CN108350179A - 超吸收性聚合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在保持优异的吸收性能的同时表现出进一步提高的液体渗透性和/或吸收速率的超吸收性聚合物。这样的超吸收性聚合物包含基础聚合物粉末和表面交联层，并且满足预定物理特性，所述基础聚合物粉末包含具有至少部分被中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体的第一交联聚合物；所述表面交联层形成于所述基础聚合物粉末上且包含其中所述第一交联聚合物通过具有2至5个碳原子的碳酸亚烃酯进一步交联的第二交联聚合物。

Description

超吸收性聚合物
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年2月19日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0019951号和于2016年4月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0046495号的优先权和权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本发明涉及在保持优异的吸收性能的同时表现出进一步提高的液体渗透性和/或吸收速率的超吸收性聚合物。
背景技术
超吸收性聚合物(Super Absorbent Polymer，SAP)是能够吸收其自身重量的约500倍至约1000倍水分的合成聚合物材料，并且各制造商将其命名为不同的名称，例如SAM(super absorbent material，超吸收性材料)、AGM(Absorbent Gel Material，吸收性凝胶材料)等。这样的超吸收性聚合物开始被实际应用于卫生产品，并且现在它们被广泛用于制备多种产品，例如，卫生产品如儿童用纸尿布或卫生巾、园艺用保水性土壤产品、土木工程和建筑用止水材料、育苗用片材、食品流通领域用保鲜剂、泥敷剂用材料等。
在大多数情况下，这些超吸收性聚合物已被广泛用于卫生材料领域例如尿布或卫生巾中。对于这些应用，超吸收性聚合物应当表现出高吸湿性，即使在外部压力下其也不应当释放所吸收的水，并且另外即使在通过吸收水而使体积膨胀(溶胀)的状态下其也应当很好地保持形状，并因此表现出优异的液体渗透性。
特别是，近年来，随着已经进行研究以提供在具有较薄的厚度和轻重量的同时表现出优异性能的尿布，许多注意力已经集中在提供具有进一步提高的液体渗透性和吸收速率的超吸收性聚合物。为了获得这样的快速吸收速率和提高的液体渗透性，必须使超吸收性聚合物颗粒(特别是表面交联层)的表面强度变得更硬并且凝胶强度更高。因此，必须使尿液均匀且迅速地分散在尿布的吸收体芯中。
然而，在试图通过本领域先前已知的方法来提高凝胶强度并提高液体渗透性和吸收速率的情况下，存在基本吸收性能(无压力下吸收率和压力下吸收率)本身大大降低的缺点。
因此，一直需要开发能够提供在保持优异的基本吸收性能的同时具有进一步提高的液体渗透性和吸收速率的超吸收性聚合物的技术。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供在保持优异的吸收性能的同时表现出进一步提高的液体渗透性和/或吸收速率的超吸收性聚合物。
技术方案
本发明提供了一种超吸收性聚合物，其包含：
基础聚合物粉末，所述基础聚合物粉末包含具有至少部分被中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体的第一交联聚合物；以及
表面交联层，所述表面交联层形成于所述基础聚合物粉末上且包含其中所述第一交联聚合物通过具有2至5个碳原子的碳酸亚烃酯进一步交联的第二交联聚合物，
其中所述超吸收性聚合物具有以下特征：
对生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)的30分钟的离心保留容量(CRC)为25g/g至35g/g，
在0.7psi下对生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)的1小时的压力下吸收率(AUP)为23.5g/g至30g/g，
对生理盐水溶液(0.685重量％氯化钠水溶液)的盐水流动传导率(SFC)(·10- 7cm3·s/g)为60(·10-7cm3·s/g)至130(·10-7cm3·s/g)，以及
颗粒强度为1.5kgf或更高，或.5kgf至2.5kgf。
上述超吸收性聚合物可更适当地表现出这样的特性：表示使1g超吸收性聚合物吸收20g氯化钠和具有12至14个碳原子的醇乙氧基化物的水溶液所需时间的T-20为100秒至190秒。
下文中，将更详细地描述根据本发明的具体实施方案的超吸收性聚合物。然而，这仅作为本发明的实例呈现，并且对于本领域技术人员明显的是本发明的范围不限于这些实施方案，并且可以在本发明的范围内对实施方案做出多种不同修改。
此外，除非另有说明，否则在整个本说明书中术语“包括”或“包含”意指包括任何构成要素(或构成组分)而没有特别限制，并且其不能被理解为排除添加其他构成要素(或构成组分)的含义。
根据本发明的一个实施方案，提供了一种超吸收性聚合物，其包含：
基础聚合物粉末，所述基础聚合物粉末包含具有至少部分被中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体的第一交联聚合物；以及
表面交联层，所述表面交联层形成于所述基础聚合物粉末上且包含其中所述第一交联聚合物通过具有2至5个碳原子的碳酸亚烃酯进一步交联的第二交联聚合物，
其中所述超吸收性聚合物具有以下特征：
对生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)的30分钟的离心保留容量(CRC)为25g/g至35g/g，
在0.7psi下对生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)的1小时的压力下吸收率(AUP)为23.5g/g至30g/g，
对生理盐水溶液(0.685重量％氯化钠水溶液)的盐水流动传导率(SFC)(·10- 7cm3·s/g)为60(·10-7cm3·s/g)至130(·10-7cm3·s/g)，以及
颗粒强度为1.5kgf或更高，或.5kgf至2.5kgf。
一个实施方案的超吸收性聚合物还可表现出这样的特性：表示使1g超吸收性聚合物吸收20g氯化钠和具有12至14个碳原子的醇乙氧基化物的水溶液所需时间的T-20为100秒至190秒。
本发明人已进行了持续研究以进一步提高超吸收性聚合物的液体渗透性和/或吸收速率。结果，本发明人发现，当通过优化超吸收性聚合物的生产过程的条件(例如，随后将描述的粉碎和分级条件)来获得表现出例如0.22g/g.s或更大的高FSR的基础聚合物粉末，并在特定的表面交联条件(例如，在表面交联期间一起使用特定的二氧化硅颗粒等)下进行表面交联时，可以提供与先前已知的那些相比在表现出大大提高的液体渗透性和/或吸收速率的同时保持优异的吸收性能的超吸收性聚合物。
特别地，发现，当添加包含特定二氧化硅颗粒和特定表面交联剂的表面交联液体，然后在特定的升温条件下进行表面交联时，可以在具有FSR的基础聚合物粉末上均匀地形成具有某一厚度水平或更大厚度的表面交联层，并且进一步地，可以大大提高整体表面交联率。
这可能是因为，当表面交联液体和基础聚合物粉末以其中二氧化硅颗粒良好地分散在表面交联液体中的状态混合时，表面交联剂被均匀地涂覆到基础聚合物粉末上，结果，可以形成均匀的表面交联。即，这是因为，二氧化硅颗粒不仅可以有助于表面交联层的适当形成，而且其还可以包含在第二交联聚合物的交联结构中，从而进一步使交联结构变紧密。此外，预测在表面交联期间在每个二氧化硅颗粒周围适当地发生表面交联反应，并且可以有效地形成第二交联聚合物。
因此，超吸收性聚合物颗粒可以表现出限定为60(·10-7cm3·s/g)至130(·10- 7cm3·s/g)的SFC的提高的液体渗透性和高强度(例如，颗粒强度和凝胶强度)，特别是1.5kgf或更高的高颗粒强度。此外，当内交联结构和表面交联结构得到优化时，一个实施方案的超吸收性聚合物可以表现出由25g/g至35g/g的CRC和23.5g/g至30g/g的AUP限定的优异的吸收性能，并且还可表现出限定为100秒至190秒的T-20的优异的吸收速率。
因此，与先前已知的超吸收性聚合物相比，一个实施方案的超吸收性聚合物表现出提高的液体渗透性/或吸收速率和优异的吸收性能，并因此可以非常优选地应用于各种卫生材料例如浆含量降低的尿布中。
同时，在表面交联期间，超吸收性聚合物可以与特定的二氧化硅颗粒(例如，气相二氧化硅颗粒，更适当地气相二氧化硅颗粒和胶态二氧化硅颗粒)一起使用。这些二氧化硅颗粒包含在表面交联液体中，使得表面交联溶液表现出在PET基底(Mitsuibishi聚酯膜，等级：O300E)上60°或更小、或5°至60°的接触角。因此，一个实施方案的超吸收性聚合物还可包括包含在表面交联层(例如，在其交联结构中)中的气相二氧化硅颗粒，更适当地气相二氧化硅颗粒和胶态二氧化硅颗粒。
由于这些二氧化硅颗粒包含在表面交联层上的交联结构中并且特别是均匀地包含在表面交联层上，因此一个实施方案的超吸收性聚合物可以充分地表现出提高的液体渗透性和/或吸收速率，并且尽管时间流逝，仍可以持续地显示和保持增强的物理特性。
作为气相二氧化硅颗粒，可以使用满足上述要求的任何市售二氧化硅颗粒，例如，由诸如Aerosil、Tixosil或DM30S的产品名表示的二氧化硅颗粒，而没有特别限制。类似地，可以适当地使用满足上述要求的任何市售水分散性二氧化硅颗粒(例如，由诸如ST-30、ST-O、ST-N、ST-C或ST-AK的产品名表示的水分散性二氧化硅颗粒)作为胶态二氧化硅颗粒，从而使一个实施方案的超吸收性聚合物的物理特性更优异。
另一方面，超吸收性聚合物的离心保留容量(CRC)可为25g/g至35g/g、或26g/g至32g/g。
在这种情况下，对生理盐水溶液的离心保留容量(CRC)可以在使超吸收性聚合物在生理盐水溶液中吸收30分钟的时间之后通过以下计算方程式1来计算。
[计算方程式1]
CRC(g/g)＝{[W2(g)-W1(g)-W0(g)]/W0(g)}
在计算方程式1中，
W0(g)为超吸收性聚合物的初始重量(g)，W1(g)为在将不包含超吸收性聚合物的装置浸入生理盐水溶液中30分钟并通过使用离心机以250G使该装置脱水3分钟之后测量的该装置的重量，以及W2(g)为在室温下将超吸收性聚合物浸入生理盐水溶液中30分钟，然后通过使用离心机以250G使超吸收性聚合物脱水3分钟之后测量的包含超吸收性聚合物的装置的重量。
同时，超吸收性聚合物的压力下吸收率(AUP)可为23.5g/g至30g/g、或24g/g至28g/g。
压力下吸收率(AUP)可以在使超吸收性聚合物在0.7psi的压力下在生理盐水溶液中吸收1小时的时间之后通过以下计算方程式2来计算。
[计算方程式2]
AUP(g/g)＝[W4(g)-W3(g)]/W0(g)
在计算方程式2中，
W0(g)为超吸收性聚合物的初始重量(g)，W3(g)为超吸收性聚合物的重量和能够向超吸收性聚合物提供负荷的装置的重量的总和，以及W4(g)为在使超吸收性聚合物在负荷(0.7psi)下吸收生理盐水溶液1小时之后超吸收性聚合物的重量和能够向超吸收性聚合物提供负荷的装置的重量的总和。
当一个实施方案的超吸收性聚合物表现出上述范围内的离心保留容量(CRC)和压力下吸收率(AUP)时，超吸收性聚合物基本上可以在无压力和压力下表现出优异的吸收性能，并因此可以适当地用于各种卫生材料例如尿布。
同时，一个实施方案的超吸收性聚合物可以表现出上述吸收性能和颗粒强度为1.5kgf或更高、或1.5kgf至2.5kgf、或1.6kgf至2.3kgf的特性。可以测量这样的颗粒强度并将其限定为施加直至粒径为600μm至850μm的单个超吸收性聚合物颗粒被压制并压碎的最大力。
当一个实施方案的超吸收性聚合物表现出高颗粒强度时，超吸收性聚合物可以表现出诸如更高的液体渗透性和压力下吸收率的吸收特性。这是因为，当超吸收性聚合物包含在卫生材料例如尿布中时，不管向其施加的力，其仍可以表现出优异的形状保持特性和强度，并因此保持优异的液体渗透性和吸收能力。
此外，一个实施方案的超吸收性聚合物可以表现出这样的特性：在吸收并溶胀生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)1小时之后测量的水平凝胶强度G′为10000Pa至15000Pa、或11000Pa至15000Pa。
在实际使用超吸收性聚合物的环境下，水平凝胶强度G′可以更好地反映优异的液体渗透性。即，通常，当超吸收性聚合物包含在卫生材料例如尿布中时，不论在水平方向上施加的力如何，根据是否表现出优异的形状保持特性和高凝胶强度，超吸收性聚合物的液体渗透性可以被确定为高度相关的。水平凝胶强度可以更好地反映与这样的液体渗透性直接相关的凝胶强度。因此，发现，其中水平凝胶强度G′满足上述范围的一个实施方案的超吸收性聚合物表现出优异的液体渗透性，并因此可以非常优选地用于卫生材料例如尿布。
水平凝胶强度G′可以在使超吸收性聚合物吸收生理盐水1小时之后通过使用商业化的流变仪通过包括以下各步骤的方法来测量。
1)使超吸收性聚合物吸收生理盐水溶液以使超吸收性聚合物溶胀的步骤；
2)将溶胀的超吸收性聚合物放置在流变仪的具有预定间隔的板之间以对两个板表面加压的步骤；
3)在使用流变仪在振动下增加剪切应变时确定储能模量和损耗模量为稳定的线性粘弹性状态部分中的剪切应变的步骤；以及
4)在确定的剪切应变下分别测量溶胀的超吸收性聚合物的储能模量和损耗模量，并测量储能模量的平均值作为凝胶强度的步骤。
此外，一个实施方案的超吸收性聚合物对生理盐水溶液的盐水流动传导率(SFC)可为60·10-7cm3·s/g至130·10-7cm3·s/g、或70·10-7cm3·s/g至130·10-7cm3·s/g。这种对生理盐水溶液的盐水流动传导率(SFC)可以根据本领域技术人员已经公知的方法(例如，美国专利第5,562,646号的第54至59栏中公开的方法)测量和计算。
当一个实施方案的超吸收性聚合物表现这样的SFC范围时，其可以表现出比先前已知的提高的液体渗透性。
此外，一个实施方案的超吸收性聚合物具有100秒至190秒、或130秒至190秒的T-20(其表示使1g超吸收性聚合物吸收20g氯化钠和具有12至14个碳原子的醇乙氧基化物的水溶液所需的时间)，并且其可以表现出由此限定的高吸收速率。这样的T-20可以如下计算和测量。例如，将9g氯化钠和1g Lorodac(主要组分：具有12至14个线性碳原子的醇乙氧基化物，CAS#68439-50-9)溶解在1L蒸馏水中制备水溶液，并用使1g超吸收性聚合物吸收20g该水溶液所需的时间来计算和测量T-20。T-20的具体测量方法详细描述于欧洲专利公开第2535027号的第13至18页。
在随后描述的制备方法中，通过一定的粉碎和分级过程产生超吸收性聚合物以具有较大的表面积，并因此，可以看出，表现出高吸收速率连同上述优异的液体渗透性和吸收性能。
此外，在使超吸收性聚合物在已添加有20ppmw甲苯胺蓝O(TBO，CAS#92-31-9)的生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)中溶胀16小时之后测量，上述一个实施方案的超吸收性聚合物的交联率可为30％至90％、或33％至60％。
表面交联率是由本发明人首先引入的指标以便客观地评估表面交联的程度。在使0.5g超吸收性聚合物(分级并取用粒径为300μm至600μm的粉末)在50mL通过添加TBO溶解的生理盐水溶液中溶胀16小时之后，所得物可以用Stereotype Microscope观察并如下评估。
首先，拍摄10倍放大倍率下溶胀后的超吸收性聚合物的全部颗粒的照片(图像分辨率：1024×768，透射模式，Stereo Type)，调节照片的尺寸和长度使得照片中的颗粒总数为200至300。然后，用Microsoft的Power Point 2010版本将纸张尺寸设置成A4尺寸，粘贴拍摄的照片，并将照片尺寸调节为19cm×25.33cm。然后，将照片的对比度调节为黑白约40％，并且将照片的亮度调节成合适的亮度，例如，约18％的反射率。
结果，例如，可以获得如图1至3所示的照片。在这种情况下，如图1所示，具有形成于颗粒上的宽度为2mm或更大且长度为5mm或更大的条带的颗粒可以被评估为表面交联的颗粒，并且如图2和3所示，无条带形成的颗粒可以被评估为表面未交联的颗粒。根据该标准，可以将在相同条件下产生的全部超吸收性聚合物颗粒中的表面交联的颗粒的数目的比例定义为表面交联率。作为参考，当表面交联层的超吸收性聚合物的壳(SHELL)破裂时，观察到宽度为2mm或更大且长度为5mm或更大的条带。表面交联度可以通过壳由于溶胀而被破坏的痕迹来确定和评估。表面交联率可以根据下式计算：表面交联率(％)＝[“评估为表面交联的颗粒的颗粒数”/“照片中的总颗粒数”]×100。
如以下实施例所支持的，已发现，与通过先前的方法制备的超吸收性聚合物相比，一个实施方案的超吸收性聚合物满足高表面交联率。这可能是因为，当在表面交联期间使用特定的二氧化硅颗粒并且它们包含在表面交联层中时，可以在每个超吸收性聚合物颗粒上更好地形成均匀的表面交联层。
当一个实施方案的超吸收性聚合物表现出这样的高表面交联率时，其可以表现出高颗粒强度、凝胶强度、提高的液体渗透性等，并且其可以具有优异的吸收速率和吸收性能(例如，压力下吸收率)。
同时，一个实施方案的超吸收性聚合物通常可以通过在内交联剂的存在下使具有至少部分被中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体(例如其中至少一部分羧酸用钠盐等中和的丙烯酸及其钠盐的混合物)聚合来获得。更具体地，超吸收性聚合物可以通过如下来获得：在内交联剂的存在下进行上述单体的交联聚合以获得基础聚合物粉末，在一定条件下将基础聚合物粉末干燥、粉碎并分级，然后在预定表面交联剂和特定二氧化硅颗粒的存在下使基础聚合物粉末表面交联以制备交联聚合物。
更具体地，已发现，当通过调节内交联剂的类型和含量、聚合条件等来获得具有高凝胶强度的基础聚合物粉末时，基础聚合物粉末的FSR通过粉碎和分级条件来控制，然后，例如，使用特定的二氧化硅颗粒在特定条件下进行表面交联，由此制备表现出上述多种物理特性的一个实施方案的超吸收性聚合物。
根据一个实施方案的用于制备超吸收性聚合物的方法可包括以下步骤：
在内交联剂的存在下进行具有至少部分被中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体的交联聚合以形成包含第一交联聚合物的水凝胶聚合物；
将所述水凝胶聚合物干燥、粉碎并分级以形成基础聚合物粉末；以及
在包含气相二氧化硅颗粒(更适当地气相二氧化硅颗粒和胶态二氧化硅颗粒)和具有2至5个碳原子的碳酸亚烃酯的表面交联剂的表面交联液体的存在下对基础聚合物粉末进行热处理以进行表面交联。
由于二氧化硅颗粒包含在表面交联液体中，因此表面交联溶液可以表现出在PET基底(Mitsuibishi聚酯膜，等级：O300E)上60°或更小、或5°至60°的接触角。
根据该制备方法，在表面交联期间通过使用包含上述特定二氧化硅颗粒和基于碳酸亚烃酯的表面交联剂的表面交联液体进行表面交联。这使得可以均匀地形成具有一定厚度水平或更大厚度的表面交联层，并且可以制备表现出优异的吸收性能连同高表面交联率、进一步提高的颗粒强度、凝胶强度和液体渗透性的一个实施方案的超吸收性聚合物。
在这样的超吸收性聚合物中，水溶性烯键式不饱和单体可包括选自以下的至少一者：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸、巴豆酸、衣康酸、2-丙烯酰基乙磺酸、2-甲基丙烯酰基乙磺酸、2-(甲基)丙烯酰基丙磺酸或2-(甲基)丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的阴离子单体，及其盐；(甲基)丙烯酰胺、N-取代的(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯或聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯的含非离子亲水性基团的单体；以及(甲基)丙烯酸(N,N)-二甲基氨基乙酯或(N,N)-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺的含氨基的不饱和单体，及其季铵化产物。其中，可以使用具有至少部分被中和的丙烯酸的丙烯酸和/或其盐例如碱金属盐，例如丙烯酸和/或其钠盐，并且使用这些单体使得能够产生具有更优异的物理特性的超吸收性聚合物。在使用丙烯酸及其碱金属盐作为单体的情况下，可以使用在用碱性化合物例如苛性钠(NaOH)中和其至少一部分之后的丙烯酸。
此外，作为用于使单体交联的内交联剂，可以使用选以下的至少一者：具有8至12个碳原子的双(甲基)丙烯酰胺、具有2至10个碳原子的多元醇的多(甲基)丙烯酸酯和具有2至10个碳原子的多元醇的多(甲基)烯丙基醚。更具体地，作为内交联剂，可以适当地使用选自以下的一种或更多种多元醇的多(甲基)丙烯酸酯：聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙烯氧二(甲基)丙烯酸酯、甘油二丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯和三羟甲基三丙烯酸酯。其中，作为内交联剂，在使用例如聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯时，内交联结构被优化并且可以获得具有高凝胶强度的基础聚合物粉末等。由此，可以更适当地获得满足优异的物理特性的超吸收性聚合物。
基于100重量份的包含在单体中的未被中和的丙烯酸，特定的某内交联剂可以以相对于100重量份的丙烯酸的0.3重量份或更大、或0.3重量份至1.0重量份的比例使用。根据内交联剂的含量范围，可以适当地获得在表面交联之前具有高凝胶强度的基础聚合物粉末，并且可以更有效地获得满足一个实施方案的物理特性的超吸收性聚合物。
在使用内交联剂进行单体的交联聚合之后，进行诸如干燥、粉碎和分级的过程以获得基础聚合物粉末。通过诸如粉碎和分级的过程，适当地制备和提供了基础聚合物粉末和由其获得的超吸收性聚合物以具有150μm至850μm的粒径。更优选地，至少约95重量％的基础聚合物粉末和由其获得的超吸收性聚合物的粒径为150μm至850μm，并且粒径小于150μm的细粉末可以小于3重量％、或小于1.5重量％。特别地，可以通过控制这样的粉碎和分级条件来获得满足高FSR的基础树脂粉末，并因此，可以适当地获得一个实施方案的超吸收性聚合物。随后将描述粉碎和分级的条件。
此外，一个实施方案的超吸收性聚合物可包含含有通过上述方法制备的第一交联聚合物的基础聚合物粉末，以及含有其中第一交联聚合物通过表面交联进一步交联的第二交联聚合物的表面交联层。用于形成表面交联层的表面交联可通过在包含上述特定二氧化硅颗粒和具有2至5个碳原子的碳酸亚烃酯的表面交联剂的表面交联液体的存在下对基础聚合物粉末进行热处理来进行。以上已经描述了可用于这种情况的二氧化硅颗粒，并因此将省略对其更具体的描述。
此外，可以用作表面交联剂的具有2至5个碳原子的碳酸亚烃酯的更合适的实例包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甘油酯、碳酸亚丁酯等，并且选自它们中的两种或更多种可一起使用。
另一方面，在下文中，将根据各个步骤更详细地描述能够制备上述一个实施方案的超吸收性聚合物的方法。然而，关于以上已经描述的单体、内交联剂、表面交联剂、二氧化硅颗粒和粒径分布，将省略对其的重复说明，并且将对过程的每个步骤详细描述剩余的工艺配置和条件。
用于制备超吸收性聚合物的方法可包括以下步骤：通过进行单体组合物的热聚合或光聚合来形成包含第一交联聚合物的水凝胶聚合物，所述单体组合物包含水溶性烯键式不饱和单体、内交联剂和聚合引发剂；干燥水凝胶聚合物；将干燥的聚合物粉碎并分级以形成基础聚合物粉末；以及使用包含上述二氧化硅颗粒和表面交联剂的表面交联液体进行基础聚合物粉末的表面交联。
在上述制备方法中，单体组合物包含水溶性烯键式不饱和单体、内交联剂和聚合引发剂，并且单体的类型与以上已经描述的那些相同。
此外，在上述组合物中，基于包含上述相应原料和溶剂的整个单体组合物，水溶性烯键式不饱和单体的浓度可为20重量％至60重量％、或40重量％至50重量％，并且考虑到聚合时间、反应条件等，可将其控制为适当的浓度。然而，当单体的浓度太低时，超吸收性聚合物的产率低并且可能存在经济问题。相比之下，当浓度太高时，可能存在这样的过程上的问题：一些单体可能沉积或者在粉碎过程中制备的水凝胶聚合物的粉碎效率可能较低，并因此超吸收性聚合物的特性可能降低。
此外，聚合引发剂没有特别限制，只要其为通常用于制备超吸收性聚合物的引发剂即可。
具体地，根据聚合方法，聚合引发剂可包括热聚合引发剂或通过UV照射的光聚合引发剂。然而，即使在光聚合方法的情况下，也可额外包含热聚合引发剂，因为通过紫外线照射等产生一定量的热，并且随着聚合反应(其为放热反应)的进行产生一定量的热，因此，还可包含热聚合引发剂。
可以使用的光聚合引发剂不受其构成的特别限制，只要其为能够通过光例如紫外线形成自由基的化合物即可。
本文中使用的光聚合引发剂可包括例如选自以下的至少一者：安息香醚、二烷基苯乙酮、羟基烷基酮、乙醛酸苯酯、苄基二甲基缩酮、酰基膦和α-氨基酮。同时，作为酰基膦的具体实例，可使用商业化的lucirin TPO，即2,4,6-三甲基-苯甲酰基-三甲基氧化膦。更多不同的光聚合引发剂充分公开于由Reinhold Schwalm著的“UV Coatings:Basics,Recent Developments and New Application(Elsevier,2007)”第115页中，然而光聚合引发剂的实例不限于此。
基于单体组合物，可以以0.005重量％至1.0重量％的浓度包含光聚合引发剂。当光聚合引发剂的浓度太低时，聚合速率可能变慢，而当光聚合引发剂的浓度太高时，超吸收性聚合物的分子量变小并且其物理特性可能变得不均匀。
此外，作为热聚合引发剂，可使用选自基于过硫酸盐的引发剂、基于偶氮的引发剂、过氧化氢和抗坏血酸中的一者或更多者。基于过硫酸盐的引发剂的具体实例可包括过硫酸钠(Na2S2O8)、过硫酸钾(K2S2O8)、过硫酸铵((NH4)2S2O8)等；以及基于偶氮的引发剂的实例包括2,2-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2-偶氮双-(N,N-二亚甲基)异丁基脒二盐酸盐、2-(氨基甲酰基偶氮)异丁腈、2,2-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、4,4-偶氮双-(4-氰基戊酸)等。更多不同的热聚合引发剂充分公开于由Odian著的“Principle ofPolymerization(Wiley,1981)”第203页中，然而热聚合引发剂的实例不限于此。
相对于单体组合物，可以以0.001重量％至0.5重量％的浓度包含热聚合引发剂。如果这样的热聚合引发剂的浓度太低，则几乎不发生额外的热聚合，并且由于添加热聚合引发剂的效果可能不显著。如果热聚合引发剂的浓度过高，则超吸收性聚合物的分子量可能较小并且物理特性可能变得不均匀。
此外，包含在单体组合物中的内交联剂的类型与以上已经描述的那些相同。基于单体组合物，上述内交联剂可以以0.01重量份至2.0重量份的比率使用，使得聚合的聚合物可以交联。相对于100重量份的包含在单体中的未被中和的丙烯酸，上述内交联剂可以以0.3重量份或更大、或0.3重量份至1.0重量份的比率使用。当在这样的含量范围内使用内交联剂时，可以适当地满足表面交联前的凝胶强度范围。通过使用上述范围，可以获得更适当地满足根据一个实施方案的物理特性的超吸收性聚合物。
此外，根据需要，单体组合物还可包含添加剂，例如增稠剂、增塑剂、保存稳定剂、抗氧化剂等。
单体组合物可以以溶液的形式制备，其中将原料例如水溶性烯键式不饱和单体、光聚合引发剂、热聚合引发剂、内交联剂和添加剂溶解在溶剂中。
此时，可以使用上述溶剂而在构成上没有限制，只要其为可以溶解所述组分的溶剂即可。例如，可单独或组合使用选自以下的一种或更多种溶剂：水、乙醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、1,4-丁二醇、丙二醇、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、甲基乙基酮、丙酮、甲基戊基酮、环己酮、环戊酮、二甘醇单甲醚、二甘醇乙醚、甲苯、二甲苯、丁内酯(butylolactone)、卡必醇、甲基溶纤剂乙酸酯和N,N-二甲基乙酰胺等。
基于单体组合物的总含量，可以以排除以上公开的组分的剩余量包含溶剂。
同时，可以使用通过使这样的单体组合物经历热聚合或光聚合来形成水凝胶聚合物的方法而在构成上没有限制，只要其为通常用于聚合的方法即可。
具体地，聚合方法根据聚合能量来源大致分为热聚合和光聚合。通常，热聚合可在配备有搅拌轴的反应器如捏合机中进行，光聚合可在配备有可移动传送带的反应器中进行，然而，以上公开的聚合方法仅是一个实例，并且本发明不限于以上公开的聚合方法。
作为一个实例，根据反应器中配备的搅拌轴的类型，通过向以上公开的配备有搅拌轴的反应器如捏合机提供热空气或者加热该反应器在该反应器中经历热聚合而获得的水凝胶聚合物在其从反应器出口排出时可具有数厘米至数毫米的尺寸。具体地，所获得的水凝胶聚合物的尺寸可以根据向其进给的单体组合物的浓度、进料速度等而不同地显示，并且通常可以获得重均粒径为2mm至50mm的水凝胶聚合物。
此外，如上所述，当光聚合在配置有可移动传送带的反应器中进行时，通常获得的水凝胶聚合物可为具有带宽度的片型水凝胶聚合物。在这种情况下，聚合物片的厚度可根据向其进给的单体组合物的浓度和进料速度而变化，并且聚合物片优选被控制为具有0.5cm至5cm的厚度。如果进给单体组合物使得片型聚合物的厚度变得太薄，则生产效率变低，这不是优选的。如果片型聚合物的厚度超过5cm，则由于过高的厚度，聚合反应可能无法在整个聚合物厚度中均匀地发生。
在这种情况下，通过上述方法由此获得的水凝胶聚合物通常可具有40重量％至80重量％的含水量。同时，如本文中使用的术语“含水量”意指相对于水凝胶聚合物的总量由水分所占的重量，其可为通过从水凝胶聚合物的重量中减去干燥的聚合物的重量而获得的值。具体地，含水量被定义为通过在用红外线加热升高聚合物的温度的干燥过程期间根据聚合物中的水的蒸发测量重量损失而计算的值。此时，在如下确定的干燥条件下测量含水量：将温度从室温升高至约180℃，然后将温度保持在180℃，并将总干燥时间设置为20分钟，包括用于升温步骤的5分钟。
接着，进行干燥由此获得的水凝胶聚合物的步骤。
如有必要，可在干燥步骤之前进行凝胶粉碎步骤，以提高干燥步骤的效率。
在这种情况下，本文中使用的粉碎装置在结构上不受限制，但具体地可包括选自以下的任一者：立式粉碎装置、涡轮切割机、涡轮研磨机、旋转式切碎机(rotary cuttermill)、切碎机(cutter mill)、盘磨机(disc mill)、碎片破碎机(shred crusher)、破碎机、切碎机(chopper)和盘式切割机，但不限于此。
在这种情况下，可进行凝胶粉碎步骤使得水凝胶聚合物的粒径为0.5mm至10mm。在一个更具体的实例中，凝胶粉碎步骤通过如下过程来进行：其中使用粉碎装置例如绞肉机(SL COMPANY，SM3-2)或与其类似的切碎机，并安装用于轴控制的反相器(例如，制造商：LSIndustrial Systems，型号名称：iG5A)，在粉碎装置的排出口上安装S-13mm多孔板(例如20％至40％，更具体地，25％或34％的开口率)，并且在使轴以约10Hz至100Hz(例如，60Hz)的速度旋转的同时使水凝胶聚合物通过粉碎装置。由此，可以更有效地获得FSR为0.22g/g·s或更大的基础聚合物粉末，并因此可以产生一个实施方案的超吸收性聚合物。
使如上经凝胶粉碎的水凝胶聚合物或者在刚聚合之后未经凝胶粉碎步骤的水凝胶聚合物经历干燥步骤。此时，干燥步骤的干燥温度可为150℃至250℃。当干燥温度低于150℃时，存在干燥时间变得过长或者最终形成的超吸收性聚合物的物理特性可能劣化的担忧，而当干燥温度高于250℃时，仅聚合物的表面被过度干燥，并因此存在在随后的粉碎过程期间可能产生细粉末并且最终形成的超吸收性聚合物的物理特性可能劣化的担忧。因此，干燥过程可优选在150℃至200℃，并且更优选160℃至约190℃的温度下进行。
同时，考虑到过程效率，干燥步骤可进行约20分钟至约90分钟，但不限于此。
如果干燥方法通常可以用于干燥水凝胶聚合物，则在干燥步骤中可选择和使用干燥步骤的干燥方法而在构成上没有限制。具体地，干燥步骤可通过供应热空气、照射红外线、照射微波、照射紫外等的方法来进行。在完成如上干燥步骤时，聚合物的含水量可为约0.1重量％至约10重量％。该含水量可以在约180℃的温度下测量40分钟。
接着，使由干燥步骤获得的干燥的聚合物经历(细)粉碎步骤。
由粉碎步骤获得的聚合物粉末的粒径可为150μm至850μm。可以用于粉碎成具有上述粒径的研磨装置的具体实例可包括针磨机(pin mill)、锤磨机、螺旋式磨机(screwmill)、辊磨机(roll mill)、盘磨机、点动式磨机(jog mill)、其他混合器型磨机等，但本发明不限于此。
在(细)粉碎步骤的一个具体实例中，其可以使用食品混合器型粉碎装置(制造商：HANIL，型号名称：HMF-3000S)进行，将干燥的聚合物粉末放置在粉碎装置中，并且可以根据量进行粉碎适当的时间(例如，基于500g的15秒)。
因此，可以更有效地获得FSR为0.22g/g·s或更大的基础聚合物粉末，由此，可以更有效地获得一个实施方案的超吸收性聚合物。
为了适当地控制粉碎步骤后最终产生的超吸收性聚合物粉末的物理特性，可以根据由粉碎获得的聚合物粉末的粒径进行单独的分级步骤。在该分级步骤中，例如，将粉碎的聚合物粉末放入分级机(例如，Restsch，AS200等)中并以1.5mm的幅度分级成5个筛孔尺寸(例如，分级筛孔的组合：#25/#30/#50/#100/PAN)，并且可以收集相应分级的颗粒。其后，如有必要，可将在#25筛上收集的大颗粒进一步粉碎适当的时间，这可重复多次。
通过上述粉碎和分级步骤，分级出粒径为150μm至850μm的聚合物，并且仅使具有这样的粒径的颗粒经历表面交联反应，并且其最终可以被商业化。以上已经描述了通过这样的过程获得的基础聚合物粉末的粒径分布，并因此将省略对其更具体的描述。
上述基础聚合物粉末在表面交联之前可表现出0.22g/g·s或更大、或0.22g/g·s至0.35g/g·s的FSR(自由溶胀率，Free Swell Ratio)，由此可以适当地产生具有优异的吸收速率等的超吸收性聚合物。将基础聚合物粉末的FSR分成上述筛孔尺寸中的#30至#50(例如，粒径为300μm至600μm的那些)，并且基础聚合物粉末的FSR根据欧洲专利公开第2535027号的第22至23页所述的方法来测量和计算。
另一方面，在通过粉碎和/或分级步骤获得基础聚合物粉末之后，可以通过表面交联步骤制备一个实施方案的超吸收性聚合物。以上已经描述了可用于表面交联步骤的表面交联剂、疏水性和/或亲水性无机颗粒的类型，并因此将省略对其更具体的描述。
在该表面交联步骤中，用包含上述二氧化硅颗粒(即气相二氧化硅颗粒和/或胶态二氧化硅颗粒)和表面交联剂的表面交联液体使基础聚合物粉末经历表面交联。
基于100重量份的基础树脂粉末，表面交联液体可包含0.01重量份至0.1重量份的气相二氧化硅颗粒、0.005重量份至0.2重量份的胶态二氧化硅颗粒和0.1重量份至3重量份的表面交联剂。此外，表面交联溶液还可包含韩国专利特许公开第2015-0143167号(韩国专利申请第2014-0072343号)中公开的基于多羧酸的共聚物。基于100重量份的基础聚合物粉末，这样的共聚物可以以0.01至0.1的含量包含在表面交联液体中。使用这些特定的表面交联液体使得可以更有效地实现一个实施方案所需的优异的颗粒强度、液体渗透性和吸收性能。
关于将表面交联溶液添加至基础聚合物粉末的方法，在构成上没有特别限制。例如，可使用如下方法：在反应器中添加并混合表面交联液体和基础聚合物粉末的方法；将表面交联液体喷洒到基础聚合物粉末上的方法；或者将基础聚合物粉末和表面交联液体连续供给至连续操作的混合器的方法等。
表面交联液体还可包含水和/或甲醇作为介质。因此，存在表面交联剂和二氧化硅颗粒可以均匀地分散在基础聚合物粉末上的优点。在这种情况下，为了诱导表面交联剂和亲水性二氧化硅颗粒的均匀分散，防止基础聚合物粉末的聚集现象并且同时优化表面交联剂的表面渗透深度的目的，水和甲醇的含量可以通过调节相对于100重量份的基础聚合物粉末的添加比率来应用。
表面交联反应可以通过在140℃至200℃、或150℃至195℃的最大反应温度下加热添加有表面交联液体的基础聚合物粉末5分钟至60分钟、或10分钟至50分钟、或20分钟至45分钟来进行。更具体地，表面交联步骤可以通过在如下条件下经历热处理来进行：其中在10分钟至30分钟的时间内将温度从20℃至130℃、或40℃至120℃的初始温度升高至最大反应温度，并且保持最大温度5分钟至60分钟。
通过满足这样的表面交联步骤的条件(特别是，升温条件和在反应的最大温度下的反应条件)，可以制备适当地满足一个实施方案的物理特性的超吸收性聚合物。
用于升高表面交联反应的温度的方法没有特别限制。加热可通过提供加热介质或通过直接提供热源来进行。在这种情况下，可应用于本文中的加热介质的类型可为热流体，例如蒸汽、热空气、热油等，但本发明不限于此。此外，考虑到加热介质、升温速率和升温目标温度的方式，可适当地控制提供的加热介质的温度。同时，作为直接提供的热源，可使用电加热器或气体加热器，但本发明不限于这些实例。
如上所述，根据上述方法获得的超吸收性聚合物保持优异的吸收性能例如保水能力和压力下吸收率，并且可以满足进一步提高的颗粒强度、水平凝胶强度、液体渗透性和/或吸收速率，从而满足多种物理特性。因此，其可以适当地用于卫生材料例如尿布，特别是具有降低的浆含量的超薄卫生材料。
有益效果
根据本发明，可以提供保持优异的吸收性能例如离心保留容量和/或压力下吸收率且满足进一步提高的液体渗透性和/或吸收速率等的超吸收性聚合物。
该超吸收性聚合物可以适当地用于卫生材料例如尿布，特别是具有降低的浆含量的超薄卫生材料。
附图说明
图1是示出了在实施例和比较例的超吸收性聚合物的表面交联率测量中表面交联的颗粒的实例的照片。
图2是示出了在实施例和比较例的超吸收性聚合物的表面交联率测量中表面未交联的颗粒的实例的照片。
图3是示出了在实施例和比较例的超吸收性聚合物的表面交联率测量中多个颗粒聚集而未表面交联的大颗粒的实例的照片。
具体实施方式
在下文中，提供了优选的实施例用于更好地理解本发明。然而，这些实施例仅是为了说明的目的而给出并且不旨在限制本发明的范围。
在实施例和比较例中，通过以下方法测量和评估表面交联液体的接触角和相应超吸收性聚合物的物理特性。
(1)表面交联液体的接触角
在形成用于实施例和比较例的表面交联溶液之后，通过滴在PET基底(Mitsuibishi聚酯膜，等级名称：O300E)上来测量和评估接触角。
(2)粒径的评估
根据EDANA(European Disposables and Nonwovens Association，欧洲一次性用品和非织造布协会)推荐的测试方法第WSP 220.3号测量实施例和比较例中使用的基础聚合物粉末和超吸收性聚合物的粒径。
(3)离心保留容量(CRC)
对于实施例和比较例中制备的吸收性聚合物，根据EDANA(欧洲一次性用品和非织造布协会)推荐的测试方法第WSP 241.3号通过无负荷条件下的吸收放大率测量了离心保留容量(CRC)。
即，在将W0(g)(约0.2g)的实施例和比较例中获得的各聚合物均匀地插入非织造织物制成的袋中并将其密封之后，在室温下将其浸入由0.9重量％氯化钠水溶液组成的生理盐水溶液中。30分钟后，通过以250G离心3分钟从袋中除去水，然后测量袋的重量W2(g)。此外，在不使用聚合物的情况下进行相同的步骤，然后测量所得重量W1(g)。
使用由此获得的各重量，根据以下计算方程式1确定CRC(g/g)。
[计算方程式1]
CRC(g/g)＝{[W2(g)-W1(g)-W0(g)]/W0(g)}
在计算方程式1中，
W0(g)为超吸收性聚合物的初始重量(g)，
W1(g)为在将不包含超吸收性聚合物的装置浸入生理盐水溶液中30分钟并通过使用离心机以250G使该装置脱水3分钟之后测量的该不包含超吸收性聚合物的装置的重量，
W2(g)为在室温下将超吸收性聚合物浸入生理盐水溶液中30分钟，然后通过使用离心机以250G使超吸收性聚合物脱水3分钟之后测量的包含超吸收性聚合物的装置的重量。
(4)压力下吸收率(AUP)
对于实施例和比较例中制备的吸收性聚合物，根据EDANA(欧洲一次性用品和非织造布协会)推荐的测试方法第WSP 242.3号测量压力下吸收率。
首先，将400目不锈钢网安装在内径为60mm的塑料筒底部。在23±2℃的温度和45％的相对湿度的条件下将W0(g,0.90g)的实施例1-6和比较例1-3中制备的吸收性聚合物均匀散布在钢网上，并且在其上放置可以均匀地提供4.83kPa(0.7psi)负荷的活塞。活塞的外径略小于60mm，筒内壁与活塞之间没有间隙，并且不妨碍筒的上下运动。此时，测量装置的重量W3(g)。
在将直径为125mm且厚度为5mm的玻璃过滤器放入直径为150mm的培养皿中之后，向培养皿中倾倒由0.90重量％氯化钠构成的生理盐水溶液直至表面水平变得与玻璃过滤器的上表面相等。在其上放置直径为120mm的滤纸片。将测量装置放置在滤纸上，并且在负荷下吸收溶液1小时，1小时后，在提起测量装置之后测量重量W4(g)。
使用由此获得的相应重量，根据以下计算方程式2计算AUP(g/g)，由此确定压力下吸收率：
[计算方程式2]
AUP(g/g)＝[W4(g)-W3(g)]/W0(g)
在计算方程式2中，
W0(g)为超吸收性聚合物的初始重量(g)，
W3(g)为超吸收性聚合物的重量和能够向超吸收性聚合物提供负荷的装置的重量的总和，以及
W4(g)为在使超吸收性聚合物在负荷(0.7psi)下吸收生理盐水溶液1小时之后超吸收性聚合物的重量和能够向超吸收性聚合物提供负荷的装置的重量的总和。
(5)颗粒强度
使用质构分析仪(型号名称：XT2Plus，TA)，如下测量实施例和比较例的超吸收性聚合物的颗粒强度。
首先，将实施例和比较例的超吸收性聚合物样品(30目至50目)过筛以收集粒径为600μm至850μm的样品。从收集的样品中取出超吸收性聚合物的单个颗粒。在将板模块放置在上述测量装置上之后，将单个颗粒放置在板模块上。直径为8mm的筒平行于单个颗粒正上方的板模块下降。在以0.01mm/s的速度降下筒时，以恒定速度对其加压。测量单个颗粒随时间可以承受的力，并测量施加至颗粒直至压碎的最大力。通过实验多次确定由此获得的压碎期间的最大力，并且计算其平均力并将该平均力定义为颗粒强度。
(6)凝胶强度(G′)
对于实施例和比较例中制备的吸收性聚合物/基础聚合物粉末，测量水平凝胶强度。
首先，将实施例和比较例中制备的吸收性聚合物样品(30目至50目)过筛，并称量0.5g样品。使称量的样品在50g生理盐水溶液中充分溶胀1小时。之后，通过使用抽吸器除去其中未被吸收的溶剂4分钟，并使残留在其表面上的溶剂均匀分布并用滤纸擦拭一次。
将2.5g溶胀的超吸收性聚合物装载在流变仪的两个平行板(具有25mm直径的平行板，其下板具有2mm高度的壁用于防止样品泄漏)之间，并调节平行板之间的间隙(1mm)。此时，通过以约3N的力挤压板来适当地调节平行板之间的间隙，使得溶胀的样品在板的表面上均匀接触。
在以10rad/s振荡频率增加剪切应变时，通过使用流变仪发现应变的其中储能模量和损耗模量为稳定的线性粘弹性状态部分。通常，在溶胀的超吸收性聚合物的情况下，在线性粘弹性状态部分中赋予0.1％的应变。
通过使用在10rad/s振荡频率下的线性粘弹性状态部分的应变值来测量溶胀的超吸收性聚合物的储能模量和损耗模量60秒。通过取获得的储能模量的平均值来获得水平凝胶强度。作为参考，与储能模量相比，损耗模量被测量为非常小的值。
(7)盐水流动传导率(SFC)
根据美国专利第5562646号的第54至59栏中公开的方法测量盐水流动传导率。
(8)自由溶胀率(FSR)
使用分成#30至#50的那些(例如，粒径为300μm至600μm的那些)，根据欧洲专利公开第2535027号的第22至23页中公开的方法测量和计算基础聚合物粉末或超吸收性聚合物的FSR。
(9)T-20
将9g氯化钠和1g Lorodac(主要组分：具有12至14个线性碳原子的醇乙氧基化物，CAS#68439-50-9)溶解在1L蒸馏水中，并用使1g超吸收性聚合物吸收20g该水溶液所需的时间来计算和测量T-20。T-20的具体测量方法详细描述于欧洲专利公开第2535027号的第13至18页中。
(10)表面交联率
使0.5g超吸收性聚合物(分级并取用粒径为300μm至600μm的粉末)在50mL已添加有20ppmw甲苯胺蓝O(TBO,CAS#92-31-9)的生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)中溶胀16小时。溶胀后，将溶液和超吸收性聚合物粉末倒入培养皿中，然后用StereotypeMicroscope观察超吸收性聚合物粉末，并且如下评估超吸收性聚合物的表面交联率。
首先，拍摄10倍放大倍率下溶胀后的超吸收性聚合物的全部颗粒的照片(图像分辨率：1024×768，透射模式，Stereo Type)，调节照片的尺寸和长度使得照片中的颗粒总数为200至300。接着，用在Microsoft的Power Point 2010版本将纸张尺寸设置成A4尺寸，粘贴拍摄的照片，并将照片尺寸调节为19cm×25.33cm。然后，将照片的对比度调节为黑白约40％，并且将照片的亮度调节成适当的亮度，例如，约18％的反射率。
结果，例如，获得如图1至3所示的照片。在包含这样的全部颗粒的图像的照片中，观察到具有形成于颗粒上的宽度为2mm或更大且长度为5mm或更大的条带的颗粒。作为参考，在表面交联层的超吸收性聚合物的壳破裂时，观察到宽度为2mm或更大且长度为5mm或更大的条带。表面交联度可以通过壳由于溶胀而被破坏的痕迹来确定和评估。
如图1所示，具有形成于颗粒上的宽度为2mm或更大且长度为5mm或更大的条带的颗粒可以被评估为表面交联的超吸收性颗粒，并且如图2和3所示，无条带形成的颗粒可以被评估为表面未交联的颗粒。作为参考，图2是示出了其中在单个颗粒上未形成条带图案的表面未交联的超吸收性聚合物颗粒的实例的照片。图3是示出了其中多个颗粒聚集的大颗粒的实例的照片。在这样的大颗粒上也未观察到条带图案，并将其评估为其不是表面交联的。
根据该标准，通过表面交联率来计算在相同条件下产生的全部超吸收性聚合物颗粒中的表面交联的颗粒的数目的比率。表面交联率根据下式计算：表面交联率(％)＝[“评估为表面交联的颗粒的颗粒数”/“照片中的总颗粒数”]×100。
实施例1
将100g丙烯酸、0.5g作为交联剂的聚乙二醇二丙烯酸酯(Mw＝523)、83.3g 50％苛性钠(NaOH)和89.8g水混合以制备单体浓度为45重量％的单体水溶液组合物。
随后，首先将810g单体水溶液与30.54g 0.18％抗坏血酸溶液和33g1％过硫酸钠溶液混合，并将混合物与30.45g 0.15％过氧化氢溶液一起通过具有捏合机的连续聚合反应器的进给段进给，以进行聚合。此时，将聚合反应器的温度保持在80℃，并且最大聚合温度为110℃且聚合时间为1分钟15秒。其后，连续进行捏合，并且进行聚合和捏合20分钟。其后，产生的聚合物的尺寸被分布为小于0.2cm。此时，最终形成的水凝胶聚合物的含水量为51重量％。
随后，通过使用绞肉机(SL COMPANY，SM3-2)粉碎装置和使用凝胶粉碎装置来进行凝胶粉碎，在所述凝胶粉碎装置中安装了用于轴控制的反相器(例如，制造商：LSIndustrial Systems，型号名称：iG5A)，安装了直径为10mm的多孔板(例如，25％的开口率)。更具体地，通过在使水凝胶聚合物通过粉碎装置的同时使轴以60Hz的速度旋转来进行凝胶粉碎。
随后，将所得聚合物在热风干燥器中于175℃的温度下干燥30分钟，并通过以下方法将干燥的水凝胶聚合物粉碎。
首先，作为粉碎装置，使用食品混合器型粉碎装置(制造商：HANIL，型号名称：HMF-3000S)，将500g干燥的聚合物粉末放置在粉碎装置中，并以强度“弱”粉碎15秒，另外再使用500g并通过相同的方法粉碎。
将1kg由此粉碎的聚合物粉末放入分级机(Restsch，AS200)中并以1.5mm的振幅分级成5个筛孔尺寸(分级筛孔的组合：#25/#30/#50/#100/PAN)，并收集各分级的颗粒。然后，将在#25筛上收集的大颗粒另外粉碎15秒，并将这样的另外的粉碎重复两次。
通过上述方法，分级并获得粒径为约150μm至850μm的聚合物。在通过上述方法获得基础聚合物粉末之后，测量其FSR。结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的碳酸亚乙酯、3.5重量份的水、0.04重量份的气相二氧化硅颗粒(Aerosil 200)、0.01重量份的胶态二氧化硅颗粒(ST-O)和0.05重量份的韩国专利特许公开第2015-0143167号(韩国专利申请第2014-0072343号)的制备例1中公开的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。将这样的表面处理溶液喷洒到基础聚合物粉末上，在室温下搅拌，并混合，使得表面处理液均匀分布在基础聚合物粉末上。
其后，将基础聚合物粉末放置在表面交联反应器中并进行表面交联反应。
在表面交联反应器中，可以确认，基础聚合物粉末在接近20℃的初始温度下被逐渐加热。20分钟过后，执行操作使得达到185℃的最大反应温度。在达到最大反应温度之后，进行另外的反应40分钟，并且取最终产生的超吸收性聚合物的样品。在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
实施例2
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的碳酸亚乙酯、3.5重量份的水、0.04重量份的气相二氧化硅颗粒(Aerosil 200)、0.02重量份的胶态二氧化硅颗粒(ST-O)和0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。然后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
实施例3
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的碳酸亚乙酯、3.5重量份的水、0.04重量份的气相二氧化硅颗粒(Aerosil 200)、0.03重量份的胶态二氧化硅颗粒(ST-O)和0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。然后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
实施例4
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的碳酸亚乙酯、3.5重量份的水、0.04重量份的气相二氧化硅颗粒(Aerosil 200)、0.04重量份的胶态二氧化硅颗粒(ST-O)和0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。然后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
实施例5
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的碳酸亚乙酯、3.5重量份的水、0.02重量份的气相二氧化硅颗粒(Aerosil 200)、0.06重量份的胶态二氧化硅颗粒(ST-O)和0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。随后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
实施例6
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的碳酸亚乙酯、3.5重量份的水、3.5重量份的甲醇、0.02重量份的气相二氧化硅颗粒(DM30S)、0.06重量份的胶态二氧化硅颗粒(ST-O)和0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。随后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
实施例7
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的碳酸亚乙酯、3.5重量份的水、3.5重量份的甲醇、0.04重量份的气相二氧化硅颗粒(DM30S)、0.06重量份的胶态二氧化硅颗粒(ST-O)和0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。然后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
实施例8
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的碳酸亚乙酯、3.5重量份的水、3.5重量份的甲醇、0.04重量份的气相二氧化硅颗粒(Aerosil 200)、0.06重量份的胶态二氧化硅颗粒(ST-AK)和0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。随后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
实施例9
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的碳酸亚乙酯、3.5重量份的水、3.5重量份的甲醇、0.04重量份的气相二氧化硅颗粒(DM30S)、0.06重量份的胶态二氧化硅颗粒(ST-AK)和0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。然后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
比较例1
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的碳酸亚乙酯、3.5重量份的水和0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。然后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
比较例2
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的1,3-丙二醇、0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物和3.5重量份的水混合以形成表面处理溶液。然后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
比较例3
以与实施例1中相同的方式制备基础聚合物粉末。测量其FSR，结果，确定其FSR为0.24g/g·s。
其后，基于100重量份的基础树脂粉末，将0.4重量份的1,3-丙二醇、3.5重量份的水、0.5重量份的硫酸铝和0.05重量份的与实施例1中公开的相同的基于多羧酸的共聚物混合以形成表面处理溶液。然后，以与实施例1中相同的方式进行表面交联。
在表面交联步骤之后，通过使用筛获得粒径为约150μm至850μm的表面交联的超吸收性聚合物。超吸收性聚合物产物中的粒径为约150μm或更小的细粉末的含量小于1.0重量％。
对于实施例1至9和比较例1至3的超吸收性聚合物，进行CRC、AUP、SFC、凝胶强度(G′)、T-20和表面交联率的物理特性测量和评估，并且测量的物理特性值示于下表1中。
[表1]
参照表1，可以确认，与比较例相比，实施例不仅表现出高表面交联率、优异的吸收性能(特别是压力下吸收率)和液体渗透性，而且还表现出优异的颗粒强度和凝胶强度等。特别地，可以确认，通过在表面交联期间使用各种胶态二氧化硅颗粒和气相二氧化硅颗粒，实施例表现出优异的物理特性。

Claims (9)

1.一种超吸收性聚合物，包含：
基础聚合物粉末，所述基础聚合物粉末包含具有至少部分被中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体的第一交联聚合物；以及
表面交联层，所述表面交联层形成于所述基础聚合物粉末上且包含其中所述第一交联聚合物通过具有2至5个碳原子的碳酸亚烃酯进一步交联的第二交联聚合物，
其中所述超吸收性聚合物具有以下特征：
对生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)的30分钟的离心保留容量(CRC)为25g/g至35g/g，
在0.7psi下对生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)的1小时的压力下吸收率(AUP)为23.5g/g至30g/g，
对生理盐水溶液(0.685重量％氯化钠水溶液)的盐水流动传导率(SFC)(·10-7cm3·s/g)为60(·10-7cm3·s/g)至130(·10-7cm3·s/g)，以及
颗粒强度为1.5kgf至2.5kgf。
2.一种超吸收性聚合物，包含:
基础聚合物粉末，所述基础聚合物粉末包含具有至少部分被中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体的第一交联聚合物；以及
表面交联层，所述表面交联层形成于所述基础聚合物粉末上且包含其中所述第一交联聚合物通过具有2至5个碳原子的碳酸亚烃酯进一步交联的第二交联聚合物，
其中所述超吸收性聚合物具有以下特征：
对生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)的30分钟的离心保留容量(CRC)为25g/g至35g/g，
在0.7psi下对生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)的1小时的压力下吸收率(AUP)为23.5g/g至30g/g，
对生理盐水溶液(0.685重量％氯化钠水溶液)的盐水流动传导率(SFC)(·10-7cm3·s/g)为60(·10-7cm3·s/g)至130(·10-7cm3·s/g)，
表示使1g所述超吸收性聚合物吸收20g氯化钠和具有12至14个碳原子的醇乙氧基化物的水溶液所需时间的T-20为100秒至190秒，以及
颗粒强度为1.5kgf或更高。
3.根据权利要求1或2所述的超吸收性聚合物，还包含分散在所述表面交联层上的气相二氧化硅颗粒。
4.根据权利要求3所述的超吸收性聚合物，还包含分散在所述表面交联层上的胶态二氧化硅颗粒。
5.根据权利要求1或2所述的超吸收性聚合物，其中在吸收并溶胀生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)1小时后测量的水平凝胶强度G′为10000Pa至15000Pa。
6.根据权利要求1或2所述的超吸收性聚合物，其中在使所述超吸收性聚合物在已添加有20ppmw甲苯胺蓝O(TBO)的生理盐水溶液(0.9重量％氯化钠水溶液)中溶胀16小时后测量的交联率为30％至90％。
7.根据权利要求1或2所述的超吸收性聚合物，其中所述水溶性烯键式不饱和单体包括选自以下的至少一者：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸、巴豆酸、衣康酸、2-丙烯酰基乙磺酸、2-甲基丙烯酰基乙磺酸、2-(甲基)丙烯酰基丙磺酸或2-(甲基)丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的阴离子单体，及其盐；(甲基)丙烯酰胺、N-取代的(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯或聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯的含非离子亲水性基团的单体；以及(甲基)丙烯酸(N,N)-二甲基氨基乙酯或(N,N)-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺的含氨基的不饱和单体，及其季铵化产物。
8.根据权利要求1或2所述的超吸收性聚合物，其中所述第一交联聚合物包含其中所述单体在选自以下的至少一种内交联剂的存在下经历交联聚合的聚合物：具有8至12个碳原子的双(甲基)丙烯酰胺、具有2至10个碳原子的多元醇的多(甲基)丙烯酸酯和具有2至10个碳原子的多元醇的多(甲基)烯丙基醚。
9.根据权利要求1或2所述的超吸收性聚合物，其中所述超吸收性聚合物的粒径为150μm至850μm。
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