CN112585193B - 超吸收性聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及超吸收性聚合物及其制备方法，所述超吸收性聚合物不仅具有优异的基本吸收性能，而且还表现出改善的吸收速率等。所述超吸收性聚合物包含：基础树脂粉末，所述基础树脂粉末包含具有至少部分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；和基础树脂粉末上的表面交联层，所述表面交联层包含其中第一交联聚合物通过表面交联剂另外交联的第二交联聚合物，其中超吸收性聚合物包含小于9.9数量％的纵横比小于0.5的超吸收性聚合物颗粒，所述纵横比定义为各超吸收性聚合物颗粒的最短直径/最长直径，通过涡旋法的涡旋时间为5秒至55秒，以及表面张力为50mN/m至80mN/m。

Description

超吸收性聚合物及其制备方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年1月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0001977号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本公开内容涉及超吸收性聚合物及其制备方法，所述超吸收性聚合物不仅具有优异的基本吸收性能，而且还表现出改善的吸收速率等。
背景技术
超吸收性聚合物(super absorbent polymer，SAP)是一种类型的能够吸收其自身重量的500倍至1000倍的水分的合成聚合物材料。不同的制造商将其命名为不同的名称，例如SAM(Super Absorbency 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实际应用于卫生产品，并且现在它们不仅被广泛用于卫生产品例如儿童用一次性尿布等，而且还被广泛用于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被广泛用于卫生材料(例如尿布或卫生巾)领域。对于这些应用，超吸收性聚合物应表现出高吸湿性，即使在外部压力下其不应释放吸收的水，此外，即使在体积由于吸收水而膨胀(溶胀)的状态下其也应很好地保持形状，从而表现出优异的液体渗透性。
近年来，随着对薄尿布的需求增加，尿布中的纤维材料如纸浆的含量降低，以及尿布中的超吸收性聚合物的比例趋于增加。因此，超吸收性聚合物需要具有尿布的纤维材料的性能。为此，超吸收性聚合物应具有高吸收率以及高吸收速率。特别地，随着尿布变得越来越薄，婴儿的活动使尿液从尿布中泄露的风险增加，并因此对于超吸收性聚合物的高吸收速率的需求不断增加。
同时，为了使超吸收性聚合物表现出更高的吸收速率，需要具有拥有大的表面积和多个形成在其中的细孔的多孔结构。因此，已经通过应用发泡剂或表面活性剂制造出具有这样的多孔结构的超吸收性聚合物。
在这样的超吸收性聚合物中，在粉碎之后产生大量具有小的纵横比的颗粒，并且这些颗粒很可能具有不均匀的形状。为此，当在粉碎之后使表面进行交联、或者混合添加剂以改善物理特性时，表面交联或添加剂的施加通常不均匀。因此，在形成多孔结构等以实现超吸收性聚合物的高吸收速率的现有技术中，其他物理特性例如吸收性能通常劣化。此外，根据常规的方法，聚合物颗粒在其粉碎、分选、或转移期间可能容易破碎。当其发生时，产生大量细粉末，并且在表面交联之后的物理特性可能劣化。此外，由于在粉碎、分选、或转移过程中颗粒破碎，因此超吸收性聚合物的表面积可能降低，并因此，吸收速率可能大大降低。
因此，持续需要开发能够通过减少所使用的发泡剂的量和具有小的纵横比的颗粒的产生制备出在抑制吸收性能下降的同时表现出改善的吸收速率的超吸收性聚合物的技术。
发明内容
技术问题
因此，本公开内容提供了不仅表现出优异的基本吸收性能而且还表现出改善的吸收速率和液体渗透率的超吸收性聚合物及其制备方法。
技术方案
在本公开内容中，提供了超吸收性聚合物，其包含：基础树脂粉末，所述基础树脂粉末包含具有至少部分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；和
基础树脂粉末上的表面交联层，所述表面交联层包含其中第一交联聚合物通过表面交联剂另外交联的第二交联聚合物，
其中所述超吸收性聚合物包含小于9.9数量％的纵横比小于0.5的超吸收性聚合物颗粒，所述纵横比定义为各超吸收性聚合物颗粒的最短直径/最长直径，
通过涡旋法的涡旋时间为5秒至55秒，以及
表面张力为50mN/m至80mN/m。
在本公开内容中，还提供了超吸收性聚合物的制备方法，其包括以下步骤：
制备包含具有至少部分中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体和内交联剂的单体混合物；
使单体混合物沿着直径从一个部分到另一个部分变化的转移管转移至聚合反应器；
使转移至聚合反应器的单体混合物交联和聚合以形成包含第一交联聚合物的水凝胶聚合物；
将水凝胶聚合物凝胶粉碎，干燥，粉碎和分选以形成包含小于9.9数量％的纵横比小于0.5的基础树脂粉末的基础树脂，所述纵横比定义为各基础树脂粉末的最短直径/最长直径；以及
在表面交联剂的存在下使基础树脂粉末的表面进一步交联以形成表面交联层；
其中在单体混合物的转移步骤中，单体混合物在转移管的最小直径部分中具有最大转移速率以及在转移管的最大直径部分中具有最小转移速率，并且最大转移速率与最小转移速率相比为2.5倍或更大。
在下文中，将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及其制备方法。然而，这仅仅作为本发明的实例而呈现，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，并且可以在本发明范围内对实施方案做出各种修改。
此外，除非在整个本说明书中另有说明，否则术语“包括”“包含”或“含有”是指包括任何构成要素(或构成组分)而没有特别限制，并且其不能被解释为排除添加其他构成要素(或构成组分)的含义。
根据本公开内容的一个实施方案，提供了超吸收性聚合物，其包含：基础树脂粉末，所述基础树脂粉末包含具有至少部分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；和
在基础树脂粉末上的表面交联层，所述表面交联层包含其中第一交联聚合物通过表面交联剂另外交联的第二交联聚合物，
其中超吸收性聚合物包含小于9.9数量％的纵横比小于0.5的超吸收性聚合物颗粒，所述纵横比定义为各超吸收性聚合物颗粒的最短直径/最长直径，
通过涡旋法的涡旋时间为5秒至55秒，以及
表面张力为50mN/m至80mN/m。
本公开内容的一个实施方案的超吸收性聚合物可以根据下述方法来制备：通过在将单体混合物转移至聚合反应器的过程中使单体混合物的转移速率改变为特定范围，然后进行聚合，干燥，粉碎，分选，和表面交联。
作为本发明人的研究的结果，已经发现当改变单体混合物的转移速率时，出现物理发泡，因此可以在减少所使用的发泡剂的量或不使用发泡剂的同时制备表现出发达的多孔结构和优异的吸收速率的超吸收性聚合物。因此，基于这样的发现完成了本发明。
这可能是由于在单体混合物中气体溶解度降低，例如氧气减少，因为通过转移管转移期间改变单体混合物的转移速率时施加至单体混合物的压力瞬间改变。因此，在调节转移速率的步骤中由单体混合物产生许多气泡，并且通过产生的气泡在交联聚合步骤中可以进行发泡聚合。因此，即使不使用发泡剂或使其量减少，也可以通过物理发泡制备具有发达的多孔结构的超吸收性聚合物。
作为大幅减少发泡剂的使用的结果，具有小于0.5的小的纵横比(其为定义为最短直径/最长直径的纵横比)的超吸收性聚合物颗粒的形成比率可以大幅降低为小于9.9数量％、1数量％至9.9数量％、或3数量％至9.7数量％。因此，实际上，不用担心在进行表面交联或与添加剂等混合期间其他物理特性例如吸收性能劣化。此外，由于具有小的纵横比的颗粒的形成比率降低，因此由颗粒的粉碎、分选、或转移期间颗粒受损或破碎引起的超吸收性聚合物的最终物理特性的劣化也可以大幅降低。
因此，一个实施方案的超吸收性聚合物可以在保持优异的物理特性例如吸收性能的同时表现出显著改善的吸收速率，因为其具有通过上述物理发泡形成的多孔结构。
因此，不同于难以同时改善吸收速率和吸收性能的常规常识，一个实施方案的超吸收性聚合物可以在具有更加改善的吸收速率等的同时保持基本吸收性能。因此，其可以优选地应用于具有更薄厚度的卫生材料例如尿布。
在下文中，将更详细地描述一个实施方案的超吸收性聚合物。
此外，本公开内容中的术语“超吸收性聚合物”是指包含如下的超吸收性聚合物：基础树脂粉末，所述基础树脂粉末包含具有至少部分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；和基础树脂粉末上的表面交联层，所述表面交联层包含其中第一交联聚合物通过表面交联剂另外交联的第二交联聚合物。
水溶性烯键式不饱和单体可以为通常用于制备超吸收性聚合物的任何单体。作为非限制性实例，水溶性烯键式不饱和单体可以为由以下化学式1表示的化合物：
[化学式1]
R1-COOM1
在化学式1中，
R1为具有不饱和键的C2至C5烃基，以及
M1为氢原子、一价或二价金属、铵基、或者有机胺盐。
优选地，单体可以为选自以下的至少一者：丙烯酸，甲基丙烯酸，以及所述酸的一价金属盐、二价金属盐、铵盐和有机胺盐。当使用丙烯酸和/或其盐作为水溶性烯键式不饱和单体时，有利于获得具有改善的吸收率的超吸收性聚合物。此外，可以使用选自以下的至少一者作为单体：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-2-甲基丙磺酸的阴离子单体或其盐；(甲基)丙烯酰胺、N-取代的(甲基)丙烯酸酯、2-羟基乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟基丙基(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、或聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯的非离子亲水性单体；以及(N,N)-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯或(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、或其季化合物。
在本文中，水溶性烯键式不饱和单体可以为具有至少部分被中和的酸性基团的那些。优选地，单体可以为经碱性物质例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵等部分中和的那些。
在这方面，单体的中和度可以为40mol％至95mol％、40mol％至85mol％、或45mol％至80mol％。中和度可以根据最终特性变化，但是过高的中和度使被中和的单体析出，因此可能不容易发生聚合。相反地，过低的中和度不仅使聚合物的吸收率劣化，而且还赋予聚合物难以处理的特性，例如弹性橡胶的特性。
‘第一交联聚合物’意指上述水溶性烯键式不饱和单体在内交联剂的存在下进行交联和聚合，以及‘基础树脂粉末’是指包含第一交联聚合物的材料。此外，‘第二交联聚合物’是指第一交联聚合物通过表面交联剂另外交联并因此形成在基础树脂粉末上的材料。稍后将描述表面交联剂。
在一个实施方案的超吸收性聚合物中，由于即使在不使用发泡剂或使其量减少时通过物理发泡聚合等也获得基础树脂粉末，因此基础树脂粉末和超吸收性聚合物颗粒可以具有纵横比相对小的颗粒的最小化的生产比率。更具体地，基于超吸收性聚合物颗粒的总数量，一个实施方案的超吸收性聚合物包含多个超吸收性聚合物颗粒，并且例如，可以以小于9.9数量％、1数量％至9.9数量％、或3数量％至9.7数量％的比率包含具有小于0.5的定义为最短直径/最长直径的纵横比的超吸收性聚合物颗粒。
此时，基础树脂粉末和超吸收性聚合物颗粒的纵横比可以这样获得：例如，如图1所示，通过用电子显微镜对各颗粒进行分析以测量最短直径(a)和最长直径(b)，并且计算各基础树脂粉末和超吸收性聚合物颗粒的纵横比。由以这种方式计算的各颗粒的纵横比数据可以计算纵横比小于0.5的颗粒的以数量计的比率。作为参考，确定基础树脂粉末的纵横比和超吸收性聚合物颗粒的纵横比彼此相等。
由于一个实施方案的超吸收性聚合物通过物理发泡聚合具有发达的多孔结构并且包含显著减少的含量的具有小的纵横比的颗粒，因此表面交联层和/或添加剂可以均匀地形成在全部颗粒上。因此，一个实施方案的超吸收性聚合物可以在保持优异的吸收性能和/或液体渗透率的同时由于发达的多孔结构表现出改善的吸收速率。
此外，当具有小的纵横比的颗粒以减少的含量包含在内时，可以显著减少如下现象：由于在转移超吸收性聚合物或将所述聚合物应用于产品的过程中的物理受损而使超吸收性聚合物颗粒被压碎或使其物理特性劣化。相反地，当包含大量的具有小的纵横比的颗粒时，超吸收性聚合物颗粒的形状变得不均匀，并且包含许多具有相对长的形状的颗粒，使得在转移超吸收性聚合物或将所述聚合物应用于产品的过程中，可能使超吸收性聚合物颗粒物理受损或使其物理特性劣化。
同时，一个实施方案的超吸收性聚合物具有优异的压力下或无压力下吸收性能、和吸收速率，其可以由物理特性例如CRC、AUP、吸收率、涡旋吸收速率、或表面张力来限定。
具体地，一个实施方案的超吸收性聚合物的对盐水(0.9重量％氯化钠水溶液)的30分钟的离心保留容量(CRC)可以为25g/g至35g/g、或26g/g至33g/g。此离心保留容量(CRC)范围可以限定一个实施方案的超吸收性聚合物所表现出的优异的无压力下吸收性能。
对盐水的离心保留容量(CRC)可以在使超吸收性聚合物吸收盐水持续30分钟之后由下式1计算：
[式1]
CRC(g/g)＝{[W2(g)-W1(g)-W0(g)]/W0(g)}
在式1中，
W0(g)为超吸收性聚合物的初始重量(g)，
W1(g)为在室温下将不包含超吸收性聚合物的非织造织物袋浸入生理盐水中30分钟并且通过使用离心机以250G将其脱水3分钟之后测量的重量，以及
W2(g)为在室温下将包含超吸收性聚合物的非织造织物袋浸入生理盐水中30分钟并且通过使用离心机以250G将其脱水3分钟之后测量的重量。
此外，一个实施方案的超吸收性聚合物的在0.7psi下对盐水(0.9重量％氯化钠水溶液)的1小时的压力下吸收率(AUP)可以为22g/g至28g/g、或23g/g至27g/g。此压力下吸收率(AUP)范围可以限定一个实施方案的超吸收性聚合物所表现出的优异的压力下吸收性能。
对盐水的压力下吸收率(AUP)可以在使超吸收性聚合物在0.7psi的压力下吸收盐水持续1小时之后由下式2计算：
[式2]
AUP(g/g)＝[W4(g)-W3(g)]/W0(g)
在式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向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)下吸收盐水一小时之后，超吸收性聚合物的重量和向聚合物提供负荷的装置的重量的总和。
此外，一个实施方案的超吸收性聚合物具有在上述范围内的离心保留容量(CRC)和压力下吸收率(AUP)，从而具有46g/g至63g/g或50g/g至60g/g的由以下方程式1表示的吸收率：
[方程式1]
吸收率＝CRC+AUP
在方程式1中，
CRC为由上式1计算的对盐水(0.9重量％氯化钠水溶液)的30分钟的离心保留容量，以及
AUP为由上式2计算的在0.7psi下对盐水(0.9重量％氯化钠水溶液)的1小时的压力下吸收率。
因此，一个实施方案的超吸收性聚合物表现出优异的吸收性能例如基本吸收率和压力下吸收率，并且可以适当地用于各种卫生材料。
此外，一个实施方案的超吸收性聚合物的表面张力可以为50mN/m至80mN/m、或65mN/m至75mN/m。
这样的表面张力可以例如使用表面张力仪在23±2℃的室温下测量。测量表面张力的具体方法在稍后描述的实施例中描述。
超吸收性聚合物的表面张力是不同于保水容量和压力下吸收率的特性，并且可以是用于评估在包含超吸收性聚合物的尿布中尿液的泄露的量度。表面张力是指在使超吸收性聚合物在盐水中溶胀之后对盐水测量的表面张力。当超吸收性聚合物的表面张力低时，尿液很可能从使用所述超吸收性聚合物制造的尿布中泄露。根据一个实施方案的超吸收性聚合物，通过经由具有适当范围的表面张力以及优异的吸收速率降低泄露的可能性，可以生产出高品质的卫生产品。
同时，一个实施方案的超吸收性聚合物的通过涡旋法的涡旋时间可以为5秒至55秒、或20秒至50秒，其可以限定超吸收性聚合物的优异的吸收速率。
涡旋时间(或吸收速率)可以通过如下来计算：在23℃至24℃下将2g超吸收性聚合物添加到50mL盐水中，以600rpm搅拌磁棒(直径8mm，长度31.8mm)，并且以秒计测量直至涡旋消失的时间。
超吸收性聚合物可以在保持优异的吸收性能和具有发达的多孔结构的同时表现出优异的由上述涡旋时间限定的吸收速率。因此，超吸收性聚合物可以优选地用于具有减少的纤维(例如纸浆)含量的卫生材料中。
同时，在上述一个实施方案的超吸收性聚合物中，基础树脂粉末中包含的第一交联聚合物可以为其中单体在选自以下的至少一种内交联剂的存在下交联和聚合的聚合物：三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、丁基二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、甘油聚缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、和聚丙二醇二缩水甘油醚。此外，还可以使用已知可用于制备超吸收性聚合物的过程中的各种内交联剂。
在上述超吸收性聚合物中，表面交联层包含其中第一交联聚合物通过表面交联剂另外交联的第二交联聚合物。作为表面交联剂，可以使用已知可用于制备超吸收性聚合物的过程中的任何功能化合物。具体地，可以使用选自以下的至少一者：基于多元醇的化合物、基于多环氧的化合物、多胺化合物、卤代环氧化合物、卤代环氧化合物的缩合物、基于唑啉的化合物、和基于碳酸亚烷基酯的化合物。考虑到超吸收性聚合物的液体渗透率和/或凝胶强度，可以更优选地使用具有2至10个碳原子或2至6个碳原子的基于碳酸亚烷基酯的化合物，更具体地，碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸三亚甲酯或碳酸甘油酯。
一个实施方案的超吸收性聚合物的粒径可以为150μm至850μm。更具体地，至少95重量％的基础树脂粉末和包含其的超吸收性聚合物的粒径为150μm至850μm，并且粒径小于150μm的细粉末以小于5重量％、小于3重量％、或小于1重量％包含在内。此时，超吸收性聚合物的粒径可以定义为超吸收性聚合物颗粒的最长直径。
根据本公开内容的另一个实施方案，还提供了超吸收性聚合物的制备方法，其包括以下步骤：制备包含具有至少部分中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体和内交联剂的单体混合物；
使单体混合物沿着直径从一个部分到另一个部分变化的转移管转移至聚合反应器；
使转移至聚合反应器的单体混合物交联和聚合以形成包含第一交联聚合物的水凝胶聚合物；
将水凝胶聚合物凝胶粉碎，干燥，粉碎和分选以形成包含小于9.9数量％的纵横比小于0.5的基础树脂粉末的基础树脂，所述纵横比定义为各基础树脂粉末的最短直径/最长直径；以及
在表面交联剂的存在下使基础树脂粉末的表面进一步交联以形成表面交联层；
其中在单体混合物的转移步骤中，单体混合物在转移管的最小直径部分中具有最大转移速率以及在转移管的最大直径部分中具有最小转移速率，并且最大转移速率与最小转移速率相比为2.5倍或更大。
在另一个实施方案的制备方法中，通过在使单体混合物转移至聚合反应器的过程中改变转移管的直径或其转移速率，将在转移管的最小直径部分中的最大转移速率控制成与在最大直径部分中的最小转移速率相比为2.5倍或更大、或者3倍或更大且5倍或更小、或者4倍或更小。当改变单体混合物的转移速率时，在转移期间施加至单体混合物的压力连续地/瞬间地改变，并且在单体混合物中气体溶解度可以降低，例如氧气可以减少，并因此，可以由单体混合物产生大量气泡。因此，通过产生的气泡在交联聚合步骤中可以进行发泡聚合。因此，根据另一个实施方案的制备方法，即使不使用发泡剂或使其量减少，也可以通过物理发泡制备具有发达的多孔结构和改善的吸收速率的超吸收性聚合物。
作为大幅减少使用发泡剂的结果，在交联聚合之后进行干燥、粉碎和分选可以使具有小于0.5的小的纵横比(其为定义为最短直径/最长直径的纵横比)的基础树脂粉末和超吸收性聚合物颗粒的形成比率大幅降低为小于9.9数量％、1数量％至9.9数量％、或3数量％至9.7数量％。因此，实际上，不用担心在表面交联或与添加剂等混合期间其他物理特性例如吸收性能劣化。
因此，根据另一个实施方案的制备方法，可以制备表现出改善的吸收速率并且保持优异的吸收性能的一个实施方案的超吸收性聚合物。
在下文中，将在各步骤中更详细地描述该制备方法。
首先，另一个实施方案的制备方法包括通过交联聚合形成水凝胶聚合物的步骤。具体地，其是在内交联剂的存在下使包含水溶性烯键式不饱和单体和聚合引发剂的单体混合物热聚合或光聚合以形成水凝胶聚合物的步骤。
单体混合物中包含的水溶性烯键式不饱和单体如上所述。
此外，单体混合物可以包含通常用于制备超吸收性聚合物的聚合引发剂。例如，根据聚合方法，聚合引发剂可以为用于热聚合的引发剂或用于光聚合的引发剂。然而，即使当向其应用光聚合法时，通过UV照射等也产生一定量的热，并且随着聚合反应(放热反应)进行也出现一些热。因此，单体混合物可以另外地包含热聚合引发剂。
例如，光聚合引发剂可以为选自以下的一种或更多种化合物：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。此外，作为酰基膦的具体实例，可以使用商业的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在由Reinhold Schwalm著写的“UV Coatings:Basics,Recent Developments and New Application(Elsevier,2007)”第115页中，其可以参考。
此外，作为热聚合引发剂，可以使用选自以下的一种或更多种引发剂：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。具体地，可以使用过硫酸钠(Na2S2O8)、过硫酸钾(K2S2O8)、过硫酸铵((NH4)2S2O8)等作为基于过硫酸盐的引发剂的实例；以及可以使用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)异丁脒二盐酸盐、2-(氨基甲酰偶氮)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)等作为基于偶氮的引发剂的实例。更多不同的热聚合引发剂充分公开在由Odian著写的“Principle of Polymerization(Wiley,1981)”第203页中，其可以参考。
单体混合物中的聚合引发剂的浓度可以为0.001重量％至1重量％。当聚合引发剂的浓度过低时，聚合速率变慢，并且可能从最终产物中提取出大量残留单体。相反地，当聚合引发剂的浓度高于以上范围时，形成网的聚合物链缩短，因此可提取的组分的含量增加并且压力下吸收率降低，从而使聚合物的物理特性降低。
同时，单体混合物包含用于改善通过水溶性烯键式不饱和单体的聚合获得的聚合物的物理特性的交联剂(“内交联剂”)。交联剂用于使水凝胶聚合物内交联，并且可以与稍后描述的“表面交联剂”分开使用。由于上文已经描述了内交联剂的种类，因此将省略其另外的描述。
基于100重量份的包含内交联剂和单体的单体混合物，内交联剂的总含量可以为0.01重量份至2重量份、或0.05重量份至1.8重量份。在所述内交联剂的含量范围内，通过以适当水平在超吸收性聚合物内实现交联密度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。然而，当内交联剂的含量太大时，超吸收性聚合物的基本吸收性能可能劣化。
同时，当需要改善吸收速率等时，上述单体混合物还可以包含发泡剂。然而，如上文已经描述的，即使以比之前显著减少的含量使用发泡剂，另一个实施方案的方法也可以制备具有高度发达的多孔结构和吸收速率的超吸收性聚合物。
发泡剂在聚合期间可以引起化学发泡以在水凝胶聚合物中形成更多孔。例如，可以使用基于碳酸盐的发泡剂，并且其具体实例包括：碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钙、碳酸钙、碳酸氢镁和碳酸镁。
此外，基于100重量份的基于丙烯酸的单体，发泡剂可以以0重量份至1.0重量份、0重量份至0.5重量份、或0.01重量份至0.1重量份的浓度添加。当发泡剂的量增加时，超吸收性聚合物的吸收性能可能劣化。
此外，单体混合物还可以包含表面活性剂以优化孔形成。表面活性剂可以用于在保持形成在单体混合物中的气泡的形状的同时使气泡在聚合物的整个面积上均匀分布。因此，通过另外使用表面活性剂，可以进一步改善超吸收性聚合物的吸收速率。
作为表面活性剂，可以使用已经用于超吸收性聚合物的发泡聚合的任何组分，并且例如，可以使用阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。
基于100重量份的基于丙烯酸的单体，表面活性剂可以以0.001重量份至0.1重量份、或0.002重量份至0.03重量份的浓度添加。当表面活性剂的浓度太低时，使气泡稳定的作用不显著并且难以实现改善吸收速率的效果。相反地，当浓度太高时，超吸收性树脂的表面张力可能降低，导致水从尿布中泄露。
如果需要，单体混合物还可以包含添加剂，例如增稠剂、增塑剂、保存稳定剂、抗氧化剂等。
原料(例如单体、聚合引发剂、和内交联剂)可以以溶解在溶剂中的溶液的形式制备。
此时，可以没有限制地使用可以溶解组分的任何溶剂。例如，可以使用水、乙醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、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、二乙二醇单甲醚、二乙二醇乙醚、甲苯、二甲苯、丁内酯、卡必醇、甲基溶纤剂乙酸酯、N,N-二甲基乙酰胺或其混合物。
溶剂可以以除以上组分之外的剩余量包含在单体混合物中。
在通过将上述组分混合形成单体混合物之后，可以在改变单体混合物的转移速率的同时使单体混合物通过转移管转移至聚合反应器。更具体地，在单体混合物的转移步骤中，改变转移管的直径和单体混合物的转移速率，使得在转移管的最小直径部分中的最大转移速率与在最大直径部分中的最小转移速率相比可以为2.5倍或更大、或者3倍或更大且10倍或更小、或者8倍或更小。
如上所述，由于在单体混合物的转移期间通过改变转移管的直径或转移速率来控制施加至单体混合物的压力，因此可以使单体混合物中的气体溶解度降低，例如使氧气减少。因此，由单体混合物产生许多气泡，并且通过产生的气泡在交联聚合步骤中可以进行发泡聚合。因此，可以通过物理发泡制备具有发达的多孔结构的超吸收性聚合物。
在将最大转移速率控制为小于最小转移速率的2.5倍时，物理发泡和发泡聚合可能无法适当地进行，因此，超吸收性聚合物的多孔结构和吸收速率可能无法适当地实现。相反地，在将最大转移速率控制得太大时，附加的发泡效果不显著并且无法适当地控制转移速率，这可能在过程中引起困难。
同时，通过调节转移管的直径或单体混合物的流量以改变转移速率可以满足上述最大转移速率与最小转移速率之间的关系。例如，使单体混合物沿着直径从一个部分到另一个部分变化的转移管转移，并且具体地，转移管的直径可以沿着转移路径而减小。因此，单体混合物可以被控制成在转移管的最小直径部分中具有最大转移速率。
在一个更具体的实例中，转移管可以在最小直径部分中具有0.002m至0.01m、或0.005m至0.009m的直径，以及在最小直径部分之前的最大直径部分中具有0.011m至0.020m、或0.012m至0.016m的直径。考虑到用于实现超吸收性聚合物的适当生产率的单体混合物的流量、上述转移速率之间的关系等，可以将转移管的直径适当地确定在上述范围内。
在超吸收性聚合物的制备中，为了实现适当的生产率并且控制转移速率之间的关系，可以使单体混合物以100kg/小时至15000kg/小时、100kg/小时至13000kg/小时、或110kg/小时至1000kg/小时的流量通过转移管转移。在使单体混合物以这样的流量转移时，通过在上述范围内改变转移管的直径可以调节根据另一个实施方案的转移速率之间的关系。因此，通过优化物理发泡的程度可以制造表现出发达的多孔结构和优异的吸收速率的超吸收性聚合物。
同时，通过控制流量和转移管的直径，可以使单体混合物以0.45m/秒至2.5m/秒、或0.7m/秒至2.2m/秒的最大转移速率在转移管的最小直径部分中进行转移，以及以0.1m/秒至0.5m/秒、或0.1m/秒至0.4m/秒、或0.2m/秒至0.4m/秒的最小转移速率在转移管的最大直径部分中进行转移。
在通过上述方法使单体混合物物理发泡的同时转移至聚合反应器之后，单体混合物可以热聚合或光聚合以形成水凝胶聚合物。聚合步骤的方法/条件没有特别限制，并且可以与超吸收性聚合物的一般聚合条件和方法一致。
具体地，根据聚合的能量来源，聚合方法主要分为热聚合和光聚合。在热聚合的情况下，其一般在具有搅拌轴的反应器(例如捏合机)中进行。在光聚合的情况下，其可以在配备有可移动传送带的反应器中进行。
例如，可以通过将单体混合物引入配备有搅拌轴的反应器(例如捏合机)中，并且供给热空气或加热反应器以进行热聚合来获得水凝胶聚合物。此时，根据设置在反应器中的搅拌轴的形状，可以将水凝胶聚合物以数毫米至数厘米的颗粒的形式排出到反应器出口。具体地，根据待注入的单体混合物的浓度和注入速率，可以以各种形式获得水凝胶聚合物，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，当在配备有可移动传送带的反应器中进行单体混合物的光聚合时，可以获得片形式的水凝胶聚合物。此时，片的厚度可以根据待注入的单体混合物的浓度和注入速率变化，并且优选地将厚度调节为0.5cm至10cm以使整个片均匀地聚合来确保生产速度等。
在通过上述交联聚合形成水凝胶聚合物之后，对具有受控水分含量的水凝胶聚合物进行凝胶粉碎。
用于凝胶粉碎的粉碎机没有特别限制。具体地，其可以包括选自以下的至少一者：立式粉碎机、涡轮切割机、涡轮研磨机、旋转式切碎机(rotary cutter mill)、切碎机(cutter mill)、盘式磨机、碎片破碎机、破碎机、切碎机(chopper)和盘式切割机，但其不限于此。
可以进行凝胶粉碎使得水凝胶聚合物的粒径为0.01mm至50mm、或0.01mm至30mm。为了提高干燥效率，优选地使水凝胶聚合物粉碎成具有50mm或更小的粒径。然而，由于过度粉碎可能引起颗粒之间的聚集，因此优选地将水凝胶聚合物粉碎成具有0.01mm或更大的粒径。
此外，由于水凝胶聚合物的凝胶粉碎在相对低的水分含量下进行，因此可能出现水凝胶聚合物粘附至凝胶粉碎机的表面的现象。为了使该现象最小化，如果需要，可以向水凝胶聚合物中添加蒸汽；水；表面活性剂；抗团聚剂(例如，粘土、二氧化硅等)；基于过硫酸盐的引发剂；基于偶氮的引发剂；过氧化氢；热聚合引发剂；基于环氧化合物的交联剂；基于二醇的交联剂；包含丙烯酸酯的二官能、三官能或更高官能的交联剂；包含羟基的单官能交联剂；等等。
在凝胶粉碎之后，可以对水凝胶聚合物进行干燥。更具体地，干燥过程可以在120℃至250℃、140℃至200℃、或150℃至200℃的温度下进行。此时，干燥温度可以定义为在干燥过程中供给的用于进行干燥的热介质的温度或者包含热介质和聚合物的干燥器内部的温度。当干燥温度低并且干燥时间长时，过程效率可能降低，因此为防止这样，干燥温度优选地为120℃或更高。当干燥温度太高时，水凝胶聚合物的表面被过度干燥而在随后的粉碎步骤中产生细粉末，并且最终制备的聚合物的物理特性可能降低。因此，为了防止这样，干燥温度优选地为250℃或更低。
在本文中，干燥步骤中的干燥时间没有特别限制，但是考虑到过程效率和聚合物的物理特性，可以在以上干燥温度范围内调节为20分钟至90分钟。
可以使用常规介质进行干燥。例如，可以通过热空气供应、红外照射、微波照射、或UV射线照射的方法进行干燥。
此外，优选进行这样的干燥使得经干燥的聚合物的水分含量为0.1重量％至10重量％。当经干燥的聚合物的水分含量小于0.1重量％时，由于过度干燥，可能出现制造成本增加和交联聚合物的劣化，这不是优选的。此外，当经干燥的聚合物的水分含量超过10重量％时，经干燥的聚合物可以在随后的过程中粘附至转移路径，这不是优选的。
在干燥之后，可以对经干燥的聚合物进行粉碎，由此可以将聚合物的粒径和表面积调节至适当的范围。可以进行粉碎使得经粉碎的聚合物的粒径为150μm至850μm。此时，粒径也可以定义为各聚合物颗粒的最长直径，并且在下文中也是相同的。
可以使用针磨机、锤磨机、螺旋式磨机、辊磨机、盘式磨机、或点动式磨机作为粉碎机。
此外，为了控制最终商品化的超吸收性聚合物的特性，还可以进行从通过粉碎步骤获得的聚合物颗粒中选择性地分选粒径为150μm至850μm的颗粒的步骤。
在如上所述通过分选过程制备的基础树脂粉末中，定义为最短直径/最长直径的纵横比小于0.5的基础树脂粉末的形成比率可以大幅降低为小于9.9数量％、1重量％至9.9数量％、或3数量％至9.7数量％。因此，实际上，不用担心在表面交联或与添加剂等混合期间其他物理特性例如吸收性能劣化。
在通过上述分选过程制备基础树脂粉末之后，在对基础树脂粉末进行热处理的同时可以在表面交联剂的存在下通过表面交联形成超吸收性聚合物颗粒。表面交联步骤是在表面交联剂的存在下在基础树脂粉末的表面上诱导交联反应的步骤，并且通过表面交联可以在基础树脂粉末的表面上形成表面改性层(表面交联层)。
由于上文已经描述了表面交联剂的类型，因此将省略其另外的描述。
此外，表面交联剂的量可以根据交联剂的类型或反应条件适当地调节，并且基于100重量份的基础树脂粉末，可以优选地为0.001重量份至5重量份。当表面交联剂的量过小时，表面改性可能无法适当地进行，并且最终聚合物的物理特性可能劣化。相反地，当使用过量的表面交联剂时，由于过度的表面交联反应而可能使聚合物的基本吸收性能大大降低，这是不期望的。
同时，除了表面交联剂之外，上述表面交联步骤还可以使用选自以下的至少一者：多价金属盐例如铝盐，更具体地，铝的盐酸盐、钠盐、铵盐、钾盐、和硫酸盐。
由于还使用多价金属盐，因此可以进一步改善通过一个实施方案的方法制备的超吸收性聚合物的液体渗透率。多价金属盐可以与表面交联剂一起添加到表面交联溶液中，并且基于100重量份的基础树脂粉末，可以以0.01重量份至4重量份的量使用。
同时，可以使用包含作为液体介质的水和/或亲水性有机溶剂(例如，基于醇的极性有机溶剂如甲醇)、和上述表面交联剂的表面交联溶液进行表面交联过程。此时，可以基于100重量份的基础树脂粉末适当地调节水和亲水性有机溶剂的含量以在优化表面交联剂的表面渗透深度的同时诱导表面交联溶液的均匀分散并防止基础树脂粉末的团聚。
将上述表面交联溶液添加到基础树脂粉末中的方法没有特别限制。例如，将表面交联溶液和基础树脂粉末在反应槽中混合，将表面交联溶液喷洒在基础树脂粉末上，或者将基础树脂粉末和表面交联溶液连续供给至连续操作的混合器，然后进行混合。
对于添加有表面交联溶液的基础树脂粉末可以在140℃至200℃或170℃至195℃的最大反应温度下进行表面交联反应5分钟至60分钟、10分钟至50分钟、或20分钟至45分钟。更具体地，可以通过在10分钟或更长、或者10分钟至30分钟内将20℃至130℃、或40℃至120℃的初始温度提高至最高反应温度，并且在最高温度下保持5分钟至60分钟以进行热处理来进行表面交联步骤。
当满足这些表面交联条件(特别地，提高温度的条件和在最高温度下的反应条件)时，可以更有效地制备满足一个实施方案的物理特性的超吸收性聚合物。
用于表面交联反应的加热手段没有特别限制。可以向其提供热介质或直接向其提供热源。此时，可用的热介质可以为经加热的流体例如蒸汽、热空气、热油等，但是本发明不限于此。此外，考虑到热介质的手段、加热速度、和加热的目标温度，可以适当地选择向其提供的热介质的温度。同时，可以使用电加热器或气体加热器作为直接提供的热源，但是本发明不限于此。
根据上述制备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容量和压力下吸收率，并且满足改善的吸收速率，从而满足一个实施方案的各种物理特性。因此，超吸收性聚合物可以适当地用于卫生材料例如尿布中，特别是具有降低的纸浆含量的超薄卫生材料中。
有益效果
根据本公开内容的超吸收性聚合物可以在保持优异的基本吸收性能的同时表现出改善的吸收速率，并因此，其可以优选地应用于具有更薄的厚度的卫生材料例如尿布中。
附图说明
图1是示出用于限定和测量一个实施方案的超吸收性聚合物中的超吸收性聚合物颗粒的纵横比的方法的一个实例的电子显微镜图。
具体实施方式
在下文中，将参照实施例更详细地描述本发明。然而，这些实施例仅出于举例说明目的，并且本发明不旨在受这些实施例限制。
实施例1
作为超吸收性聚合物制造设备，使用包括聚合过程、水凝胶粉碎过程、干燥过程、粉碎过程、分选过程、表面交联过程、冷却过程、分选过程、和连接每个过程的输送过程的连续制造设备。
将0.4重量份的作为内交联剂的聚乙二醇二丙烯酸酯(重均分子量：约500g/mol)、0.01重量份的作为表面活性剂的月桂基硫酸钠、和0.01重量份的作为光引发剂的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦与100重量份的丙烯酸混合以制备单体溶液。随后，在将单体溶液连续供给至计量泵的同时，将160重量份的24重量％氢氧化钠水溶液连续线混合以制备单体水溶液。此外，将6重量份的4重量％过硫酸钠水溶液连续线混合以制备单体混合物。
首先通过直径(最大直径部分)为0.015m的单个管以240kg/小时的流量引入单体混合物。其次，通过直径变为0.008m的单个管(最小直径部分)连续地转移单体混合物。在该转移过程中，各部分的转移速率总结在下表1中。
通过该转移，将单体水溶液引入配备有可移动传送带的聚合反应器中，并且通过UV照射装置照射紫外线(照射量：2mW/cm2)进行UV聚合2分钟以制备水凝胶聚合物。
在将水凝胶切割成具有约300mm或更小的平均尺寸之后，将其放入粉碎机(配备有包括复数个直径为10mm的孔的多孔板)并且进行粉碎。
随后，在能够向上和向下改变风的方向的干燥器中干燥经粉碎的水凝胶。通过使180℃的热空气自底部向顶部流动15分钟使得经干燥的粉末的水分含量为约2％或更小，然后自顶部向底部流动15分钟而使水凝胶均匀地干燥。
使用粉碎机粉碎经干燥的聚合物，然后进行分选以获得尺寸为150μm至850μm的基础树脂。
其后，将6g包含3重量份的碳酸亚乙酯的表面交联水溶液喷洒在100重量份的所制备的基础树脂粉末上，并且在室温下搅拌以将表面交联溶液均匀地混合在基础树脂粉末上。随后，将混合有表面交联溶液的基础树脂粉末放置在表面交联反应器中以进行表面交联反应。
操作表面交联反应器使得从接近80℃的初始温度逐渐加热基础树脂粉末以在30分钟之后达到190℃的最高温度。在达到最高温度之后，使反应进一步进行15分钟，然后取出最终生产的超吸收性聚合物的样品。在表面交联过程之后，使用ASTM标准筛对超吸收性聚合物进行分选以制备粒径为150μm至850μm的实施例1的超吸收性聚合物。
通过电子显微镜(参见图1，等)分析通过以上方法获得的基础树脂和超吸收性聚合物以计算各基础树脂粉末和超吸收性聚合物颗粒的纵横比(a/b)。其后，测量全部基础树脂粉末和超吸收性聚合物颗粒中的纵横比小于0.5的颗粒的比率(数量％)。作为测量的结果，全部基础树脂粉末和超吸收性聚合物颗粒中的纵横比小于0.5的颗粒的比率示于下表1中。
实施例2
以与实施例1中相同的方式制备实施例2的超吸收性聚合物，不同之处在于如下表1所示，在单体混合物的转移期间，将单个管(转移管)的在最小直径部分中的直径变为0.006m以调节在相应部分中的最大转移速率。
实施例3
以与实施例1中相同的方式制备实施例3的超吸收性聚合物，不同之处在于如下表1所示，将单体混合物的流量调节为400kg/小时以调节在各部分中的单体混合物的转移速率。
实施例4
以与实施例1中相同的方式制备实施例4的超吸收性聚合物，不同之处在于单体混合物中包含0.005重量份的表面活性剂。
实施例5
以与实施例1中相同的方式制备实施例5的超吸收性聚合物，不同之处在于首先使单体混合物通过直径(最大直径部分)为0.015m的单个管以240kg/小时的流量引入，并且通过直径变为0.002m的单个管(最小直径部分)连续地转移。在该转移过程中，在各部分中的转移速率总结在下表1中。
比较例1
以与实施例1中相同的方式制备比较例1的超吸收性聚合物，不同之处在于如下表1所示，在单体混合物的转移期间，将单个管(转移管)的在最小直径部分中的直径变为0.012m以调节在相应部分中的最大转移速率。
比较例2
以与实施例1中相同的方式制备比较例2的超吸收性聚合物，不同之处在于如下表1所示，在单体混合物的转移期间，将单个管(转移管)的在最小直径部分中的直径变为0.015m以调节在相应部分中的最大转移速率。
比较例3
以与比较例2中相同的方式制备比较例3的超吸收性聚合物，不同之处在于包含0.02重量份的表面活性剂，并且在单体混合物中进一步混合0.1重量％碳酸氢钠发泡剂。
实验例
以以下方式测量和评估实施例和比较例中制备的各超吸收性聚合物的特性以及制造过程中的各种特性。
(1)单体水溶液的转移速率(m/秒)
通过由转移管的在转移部分中的直径获得截面面积并且测量在同一部分中的单体混合物的流量由以下方程式计算单体水溶液的转移速率：
转移速率(m/秒)＝流量(m3/小时)/截面面积(m2)
(2)基础树脂粉末和超吸收性聚合物颗粒的纵横比和颗粒分布的测量
如图1所示，通过电子显微镜计算各粉末/颗粒的最短直径(a)和最长直径(b)，并且由此测量各粉末/颗粒的纵横比。其后，计算各实施例/比较例中获得的全部粉末/颗粒中的纵横比小于0.5的粉末/颗粒的数量的比率(数量％)。
(3)离心保留容量(CRC)
根据EDANA(European Disposables and Nonwovens Association，欧洲一次性用品和非织造布协会)WSP 241.3方法测量无负荷条件下吸收率的离心保留容量(CRC)。在将W0(g，约0.2g)超吸收性聚合物均匀地插入非织造织物包封物中并将其密封之后，在室温下将其浸入盐水(0.9重量％氯化钠水溶液)中。在30分钟之后，将包封物以250G离心3分钟以进行排水，并且测量包封物的重量W2(g)。此外，在不使用超吸收性聚合物的情况下进行相同的操作之后，测量包封物的重量W1(g)。然后，通过使用所获得的重量值根据下式1计算CRC(g/g)。
[式1]
CRC(g/g)＝{[W2(g)-W1(g)-W0(g)]/W0(g)}
(4)压力下吸收率(AUP)
根据EDANA(European Disposables and Nonwovens Association，欧洲一次性用品和非织造布协会)WSP 242.3方法测量实施例和比较例中制备的各超吸收性聚合物的压力下吸收率(AUP)。
首先，将400目不锈钢筛网安装在内径为60mm的塑料圆筒底部。在23±2℃的温度和45％的相对湿度下将W0(g，0.90g)各实施例1至6和比较例1至4中制备的聚合物均匀散布在筛网上。其后，将可以均匀地提供4.83kPa(0.7psi)的负荷的活塞放置在聚合物上。在本文中，活塞的外径略小于60mm，与圆筒的内壁没有间隙，并且不妨碍圆筒的上下运动。此时，测量装置的重量W3(g)。
随后，将直径为125mm且厚度为5mm的玻璃过滤器放置在直径为150mm的培养皿中，并且在皿中倒入盐水(0.9重量％氯化钠)。此时，倒入盐水直至盐水的表面水平面变得与玻璃过滤器的上表面相当。在将测量装置安装在玻璃过滤器上之后，在负荷下吸收液体1小时。在1小时之后，提起测量装置，并且测量重量W4(g)。
然后，通过使用所获得的重量值根据下式2计算AUP(g/g)。
[式2]
AUP(g/g)＝[W4(g)-W3(g)]/W0(g)
在式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向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)下吸收盐水一小时之后，超吸收性聚合物的重量和向聚合物提供负荷的装置的重量的总和。
(5)通过涡旋法的吸收速率(涡旋时间)
根据国际专利公开第1987-003208号中公开的方法以秒计测量实施例和比较例的各超吸收性聚合物的吸收速率(涡旋时间)。
具体地，通过如下计算吸收速率(或涡旋时间)：在23℃至24℃下将2g超吸收性聚合物添加到50mL盐水中，以600rpm搅拌磁棒(直径8mm，长度31.8mm)，并且以秒计测量直至涡旋消失的时间。
(6)超吸收性聚合物的表面张力
所有步骤均在恒温恒湿室(温度23±0.5℃，相对湿度45±0.5％)中进行。将150g由0.9重量％氯化钠构成的盐水放置在250mL烧杯中并用磁棒搅拌。向搅拌的溶液中添加1.0g超吸收性聚合物，搅拌3分钟，然后使其静置15分钟或更长使得溶胀的超吸收性聚合物沉降在底部。
其后，用移液管提取上清液(紧接在表面的下方的溶液)并转移至另一个干净杯以使用表面张力仪(Kruss K11/K100)测量表面张力。
通过以上方法测量的实施例1至5和比较例1至3的物理特性总结在下表1中。
[表1]
参照表1，在单体水溶液的转移期间转移速率受控的实施例1至5的超吸收性聚合物表现出等于或高于比较例的那些的保水容量、压力下吸收率、和表面张力，以及改善的吸收速率。
在比较例3中确定，由于使用发泡剂和表面活性剂，因此吸收速率被改善到一定程度，但是与实施例相比吸收率降低。此外，由于比较例3中以大的量包含具有小的纵横比的颗粒，因此在转移超吸收性聚合物或将所述聚合物应用于产品的过程中，预期颗粒破碎或物理特性劣化非常显著。

Claims (9)

1.一种超吸收性聚合物的制备方法，包括以下步骤：
制备包含具有至少部分中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体、内交联剂和表面活性剂的单体混合物；
使所述单体混合物沿着直径从一个部分到另一个部分变化的转移管转移至聚合反应器，所述转移管的直径沿着转移路径而减小；
使转移至所述聚合反应器的所述单体混合物交联和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凝胶粉碎，干燥，粉碎和分选以形成包含小于9.9数量％的纵横比小于0.5的基础树脂粉末的基础树脂，所述纵横比定义为各基础树脂粉末的最短直径/最长直径；以及
在表面交联剂的存在下使所述基础树脂粉末的表面进一步交联以形成表面交联层；
其中在所述单体混合物的转移步骤中，所述单体混合物在所述转移管的最小直径部分中具有最大转移速率以及在所述转移管的最大直径部分中具有最小转移速率，并且所述最大转移速率与所述最小转移速率相比为2.5倍或更大，以及
其中所述表面交联剂包括基于碳酸亚烷基酯的化合物。
2.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物的制备方法，
其中使所述单体混合物在所述转移管的所述最小直径部分中以0.45m/秒至2.5m/秒的速率转移，以及在所述转移管的所述最大直径部分中以0.1m/秒至0.4m/秒的速率转移。
3.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物的制备方法，
其中所述转移管在所述最小直径部分中具有0.002m至0.01m的直径，以及在所述最小直径部分之前的所述最大直径部分中具有0.011m至0.020m的直径。
4.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物的制备方法，
其中使所述单体混合物以100kg/小时至15000kg/小时的流量通过所述转移管转移。
5.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物的制备方法，
其中在所述单体混合物的转移期间通过所述转移速率的改变在所述单体混合物中产生气泡，并且通过所产生的气泡在交联聚合步骤中进行发泡聚合。
6.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物的制备方法，
其中所述表面交联步骤通过在10分钟至30分钟内将20℃至130℃的初始温度提高至140℃至200℃的最高温度并且在所述最高温度下保持5分钟至60分钟以进行热处理来进行。
7.一种通过根据权利要求1所述的超吸收性聚合物的制备方法制备的超吸收性聚合物，包含：基础树脂粉末，所述基础树脂粉末包含具有至少部分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；和
所述基础树脂粉末上的表面交联层，所述表面交联层包含其中所述第一交联聚合物通过表面交联剂另外交联的第二交联聚合物，
其中所述超吸收性聚合物包含小于9.9数量％的纵横比小于0.5的超吸收性聚合物颗粒，所述纵横比定义为各超吸收性聚合物颗粒的最短直径/最长直径，
其中所述表面交联剂包括基于碳酸亚烷基酯的化合物，
所述超吸收性聚合物的通过涡旋法的涡旋时间为5秒至55秒，
所述超吸收性聚合物的表面张力为50mN/m至80mN/m，以及
所述超吸收性聚合物的AUP为22g/g至28g/g，以及
其中所述AUP为在0.7psi下对0.9重量％氯化钠水溶液的1小时的压力下吸收率。
8.根据权利要求7所述的超吸收性聚合物，
其中所述超吸收性聚合物的由以下方程式1表示的吸收率为46g/g至63g/g：
[方程式1]
吸收率＝CRC+AUP
在方程式1中，
CRC为对0.9重量％氯化钠水溶液的30分钟的离心保留容量，以及
AUP为在0.7psi下对0.9重量％氯化钠水溶液的1小时的压力下吸收率。
9.根据权利要求8所述的超吸收性聚合物，
其中所述CRC为25g/g至35g/g。
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