CN101821323A - 吸水性树脂的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
提供吸水性树脂的表面处理方法,该吸水性树脂具有优良的生产效率、加压下吸收倍率或流体渗透性等。提供吸水性树脂的表面处理方法,其包括以下步骤:a)相对于100重量份吸水性树脂,混合0.1至20重量份含酸基自由基聚合性化合物与5至20质量份的水的步骤;和b)聚合含酸基自由基聚合性化合物的步骤,其中该含酸基自由基聚合性化合物的中和率为0至60mol%,其低于该吸水性树脂的中和率。
Description
技术领域
本发明涉及吸水性树脂的表面处理方法。更特别地,本发明涉及吸水性树脂的表面处理方法,其中将自由基生成手段如照射活性能量射线和/或施加热至吸水性树脂与含酸基自由基聚合性化合物和水的混合物,以将含酸基自由基聚合性化合物聚合至吸水性树脂。
背景技术
迄今为止,吸水性树脂已被用作用于卫生材料如卫生棉、一次性尿布和吸收其它类型体液的卫生产品的一种组分。作为该吸水性树脂的实例,例如列举淀粉-丙烯腈接枝聚合物的水解物、中和的淀粉-丙烯腈接枝聚合物、皂化的乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈共聚物或丙烯酰胺共聚物的水解物、及其交联物,部分中和的交联丙烯酸等。这些吸水性树脂总是具有内部交联结构并且在水中表现出不溶性。
期望这些吸水性树脂具有的特性包括例如高吸收倍率、优良的吸收速度、高凝胶强度和优良的从基材吸引水所必需的吸引力等。因为吸水性受交联密度影响,所以它们彼此不一定表现出正相关性,如交联密度增加导致凝胶强度增加但吸水量降低的事实表明的那样。特别地,吸收倍率与吸收速度、凝胶强度、和吸引力等成相反关系。因此,在已获得提高的吸收倍率的吸水性树脂颗粒中,当吸水性树脂颗粒与水接触时,水不扩散遍及吸水性树脂颗粒的全部体积,导致吸收速度极度劣化,这是因为没有进行均匀的水吸收并形成自身局部聚集的部分。
出于缓和该现象并且获得具有高吸收倍率和相对令人满意的吸收速度的吸水性树脂的目的,已知用表面活性剂或非挥发性烃涂布吸水性树脂颗粒表面的方法。该方法确实改进了最初吸收的水的分散性,但在提高单个树脂颗粒的吸收速度和吸引力方面没有带来足够的效果。
此外,作为生产具有改进的吸水性的聚丙烯酸类聚合物的方法,已提出以下方法:在水溶性过氧化物自由基引发剂存在下,将具有聚丙烯酸的部分碱金属盐作为主要组分并具有低交联密度的水性组合物进行加热,由此通过自由基交联将交联引入其中(US-A-4,910,250)。在聚合物中难以均匀地分布内部交联并且不容易调节交联密度。因此,采用以下方法:制备含有具有低交联密度的水溶性聚丙烯酸凝胶的聚合物,然后将聚合物与作为聚合引发剂加入其中的过硫酸盐一起加热。US-A-4,910,250公开了通过调节引发剂的加入量来实现交联密度的精确控制,并且由于聚合物中交联的均匀存在,因此获得优良的吸水性以及获得没有粘性的吸水性树脂。
虽然在US-A-4,910,250中使用的过硫酸盐通过热分解,但是其也通过紫外线分解而产生自由基(J.Phys.Chem.,1975,79,2693,J.Photochem.Photobiol.,A,1988,44,243)。因为过硫酸盐起到聚合引发剂的作用,水溶性乙烯基单体的水溶液当遭受照射时,解离引发剂而产生自由基,产生的单体自由基攻击下一个单体,能够生产合成聚合物凝胶(EP-A-1 400 538)。在EP-A-1 400 538的方法中,通过将UV线照射至含有具有特定结构的水溶性乙烯基单体和过硫酸盐的水溶液,水溶性乙烯基单体的聚合和产生的聚合物的交联能够同步进行。应注意,存在通过将亲水性聚合物组分、光聚合引发剂以及又一些交联剂一起添加并用光照射它们形成内部交联的反应体系(US-A-2006-052,478)。在US-A-2006-052,478中,通过使用过硫酸盐作为光聚合引发剂,并在交联剂存在下将UV线照射至水溶性聚合物的水溶液来获得交联水凝胶。
同时,还已知通过用交联剂处理吸水性树脂表面来增加吸水性树脂表面的交联密度的方法(例如,US-A-4,666,983和US-A-5,422,405)。如上所述,吸水性树脂为具有内部交联的水不溶性聚合物,其通过配制内部交联剂和聚合引发剂至聚合性单体并聚合来生产。在聚合后的吸水性树脂表面,存在包含于单体中的反应性官能团。因此,通过经由添加能够与官能团反应的表面交联剂而在官能团之间引入交联,可以提供具有增加的交联密度和即使在加压下也具有优良的吸水特性的吸水性树脂。
然而,在使用上述表面交联剂的情况下,存在交联形成反应必须在高温下长时间进行和交联剂保持未反应等的问题。考虑到该问题,也已提出以下方法:通过将含有过氧化物自由基引发剂的水溶液与树脂进行接触,并加热树脂,通过自由基引发剂的分解,将交联引入至树脂表面附近的聚合物分子链(US-A-4,783,510)。在US-A-4,783,510的实施例中,通过用过热蒸汽在130℃下加热6分钟获得显示出优良的吸收倍率的吸水性树脂。此外,已公开以下方法,通过将亲水性多官能不饱和化合物如N,N’-亚甲基双丙烯酰胺注入含有作为自由基引发剂的过硫酸盐的水溶液中,使该水溶液与树脂接触,然后加热来获得提高的吸水倍率的吸水性树脂。
此外,也已提出以下方法:通过将水溶性烯属不饱和单体浸渍于吸水性树脂,并使之聚合和加热,生产与颗粒内部相比,在吸水性树脂颗粒表面附近具有更高交联密度的改进的吸水性树脂(JP-B-2,530,668)。在这种情况下,获得与颗粒内部相比,在表面附近具有更高交联密度的吸水性树脂,这是因为交联剂被引入至以比吸水性树脂聚合时所用交联剂浓度更高的浓度含有水溶性烯属不饱和单体的溶液,从而通过使用该溶液,在吸水性树脂表面形成聚合层。在JP-B-2,530,668所述的方法中,在表面处理中能够使用水溶性自由基聚合引发剂如过硫酸钾、过硫酸钠,在实施例中,通过在60℃下加热其而引发聚合。
作为目标在于改进吸水性树脂各种吸水特性的其它技术,已提出通过吸水性树脂的表面处理增加在吸水性树脂表面附近的交联密度的方法(JP-A-63-99,211、JP-A-1-126,314、JP-A-2007-119,757、JP-A-2005-97,585、WO 2006/62,253、JP-A-2005-213,523)。
发明内容
将吸水性树脂进行表面处理的目的在于生产在吸收倍率和吸收速度之间具有优良平衡的吸水性树脂。通常,该目的需要具有至少两个能够与存在于吸水性树脂表面的官能团反应以对吸水性树脂起作用的交联剂。该交联剂包括多元醇、多元缩水甘油醚、卤代环氧化合物、多元醛、多元胺和多价金属盐等。然而,由于这些交联剂具有低的反应性,相关的反应需要在高温下进行并且有时被长时间保持在加热状态。因此,反应需要大量的能量和时间。
此外,在使用过氧化物类自由基引发剂作为交联剂的US-A-4,783,510的表面处理方法中,需要维持足以进行反应的水量的高反应温度和湿度,因此,需要进一步提高生产效率。
在这种情况下,本发明的目的在于提供具有优良的生产效率的吸水性树脂的表面处理方法,其通过在低温下短时间内的安全方法,能够提高吸水性树脂的加压下吸收倍率和流体渗透性。
考虑到上述问题,本发明人已详细研究了吸水性树脂的表面处理方法的条件。结果,已发现:在常规已知的表面处理方法中,其中混合自由基聚合性化合物、吸水性树脂和水,然后照射活性能量射线(例如,US 2005/048,221,WO 2006/062,253),含酸基自由基聚合性化合物的中和率以及在混合吸水性树脂与含酸基自由基聚合性化合物时所用的水量对于表面处理的反应速度发挥重要作用。还已发现,在进行热处理以代替通过活性能量射线的照射处理时,上述特定条件具有重要作用。再者,已发现:通过含酸基自由基聚合性化合物聚合并通过表面处理获得的吸水性树脂的吸水特性是极其优良的。基于该知识,已完成本发明。
具体地,本发明涉及吸水性树脂的表面处理方法,其包括以下步骤:a)相对于100重量份的吸水性树脂,混合0.1至20重量份含酸基自由基聚合性化合物与5至20重量份水的步骤;和b)聚合该含酸基自由基聚合性化合物的步骤,其中含酸基自由基聚合性化合物的中和率为0至60mol%,其低于吸水性树脂的中和率。
根据本发明,表面处理能够在低温下短时间内进行,其中需要在高温下加热的表面交联剂不是必须组分。结果,表面处理的吸水性树脂具有极高的在吸水性树脂实际使用中所期望的特性,如加压下吸收倍率、流体渗透性。再者,根据本发明,通过使用具有低中和率的含酸基自由基聚合性化合物,并通过相对增加要混合的水量,吸水性树脂的表面处理与常规方法相比能够在更短时间内进行。
从以下优选实施方式的说明,本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1为在测量盐水流动传导性(SFC)时使用的测量装置的示意图。在图1中,31表示罐;32表示玻璃管;33表示0.69重量%的氯化钠水溶液;34表示L型管;35表示阀门;40表示容器;41表示池;42、43表示不锈钢筛网;44表示溶胀凝胶;45表示玻璃过滤器;46表示活塞;47表示孔洞;48表示收集容器;和49表示上皿天平。
图2A为示出以0.5μm间隔存在的Na原子计数相对于距离(厚度)的图示。
图2B为示出Na原子平均计数相对于距离(μm)的图示。
图2C为示出Na原子平均计数的斜率相对于距离(μm)的图示。
具体实施方式
将详细描述本发明。
应注意,在本发明中,“重量”和“质量”是同义的,“重量%”和“质量%”是同义的,“重量ppm”和“质量ppm”是同义的。
本发明第一方面提供吸水性树脂的表面处理方法,其包括以下步骤:a)相对于100重量份的吸水性树脂,混合0.1至20重量份含酸基自由基聚合性化合物与5至20质量份水的步骤;和b)聚合含酸基自由基聚合性化合物的步骤,其中含酸基自由基聚合性化合物的中和率为0至60mol%,其低于吸水性树脂的中和率。
以下将详细说明关于本发明的吸水性树脂的表面处理方法,然而,本发明的范围不应限于这些说明,在不损害本发明主旨的范围内,也可以通过除了以下示例以外的适当改进来实施本发明。
(a)吸水性树脂(基础聚合物)
能够用于本发明的吸水性树脂为能够形成水凝胶的水溶胀性、水不溶性交联聚合物。本发明中使用的术语“水溶胀性”意指在生理盐水中的自由溶胀倍率(GV)等于或大于2g/g,优选5至100g/g,更优选10至60g/g。应注意作为自由溶胀倍率的值,采用通过实施例中所述方法测量的值。在本发明中,除非另外说明,否则生理盐水意指0.9重量%的氯化钠水溶液。
此外,术语“水不溶性”意指吸水性树脂中的未交联的水可溶出性(extractable)组分(水溶性聚合物:以下可称为“可溶出性成分”)含量在0至50重量%,优选0至25重量%,还更优选0至15重量%范围内。作为可溶出性成分的值,采用通过实施例中所述方法测量的值。
在本说明书中,表述″聚合含酸基自由基聚合性化合物″意指聚合含酸基自由基聚合性化合物至吸水性树脂。此处所用术语″聚合″意指含酸基自由基聚合性化合物对吸水性树脂的任何物理或化学作用,包括″表面处理″,优选如吸水性树脂的表面交联、孔洞形成、亲水化和疏水化等,更优选吸水性树脂的表面交联。
能够用于本发明的吸水性树脂可以优选具有酸基,特别优选羧基,其不特别限定,只要其借助于常规已知方法等通过聚合必须含有烯属不饱和单体的单体组分来获得即可。此外,作为含酸基的吸水性树脂,也可以使用水溶性聚合物的交联物,例如CMC的交联物或聚天冬氨酸的交联物,以及烯属不饱和单体的聚合物。
烯属不饱和单体没有特别限定,优选在其末端具有不饱和双键的单体。例如,可以列举阴离子性单体如(甲基)丙烯酸、2-(甲基)丙烯酰乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸或其盐;含非离子性亲水基的单体如(甲基)丙烯酰胺、N-取代的(甲基)丙烯酰胺、2-羟乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟丙基(甲基)丙烯酸酯;和含氨基的不饱和单体如N,N-二甲基氨乙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二乙基氨乙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二乙基氨丙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二甲基氨丙基(甲基)丙烯酰胺、或其季铵化产物;等等。这些烯属不饱和单体可以单独使用,或者以选自这些单体的两种以上的组合使用。优选地,包括(甲基)丙烯酸、2-(甲基)丙烯酰乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸及它们的盐、N,N-二甲基氨乙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二甲基氨乙基(甲基)丙烯酸酯的季铵化化合物和(甲基)丙烯酰胺,丙烯酸和/或其盐是特别优选的。丙烯酸(盐)的比例优选为50至100mol%,还更优选70至100mol%,特别优选90至100mol%,相对于单体总量。
当丙烯酸盐用作单体时,从吸水性树脂的吸水性能的观点,选自丙烯酸的碱金属盐、铵盐和胺盐中的丙烯酸单价盐是优选的。更优选的是丙烯酸的碱金属盐,特别优选选自钠盐、锂盐和钾盐的丙烯酸盐。
在生产吸水性树脂时,在不损害本发明效果的范围内,可以使用除了上述单体以外的其它单体组分。例如,它们可以例举疏水性单体如具有8至30个碳原子的芳族烯属不饱和单体,具有2至20个碳原子的脂族烯属不饱和单体,具有5至15个碳原子的脂环族烯属不饱和单体,含有具有4至50个碳原子的烷基的(甲基)丙烯酸烷基酯。该疏水性单体的比例一般在0至20重量份范围内,相对于100重量份上述烯属不饱和单体。超过20重量份的疏水性单体会劣化所得吸水性树脂的吸水性能。
本发明中使用的吸水性树脂通过形成内部交联因而是不溶性的。该内部交联可以是没有使用交联剂的自交联型,然而,其可通过使用在一个分子中具有两个以上聚合性不饱和基团和/或两个以上反应性官能团的内部交联剂来形成。
该内部交联剂没有特别限定,优选包括例如N,N’-亚甲基双(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、缩水甘油基(甲基)丙烯酸酯、(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸的多价金属盐、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、三烯丙基胺、三烯丙基氰尿酸酯、三烯丙基异氰尿酸酯、三烯丙基磷酸酯、乙二醇二缩水甘油醚、(聚)甘油缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚等。这些内部交联剂可以以两种以上的组合使用。其中,可与单体,特别是烯属不饱和单体聚合的聚合性交联剂是优选的。优选使用(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯。
内部交联剂的用量优选在0.0001至1mol%,更优选0.001至0.5mol%,还更优选0.005至0.2mol%的范围内,相对于在生产吸水性树脂时使用的单体组分总量。低于0.0001mol%的量会导致未将内部交联剂引入至树脂。另一方面,超过1mol%的量会导致吸水性树脂过高的凝胶强度,从而降低吸收倍率。在通过使用内部交联剂引入交联结构至聚合物内部的情况下,内部交联剂可以在单体聚合之前、期间或之后,或在中和之后添加到反应体系中。
为了获得吸水性树脂,包括上述单体和内部交联剂的单体组分可以在水溶液中聚合。在这种情况下可以使用的聚合引发剂包括水溶性自由基聚合引发剂如过硫酸盐,例如过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠;过乙酸钾、过乙酸钠、过碳酸钾、过碳酸钠、过氧化氢叔丁基;过氧化氢;偶氮化合物如2,2′-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐;或光聚合引发剂如2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮。此外,例如,上述水溶性自由基聚合引发剂可以与还原剂如亚硫酸盐、L-抗坏血酸或铁(ferric)盐组合,以用作氧化还原型引发剂。聚合引发剂的用量不特别限定,但其优选在0.001至2mol%,更优选在0.001至0.5mol%的范围内,相对于单体组分的总量。在使用氧化还原型引发剂的情况下,氧化还原型引发剂的量不特别限定,但其优选在0.0001至2mol%,更优选在0.001至1.5mol%的范围内,相对于单体组分总量。
在上述单体水溶液中的单体浓度不特别限定,然而,其优选为15至90重量%,更优选35至80重量%。低于15重量%的浓度会提供具有高的水含量的水凝胶,其致使需要用于干燥的热和时间,因此是不利的。
聚合方法不特别限定,可以选自公知方法如水溶液聚合、反相悬浮聚合、沉淀聚合、本体聚合。这些方法中,出于控制聚合反应或所得吸水性树脂性能的容易性的观点,将单体溶于要进行聚合的水溶液中的水溶液聚合或者反相悬浮聚合是优选的。
在引发聚合时,使用聚合引发剂以实现引发。除了聚合引发剂以外,活性能量射线如紫外线、电子束、γ射线可以单独使用,或者可以与聚合引发剂组合使用。尽管引发聚合时的温度依赖于使用的聚合引发剂的种类,但其优选在15至130℃的范围内,更优选在20至120℃的范围内。在上述范围之外的引发聚合时的温度会增加所得吸水性树脂中的残余单体,或者会通过进行过度自交联反应导致劣化所得吸水性树脂的吸水性能,因此不优选。聚合时间,尽管没有特别限定,但优选在30秒至60分钟的范围内。
术语“反相悬浮聚合”意指在疏水性有机溶剂中以单体水溶液的悬浮状态进行聚合的方法,其描述于例如美国专利4,093,776,4,367,323,4,446,261,4,683,274,和5,244,735等中。术语“水溶液聚合”意指不使用分散溶剂聚合单体水溶液的方法,其描述于例如美国专利4,625,001、4,873,299、4,286,082、4,973,632、4,985,518、5,124,416、5,250,640、5,264,495、5,145,906和5,380,808,欧洲专利0811636、0955086和0922717中。在这些聚合方法中例举的单体和引发剂能够应用于本发明。
在进行聚合时,可以聚合部分中和的丙烯酸,或者在聚合含酸基的单体如丙烯酸之后,可以用碱性化合物如氢氧化钠、碳酸钠进行所得聚合物的中和。因此,用于本发明的吸水性树脂优选具有酸基和规定的中和率(在全部酸基中的中和酸基的mol%)。在这种情况下,所得吸水性树脂的中和率(在全部酸基中的中和酸基的mol%)优选在25至100mol%,更优选40至100mol%,还更优选50至90mol%的范围内,还进一步优选在50至80mol%的范围内,最优选在60至75mol%的范围内。
聚合后,通常获得含水的凝胶状交联聚合物。在本发明中,含水的凝胶状交联聚合物可以原样用作吸水性树脂,然而,优选在干燥后使用。干燥可以例如通过使用干燥机如热风干燥机,优选在100至220℃温度下,更优选在120至200℃温度下进行。当通过聚合获得的含水的凝胶状交联聚合物聚集时,该含水的凝胶状交联聚合物可以在干燥步骤前进行细粒化以粉碎聚合物,从而将含水的凝胶状交联聚合物的形式改变为颗粒形式。所得颗粒状水凝胶由于其大的表面积,可以进行如上所述干燥步骤。粉碎可以通过使用各种切割装置进行,如单独或组合使用辊型切割机、斩断机、切片机、辊压切割机(roll cutter)、切碎机、和剪刀,尽管不限于此。
此外,优选在上述干燥后进行粉碎。作为在粉碎中使用的粉碎机,在包括于颗粒技术手册(Particle TechnologyHandbook)(第一版,Particle Technology Association编辑)表1.10中粉碎机类别名目下的剪切粗碎机、冲击破碎机和高速旋转粉碎机中,优选使用这样的粉碎机,其具有至少一种粉碎机构如切割、剪切、冲击和摩擦。在对应于这些类型的粉碎机中,能够特别优选使用具有切割和剪切机构作为主要机构的粉碎机。例如,可以优选使用粉碎机如辊磨机(辊旋转型)、切碎机、锤磨机、销棒粉碎机和喷射式粉碎机。粉碎机优选在其内壁上设置有加热装置。
此外,优选在干燥或粉碎步骤后进行干燥或粉碎产物的连续分级。该分级步骤尽管没有特别限定,但通过筛分(金属筛,不锈钢筛)来进行。优选地,分级步骤中同时使用多个筛,以获得期望的特性和粒度。此外,分级步骤优选在如下所述的表面处理步骤之前进行,或者在表面处理步骤之前和之后进行2次以上。优选在加热筛或筛保温的同时进行连续分级步骤。
在本发明中使用的吸水性树脂优选为粉末状形式。更优选地,其为以下的粉末状吸水性树脂:其以90至100重量%,特别优选95至100重量%的比例含有直径在150至850μm(通过筛分规定)范围内的颗粒。粒径大于850μm的所得吸水性树脂,当进行表面处理并用于一次性尿布等时,例如可能为用户皮肤提供令人不快的感受,并可能破坏尿布最上面的薄片。另一方面,具有直径小于150μm的颗粒比例超过10重量%可能导致细颗粒飞散和使用时堵塞,并劣化表面处理的吸水性树脂的吸水性能。吸水性树脂的重均粒径在10至1,000μm,优选150至850μm范围内,更优选在200至600μm,特别优选300至500μm范围内。考虑到安全性和健康,小于10μm的重均粒径可能是不利的。另一方面,超过1,000μm的重均粒径不能应用于一次性尿布等。粒度分布的对数标准偏差(σζ)优选为0.23至0.45,更优选0.25至0.35。作为上述颗粒分布[重均粒径,粒度分布的对数标准偏差]的值,采用通过下述粒度分布测量方法测定的值。
[粒度分布测量方法]
将10g吸水性树脂用具有直径75mm和各筛孔为850μm、600μm、300μm和150μm的试验筛(Iida Seisakusho K.K.制造)筛分,以测量各重量并求得各粒度的重量%。通过用IidaSeisakusho K.K.制造并在Sieve Shaker ES-65类型的注册商标下出售的筛摇动样品5分钟进行筛分。在用于测量前,将吸水性树脂在60±5℃下减压(低于1mmHg(133.3Pa))干燥24小时。此外,关于重均粒径,将残留百分数R在对数概率纸上绘图,由该图读取对应于R=50重量%的作为重均粒径(D50)的粒径。此外,当R为84.1重量%和15.9重量%时的粒径分别称为X1和X2。对数标准偏差(σζ)由下式表示。具体地,其意指σζ值越小,粒度分布越窄。
[式1]
σζ=0.5×ln(X2/X1)
除了上述以外,或者作为上述的另一选择,在本发明中使用的吸水性树脂优选具有如上所述的中和率。在这种情况下,吸水性树脂的中和率可以通过将已预先调整中和率的单体聚合来调整,或者通过酸聚合之后的中和方法来调整(如美国专利6,187,872中所述),该方法包括生产具有较低中和率的聚合物和然后将所得聚合物调整至期望水平。在这些方法中,优选通过聚合生产具有低中和率的吸水性树脂前体,然后在聚合后通过将碱添加至吸水性树脂前体水凝胶来调整总的中和率。通常,多官能表面处理剂已用于吸水性树脂的表面处理(表面交联)。多官能表面处理剂起到与吸水性树脂中的羧基(-COOH)反应的作用,但不与其盐(例如,-COONa)起反应。因此,通过将-COOH/-COONa比例已预先调整在适当范围内的烯属不饱和单体混合物(例如,丙烯酸和丙烯酸钠的混合物)聚合能获得均匀交联,从而生产具有-COOH和-COONa基团均匀分布于其中的吸水性树脂,并在与多官能表面处理剂的表面交联中使用所得吸水性树脂。另一方面,当通过聚合包括酸类烯属不饱和单体如丙烯酸作为主要组分的单体混合物,然后用碱性化合物如氢氧化钠、碳酸钠中和所得聚合物获得吸水性树脂时,所得吸水性树脂具有少的可溶出性成分和高的凝胶强度。然而,当进行与多官能表面处理剂的表面交联时,吸水特性劣化,这是因为-COOH和-COONa基团没有均匀分布。因此,通过后一方法获得的吸水性树脂不期望地进行常规的与多官能表面处理剂的表面交联。根据本发明的方法,由于可以一旦聚合单体/包括作为主要组分的酸类烯属不饱和单体如丙烯酸的单体混合物以获得具有低中和率的吸水性树脂前体,就可以通过用碱性化合物如氢氧化钠或碳酸钠中和该吸水性树脂前体,当所得吸水性树脂进行表面处理时,通过该方法的所得表面处理的吸水性树脂能够显示出高凝胶强度和优良的吸水特性。
在本发明中,术语″具有低中和率的吸水性树脂前体″是指具有低中和率(在全部酸基中的中和酸基的mol%)或不具有中和酸基(即,中和率为零)的吸水性树脂前体,典型地是指具有中和率(在全部酸基中的中和酸基的mol%)约0至60mol%,优选约0至50mol%,还更优选约0至20mol%的吸水性树脂前体。该具有低中和率的吸水性树脂前体能够通过与上述类似的方法通过使用包括作为主要组分的含酸基单体如丙烯酸的单体混合物获得,其中中和率优选调整在上述范围内,因此此处省略详细说明。
本发明的吸水性树脂表面处理方法中使用的吸水性树脂的水含量不特别限定,只要吸水性树脂具有流动性即可。在180℃下干燥3小时后的吸水性树脂具有水含量在0至20重量%,优选0至10重量%,更优选0至5重量%范围内。
在本发明中使用的吸水性树脂不限于通过上述方法生产的吸水性树脂,可以为通过一些其它方法生产的吸水性树脂。此外,通过上述方法获得的吸水性树脂为通常没有表面交联的吸水性树脂,然而,关于在本发明吸水性树脂的表面处理方法中使用的吸水性树脂,其可以为预先与多元醇、多价环氧化合物(polyvalent epoxy compound)、碳酸亚烃酯或噁唑烷酮化合物等交联的吸水性树脂。
(b)含酸基自由基聚合性化合物
在本发明中,具有酸基的自由基聚合性化合物是必须使用的。在自由基聚合性化合物中,具有酸基的化合物在吸水特性方面是极其优异的。作为酸基,包括羧基、砜基(sulfone group)或磷酸基等。
作为与本发明的吸水性树脂混合的含酸基自由基聚合性化合物,优选的是在上述烯属不饱和单体中含有酸基的单体。具体地,可以列举(甲基)丙烯酸、2-(甲基)丙烯酰乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸和/或它们的盐。考虑到吸水特性,这些之中,(甲基)丙烯酸和2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸是特别优选的,(甲基)丙烯酸是更优选的,丙烯酸是特别优选的。丙烯酸(盐)的比例优选为50至100mol%,还更优选70至100mol%,特别优选90至100mol%,相对于单体总量。含酸基自由基聚合性化合物可以单独使用,或者可以作为两种以上的混合物使用。
在本发明中,含酸基自由基聚合性化合物的中和率为0至60mol%。在该范围内的中和率能够通过在步骤b)中照射活性能量射线和/或加热来提高聚合(表面处理)的反应速度,并在低温下和在短时间内提供具有优良吸水特性的吸水性树脂。与本发明的范围相比,常规地,中和率更高。这是因为吸水倍率降低或由表面处理后残余的自由基聚合性化合物所致臭气的风险。然而,出乎意料地发现,与常规的担忧相反,当敢于使用具有比常规使用的自由基聚合性化合物的中和率更低的中和率的含酸基自由基聚合性化合物时,其能够进行快速的表面处理,并且所得吸水性树脂的各性质得以保持。
含酸基自由基聚合性化合物的中和率优选为0至50mol%,更优选0至40mol%,还更优选0至30mol%,特别优选0至15mol%,最优选0至10mol%。在上述范围内的中和率能够提供极短表面处理时间例如几十分钟,优选几分钟,而常规的表面处理时间为几小时。此外,其能够提供例如1000kg/hr的商业规模大规模生产中(优选在连续生产中)的大的经济效果。
在本发明中,含酸基自由基聚合性化合物的中和率低于作为基础聚合物的吸水性树脂的中和率。在这种情况下,含酸基自由基聚合性化合物和吸水性树脂之间中和率的关系不特别限定。典型地,相对于作为基础聚合物的吸水性树脂的中和率,混合的含酸基自由基聚合性化合物的中和率的数值比例优选在0至80%,更优选0至60%,还更优选0至40%,特别优选0至20%,最优选0至10%范围内。此处使用的术语“中和率”表示相对于含酸基自由基聚合性化合物的全部酸基的中和酸基的比例。在存在两种以上含酸基自由基聚合性化合物的情况下,“含酸基自由基聚合性化合物的全部酸基”和“中和酸基”分别表示“各含酸基自由基聚合性化合物的酸基”的总量和“中和酸基”的总量。例如,在以摩尔比1∶1使用丙烯酸和丙烯酸钠的情况下,作为含酸基自由基聚合性化合物,含酸基自由基聚合性化合物的中和率为50mol%。
在含酸基自由基聚合性化合物为中和形式的情况下(在为盐形式的情况下),该化合物优选为选自碱金属盐、铵盐和胺盐的单价盐,更优选碱金属盐,特别优选选自钠盐、锂盐和钾盐的盐。
使用的含酸基自由基聚合性化合物量在0.1至20重量份范围内,相对于100重量份吸水性树脂。低于0.1重量份的含酸基自由基聚合性化合物的量不会充分增加吸水性树脂的加压下吸收倍率。另一方面,高于20重量份的含酸基自由基聚合性化合物的量会降低所得表面处理的吸水性树脂的吸收倍率。此外,使用的含酸基自由基聚合性化合物的量优选在0.5至15重量份范围内,更优选在1至10重量份范围内,还更优选在2至8重量份范围内,进一步更优选在3至8重量份范围内,特别优选在3至7重量份范围内,相对于100重量份吸水性树脂。在该范围内的含酸基自由基聚合性化合物的量能够显著地发挥本发明的表面处理时间缩短的效果。
在本发明中,可以含有除了含酸基自由基聚合性化合物以外的自由基聚合性化合物。作为除了含酸基自由基聚合性化合物以外的自由基聚合性化合物,优选包括上述烯属不饱和单体和交联性不饱和单体(多官能不饱和单体)。更优选地,交联性不饱和单体另外用于步骤a)中。
作为烯属不饱和单体,可以包括含非离子性亲水基的单体如(甲基)丙烯酰胺、N-取代的(甲基)丙烯酰胺、2-羟乙基(甲基)丙烯酸酯或2-羟丙基(甲基)丙烯酸酯等;含氨基的不饱和单体如N,N-二甲基氨乙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二乙基氨乙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二乙基氨丙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二甲基氨丙基(甲基)丙烯酰胺或它们的季铵化产物;等等。在这种情况下,烯属不饱和单体的量可以依赖于期望的性质适当选择,然而,其优选为0至100重量%,更优选1至50重量%,相对于100重量%自由基聚合性化合物。
交联性不饱和单体不特别限定,然而,可以包括例如作为在生产吸水性树脂时使用的内部交联剂示例的单体。这些之中,优选使用平均具有2至50个环氧乙烷的聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、N,N’-亚甲基双(甲基)丙烯酰胺或甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯或甘油二丙烯酸酯等。为了提供在吸水性树脂表面上的交联性不饱和单体与烯属不饱和单体的有效(共)聚合,期望在与吸水性树脂的混合步骤中,交联性不饱和单体与烯属不饱和单体在吸水性树脂中的扩散行为类似。为了达到此点,考虑到分子量或亲水性,期望交联性不饱和单体具有与使用的烯属不饱和单体类似的性质。使用的交联性不饱和单体的量可以依赖于期望的性质适当选择,然而,其优选为0至20重量%,更优选0.1至15重量%,最优选0.5至5重量%,相对于100重量%的含酸基自由基聚合性化合物。含酸基自由基聚合性化合物与交联性不饱和单体的组合使用能够进一步提高加压下吸收倍率。通过组合使用含酸基自由基聚合性化合物与交联性不饱和单体提高加压下吸收倍率的原因不清楚,然而,可以认为是由于在水溶性烯属不饱和单体聚合时通过交联性不饱和单体形成交联结构,将该结构引入至吸水性树脂表面。
在本说明书中,“烯属不饱和单体”是指在一个分子中具有一个乙烯基的单体,“交联性不饱和单体”是指在一个分子中具有两个以上乙烯基的单体。烯属不饱和单体和交联性不饱和单体各自可以单独使用,或者可以组合使用。
在这种情况下,作为自由基聚合性化合物而非含酸基自由基聚合性化合物的烯属不饱和单体与交联性不饱和单体的摩尔组成比可以与作为基础聚合物的吸水性树脂的摩尔组成比相同或不同,然而,优选如此设置:与作为基础聚合物的吸水性树脂的组成相比,以摩尔比相对大于烯属不饱和单体,例如高于1.01至10倍包含交联性单体。交联性不饱和单体的用量优选为0.001至100mol%,更优选0.01至50mol%,还更优选0.05至30mol%,特别优选0.1至20mol%,最优选0.5至10mol%,相对于烯属不饱和单体总量。特别地,考虑到提供优良的吸水特性,优选使用作为烯属不饱和单体的丙烯酸(其盐)作为主要组分,以及将其与交联性不饱和单体组合使用。还可使用在一个分子中具有两个以上除了乙烯基以外的聚合性不饱和基团和/或两个以上反应性官能团的此类化合物,以代替交联性不饱和单体。
此外,通过适当选择与吸水性树脂混合的含酸基自由基聚合性化合物,能够提供各种性质如亲水性、疏水性、粘合性、生物相容性至表面处理的吸水性树脂颗粒的表面。作为提供亲水性至吸水性树脂颗粒表面的烯属不饱和单体,可以包括作为实例的含羟基单体如2-羟乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟丙基(甲基)丙烯酸酯;或含聚乙二醇的单体如聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇甲基醚(甲基)丙烯酸酯。作为提供疏水性至吸水性树脂颗粒表面的烯属不饱和单体,可以例举(甲基)丙烯酸烷基酯如甲基丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯;含芳族基团的单体如苯乙烯;或含氟单体如甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯。作为提供粘合性至吸水性树脂颗粒表面的烯属不饱和单体,可以包括形成玻璃化转变温度为25℃以下的聚合物的单体如丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯;阳离子性单体如乙烯基胺、烯丙基胺、(甲基)丙烯酸二甲基氨乙酯、(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵;或含硅烷基的单体如3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。这些之中,优选使用含硅烷基的单体,这是因为不仅能够提高吸水性树脂颗粒间的粘合性,而且能够提高吸水性树脂颗粒与基材如金属、玻璃、纸浆(pulp)间的粘合性。再者,通过将3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷添加至含有部分中和的丙烯酸和过硫酸盐的水溶液,与未添加的情况相比,能够获得具有更优良流体渗透性的吸水性树脂。作为提供生物相容性至吸水性树脂颗粒表面的烯属不饱和单体的实例,包括具有磷脂状结构的单体如2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱。
为了达到改进吸水性树脂颗粒表面性质的目的,期望含酸基自由基聚合性化合物含有与在上述(a)中描述的生产吸水性树脂时使用的烯属不饱和单体和内部交联剂不同的化合物。在这种情况下,具有与在上述(a)中描述的生产吸水性树脂时使用的烯属不饱和单体不同中和率的烯属不饱和单体可以包括于表述“与在上述(a)中描述的生产吸水性树脂时使用的烯属不饱和单体和内部交联剂不同的含酸基自由基聚合性化合物”中。在上述(a)中描述的生产吸水性树脂时使用的烯属不饱和单体为含酸基自由基聚合性化合物的情况下,如上所述获得本发明的适当效果,本发明的效果可通过使含酸基自由基聚合性化合物的中和率低于在上述(a)中描述的生产吸水性树脂时使用的烯属不饱和单体的中和率来获得。
此外,作为与在上述(a)中描述的生产吸水性树脂时使用的烯属不饱和单体和内部交联剂不同的化合物,可以使用在上述含酸基自由基聚合性化合物中含有至少一个除了氧以外的杂原子的烯属不饱和单体,该杂原子选自氮、硫、磷、硅和硼。通过使用上述烯属不饱和单体,能够更大幅度地改进吸水性树脂颗粒的性质。更优选地,可以使用含有硅,特别是硅烷基(XnSi(OR)4-n,其中R表示甲基、乙基、苯基或乙酰氧基;n为1至3的整数,条件是当n为1或2时,R可以相同或不同),或磷的烯属不饱和单体。此外,在含有除了氧以外的杂原子的烯属不饱和单体用作含酸基自由基聚合性化合物的情况下,该含有除了氧以外的杂原子的烯属不饱和单体的量可以依赖于期望的性质适当选择,然而,其优选为50重量份以下,更优选0.01至20重量份,最优选0.1至10重量份,相对于100重量份含酸基自由基聚合性化合物总量。
可以将在上述烯属不饱和单体中的具有低水溶性的化合物通过以下方式添加至吸水性树脂:通过将具有低水溶性的化合物分散于含有自由基聚合引发剂以及如果需要的其它自由基聚合性化合物的水溶液中,或者通过将具有低水溶性的化合物溶解于亲水性有机溶剂中,然后将其混于所述水溶液中。可选择地,如果需要,通过将其溶解于有机溶剂中,其可以与水溶液分别添加。在这种情况下,烯属不饱和单体的添加顺序不特别限定,其可以在上述水溶液之前或之后任意添加。
自由基聚合性化合物可以单独使用,或者可以作为两种以上的混合物使用,后一情况下的组合可以依赖于提供的性质等适当选择,不应受到特别限定。
使用的含酸基自由基聚合性化合物的量在0.1至20重量份,优选0.5至15重量份,更优选1至10重量份范围内,相对于100重量份吸水性树脂。低于0.1重量份的自由基聚合性化合物的量不会充分提高吸水性树脂的加压下吸收倍率。另一方面,大于20重量份的含酸基自由基聚合性化合物的量会降低所得表面处理的吸水性树脂的吸收倍率。
(c)自由基聚合引发剂
在本发明中,自由基聚合引发剂优选在a)吸水性树脂、含酸基自由基聚合性化合物和水的混合步骤中使用。自由基聚合引发剂不特别限定,然而,可以具体包括热降解性自由基聚合引发剂或光聚合引发剂。
自由基聚合引发剂的用量不特别限定,然而,在本发明中,其优选在0.01至20重量份,更优选0.05至10重量份,还更优选0.1至5重量份范围内,相对于100重量份吸水性树脂。在该范围内的自由基聚合引发剂的量能够提供优良的生产性,这是因为表面处理反应的速度提高,以及能够提供吸水特性优异的吸水性树脂。此外,自由基聚合引发剂可以单独使用,或者可以以两种以上的组合使用。
术语″热降解性自由基聚合引发剂″是指通过加热产生自由基的化合物。具有10小时半衰期分解温度(half-lifedecomposition temperature)为0至120℃,更优选20至100℃的热降解性自由基聚合引发剂优选用在本发明中。考虑到照射活性能量射线期间的温度条件,具有10小时半衰期分解温度为40至80℃的热降解性自由基聚合引发剂是特别优选的。低于0℃(下限)的10小时半衰期分解温度提供贮存期间过于不稳定的状态,另一方面,超过120℃(上限)的10小时半衰期分解温度会提供过高的化学稳定性,其会降低反应性。
与作为光聚合引发剂的商购可得的化合物相比,热降解性自由基聚合引发剂相对便宜,能够简化用于生产的工艺和设备,这是因为不需要苛刻的光掩蔽。作为热降解性自由基聚合引发剂的典型实例,可以包括过硫酸盐如过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾;过氧化氢;和偶氮化合物如2,2′-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2′-偶氮双[2-2(-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、2,2′-偶氮双(2-甲基丙腈)。这些之中,可以优选使用过硫酸盐如过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾;和偶氮化合物如2,2′-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2′-偶氮双[2-2(-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、2,2′-偶氮双(2-甲基丙腈),它们的10小时半衰期分解温度为40至80℃。这些之中,鉴于优良的加压下吸收倍率、流体渗透性和自由溶胀倍率,特别优选使用过硫酸盐。过硫酸盐不仅可以单独使用,而且可以以两种以上具有不同抗衡离子(counterion)的组合使用。依次优选热降解性自由基聚合引发剂以0.001至5重量份,0.001至3重量份,0.001至1重量份,0.005至0.7重量份,0.25至0.5重量份的量使用,相对于100重量份吸水性树脂。
在本发明中,可以使用光聚合引发剂如油溶性苯偶姻衍生物、苄基衍生物、苯乙酮衍生物或油溶性有机过氧化物如油溶性酮过氧化物、过氧缩酮、过氧化氢、二烷基过氧化物、过氧化酯、过氧碳酸盐。该光聚合引发剂可以为商购可得的光聚合引发剂,可以例举Chiba Specialty Chemicals Co.,Ltd.制造的市售产品:Irgacure(注册商标名)184(羟基环己基-苯基酮),Irgacure(注册商标名)2959(1-[4-(2-羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮)等。优选光聚合引发剂以0.001至1重量份,更优选0.005至0.5重量份,还更优选0.01至0.1重量份的量使用,相对于100重量份吸水性树脂。
本发明的自由基聚合引发剂可作为油溶性类型或水溶性类型中的任一种使用。油溶性类型的自由基聚合引发剂具有以下特征:与水溶性类型的自由基聚合引发剂相比,分解速度较少受pH或离子强度影响。然而,由于吸水性树脂为亲水性的,考虑到吸水性树脂的渗透性,更优选使用水溶性类型的光聚合引发剂。此处使用的术语“水溶性”是指在水(25℃)中以1重量%以上,优选5重量%以上,更优选10重量%以上可溶于水。
作为水溶性自由基聚合引发剂,可以优选包括选自过硫酸盐、过氧化氢和偶氮化合物的自由基聚合引发剂。具体地,可以包括过硫酸盐如过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾;过氧化氢;偶氮化合物如2,2′-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2′-偶氮双[2-2(-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐。这些之中,鉴于进行表面处理的吸水性树脂的优良的加压下吸收倍率、流体渗透性和自由溶胀倍率,特别地,优选使用过硫酸盐。
与上述自由基聚合引发剂组合时,或者代替上述自由基聚合引发剂组合时,可以使用过碳酸盐如过碳酸钠;过乙酸,过乙酸盐如过乙酸钠。
在组合使用其它自由基聚合引发剂如热降解性自由基聚合引发剂和光聚合引发剂的情况下,在本发明中,其它自由基聚合引发剂的用量在0至20重量份,优选0至15重量份,特别优选0至10重量份范围内,相对于100重量份吸水性树脂。使用比例对应于与热降解性自由基聚合引发剂相比更低的量,例如热降解性自由基聚合引发剂重量比的1/2以下,进一步地1/10以下,特别地1/50以下。
(d)吸水性树脂、自由基聚合性化合物和水的混合步骤a)
在本发明的表面处理方法中,在混合步骤a)中,吸水性树脂可以通过混合0.1至20重量份具有中和率0至60mol%的含酸基自由基聚合性化合物与5至20质量份的水来获得,相对于100重量份吸水性树脂。
通常,吸水性树脂的表面处理一般通过配制表面交联剂进行。表面交联剂的配制能够提供存在于树脂表面的官能团和表面交联剂之间的化学稳固结合,由此能够将稳定的表面交联结构引入至树脂表面。此外,通过适当选择表面交联剂的链长度,能够容易地调整表面交联(surface crosslink)之间的距离,能够通过调整配制量控制交联密度。然而,在本发明中,仅通过使用含酸基自由基聚合性化合物和如果需要的自由基聚合引发剂,而不配制该表面交联剂,能够表面处理(改性)吸水性树脂,特别地,能够将交联结构引入至吸水性树脂表面。再者,通过将经由混合水获得的吸水性树脂组合物进行活性能量射线照射处理和/或加热处理,能够将交联结构有效引入至吸水性树脂颗粒表面,以及所得表面处理(改性)的吸水性树脂的吸水特性能够得到改进。除了上述优点之外,通过使用具有低中和率的含酸基自由基聚合性化合物,并通过在步骤a)中通过将相对大量的水添加至吸水性树脂,能够将交联结构在后述步骤b)中有效引入至吸水性树脂颗粒表面。因此,也具有以下优点:提高盐水流动传导性(SFC)至期望水平所需的表面处理时间(典型地,活性能量射线照射时间和加热时间)能够缩短,优选缩短至约几十分钟,更优选缩短至约几分钟。SFC影响表面处理的吸水性树脂组合物溶胀后的流体渗透性。即,在例如本发明的吸水性树脂组合物作为一次性尿布吸收体的一部分使用的情况下,能够实现改进流体渗透性、吸收体中充分的液体扩散、使用时排泄液如尿的吸收量增加和防止液体渗漏的显著提高效果。作为吸水性树脂要求的特性,可以包括吸收倍率、吸收速度、凝胶强度和吸引力等。这些特性之中,在本发明的表面处理方法中,与常规方法相比,获得期望的盐水流动传导性(SFC)所需的表面反应处理时间能够显著降低。尽管其详细机理不清楚,但认为其是通过提高自由基聚合性化合物的聚合速度所致。
自由基聚合性化合物、水和任选添加的自由基聚合引发剂混合至吸水性树脂的顺序不特别限定。因此,各组分可以单独混合至吸水性树脂,或者可以通过预先制备含有自由基聚合引发剂和自由基聚合性化合物的水溶液来混合至吸水性树脂。然而,为了将两者均匀分散至吸水性树脂表面,优选预先制备含有自由基聚合引发剂和自由基聚合性化合物的水溶液,然后将其与吸水性树脂混合。将自由基聚合引发剂和自由基聚合性化合物与吸水性树脂混合后,所得混合物可以与水混合。
在不损害其溶解性的范围内,用于溶解自由基聚合引发剂和自由基聚合性化合物的水溶液可以含有除了水以外的溶剂,然而,优选仅使用水,即,在不存在疏水性有机溶剂下,以水溶液形式使用自由基聚合引发剂和/或自由基聚合性化合物。
在混合步骤a)中与吸水性树脂混合的水量在5至20重量份,优选6至15重量份,更优选7至12重量份,特别地8至10重量份范围内,相对于100重量份吸水性树脂(换算为固体成分为100重量%)。优选在该范围内混合水,这是因为其能够提高通过活性能量射线的照射处理和/或加热处理的表面处理反应速度,以及其可以在活性能量射线的照射处理和/或加热处理后的干燥步骤中不需要大量能量,再者存在低的吸水性树脂分解的风险。
在含酸基自由基聚合性化合物以水溶液形式混合的情况下,可以调整在水溶液中使用的水量,以致所得吸水性树脂组合物中的水量变为在上述范围内。水与吸水性树脂的混合形式不必限于含有含酸基自由基聚合性化合物等的水溶液混合形式的情况。例如,水可以在混合含酸基自由基聚合性化合物与自由基聚合引发剂之后混合。因此,吸水性树脂组合物可以通过以下获得:将自由基聚合性化合物与自由基聚合引发剂直接混合至通过聚合单体组分获得的所得含水的凝胶状交联聚合物(吸水性树脂),然后将其进行干燥直至所得吸水性树脂组合物中的水量变为在上述范围内。
另一方面,为了提高吸水性树脂组合物的混合性,优选将混合助剂添加至吸水性树脂组合物。在这种情况下,混合助剂不含水。此外,混合助剂的添加时机不特别限定,然而,其优选在步骤a)同时添加,或者在步骤a)之后添加。在这种情况下,除了水以外的混合助剂不特别限定,只要其为除了烯属不饱和单体或水溶性自由基聚合引发剂以外的水溶性或水分散性化合物即可,其能够抑制吸水性树脂与水的附聚并提高水溶液与吸水性树脂的混合性。然而,混合助剂优选为水溶性或水分散性化合物。作为该水溶性或水分散性化合物,能够具体使用表面活性剂、水溶性聚合物、亲水性有机溶剂、水溶性无机化合物、无机酸、无机酸盐、有机酸和有机酸盐。此处使用的术语″水溶性化合物″是指具有在室温下100g水中的溶解度为1g以上,优选10g以上的化合物。由于添加除了水以外的混合助剂能够抑制吸水性树脂与水的附聚,并导致水溶液与吸水性树脂均匀混合,在随后用活性能量射线照射处理和加热处理的步骤中,活性能量射线能够均等地均匀照射于吸水性树脂,由此能够实现全部吸水性树脂的均匀表面交联。
当使用混合助剂时,其使用形式不特别限定,其可以以粉末状形式使用,或者可以以在溶液中溶解、分散或悬浮状态使用,然而优选地,其以水溶液形式使用。
此外,当使用混合助剂时,其添加顺序也不特别限定,可以使用任何方法,如将混合助剂添加至吸水性树脂,然后将水溶液添加至混合物并混合的方法;和将混合助剂溶于水溶液中,同时混合所得溶液与吸水性树脂的方法。
作为此处使用的表面活性剂,可以采用选自由具有HLB为7以上的非离子性表面活性剂和阴离子性表面活性剂组成的组中的至少一种表面活性剂。例如,可以例举表面活性剂、山梨聚糖脂族酯、聚氧乙烯山梨聚糖脂族酯、聚甘油脂族酯、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯酰基酯、蔗糖脂族酯、高级醇硫酸酯(higher alcohol sulfate ester)、烷基萘磺酸盐、烷基聚氧乙烯硫酸盐或二烷基磺基琥珀酸盐等。这些表面活性剂中,可以优选使用聚氧乙烯烷基醚。聚氧乙烯烷基醚的数均分子量优选为200至100,000,更优选500至10,000。过大的数均分子量会降低在水中的溶解度,使得难以增加添加量,并会增加溶液粘度,由此提供差的与吸水性树脂的混合性。另一方面,过小的数均分子量会劣化作为混合助剂的效果。
作为水溶性聚合物,可以包括例如聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯亚胺、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、糊精、藻酸钠或淀粉等。在这些聚合物中,聚乙二醇是优选的。其数均分子量与聚氧乙烯烷基醚类似,优选200至100,000,更优选500至10,000。
作为亲水性有机溶剂,可以包括醇如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇和叔丁醇等;酮如丙酮、甲基乙基酮;醚如二噁烷、烷氧基(聚)乙二醇、四氢呋喃;酰胺如ε-己内酰胺、N,N-二甲基甲酰胺;亚砜如二甲亚砜;多元醇如乙二醇、二甘醇、丙二醇、三甘醇、四甘醇、1,3-丙二醇、二丙二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、甘油、2-丁烯-1,4-二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,2-环己烷二甲醇、1,2-环己醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺、聚氧丙烯、季戊四醇、山梨糖醇。这些亲水性有机溶剂可以单独使用,或者可以以两种以上的组合使用。
作为水溶性无机化合物,可以包括碱金属盐如氯化钠、硫酸氢钠、硫酸钠;铵盐如氯化铵、硫酸氢铵、硫酸铵;碱金属氢氧化物如氢氧化钠、氢氧化钾;多价金属盐如氯化铝,聚氯化铝、硫酸铝、铝钾矾(potassium alum)、氯化钙、烷氧基钛、碳酸锆铵、乙酸锆;和不可还原的碱金属盐pH缓冲剂如碳酸氢盐、磷酸二氢盐、磷酸一氢盐。
此外,作为无机酸(盐),可以具体例举盐酸、硫酸、磷酸、碳酸、硼酸和它们的盐,例如它们的碱金属盐或它们的碱土金属盐。作为有机酸(盐),可以具体例举乙酸、丙酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸、马来酸、酒石酸和它们的盐,例如它们的碱金属盐和它们的碱土金属盐。
上述示例中,可以优选使用聚氧乙烯烷基醚、聚乙二醇、水溶性多价金属盐、氯化钠、硫酸氢铵,硫酸铵、硫酸和盐酸作为混合助剂。
这些混合助剂可以单独使用,或以两种以上的混合物形式使用。此外,混合助剂的添加量不特别限定,只要其如上所述能够抑制吸水性树脂与水的附聚并提高水溶液与吸水性树脂的混合性即可,然而,例如其优选在0.01至40重量份,更优选0.01至5重量份,相对于100重量份吸水性树脂。可选择地,在本发明中,混合助剂可以以优选0至40重量%,更优选0.01至30重量%,还更优选0.1至10重量%的量使用,相对于水溶液总量。
在关于本发明的步骤a)中,吸水性树脂、水和自由基聚合性化合物以及任选的自由基聚合引发剂和混合助剂的混合条件不特别限定。例如,在步骤a)中的混合温度可以依次优选在0至150℃,10至120℃,和20至100℃的范围内。在这种情况下,混合温度超过150℃会热劣化吸水性树脂。相反,混合温度低于0℃会由水冷凝而抑制稳定操作。在混合步骤在高温下进行的情况下,自由基聚合引发剂即使在少量照射下也能够热起作用,由此优选。因此,在该情况下,优选通过密封混合/照射体系等抑制蒸汽的过度渗漏。此外,步骤a)之前的吸水性树脂和水的温度也没有特别限定,然而,例如步骤a)之前的吸水性树脂的温度可以依次优选在0至150℃,10至120℃和20至100℃的范围内。在这种情况下,步骤a)之前的吸水性树脂的温度超过150℃会热劣化吸水性树脂。相反,混合温度低于0℃会由水结露导致抑制稳定运行。此外,步骤a)之前水的温度可以优选在5至80℃,更优选10至60℃和特别优选20至50℃的范围内。在这种情况下,步骤a)之前水的温度超过80℃不会提供本发明效果,这是因为在混合步骤a)之前水的过度蒸发,并使得不可能混合充足量的水与吸水性树脂。相反,混合温度低于5℃会由水结露导致抑制稳定运行。再者,在步骤a)中的混合时间不特别限定,只要其为提供均匀混合的时间即可。具体地,混合时间可以优选在0.1秒至60分钟,更优选1秒至30分钟,还更优选2秒至20分钟,最优选5秒至10分钟的范围内。在这种情况下,混合时间低于下限不会提供吸水性树脂、水和自由基聚合性化合物等的均匀混合。相反,大于上限所需的混合时间几乎不会提供通过活性能量射线照射处理和/或加热处理的表面处理进行,这是因为吸水性树脂内部过量水的很小的渗透性。
作为通过混合吸水性树脂、自由基聚合性化合物、自由基聚合引发剂和水获得吸水性树脂组合物的方法,可以包括通过使用常用混合装置例如V-型混合机、带型混合机、螺杆型混合机、旋转圆板型混合机、气流型混合机、间歇型捏合机、连续型捏合机、桨式混合机、犁式混合机来混合的方法。
(e)聚合含酸基自由基聚合性化合物的步骤(b)
在本发明的步骤b)中,含酸基自由基聚合性化合物聚合至吸水性树脂。此处使用的聚合含酸基自由基聚合性化合物至吸水性树脂的方法不特别限定。优选地,步骤b)可以包括将活性能量射线照射至在步骤a)中获得的混合物的步骤,和/或加热在步骤a)中获得的混合物的步骤。具体地,在吸水性树脂中混合的含酸基自由基聚合性化合物通过使用自由基产生手段如照射活性能量射线和/或加热,优选在吸水性树脂表面和/或在其附近聚合。在该步骤b)中,可以进行将活性能量射线照射至在步骤a)中获得的混合物的步骤或加热在步骤a)中获得的混合物的步骤,可选择地,可以组合进行将活性能量射线照射至在步骤a)中获得的混合物的步骤和加热在步骤a)中获得的混合物的步骤。
与吸水性树脂内部的交联密度相比,该聚合能够增加表面附近的交联密度,并提高期望的吸水性树脂在实际应用时的特性,如加压下吸收倍率、流体渗透性。此后,将描述将活性能量射线照射至混合物的步骤和/或加热该混合物的步骤。然而,本发明不限于此。
(e-1)照射活性能量射线
已知:在生产吸水性树脂时,通过照射活性能量射线提高聚合率。例如,通过配制内部交联剂和光聚合引发剂至聚合性单体组分,并用活性能量射线如紫外线、电子束或γ射线照射所得混合物,能够制备具有内部交联的不溶性吸水性树脂。另一方面,作为吸水性树脂的表面处理方法,还已知通过使用表面交联剂并促进在加热条件下的相关反应形成表面交联的方法。作为吸水性树脂的该表面交联,可以包括在一个分子中具有多个官能团的化合物如多元醇、多价缩水甘油醚、卤代环氧化合物、多元醛。通常,在100至300℃下的加热促进这些官能团和在吸水性树脂表面存在的羧基之间的反应,以在吸水性树脂表面形成交联结构。然而,本发明能够即使在没有该表面交联剂存在的情况下,通过聚合性单体和自由基聚合引发剂的存在,并通过照射活性能量射线进行吸水性树脂的表面处理,由此提供具有优良吸水特性的吸水性树脂。可以认为交联结构能够通过该表面处理形成于吸水性树脂表面。
在本发明中,可以在吸水性树脂、水、含酸基自由基聚合性化合物和任选的自由基聚合引发剂混合期间或者在混合它们之中两种以上组分之后照射活性能量射线。然而,从提供均匀表面交联的观点,优选的是,首先获得含有吸水性树脂、水、含酸基自由基聚合性化合物和任选的自由基聚合引发剂的吸水性树脂组合物,然后将所得吸水性树脂组合物用活性能量射线进行照射。
作为活性能量射线,可以包括紫外线、电子束和γ射线中的一种或两种以上。这些活性能量射线中,紫外线和电子束是优选的。考虑到活性能量射线对人体的影响,紫外线是更优选的,具有波长为300nm以下,特别优选180至290nm的紫外线是进一步更优选的。关于照射条件,当使用紫外线时,照射强度优选在3至1000mW/cm2范围内,照射量优选在100至10000mJ/cm2范围内。
作为照射紫外线的装置,可以例举高压汞灯、低压汞灯、金属卤化物灯、氙灯或卤素灯等。只要照射紫外线,并照射波长为300nm以下的紫外线,就可以含有其它放射线或波长,该方法不特别限定。在使用电子束的情况下,优选加速电压在50至800kV范围内,将吸收线量(absorbed dose)设定在0.1至100Mrad范围内的水平。在稍后描述的实施例中所述方法的情况下,尽管照射活性能量射线的时间依赖于处理的吸水性树脂的量,但照射活性能量射线的时间优选为0.1分钟以上至低于60分钟,更优选0.5分钟以上至低于20分钟,还更优选0.5分钟以上至低于5分钟,特别优选1分钟以上至低于3分钟。当使用常规表面交联剂时,该时间可能超过60分钟,但当在相同的交联密度下比较时,本发明能够减少表面交联处理的时间。
在根据本发明的通过照射活性能量射线进行的表面处理中,加热不是必须的。还可以进行在加热下照射活性能量射线,从而提供具有优良吸水特性的吸水性树脂。加热温度优选在0至150℃,更优选10至120℃,还更优选室温至100℃,特别优选50至100℃的范围内。照射活性能量射线可以产生照射热。在这种情况下,照射活性能量射线可能导致在加热下来进行。在本发明中,因为表面处理通过照射活性能量射线进行,加热仅用作辅助手段。因此,本发明使得处理温度设定在低于常规表面处理温度的水平。加热方法可以包括引入加热蒸汽至活性能量射线照射装置内部的方法;用夹套在活性能量射线照射装置周围加热的方法;通过在照射活性能量射线时利用照射热来加热的方法;照射活性能量射线至经预处理的吸水性树脂的方法。
照射活性能量射线期间,吸水性树脂优选保持搅拌。通过该搅拌,使得可以用活性能量射线均匀地照射自由基聚合引发剂和吸水性树脂的混合物。作为在照射活性能量射线期间搅拌吸水性树脂的装置,可以包括振动型混合机、振动进料机、带型混合机、圆锥带式混合机、螺杆型混合挤出机、气流型混合机、间歇型捏合机、连续型捏合机、桨式混合机、高速流动式混合机或浮流式混合机(buoyant fluidizing-type mixer)等。
此外,通过使得吸水性树脂在具有圆筒状或箱状的装置中流动,可以从装置周围照射活性能量射线。在这种情况下,在用于粉末的空气输送时,为了使混合物流动,可以利用如空气等的气体压力。在利用空气的情况下,优选加湿空气以防吸水性树脂组合物干燥。从多个方向照射活性能量射线能够在短时间内提供均匀表面处理。构成上述装置的材料不特别限定,只要其为不损害将活性能量射线照射至吸水性树脂组合物的材料即可,然而,例如,可以例举石英玻璃等。
一般而言,已知通过氧抑制使用射线(radial)作为活性种类的反应。然而,在本发明的生产方法中,即使在体系中存在氧的情况下,表面处理的吸水性树脂的性质也并未降低。这意指惰性气氛在照射活性能量射线时不是必须的。
(e-2)加热
如上所述,能够通过加热要与吸水性树脂混合的含酸基自由基聚合性化合物实现聚合。在仅通过加热进行聚合的情况下,活性能量射线照射装置的分别安装(installment)可能不必要,由此从设计生产装置的观点是有利的。此外,能够以低成本和通过安全方式提高所得表面处理的吸水性树脂的吸收特性(特别是加压下吸收倍率/流体渗透性)。
在步骤a)中获得的混合物可以在与上述照射活性能量射线时同样的条件下来制备,自由基聚合引发剂不是必须组分。优选将含酸基自由基聚合性化合物、水和任选的自由基聚合引发剂以上述特定量混合至吸水性树脂。此外,优选混合物在特定温度条件下加热。
在上述步骤b)为加热所得混合物(吸水性树脂组合物)的步骤的情况下,能够通过在与上述照射活性能量射线时的条件不同的条件下制备在步骤a)中获得的混合物来控制自由基产生。以下将描述加热时的优选实施方案。下文中,将描述通过使用自由基聚合引发剂的实施方案。然而,如上所述,能够省略自由基聚合引发剂的使用。
通过与含有吸水性树脂、自由基聚合引发剂、含酸基自由基聚合性化合物和水的水溶液(此后可称为“处理液”)混合,获得作为混合物的吸水性树脂组合物。然后,将该吸水性树脂组合物进行加热处理。通过该加热,推测将交联结构引入至吸水性树脂表面。本发明的技术范围不应仅限于该实施方案;存在于反应体系中的各组分的添加顺序,或各组分的添加和加热处理时机不特别限定,如自由基聚合引发剂、含酸基自由基聚合性化合物和水可分别添加至吸水性树脂(基础聚合物),或它们可以在热处理下添加至吸水性树脂(基础聚合物)。
在本发明中,含酸基自由基聚合性化合物的聚合步骤(此后也可称为“表面处理步骤”)之前和之后的水含量增加或降低不特别限定,然而,表面处理步骤之后的吸水性树脂的水含量优选不低于,更优选大于表面处理步骤之前的吸水性树脂的水含量。在混合吸水性树脂与处理液之后进行加热处理的情况下,“表面处理步骤之前的吸水性树脂的水含量”意指在混合处理液之后且在加热处理之前的水含量,“表面处理步骤之后的水含量”意指加热处理之后的水含量。此外,在加热处理下进行吸水性树脂与处理液的混合的情况下,“表面处理步骤之前的吸水性树脂的水含量”意指加热处理前的水含量,“表面处理步骤之后的水含量”意指加热处理之后的水含量。因此,在工业生产装置中,在用于进行表面处理反应的整个反应装置中的吸水性树脂的水含量对应于“表面处理步骤之前的水含量”,和排出用于进行表面处理反应的反应装置的吸水性树脂的水含量对应于“表面处理步骤之后的水含量”。
此外,优选本发明的表面处理步骤在不存在疏水性有机溶剂的情况下进行。这是因为在本发明的表面处理步骤中存在疏水性有机溶剂会导致部分处理液未吸收至吸水性树脂,并导致其分散于疏水性有机溶剂,从而使得表面处理难以进行。术语“疏水性有机溶剂”意指相对于水(20℃)的溶解度为5g/100g以下的有机溶剂。作为疏水性有机溶剂,可以包括例如脂族烃化合物如正戊烷、环戊烷、正己烷、环己烷、正庚烷、甲基环己烷、正辛烷;芳族烃化合物如苯、甲苯、二甲苯;等等。
加热处理优选在超过80℃至250℃以下,更优选90至180°,还更优选100至150℃的温度下进行。当加热处理温度为80℃以上时,表面处理有效进行。另一方面,当加热处理温度为250℃以下时,能够防止吸水性树脂的热降解。以此方式加热吸水性树脂能够以低成本和通过安全方式生产吸水特性(特别地,加压下吸收倍率/流体渗透性)优良的表面处理的吸水性树脂。
为了通过加热进行吸水性树脂的表面处理,可以加热含有上述各组分的吸水性树脂。在该加热处理时的具体气氛条件不特别限定,然而,优选加热在相对高湿度的气氛下进行。具体地,优选加热在饱和蒸汽和/或过热蒸汽中进行。在100℃以上,更优选250℃以上的温度下加热的情况下,优选气氛充有过热蒸汽,更优选通过使用过热蒸汽直接加热吸水性树脂。此外,加热处理时的气氛压力可以为减压、常压和加压中的任一种,并不特别限定,然而,其优选在1013至43030hPa,更优选1013至14784hPa,还更优选1013至10498hPa,特别优选1013至4906hPa的范围内。再者,气氛的相对湿度优选在50至100%RH,更优选70至100%RH,还更优选90至100%RH,特别优选95至100%RH范围内,最优选100%RH(饱和蒸汽)。此外,加热处理时气氛中的氧浓度优选在0至25体积%,更优选0至15体积%,还更优选0至10体积%,还进一步优选0至5体积%,特别优选0至1体积%,最优选0至0.5体积%范围内。将气氛中的氧浓度调整至相对低浓度,能够防止加热时吸水性树脂氧化劣化,由此优选。
进行加热处理时的加热时间也不特别限定,然而,其优选在1至90分钟,更优选2至60分钟,还更优选3至30分钟的范围内。1分钟以上的加热时间能够将交联结构引入吸水性树脂表面;另一方面,90分钟以下的加热时间能够防止加热导致的吸水性树脂劣化。
此外,本发明的表面处理方法的表面处理步骤中,除了上述加热处理以外,可以使用活性能量射线如放射线或电子束、紫外线和电磁波等照射处理。
在吸水性树脂通过加热处理进行表面处理的情况下,加热处理时使用的装置不特别限定,可以使用已知的干燥器。例如,可以优选使用传导传热型(conduction heat transfer type)、照射传热型、热风传热型、介电加热型干燥器,具体地,优选使用带式、薄型搅拌式、流动层式、气流式、旋转型、混合型、红外线型或电子束型干燥器。
(f)其它处理
为了干燥等目的,照射活性能量射线之后,吸水性树脂可以任选在50至250℃的温度下进行热处理。
此外,照射活性能量射线之后,表面交联可以通过使用任何常规公知的表面交联剂如多元醇、多价环氧化合物和碳酸亚烃酯来形成。
在本发明的表面处理方法中,在照射活性能量射线之后,吸水性树脂可以添加有提高流体渗透性的试剂。作为提高流体渗透性的试剂的实例,可以包括矿物如滑石、高岭土、漂白土、膨润土、活性粘土、重晶石、天然沥青、锶矿(strontium ore)、钛铁矿、珍珠岩;铝化合物如14-18水合(或无水)硫酸铝、12水合硫酸铝钾,12水合硫酸钠铝、氯化铝、多氯化铝或氧化铝等,及它们的水溶液;其它多价金属盐;亲水性无定形二氧化硅(如Tokuyama K.K.生产并在注册商标“Reolosil QS-20″下出售的干法产品,DEGUS SA Corp.生产并在注册商标“Sipernat 22S andSipernat 2200″下出售的沉淀法产品);氧化物复合物如氧化硅·氧化铝·氧化镁复合物(如ENGELHARD Corp.在注册商标“Attagel #50下出售的产品),氧化硅·氧化铝复合物或氧化硅·氧化镁复合物等;等等。该提高流体渗透性的试剂以0至20重量份,更优选0.01至10重量份,特别优选0.1至5重量份的量混合,相对于100重量份表面处理之后的吸水性树脂。提高流体渗透性的试剂当其可溶于水时可以以水溶液形式添加,或者当其不溶于水时以粉末或浆状物的形式添加。可以以上述范围内的量适当地添加其它添加剂如抗菌剂、除臭剂、螯合剂。
(g)表面处理的吸水性树脂
在本发明中,通过将经由含酸基自由基聚合性化合物聚合的表面处理方法应用于吸水性树脂,能够生产表面处理的吸水性树脂,其中所得吸水性树脂的加压下吸收倍率能够得到提高。
此外,关于通过本发明获得的表面处理的吸水性树脂,与表面处理步骤之前相比,表面处理步骤之后的吸水性树脂的水含量优选增加。特别地,在通过在步骤b)中使用饱和蒸汽进行加热处理的情况下,明显观察到增加。表面处理步骤之后获得的表面处理的吸水性树脂的水含量优选在1至50重量%,更优选2至45重量%,还更优选3至40重量%,特别优选5至30重量%,最优选5至20重量%范围内。此外,表面处理步骤之前和之后的水含量增加量不特别限定,然而,表面处理步骤之前和之后的水含量增加[=(表面处理步骤之后的水含量)-(表面处理步骤之前的水含量)]优选在0.1至40重量%范围内,更优选增加0.5至30重量%,还更优选增加1至20重量%,特别优选增加2至15重量%。表面处理的吸水性树脂的水含量或水含量的增加量等于或高于上述范围的下限时,能够充分达到本发明效果,能够获得吸水性能如加压下吸收倍率或流体渗透性优异的表面处理的吸水性树脂。
此外,在通过本发明获得的表面处理的吸水性树脂中,表面处理步骤之后的残余单体含量能够明显降低。特别地,在步骤b)中用活性能量射线照射吸水性树脂的情况下,残余的单体量能够大幅降低。此处采用的,在残余单体含量中使用的术语″单体″意指残留于表面处理的吸水性树脂中的单体。典型地,单体包括生产吸水性树脂后残留的来自吸水性树脂的单体,和步骤b)之后残留而并未聚合的含酸基自由基聚合性化合物。步骤b)(表面处理步骤)之后未经任何纯化的表面处理的吸水性树脂中的残余单体含量优选在0至300重量ppm,更优选0至200重量ppm,还更优选0至100重量ppm范围内,相对于100重量份吸水性树脂。在该范围内,根据本发明的吸水性树脂能够有利地应用于卫生材料领域中的一次性尿布等。此处使用的残余单体含量是通过实施例中所述方法测量的值。
迄今已知,当吸水性树脂中形成表面交联时,其显示出自由溶胀倍率略微降低,而且即使在加压状态下也显示出提高的保持吸收液体的能力,即提高的加压下吸收倍率。根据本发明的方法,即使在没有使用表面交联剂的情况下,吸水性树脂的4.83kPa加压下吸收倍率也增加1g/g以上,优选8g/g以上,更优选10g/g以上,还更优选12g/g以上。可以认为该事实表明通过本发明的方法,将交联结构引入至吸水性树脂表面。关于改性后的性质,该增加优选为8g/g以上,更优选12g/g以上,还更优选15g/g以上,特别优选20g/g以上,最优选22g/g以上。此外,通过应用本发明的表面处理方法生产的表面处理的吸水性树脂能够显示出4.83kPa加压下吸收倍率为8至40g/g。应注意上限不特别限定,然而,考虑到生产困难导致的成本增加,甚至约40g/g的情况是足够的。作为加压下吸收倍率值,采用通过实施例中所述方法测量的值。
自由溶胀倍率(GV)优选为8g/g以上,更优选15g/g以上,还更优选20g/g以上,特别优选25g/g以上。上限不特别限定,然而,其优选为50g/g以下,更优选40g/g以下,还更优选35g/g以下。自由溶胀倍率(GV)小于8g/g的情况会导致过低的吸收量,不适于用作卫生材料如尿布等。此外,自由溶胀倍率(GV)大于50g/g的情况会导致弱的凝胶强度,并且不能够提供具有优良流体渗透性的吸水性树脂。作为自由溶胀倍率的值,采用通过实施例中所述方法测量的值。
盐水流动传导性(SFC)优选为10(单位:10-7·cm3·s·g-1)以上,更优选30(单位:10-7·cm3·s·g-1)以上,还更优选50(单位:10-7·cm3·s·g-1)以上。上限不特别限定,然而,其优选为500(单位:10-7·cm3·s·g-1)以下。盐水流动传导性(SFC)低于10(单位:10-7·cm3·s·g-1)的情况会导致不足的流体渗透性,并且不能将液体充分渗透至吸收体,从而降低使用时排泄液如尿等的吸收量。作为盐水流动传导性的值,采用通过实施例中所述方法测量的值。
依赖于处理条件如处理之前吸水性树脂的形状或处理之后的造粒/成形等,可以适当调整根据本发明的所得表面处理的吸水性树脂的形状,然而,其一般为粉末形式。该粉末可以具有重均粒径(通过筛分规定的)在10至1,000μm,优选200至600μm范围内。重均粒径为150至850μm的颗粒含量可以优选在90至100重量%,还更优选95至100重量%范围内,相对于吸水性树脂。此外,粒度分布的对数标准偏差(σζ)优选为0.23至0.45,更优选0.25至0.35。
本发明的表面处理的吸水性树脂(优选粉末状吸水性树脂;以下同样)优选具有通过EPMA测量的钠原子宽度(atomwidth)(此后简称为″Na原子宽度″)在5至50μm范围内。如果Na原子宽度低于5μm,聚合(表面处理)速度会降低,这是因为使用具有高中和率的含羧基自由基聚合性化合物。另一方面,如果其超过50μm,所得表面处理的吸水性树脂会具有降低的中和率,从而劣化吸收倍率,这是因为具有低中和率(高的酸基含量)的含羧基自由基聚合性化合物过量地用于聚合。具有Na原子宽度在如上范围内的表面处理的吸水性树脂能够通过适当选择含羧基自由基聚合性化合物种类(特别地,在中和率方面)以及通过控制其用量容易地生产。此外,通过满足特性b)、C)和d),吸水性树脂会耐破损并具有对于卫生材料如一次性尿布有利的吸收倍率。
本发明的表面处理的粉末状吸水性树脂通过聚合具有作为主要组分的含羧基自由基聚合性化合物如丙烯酸及其金属盐的单体组分来获得。羧基(-COOH)或其金属盐(-COOM;其中M表示金属原子)存在于本发明的全部吸水性树脂整体(包括其内部和表面)。因此,通过表面交联处理的均匀性能够通过测量所得表面处理的吸水性树脂的羧基盐浓度和由此的金属原子浓度来检测。通过经由抛光其表面测量朝向树脂中心的金属原子浓度,能够通过其浓度变化测量进行表面处理的表面处理层的厚度。
在本发明中,根据上述原理,在本发明的表面处理粉末状吸水性树脂中,基于通过EPMA测量的Na原子宽度测量进行表面处理的表面处理层的厚度。具体地,本发明的表面处理的粉末状吸水性树脂具有通过EPMA测量的钠原子宽度在5至50μm范围内。由于具有该性质的吸水性树脂具有均匀交联并具有适当的表面硬度,其吸收倍率也优异。此处使用的″EPMA(Electron Probe Micro Analysis)″是用于在用电子束照射下检测和鉴别微小区域(约1μm3)中的构成元素(钠元素),以及还用于分析各构成元素比例(浓度)的方法。在本发明中,根据上述原理,从朝向吸水性树脂内部的表面测量钠元素浓度。然后,测量当浓度开始增加时的厚度与当浓度开始显示稳定状态时的厚度之差,该值称为″通过EPMA测量的钠原子宽度(μm)″。更具体地,该值,即″通过EPMA测量的钠原子宽度(μm)″通过以下方法测量。
<通过EPMA测量的钠原子宽度(μm)的测量>
1.制备样品
分别在纸杯中称重3g双酚F型环氧树脂(Japan Epoxy ResinsCo.,Ltd.制造,并在注册商标Epicoat 807下出售),2g改性杂环胺产品(Japan Epoxy Resins Co.,Ltd.制造,并在注册商标Epomate N001下出售)。将纸杯在90℃下的干燥器中放置30分钟后,其中的2种溶液混合在一起。将所得混合物倒入预先放置约0.03g具有通过粒度分布测量方法分级的300至600μm粒度的吸水性树脂部分(fraction)的具有内径15mmФ的照相胶片贮存容器(聚乙烯容器),然后在减压下消泡。将容器在冰水中冷却几分钟后,其中的环氧树脂固化,从而将吸水性树脂包埋于环氧树脂中。在这种情况下,在40℃下进行固化1小时,然后在65℃下进行固化过夜。
然后,将所得具有吸水性树脂包埋于其中的环氧树脂从容器中取出,并用研磨纸(SiC)研磨。在这种情况下,通过用800号研磨纸在作为在润滑剂的机用润滑油中研磨吸水性树脂约1分钟来进行研磨处理,以暴露出其横截面,然后进一步用1500号研磨纸研磨其约30分钟。随后,对研磨的环氧树脂进行碳沉积。
2.通过EPMA测量
如上制备的样品的截面通过EPMA(电子探针微分析仪(Electron Probe Microanalyzer);Shimazu Corporation制造,并在注册商标EPMA-1610下出售)检测。经过表面分析(测绘)进行检测。检测条件如下:加速电压=15kV,束尺寸=1μm,束电流=0.05μA。通过测绘的检测在以下条件下进行:测量时间=40毫秒,对于X和Y轴的数据点=200点,对于X和Y轴的步长(stepsize)=0.5μm,区域尺寸=100μm,测量类型=一步式,开始类型=中心,检测的元素为Na(分析晶体:RAP(邻苯二甲酸氢铷(Rubidium acidphthalate))。在反向散射电子图像(Backscatter ElectronImage)(BEI)下进行检测期间的观察。每个样品在3个位置处进行测绘。
3.分析
上述2.中获得的数据如下分析。
1)将在上述2.中获得的关于Na原子的两维数据通过使用Shimazu System Development Corp.生产的EPMA分析软件(制作EPMA用报告的支持工具:Report assistant EX)转化为文本数据。
2)确定分析的位置。在这种情况下,通过以下方法确定分析的位置:
I.在吸水性树脂颗粒表面的一个点处画出切线,其中短语″吸水性树脂颗粒表面的一个点″是指在吸水性树脂颗粒表面存在并具有Na原子计数超过10的点;
II.相对于在上述I.中画出的切线画出垂线;和
III.相对于在上述II.中画出的垂线在±5°范围内画出线A。
3)通过使用在上述2)中为了分析而测量的以0.5μm间隔的5点处的5个Na原子计数数据,计算以0.5μm间隔的5点的移动平均。更具体地,沿着在上述2)中获得的″线A″,从吸水性树脂颗粒表面向外10μm至其内部50μm,以0.5μm间隔记录Na原子计数。
在该步骤中,在第n个点处的以0.5μm间隔的5个点的移动平均能够通过使用5个Na原子计数数据根据下式来计算。
[式2]
(在第n个点处的以0.5μm间隔的5个点的移动平均)(计数)=(Na原子在第n、n+1、n+2、n+3和n+4个点处的计数总和)/54)关于在上述3)中计算的移动平均,通过求导确定Na原子计数相对于距离的斜率。
在该步骤中,在第n个点处的Na原子计数相对于距离的斜率能够根据下式来计算。
[式3]
(在第n个点处的Na原子计数相对于距离的斜率)(计数/μm)=(Cn+1-Cn)/0.5
在上式中,Cn+1表示在第n+1个点处的以0.5μm间隔的5个点的移动平均(计数);Cn表示在第n个点处的以0.5μm间隔的5个点的移动平均(计数)。
5)画出在上述4)中获得的相对于距离的斜率。
6)在吸水性树脂颗粒表面上的Na原子计数增加的区域中确定在上述4)中获得的最大斜率。
7)计算以下点之间的宽度(距离):首先显示出超过在上述6)中确定的最大斜率值十分之一的值的点。(在以下情况下,8.5-1=7.5μm。)
8)对于通过在EPMA中测绘的每一个测量结果,将在上述1)至7)中所述分析重复十次(n=10)。
9)将通过从在上述8)中获得的全部10个值中排除4个值获得的6个值进行平均,该4个值即最大值、仅小于最大值的值、最小值、仅大于最小值的值。
10)对于每一个样品,将在上述1)至9)中所述分析重复三次,以获得3个测量结果。
11)将在上述10)中获得的测量结果进行平均,其称为″通过EPMA测量的钠原子宽度(μm)″。
例如,当在上述2)中获得以下数据时,将详细描述该方法。首先,在步骤2)中,获得如下表A中左栏所示的以0.5μm间隔作为测量距离(厚度)存在的Na原子计数。通过画出以0.5μm间隔作为测量距离(厚度)存在的Na原子计数获得的图示于图2A中。然后,在步骤3)中,从在步骤2)中表A中顺次取总共5个Na原子计数数据,以计算5个数据的Na原子计数平均值并在表A中间栏记录平均值。通过画出Na原子计数平均值相对于距离(μm)获得的图示于图2B中。此外,在步骤4)和5)中,对于在步骤3)中获得的各Na原子计数平均值,通过求导来确定Na原子计数平均值相对于距离的斜率,以在表A右栏中记录斜率。通过画出Na原子计数平均值的斜率相对于距离(μm)获得的图示于图2C中。在步骤6)中,确定表A右栏中示出的斜率中的最大值。在表A中,发现最大值为距离11.0μm处的149.6计数/μm。在步骤7)中,确定首先显示出超过在步骤6)中确定的最大值(149.6计数/μm)十分之一(14.96计数/μm)的值的距离(A1(μm)和A2(μm)),并用于计算它们之差。在这种情况下,距离A1为8.0μm(Na原子计数平均值的斜率为20.8计数/μm),距离A2为15.5μm(Na原子计数平均值的斜率为18.8计数/μm)。因此,它们之差为7.5μm(=15.5-8.0)。在步骤8)中,对于每一个测量结果,将步骤1)至7)重复十次。在步骤9)中,将4个值即最大值、仅小于最大值的值、最小值和仅大于最小值的值从步骤8)获得的10个值中排除。由剩余的6个值计算平均值。在步骤10)中,对于每一个样品重复步骤1)至9)三次,从而获得3个测量结果。在步骤11)中,由步骤10)中获得的3个测量结果计数平均值,其称为″通过EPMA测量的钠原子宽度(μm)″。
表A
因此,本发明提供表面处理的粉末状吸水性树脂,其通过聚合具有作为主要组分的含羧基自由基聚合性化合物的单体组分获得,和
其中所述吸水性树脂为具有以下特性a)至d)的表面处理的粉末状吸水性树脂:
a)通过EPMA测量的钠原子宽度在5至50μm范围内;
b)水含量在5至20重量%范围内;
c)单体的残余量在0至300重量ppm范围内;和
d)盐水流动传导性(SFC)在10至500(10-7·cm3·s·g-1)范围内。
关于本发明的表面处理的吸水性树脂(优选粉末状吸水性树脂;以下相同),吸水性树脂内部的羧基中和率优选大于60mol%至不大于90mol%,吸水性树脂表面的羧基中和率优选低于吸水性树脂内部的羧基中和率。此处使用的术语″吸水性树脂表面″是指暴露于环境空气的吸水性树脂部分。此处使用的术语″吸水性树脂内部″是指位于吸水性树脂表面附近至中心的部分。在这种情况下,此处使用的术语″吸水性树脂表面附近″是指距离吸水性树脂表面为粒径(短轴)十分之一的厚度的层部分。从吸水性树脂表面的厚度可以通过扫描电子显微镜(SEM)和EPMA等确认。此处使用的术语″羧基中和率″能够通过红外吸收光谱法、微ATR(MicroAttenuated Total Reflection)法和EPMA方法中的一种来测量。EPMA方法与关于″钠原子宽度″的说明中所描述的相同。然后,对于微ATR法,吸水性树脂表面的羧基中和率能够通过直接借助微ATR法由分析吸水性树脂表面来测量,吸水性树脂内部的羧基中和率能够通过例如由超微波仪(Reichert制造,LTRACUT N)将吸水性树脂切片以使其中心部分暴露,然后通过microATR法分析暴露表面来测量。作为测量装置,例如能够使用常规装置,包括Bio-Rad Laboratories,Inc.制造的FTS-575。
关于本发明的表面处理的吸水性树脂,吸水性树脂内部的羧基中和率优选大于60mol%至不大于90mol%,吸水性树脂表面的羧基中和率优选低于吸水性树脂内部的羧基中和率。吸水性树脂内部的羧基中和率与吸水性树脂表面的羧基中和率之差[=(吸水性树脂内部的羧基中和率)-(吸水性树脂表面的羧基中和率)]不特别限定,优选选择,以致在短时间内提供具有流体渗透性和吸收倍率之间良好平衡的粉末状吸水性树脂。
本发明的方法具有将在生产吸水性树脂时产生的细粉在吸水性树脂表面处理时转化为颗粒的效果。因此,即使当细粉包含于表面处理之前的吸水性树脂中时,其中包含的细粉也能够通过进行本发明的表面处理方法转化为颗粒,这样能够降低在所得表面处理的吸水性树脂中包含的细粉量。与表面处理之前的吸水性树脂相比,所得表面处理的吸水性树脂的粒度分布移动到更高粒度侧。然而,该移动比例能够随着自由基聚合引发剂的种类或量而变化,再者,在使用这些作为水溶液的情况下,该移动可以随着水的比例、活性能量射线的照射条件或照射时使吸水性树脂流动的方法等而变化。
通过本发明的方法获得的表面处理的吸水性树脂形成有与内部相比在表面附近具有更高交联密度的表面层,优选在全部吸水性树脂表面具有均匀且高的交联密度的表面层。因此,能够将对于吸水性树脂所期望的特性例如吸收性、吸收速度、凝胶强度和吸引力改进至高水平。
根据本发明,依赖于条件,即使在接近室温的反应温度下,吸水性树脂的表面处理也能够完全令人满意地进行,所得表面处理的吸水性树脂能够具有极高水平的对于吸水性树脂所期望的特性如吸收倍率、流体渗透性、吸收速度、凝胶强度、吸引力。再者,可以减少杂质如残留单体。因此,通过本发明获得的吸水性树脂可以任选地用作卫生棉、一次性尿布、生理用品、失禁衬垫、或其它用于吸收体液的卫生材料;用于医疗领域如医疗用品;农业领域如土壤保水剂;食品领域如鲜度保持;工业领域如冷凝防止材料(due condensation prevention material)和保冷材料,并且根据目的或功能,可以添加其他添加剂如二氧化硅、沸石、抗氧化剂、表面活性剂、硅油、螯合剂、除臭剂、香料、药剂、植物生长助剂、杀菌剂、杀真菌剂、发泡剂、颜料、染料、纤维状物(亲水性短纤维、纸浆或合成纤维等)或肥料等。这些其它添加剂的添加量优选约0.001至10重量%,相对于各种应用中产品的总重量。
实施例
现在,以下将参考实施例和比较例更具体地描述本发明。本发明不限于此。下文中,出于简化目的,“重量份”可以简述为“份”,“升”可以简述为“L”。以下将示出实施例和比较例中指出的测量方法和评价方法。
(1)粒度分布
用具有直径75mm和筛孔850μm、600μm、300μm和150μm(Iida Seisakusho K.K.制造)的试验筛来分级表面处理之前和表面处理之后的作为样品的10g吸水性树脂。测量由此分开的树脂部分的重量,求得各粒度的重量%。通过用IidaSeisakusho Ltd.制造并在注册商标Sieve Shaker ES-65下出售的筛摇动样品5分钟进行分级。在用于测量前,将吸水性树脂在60±5℃下减压(低于1mmHg(133.3Pa))干燥24小时。
(2)测量固体含量
在底面直径为4cm和高度为2cm的铝杯中,在铝杯底面上均匀铺开作为样品的1g吸水性树脂。将杯中样品静置在预先调整至180℃的热风干燥机(EYELA,低温恒温炉(自然烘箱(naturaloven))NDO-450,Tokyo Rikakiki Co.,Ltd.制造)中3小时。由放置期间发生的重量损失计算吸水性树脂的固体含量(%)。
(3)测量可溶出性成分
在具有内体积250ml的有盖塑料容器(尺寸:6cm直径×9cm高度)中,放置单独称重的184.3g生理盐水,并向其中添加1.00g吸水性树脂,通过使用尺寸为8mm直径和25mm长度的磁力搅拌器在转数500rpm下一起搅拌混合物16小时,以溶出树脂中的可溶出性组分。溶出溶液通过一张滤纸(0.26mm厚度和5μm保留粒径;Advantec Toyo K.K.制造,并在商品名“JIS P 3801 No.2″下出售),称重出50.0g所得滤液并用于测量。
首先,用0.1N NaOH水溶液滴定生理盐水以得到pH值10,随后用0.1N HCl水溶液滴定,以得到pH值2.7,从而获得空白滴定量(分别为[bNaOH]ml和[bHCl]ml)。
通过对测试溶液进行类似滴定操作,获得滴定量(分别为[NaOH]ml和[HCl]ml)。
例如,在由已知量的丙烯酸及其钠盐构成吸水性树脂的情况下,基于由单体平均分子量和前述操作获得的滴定量,根据下式计算吸水性树脂可溶出性成分。当该量未知时,通过使用经滴定求得的中和率计算单体的平均分子量。
[式4]
可溶出性成分(重量%)=0.1×(单体的平均分子量)×184.3×100×([HCl]-[bHCl])/1000/1.0/50.0
[式5]
中和率(mol%)=[1-([NaOH]-[b(NaOH)])/([HCl]-[bHCl])]×100(4)测量单体的残余量(残余单体含量)
通过将在上述(3)中获得的滤液用装配有UV检测器的液相色谱进行分析,来测量吸水性树脂的单体残余量(重量ppm,相对于吸水性树脂)。
(5)自由溶胀倍率(GV)
将0.2g吸水性树脂作为样品均匀放置于无纺布袋子(尺寸:60mm×60mm;Nangoku Pulp Kogyo K.K.制造,并在商品名“Heatlon Paper,Model GSP-22下出售)中。带有样品的袋子在室温(25±2℃)下浸渍于大量过量的0.9重量%氯化钠水溶液(生理盐水)中。在该溶液中放置30分钟后,拿出袋子,并通过使用离心分离机在离心力250G下除水3分钟。然后,测量袋子重量W1(g)。在不使用任何吸水性树脂的情况下重复类似操作,测量此时使用的袋子重量W2(g)。根据下式使用W1和W2计算样品的自由溶胀倍率(GV)(g/g)。
[式6]
自由溶胀倍率(g/g)=
[W1(g)-W2(g)-吸水性树脂重量(g)]/(吸水性树脂重量(g))(6)盐水流动传导性(SFC)
盐水流动传导性(SFC)为表示在液体中吸水性树脂溶胀时流体渗透性的值。更高的SFC值表明吸水性树脂具有更高的流体渗透性。
通过依照以下美国专利5,849,405中所述盐水流动传导性(SFC)试验,在必要改进情况下进行SFC的测量。
通过使用该装置,将吸水性树脂(0.900g)均匀放置于容器40中,并使其在人造尿中在0.3psi(2.07kPa)压力下溶胀60分钟,然后记录凝胶44的层高。随后,在0.3psi(2.07kPa)的压力下,来自罐31的0.69重量%食盐水33在恒定的静水压下通过溶胀的凝胶层。该SFC试验在室温下(20至25℃)进行。通过计算机和天平,以20秒的间隔记录通过凝胶层的流体量10分钟,作为时间函数。通过用增加时间(s)除增加重量(g),确定以[g/s]为单位的通过溶胀凝胶44(主要是颗粒间)的流速Fs(T)。其中实现恒定静水压和稳定流速的时间由Ts表示。只有在Ts和10分钟之间获得的数据用于计算流速。值Fs(T=0),即,通过凝胶层的初始流速通过使用在Ts和10分钟之间获得的流速来计算。Fs(T=0)通过将Fs(T)相对于时间的最小2乘法结果外推至T=0获得。
[式7]
盐水流动传导性(SFC)
=(Fs(t=0)×L0)/(ρ×A×ΔP)
=(Fs(t=0)×L0)/139506
其中
Fs(t=0):以单位g/s表示的流速,
L0:以单位cm表示的凝胶层高度,
ρ:NaCl溶液密度(1.003g/cm3),
A:在池41中的凝胶层上侧面积(28.27cm2),
ΔP:施加于凝胶层的静水压(4920达因/cm2);和
SFC值的单位为(10-7·cm3·s·g-1)。
在图1所示装置中,罐31具有插入其中的玻璃管32,玻璃管32下端如此放置:0.69重量%的盐水溶液33能够维持在距离保持于池41中的溶胀凝胶44底部的高度为5cm处。将罐31中的0.69重量%的盐水溶液经装有阀门的L-型管34供应至池41。在池41下方,将用于收集通过液体的容器48和该收集容器48放置于天平(pan scale)49上。池41具有内径6cm。编号400的不锈钢金属丝筛网(38μm筛孔)42设置在该池下部的底面。在活塞46下部设置有足以通过液体的孔洞47,并在其底部装配有能够防止吸水性树脂颗粒或其溶胀凝胶进入孔洞47的具有良好渗透性的玻璃过滤器45。池41放置于用于安装该池的台上。接触池的台面放置在不抑制液体渗透的不锈钢金属丝筛网43上。
通过一起添加0.25g二水氯化钙、2.0g氯化钾、0.50g六水氯化镁、2.0g硫酸钠、0.85g磷酸二氢铵、0.15g磷酸氢二铵和994.25g纯水来制备人造尿。
(7)加压下吸收倍率(AAP)
将不锈钢的400目金属丝筛网(38μm筛孔)熔着于具有内径60mm的塑料支撑圆筒底部。在室温(25±2℃)和50RH%湿度的条件下,将0.900g吸水性树脂均匀散布于金属线筛网上,随后依次在其上安装外径略微小于60mm的活塞和负载,调整它们以致均匀施加4.83kPa负荷至吸水性树脂,从而在支撑圆筒内壁表面中不产生间隙,并且不阻止垂直运动。然后,测量所得测量装置的总重量Wa(g)。
将具有直径90mm的玻璃过滤器(细孔直径:100至120μm:Sogo Rikagaku Glass Manufactory K.K.制造)放置于具有直径150mm的培养皿(petri dish)内,将0.9重量%的氯化钠水溶液(生理盐水)(20至25℃)添加至该培养皿,直至其升高到与玻璃过滤器上表面相同的水平。一张具有直径90mm的滤纸(0.26mm厚度和5μm保留粒径;Advantec Toyo K.K.制造,并在商品名“JIS P3801,No.2″下出售)放置在生理盐水上,以使其表面完全润湿,去除过量溶液。
测量装置整个放置在润湿的滤纸上,使得吸水性树脂在负荷下吸收溶液预定时间。将该吸收时间设定为从开始测量时计算为1小时。具体地,1小时后升高整个测量装置,测量其重量Wb(g)。该重量测量必须在装置没有任何振动的情况下尽快进行。根据下式使用Wa和Wb计算加压下吸收倍率(AAP)(g/g)。
[式8]
AAP(g/g)=[Wb(g)-Wa(g)]/(吸水性树脂重量(g))
(生产例1)
在装配有2个σ-型叶片的捏合机中,制备含有丙烯酸钠、丙烯酸和水的丙烯酸盐型水溶液(单体浓度:38重量%,中和率:75mol%),将作为内部交联剂的聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷单元的平均数:n=8)溶解于其中,以得到0.10mol%的量,相对于单体。
然后,将氮气鼓入该水溶液中,以降低水溶液中的氧浓度,并用氮吹扫反应容器的整个内部。随后,在保持两个σ型叶片旋转时,向该容器中添加0.05mol%(相对于单体)作为聚合引发剂的过硫酸钠和0.0006mol%(相对于单体)L-抗坏血酸,并在搅拌的同时,在捏合机中进行聚合40分钟,获得具有平均粒径2mm的水凝胶状聚合物。
将所得水凝胶状聚合物在设定于170℃下的热风干燥机中干燥45分钟。然后,将干燥的聚合物用辊磨机粉碎并用具有筛孔710μm的筛分,以去除粒径大于710μm的颗粒,从而获得作为基础聚合物的粉末状吸水性树脂(A)。
评价所得的作为基础聚合物的吸水性树脂(A)的各种性质。结果示于表1中。此外,所得作为基础聚合物的吸水性树脂(A)的粒度分布示于表2中。
(生产例2)
除了聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷单元的平均数:n=8)的用量变为0.065mol%以外,与生产例1类似地获得作为基础聚合物的粉末状吸水性树脂(B)。
评价所得的作为基础聚合物的吸水性树脂(B)的各种性质。结果示于表1中。此外,所得的作为基础聚合物的吸水性树脂(B)的粒度分布示于表2中。
(生产例3)
除了聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷单元的平均数:n=8)的用量变为0.09mol%,和分级用筛子的筛孔变为850μm以外,与生产例1类似地获得作为基础聚合物的粉末状吸水性树脂(C)。
评价所得的作为基础聚合物的吸水性树脂(C)的各种性质。结果示于表1中。此外,所得的作为基础聚合物的吸水性树脂(C)的粒度分布示于表2中。
(生产例4)
在由装配有两个σ-型叶片的10L内体积的不锈钢捏合机、夹套和盖子(cover)形成的反应器中,装入5433g(24.2摩尔)丙烯酸钠水溶液(单体浓度:39重量%),将12.83g(0.0246摩尔)聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷单元的平均数:n=9)作为内部交联剂溶解于水溶液中,以制备反应液。然后,将该反应液在氮气气氛下吹扫。随后,在搅拌下将29.43g的10重量%过硫酸钠水溶液作为聚合引发剂和24.53g的0.1重量%L-抗坏血酸水溶液添加至反应液。结果,约1分钟后引发聚合。然后在粉碎产生的凝胶下,在20至95℃下进行聚合,在引发聚合后30分钟时,取出含水凝胶状交联聚合物。所得含水凝胶状交联聚合物具有5mm以下的粒径。该粉碎的含水凝胶状交联聚合物散布于50目(筛孔300μm)金属筛网上,并在设定于175℃的热风干燥机中干燥50分钟。以这种方式,获得不规则的、易于粉碎的粉末状附聚体。
所得粉末状附聚体通过使用辊磨机粉碎,并进一步用具有筛孔710μm的JIS标准筛分级。然后,通过借助使用具有筛孔150μm的JIS标准筛,分级已在上述操作中通过具有筛孔710μm的筛子的颗粒,去除通过具有筛孔150μm的筛子的颗粒。以这种方式,获得吸水性树脂(D)。
评价所得吸水性树脂(D)的各种性质,结果示于表1中。此外,所得的作为基础聚合物的吸水性树脂(D)的粒度分布示于表2中。
(生产例5)
除了聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷单元的平均数:n=9)的用量变为11.55g(0.0221摩尔)和分级用筛子的筛孔变为850μm以外,与生产例4类似地获得作为基础聚合物的粉末状吸水性树脂(E)。
评价所得的作为基础聚合物的吸水性树脂(E)的各种性质。结果示于表1中。此外,所得的作为基础聚合物的吸水性树脂(E)的粒度分布示于表2中。
[表1]
GV(g/g) | 可溶出性成分(%) | 固体含量(%) | |
基础聚合物(A) | 31.2 | 9.0 | 94.0 |
GV(g/g) | 可溶出性成分(%) | 固体含量(%) | |
基础聚合物(B) | 34.0 | 15.0 | 91.0 |
基础聚合物(C) | 35.2 | 8.9 | 95.8 |
基础聚合物(D) | 31.2 | 9.2 | 94.7 |
基础聚合物(E) | 35.0 | 9.0 | 96.0 |
[表2]
(实施例1)
在500mL石英分液瓶(separable flask)中,添加30g吸水性树脂(A)作为基础聚合物,在用搅拌叶片搅拌下,向其中添加通过混合0.11g聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷单元的平均数:n=8)、1.64g丙烯酸、2.70g水和0.11g过硫酸铵预先制备的处理液。连续搅拌10分钟后,在室温下,用从装配有金属卤化物灯(UshioDenki K.K.制造,并在商品代码UVL-1500M2-N1下出售)的紫外线照射装置(Ushio Denki K.K.制造,并在商品代码UV-152/IMNSC3-AA06下出售)发射的紫外线在照射强度65mW/cm2(通过使用Ushio Denki K.K.制造的紫外线累积光量计UIT-150和受光器UVD-S254,在石英分液瓶壁上最接近UV灯的位置处测量)下照射经搅拌的混合物总共20分钟。通过在开始照射紫外线后分别在几分钟的间隔下(1分钟,3分钟,5分钟)取样5g,获得表面处理的吸水性树脂(1)。得到这些样品具有残余单体含量分别为138、122和120重量ppm。此外,含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
然后,测试表面处理的吸水性树脂(1)(n=10)通过EPMA测量的钠原子宽度(通过从10个值中排除4个值,即最大值、仅小于最大值的值、最小值和仅大于最小值的值获得的6个值的平均值),得到7.58μm、8.33μm和7.92μm。因此,计算表面处理的吸水性树脂(1)的通过EPMA测量的钠原子宽度为7.94μm。
(实施例2)
除了过硫酸铵的量变为0.06g以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(2)。在1、3和5分钟的UV照射时间下的样品的残余单体含量分别为155、132和129重量ppm。此外,含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例3)
除了过硫酸铵的量变为0.30g以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(3)。在1、3和5分钟的UV照射时间下的样品的残余单体含量分别为150、129和127重量ppm。此外,含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例4)
除了聚乙二醇二丙烯酸酯的量变为0.22g以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(4)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例5)
除了聚乙二醇二丙烯酸酯的量变为0.22g,和过硫酸铵的量变为0.06g以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(5)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例6)
除了聚乙二醇二丙烯酸酯的量变为0.06g,和过硫酸铵的量变为0.30g以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(6)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例7)
除了聚乙二醇二丙烯酸酯的量变为0.06g,丙烯酸的量变为0.70g,和过硫酸铵的量变为0.30g以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(7)。在1、3和5分钟的UV照射时间下的样品的残余单体含量分别为110、102和98重量ppm。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例8)
除了聚乙二醇二丙烯酸酯的量变为0.06g,丙烯酸的量变为2.40g,和过硫酸铵的量变为0.30g以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(8)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例9)
除了聚乙二醇二丙烯酸酯的量变为0.06g,过硫酸铵的量变为0.06g,和新添加0.03gIrgacure 2959(Chiba Specialty ChemicalCo.,Ltd.制造)以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(9)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例10)
除了将通过混合0.06g聚乙二醇二丙烯酸酯、1.64g丙烯酸、2.70g水和0.003gIrgacure 2959(Chiba Specialty Chemical Co.,Ltd.制造)预先制备的处理液添加至30g作为基础聚合物的吸水性树脂(B)以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(10)。在1、3和5分钟的UV照射时间下的样品的残余单体含量分别为210、182和155重量ppm。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例11)
除了丙烯酸的量变为1.23g,和新添加0.54g丙烯酸钠(含酸基自由基聚合性化合物的中和率;25mol%)以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(11)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的33%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例12)
除了水量变为2.10g以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(12)。在1、3和5分钟的UV照射时间下的样品的残余单体含量分别为250、222和188重量ppm。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表3中。
(实施例13)
除了将通过混合0.03g甘油丙烯酸酯甲基烯酸酯(NK ester701A,Shin-Nakamura Chemical Co.,Ltd.制造)、1.20g丙烯酸、2.10g水、0.003gIrgacure 2959(Chiba Specialty Chemical Co.,Ltd.制造)和0.003g聚乙二醇单甲基醚(数均分子量;约2,000)预先制备的处理液添加至30g作为基础聚合物的吸水性树脂(C)中以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(13)。在1、3和5分钟的UV照射时间下的样品的残余单体含量分别为242、218和199重量ppm。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表4中。
(实施例14)
除了使用0.003g羟乙基纤维素(SP600,Dicel ChemicalIndustries,Ltd.制造)代替聚乙二醇单甲基醚(数均分子量;约2,000)以外,与实施例13类似地获得表面处理的吸水性树脂(14)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表4中。
(实施例15)
除了使用0.033g甘油二甲基丙烯酸酯(NK ester 701,Shin-Nakamura Chemical Industry Co.,Ltd.制造)代替甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯(NK ester 701A,Shin-Nakamura ChemicalIndustry Co.,Ltd.制造)以外,与实施例13类似地获得表面处理的吸水性树脂(15)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表4中。
(实施例16)
除了使用0.029g甘油二甲基丙烯酸酯代替甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯(NK ester 701A,Shin-Nakamura Chemical IndustryCo.,Ltd.制造)以外,与实施例13类似地获得表面处理的吸水性树脂(16)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表4中。
(实施例17)
除了使用0.042g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯代替甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯(NK ester 701A,Shin-Nakamura ChemicalIndustry Co.,Ltd.制造)以外,与实施例13类似地获得表面处理的吸水性树脂(17)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SF C值和水含量示于表4中。
(实施例18)
除了丙烯酸的量变为1.15g,和新添加0.64g丙烯酸钠(含酸基自由基聚合性化合物的中和率;30mol%)以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(18)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的40%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表4中。
(实施例19)
除了丙烯酸的量变为0.98g,和新添加0.86g丙烯酸钠(含酸基自由基聚合性化合物的中和率;40mol%)以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(19)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的53%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表4中。
(实施例20)
除了丙烯酸的量变为0.82g,和新添加1.07g丙烯酸钠(含酸基自由基聚合性化合物的中和率;50mol%)以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(20)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的67%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表4中。
(实施例21)
除了丙烯酸的量变为0.66g,和新添加1.28g丙烯酸钠(含酸基自由基聚合性化合物的中和率;60mol%)以外,与实施例1类似地获得表面处理的吸水性树脂(20)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的80%。处理液的组成(如果可能的话,包括水含量)和在各处理(UV照射)时间下的吸水性树脂的SFC值和水含量示于表4中。
(实施例22-1)
将500g吸水性树脂(D)作为基础聚合物添加至5L Loedige混合器(型号M5R,Loedige Co.,Ltd.制造),并在300rpm搅拌下,将通过混合1.0g聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷单元平均数:n=9)、27.4g丙烯酸、45.0g水和5.0g过硫酸铵预先制备的处理液喷雾于其中。在室温下在搅拌下连续混合3分钟,使得添加的水渗透并扩散至颗粒内部后,一旦终止搅拌,取下Loedige混合器的样品投入口。
将10g从Loedige混合器中排出的吸水性树脂(水含量:13.0重量%)均匀散布于具有直径9cm和深度1.5cm的不锈钢圆形培养皿(Petri dish)中。
然后,将吸水性树脂与培养皿装入水式烘箱(wateroven)(商品名:Healthio,型号:AX-HC3,Sharp Co.,Ltd.制造)中,并在蒸食物(steamed food)(强)模式下加热1分钟。通过在该模式下的处理,用饱和蒸汽加热要处理的物质,因此加热温度达到100℃。此外,加热期间水式烘箱内部的压力为常压(1013hPa),水式烘箱中的氧浓度为0.5体积%以下。应注意,在上述操作之前,预先将水式烘箱通过在蒸食物(强)模式下运行15分钟来预热。
粉碎通过上述处理获得的吸水性树脂,直至其通过具有筛孔850μm的JIS标准筛,以获得表面处理的吸水性树脂(22-1)。所得表面处理的吸水性树脂(22-1)的各种评价结果示于以下表6中。在表6中的“处理液”栏中的各组分量表示相对于作为基础聚合物的吸水性树脂(D)的量(500g)的重量%(wt%)。此外,在下表6中示出的“校正水含量之后的CRC”和“校正水含量之后的AAP”根据以下示出的计算式来计算。此处,在下式中,“校正水含量之前的CRC”表示在上述(2)的水含量测量之前吸水性树脂离心保留容量(CRC),以及“校正水含量之前的AAP”表示上述(2)的水含量测量之前吸水性树脂加压下吸收倍率(AAP)。
[式9]
校正固体含量之后的GV(g/g)
={[(校正固体含量之前的GV(g/g))+1]/(吸水性树脂的固体含量)}×100-1
[式10]
校正固体含量之后的AAP(g/g)
=[(校正固体含量之前的AAP(g/g))/(吸水性树脂的固体含量)]×100
(实施例22-2)
除了吸水性树脂在水式烘箱中的加热时间变为3分钟以外,与实施例22-1类似地获得表面处理的吸水性树脂(22-2)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。所得表面处理的吸水性树脂(22-2)的各种评价结果示于下表6中。
(实施例22-3)
除了吸水性树脂在水式烘箱中的加热时间变为5分钟以外,与实施例22-1类似地获得表面处理的吸水性树脂(22-3)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。所得表面处理的吸水性树脂(22-3)的各种评价结果示于下表6中。
(实施例22-4)
除了吸水性树脂在水式烘箱中的加热时间变为10分钟以外,与实施例22-1类似地获得表面处理的吸水性树脂(22-4)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。所得表面处理的吸水性树脂(22-4)的各种评价结果示于下表6中。
(实施例22-5)
除了吸水性树脂在水式烘箱中的加热时间变为15分钟以外,与实施例22-1类似地获得表面处理的吸水性树脂(22-5)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。所得表面处理的吸水性树脂(22-5)的各种评价结果示于下表6中。
(实施例23-1)
除了使用吸水性树脂(E)替换而作为基础聚合物和使用通过混合0.5g甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯(NK ester 701A,Shin-Nakamura Chemical Co.,Ltd.制造)、20.0g丙烯酸、35.0g水、0.05g聚乙二醇单甲基醚(数均分子量;约2,000)和0.5gVA-044(2,2’-偶氮双(2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷)二盐酸盐(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造)预先制备的处理液以外,与实施例22-1类似地获得表面处理的吸水性树脂(23-1)。残余单体含量为791重量ppm。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。在搅拌下混合基础聚合物和处理液之后,从Loedige混合器中排出的吸水性树脂的固体含量为89.5重量%。所得表面处理的吸水性树脂(23-1)的各种评价结果示于下表6中。
(实施例23-2)
除了吸水性树脂在水式烘箱中的加热时间变为3分钟以外,与实施例23-1类似地获得表面处理的吸水性树脂(23-2)。残余单体含量为678重量ppm。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。所得表面处理的吸水性树脂(23-2)的各种评价结果示于下表6中。
(实施例23-3)
除了吸水性树脂在水式烘箱中的加热时间变为5分钟以外,与实施例23-1类似地获得表面处理的吸水性树脂(23-3)。残余单体含量为522重量ppm。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。所得表面处理的吸水性树脂(23-3)的各种评价结果示于下表6中。
(比较例1)
除了丙烯酸的量变为0.56g,和新添加1.41g丙烯酸钠(含酸基自由基聚合性化合物的中和率;65.9mol%)以外,与实施例1类似地获得比较用表面处理的吸水性树脂(1)。在1、3和5分钟的UV照射时间下的样品的残余单体含量分别为2959、1073和473重量ppm。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的87%。
然后,测试比较用表面处理的吸水性树脂(1)(n=10)通过EPMA测量的钠原子宽度(从10个值中排除4个值,即最大值、仅小于最大值的值、最小值和仅大于最小值的值获得的6个值的平均值),得到4.83μm、4.92μm和4.67μm。因此,计算比较用表面处理的吸水性树脂(1)的通过EPMA测量的钠原子宽度为4.81μm。
(比较例2)
除了聚乙二醇二丙烯酸酯的量变为0.06g、丙烯酸的量变为0.24g和过硫酸铵的量变为0.30g以外,以及新添加0.60g丙烯酸钠(含酸基自由基聚合性化合物的中和率;65mol%)以外,与实施例1类似地获得比较用表面处理的吸水性树脂(2)。在1、3和5分钟的UV照射时间下的样品的残余单体含量分别为2816、1036和378重量ppm。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的87%。
(比较例3)
除了水量变为1.20g以外,与实施例1类似地获得比较用表面处理的吸水性树脂(3)。含酸基自由基聚合性化合物的中和率为基础聚合物的中和率的0%。
*1 WO:水式烘箱,模式:蒸食物(强)
*2MNR:单体中和率(mol%)
P:聚乙二醇二丙烯酸酯(环氧乙烷单元的平均数,n=9)
AA:丙烯酸
W:纯水
APS:过硫酸铵
PEGOMe:聚乙二醇单甲基醚(数均分子量;约2,000)
701A:甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯(NK ester 701A,
Shin-Nakamura Chemical Co.,Ltd.制造)
VA-044:2,2’-偶氮双(2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷)二盐酸盐(WakoPure Chemical Industries,Ltd.制造)
从上表中所示结果能够注意到,与比较用吸水性树脂(1)至(3)相比,本发明的吸水性树脂(1)至(23)在极短时间内满足期望的SFC值。应注意,通过表3和4中的实施例1(处理剂的中和率=0mol%)、实施例11(处理剂的中和率=25mol%)、实施例18(处理剂的中和率=30mol%)、实施例19(处理剂的中和率=35mol%)、实施例20(处理剂的中和率=40mol%)、实施例21(处理剂的中和率=50mol%)和实施例22(处理剂的中和率=60mol%)与比较例1(处理剂的中和率=65.9mol%)的比较,当作为含酸基自由基聚合性化合物的处理剂的中和率超过60mol%时,SFC值,特别是在1分钟的UV照射时间下的SFC值劣化。
将2007年10月9日提交的日本专利申请2007-263590、2007年10月9日提交的日本专利申请2007-263593和2008年7月17日提交的日本专利申请2008-185928的全部公开内容,包括说明书、权利要求书、附图和摘要以其整体引入此处以作参考。
Claims (15)
1.一种吸水性树脂的表面处理方法,其包括以下步骤:
a)相对于100重量份吸水性树脂,混合0.1至20重量份含酸基自由基聚合性化合物与5至20重量份水的步骤;和
b)聚合该含酸基自由基聚合性化合物的步骤,
其中该含酸基自由基聚合性化合物的中和率为0至60mol%,其低于该吸水性树脂的中和率。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述步骤b)包括以下步骤:将活性能量射线照射至在所述步骤a)中获得的混合物的步骤,和/或加热在所述步骤a)中获得的混合物的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述步骤b)包括加热在所述步骤a)中获得的混合物的步骤。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其中在所述步骤b)中的加热步骤在饱和蒸汽和/或过热蒸汽中进行。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法,其中所述步骤b)包括将活性能量射线照射至在所述步骤a)中获得的混合物的步骤,和所述步骤a)进一步包括添加0.001至1重量份的光聚合引发剂,相对于100重量份所述吸水性树脂。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中所述吸水性树脂的中和率为40至100mol%。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其中所述含酸基自由基聚合性化合物的中和率为所述吸水性树脂中和率的80%以下的数值比例。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中所述含酸基自由基聚合性化合物的中和率为0至30mol%。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其中所述含酸基自由基聚合性化合物为(甲基)丙烯酸。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述步骤a)进一步包括混合交联性不饱和单体。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中所述步骤a)进一步包括混合0.01至20重量份选自由过硫酸盐、过氧化氢和水溶性偶氮化合物组成的组中的至少一种自由基聚合引发剂,相对于100重量份所述吸水性树脂。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法,其中所述吸水性树脂为通过聚合具有丙烯酸(盐)作为主要组分的单体获得的粉末状吸水性树脂。
13.一种吸水性树脂,其通过根据权利要求1至12中任一项所述的方法获得,其中单体的残余量在0至300重量ppm的范围内。
14.一种表面处理的粉末状吸水性树脂,其通过聚合具有作为主要组分的含羧基自由基聚合性化合物的单体组分获得,和
其中所述吸水性树脂为具有以下特性a)至d)的表面处理的粉末状吸水性树脂:
a)通过EPMA测定的钠原子宽度在5至50μm范围内;
b)水含量在5至20重量%范围内;
c)单体的残余量在0至300重量ppm范围内;和
d)盐水流动传导性(SFC)在10至500(10-7·cm3·s·g-1)范围内。
15.根据权利要求14所述的表面处理的粉末状吸水性树脂,该吸水性树脂内部的羧基中和率为大于60mol%至90mol%以下,和该吸水性树脂表面的羧基中和率小于该吸水性树脂内部的羧基中和率。
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