CN112888717A - 超吸收性聚合物组合物以及用于制备其的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开内容涉及超吸收性聚合物组合物以及用于制备其的方法。更具体地,根据本公开内容的超吸收性聚合物组合物以及用于制备其的方法,可以提供具有改善的抗结块效率而不使吸收性能劣化的超吸收性聚合物组合物。
Description
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年9月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0120645号和于2020年7月14日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0087106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组合物以及用于制备其的方法。更具体地,本公开内容涉及具有改善的抗结块效率而不使吸收性能劣化的超吸收性聚合物组合物、以及用于制备其的方法。
背景技术
超吸收性聚合物(Super absorbent polymer,SAP)是可以吸收自身重量的500倍至1000倍水分的合成聚合物材料,并且根据开发公司还被不同地命名为超吸收性材料(super absorbency material,SAM)、吸收性凝胶材料(absorbent gel material,AGM)等。超吸收性聚合物开始商品化为卫生用品,并且目前,其被广泛用作土壤用保水材料、土木工程和建筑用止水材料、育苗用片材、食品流通领域的保鲜剂、敷剂材料等。
这样的超吸收性聚合物被广泛地用于卫生商品例如尿布或卫生巾等的领域。在卫生商品中,超吸收性聚合物通常在分布在浆料中的同时包含在内。然而,近来持续努力提供厚度更薄的卫生用品例如尿布,并且作为这的一部分,正在积极进行开发浆料含量减少的尿布、或其中根本不使用浆料的无浆尿布。
因此,在浆料含量减少的卫生用品或无浆卫生用品中,超吸收性聚合物以相对高的比率包含在内,因此超吸收性聚合物颗粒不可避免地包含在卫生商品中的多个层中。超吸收性聚合物应当表现出高吸收性能,使得包含在多个层中的全部超吸收性聚合物颗粒可以更有效地吸收大量的液体,例如尿液等。
同时,超吸收性聚合物在表面上包含许多亲水性部分,以便表现出高的对液体特别是水的吸收性,并且由于这样的亲水性部分,当暴露于空气时,其吸收包含在空气中的水分,因此在超吸收性聚合物颗粒之间产生聚集和结块。
因此,为了防止超吸收性聚合物颗粒之间的聚集和结块,已经考虑添加抗结块剂,但是当使用抗结块剂时,超吸收性聚合物的吸收性能劣化。
因此,持续需要开发能够防止超吸收性聚合物颗粒之间的结块而不使吸收性能劣化的超吸收性聚合物技术。
发明内容
技术问题
本公开内容的一个目的是通过同时包含特定结构的第一疏水性材料和第二疏水性材料来提供具有改善的抗结块效率而不使吸收性能劣化的超吸收性聚合物组合物。
本公开内容的另一个目的是提供用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,其中制备水凝胶聚合物,然后与疏水性组合物一起研磨,从而向制备的超吸收性聚合物颗粒的表面的至少一部分赋予疏水性,由此防止结块,并且在疏水性组合物中包含具有不同疏水特性的两种疏水性材料,从而防止吸收性能劣化。
技术方案
为了实现所述目的,提供了超吸收性聚合物组合物,其包含:
超吸收性聚合物颗粒,所述超吸收性聚合物颗粒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交联聚合物;
第一疏水性材料;和
第二疏水性材料。
其中第一疏水性材料包括由以下化学式1表示的羧酸或其盐,以及第二疏水性材料包括由以下化学式2表示的羧酸或其盐:
[化学式1]
在化学式1中,
x为10至20的整数,
[化学式2]
在化学式2中,
y为5至15的整数,以及
z为1至10的整数。
此外,提供了用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,其包括以下步骤:
在内交联剂和聚合引发剂的存在下,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,以形成水凝胶聚合物;
向水凝胶聚合物中引入包含第一疏水性材料和第二疏水性材料的疏水性组合物并进行研磨,以制备包含湿的超吸收性聚合物颗粒和疏水性组合物的经研磨的产物;以及
将经研磨的产物干燥以制备包含超吸收性聚合物颗粒、第一疏水性材料和第二疏水性材料的超吸收性聚合物组合物。
有益效果
根据本公开内容的超吸收性聚合物组合物,可以改善抗结块效率而不使吸收性能劣化。
此外,根据本公开内容的超吸收性聚合物的制备方法,当在引入包含具有不同疏水特性的两种疏水性材料的疏水性组合物的同时研磨水凝胶聚合物时,在制备的超吸收性聚合物颗粒之间不会发生结块,因此即使在高的温度和湿度环境下也可以防止结块。
具体实施方式
本文所用的术语仅用于说明具体实施方案,并不旨在限制本公开内容。除非明确指出或从上下文中显而易见不旨在如此,否则单数表述包括其复数表述。如本文所用,术语“包括”或“具有”等旨在表示存在实用的特征、数字、步骤、构成要素或其组合,并且它们不旨在排除存在或添加一个或更多个其他特征、数字、步骤、构成要素或其组合的可能性。
虽然可以对本公开内容进行各种修改,并且本公开内容可以具有各种形式,但是以下将详细地例示和说明具体实例。然而,应当理解,这些不旨在将本公开内容限于具体的公开内容,并且在不脱离本公开内容的精神和技术范围的情况下,本公开内容包括其所有修改、等同方案或替换方案。
虽然可以对本公开内容进行各种修改,并且本公开内容可以具有各种形式,但是以下将详细地例示和说明具体实例。然而,应当理解,这些不旨在将本公开内容限于具体的公开内容,并且在不脱离本公开内容的精神和技术范围的情况下,本公开内容包括其所有修改、等同方案或替换方案。
在下文中,将详细说明根据本公开内容的具体实施方案的用于制备超吸收性聚合物的方法和超吸收性聚合物。
首先,本说明书中的技术术语仅用于提及具体实施方案,并且除非对它们特别提及,否则它们不旨在限制本公开内容。此外,除非明确指出或从上下文中显而易见不旨在如此,否则本文所用的单数表述可以包括其复数表述。
根据本发明的一个实施方案,提供了超吸收性聚合物组合物,其包含:超吸收性聚合物颗粒,所述超吸收性聚合物颗粒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交联聚合物;第一疏水性材料;和第二疏水性材料。
其中第一疏水性材料包括由以下化学式1表示的羧酸或其盐,以及第二疏水性材料包括由以下化学式2表示的羧酸或其盐:
[化学式1]
在化学式1中,
x为10至20的整数,
[化学式2]
在化学式2中,
y为5至15的整数,以及
z为1至10的整数。
根据本发明的另一个实施方案,提供了用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,其包括以下步骤:在内交联剂和聚合引发剂的存在下,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,以形成水凝胶聚合物;向水凝胶聚合物中引入包含第一疏水性材料和第二疏水性材料的疏水性组合物并进行研磨,以制备包含湿的超吸收性聚合物颗粒和疏水性组合物的经研磨的产物;以及将经研磨的产物干燥以制备包含超吸收性聚合物颗粒、第一疏水性材料和第二疏水性材料的超吸收性聚合物组合物。
如本文所用,术语“聚合物”意指水溶性烯键式不饱和单体的聚合状态,并且可以包括任何含水量范围或粒径范围的聚合物。在聚合物中,在干燥之前的含水量为约30重量%或更大的聚合物可以被称为水凝胶聚合物,并且这样的水凝胶聚合物的经研磨和干燥的颗粒可以被称为交联聚合物。
此外,术语“超吸收性聚合物颗粒”是指包含交联聚合物的颗粒物质,所述交联聚合物是由包含至少部分被中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体聚合的,并且是通过内交联剂而交联的。
此外,根据上下文,术语“超吸收性聚合物颗粒”意指包含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物、或由通过研磨交联聚合物而形成的超吸收性聚合物颗粒构成的呈粉末形式的基础聚合物,或者其用于包括制造成适合用于通过另外的过程(例如表面交联、细颗粒再组装、干燥、研磨、筛分等)产品化的交联聚合物或基础聚合物。因此,术语“超吸收性聚合物”可以被解释为包括包含超吸收性聚合物的组合物,即复合超吸收性聚合物颗粒。
通常,作为在内交联剂的存在下通过水溶性烯键式不饱和单体的聚合而制备的交联聚合物的超吸收性聚合物,由于剩余未聚合的酸性基团(-COOH)和/或被中和的酸性基团(-COO-)而具有亲水性表面。由于表面的亲水性,超吸收性聚合物在暴露于空气期间吸收空气中的水分,因此,通过存在于超吸收性聚合物颗粒之间的水而产生颗粒之间的毛细管力、氢键合、颗粒间扩散或范德华力等,并且产生颗粒之间不可逆的聚集。此外,在超吸收性聚合物的制备过程期间必须使用水,但是由于过程期间颗粒之间的聚集,需要另外的研磨过程。
因此,发明人确定,在制备水凝胶聚合物之后添加具有不同疏水特性的两种疏水性材料并一起研磨的情况下,可以为制备的超吸收性聚合物颗粒的表面的一部分赋予疏水性,从而防止结块,并且由于表现出不同疏水特性的疏水性材料,可以防止吸收性能劣化,并且完成了本公开内容。
具体地,由化学式1表示的第一疏水性材料和由化学式2表示的第二疏水性材料二者同时具有通过线性烷基的疏水性官能团和通过羧基的亲水性官能团。因此,在将它们与水凝胶聚合物一起研磨的情况下,疏水性材料的亲水性官能团被吸附至存在于超吸收性聚合物颗粒的表面上的亲水性部分,并且由于疏水性材料的线性烷基,吸附有疏水性材料的颗粒的表面表现出疏水性。因此,即使超吸收性聚合物暴露于空气,超吸收性聚合物颗粒的一部分也表现出疏水性,从而可以抑制颗粒之间不可逆的聚集。
此外,与第一疏水性材料不同,第二疏水性材料在存在于两端处的线性烷基与羧基之间还包含一个或更多个环氧乙烷连接基团,因此表现出比第一疏水性材料更低的疏水性。因此,在制备超吸收性聚合物期间一起使用第一疏水性材料和第二疏水性材料的情况下,可以制备具有改善的抗结块效率而不使吸收性能劣化的超吸收性聚合物。相反地,如果单独使用第一疏水性材料,则可能由于强疏水性而使吸收性能劣化,而如果单独使用第二疏水性材料,则可能无法有效地实现抗结块。
超吸收性聚合物组合物
在下文中,将根据组分详细地说明一个实施方案的超吸收性聚合物组合物。
一个实施方案的超吸收性聚合物组合物包含:超吸收性聚合物颗粒,所述超吸收性聚合物颗粒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交联聚合物。其中,交联聚合物是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交联聚合而形成的,并且具有其中通过单体聚合而形成的主链通过内交联剂而交联的三维网络结构。
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2表示的化合物:
[化学式2]
R1-COOM2
在化学式2中,
R1为包含不饱和键的C2至C5烃基,
M2为氢原子、一价或二价金属、铵基或有机胺盐。
优选地,单体可以为选自以下的一者或更多者:(甲基)丙烯酸及其一价(碱)金属盐、二价金属盐、铵盐和有机胺盐。
使用(甲基)丙烯酸或其盐作为水溶性烯键式不饱和单体是有利的,因为可以获得具有改善的吸收特性的超吸收性聚合物。此外,作为单体,可以使用选自以下的一者或更多者: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、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、(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、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(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)丙烯酰胺等。
其中,水溶性烯键式不饱和单体可以具有酸性基团,并且至少部分酸性基团可以被中和。具体地,在将具有酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体、内交联剂、聚合引发剂和中和剂混合的步骤中,水溶性烯键式不饱和单体的至少部分酸性基团可以被中和。其中,作为中和剂,可以使用能够中和酸性基团的碱性材料,例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵等。
此外,水溶性烯键式不饱和单体的中和度(其指通过中和剂中和包含在水溶性烯键式不饱和单体中的酸性基团的程度)可以为50 mol%至90mol%、或60 mol%至85mol%、或65 mol%至85 mol%、或65 mol%至75mol%。尽管中和度的范围可以根据最终特性而改变,但是如果中和度太高,则经中和的单体可能沉淀,从而使得聚合的顺利进行困难,相反地,如果中和度太低,则聚合物的吸收性可能显著降低,并且聚合物可能表现出难以处理的类橡胶特性。
此外,术语“内交联剂”在本文中用于与如下所述的用于超吸收性聚合物颗粒的表面交联的表面交联剂区分开,并且用于使上述水溶性烯键式不饱和单体的不饱和键交联以聚合。在该步骤中,在不区分表面和内部的情况下进行交联,但是在进行如下所述的超吸收性聚合物颗粒的表面交联过程的情况下,最终制备的超吸收性聚合物颗粒的表面由通过表面交联剂而交联的结构构成,并且内部由通过内交联剂而交联的结构构成。
作为内交联剂,可以使用任何化合物,只要其能够在水溶性烯键式不饱和单体的聚合期间引入交联即可。作为非限制性实例,作为内交联剂,可以单独或以组合使用多官能交联剂,例如N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、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(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、丁烷二醇二(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(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、三芳基胺、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇、甘油或碳酸亚乙酯,但其不限于此。优选地,其中,可以使用乙二醇二缩水甘油醚。
根据需要,在这样的内交联剂的存在下使水溶性烯键式不饱和单体交联可以在增稠剂、增塑剂、保存稳定剂、抗氧化剂等的存在下通过热聚合、光聚合或混合聚合来进行,这将在后面详细说明。
这样的超吸收性聚合物颗粒的粒径可以为约150μm至约850μm,并且粒径可以根据EDANA(European Disposables and Nonwovens Association,欧洲一次性用品和非织造布协会)WSP 220.3的EDANA标准来测量。
此外,除了超吸收性聚合物颗粒之外,超吸收性聚合物组合物还包含由化学式1表示的第一疏水性材料和由化学式2表示的第二疏水性材料。如上所述,第一疏水性材料和第二疏水性材料可以在聚合之后的水凝胶聚合物的研磨过程期间而不是聚合过程期间混合在内,并均匀地覆盖在超吸收性聚合物颗粒的表面上。
第一疏水性材料包括由以下化学式1表示的羧酸或其盐。此外,第一疏水性材料可以为由以下化学式1表示的羧酸或其盐。
在化学式1中,表现出疏水性的部分是碳数为x+2的线性烷基,其中如果x小于10,则可能无法为超吸收性聚合物颗粒的表面赋予足够的疏水性,而如果x大于20,则材料的分子长度可能太长,并且可能无法有效地覆盖在水凝胶聚合物上。更具体地,x可以为11或更大、13或更大、或者14或更大,并且为18或更小、17或更小、或者16或更小。例如,x可以为11至15的整数。
此外,除了由化学式1表示的羧酸之外,第一疏水性材料还包括由化学式1表示的羧酸的盐,其中具体地,羧酸盐可以为一价金属盐、二价金属盐或铵盐。更具体地,羧酸盐可以为碱金属盐,例如钠盐或钾盐。
作为第一疏水性材料,可以使用硬脂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸或其碱金属盐。
同时,在化学式2中,表现出疏水性的部分是碳数为y+1的线性烷基,其中如果y小于5,则如在第一疏水性材料中那样,可能无法为超吸收性聚合物颗粒的表面赋予足够的疏水性,而如果y大于15,则材料的分子长度可能太长,并且可能无法有效地覆盖在水凝胶聚合物上。更具体地,y可以为9或更大、10或更大,并且为13或更小、12或更小。例如,y可以为11。
此外,如果意指化学式2的环氧乙烷连接基团的数目的z为0,则疏水特性可能与第一疏水性材料没有不同,因此,超吸收性聚合物的吸收速度可能劣化,而如果z大于11,则可能难以为超吸收性聚合物赋予疏水特性,从而可能难以抑制颗粒之间的结块。更具体地,z可以为2或更大、3或更大、或者4或更大,并且为10或更小。例如,z可以为5至10的整数。
其中,除了由化学式2表示的羧酸之外,第二疏水性材料还包括由化学式2表示的羧酸的盐,并且关于该盐的说明,可以参照关于第一疏水性材料的说明。
作为第二疏水性材料,可以使用月桂醇聚醚-6羧酸、月桂醇聚醚-7羧酸、月桂醇聚醚-8羧酸、月桂醇聚醚-9羧酸、月桂醇聚醚-10羧酸、月桂醇聚醚-11羧酸或其碱金属盐。
此外,第一疏水性材料在25℃下可以为固相。即,第一疏水性材料的熔点可以高于25℃,因此,其在室温下可以呈固态。此外,第二疏水性材料在25℃下可以为液相。即,第二疏水性材料的熔点可以低于25℃,因此,其在室温下可以呈液态。
其中,基于100重量份的超吸收性聚合物颗粒,第一疏水性材料和第二疏水性材料的总重量可以为0.01重量份至1.0重量份。如果在组合物中疏水性材料的总重量太低,则疏水性材料赋予疏水性的效果可能不足,从而可能难以抑制结块,而如果疏水性材料的总重量太高,则超吸收性聚合物的离心保留容量和压力下吸收率可能劣化。
此外,第一疏水性材料和第二疏水性材料可以以3:7至7:3的摩尔比包含在内。基于疏水性材料的总摩尔数,如果第一疏水性材料的摩尔比太高,则超吸收性聚合物的吸收速度可能劣化,而如果第二疏水性材料的摩尔比太高,则为超吸收性聚合物赋予疏水性的效果可能不足,从而可能无法抑制颗粒之间的结块。
同时,第一疏水性材料和第二疏水性材料的至少一部分可以存在于超吸收性聚合物颗粒的表面上。其中,描述“第一疏水性材料和第二疏水性材料的至少一部分可以存在于超吸收性聚合物颗粒的表面上”意指第一疏水性材料和第二疏水性材料的至少一部分吸附或结合至超吸收性聚合物颗粒的表面。具体地,第一疏水性材料和第二疏水性材料可以物理地或化学地吸附在超吸收性聚合物的表面上。更具体地,第一疏水性材料和第二疏水性材料的亲水性官能团可以通过分子间力例如偶极-偶极相互作用而物理地吸附至超吸收性聚合物表面的亲水性部分。因此,第一疏水性材料和第二疏水性材料的亲水性部分可以物理地吸附至超吸收性聚合物颗粒的表面上并覆盖表面,第一疏水性材料和第二疏水性材料的疏水性部分可能无法吸附至聚合物颗粒的表面,因此,在超吸收性聚合物颗粒中,吸附有疏水性材料的部分可以表现出疏水性。
因此,与其中全部疏水性材料存在于超吸收性聚合物颗粒的内部,具体地,存在于交联聚合物的内部的情况相比,在第一疏水性材料和第二疏水性材料的至少一部分存在于超吸收性聚合物颗粒的表面上的情况下,可以更有效地抑制超吸收性聚合物颗粒暴露于空气期间的结块。
同时,超吸收性聚合物组合物还可以包含在超吸收性聚合物颗粒的表面的至少一部分上的由交联聚合物通过表面交联剂进行另外的交联而形成的表面交联层。其旨在增加超吸收性聚合物颗粒的表面交联密度,并且在超吸收性聚合物颗粒还包含表面交联层的情况下,其可以具有其中外交联密度高于内交联密度的结构。
作为表面交联剂,可以没有特别限制地使用先前用于超吸收性聚合物的制备中的表面交联剂。例如,表面交联剂可以包括:选自乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,2-己二醇、1,3-己二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2,5-己二醇、2-甲基-1,3-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、三丙二醇和甘油中的一种或更多种多元醇;选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸甘油酯中的一种或更多种基于碳酸酯的化合物;环氧化合物,例如乙二醇二缩水甘油醚等;唑啉化合物,例如唑烷酮等;多胺化合物;单唑烷酮化合物、二唑烷酮化合物或多唑烷酮化合物;或者环脲化合物;等等。
具体地,作为表面交联剂,可以使用上述表面交联剂中的一种或更多种、或者两种或更多种、或者三种或更多种,例如,可以使用碳酸亚乙酯-碳酸亚丙酯(ECPC)、丙二醇和/或碳酸甘油酯。
此外,基于超吸收性聚合物组合物的总重量,超吸收性聚合物组合物中的约90重量%,优选地95重量%或更多可以是粒径为约150μm至850μm的超吸收性聚合物颗粒。
此外,超吸收性聚合物组合物的根据EDANA方法WSP 241.3测量的离心保留容量(CRC)可以为30g/g或更大、或者31g/g或更大、或者33g/g或更大,并且为40g/g或更小、或者38g/g或更小、或者37g/g或更小。
此外,超吸收性聚合物组合物的根据EDANA方法WSP 242.3测量的0.3psi压力下吸收率(AUP)可以为18g/g或更大、或者20g/g或更大、或者22g/g或更大,并且为27g/g或更小、或者25g/g或更小。
此外,超吸收性聚合物组合物的抗结块(Anti-caking,A/C)效率可以为20%或更大,更具体地为30%或更大、40%或更大、或者50%,并且值越高,抗结块效率越优异,因此抗结块效率没有上限,但例如,其可以为75%或更小、70%或更小、或者65%或更小。其中,抗结块效率通过以下数学式3计算:
[数学式3]
A/C(%)=W6/W5×100
在数学式3中,
W5为施加在直径为10cm的培养皿上的超吸收性聚合物组合物的重量(g),以及
W6为在将超吸收性聚合物组合物均匀地施加在直径为10cm的培养皿上,将其保持在温度为40℃±3℃且湿度为80%±3%的恒温恒湿室中10分钟,然后将培养皿颠倒翻转在滤纸上并轻拍3次之后,从培养皿落下的超吸收性聚合物组合物的重量(g)。
此外,超吸收性聚合物的润湿时间可以为15秒或更短,更具体地为13秒或更短、10秒或更短、或者5秒或更短,所述润湿时间被限定为在将2g超吸收性聚合物组合物放入50mL23℃至24℃的盐水溶液中,并用磁棒(直径8mm,长度30mm)以600rpm搅拌的同时,在液体的顶部观察到未润湿的超吸收性聚合物组合物的总时间,并且值越小,润湿时间越优异,因此润湿时间的下限理论上为0秒,但例如,其可以为1秒或更长。
其中,将在以下实例中详细地说明超吸收性聚合物组合物的特性的测量方法。
因此,在如上所述同时使用满足特定化学式的两种疏水性材料的情况下,可以提供具有优异的吸收性能和抗结块效率的超吸收性聚合物组合物,其中通过数学式3计算的抗结块(A/C)效率为20%或更大,并且湿润时间为15秒或更短。
用于制备超吸收性聚合物组合物的方法
同时,根据本公开内容的另一个实施方案,提供了用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,其包括以下步骤:在内交联剂和聚合引发剂的存在下,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,以形成水凝胶聚合物;向水凝胶聚合物中引入包含第一疏水性材料和第二疏水性材料的疏水性组合物并进行研磨,以制备包含湿的超吸收性聚合物颗粒和疏水性组合物的经研磨的产物;以及将经研磨的产物干燥以制备包含超吸收性聚合物颗粒、第一疏水性材料和第二疏水性材料的超吸收性聚合物组合物。
在下文中,将根据各个步骤详细地说明一个实施方案的用于制备超吸收性聚合物的方法。
在根据一个实施方案的用于制备超吸收性聚合物的方法中,首先进行以下步骤:在内交联剂和聚合引发剂的存在下,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交联聚合,以形成水凝胶聚合物。
该步骤可以包括以下步骤:将水溶性烯键式不饱和单体、内交联剂和聚合引发剂混合以制备单体组合物,并进行该单体组合物的热聚合或光聚合,以形成水凝胶聚合物。其中,关于水溶性烯键式不饱和单体和内交联剂,可以参照以上说明。
在单体组合物中,基于100重量份的水溶性烯键式不饱和单体,内交联剂可以以0.01重量份至5重量份的量使用。例如,基于100重量份的水溶性烯键式不饱和单体,内交联剂可以以0.01重量份或更大、0.05重量份或更大、0.1重量份或更大、或者0.2重量份或更大,且5重量份或更小、3重量份或更小、2重量份或更小、1重量份或更小、或者0.5重量份或更小的量使用。如果内交联剂的含量太低,则可能无法充分发生交联,从而可能难以实现超过最佳水平的强度,而如果内交联剂的含量太高,则内交联密度可能增加,从而可能难以实现期望的离心保留容量。
此外,聚合引发剂可以根据聚合方法来适当地选择,并且在利用热聚合的情况下,可以使用热聚合引发剂;在利用光聚合的情况下,可以使用光聚合引发剂;以及在利用混合聚合法(利用热和光二者)的情况下,可以使用热聚合引发剂和光聚合引发剂二者。然而,即使在光聚合的情况下,由于通过UV照射等产生一定量的热,并且根据放热聚合反应的进行而产生一些程度的热,因此可以另外地包含热聚合引发剂。
作为光聚合引发剂,可以没有限制地使用能够通过光例如UV形成自由基的任何化合物。
作为光聚合引发剂,可以使用选自以下的一者或更多者: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,酰基膦的具体实例可以包括二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基亚膦酸乙酯等。更多不同的光聚合引发剂描述于Reinhold Schwalm的“UV Coatings:Basics,Recent Developments and New Application(Elsevier2007)”第115页中,并且不限于上述实例。
此外,作为热聚合引发剂,可以使用选自过硫酸盐引发剂、偶氮引发剂、过氧化氢和抗坏血酸中的至少一者。过硫酸盐引发剂的具体实例可以包括过硫酸钠(Na2S2O8)、过硫酸钾(K2S2O8)、过硫酸铵((NH4)2S2O8)等,以及偶氮引发剂的具体实例可以包括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。更多不同的热引发剂描述于Odian的“Principle of Polymerization(Wiley,1981)”第203页中,并且不限于上述实例。
基于100重量份的水溶性烯键式不饱和单体,这样的聚合引发剂可以以2重量份或更小的含量添加。即,如果聚合引发剂的浓度太低,则聚合速度可能变慢,并且可能在最终产物中提取出大量剩余单体。相反地,如果聚合引发剂的浓度太高,则构成网络的聚合物链可能变短,因此水溶性含量可能增加并且压力下吸收率可能降低,从而使聚合物的特性劣化。
此外,根据需要,单体组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。
此外,包含单体的单体组合物可以呈溶液状态,溶解在诸如水的溶剂中,并且溶液状态的单体组合物中的固体含量,即单体、内交联剂和聚合引发剂的浓度可以考虑到聚合时间和反应条件来适当地控制。例如,单体组合物中的固体含量可以为10重量%至80重量%、或者15重量%至80重量%、或者20重量%至60重量%。
在单体组合物具有以上范围的固体含量的情况下,由于高浓度水溶液的聚合反应中发生凝胶效应,因此聚合之后不需要除去未反应的单体,并且如下所述,其对于在研磨聚合物时控制研磨效率可以是有利的。
在此,可以使用的溶剂在其构成方面没有限制,只要其可以溶解或分散上述原料即可,例如,可以单独或以组合使用选自以下的一者或更多者:水、乙醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,4-丁烷二醇、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、甲基溶纤剂乙酸酯和N,N二甲基乙酰胺等。
同时,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可以没有特别限制地进行,只要其可以通过热聚合、光聚合或混合聚合形成水凝胶聚合物即可。
具体地,聚合方法根据聚合能量源大致分为热聚合和光聚合,通常地,热聚合可以在具有搅拌轴的反应器(例如捏合机)中进行,光聚合可以在配备有可移动传送带的反应器中或者在平底容器中进行,但以上聚合方法仅是实例,并且本公开内容不限于此。
例如,水凝胶聚合物可以通过以下获得:将上述单体组合物引入到配备有搅拌轴的反应器(例如捏合机)中,并供应热空气或者加热反应器以进行热聚合。在此,根据反应器中配备的搅拌轴的形状,排出至反应器的出口的水凝胶聚合物可以以数厘米至数毫米的尺寸获得。具体地,所获得的水凝胶聚合物的尺寸可以根据引入的单体组合物的浓度和引入速度等而改变,通常地,可以获得(重均)粒径为2mm至50mm的水凝胶聚合物。
此外,在单体组合物的光聚合在如上所述的配备有可移动传送带的反应器中进行的情况下,可以获得具有带的宽度的片形式的水凝胶聚合物。其中,片的厚度可以根据引入的单体混合物的浓度以及引入速度或引入量而改变,但优选地,供应单体组合物以便获得厚度为约0.5cm至约5cm的片形式的聚合物。在供应单体组合物使得呈片形式的聚合物的厚度可能太薄的情况下,生产效率可能低,而如果呈片形式的聚合物的厚度大于5cm,则由于厚度太厚,聚合反应可能无法在整个厚度上均匀地发生。
单体组合物的聚合时间没有特别限制,并且可以将其控制为约30秒至60分钟。
其中,获得的水凝胶聚合物的含水量可以为30重量%至70重量%。例如,水凝胶聚合物的含水量可以为40重量%或更大、或者45重量%或更大,并且为70重量%或更小、65重量%或更小、60重量%或更小、或者50重量%或更小。就进行聚合而言,水凝胶聚合物的含水量应当不小于30重量%,并且如果水凝胶聚合物的含水量太高,则疏水性组合物可能渗透到聚合物内部,从而抑制制备的颗粒之间的结块可能不显著。
在此,“含水量”为基于水凝胶聚合物的总重量水分所占的含量,并且其意指通过从水凝胶聚合物的重量中减去干燥状态的聚合物的重量而获得的值。具体地,其被定义为通过在经由红外线加热来升高呈碎屑状态的聚合物的温度以进行干燥的同时,根据聚合物中的水分蒸发测量重量损失而计算的值。其中,干燥条件可以设定为使得温度从室温升高至约180℃,然后保持在180℃,并且总干燥时间可以为40分钟,包括升温步骤的5分钟。
接着,向水凝胶聚合物中引入包含第一疏水性材料和第二疏水性材料的疏水性组合物,然后将混合物研磨以制备包含湿的超吸收性聚合物颗粒和疏水性组合物的经研磨的产物。关于第一疏水性材料和第二疏水性材料的细节,可以参照以上说明。
在超吸收性聚合物的常规制备方法中,将水凝胶聚合物粗研磨而不引入疏水性材料,然后研磨成期望的颗粒尺寸以制备超吸收性聚合物。在这种情况下,经粗研磨的超吸收性聚合物颗粒可能通过过程期间使用的水而聚集或团聚,从而增加内部负荷而导致设备故障。此外,应当施加强力以便将这样聚集的超吸收性聚合物研磨成期望的颗粒尺寸,因此,超吸收性聚合物的特性可能劣化。
然而,如上所述,在将水凝胶聚合物与第一疏水性材料和第二疏水性材料一起研磨的情况下,可以制备具有期望粒径的颗粒而不使经研磨的颗粒聚集。因此,根据一个实施方案的用于制备超吸收性聚合物组合物的方法使得能够在不施加强力的情况下研磨成具有期望颗粒尺寸的颗粒,从而大大降低超吸收性聚合物的生产成本。
在该步骤中,基于100重量份的水凝胶聚合物,第一疏水性材料和第二疏水性材料的总重量可以为0.01重量份至1重量份。具体地,基于100重量份的水凝胶聚合物,第一疏水性材料和第二疏水性材料可以以0.1重量份或更大、或者0.2重量份或更大,且1重量份或更小、0.8重量份或更小、或者0.5重量份或更小的量使用。在使用的第一疏水性材料和第二疏水性材料太少的情况下,可能无法将疏水性材料均匀地施加在水凝胶聚合物的表面上,从而赋予疏水性的效果可能不显著,而如果使用的第一疏水性材料和第二种疏水性材料太多,则最终制备的超吸收性聚合物的特性可能劣化。
这样的第一疏水性材料和第二疏水性材料可以分别作为原料或以水分散体的形式包含在疏水性组合物中。
更具体地,第一疏水性材料和第二疏水性材料可以作为原料引入水凝胶聚合物中,其中在第一疏水性材料在室温下为固体的情况下,其可以通过引入之后在研磨期间产生的热而熔化,从而吸附到经研磨的聚合物颗粒上。
另外,第一疏水性材料和第二疏水性材料可以在混合在水中的同时被引入。即,疏水性组合物还可以包含水,其中疏水性组合物的固体含量可以为0.5重量%或更大且100重量%或更小。具有以上固体含量范围的疏水性组合物可以是合适的,因为其可以均匀地施加在水凝胶聚合物上。
疏水性组合物可以引入到其中已经制备了水凝胶聚合物的反应器中并混合,或者可以与水凝胶聚合物一起引入到混合器中并进行喷洒,或者可以通过与水凝胶聚合物一起被连续供应至连续运行的混合器中来引入。
在将疏水性组合物引入水凝胶聚合物中之后,可以进行研磨使得湿的超吸收性聚合物颗粒的粒径可以为300μm至5000μm。其中,“湿的超吸收性聚合物颗粒”意指含水量为约40重量%或更大的颗粒,并且由于其是通过将呈颗粒形式的水凝胶聚合物进行研磨而没有单独的干燥过程而形成的,因此其可以具有与水凝胶聚合物一样的30重量%至70重量%的含水量。粒径可以根据EDANA(欧洲一次性用品和非织造布协会,EDANA)标准EDANAWSP220.3来测量。
其中,作为用于研磨的研磨机,具体地,可以使用立式粉碎机、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。
然而,就过程稳定性而言,优选地使用切碎机进行研磨过程。
同时,经研磨的产物中包含的第一疏水性材料和第二疏水性材料的至少一部分可以存在于湿的超吸收性聚合物颗粒的表面上。如上所述,表述“第一疏水性材料和第二疏水性材料的至少一部分存在于湿的超吸收性聚合物颗粒的表面上”意指第一疏水性材料和第二疏水性材料的至少一部分吸附或结合至湿的超吸收性聚合物颗粒的表面。由于疏水性材料是在聚合物形成之后而不是在水溶性烯键式不饱和单体的聚合过程期间引入,因此与其中疏水性材料是在聚合过程期间引入并且疏水性材料存在于聚合物内部的情况相比,可以抑制湿的超吸收性聚合物颗粒的再结块。
接着,将经研磨的产物干燥以制备包含超吸收性聚合物颗粒、第一疏水性材料和第二疏水性材料的超吸收性聚合物组合物。
可以进行经研磨的产物的干燥使得包含在制备的超吸收性聚合物组合物中的多个超吸收性聚合物颗粒的含水量可以分别为约10重量%或更小,具体地,约0.1重量%至约10重量%。
其中,干燥温度可以为约60℃至约250℃。如果干燥温度太低,则干燥时间可能太长,而如果干燥温度太高,则仅聚合物的表面可以被干燥,因此,存在最终制备的超吸收性聚合物的特性劣化的担忧。因此,优选地,干燥可以在约100℃至约240℃的温度下,更优选在约110℃至约220℃的温度下进行。
此外,考虑到过程效率等,干燥时间可以为约20分钟至约12小时。例如,干燥可以进行约10分钟至约100分钟、或约20分钟至约60分钟。
干燥方法没有特别限制,只要其通常用于干燥过程即可。具体地,干燥可以通过热风供应、红外线照射、超高频波照射或UV照射等来进行。
此外,在将经研磨的产物干燥之后,可以使用研磨机对其进行研磨,使得最终制备的超吸收性聚合物颗粒可以由约150μm至约850μm的颗粒构成。
作为可以使用的研磨机,可以使用针磨机、锤磨机、螺旋式磨机、辊磨机、盘磨机或点动式磨机等,但其不限于此。
之后,根据需要,还可以包括在表面交联剂的存在下,在超吸收性聚合物颗粒的表面的至少一部分上形成表面交联层的步骤。通过该步骤,包含在超吸收性聚合物颗粒中的交联聚合物可以通过表面交联剂另外地交联,从而在超吸收性聚合物颗粒的表面的至少一部分上形成表面交联层。
基于100重量份的超吸收性聚合物颗粒,这样的表面交联剂可以以约0.001重量份至约5重量份的量使用。例如,基于100重量份的超吸收性聚合物颗粒,表面交联剂可以以0.005重量份或更大、0.01重量份或更大、或者0.05重量份或更大,且5重量份或更小、4重量份或更小、或者3重量份或更小的量使用。通过将表面交联剂的含量范围控制在以上范围内,可以制备表现出优异的吸收特性的超吸收性聚合物。
此外,在形成表面交联层的步骤中,可以将无机材料另外地添加到表面交联剂中。即,形成表面交联的步骤可以在表面交联剂和无机材料的存在下通过使超吸收性聚合物颗粒的表面另外交联来进行。
作为无机材料,可以使用选自二氧化硅、粘土、氧化铝、二氧化硅-氧化铝复合材料、二氧化钛、氧化锌和硫酸铝中的一种或更多种无机材料。无机材料可以以粉末或液体的形式使用,特别地,可以使用氧化铝粉末、二氧化硅-氧化铝粉末、二氧化钛粉末或纳米二氧化硅溶液。此外,基于100重量份的超吸收性聚合物颗粒,无机材料可以以约0.001重量份至约1重量份的含量使用。
此外,将表面交联剂与超吸收性聚合物组合物混合的方法没有限制。例如,可以将表面交联剂和超吸收性聚合物组合物放入反应器中并混合,或者可以将表面交联剂喷洒至超吸收性聚合物组合物,或者可以将超吸收性聚合物组合物和表面交联剂连续供应至连续运行的混合器中并混合。
在将表面交联剂和超吸收性聚合物组合物混合时,可以另外地混合并添加水和甲醇。在添加水和甲醇的情况下,表面交联剂可以均匀地分散在超吸收性聚合物组合物中。其中,可以适当地控制添加的水和甲醇的含量以便引起表面交联剂的均匀分散,防止超吸收性聚合物组合物团聚,并优化交联剂的渗透深度。
表面交联过程可以在约80℃至约250℃的温度下进行。更具体地,表面交联过程可以在约100℃至约220℃、或约120℃至约200℃的温度下进行约20分钟至约2小时、或约40分钟至约80分钟。当满足上述表面交联条件时,超吸收性聚合物颗粒的表面可以充分交联,从而可以增加压力下吸收率。
用于表面交联反应的升温方式没有特别限制。可以供应加热介质,或者可以直接供应热源以加热。在此,可以使用的加热介质的种类可以包括温度升高的流体,例如蒸汽、热空气、热油等,但不限于此,并且可以考虑加热介质的方式、升温速度和待升高的温度来适当地选择。同时,直接供应的热源可以包括电加热、气体加热等,但不限于此。
在下文中,呈现了优选实施例以用于更好地理解本公开内容。然而,这些实施例仅作为本公开内容的举例说明而呈现,并且本公开内容不限于此。
实施例-超吸收性聚合物组合物的制备
实施例1
在配备有搅拌器和温度计的3L玻璃容器中,将100g(1.388mol)丙烯酸、0.26g内交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA,Mw=400)、0.008g光聚合引发剂二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧化膦、0.20g热聚合引发剂过硫酸钠和123.5g的32%苛性钠溶液与40.0g水在室温下混合以制备单体组合物(丙烯酸的中和度:70mol%,固体含量:45.0重量%)。
之后,将单体组合物以500mL/分钟至2000mL/分钟的速度供应在以50cm/分钟旋转的宽度为10cm且长度为2m的传送带上。此外,在供应单体组合物的同时,以10mW/cm2的强度照射UV以进行聚合反应60秒,从而获得含水量为46.5重量%的水凝胶聚合物。
接着,向水凝胶聚合物中,引入包含摩尔比为7:3的硬脂酸(由以下化学式1-1表示,由LG Household&Health Care制造)和月桂醇聚醚-6羧酸(由以下化学式2-1表示,由KAO制造)的疏水性组合物(溶剂:水,固体含量2.91重量%)使得基于100重量份的水凝胶聚合物,总重量变为0.3重量份,然后使用绞肉机进行研磨使得水凝胶聚合物变为粒径为300μm至5000μm的颗粒。其中,经研磨的产物中包含的湿的超吸收性聚合物颗粒的含水量为46重量%。
之后,使用气流烘箱将经研磨的产物在185℃的热空气中干燥30分钟。
向100g经干燥的产物中引入3.2g超纯水、4.5g甲醇和0.13g碳酸亚乙酯的溶液混合物,并使用磁力搅拌器混合1分钟,然后使用对流烘箱在198℃下进行表面交联反应60分钟。并且,然后,将其筛分以制备包含150μm至850μm的超吸收性聚合物颗粒的超吸收性聚合物组合物。
[化学式1-1]
[化学式2-1]
实施例2
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于使用包含摩尔比为5:5的硬脂酸和月桂醇聚醚-6羧酸的疏水性组合物。
实施例3
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于使用包含摩尔比为3:7的硬脂酸和月桂醇聚醚-6羧酸的疏水性组合物。
实施例4
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于使用包含由以下化学式1-2表示的肉豆蔻酸(由Sigma Aldrich制造)代替实施例1中的由化学式1-1表示的硬脂酸的疏水性组合物。
[化学式1-2]
实施例5
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于使用包含由化学式1-2表示的肉豆蔻酸和由以下化学式2-2表示的月桂醇聚醚-11羧酸(由KAO制造)的疏水性组合物代替实施例1中的包含由化学式1-1表示的硬脂酸和由化学式2-1表示的月桂醇聚醚-6羧酸的疏水性组合物。
[化学式2-2]
实施例6
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于使用包含由以下化学式1-3表示的棕榈酸(由Sigma Aldrich制造)代替实施例1中的由化学式1-1表示的硬脂酸的疏水性组合物。
[化学式1-3]
实施例7
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于使用包含由化学式1-3表示的棕榈酸和由化学式2-2表示的月桂醇聚醚-11羧酸的疏水性组合物代替实施例1中的包含由化学式1-1表示的硬脂酸和由化学式2-1表示的月桂醇聚醚-6羧酸的疏水性组合物。
比较例1
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于未使用疏水性组合物。
比较例2
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于使用仅包含实施例1中的硬脂酸的疏水性组合物。
比较例3
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于使用仅包含实施例1中的月桂醇聚醚-6羧酸的疏水性组合物。
比较例4
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于使用包含由以下化学式A表示的化合物代替实施例1中的硬脂酸的疏水性组合物。
[化学式A]
比较例5
通过与实施例1相同的方法制备超吸收性聚合物组合物,不同之处在于使用包含由以下化学式B表示的化合物代替实施例1中的月桂醇聚醚-6羧酸的疏水性组合物。
[化学式B]
[实验例]
对于实施例和比较例中制备的超吸收性聚合物组合物,分别测量离心保留容量(CRC)、压力下吸收率(AUP)、润湿时间和抗结块(A/C)效率,并且结果示于下表1中。
(1)离心保留容量(Centrifuge Retention Capacity,CRC)
根据欧洲一次性用品和非织造布协会(EDANA)标准EDANAWSP241.3测量通过无负荷下吸收率的离心保留容量(CRC)。
具体地,由实施例和比较例中获得的各聚合物组合物,获得经#30至#50的筛筛分的聚合物。将W0(g,约0.2g)超吸收性聚合物均匀地放入由非织造织物制成的包封物中并密封,然后将其浸入室温下的盐水溶液(0.9重量%氯化钠水溶液)中。30分钟之后,使用离心机以250G使包封物排水3分钟,然后测量包封物的重量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,然后测量此时的重量W1(g)。
使用获得的重量,根据以下数学式1计算CRC(g/g)。
[数学式1]
CRC(g/g)={[W2(g)-W1(g)]/W0(g)}-1
(2)压力下吸收率(Absorbency under Pressure,AUP)
对于实施例和比较例的各超吸收性聚合物组合物,根据EDANA方法WSP 242.3测量0.3psi压力下吸收率(AUP)。
首先,在测量压力下吸收率时,使用用于测量CRC的经筛分的聚合物。
具体地,将由不锈钢制成的400目金属丝网安装在内径为25mm的塑料筒的底部上。在室温和50%湿度的条件下,将W0(g)(0.16g)各超吸收性聚合物均匀地洒在金属丝网上,并在其上安装外径略小于25mm且还能够提供0.3psi负荷的活塞使得与筒的内壁不存在间隙并且不妨碍上下移动。此时,测量装置的重量W3(g)。
将直径为90mm且厚度为5mm的玻璃过滤器放置在直径为150mm的培养皿的内部,并放入由0.9重量%氯化钠构成的盐水溶液至与玻璃过滤器的上侧相同的水平。在其上放置一片直径为90mm的滤纸。将测量装置放置在玻璃过滤器上,并在压力下吸收液体1小时。1小时之后,抬起测量装置,并测量重量W4(g)。
使用各个获得的重量,根据以下数学式2计算AUP(g/g)。
[数学式2]
AUP(g/g)=[W4(g)-W3(g)]/W0(g)
(3)润湿时间
根据公开的国际专利申请第1987-003208号中描述的用于测量涡旋时间的方法以秒为单位测量实施例和比较例的各超吸收性聚合物的润湿时间。
具体地,在将2g超吸收性聚合物组合物放入50mL 23℃至24℃的盐水溶液中的同时,用磁棒(直径8mm,长度30mm)以600rpm搅拌,观察在液体的顶部观察到未润湿的超吸收性聚合物组合物的总时间。评估为随着时间越长,润湿时间不好。
(4)抗结块(A/C)效率
将2g(W5)实施例和比较例中制备的各超吸收性聚合物组合物均匀地施加在直径为10cm的培养皿上,并将其保持在温度为40℃±3℃且湿度为80%±3%的恒温恒湿室中10分钟,然后将培养皿颠倒翻转在滤纸上并轻拍3次,然后测量从培养皿落下的超吸收性聚合物组合物的量(W6)。
使用测量的重量,根据以下数学式3计算抗结块性,并且值越高,抗结块性越优异。
[数学式3]
A/C(%)=W6/W5×100
在数学式3中,
W5为施加在直径为10cm的培养皿上的超吸收性聚合物组合物的重量(g),以及
W6为在将超吸收性聚合物组合物均匀地施加在直径为10cm的培养皿上,将其保持在温度为40℃±3℃且湿度为80%±3%的恒温恒湿室中10分钟,然后将培养皿颠倒翻转在滤纸上并轻拍3次之后,从培养皿落下的超吸收性聚合物组合物的重量(g)。
[表1]
参照表1,不同于其中不使用第一疏水性材料和第二疏水性材料、或仅使用一种疏水性材料、或两种疏水性材料中的一者不对应于本公开内容的疏水性材料的比较例的超吸收性聚合物组合物,其中在研磨水凝胶聚合物时引入第一疏水性材料和第二疏水性材料二者的实施例的超吸收性聚合物组合物表现出15秒或更短的湿润时间和20%或更高的抗结块(A/C)效率。
因此可以确定,当在具有不同疏水特性的两种疏水性材料的存在下研磨水凝胶聚合物时,可以制备具有改善的抗结块性而不使吸收性能劣化的超吸收性聚合物组合物。
Claims (15)
2.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物组合物,
其中所述第一疏水性材料和所述第二疏水性材料的至少一部分存在于所述超吸收性聚合物颗粒的表面上。
3.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物组合物,
其中x为11至15的整数,
y为11,以及
z为5至10的整数。
4.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物组合物,
其中所述第一疏水性材料在25℃下为固相,以及
所述第二疏水性材料在25℃下为液相。
5.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物组合物,
其中所述第一疏水性材料和所述第二疏水性材料以3:7至7:3的摩尔比包含在内。
6.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物组合物,
还包含在所述超吸收性聚合物颗粒的表面的至少一部分上的由所述交联聚合物通过表面交联剂进行另外的交联而形成的表面交联层。
7.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物组合物,
其中所述超吸收性聚合物组合物的通过以下数学式3计算的抗结块(A/C)效率为20%或更大,以及
润湿时间为15秒或更短,所述润湿时间被限定为在将2g所述超吸收性聚合物组合物放入50mL23℃至24℃的盐水溶液中,并用磁棒(直径8mm,长度30mm)以600rpm搅拌的同时,在液体的顶部观察到未润湿的超吸收性聚合物组合物的总时间:
[数学式3]
A/C(%)=W6/W5×100
在所述数学式3中,
W5为施加在直径为10cm的培养皿上的所述超吸收性聚合物组合物的重量(g),以及
W6为在将所述超吸收性聚合物组合物均匀地施加在直径为10cm的培养皿上,将所述超吸收性聚合物组合物保持在温度为40℃±3℃且湿度为80%±3%的恒温恒湿室中10分钟,然后将所述培养皿颠倒翻转在滤纸上并轻拍3次之后,从所述培养皿落下的所述超吸收性聚合物组合物的重量(g)。
8.一种用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,包括:
在内交联剂和聚合引发剂的存在下,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,以形成水凝胶聚合物;
向所述水凝胶聚合物中引入包含第一疏水性材料和第二疏水性材料的疏水性组合物并进行研磨,以制备包含湿的超吸收性聚合物颗粒和所述疏水性组合物的经研磨的产物;以及
将所述经研磨的产物干燥以制备包含超吸收性聚合物颗粒、所述第一疏水性材料和所述第二疏水性材料的超吸收性聚合物组合物,
其中所述第一疏水性材料包括由以下化学式1表示的羧酸或其盐,以及
所述第二疏水性材料包括由以下化学式2表示的羧酸或其盐:
[化学式1]
在所述化学式1中,
x为10至20的整数,
[化学式2]
在所述化学式2中,
y为5至15的整数,以及
z为1至10的整数。
9.根据权利要求8所述的用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,
其中所述水凝胶聚合物的含水量为30重量%至70重量%。
10.根据权利要求8所述的用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,
其中基于100重量份的所述水凝胶聚合物,所述第一疏水性材料和所述第二疏水性材料的总重量为0.01重量份至1重量份。
11.根据权利要求8所述的用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,
其中所述疏水性组合物还包含水。
12.根据权利要求8所述的用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,
其中研磨过程通过切碎机进行。
13.根据权利要求8所述的用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,
其中所述超吸收性聚合物颗粒的粒径为300μm至5000μm。
14.根据权利要求8所述的用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,
其中在所述经研磨的产物中,所述第一疏水性材料和所述第二疏水性材料的至少一部分存在于所述湿的超吸收性聚合物颗粒的表面上。
15.根据权利要求8所述的用于制备超吸收性聚合物组合物的方法,
还包括:在表面交联剂的存在下,在所述超吸收性聚合物颗粒的表面的至少一部分上形成表面交联层。
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