如铁(ll)离子或银离子、羟甲基次硫酸钠或亚磺酸衍生物。氧化还原引发剂的还原组分优选抗坏血酸或焦亚硫酸钠。基于聚合反应中所用单体的量,使用1×10-5至1mol%的氧化还原引发剂的还原组分,和1×10-5至5mol%的氧化组分。代替氧化组分可使用一种或多种水溶性偶氮引发剂,或者另外加入一种或多种水溶性偶氮引发剂。
优选使用由过氧化氢、过二硫酸钠和抗坏血酸组成的氧化还原引发剂。所述组分的使用浓度为例如基于单体计1×10-2mol%的过氧化氢,0.084mol%的过二硫酸钠和2.5×10-3mol%的抗坏血酸。
也可用多种其他已知引发聚合反应的方式引发聚合反应。一个实例是通过用足够高能量的射线,特别是紫外线辐射引发聚合反应。通常,当通过紫外线引发聚合反应时,加入能在紫外线辐射下分解成自由基的化合物。所述化合物的实例有2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮和/或α,α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮。
单体水溶液可以溶解或分散形式包含所述引发剂。然而,所述引发剂也可与单体溶液分别加入聚合反应器中。
优选的聚合引发剂对溶解氧有要求,以达到最佳效果。因此,聚合引发剂可在聚合反应之前通过惰性化作用来除去溶解的氧,例如通过使惰性气体,优选氮气流过其中。这可通过并流、逆流或介于两者之间以一入口角度引入惰性气体的方式来完成。良好的共混例如可通过喷嘴、静态或动态混合器或鼓泡塔来实现。单体溶液的氧含量优选在聚合反应之前降至低于1重量ppm,更优选低于0.5重量ppm。任选地可用惰性气流使单体溶液经过反应器。
合适的聚合物以及其它合适的亲水性乙烯型不饱和单体a)的制备描述于例如DE 199 41 423 A1、EP 686 650 A1、WO 01/45758 A1和WO03/104300 A1中。
超吸收剂通常通过单体水溶液的加成聚合反应和任选的随后的水凝胶粉碎来制得。文献中描述了合适的制备方法。超吸收剂可通过例如以下方法来制得:
·在间歇过程或管式反应器中凝胶聚合,随后在绞肉机、挤出机或捏和机中粉碎,例如EP 445 619 A2和DE 19 846 413 A1中描述的;
·在捏合机中聚合并伴随通过例如反向旋转搅拌槽的连续粉碎,例如WO 01/38402 A1中描述的;
·在带状反应器上聚合,随后在绞肉机、挤出机或捏和机中粉碎,例如EP 955 086 A2、DE 38 25 366 A1或US 6,241,928中描述的;
·能制备具有相对较窄的凝胶粒度分布的珠状聚合物的乳液聚合,例如EP 457 660 A1中描述的;
·在织物层上的原位聚合,通常在连续操作过程中,所述织物层之前已用单体水溶液进行喷涂,并接着进行过光聚合,例如WO02/94328 A2、WO 02/94329 A1中描述的。
引用的参考文献明确地纳入本文以详细说明工艺操作过程。本反应优选在捏和机中或带状反应器上进行。
连续凝胶聚合是经济上优选的,因此也是目前惯用的制备超吸收剂的方法。连续的凝胶聚合过程通过首先在不同时间和/或位置混合丙烯酸溶液与中和剂、任选的共聚单体和/或其它辅助材料制备单体混合物,然后将混合物转运至反应器,或制备作为反应器初始进料的混合物而进行。最后加入引发体系开始聚合反应。随后的连续聚合过程包括形成聚合物凝胶——即一种在聚合反应溶剂-通常是水-中溶胀形成凝胶的聚合物——的反应,并且所述聚合物凝胶已在搅拌聚合过程中粉碎。随后将所述聚合凝胶干燥,如果必要也可磨碎和过筛,并被转运以进行另外的表面处理。
制得的水凝胶的酸基团在酸中和步骤中部分中和,通常中和到至少25mol%的程度,优选中和到至少50mol%的程度,更优选中和到至少60 mol%的程度,通常至不超过85mol%的程度,优选至不超过80mol%的程度,更优选至不超过75mol%的程度。
中和反应也可在聚合反应之后,在水凝胶阶段进行。但也可在聚合反应之前全部或部分中和至需要的中和程度。在聚合反应之前进行部分中和的情况下,所用单体中通常至少10mol%,优选至少15mol%,且通常也不高于40mol%,优选不高于30mol%,更优选不高于25mol%的酸基团在聚合反应之前通过向单体溶液中加入部分中和剂被中和。在这种情况下需要的最终中和程度只在将要结束时或在聚合反应之后才达到优选其干燥之前的水凝胶水平。通过混合中和剂来中和单体溶液。水凝胶可在中和过程中机械粉碎,例如通过绞肉机或类似的用于粉碎凝胶状物的装置,在这种情况下中和剂可喷洒、喷淋或倾倒在其上,然后小心地混入。为此,可将制得的凝胶体反复研磨使其均匀。
通过加入中和剂在聚合反应之前将单体溶液中和至需要的最终中和程度,或者在聚合反应之后进行中和,通常较在聚合之前部分中和及在聚合之后部分中和更为简单,因此是优选的。
所述聚合形成的凝胶可任选地维持一段时间,例如在通常至少50℃,优选至少70℃,且通常不超过130℃,优选不超过100℃的温度维持至少30分钟,优选至少60分钟,更优选至少90分钟,且通常不超过12小时,优选不超过8小时,更优选不超过6小时,这在很多情况下进一步改良其性质。
然后将中和的水凝胶用带状或鼓式干燥器干燥至残余水分含量优选低于15重量%,特别是低于10重量%,水分含量用EDANA(EuropeanDisposables and Nonwovens Association)推荐的检测方法No.430.2-02“Moisture content(水分含量)”来测量。因此,干燥超吸收剂含有最高为15重量%的水分,优选不超过10重量%。被归入“干燥”类别的明确标准具体为:作为粉末处理时具有足够的流动性,例如针对气力运输、填充包装、筛分或固体加工技术中涉及的其他加工步骤。然而,任选地,也可用流化床干燥器或加热铧混合器进行干燥。为制得特别是无色产品,通过确保迅速除去蒸发水来干燥凝胶是有利的。为此目的,必需优化干燥器温度,必须控制空气供给与排出,并在任何时候必须确保充分通风。当凝胶的固体含量尽可能高时,干燥自然会更简单,产品也会更加无色。因 此在加成聚合时溶剂分率应设定为使得干燥之前凝胶的固体含量为通常至少20重量%,优选至少25重量%,更优选至少30重量%,并且通常不超过90重量%,优选不超过85重量%,更优选不超过80重量%。用氮气或其他非氧化性的惰性气体排空干燥器是特别有利的。然而,任选地可在干燥过程中仅降低氧气的分压以防止氧化变黄。但通常充分地排空并去除水蒸气同样可得到可接受的产品。非常短的干燥时间通常对颜色和产品质量是有利的。
干燥的水凝胶(其已不再是凝胶(尽管常仍这样称呼)而是具有超吸收性能的干燥聚合物,其已成为“超吸收剂”)优选磨碎并筛分,可用的研磨设备通常包括轧制机、针磨机、锤磨机、切磨机或摇摆磨机。筛分过的干燥水凝胶的粒度优选小于1000μm,更优选小于900μm,最优选小于850μm,且优选大于80μm,更优选大于90μm,最优选大于100μm。
极特别优选粒度(筛分粒度级)范围为106-850μm。粒度用EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)推荐的检测方法No.420.2-02“Particle size distribution(粒度分布)”确定。
这样制备的干燥的超吸收聚合物通常称为“基础聚合物”,然后进行表面后交联。表面后交联可用干燥、磨碎并分类的聚合物颗粒以常规方式完成。为进行表面后交联,将能够通过交联与基础聚合物上的官能团反应的化合物通常以溶液的形式施用于基础聚合物颗粒表面。通常先将一种表面交联剂溶液通过使基础聚合物与交联剂溶液接触而施用至基础聚合物,然后通过热处理实现或完成表面交联。所述接触步骤可在基础聚合物颗粒表面产生表面交联溶液涂层,并可能产生某些交联,这取决于交联剂的活性和接触步骤中所采用的温度,在热处理步骤产生最终的表面交联的超吸收剂。
依照本发明,基础聚合物颗粒用至少一种有机(后)交联剂和多价金属盐-后者以也包含醇的溶液使用-进行表面交联。基础聚合物与表面后交联溶液的接触(也可使用“表面交联”)通常通过将表面后交联剂(“表面交联剂”)的表面后交联溶液喷洒在水凝胶或干燥基础聚合物粉末上来进行。
合适的有机后交联剂有例如:
双环氧化物或聚环氧化物,例如二或多缩水甘油基化合物如膦酸二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、聚烷撑二醇的二氯乙醇醚,
烷氧基甲硅烷基化合物,
聚氮杂环丙烷,含氮杂环丙烷单元且基于聚醚或取代烃的化合物,例如双-N-氮杂环丙烷基甲烷,
聚胺或聚酰胺-胺以及它们与环氧氯丙烷的反应产物,
多元醇如乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、甘油、甲基三乙二醇、平均分子量Mw为200-10000的聚乙二醇、双甘油和聚甘油、季戊四醇、山梨醇、所述多元醇的乙氧基化物和它们与羧酸或碳酸的酯,如碳酸亚乙酯或碳酸亚丙酯,
碳酸衍生物如尿素、硫脲、胍、双氰胺、2-噁唑烷酮及其衍生物、双噁唑啉、聚噁唑啉、二异氰酸酯和聚异氰酸酯,
二羟甲基化合物和聚-N-羟甲基化合物例如亚甲基二(N-羟甲基甲基丙烯酰胺)或三聚氰胺-甲醛树脂,
含两个或多个嵌段异氰酸酯基团的化合物例如2,2,3,6-四甲基哌啶-4-酮嵌段的三甲基六亚甲基二异氰酸酯。
如有必要可加入酸性催化剂,例如对-甲苯磺酸、磷酸、硼酸或磷酸二氢铵。
特别合适的后交联剂有二缩水甘油基化合物或多缩水甘油基化合物如乙二醇二缩水甘油醚、多氨基胺与环氧氯丙烷的反应产物、2-噁唑烷酮和N-羟乙基-2-噁唑烷酮。
用于表面后交联剂的溶剂是常规的合适溶剂,实例有水、醇类、DMF、DMSO和它们的混合物。合适的醇类的实例有一元醇、二元醇、三元醇或多元醇,优选含有一到八个碳原子的醇。优选的是丙醇。最优选地,所述醇选自丙二醇、1,3-丙二醇、1-丙醇、2-丙醇和它们的混合物。特别优选水和水-醇混合物,例如水-甲醇、水-1,2-丙二醇、水-2-丙醇和水-1,3-丙二醇。
喷洒后交联剂溶液优选在带移动混合器具的混合器中进行,如螺杆混合器、桨式混合器、盘式混合器、铧混合器和铲混合器。特别优选立式混合器,极特别优选铧混合器和铲混合器。可用的已知混合器包括例如 和 混合器。极特别优选高速混合器,例如Schugi- 或 型。
聚合物还使用多价金属盐来进行表面交联。优选地,所述多价金属盐溶于水。可溶于水的多价金属盐包含能与聚合物的酸基团反应形成络合物的二价或更高价(“多价”)的金属阳离子。多价阳离子的实例有如Mg2+、Ca2+、Al3+、Sc3+、Ti4+、Mn2+、Fe2+/3+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Y3+、Zr4+、La3+、Ce4+、Hf4+和Au3+的金属阳离子。优选的金属阳离子有Mg2+、Ca2+、Al3+、Ti4+、Zr4+和La3+,特别优选的金属阳离子有Al3+、Ti4+和Zr4+。最优选的是Al3+。金属阳离子不仅可单独使用,也可互相混合使用。所提及的金属阳离子中,可以使用在所用溶剂中有足够的溶解度的任何金属盐。特别合适的是与弱络合阴离子例如氯、硝酸根和硫酸根、硫酸氢根、碳酸根、碳酸氢根、硝酸根、磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根和羧酸根如乙酸根和乳酸根形成的金属盐。特别优选使用硫酸铝。
超吸收剂通常与多价金属盐溶液形式的多价金属盐接触。合适的溶剂的实例有水、醇、DMF、DMSO和它们的混合物。合适的醇的实例有一元醇、二元醇、三元醇或多元醇,优选具有一到八个碳原子的醇。优选的是丙醇。最优选地,所述醇选自丙二醇、1,3-丙二醇、1-丙醇、2-丙醇和它们的混合物。特别优选水和水-醇混合物,例如水-甲醇、水-1,2-丙二醇、水-2-丙醇和水-1,3-丙二醇。
超吸收聚合物与多价阳离子溶液的接触以与上述有机表面后交联剂相同的方法进行。
多价金属盐溶液在醇的存在下使用。可以施用包含有机交联剂、多价金属盐和醇作为表面交联剂的原液,尽管出于稳定性方面的考虑这并不是优选的。然而,可以,并且本发明的一个优选实施方案即是将含有有机交联剂的溶液与多价金属盐溶液混合,其中至少这两种溶液中的一种含有醇,并且如果只有一种溶液中含有醇,则优选有机交联剂溶液含有醇,在用于喷洒表面交联剂的喷嘴中或靠近其上游混合,以便用包含有机交联剂、多价金属盐和醇的混合物处理所述超吸收剂。在本发明的另一个优选实施方案中,超吸收剂首先用含有有机交联剂的溶液处理,然后用含有多价金属盐的溶液处理。同样,这两种溶液中的至少一种含有醇,如果只有一种溶液中含有醇,优选含有有机交联剂的溶液含有醇。
通常,用于超吸收剂的有机交联剂的量基于基础聚合物的重量计至少为50重量ppm,优选至少100重量ppm,更优选至少200重量ppm,且通常不高于1重量%,优选不高于0.5重量%,更优选不高于2000重量ppm。多价金属盐的使用量基于基础聚合物的重量计为通常至少50重量ppm,优选至少1000重量ppm,更优选至少2000重量ppm,且通常不高于5重量%,优选不高于3重量%,更优选不高于1重量%。醇的使用量基于基础聚合物的重量计为通常至少1000重量ppm,优选至少2000重量ppm,更优选至少3000重量ppm,且通常不高于15重量%,优选不高于10重量%,更优选不高于5重量%。
在将超吸收剂基础聚合物与有机交联剂和多价金属盐溶液在醇的存在下接触的步骤之后,任选地且优选地,接着进行一个热处理步骤,以从根本上实现表面后交联反应(通常只称为“干燥”),优选在下游的加热混合器(“干燥器”)中,在通常至少50℃,优选至少80℃,更优选至少80℃,且通常不高于300℃,优选不高于250℃,更优选不高于200℃的温度下进行。待处理的超吸收剂在干燥器中的平均停留时间(即各个超吸收剂颗粒的平均停留时间)为通常至少1分钟,优选至少3分钟,更优选至少5分钟,且通常也不超过6小时,优选不超过2小时,更优选不超过1小时。实际干燥发生时,不仅出现裂化产物,溶剂组分也被去除。热干燥在常规的干燥器如托盘干燥器、旋转管式炉或可加热的螺杆机中进行,优选在接触干燥器中进行。优选使用在其中能搅拌产品的干燥器,即加热混合器,更优选铲式干燥器,最优选圆盘干燥器。例如 干燥器和 干燥器即为合适的干燥器。也可使用流化床干燥器。但也可通过加热外壳或向其中吹入预加热的气体如空气而在搅拌器内进行干燥。也可例如利用共沸蒸馏作为干燥方法。交联反应不仅可在干燥之前,也可在干燥过程中进行。
当基础聚合物或有机交联剂溶液中存在水时,优选在足以将所得的表面交联的超吸收剂的水分含量降至基于表面交联超吸收剂总量计低于1重量%的值的条件下进行加热处理。
然后通过加入水再润湿表面交联的超吸收剂。
向固体微粒如超吸收剂中加入液体如水的方法是已知的,可以使用任意已知方法。在所有情况下,优选在混合器中轻度搅拌超吸收剂时加入水以实现水分在超吸收剂中的均匀分布。有两种向超吸收剂中加水的特别方便的方法。一种是提供一个单独的再润湿混合器,另一种是在热处理后向用于冷却最终产品从而结束表面后交联的冷却器中加水。
适用于再润湿超吸收剂的混合器是已知的。对使用的混合器的类型没有特殊限制,例如单或双螺杆混合器、桨式混合器、涡旋混合器、滚动混合器、螺带式混合器、空气混合器、翻滚混合器和流化床,或任何其他能均匀混合固体微粒与液体的仪器。优选使用连续操作桨式混合器,如从Nara Machinery Co.,Ltd.,Tokyo,Japan购得的桨式混合器,从BepexInternational LLC,Minneapolis,U.S.A.或从Hosokawa Micron BV,Doetinchem,The Netherlands购得的 或从Gebr.RubergGmbH & Co.KG,Nieheim,Germany购得的桨式混合器。
可以任意方式加入水,优选喷洒加入。可用一个或多个喷嘴加入水,优选使用偶数个喷嘴。可使用任意适合喷水的喷嘴。当使用优选的连续桨式混合器时,超吸收剂沿一个或多个轴逐渐前进(优选单轴混合器),并通过通常位于对应于超吸收剂在冷却器/混合器中平均停留时间的至少0%,优选至少30%,且通常不超过90%,优选不超过70%的位置的一个或多个喷嘴加水。如果使用不止一个喷嘴,可在混合器中的几个位置加水,例如一个喷嘴或一组喷嘴位于相应于平均停留时间的20%-40%的范围内,另一个或另一组位于相应于平均停留时间的60%-80%的范围内。
加入水时的温度通常在40-95℃的范围内。超吸收剂在再润湿步骤的平均停留时间通常在5-120分钟的范围内。
通常加入水的量足以使再润湿超吸收剂的水分含量达到基于再润湿超吸收剂总重量计至少1重量%,优选至少3重量%,且通常不超过7重量%,优选不超过5重量%。
也可在用于冷却热处理之后的产品从而最终完成表面后交联的冷却步骤中加入水。
在任何干燥或热处理步骤之后,干燥后对产品进行冷却是有利的但不是绝对必要的。冷却可连续地或不连续地进行,可方便地通过将产品连续输送进干燥器下游的冷却器。可使用已知的从粉状固体中除热的任何设备,特别是以上作为干燥设备提及的任意设备,只要不是供给其加热介质而是供给冷却介质例如冷却水,以使得热量不会通过器壁、并且根据设计 条件也不会通过搅拌元件或其他热交换表面被引入超吸收剂中,而是从超吸收剂中移出热量。优选使用在其中能搅拌产品的冷却器,即冷却混合器,例如铲式冷却器、圆盘冷却器或桨式冷却器,例如 或 冷却器。超吸收剂也可在流化床上通过向其中鼓入冷却气体如冷空气而被冷却。冷却条件设定为使得获得具有进一步处理所需温度的超吸收剂。通常,在冷却器中的平均停留时间是通常至少1分钟,优选至少3分钟,更优选至少5分钟,且通常也不超过6小时,优选不超过2小时,更优选不超过1小时,冷却性能将确定为使制得的产品具有通常至少0℃,优选至少10℃,更优选至少20℃,且通常也不超过100℃,优选不超过80℃,更优选不超过60℃的温度。
在本发明的一个优选实施方案中,在表面后交联之后的冷却步骤中进行再润湿。上述混合设备通常配置有热传递装置,并能直接用作冷却器。那样的话,所述用于再润湿步骤的工艺条件也可用于冷却步骤中,但可以根据所用的具体设备将同一个混合器/冷却器的一部分用于再润湿而将另一部分在不同工艺条件下用于冷却。在任何情况下,优选仅在冷却器中超吸收剂温度低于100℃的位置加入水。
任选地还可向超吸收剂提供其它常规添加剂和辅助材料以影响储存或处理性质。它们的实例除了表面交联剂外还有渗透增强剂,如固体微粒(广泛使用硅石)或阳离子聚合物以进一步增强渗透性;着色剂;不透明添加剂以改进溶胀凝胶的可视性,这在某些应用中是需要的;表面活性剂;凝聚控制剂以改进流动性等等。所述添加剂和辅助材料可用本领域公知的方法在单独的处理步骤中加入,但一个方便的方法可以是将它们加至冷却器内的超吸收剂中,例如用溶液喷洒超吸收剂,或以细分散固体或以液体形式添加,只要该冷却器能保证充分混合质量。可行的而且可能相当方便的是,将这类添加剂或辅助材料部分或全部与水一起加入再润湿步骤中,优选加至上述表面后交联之后的冷却器/混合器内组合的再润湿和冷却步骤中。将固体微粒加入冷却器/混合器中的一个便利方法可以是在两元件或多元件喷嘴中用水喷洒。然而,通常优选用纯水再润湿超吸收剂。
最终的表面交联的超吸收剂任选通过常规方法磨碎和/或筛分。研磨通常并非是必需的,但为了确定所需的产品粒度分布,通常建议筛除形成的凝聚物或筛下物。凝聚物和筛下物被丢弃或优选地以常规方式在合适点 返回工艺过程;凝聚物在粉碎以后。所述超吸收剂粒度优选不超过1000μm,更优选不超过900μm,最优选不超过850μm,且优选至少为80μm,更优选至少为90μm,最优选至少为100μm。通常筛分粒度级为例如106-850μm或150-850μm。
我们还发现通过本发明的方法制备的超吸收剂和包含通过本发明的方法制备的超吸收剂的卫生用品。本发明的卫生用品有例如那些打算用于轻度或重度失禁的卫生产品,例如用于重度或轻度失禁的嵌入物、失禁短裤、还有尿布,婴幼儿的训练裤,或女性卫生用品如衬垫、卫生巾或卫生棉条。这种卫生产品是已知的。本发明的卫生产品与已知卫生产品的不同之处在于其包含本发明的超吸收剂。我们也发现制备卫生产品的方法,这种方法包括在制造所述卫生产品时利用至少一种本发明的超吸收剂。制备使用超吸收剂的卫生产品的方法同样是已知的。
本发明还提供了本发明的组合物在儿童训练裤、鞋垫和其他吸收体液的卫生产品中的应用。本发明的组合物也能用于其它吸收液体特别是水或水溶液的技术和工业领域。所述领域有例如储存、包装、运输(作为用于水或潮湿敏感物品的包装材料的组分,例如用于花卉运输,也可作为防止机械冲击的保护物);动物卫生(在猫砂中);食品包装(运输鱼、鲜肉;吸收鱼或肉包装中的水、血);医学(伤口药膏、用于烧伤涂敷或其他渗出性伤口的吸水材料)、化妆品(药化学和药剂学的载体材料、风湿性膏药、超声波凝胶、冷却凝胶、化妆品增稠剂、防晒剂);水包油和油包水乳液的增稠剂;纺织品(在纺织品、鞋垫中的用于蒸发冷却的水分调节剂,例如在防护服、手套、头带中);化学工程应用(作为有机反应催化剂用于固定功能性大分子如酶、作为凝聚有关的粘合剂、储热介质、助滤剂、聚合板中的亲水性成分、分散剂、高效增塑剂);粉末注射塑模、建筑构造和工程中的助剂(配于土基灰底中作为减震介质、在富水地域隧道挖掘中的助剂、电缆护套);水处理、垃圾处理、除水(除冰剂、可重复使用的沙袋);净化;农业(灌溉、蓄留融水和贮存露水、堆肥添加剂、保护森林免受真菌/昆虫侵袭、延迟对作物释放活性成分);消防或防火;热塑性聚合物中的共挤剂(例如多层膜亲水化);可吸水的膜和热塑性模型生产(例如用于农业的雨水和露水储存膜;用于保持湿膜包装中的水果和蔬菜新鲜的含超吸收剂膜);超吸收剂-聚苯乙烯共挤剂(例如用于食品 包装如肉、鱼、家禽肉、水果和蔬菜);或活性成分制剂中的载体物质(制药、作物保护)。
超吸收剂性质的测量方法
离心保持量(CRC)
测量离心保持量(CRC)的方法描述于美国专利申请US 2002/0 165288 A1中[0105]和[0106]段。
负荷0.9psi下的吸收量(AUL 0.9psi)
测量AUL 0.9psi的步骤公开于WO 00/62825中22-23页(其中被称为“Absorbency Under Load(负荷下的吸收性)”)。使用317g的重量获得AUL 0.9psi值。
流速
用EDANA(European Disposbles and Nonwovens Association,AvenueEugène Plasky,157,1030 Brussels,Belgium,www.edana.org)测量方法450.2-02(可从EDANA得到)测量流速。
粒度分布(PSD)
用EDANA(European Disposbles and Nonwovens Association,AvenueEugène Plasky,157,1030 Brussels,Belgium,www.edana.org)测量方法420.2-02(可从EDANA得到)测量粒度分布。
残余水分含量
测量残余水分含量的方法描述于WO 01/25290 A1,第19页第24行到第20页第8行。
实施例
实施例1:聚合物A(捏合机工艺,无氧化铝)(对比)
将带有两个σ轴的捏合机(型号LUK 8.0K2,由Coperion Werner &Pfleiderer GmbH & Co.KG,Stuttgart,Germany制造)用氮气吹扫,并填充用氮气冲洗过的5166g 37.7重量%丙烯酸钠水溶液、574g丙烯酸和720g去离子水的混合物。随后加入4.1g ETMPTA(乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,平均15摩尔环氧乙烷每摩尔三羟甲基丙烷)、10g 0.75重量%抗坏血酸水溶液、16.6g 15重量%过硫酸钠水溶液和3.75g 3重量% 过氧化氢水溶液。捏合机在一个轴为98rpm,另一个轴为49rpm的最大速度下操作。在加入过氧化氢后立即通过在加热夹套中循环热油(80℃)对溶液进行加热。达到峰值温度以后停止加热,并使聚合物凝胶再反应14分钟。随后冷却凝胶至约65℃并将其置于托盘上。凝胶在170℃的烘箱中干燥75分钟(每个托盘中约1000g凝胶)。最后干燥的凝胶用辊磨器(型号LRC 125/70,由Bauermeister Zerkleinerungstechnik GmbH,Norderstedt,Germany制造)研磨三次,使用的间隙尺寸为1000μm、600μm和400μm。产品过筛并选择850-150微米粒度级。
使用 M5混合器通过雾化喷嘴用含0.08重量%2-噁唑烷酮、1.93重量%去离子水和0.94重量%2-丙醇(所有的量均基于处理前的聚合物粉末的重量计)的表面交联剂溶液处理1kg所述聚合物粉末。在180℃加热混合物一小时,然后冷却至室温。然后冷却的产品过筛,并将850-150微米粒度级命名为聚合物C。
所制得的聚合物的性质总结于表1中。
实施例2:聚合物B(捏合机工艺,氧化铝涂覆)
按实施例1的步骤制得聚合物B,但是使用下列量的化学品:
5166g 37.7重量%丙烯酸钠水溶液
574g丙烯酸
720g去离子水
10.7g ETMPTA
10g的0.75重量%抗坏血酸水溶液
16.6g的15重量%过硫酸钠水溶液
3.75g的3重量%过氧化氢水溶液
表面交联溶液(用量基于处理前聚合物粉末的重量):
0.12重量% EX 810(乙二醇二缩水甘油醚,可从NagaseChemteX Corporation,Osaka,Japan购得)
0.6重量%丙二醇
1重量%去离子水
3.1重量%的17重量%硫酸铝水溶液
所制得的聚合物的性质总结于表1中。
实施例3:聚合物C(静态聚合,无氧化铝)(对比)
将1121.2g冷的丙烯酸加入带盖子、热电偶和氮气吹扫管的4升的玻璃反应釜中。接下来加入5.49g季戊四醇三烯丙基醚、2346.88g去离子水、1.77g 736(聚氨基胺环氧氯丙烷加合物水溶液,可从Hercules Incorporated,Wilmington,Delaware,U.S.A.购得)和500g去离子水制成的冰。用氮气吹扫单体溶液30分钟。30分钟后,同时加入12.33g 1重量%过氧化氢水溶液和12.33g 1重量%抗坏血酸水溶液。引发以后(温度迅速升高,单体溶液增稠),将吹扫管从单体溶液中移出并置于顶部空间直到反应温度达到峰值。将凝胶保持在绝热容器中过夜。
从容器中取出凝胶并用碎肉机(型号4812,Hobart Corporation,Troy,Ohio,U.S.A.制造)切碎一次。尽可能均匀地加入838.04g 50重量%NaOH水溶液。然后用手将凝胶彻底捏合并用Hobart碎肉机切碎两次。接下来尽可能均匀地向凝胶中加入10.33g偏亚硫酸氢钠溶于200g去离子水的溶液。再次用手将凝胶彻底捏合并用Hobart碎肉机切碎两次。然后将凝胶置于滚筒干燥器上(蒸汽加热,压力>80psi)。收集干燥的聚合物薄片并先用手压碎,然后用针轧机(型号ZM 200,Retsch GmbH,Haan,Germany制造)在14,000rpm下研磨。将生成的粉末用筛子(型号KS1000,Retsch GmbH,Haan,Germany制造)在设置7下过筛10分钟筛至850-160微米。
将1kg聚合物粉末放入混合器(实验室铧混合器型号M5,Gebrüder Maschinenbau GmbH,Paderborn,Germany制造)。通过在烧杯中混合0.37g EX 810(乙二醇二缩水甘油醚,可从NagaseChemteX Corporation,Osaka,Japan购得)、13.33g丙二醇和26.67g去离子水来制备表面交联溶液。在449rpm的混合器转速下,在三分钟时间内用注射器将表面交联剂溶液滴加至聚合物粉末。然后停止混合器,混合器壁上粘附的产品被刮下(并与主体部分再结合),并在449rpm下继续混合两分钟。然后将该批产品排放到两个不锈钢盘中,在120℃的烘箱中放置一小时。然后从烘箱中取出盘子在干燥器中冷却。冷却的产品过筛,850-150微米粒度级被称为聚合物C。
所制得的聚合物的性质总结于表1中。
实施例4:聚合物D(静态聚合)
按实施例3的步骤制得聚合物D,但使用下面量的化学品:
聚合反应:
1040.00g冷的丙烯酸
3.12g季戊四醇三烯丙基醚
2430.17g去离子水
3.83g 736
500g由去离子水制成的冰
11.44g的1重量%过氧化氢水溶液
11.44g的1重量%抗坏血酸水溶液
中和反应:
843.56g的50重量%NaOH水溶液
溶于200g去离子水中的10.40g偏亚硫酸氢钠
表面交联溶液:
1.20g EX 810
20.00g丙二醇
20.00g去离子水
35.80g的27重量%硫酸铝水溶液
所制得的聚合物的性质总结于表1中。
实施例5:聚合物E(捏合机工艺,氧化铝涂覆,无有机溶剂)
按实施例1的步骤制得聚合物E,但使用下面量的化学品:
5166g的37.7重量%丙烯酸钠水溶液
574g丙烯酸
720g去离子水
10.7g ETMPTA
10g的0.75重量%抗坏血酸水溶液
16.6g的15重量%过硫酸钠水溶液
3.75g的3重量%过氧化氢水溶液
表面交联溶液(用量基于处理之前的聚合物粉末的重量计):
0.12重量%
1.6重量%去离子水
3.1重量%的17重量%硫酸铝水溶液
所制得的聚合物的性质总结于表1中。
实施例6:聚合物F(静态聚合,氧化铝涂覆,无有机溶剂)按实施例3的步骤制得聚合物F,但使用下面量的化学品:
聚合反应:
1040.00g冷的丙烯酸
3.12g季戊四醇三烯丙基醚
2430.17g去离子水
3.83g
500g由去离子水制成的冰
11.44g的1重量%过氧化氢水溶液
11.44g的1重量%抗坏血酸水溶液
中和反应:
843.56g的50重量%NaOH水溶液
溶于200g去离子水中的10.40g偏亚硫酸氢钠
表面交联溶液(用量基于处理之前的聚合物粉末的重量计):1.20g
40.00g去离子水
35.80g的27重量%硫酸铝水溶液
所制得的聚合物的性质总结于表1中。
实施例7:再润湿聚合物B
在实验室烘箱中将1kg聚合物B预热至60℃,然后填充进预热至所述温度的转速为449rpm的 M5混合器中。在整个再润湿和混合步骤中,通过加热混合器的双壁加热夹套使产品温度维持恒定在60℃。用注射器在五分钟的时间内滴加50g去离子水。此后将转速降至79rpm,再在此转速下将产品旋转20分钟。制得自由流动的粉末。其不含任何可见结块(凝聚物)。
所制得的聚合物的性质总结于表1中。
实施例8:再润湿聚合物D
用实施例7的步骤再润湿聚合物D,不同在于只加入40g水。制得自由流动的粉末。其不含任何可见结块。
所制得的聚合物的性质总结于表1中。
实施例9(对比):再润湿聚合物A
用实施例7的步骤再润湿聚合物A。制得含有可见结块的外观潮湿的粘性产品。
所制得的聚合物的性质总结于表1中。CRC、AUL和水分含量在直径>850μm的颗粒被去除以后测量。低水分含量值表明大部分水集中在结块中。
实施例10(对比):再润湿聚合物C
用实施例8的步骤再润湿聚合物C。制得含有可见结块的外观潮湿的粘性产品。
所制得的聚合物的性质总结于表1中。CRC、AUL和水分含量在去除直径>850μm的颗粒以后测量。低水分含量值表明大部分水集中在结块中。
实施例11(对比):使用氧化铝盐溶液再润湿聚合物A
用实施例7的步骤再润湿聚合物A,不同在于加入55.6g 10重量%硫酸铝水溶液(溶液中的铝盐的任何重量%值是不考虑任何结晶水含量下计算出的)代替水。制得含有可见结块的外观潮湿的粘性产品。
所制得的聚合物的性质总结于表1中。CRC、AUL和水分含量在去除直径>850μm的颗粒以后测量。低水分含量值表明大部分水集中在结块中。
实施例12(对比):再润湿聚合物E
用实施例7的步骤再润湿聚合物E。制得含有可见结块的外观潮湿的粘性产品。
所制得的聚合物的性质总结于表1中。CRC、AUL和水分含量在去除直径>850μm的颗粒以后测量。低水分含量值表明大部分水集中在结块中。
实施例13(对比):再润湿聚合物F
用实施例8的步骤再润湿聚合物F。制得含有可见结块的外观潮湿的粘性产品。
所制得的聚合物的性质总结于表1中。CRC、AUL和水分含量在去除直径>850μm的颗粒以后测量。低水分含量值表明大部分水集中在结块中。
表1
*)对比
所述实施例证明如果超吸收剂首先已被表面交联过,包括用Al3+在有机溶剂存在下交联,则再润湿是特别有利的。特别是,超吸收剂仍是自由流动的粉末而没有形成大的结块。
Claims (6)
1.制备再润湿的、表面交联的超吸收剂的方法,所述方法包括以下步骤:将超吸收剂基础聚合物与有机交联剂和多价金属盐溶液在一种醇的存在下接触,热处理以形成表面交联的干燥的超吸收剂,以及再润湿所述表面交联的干燥的超吸收剂,其中所述醇选自丙二醇、1,3-丙二醇、1-丙醇、2-丙醇和它们的混合物,其中再润湿的、表面交联的超吸收剂被再润湿至水分含量基于超吸收剂总重量计为1-7重量%。
2.权利要求1的方法,其中通过将所述基础聚合物与含有有机交联剂、多价金属盐和醇的混合物接触,而使所述基础聚合物与有机交联剂和多价金属盐溶液在醇的存在下同时接触。
3.权利要求1的方法,其中所述基础聚合物首先与含有有机交联剂和醇的混合物接触,然后与多价金属盐溶液接触。
4.权利要求1到3中任一项的方法,其中所述多价金属盐包含选自Al3+、Ti4+和Zr4+的多价金属阳离子。
5.权利要求4的方法,其中所述多价金属阳离子是Al3+。
6.权利要求1的方法,其中再润湿的、表面交联的超吸收剂被再润湿至水分含量基于超吸收剂总重量计为3-5重量%。
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