CN1277583C - 吸水剂及其制备方法,以及卫生材料 - Google Patents

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CN1277583C CNB028020065A CN02802006A CN1277583C CN 1277583 C CN1277583 C CN 1277583C CN B028020065 A CNB028020065 A CN B028020065A CN 02802006 A CN02802006 A CN 02802006A CN 1277583 C CN1277583 C CN 1277583C
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Abstract

提供一种在短时间内制备性能稳定的吸水剂的方法和吸水剂。所述制备方法包括如下步骤:将含酸基的吸水树脂粉末和不可交联的可溶于水的无机碱和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂混合,并将其进一步和能与酸基反应的可脱水交联剂混合,由此进行所述树脂粉末的交联处理;或者包括如下步骤:将含酸基的吸水树脂粉末和上述碱和/或pH缓冲剂混合,并将其进一步和能与酸基反应的交联剂混合,由此进行所述树脂粉末的交联处理;其中所述树脂粉末的重均粒径为300~600微米,而粒径不大于150微米的细粉在树脂粉末中的比例不超过10重量%。

Description

吸水剂及其制备方法,以及卫生材料
技术领域
本发明涉及吸水剂及其制备方法。更具体的是,本发明涉及用交联剂进行吸水树脂改性而获得的、不论在无负荷还是在负荷下均呈现高吸收能力以及高盐水导流率(saline flow conductivity)的吸水剂及其制备方法。
背景技术
近年来,吸水树脂被广泛地用作卫生材料如一次性尿布、卫生巾和所谓的失禁垫的组成材料,用于使所述吸水树脂吸收体液。
上述吸水树脂的例子包括:部分中和聚丙烯酸交联产物、淀粉-丙烯酸接枝聚合物的水解产物、乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物的皂化产物、丙烯腈-或丙烯酰胺共聚物的水解产物或者这些水解产物的交联产物,以及阳离子单体的交联聚合物。
迄今,当上述吸水树脂和水性液体如体液接触时,它们应具有如下的性质:优良的液体吸收量、吸收速度、凝胶强度、凝胶液体渗透性和从含有水性液体的底材中吸水的吸力。然后,当它们用于卫生材料(例如,一次性尿布和卫生巾)时,迄今已经提出了各种结合有上述性质中的至少两种并呈现优良的性能(吸收性)的吸水树脂(吸水剂)。
例如,对于提高具有良好综合性能的吸水树脂的吸收性(例如,无负荷下的吸收能力和负荷下的吸收能力)的方法,已知一种技术为吸水树脂的表面附近是交联的,且揭示了各种方法。
其已知的例子包括使用以下物质的方法:多元醇(JP-A-180233/1983和JP-A-016903/1986);多缩水甘油基化合物、聚氮丙啶化合物、聚胺化合物或多异氰酸酯化合物(JP-A-189103/1984);乙二醛(JP-A-117393/1977);多价金属(JP-A-136588/1976,JP-A-257235/1986和JP-A-007745/1987);硅烷偶联剂(JP-A-211305/1986,JP-A-252212/1986和JP-A-264006/1986);碳酸亚烷酯(DE 4020780);多价杂环碳酸酯(JP-A-315216/1999);噁唑烷酮(oxazolidinones)(WO 99/42494);多价噁唑烷酮(WO 99/43720);噁唑烷(oxadines)(WO 00/31153)和噁唑啉化合物(JP-A-197818/2000)。
而且,当用上述交联剂进行吸收性的提高时,也存在已知的方法,即为进一步提高其性能使用添加剂(例如,惰性混合促进剂、酸催化剂和碱)。即所述使用惰性混合促进剂作为添加剂的方法(1)的已知例子包括存在以下物质的方法:惰性无机粉末(JP-A-163956/1985和JP-A-255814/1985);含水盐和/或多价金属的氢氧化物(JP-A-007745/1987);二元醇(JP-A-292004/1989);水和醚的混合物(JP-A-153903/1990);可溶于水的聚合物(JP-A-126730/1991);一元醇的烯化氧加成物、有机酸或内酰胺的一价盐(JP-B-074331/1994和JP-A-033818/1995);一价金属盐(WO 98/49221)和阳离子(WO 00/53664和WO 00/53644)。
而且,所述使用酸催化剂作为添加剂的方法(2)的已知例子包括存在以下物质的方法:磷酸(WO 94/15651)和无机酸或有机酸(JP-A-278225/1995)。
此外,所述使用碱作为添加剂的方法(3)的已知例子包括存在可溶于水的碱化合物的方法(JP-A-298841/1994)。
由于上述方法(1)、(2)和(3)所用的添加剂和交联剂共同存在,相比仅单独存在交联剂的情况,也可以将所述吸水剂吸收性的综合性能提高一定程度。但是,仍旧很难说所述综合性能是充分的。
特别是,对于在上述方法(1)中所用的添加剂(惰性混合促进剂),当所用吸水树脂含有大量的细粉时,通过起混合促进剂的作用产生了效果。另一方面,由于它们的存在,例如观察到存在吸收性几乎没有提高的问题,这是因为对于吸水树脂粉末交联剂的吸收被严重降低或者因为所述交联反应被抑制了,而且即使实现了提高,也必须增加所用交联剂的量,来延长反应时间,并提高反应温度。
至于上述方法(2)中所用的添加剂(酸催化剂),可以预期达到催化剂促进交联剂反应的效果。但是,当加入能获得一定效果的量时,交联剂溶液的pH被大大地降低,尤其在含有酸基的部分中和型吸水树脂的情况下,产生了表面酸化,使得控制交联剂吸收性变得很难。此外,也存在一些不足之处:所述表面酸化提高了吸水树脂微粒之间的附着力,这往往会形成聚集体。结果,出现如下的问题:不能获得所述吸水树脂微粒表面层所需的交联密度,并且很难获得令人满意的性能。
至于上述方法(3),揭示了通过将所述添加剂(碱)和具有至少两个容易和羧基反应的官能团的化合物(例如,多价金属盐、多环氧化合物、聚吖丙啶基化合物和多异氰酸酯化合物)混合来进行的表面交联,并且想提高在比较轻的负荷(20克/厘米2)下的凝胶强度和吸收能力。但是,在JP-A-298841/1994所述的方法中,表面交联剂的混合能力或吸水树脂性能的提高仍旧不够。特别是,如近年来所需的,很难提高重负荷(4.83千帕,约50克/厘米2)下的SFC和吸收能力(AAP)(两者都在下文提及)。
此外,典型的吸水树脂的例子从高性能和成本来看包括含有部分中和丙烯酸盐交联产物的丙烯酸吸水树脂。那么,对于这种丙烯酸吸水树脂的制备过程,通常进行如下两种方法:包括聚合预先中和至预定中和比例的丙烯酸及其盐的方法(下文简称中和聚合方法)和包括聚合非中和或者低中和的丙烯酸,然后中和所得的聚合物凝胶(下文简称酸型聚合方法)。
相比中和聚合方法,所述后一酸型聚合方法往往获得具有高吸水能力和低可提取物含量的吸水树脂。但是,这需要花费许多时间才能在聚合后均匀中和交联水凝胶聚合物,而且进一步中和在技术上相当困难,且存在所得吸水树脂粉末的各微粒的中和比例在那些微粒中不均匀的情况。JP-A-010173/1998(EP 0882502A1)揭示在这种情况下,虽然酸型聚合方法的吸水树脂具有高吸水能力和低可提取物含量,即使进行表面交联处理,也不能获得充分的吸水剂性能。
也就是说,虽然吸水树脂经表面交联,但迄今存在根据中和比例的差异很难进行必要的表面交联处理的情况,因此即使进行一定中和比例的最佳交联处理,在其它中和比例下也不能获得吸水剂所需的性能。尤其是当吸水树脂粉末的各微粒的中和比例不同时,迄今还存在不能获得吸水树脂所需性能的问题。
如上所述,表面交联处理用已有技术不能均匀地进行。结果,获得的吸水树脂的各种性能(如下述CRC、AAP和SFC,尤其是SFC)的综合性能就会变差,而且导致SFC的分散。因此,例如导致各块尿布中尿布性能的分散,甚至造成在一块尿布中性能的巨大差异。
发明揭示
发明目的
基于对上述已有技术问题的思考作出了本发明。也就是说,本发明的目的是提供:制备吸水剂的方法,该方法包括交联处理步骤,使用能起混合促进剂作用但不会抑制交联反应的添加剂,并且根据情况,还可以起反应催化剂的作用,且该方法可以获得均匀的表面交联,而几乎不需考虑来自部分中和聚合反应的吸水树脂中和比例的差异以及来自酸型聚合反应后进行的后中和操作的中和比例均匀性。而且,本发明的目的也提供:在短时间内制备吸水剂的方法和吸水剂,该方法可以使吸水剂具有优良的无负荷吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的综合性能,并还显示在生产过程中各批或每批中盐水导流率值的分散很小,使之具有稳定的性能。
发明概述
发明人坚持不懈地研究具有优良吸水性的吸水剂。结果他们发现通过使用吸水树脂特殊的添加剂和特殊的交联剂可以解决上述问题,并且已经完成了本发明。
也就是说,本发明的吸水剂涉及一种吸水剂,该吸水剂是其主要部分含有山包括聚合不饱和单体组分步骤的方法制得的且具有交联结构的吸水树脂的微粒吸水剂,所述吸水剂的特点如下:所述微粒吸水剂以不低于微粒吸水剂所有颗粒90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,且包含选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的至少两种,而且还满足以下性质:
对于0.90重量%生理盐水,在无负荷下的30分钟吸收能力(CRC)不低于31克/克;
对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于24克/克;
对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20(单位:10-7×cm3×s×g-1);
SFC变异指数为0~25%,其中所述SFC变异指数由下式(1)定义:
SFC变异指数(%)=[(A1~A4颗粒的SFC标准偏差)/(整个微粒吸水剂的SFC)]×100      (1)
此外,本发明另一吸水剂涉及是其主要部分含有由包括聚合不饱和单体组分步骤的方法制得的,且具有交联结构的吸水树脂的微粒吸水剂,所述吸水剂的特点如下:所述微粒吸水剂以不低于微粒吸水剂所有颗粒90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,且包含选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的至少两种,而且还满足以下性质:
对于0.90重量%生理盐水,在无负荷下的30分钟吸收能力(CRC)不低于31克/克;
对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于24克/克;
对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20(单位:10-7×cm3×s×g-1);
SFC变异系数为0~0.25,其中所述SFC变异系数由下式(2)定义:
SFC变异指数=[(A1~A4颗粒的SFC标准偏差)/(A1~A4颗粒的SFC平均值)]   (2)
而且,本发明又一吸水剂涉及连续制备的吸水剂,该吸水剂是其主要部分含有由包括聚合不饱和单体组分步骤的方法制得的,且具有交联结构的吸水树脂的微粒吸水剂,所述吸水剂的特点如下:所述微粒吸水剂以不低于微粒吸水剂所有颗粒90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,且包含选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的至少两种,而且还满足以下性质:
对于0.90重量%生理盐水,在无负荷下的30分钟吸收能力(CRC)不低于31克/克;
对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于24克/克;
对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20(单位:10-7×cm3×s×g-1);
在连续生产系统中,SFC标准偏差为不超过5.0,其中连续生产系统中的SFC标准偏差由下式(4)定义:
连续生产系统中的SFC标准偏差=每批的SFC标准偏差      (4)
其中:所述CRC、AAP和SFC是各批的平均值,每批具有不低于20千克的重量,批数不小于10。
而且,本发明再一吸水剂是由包括以下步骤的方法制得的微粒吸水剂:聚合包括含酸基单体(盐)的单体,接着后中和所得聚合物,然后表面交联所得吸水树脂,其中,所述微粒吸水剂或者吸水树脂的中和指数不低于15,并且在表面交联后,对0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于20克/克。
此外,本发明制备吸水剂的方法的特点如下:包括将吸水树脂粉末(a)和不可交联可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)混合,并将其进一步和可脱水交联剂(c1)混合,由此将吸水树脂粉末(a)进行交联处理的步骤,其中所述吸水树脂粉末(a)含有酸基,且所述可脱水交联剂(c1)可以和酸基反应。
而且,本发明吸水剂的另一制备方法的特点如下:包括将吸水树脂粉末(a1)和不可交联可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱-金属-盐pH缓冲剂(b2)混合,并将其进一步和交联剂(c)混合,由此将吸水树脂粉末(a1)进行交联处理的步骤,其中所述吸水树脂粉末(a1)含有酸基,且重均粒径为300~600微米,其中粒径不大于150微米的细粉在所述吸水树脂粉末(a1)中的比例不超过10重量%,且所述交联剂(c)可以和酸基反应。
此外,本发明的卫生材料含有本发明的吸水剂。
从以下详细的揭示中,可更充分理解本发明的这些和其它的目的与优点。
附图简要说明
图1是用于测量盐水导流率的测量装置的示意截面图。
图2是用于机械破坏试验的玻璃容器的示意侧视图(a)和示意平面图(b)。
图3是用于机械破坏试验的粉碎器的示意图。
(编号的说明):
31:  储罐
32:  玻璃管
33:  0.69重量%氯化钠水溶液
34:  带有旋塞的L管
35:  旋塞
40:  容器
41:  小容器
42:  不锈钢丝网
43:  不锈钢丝网
44:  溶胀的凝胶
45:  玻璃过滤器
46:  活塞
47:  活塞中的孔
48:  收集容器
49:  天平
51:  玻璃容器
52:  分散器
53:  上夹具
54:  下夹具
发明的详细说明
下文将详细说明本发明。顺便提及的是,下文所指的本发明的吸水剂包含作为主要组分(宜为50~100重量%、较好为80~100重量%、更好为90~100重量%的比例)的具有交联结构的吸水树脂(下文简称为吸水树脂),其中所述吸水树脂是用交联剂进一步改性(宜为表面改性、尤其是表面交联)的吸水树脂。
(吸水树脂的制备方法):
下文中,本发明含有酸基的吸水树脂粉末是指吸水树脂粉末(a)。在吸水树脂粉末(a)中,进一步控制粒径,例如重均粒径为300~600微米的粉末,其中在吸水树脂粉末(a)中粒径不大于150微米的细粉的比例不超过10重量%的粉末称为吸水树脂粉末(a1)。
本发明的吸水树脂是指迄今为止已知的吸水树脂,例如,能吸收不少于其原始重量5倍,宜50~1000倍去离子水的常规已知交联聚合物,由此形成阴离子、非离子或者阳离子非可溶于水的水凝胶。
这些通常是微粒吸水剂,其主要部分含有由包括聚合不饱和组分(宜为含酸基不饱和单体,尤其是含羧基不饱和单体)步骤的方法制得的且具有交联结构的吸水树脂,以及由包括如下步骤制得的吸水树脂:在单体水溶液的状态下进行聚合,若需要的话,干燥所得的聚合物,并且在干燥之前和/或之后将所得聚合物磨成粉末。这种吸水树脂的例子包含以下物质中的至少一种:部分中和的聚丙烯酸、淀粉-丙烯腈水解接枝聚合物、淀粉-丙烯酸接枝聚合物、乙酸乙烯酯-丙烯酸酯皂化共聚物、丙烯腈或丙烯酰胺水解共聚物或者这些水解共聚物的交联聚合物、含羧基交联聚乙烯醇的改性聚合物和异丁烯-马来酸酐的交联共聚物。
这些吸水树脂可以单独使用或者相互混和使用。其中,宜为含有酸基的吸水树脂和含有羧基并是羧酸或它们盐的那些吸水树脂中的一种或混合物,通常所述吸水树脂含有作为主要组分的聚合物,其中所述聚合物是由包括如下步骤的方法制得的聚合物:聚合含有丙烯酸和/或其盐(中和产物)作为主要组分的单体,然后交联所得聚合物,即为交联聚丙烯酸盐,若需要的话,可以含有接枝组分。
此外,上述吸水树脂必须是可水溶胀且不溶于水的,在所用的吸水树脂中未交联的水可提取物含量(可溶于水的聚合物)宜不超过50重量%,较好不超过25重量%,更好不超过20重量%,更佳的不超过15重量%,尤其宜不超过10重量%。
上述丙烯酸盐的例子包括:碱金属如钠、钾和锂的丙烯酸盐,丙烯酸的铵盐和胺盐。上述吸水树脂的组成单元包含:宜为0~50摩尔%、更好为10~40摩尔%的丙烯酸和宜为100~50摩尔%、更好为90~60摩尔%的丙烯酸盐(其中,两者总和不超过100摩尔%)。顺便提及的是,该酸和其盐之间的摩尔比例称为中和比例。为形成上述盐进行吸水树脂的中和可以在聚合前以单体的状态,或者在聚合过程中或聚合之后以聚合物的状态或以两者相互混和的状态进行。
通常,在聚合未中和或者低中和单体的情况和以聚合物的状态进行中和(酸型聚合方法)的情况下,往往会获得具有高吸收能力和低提取物含量的吸水树脂,但是均匀中和吸水树脂的各颗粒要花费许多人力物力和时间(JP-A-010173/1998)。但是,若使用本发明的方法,所有的吸水树脂宜用于如表面交联,而不需考虑吸水树脂的中和状态及其生产方法。由此,可以大大提高吸水剂的性能和生产率。
本发明所用的制得吸水树脂的单体若需要的话还可以包含上述丙烯酸(盐)以外的其它单体。对丙烯酸(盐)以外的单体没有特殊限制,但上述其它单体的具体例子包括阴离子不饱和单体如甲基丙烯酸、马来酸、乙烯磺酸、苯乙烯磺酸、2-(甲基)丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰基乙烷磺酸和2-(甲基)丙烯酰基丙烷磺酸以及它们的盐;非离子含亲水基不饱和单体如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-正丙基(甲基)丙烯酰胺、N-异丙基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇单(基甲基)丙烯酸酯、乙烯基吡啶、N-乙烯基吡咯烷酮、N-丙烯酰基哌啶和N-丙烯酰基吡咯烷酮;以及阳离子不饱和单体如(甲基)丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二乙氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲氨基丙酯和N,N`二甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺和它们的季盐。这些单体可以单独使用或者相互混和使用。
在本发明中,当使用丙烯酸(盐)之外的单体时,这些丙烯酸(盐)之外的单体的比例相对于作为主要组分的丙烯酸和其盐的总量宜不超过30摩尔%,更宜不超过10摩尔%。若以上述比例使用上述丙烯酸(盐)之外的单体时,最终获得的吸水树脂(吸水剂)的吸收性更高,而且,所述吸水树脂(吸水剂)可以以更低的成本制得。
当为了获得用于本发明的吸水树脂而聚合上述单体时,可以进行本体聚合或沉淀聚合。但是,从性能或者控制聚合的容易程度以及溶胀凝胶的吸收性来看,宜使用其水溶液形式的上述单体进行水溶液聚合或反相悬浮聚合。顺便提及的是,当以其水溶液的形式使用上述单体时,根据水溶液的温度或单体决定其水溶液(下文简称单体水溶液)中的浓度。虽然对此没有特别限制,但是其浓度宜为10~70重量%,更宜为20~60重量%。此外,当进行上述水溶液聚合时,若情况需要可以结合使用水以外的其它溶剂,且对所结合使用的溶剂种类没有限制。
水溶液聚合方法的例子包括:包括在双臂式捏合机中聚合单体水溶液同时将所得水凝胶磨成粉状的方法和包括将单体水溶液加入预定的容器或传送带上,并用如碎肉机将聚合所得的凝胶磨成粉状的方法。
当开始上述聚合时,可以使用以下聚合引发剂:例如,自由基聚合引发剂如过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、叔丁基氢过氧化物、过氧化氢和二盐酸2,2’-偶氮二(2-脒基丙烷)和光聚合引发剂如2-羟基-2-甲基-1苯基-丙烷-1-酮。
而且,通过进一步使用还原剂来促进上述引发剂的分解并将两者混和可以获得氧化还原引发剂。上述还原剂的例子包括:亚硫酸(或其盐)如亚硫酸钠和亚硫酸氢钠、L-抗坏血酸(或其盐)、还原性金属(或其盐)如亚铁盐、以及胺。但是,对还原剂没有特殊限制。
这些聚合引发剂的用量通常为0.001~2摩尔%,宜为0.01~0.1摩尔%。当这些聚合引发剂的用量小于0.001摩尔%时,就会出现未反应单体量增大的缺点,并因此而导致在所得吸水树脂或吸水剂中单体残留量增大。另一方面,当这些聚合引发剂大于2摩尔%时,就会出现在所得吸水树脂或吸水剂中水可提取物含量增大的缺点。
此外,通过用有效的能量射线如辐射、电子射线和紫外线来照射反应体系或者进一步结合使用上述聚合引发剂来引发聚合反应。顺便提及的是,在上述聚合反应中对反应温度并没有特殊限制,但是宜为15~130℃,更好是20~120℃。此外,对反应时间和聚合压力也没有特殊限制,它们可以根据诸如单体种类、聚合引发剂和反应温度等因素来确定。
上述吸水树脂可以是不使用交联剂而制得的自交联型吸水树脂,但是它宜通过和每分子具有至少两个聚合不饱和基团或者至少两个反应基团的交联剂(用于吸水树脂的内交联剂)共聚或反应来获得。
这些内交联剂的具体例子包括:N,N’-亚甲基二(甲基)丙烯酰胺、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷(三)甲基丙烯酸酯、三(甲基)丙烯酸甘油酯、丙烯酸甲基丙烯酸甘油酯、环氧乙烷改性三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、双季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、磷酸三烯丙酯、三烯丙基胺、聚(甲基)烯丙氧基烷、(聚)乙二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、甘油、季戊四醇、乙二胺、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、聚乙烯亚胺和(甲基)丙烯酸缩水甘油酯。
这些内交联剂可以单独使用或者相互混和使用。而且,这些内交联剂可以一次全部或分批加入反应体系中。当使用至少一种或至少两种内交联剂时,考虑到最终获得的吸水树脂或吸水剂的吸收性,在聚合步骤中宜基本使用具有至少两个可聚合不饱和基团的化合物。
这些内交联剂的用量宜为上述单体(不包含交联剂)的0.001~2摩尔%,较好为0.005~0.5摩尔%,更好为0.01~0.2摩尔%,尤其宜为0.03~0.15摩尔%。当上述内交联剂的用量少于0.001摩尔%或者大于2摩尔%时,就不能获得足够的吸收性。
当使用上述内交联剂将交联结构引入聚合物的内部时,上述内交联剂可以在聚合上述单体之前、过程中或之后,或者中和之后加入所述反应体系中。
顺便提及的是,当进行上述聚合反应时,可以往反应体系中加入0~50重量%(相对于单体)的亲水性聚合物(例如,淀粉、纤维素、淀粉衍生物、纤维素衍生物、聚乙烯醇、聚丙烯酸(盐)和聚丙烯酸(盐)的交联产物)和1~10重量%的其它组分(例如,各种起泡剂如碳酸(氢)盐、二氧化碳、偶氮化合物和惰性有机溶剂、各种表面活性剂、螯合剂和链转移剂如次磷酸(盐))。
当上述交联聚合物是由水溶液聚合反应获得的凝胶即交联水凝胶聚合物时,为了制备吸水树脂,要干燥所述交联聚合物,若需要的话,通常还要在干燥之前或之后将其磨成粉状。此外,所述干燥步骤应在通常为60~250℃、宜为100~220℃、更好为120~200℃的温度下进行。干燥时间由聚合物的表面面积和含水量以及各种干燥剂来决定,且以能使之达到含水量的方式进行选择。
对可用于本发明的吸水树脂或吸水剂的含水量(定义为包含于吸水树脂或吸水剂中的含水量并由180℃下干燥3小时的重量损失测定)没有特殊限制。但是,从所得吸水剂的性能来看,所述吸水树脂是即使在室温下也呈现流动性的粉末,且它为粉末状,其含水量较好为0.2~30重量%,更好为0.3~15重量%,尤其宜为0.5~10重量%。
此外,可用于本发明制备方法的吸水树脂的例子包括粉状的吸水树脂。至于吸水树脂的颗粒,也可以使用那些由聚合反应制得的未干燥且未磨成粉状的凝胶形式的、平均粒径大于1,000微米的树脂。但是,这种颗粒通常不能形成粉末。因此若需要(合适)的话,可以通过干燥、磨成粉状和分级来调节,使之具有适合用途的粉末粒径。
至于吸水树脂粉末或吸水剂的粒径,其重均粒径为10~2,000微米、宜为100~1,000微米、较好为200~700微米、更好为300~600微米、特别好是400~550微米。而且更适宜的是,所述吸水树脂粉末或吸水剂宜含有尽可能少量的细粉(例如,不大于100微米,宜不大于150微米),尤其是其所占比例不超过10重量%,更佳是不超过5重量%,尤其是不超过1重量%。此外,在吸水树脂粉末和吸水剂中,较好具有基本不小于1,000微米、更好是不小于850微米粒径的颗粒所占的比例宜不超过5重量%,更好是不超过1重量%。
由这种方法制得的吸水树脂或吸水剂的颗粒形状为例如球形、粉状或者不规则形状,且对此没有特殊限制。但是,宜使用由磨粉步骤制得的具有不规则粉状的吸水树脂。而且,从吸水剂优良的性能来看,堆积密度(由JIS K-3362定义)宜为0.40~0.80克/毫升,较好为0.50~0.75克/毫升,更好为0.60~0.73克/毫升。
由上述方法获得的吸水树脂通常在无负荷条件下对生理盐水呈约10~100克/克的饱和吸收能力,且根据使用的目的可以适当调节其性能如吸收能力。
(可溶于水的无机碱(b1)):
在本发明中,可以往上述吸水树脂粉末(a)或(a1)中加入所述不可交联可溶于水的无机碱(b1)(即所述可溶于水的无机碱(b1)宜选自碱金属盐、铵盐、碱金属氢氧化物和氨或其氢氧化铵)(下文称为可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2),以及交联剂(c)或可脱水交联剂(c1)。下文中,将说明所述可溶于水的无机碱(b1)。
也就是说,在本发明中所述可溶于水的无机碱是指在水溶液中离解,从水或碱形成OH-,并通过中和酸基形成盐的无机化合物(包括碳酸盐和碳酸氢盐)。本发明所用的可溶于水的无机碱宜选自碱金属盐、铵盐、碱金属氢氧化物和氨或其氢氧化铵,且这些通常是基本不可交联的可溶于水的无机碱(顺便提及的是,以氢氧化钙、氢氧化铝为代表的多价金属的氢氧化物可以举例为含酸基吸水树脂用的可交联可溶于水的无机碱的例子,但是通常,这些多价金属并不包含在本发明的可溶于水的无机碱)。
从制得的吸水剂的性能来看,所述可溶于水的无机碱(b1)必须是可溶于水的,且使用在室温下每100克水中溶解度不低于5克(宜不低于20克,较好不低于50克,更好不低于100克)的碱。顺便提及的是,在本发明中,并不排除结合使用如不可溶于水的无机碱、有机碱和可交联无机碱(多价金属的氢氧化物)。但是,当不使用不可交联可溶于水的无机碱(b1)时,所得吸水剂的性能就低。
所述可溶于水的无机碱(b1)的具体例子包括:含有碱金属盐和/或铵盐的含碳化合物如碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钠钾、碳酸铯、碳酸铷和碳酸铵以及它们的水合物(例如,十水合物、七水合物、1.5水合物和一水合物);含有碱金属盐和/或铵盐的碳酸氢盐如碳酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铯、碳酸氢铷和碳酸氢铵;含有碱金属盐和铵盐的氢氧化物如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铷、氢氧化铵和水玻璃;磷酸氢盐化合物如磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二锂、磷酸氢二铷和磷酸氢二铯;复盐如倍半碳酸钠(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)。可以混和或一起使用这些盐中的至少两种。此外,这些可溶于水的无机碱(b1)可以以粉末、其水合物、颗粒或水溶液的形式购买、保存和使用,但是对其形式没有特殊限制。
从性能和溶解度来看宜使用的可溶于水的无机碱(b1)为碱金属盐,较好是锂盐、钠盐或钾盐,更好是钠盐。此外,从性能来看宜使用的所述化合物(b1)为碳酸盐/碳酸氢盐/氢氧化物,更好是氢氧化物和/或碳酸氢盐,尤其宜为氢氧化物。也就是说,宜用作可溶于水的无机碱(b1)是碳酸氢钠和/或氢氧化钠,更好是氢氧化钠。
当所述可溶于水的无机碱(b1)不和以下所述的不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)一起使用时,本发明可溶于水的无机碱(b1)的用量以100重量份的吸水树脂计,宜为0.001~10重量份、较好为0.01~5重量份,更好是0.01~2重量份。若在上述范围内使用可溶于水的无机碱(b1),可以进一步提高其对体液(水性液体)如尿、汗和月经血的吸收性。当用量小于0.001重量份时,不可能适当地控制吸水树脂表面附近的官能团的中和比例,且不能提高吸收性。当用量超过10重量份时,它就过量且不经济,而且还存在不能提高其吸收能力的可能。
顺便提及的是,当所述可溶于水的无机碱(b1)和以下所述的不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)一起使用时,基于和上述相同的原因,其总用量以每100重量份吸水树脂计,宜为0.001~10重量份,较好为0.01~5重量份,更好是0.01~2重量份。但是,当在本发明中所述可溶于水的无机碱(b1)和以下所述的不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)一起使用时,在以能显现它们中至少一种的作用的范围内适当地混和使用所述可溶于水的无机碱(b1)和所述不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)。
提高吸收性的机理并不十分清楚,但是认为有以下两个原因:(1)通过使表面中和比例均匀来形成均匀表面交联的层,(2)通过改变盐的浓度来使混和与吸收性最佳化。
即就原因(1)而言,通常对于吸水树脂粉末,不论在聚合反应之后是否进行后中和(不论是进行上述中和聚合方法还是进行酸型聚合方法),吸水树脂粉末各颗粒的中和比例均不同,甚至对于粉末的同一颗粒,该颗粒的整个表面的中和比例在显微镜下也是不同的。因此,在常规的表面处理中,由于这些原因导致粉末交联反应或者交联剂混和的不均匀性,且产生了性能的降低。因此,由于在本发明中通过混和使用可溶于水的无机碱(b1)和交联剂(c)来消除吸水树脂粉末各颗粒的中和比例之间的差异和一个粉末颗粒的整个表面上中和比例的微观差异,可以均匀地使涉及在表面附近的交联和存在的羧基中和最佳化。结果,就可能均匀地进行表面交联。例如,由具有70摩尔%中和比例的聚丙烯酸吸水树脂和0.01~2重量份氢氧化钠制得的吸水剂的中和比例可以升至0.025~5摩尔%,且,在颗粒表面附近的中和比例是选择地高。而且,认为本发明可溶于水的无机碱(b1)也起交联剂反应催化剂的作用,且这一作用引起吸收性的提高。
此外就原因(2)而言,当混和有交联剂时,所述可溶于水的无机碱(b1)由于在交联剂溶液中高盐浓度抑制了吸水树脂的吸收性,由此提高了可混和性。但是,通过混和之后进行和吸水树脂羧基的中和反应形成其碱金属盐或铵盐可以使可溶于水的无机碱(b1)从交联剂溶液中消失。因此,认为所述可溶于水的无机碱(b1)起促进交联剂吸收性的作用。认为:常规添加剂(例如,亲水性有机溶剂如异丙醇)由于其惰性有机溶剂抑制了吸水树脂的吸收性,并由此提高了可混和性,但是不利的是抑制了进入表面的交联剂吸收性,这是因为混和后所述有机溶剂仍旧保留在交联剂溶液中。
此外,不像可溶于水的无机碱(b1),当使用多价金属(例如,铝)盐时,认为多价金属离子不利于进行交联反应,所以导致无负荷或负荷下吸收能力的降低。而且,也认为由多价金属离子引起的交联很弱,这是因为形成了离子键,而且因为多价金属离子转移到处于水溶胀状态的颗粒中并由此形成交联,更加导致其性能的降低。
认为本发明可溶于水的无机碱(b1)改进了常见的缺点:吸水剂交联层的厚度过低以及性能下降,其中,所述缺点由上述现象引起。也认为若进一步使用可脱水交联剂(c1),那么所述交联剂进一步通过脱水交联反应产生的水吸收到表面附近,且进一步增大了所述交联层的厚度。
(不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)):
本发明中,往上述吸水树脂粉末(a)或(a1)中加入所述不可交联可溶于水的无机碱(b1)(即,所述可溶于水的无机碱(b1)选自碱金属盐、铵盐、碱金属氢氧化物和氨或氢氧化铵)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2),以及交联剂(c)或者可脱水交联剂(c1)。下文中,说明不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)。
本发明不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)保持几乎恒定的氢离子浓度,即使在溶液中酸或碱的加入或失去达到某种程度,且这一缓冲剂(b2)基本上是不可还原的,且因此宜使用非氧化碱金属盐(例如,当为含有如磷和硫的不可还原的碱金属盐pH缓冲剂时,若磷原子的氧化数目为+5或者硫原子的氧化数目为+6,此pH缓冲剂呈现非氧化性和不可还原的性。)。
当所述pH缓冲剂具有还原性或者不是碱金属盐时,存在抑制交联的可能,且本发明的目的不能充分地达到。在本发明中,所述碱金属盐起到pH缓冲剂的作用,且往其中加入由各种酸、碱或者盐混和制备而得的pH缓冲剂。此外,从吸水树脂的可混和性和吸收性来看,所用pH缓冲剂的分子量宜为50~1000,更好为60~800,特别好为70~500。
本发明中起pH缓冲剂(b2)作用的碱金属盐的有代表性的例子包括选自碳酸氢盐、磷酸二氢盐和磷酸氢盐中的至少一种。
其具体的例子包括:无机多价酸的部分碱金属盐如碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢锂、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠和磷酸氢二钾;和有机多羧酸的部分碱金属盐(尤其是钠盐或钾盐,以及锂盐)如柠檬酸二氢钾、柠檬酸二氢钠、柠檬酸氢二钠、柠檬酸氢二钾、酒石酸氢钠、酒石酸氢钾、富马酸单钠和邻苯二甲酸氢钾。
而且,除了上述pH缓冲剂(b2)以外,本发明中由各种酸、碱或盐的混合物制备的所述pH缓冲剂(b2)的有代表性例子包括由用于制备常规已知缓冲剂溶液的化合物混和物制备的缓冲剂,尤其是包含弱酸和强碱的混合物的盐、或者包含强酸和弱碱的混和物的盐、或者这些盐的混合物的水溶液。当所述吸水树脂含有如羧基的酸基时,宜使用含有弱酸和强碱的盐混和物,更宜使用无机盐的缓冲剂。
至于所述缓冲剂溶液,其具体的例子包括用于The Chemical Handbook(由the Chemical Society of Japan出版,II-355,356)中所述的用于缓冲剂溶液的化合物的混合物。其例子包括:Clark-Lubs缓冲溶液(氯化钾/盐酸,pH1.0~2.2;邻苯二甲酸氢钾/盐酸,pH 2.0~3.8;邻苯二甲酸氢钾/氢氧化钠,pH 4.0~6.2;磷酸二氢钾/氢氧化钠,pH 5.8~8.0和硼酸/氯化钾/氢氧化钠,pH 7.8~10.0)、Sφrensen缓冲剂溶液(甘氨酸+氯化钠/盐酸,pH 1.1~4.6;甘氨酸+氯化钠/盐酸,pH 8.6~13.0;柠檬酸钠/盐酸,pH 1.1~4.9;柠檬酸钠/氢氧化钠,pH 5.0~6.7;四硼酸钠/盐酸,pH 7.6~9.2;四硼酸钠/氢氧化钠,pH 9.3~12.4和磷酸二氢钾/磷酸氢二钠,pH 5.3~8.0)、Kolthoff缓冲溶液(柠檬酸钾/柠檬酸,pH 2.2~3.6;柠檬酸二氢钾/盐酸,pH 2.2~3.6;柠檬酸二氢钾/氢氧化钠,pH 3.8~6.0;琥珀酸/四硼酸钠,pH 3.0~5.8;柠檬酸二氢钾/四硼酸钠,pH 3.8~6.0;磷酸二氢钾/四硼酸钠,pH 5.8~9.2;四硼酸钠/碳酸钠,pH 9.2~11.0;盐酸/碳酸钠,pH 1 0.2~11.2;和磷酸氢二钠/氢氧化钠,pH 11.0~12.0)、Michaelis缓冲溶液(酒石酸/酒石酸钠,pH 1.4~4.5;乳酸/乳酸钠,pH 2.3~5.3;醋酸/醋酸钠,pH 3.2~6.2;磷酸二氢钾/磷酸氢二钠,pH 5.2~8.3;二乙基巴比土酸钠+醋酸钠/盐酸,pH2.6~9.2;二乙基巴比土酸钠/盐酸,pH 6.8~9.6和N,N-二甲基甘氨酸钠盐/盐酸,pH 8.6~10.6)、Mcilvaine宽范围缓冲溶液(磷酸氢二钠/柠檬酸,pH2.2~8.0)、Britton-Robinson宽范围缓冲溶液(柠檬酸+磷酸二氢钾+硼酸+二乙基巴比土酸+磷酸三钠)、Carmody宽范围缓冲溶液(硼酸+柠檬酸/磷酸三钠,pH 2.0~12.0)、Gomori缓冲溶液(2,4,6-三甲基吡啶/盐酸,pH 6.4~8.4;三(羟甲基)氨基甲烷/盐酸,pH 7.2~9.1;2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇/盐酸,pH 7.8~9.7)、Bates-Bower的Tris缓冲溶液(三(羟甲基)氨基甲烷/盐酸,pH 7.0~9.0)和Delory-King缓冲溶液(碳酸盐/碳酸氢盐,pH 9.2~10.7)。而且,所用缓冲剂的pH和浓度由吸水树脂的中和比例或者所用表面交联剂的种类来决定,但是所述表面交联剂溶液的pH宜通过加入缓冲剂调节至1.5~10.0。
上述缓冲溶液中,从如在一种组分体系中的性能、稳定性、用途以及成本来看,宜为无机多价酸部分中和的盐,更好为磷酸或碳酸部分碱金属中和的盐。
当所述pH缓冲剂(b2)不和上述可溶于水的无机碱(b1)一起使用时,本发明中上述pH缓冲剂(b2)的用量根据固体含量以每100重量份的吸水树脂计,宜为0.005~10重量份、更好是0.05~5重量份。若在上述范围内使用pH缓冲剂(b2),可以进一步提高其对体液(水性液体)如尿、汗和月经血的吸收性。当用量少于0.005重量份时,不能适当地控制吸水树脂表面附近的官能团的中和比例,且不能提高其吸收性。当pH缓冲剂(b2)的用量大于10重量份时,所述添加剂过量且不经济,还可能不能提高其吸收能力。
顺便提及的是,当所述不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)和上述可溶于水的无机碱(b1)一起使用时,由于和上述相同的原因,它们的总用量以每100重量份吸收树脂计宜为0.001~10重量份,较好是0.01~5重量份,更好是0.01~2重量份。但是,当在本发明中将可溶于水的无机碱(b1)和上述不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)一起使用时,在以能呈现它们中至少一个的作用的范围内适当地共同使用所述可溶于水的无机碱(b1)和不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)。
提高这些吸收性的机理并不是很清楚,但是可以认为是以下两种原因:(1)使表面中和比例均匀,(2)通过改变盐的浓度来使混和与吸收最佳化。
即就原因(1)而言,对于吸水树脂粉末,不论在聚合反应之后是否进行后中和(不论是进行上述中和聚合方法还是进行酸型聚合方法),吸水树脂粉末各颗粒的中和比例均不同,甚至对于粉末中的同一颗粒,该颗粒的整个表面的中和比例在显微镜下也是不同的。因此,导致粉末交联反应或者交联剂混和的不均匀性,且产生了性能的降低。然而,由于在本发明中通过混和使用本发明的pH缓冲剂(b2)和交联剂(c)来消除吸水树脂粉末各颗粒的中和比例的差异和一个粉末颗粒的整个表面上中和比例的微观差异,认为由于本发明可以均匀地使涉及在表面附近的交联和存在的羧基中和最佳化,而无需考虑吸水树脂粉末的中和比例和以下将提及的中和指数。结果,就可以认为:本发明的pH缓冲剂也起混合促进剂的作用,而对于吸水树脂粉末不会抑制交联剂的吸收,而且也起交联剂反应催化剂的作用,这些作用可以提高其吸收性能。
此外就原因(2)而言,当混和交联剂时,所述pH缓冲剂如碳酸氢盐以其碱金属盐的形式存在于交联剂溶液中。因此,所述pH缓冲剂由于其高盐浓度抑制了吸水树脂的吸收性,由此提高了可混和性。但是,通过混和之后进行和吸水树脂羧基的中和反应可以使pH缓冲剂的碱金属盐从交联剂溶液中消失。因此,认为混和后抑制交联剂吸收性的盐消失了,因此所述pH缓冲剂起到促进交联剂吸收性的作用。认为:常规添加剂(例如,亲水性有机溶剂如异丙醇)由于惰性有机溶剂抑制了吸水树脂的吸收性,由此提高了可混和性,但是不利的是抑制了进入表面中交联剂的吸收性,这是因为所述有机溶剂在混和后仍旧保留在交联剂溶液中,因此本发明的pH缓冲剂改善了吸水剂交联层厚度不足的常见缺点。
(交联剂(c)及其混和与交联处理):
在本发明中,由于交联剂(c)能和酸基反应,宜使用表面交联剂,更宜使用可脱水(可进行脱水反应的)交联剂(c1)。顺便提及的是,术语“脱水(可进行脱水反应的)是指能通过吸水树脂官能团(尤其是表面附近的官能团)之间的脱水反应进行交联的交联剂,宜通过脱水酯化和/或脱水酰胺化,更好是通过脱水酯化进行交联的交联剂。
特别是当吸水树脂含有羧基时,呈现脱水性能的交联剂(c1)的例子包括:含羟基的交联剂如多元醇、含氨基的交联剂如聚胺,以及环状交联剂如碳酸亚烷酯、单-、二-或聚噁唑烷酮化合物和氧杂环丁烷化合物(例如,3-甲基-3-氧杂环丁基甲醇),其中羟基或氨基和环状交联剂(c1)的开环反应一起形成,并进行交联反应。所述脱水交联剂(c1)可以单独使用或者相互混和使用。但是,也可以进一步和不可脱水的交联剂(例如多价金属)一起使用。
特别是如果本发明所用的可脱水交联剂(c1)是可以和吸水树脂中的官能团反应的交联剂时,它可以毫无限制地使用,通常是用于这一用途的交联剂(表面交联剂)。其例子包括:选自多元醇化合物如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、三甘醇、四甘醇、聚乙二醇、二丙二醇、聚丙二醇、1,3-丙二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、甘油、双甘油、聚丙三醇、2-丁烯-1,4-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、氧乙烯-氧丙烯嵌段共聚物、季戊四醇和山梨糖醇;聚胺化合物如乙二胺、三亚基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、聚酰胺聚胺、聚烯丙基胺和聚乙烯亚胺;聚胺化合物和卤代环氧化合物之间的缩合产物;碳酸亚烷酯化合物如1,3-二氧戊环-2-酮、4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,5-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-羟甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、1,3-二噁烷-2-酮、4-甲基-1,3-二噁烷-2-酮、4,6-二甲基-1,3-二噁烷-2-酮和1,3-二氧戊环(dioxopan)-2-酮;以及聚碳酸亚烷酯化合物如乙二醇二(4-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮)醚;单-、二-或聚噁唑烷酮化合物;氧杂环丁烷如3-甲基-3-氧杂环丁基甲醇;和聚氧杂环丁烷化合物中的至少一种。
这些可脱水交联剂中,至少一种宜选自多元醇、碳酸亚烷酯化合物、噁唑烷酮化合物和(聚)氧杂环丁烷化合物,且至少尤其宜使用多元醇。
除了这些可脱水交联剂(c1)外,所述交联剂(c)的例子还包括:环氧化合物如乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、甘油多缩水甘油醚、二甘油多缩水甘油醚、聚甘油多缩水甘油醚、聚乙烯二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、缩水甘油和γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷;多异氰酸酯化合物如2,4-甲苯二异氰酸酯和己二异氰酸酯;聚噁唑啉化合物如1,2-亚乙基二噁唑啉;硅烷偶联剂如γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷;聚氮丙啶化合物如2,2-二羟甲基丁醇-三[3-(1-氮丙啶基)丙酸酯]和多价金属铍、镁、钙、锶、锌、铝、铁、镉、锰、钛和锆。
顺便提及的是,当本发明中既不使用可脱水交联剂(c1)也不使用吸水树脂粉末(a1)和/或吸水树脂粉末时,通常获得的吸水剂的性能低,其中,所述吸水树脂粉末(a1)重均粒径为300~600微米,在吸水树脂粉末(a1)中粒径不大于150微米的细粉的比例不超过10重量%,且吸水树脂粉末包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,它在吸水树脂粉末的所有颗粒中的比例不低于90重量%,包含至少两种选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的颗粒。因此,在本发明中宜使用可脱水交联剂(c1)和具有上述具体粒径分布的吸水树脂粉末(a1)。
在本发明中当所述吸水树脂粉末(a)或(a1)和可溶于水无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2),以及进一步和交联剂(c)或(c1)混和时,宜使用水。在这种情况下,水的用量由所用吸水树脂的含水量来决定,但是若以每100重量份吸水树脂计通常是为0.5~20重量份,宜为0.5~10重量份。当水的用量大于20重量份时,吸收能力降低。当水的用量小于0.5重量份时,很难发挥其作用,且可能不能提高负荷下的吸收能力。
此外,当在本发明中吸水树脂粉末(a)或(a1)和可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2),以及进一步和交联剂(c)或(c1)混和时,也可以使用亲水性有机溶剂。所用亲水性有机溶剂的例子包括:醇如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇和叔丁醇;酮如丙酮和甲基乙基酮;醚如二噁烷、烷氧基(聚)乙二醇和四氢呋喃;酰胺如ε-己内酰胺和N,N-二甲基甲酰胺;亚砜如二甲基亚砜;以及多元醇如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、三甘醇、四甘醇、聚乙二醇、1,3-丙二醇、二丙二醇、2,2,4-三甲基-1,3-丙二醇、聚丙二醇、甘油、聚丙三醇、甘油磷酸、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、氧乙烯-氧丙烯嵌段共聚物、季戊四醇和山梨糖醇。
所述亲水性有机溶剂的用量根据如吸水树脂的粒径种类的因素而不同,但是若以每100重量份吸水树脂计通常是为0~10重量份,宜为0~5重量份,更好是0~3重量份。当亲水性有机溶剂的用量小于10重量份时,可能会降低上述添加剂的溶解度,不能提高其吸收能力。顺便提及的是,根据反应条件(例如,加热温度和时间,以及含水量),上述多元醇可以被用作交联剂,使之和吸水树脂反应,或者在不和吸水树脂反应的条件下用作溶剂,或者以它们作用来混和使用。
而且,当在本发明中所述吸水树脂粉末(a)或(a1)和可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2),以及进一步和交联剂(c)或(c1)混和时,表面活性剂或惰性无机细颗粒粉末可以用作除水和亲水性有机溶剂以外的物质,其用量以不抑制本发明的效果为宜。所用表面活性剂或惰性无机细颗粒粉末在如USP5164459、EP 827753、EP 349240和EP 761241的公报中有说明。
在本发明中,吸水树脂粉末(a)或(a1)和可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)以及进一步和交联剂(c)或(c1)的混和可以以吸水树脂分散在有机溶剂如亲水性有机溶剂、环己烷或戊烷中的状态进行。但是,含有水、交联剂和添加剂的混合物的可以分若干次加入,因此对混和方法内有特殊限制。此外,可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)、以及交联剂(c)或(c1)和如水、亲水性溶剂和需要时加入的无机粉末可以单独,或整体或者分若干次和吸收树脂混和。但是,宜可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)预先和交联剂(c)或(c1)混和,之后将所得混合物加入吸水树脂中。在这种情况下,更宜以水溶液的形式使用可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2),以及交联剂(c)或(c1)。此外,在这种情况下,水溶液的温度从可混和性和稳定性来看,应控制在0℃到其沸点的范围内,宜为5~50℃,更好是10~30℃。此外从可混和性来看,吸水树脂粉末(a)或(a1)的温度在混和前宜为0~80℃,更好为40~70℃。
而且,本发明各种混和方法中适宜的方法包括:若需要的话,预先将可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2),以及交联剂(c)或(c1)和水和/或亲水性有机溶液混和;之后将所得水溶液喷雾或者滴加,更宜为喷雾到吸水树脂粉末(a)上。喷雾的液滴大小宜不大于300微米,更好不大于200微米。此外,当进行混和时,可溶于水的细颗粒粉末或表面活性剂可以在不妨碍本发明效果的范围内共存。
为了确保进行均匀的混和,用于上述混和的合适的混和设备要求能产生大的混和动力。用于本发明的混和设备的较佳的例子包括圆柱型混合器、双壁圆锥形混合器、高速搅拌器型混合器、V型混合器、螺带式混合器、螺杆式混合器、流化一炉转盘型混合器、吹气型混合器、双臂捏和机、内混器、研磨型捏和机、旋转混合器和螺杆型挤出机。
本发明吸水剂制备方法的特点是包括如下步骤:将吸水树脂粉末(a)或(a1)和可溶子水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2),以及进一步和交联剂(c)或(c1)混和,由此将吸水树脂粉末(a)或(a1)进行交联处理。
在本发明吸水剂制备方法中,所述吸水树脂粉末(a)或(a1)宜和可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2),以及进一步和交联剂(c)和(c1)混和,之后当吸水树脂的表面附近交联时,进行热处理。
当在本发明中进行热处理时,处理时间宜为1~180分钟,较好为3~120分钟,更好为5~100分钟。热处理的温度(由热介质温度或材料温度来限定)宜为100~250℃,较好为140~240℃,更好为150~230℃,更佳为160~220℃。当加热温度低于100℃时,不仅因为要花费许多时间来进行热处理或者脱水反应而导致生产率下降,而且因为交联不均匀不能获得优良的吸收剂。此外,当加热温度高于250℃时,所得吸水剂受到破坏,因此存在很难获得具有优良性能的吸收剂的情况。
可以用常规干燥机或加热炉来进行热处理。其例子包括烘道式混和干燥机、旋转干燥机、盘式干燥机、流化床干燥机、吹气型干燥机和红外干燥机。
上述本发明制备吸水剂的方法可以进一步包括如下步骤:若需要的话,赋予所述吸水剂或吸水树脂各种功能的步骤,如加入诸如除臭剂、抗微生物剂、芳香剂、如二氧化硅和氧化钛的无机粉末、起泡剂、颜料、染料、亲水性短纤维、增塑剂、压敏粘合剂、表面活性剂、肥料、氧化剂、还原剂、水、盐、螯合剂、消毒剂、如聚乙二醇和聚乙二胺的亲水性聚合物、如石蜡的疏水性聚合物、如聚乙烯和聚丙烯的热塑性树脂以及如聚酯树脂和尿素树脂的热固性树脂的步骤。这些添加剂的用量以每100重量份吸水剂计,为0~10重量份,宜为0~1重量份。
本发明中用于吸水剂的阳离子聚合化合物可以提高如用于卫生材料的吸水剂的柔性,且宜具有不小于2,000,更好是不小于5,000,最好是不小于10,000的重均分子量。此外,以每100重量份吸水树脂计,其用量宜为0.01~10重量份,较好为0.05~5重量份,更好为0.1~3重量份。在表面交联以后,所述阳离子聚合化合物宜通过单独加入或者以溶液(水溶液)的形式加入进行混和。所述阳离子聚合化合物的具体例子包括聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚烯丙基胺、聚酰胺和表氯醇的缩合产物、聚脒、聚(N-乙烯基甲醛)的部分水解产物,或者它们的盐。
通过使用可溶于水的细颗粒,可以进一步提高吸水剂的液体渗透性和吸收湿气时的耐阻塞性。至于所用的微细颗粒,可以使用具有宜不大于10微米、更好是不大于1微米,尤其是不大于0.1微米大小的无机或有机可溶于水的细颗粒。其具体例子包括氧化硅(商品名:Aerosil,由Nippon Aerosil Co.,Ltd.制造)、氧化钛和氧化铝。通过粉末混和(干混)或者浆液混和可以进行混和,且以每100重量份吸水剂计,其用量宜不大于10重量份,较好为0.001~5重量份,更好为0.01~2重量份。
(吸水剂和含有吸水剂的卫生材料):
在本发明中,宜通过进行包括如下步骤的方法提供新型吸收剂:将吸水树脂粉末(a)或(a1)和可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)以及进一步和交联剂(c)或(c1)混和,由此将吸水树脂粉末(a)或(a1)进行交联处理,其中所述新型吸水剂具有由本发明上述作用产生的高性能。
本发明的吸水剂宜为微粒吸水剂,其主要部分含有由包括聚合不饱和单体组分步骤的方法制得的且具有交联结构的吸水树脂。
(1)进行酸聚合反应制得的吸水剂
当通过酸聚合反应制得吸水树脂时,本发明的吸水剂宜是由包括如下步骤的方法制备的吸水剂:聚合包括含酸基单体(盐)的单体,然后后中和所得聚合物,接着表面交联所得吸水树脂。更好的是,上述后中和所得的吸水树脂宜具有不低于15,更好是不低于17,特别好是不低于20的中和指数。此外,上述表面交联的吸水树脂宜具有不低于15,更好是不低于17,尤其是不低于20的中和指数。当为提高表面交联效果而降低中和指数时,需花费许多时间和复杂的步骤来进行中和。但是,本发明中即使中和进行不均匀,也能容易获得优良的表面交联。
迄今,由包括如下步骤的方法制备的吸水树脂具有高吸收能力和低可提取物含量,所述方法包括如下步骤:聚合包括含酸基单体(盐)的单体,然后后中和所得聚合物。但是,由于所制备的吸水树脂中和不均匀,所以通常很难提高其负荷下的吸收能力。为了解决这种问题,已知在JP-A-101735/1998(EP 0882502)中揭示了高度控制在吸水树脂各颗粒的中和比例(中和指数)之间差异的技术。
在控制中和指数的方法中,由包括如下步骤的方法制备的、具有低提取物含量的吸水树脂可以获得更高的负荷吸收能力,其中所述吸收能力并不是以前的,所述方法包括如下步骤:聚合包括含酸基单体(盐)的单体,然后后中和所得聚合物,但是这要花费很多时间来控制中和比例。但是由于本发明方法并不需要高度控制中和指数,且即使在容易且不均匀进行后中和时也能提供高负荷吸收能力,所以使用本发明的方法是很有效的,该方法中使用了本发明的碱金属盐pH缓冲剂(b2)。顺便提及的是,本发明显然不限于通过酸型聚合方法制备的的具有低可提取物含量的吸水树脂,其中所述吸水树脂由包括如下步骤的方法制得:聚合包括含酸基单体(盐)的单体,然后后中和所得聚合物,但是,正如以下实施例中所显示的,本发明还宜适用于通过不包括后中和步骤的中和聚合方法而得到的吸水树脂。
(2)同时具有五种性能的新型吸水剂
此外,不论是否进行酸聚合,本发明的吸水剂宜具有如下性能。本发明尤其提供同时具有五种性能(除了粒径分布、CRC、AAP和SFC这四种性能以外,还有如在连续生产系统中的SFC变异指数、SFC变异系数、SFC变异率、SFC标准偏差和表层可提取物含量中的至少一种性能(宜至少两种,更好是至少三种,特别好是至少4种))的新型吸水剂。
(a)粒径分布
本发明吸水剂的平均粒径或堆积密度宜在上述吸水树脂的范围内,即300~600微米,其中粒径不大于150微米的细粉的比例不超过10重量%,较好不超过5重量%,更好不超过3重量%,尤其不超过2重量%。
本发明吸收剂以不低于微粒吸水剂所有颗粒90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,且包含选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的至少两种(宜至少三种,更好是至少四种)。
本发明吸收剂以不低于所有颗粒的95重量%,较好是不低于97重量%,更好是不低于98重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒。由于控制了这种具体的粒径分布,所以可以在卫生材料中获得高性能。
本发明吸水剂宜以不低于0.1重量%,较好是不低于1重量%,更好是不低于3重量%的各自比例包含上述A1~A4的四种颗粒。在这种情况下,对其上限没有特殊限制,但是上述A1~A4四种颗粒的各自上限宜不大于99重量%,较好不大于90重量%,更好是不大于80重量%。根据所述颗粒的表面积,可以将吸收率控制在良好的综合性能上,这是因为所述吸水剂包含具有其各自不低于限定比例的粒径范围的颗粒。
(b)CRC
本发明的吸水剂对0.90重量%生理盐水无负荷下30分钟吸收能力(离心保留能力/CRC)不低于31克/克。因为所述CRC不低于31克/克,含有吸水剂的卫生材料的吸收性优良,且可以获得致密的卫生材料,并且也可以降低吸水结构的成本(顺便提及的是,所述吸水结构是指用于吸收体液的吸水结构,含有吸水剂,若需要的话,还含有其它吸水材料如纤维)。所述CRC更宜不低于32克/克,更好是不低于33克/克,更佳是不低于34克/克,特别好是不低于35克/克,更加特别好是不低于36克/克。当对0.90重量%生理盐水在无负荷下30分钟吸收能力(离心保留能力)低于31克/克时,吸水结构吸收的尿的总量很小,且吸水结构一次吸收且回到一次性尿布表面的尿量大大增加。而且,当设计维持吸水结构所要求的尿吸收量时,存在如下缺点:用于吸水结构的吸水剂的量增加,所述卫生材料变得大且重,且导致增加了吸水结构的成本。
(c)AAP
本发明吸水剂宜在4.83千帕的负荷下对0.90重量%生理盐水的60分钟吸收能力(压力下的吸收性/AAP)不低于20克/克。因为AAP不低于20克/克,且当本发明吸水剂部分用作一次性尿布的吸水结构时,大大提高了防止被吸水结构吸收的尿重新回到尿布表面的作用。所述在4.83千帕的负荷下对0.90重量%生理盐水的60分钟吸收能力较好是不低于22克/克,更好是不低于24克/克,更佳是不低于25克/克,特别好是不低于26克/克,更加特别好是不低于27克/克。当在4.83千帕的负荷下对0.90重量%生理盐水的60分钟吸收能力低于22克/克时,存在如下缺点:大大降低了防止被吸水结构吸收的尿重新回到尿布表面的作用。
(d)SFC
本发明吸水剂宜对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20(单位:10-7×cm3×s×g-1)。当吸水剂溶胀后,所述SFC对本发明所获得的吸水剂的液体渗透性有很大的影响。也就是说,例如,当本发明吸水剂部分用作一次性尿布的吸水结构,可以显著提高如下作用:提高液体渗透性,以及液体在整个吸水结构中充分铺展和增加液体的吸收量,以及防止液体的渗漏。所述SFC较好是不低于25(单位:10-7×cm3×s×g-1),更好是不低于30(单位:10-7×cm3×s×g-1),更加是不低于35(单位:10-7×cm3×s×g-1),特别好是不低于40(单位:10-7×cm3×s×g-1),更加特别好是不低于50(单位:10-7×cm3×s×g-1)。当所述SFC低于20(单位:10-7×cm3×s×g-1)时,例如存在如下缺点:当吸水剂用作一次性尿布的吸水结构时,降低了液体渗透性,且液体局限在吸水结构中,并且降低了体液吸收量,以及增大了液体的渗漏,因此大大降低了吸水结构的性能。
也就是说,为了将其用于卫生材料,本发明吸水剂宜在良好综合性能的基础上除粒径分布以外综合如下三种性能。即当仅有CRC、AAP和SFC中的一种或两种是高性能时,发现所述吸水剂并不充分适宜用于卫生材料。这三种性能不仅适用于上述由酸聚合制备的且具有特殊中和指数的吸水剂,也适用于由不包括后中和步骤的中和聚合制备的吸水树脂。
对于0.90重量%生理盐水,在无负荷下的30分钟吸收能力(CRC)不低于31克/克;
对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于24克/克;
对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20(单位:10-7×cm3×s×g-1);
(e)SFC变异指数
此外,发明人已经发现了这样一个事实:在其性能已经作为颗粒的全部(整体)来进行评价和处理的吸水树脂(吸水剂)中,所述吸水树脂(吸水剂)颗粒的性能随其粒径存在巨大的差异,且随粒径出现的这种性能差异导致卫生材料中性能降低。认为在包含在卫生材料中的吸水剂颗粒中可以在显微镜下观察到粒径的分散,因此以粒径分布为基础的各卫生材料或者一个卫生材料中各部分的性能差异会导致卫生材料中性能降低。
因此,发明人提供根据粒径的性能差异小,尤其是根据粒径SFC分散小的吸水剂。
本发明的吸水剂的SFC变异指数宜为0~25%,其中所述SFC变异指数由下式(1)定义:
SFC变异指数(%)=[(A1~A4颗粒的SFC标准偏差)/(整个微粒吸水剂的SFC)]×100      (1)
在这一SFC变异指数和如下SFC变异系数中,可以通过将吸水剂颗粒分级以获得2~4种在吸水剂A1~A4颗粒颗粒中存在的颗粒,接着分别测量处于其各自粒径范围内的颗粒的SFC一次,然后计算2~4种颗粒SFC值的标准偏差来确定所述A1~A4颗粒的SFC标准偏差。此外,也用同样的方法由2-4种颗粒SFC值计算平均值。
这个SFC变异指数代表根据粒径的SFC分散的程度。当所述SFC变异指数为0~25%时,可以获得如下的效果:所述吸水结构具有更均匀的液体渗透性,且所述液体很容易分散入整个吸水结构中,并防止了液体的渗漏。所述SFC变异指数较好为0~23%,更好是0~20%,更加好0~18%,特别佳为0~15%,更加特别佳为0~10%。例如,当SFC变异指数大于25%时,存在如下缺点:当所述吸水剂用于一次性尿布的吸水结构时,导致在吸水结构中液体渗透性的分散,且很难将液体分散在整个吸水结构中,并且导致液体渗漏,以及降低了吸水结构的液体吸收量。
(f)SFC变异系数
本发明吸水剂的SFC变异系数宜为0~0.25,其中所述SFC变异系数由下式(2)定义:
SFC变异系数=[(A1~A4颗粒的SFC标准偏差)/(A1~A4颗粒的SFC平均值)]    (2)
这个SFC变异系数和以下SFC变异率也同样地代表根据粒径的SFC差异小的程度。当所述SFC变异系数为0~0.25时,降低了根据粒径的SFC分散的程度。例如,当使用本发明的吸水剂生产一次性尿布的吸水结构时,在吸水结构中液体渗透性是均匀的,且即使是吸水结构之间相互比较时也不存在所述一次性尿布性能的分散,能生产具有稳定质量的一次性尿布。所述SFC变异系数较好为0~0.23,更好是0~0.20,更佳是0~0.18,特别好为0~0.15,更加特别好是0~0.10。当所述SFC变异系数大于0.25和/或其SFC变异率小于0.65时,存在如下缺点:在含有吸水剂的卫生材料(尤其是一次性尿布)的吸水结构中,其液体渗透性不均匀,且即使是吸水结构之间相互比较时,所述一次性尿布性能的分散会进一步增大,因此不能生产具有稳定质量的一次性尿布。
(g)SFC变异率
本发明吸水剂的SFC变异率宜为0.65~1.00,其中所述SFC变异率由下式(3)定义:
SFC变异率=(A1~A4颗粒的SFC中最小的SFC)/(A1~A4颗粒的SFC中最大的SFC)      (3)
这个SFC变异率也同样代表根据粒径的SFC差异小的程度,较好为0.70~1.00,更好是0.75~1.00,尤其是0.80~1.00。
(h)表层可提取物含量
本发明吸水剂宜具有不超过6.0重量%的表层可提取物含量(以吸水剂计)。这个表层可提取物含量宜不超过5.5重量%,较好不超过5.0重量%,更好不超过4.5重量%,特别好不超过4.0重量%。
由本发明方法测得的表层可提取物含量是指相应于卫生材料实际应用的可提取物含量,且所述吸水剂在卫生材料中具有更优良的吸收性。也就是说,迄今为止已知许多水可提取物含量的测量方法(例如,US Re 32649和EDANA方法)。但是,迄今为止已经发现相比在实际应用中洗提的可提取物含量,测得更加过量的可提取物含量。这是因为所述测量是在液体长时间过量的条件下进行的。因此,已经发现本发明的方法对于卫生材料实际应用是最好的模式。
(i)在连续生产系统中的SFC标准偏差
在连续生产系统中本发明吸水剂的SFC标准偏差宜不超过5.0,其中在连续生产系统中的SFC标准偏差由下式(4)定义:
连续生产系统中的SFC标准偏差=每批的SFC标准偏差      (4)
其中:每批的重量不低于20千克,且批数不小于10。
上述连续生产系统是指每条生产线以不低于24小时或者不小于10吨的量来连续生产吸水剂。此外,对于吸水剂制备方法的基本步骤(例如,聚合、干燥、磨成粉末和表面处理),在连续生产系统中以不超过24小时(宜不超过12小时、更好是不超过6小时、特别好不超过3小时)的间隔来进行每一步,而不需考虑是连续方式还是间歇方式(例如,在聚合步骤中是连续聚合还是间歇聚合)。
每批的重量宜为20千克~100吨,较好是0.1~50吨,更好是0.5~25吨。
批数宜不少于20,较好是不少于30,更好是不少于50,特别好不少于100。
所述在连续生产系统中的SFC标准偏差代表各批中SFC值的分散。当在连续生产系统中的SFC标准偏差不大于5.0时,降低了各批中SFC值的分散。例如,当使用本发明的吸水剂生产一次性尿布的吸水结构时,可以生产具有稳定质量的一次性尿布。在连续生产系统中的SFC标准偏差较好是不大于4.5,更好是不大于4.3,更加好是不大于4.0,特别好不大于3.5,更加特别好是不大于3.0,最好是不大于2.5。当在连续生产系统中的SFC标准偏差大于5.0时,存在不能生产具有稳定质量的一次性尿布的缺点。
顺便提及的是,当所述吸水剂用于卫生材料时,上述各种性能是和实际使用效果(例如,尿布吸收性和渗漏性)相互关联的重要性能,且本发明的吸水剂在上述各种性能方面尤其优良。在本文的“较佳实施方式的详细说明”部分,说明了它们的测量方法。
本发明吸水剂宜具有上述各种性质。具有特别好的结构的吸水剂是能满足上述式(1)、(2)和(4)中至少一个(较好是至少两个,更好是全部三个)的吸水剂。
也就是说,本发明的吸水剂是其主要部分含有由包括聚合不饱和单体组分步骤的方法制得的且具有交联结构的吸水树脂的微粒吸水剂,所述吸水剂的特征在于:所述微粒吸水剂以不低于微粒吸水剂所有颗粒90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,且包含选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的至少两种,而且还满足以下性质:
对于0.90重量%生理盐水,在无负荷下的30分钟吸收能力(CRC)不低于31克/克;
对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于24克/克;
对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20(单位:10-7×cm3×s×g-1);
SFC变异指数为0~25%,其中所述SFC变异指数由下式(1)定义:
SFC变异指数(%)=[(A1~A4颗粒的SFC标准偏差)/(整个微粒吸水剂的SFC)]×100      (1)
此外,本发明另一吸水剂是其主要部分含有由包括聚合不饱和单体组分步骤的方法制得的,且具有交联结构的吸水树脂的微粒吸水剂,所述吸水剂的特征在于:所述微粒吸水剂以不低于微粒吸水剂所有颗粒90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,且包含选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的至少两种,而且还满足以下性质:
对于0.90重量%生理盐水,在无负荷下的30分钟吸收能力(CRC)不低于31克/克;
对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于24克/克;
对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20(单位:10-7×cm3×s×g-1);
SFC变异系数为0~0.25,其中所述SFC变异系数由下式(2)定义:
SFC变异指数=[(A1~A4颗粒的SFC标准偏差)/(A1~A4颗粒的SFC平均值)]    (2)
而且,本发明又一连续制备的吸水剂是其主要部分含有由包括聚合不饱和单体组分步骤的方法制得的,且具有交联结构的吸水树脂的微粒吸水剂,所述吸水剂的特征在于:所述微粒吸水剂以不低于微粒吸水剂所有颗粒90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,且包含选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的至少两种,而且还满足以下性质:
对于0.90重量%生理盐水,在无负荷下的30分钟吸收能力(CRC)不低于31克/克;
对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于24克/克;
对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20(单位:10-7×cm3×s×g-1);
在连续生产系统中,SFC标准偏差为不超过5.0,其中连续生产系统中的SFC标准偏差由下式(4)定义:
连续生产系统中的SFC标准偏差=每批的SFC标准偏差      (4)
其中:所述CRC、AAP和SFC是各批的平均值,每批的重量不低于20千克,批数不小于10。
而且,本发明再一吸水剂是由包括以下步骤的方法制得的微粒吸水剂:聚合包括含酸基单体(盐)的单体,接着后中和所得聚合物,然后表面交联所得吸水树脂,所述吸水剂具有如下特点:所述微粒吸水剂或者吸水树脂的中和指数不低于15,并且在表面交联后,对0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于20克/克。
在上述吸水剂中,CRC、AAP、SFC、SFC变异指数和SFC变异系数宜在上述的范围内,且本发明新型的吸水剂是例如由上述本发明吸水剂的制备方法制得的。在本发明的吸水剂中,所述CRC、AAP和SFC很高,且在良好的综合性能上保持所述高性能,且根据粒径性能的差异也比常规的要低。因此,所述吸水剂是在任何使用卫生材料的条件下呈现高性能的优良吸水剂。
根据本发明可以很容易生产在无负荷吸收能力、负荷吸收能力以及盐水导流率方面存在优良综合性能且具有良好的吸收性的吸水剂,且它能广泛用于如农业和园艺领域用保水剂、工业保水剂、吸湿剂、除湿剂和建筑材料。但是,所述吸水剂尤其宜用作用于吸收粪便、尿或血的卫生材料,如一次性尿布和卫生巾。而且,本发明的吸水剂在上述各种性能的综合性能上是优良的,因此,所述卫生材料通常可以以高吸水剂浓度(吸水剂与吸水剂和纤维基材料总量的重量比)使用,例如,在30~100重量%的范围内,宜为40~100重量%,更佳为50~95重量%。此外,若是用于普通吸水制品的结构,那么对卫生材料中吸水结构的结构没有特殊限制。其例子包括:通过将吸水剂置于亲水性纤维材料之间,然后将它们压模成片状而制得的吸水结构(即具有层状结构的吸水结构)和通过将亲水性纤维材料和吸水剂的混和物进行压模而制得的吸水结构(即具有混和结构的吸水结构)。
较佳实施方式的详细说明
下文中,通过以下一些较佳实施方式的实施例和不属于本发明的对比例进行比较更具体说明本发明。但是,本发明并不限制于这些实施例。顺便提及的是,所述吸水树脂或吸水剂的各种性能通过以下方法进行测量。
顺便提及的是,当吸水剂已经用于最终产品如卫生材料时,所述吸水剂已经吸收的湿气。因此,应将吸水剂和最终产品完全分离并在低温减压(例如,在60℃,不高于1毫米汞柱下进行12小时)下干燥后再进行测量。此外,本发明实施例和对比例中使用的所有吸水树脂的含水量不高于6重量%。
而且,当根据粒径的SFC以如下(4)进行测量时,要在上述操作之后测量已经用于最终产品(例如,卫生材料)的吸水剂的SFC。但是,当测量未经使用的吸水剂时,即吸水剂在实验室生产后没有使用过,在所有情况下,这种吸水剂要经受以下所述(5)的机械破坏,然后通过根据粒径的SFC和未分级颗粒的SFC进行测量,为的是将它们和实际生产或使用中的破坏相联系。
(1)无负荷吸收能力(对于0.90重量%生理盐水,无负荷下30分钟吸收能力/CRC)
在室温(20~25℃)和相对湿度为50%的条件下,将0.20克吸水树脂或吸水剂均匀地加入非织造布制的袋(60毫米×60毫米)中,然后将袋密封。之后,在室温下将此袋浸入0.9重量%生理盐水中。30分钟后将此袋子取出,并在250G下使用离心分离器(由Kokusan Co.,Ltd.制造,离心分离器:H-122型)分离3分钟,将水排干之后测量此袋的重量(W1(克))。此外,在不使用吸水剂或吸水树脂的条件下进行相同的步骤,然后测量袋的重量(W0(克))。然后由W0和W1按下式计算无负荷的吸收能力(克/克):
无负荷的吸收能力(克/克)=(W1(克)-W0(克))/吸水树脂或吸水剂的重量(克)
(2)负荷下吸收能力(对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下60分钟吸收能力/AAP)
在室温(20~25℃)和相对湿度为50%的条件下,将0.90克吸水剂均匀地铺在400目(网孔大小:38微米)的不锈钢丝网上,所述丝网通过熔合附在内径为60毫米的塑料支承圆筒的底部,在其上依次安装了活塞和负荷,其中:所述活塞的外径略小于60毫米,使之和支承圆筒的壁表面之间不出现缝隙,但是同时也不会妨碍其上下运动,调节所述活塞和负荷的总重,使之在吸水剂上均匀施加4.83千帕(0.7psi)的负荷),然后测量所得整套测量设备的重量(Wa(克))。
将直径为90毫米的玻璃过滤器(由Sogo Rikagaku Glass Seisakusho Co.,Ltd.制造,孔径:100~120微米)安装在直径为150毫米的陪替氏培养皿中,将0.90重量%生理盐水(20~25℃)加入玻璃过滤器中至其上表面,然后在其上安装直径为90毫米的滤纸(由ADVANTEC Toyo Co.,Ltd.制造,商品名:JIS P 3801,No.2),厚度:0.26毫米,截留颗粒直径:5微米),使其整个表面湿润并且除去过量的液体。
将上述测量设备安装在上述湿润的滤纸上,由此在负荷下使吸水剂吸收液体。1小时后,将这套测量设备升高,并测量其重量(Wb(克))。然后由Wa和Wb按下式计算负荷下吸收能力(克/克):
负荷的吸收能力(克/克)=(Wa(克)-Wb(克))/吸水剂的重量((0.90)克)
(3)重均粒径:
用网孔大小为例如850微米、600微米、500微米、425微米、300微米、212微米、150微米、106微米和75微米的JIS标准筛将吸水树脂粉末或者吸水剂进行分级,然后在对数概率坐标纸上绘出这些筛子上的残留物R的百分数。由此可以读出重均粒径(D50)。
至于分级方法,当进行分级并测量以下所述的根据粒径的SFC时,在室温(20~25℃)和相对湿度为50%的条件下,将10.0克吸水树脂粉末或吸水剂加入网孔大小为850微米、600微米、500微米、300微米和150微米的JIS标准筛(直径为8厘米的IIDA TESTING SIEVE)中,然后用筛子振动器(IIDA SIEVE SHAKER,ES-65型,SER.No.0501)进行筛分约10分钟。
(4)对于0.69重量%生理盐水的盐水导流率(SFC):
根据JP-A-509591/1997所述的盐水导流率(SFC)试验进行以下试验。
使用图1所示的装置,在0.3psi(2.07千帕)的负荷下,均匀加入容器40的吸水剂(0.900克)在人造尿(1)中溶胀约60分钟,并记录所得凝胶44的凝胶层高度。接着,在0.3psi(2.07千帕)的负荷下,0.69重量%生理盐水33从储罐31在恒定静液压下流经溶胀凝胶层。在室温(20~25℃)下进行SFC试验。在10分钟内用电脑和天平每隔20秒以对时间的函数记录流经凝胶层的液体量与时间的关系曲线。流经溶胀凝胶44(主要是在其颗粒之间)的流速Fs(t)由重量(克)增量除以时间增量(秒)来确定,单位为克/秒。当获得恒定静液压和稳定流速时,将此时间作为ts,且仅在ts到10分钟的时间范围内收集的数据才能用于流速计算。Fs(t=0)值,即流经凝胶层的起始流速通过ts到10分钟之间的流速来计算。Fs(t=0)是通过将Fs(t)与时间的最小二乘拟合结果外推至t=0来计算的。
盐水导流率=(Fs(t=0)×L0)/(ρ×A×ΔP)=(Fs(t=0)×L0)/139,506
式中:
Fs(t=0):流速,克/秒;
L0:  凝胶层的起始厚度,厘米;
ρ:  NaCl溶液的密度,1.003克/厘米3
A:  小容器41中凝胶层上表面的面积,28.27厘米2
ΔP:  施加在凝胶层上的静液压,4,920达因/厘米2
且SFC值的单位为10-7×cm3×s×g-1
至于图1所示的装置,将玻璃管32插入储罐31中,调节所述玻璃管32较低的下端,使0.69重量%生理盐水33能保持在离小容器41中溶胀凝胶44的底部5厘米的高度。储罐31中的0.69重量%生理盐水33通过带有旋塞的L管34提供给小容器41。收集通过液体的容器48放置在小容器41下。且所述收集容器48放置在天平49上。所述小容器的内径为6厘米,在其底部置有No.400不锈钢丝网42(网孔大小为38微米)。在活塞46下部开有足以流通液体的孔47,且其底部装有可渗透的玻璃过滤器45,使吸水剂或者其溶胀凝胶不会进入孔47。将小容器47放置在铁架台上。在和小容器接触的铁架台的一面放置不会妨碍液体渗透的不锈钢丝网43。
所用的人造尿可以通过加入0.25克氯化钙二水合物、2.0克氯化钾、0.50克氯化镁六水合物、2.0克硫酸钠、0.85克磷酸二氢铵、0.15克磷酸氢二胺和994.25克纯水来制备。
(5)机械破坏试验:
往图2所示的玻璃容器(由Yamamura Glass Co.,Ltd.制造的蛋黄酱瓶,商品名:A-29)中,加入30克吸水剂和10克玻璃小珠(用于填充蒸馏的具有约6毫米小珠球径的钠钙玻璃珠)。将这一容器放置并固定在安装于图3所示的分散器(由ToyoSeiki Seisakusho Co.,Ltd.制造,No,488试验分散器)上的夹具之间,然后以100伏/60赫兹、750cpm振动旋转数振动此容器10分钟。由此,将固定在上述分散器上的容器以相对于上述分散器夹具的固定面向右和向左各12.5°(总共25°)倾斜运动,同时向前向后各8毫米(总共16毫米)进行振动。因此,对容器中的吸水剂施加振动。上述振动是根据经验确定的动力,用于表示吸水剂在其生产过程受到的冲击,但是也广泛适用于在生产之后运输吸水剂以及制备吸水结构时导致的破坏。如果在本发明中出现机械破坏,则假定尤其是在制造吸水剂或吸水结构时也存在。而且,所述SFC变异指数、SFC变异系数和SFC变异率是测量吸水结构中吸水剂性能分散的指标。因此,当进行根据粒径的性能测量时,对于所有在实验室规模(在一次生产过程中获得的吸水剂量不大于20千克)生产的吸水剂来说必须产生上述机械破坏。
(6)可提取物(水可提取物)含量
往带盖子的250毫升容量的塑料容器中,称重184.3克0.9重量%生理氯化钠水溶液(生理盐水)。然后,往水溶液中加入1.00克吸水树脂,并搅拌16小时,由此提取树脂中的可提取物含量。用滤纸(由ADVANTEC Toyo Co.,Ltd.制造,商品名:JIS P 3801,No.2),厚度:0.26毫米,截留颗粒直径:5微米)过滤提取液,然后称量所得过滤液的重量50.0克,并作为测量溶液。
开始时,首先用0.1N的NaOH水溶液滴定生理盐水至pH为10,然后用0.1N的HCl水溶液滴定所得溶液至pH为2.7,由此获得空白滴定量([bNaOH]毫升和[bHCl]毫升)。
对测量溶液进行相同的滴定步骤,由此获得滴定量([NaOH]毫升和[HCl]毫升)。
例如,若所述吸水树脂含有已知量的丙烯酸及其钠盐,可以通过单体的平均分子量和上述步骤得到的滴定量按下式计算所述吸水树脂的可提取物含量。当其量未知时,可以通过由滴定确定的中和比例来计算单体的平均分子量。
可提取物含量(重量%)=
0.1×(平均分子量)×184.3×100×([HCl]-[bHCl])/1,000/1.0/50.0中和比例(摩尔%)=(1-([NaOH]-[bNaOH])/([HCl]-[bHCl]))×100
(7)表层可提取物(水可提取物)含量:
往带盖子的250毫升容量的塑料容器中,加入100克0.50重量%生理氯化钠水溶液。然后,往水溶液中加入0.50克吸水树脂,并提取吸水树脂中的表层可提取物含量1小时。在这一提取操作中,仅仅为了在开始阶段分散所述吸水树脂,并使所得最终液体均匀而进行搅拌,但是也可以不进行搅拌。具体是,在静态条件下进行表层可提取物含量的提取,并在提取之前和之后仅搅拌1分钟(转速:400r.p.m,由Teflon制造的搅拌旋转器(2.5厘米))。用滤纸(由ADVANTEC Toyo Co.,Ltd.制造,商品名:JIS P 3801,No.2),厚度:0.26毫米,截留颗粒直径:5微米)过滤这一提取液,然后称量所得过滤液的重量50.0克,并作为测量溶液。
开始时,首先用0.1N的NaOH水溶液仅滴定0.5重量%的NaCl水溶液至pH为10,然后用0.1N的HCl水溶液滴定所得溶液至pH为2.7,由此获得空白滴定量([bNaOH]毫升和[bHCl]毫升)。
对测量溶液进行相同的滴定步骤,由此获得滴定量([NaOH]毫升和[HCl]毫升)。
例如,若所述吸水树脂含有已知量的丙烯酸及其钠盐,可以通过单体的平均分子量和上述步骤得到的滴定量按下方式计算所述吸水树脂的表层可提取物含量。当其量未知时,可以通过由滴定确定的中和比例来计算单体的平均分子量。
表层可提取物含量(重量%)=
0.1×(平均分子量)×100×100×([HCl]-[bHCl])/1,000/0.50/50.0中和比例(摩尔%)=(1-([NaOH]-[bNaOH])/([HCl]-[bHCl]))×100
(8)中和指数:
根据JP-A-101735/1998及其权利要求3(EP 0882502及其权利要求2~4)来确定吸水树脂粉末和吸水剂的中和指数。
也就是说,往带有玻璃盖片的塑料盘中加入200粒用JIS标准筛分级为300微米~600微米的吸水树脂粉末或吸水剂颗粒,所述塑料盘厚度为1.6毫米,开口部分的大小为20毫米×20毫米。然后,往其中加入0.2毫升去离子水。而且,用微量注射器将0.05毫升0.1重量%溴百里酚蓝(BTB)乙醇溶液和0.1重量%甲基红(MR)乙醇溶液以1.5~1的比例混和的混合液加入上述溶胀凝胶中,然后通过pH指示剂观察所述200粒颗粒的颜色。在这一方式中确定了非均匀中和并具有比吸水树脂或吸水剂平均中和比例高20摩尔%的中和比例的颗粒数(200粒颗粒中有多少粒),以确定作为中和指数的非均匀中和颗粒的数目(上述专利/权利要求3中的第一中和指数)。无需多说,中和指数越大,吸水树脂粉末的中和不均匀性就越大。详细细节请参见上述专利。
(参考实施例1):吸水树脂粉末(A)的制备实施例/中和聚合反应:
在通过给带有两个∑形叶片的容量为10升的夹套不锈钢双臂捏和机加上盖子而制得的反应器中,通过将3.70克聚乙二醇二丙烯酸酯(n=9)溶解在5,500克中和比例为75摩尔%的丙烯酸钠水溶液(单体浓度:38重量%,单体平均分子量:88.5)中来制得反应液。接着,在氮气气氛下将反应液脱氧30分钟。随后,在搅拌下往反应液中加入28.3克10重量%过硫酸钠水溶液和2.1克1重量%L-抗坏血酸水溶液。结果反应在约1分钟之后开始。然后,在20~95℃下进行聚合,同时将所形成的凝胶磨成粉末,开始聚合30分钟之后,取出所得交联水凝胶聚合物(1)。
所得交联水凝胶聚合物(1)是直径不大于约5毫米的微细小片。将此微细交联水凝胶聚合物(1)铺在50目的金属网上(网孔大小为300微米),并在150℃下热风干燥90分钟。接着,用辊轧机将所得的干燥材料磨成粉末,并用网孔大小为850微米和106微米的JIS标准筛进行分级,由此获得其主要颗粒粒径为850~106微米的吸水树脂粉末(A)。
所得吸水树脂粉末(A)在无负荷下吸收能力为49(克/克)的,且具有23重量%的可提取物含量,并且其重均粒径(D50)为330微米,其中,粒径为850~150微米的颗粒在吸水树脂粉末中的比例为97重量%。
(参考实施例2):吸水树脂粉末(B)的制备实施例/中和聚合反应:
在通过给带有两个∑形叶片的容量为10升的夹套不锈钢双臂捏和机加上盖子而制得的反应器中,通过将8.05克聚乙二醇二丙烯酸酯(n=9)溶解在5,500克中和比例为71摩尔%的丙烯酸钠水溶液(单体浓度:41重量%,单体平均分子量:87.7)中来制得反应液。接着,在氮气气氛下将反应液脱氧30分钟。随后,在搅拌下往反应液中加入30.8克10重量%过硫酸钠水溶液和2.57克1重量%L-抗坏血酸水溶液。结果反应在约1分钟之后开始。然后,在20~95℃下进行聚合,同时将所形成的凝胶磨成粉末,开始聚合30分钟之后,取出所得交联水凝胶聚合物(2)。
所得交联水凝胶聚合物(2)是直径不大于约5毫米的微细小片。将此微细交联水凝胶聚合物(2)铺在50目的金属纱上(网孔大小为300微米),并在180℃下热风干燥50分钟。接着,用辊轧机将所得的干燥材料磨成粉末,并用网孔大小为850微米的JIS标准筛进行分级,由此获得其主要颗粒粒径不大于850微米的吸水树脂粉末(B)。
所得吸水树脂粉末(B)在无负荷下吸收能力为36(克/克)的,且具有10重量%的可提取物含量,并且其重均粒径(D50)为450微米,其中,粒径为850~150微米的颗粒在吸水树脂粉末中的比例为97重量%。
(参考实施例3):吸水树脂粉末(C)的制备实施例/中和聚合反应:
除了聚乙二醇二丙烯酸酯的量改为5.01克以外,进行和参考实施例2相同的聚合反应、干燥、磨成粉末和分级来制备吸水树脂粉末(C)。所得吸水树脂粉末(C)在无负荷下吸收能力为39(克/克)的,且具有13重量%的可提取物含量,并且其重均粒径(D50)为450微米,其中,粒径为850~150微米的颗粒在吸水树脂粉末中的比例为97重量%。
(参考实施例4):吸水树脂粉末(D)的制备实施例/中和聚合反应:
除了聚乙二醇二丙烯酸酯的量改为5.01克以外,进行和参考实施例2相同的聚合反应、干燥、磨成粉末。将所得磨成粉末的材料进一步用网孔大小为600和300微米的JIS标准筛分级,由此获得包含粒径为600~300微米颗粒的吸水树脂粉末(D)。所得吸水树脂粉末(D)在无负荷下吸收能力为40(克/克)的,且具有9重量%的可提取物含量,并且其重均粒径(D50)为450微米。
(实施例1):吸水树脂粉末(A)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
首先,将100克参考实施例1中获得的吸水树脂粉末(A)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.027克乙二醇二缩水甘油醚(DenacolEX-810,由Nagase Chemicals,Ltd.制造)、0.9克丙二醇、2.7克水和0.18克碳酸氢钠。之后,将所得混合物在210℃下热处理35分钟,由此获得吸水剂(1)。所得吸水剂(1)也是成粉末状的,且所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。
(实施例2):吸水树脂粉末(A)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
除了用0.09克碳酸钠代替碳酸氢钠以外,以和实施例1相同的方式制得吸水剂(2)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。
(对比例1):吸水树脂粉末(A)的交联处理/在无可溶于水的无机碱的条件下
除了用0.81克异丙醇代替碳酸氢钠以外,以和实施例1相同的方式制得对比吸水剂(1)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。
(对比例2):吸水树脂粉末(A)的交联处理/在无可溶于水的无机碱的条件下
除了不用碳酸氢钠以外,以和实施例1相同的方式制得对比吸水剂(2)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。
(实施例3):吸水树脂粉末(B)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
首先,将100克参考实施例2中获得的吸水树脂粉末(B)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.384克1,4-丁二醇、0.6克丙二醇、3.28克水和0.3克24重量%氢氧化钠水溶液(固体含量:0.072克)。之后,将所得混合物在212℃下热处理30分钟,由此获得吸水剂(3)。所得吸水剂(3)也是成粉末状的,且所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。
(对比例3):吸水树脂粉末(B)的交联处理/在无可溶于水的无机碱的条件下
除了不用24重量%氢氧化钠水溶液以外,以和实施例3相同的方式制得对比吸水剂(3)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中
(实施例4):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
首先,将100克参考实施例3中获得的吸水树脂粉末(C)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.384克1,4-丁二醇、0.6克丙二醇、3.28克水和0.24克碳酸氢钠。之后,将所得混合物在212℃下热处理40分钟,由此获得吸水剂(4)。所得吸水剂(4)也是成粉末状的,且所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。
(实施例5):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
除了用0.12克碳酸钠代替碳酸氢钠以外,以和实施例4相同的方式制得吸水剂(5)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。
(实施例6):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
除了用0.3克24重量%氢氧化钠水溶液(固体含量:0.072克)代替碳酸氢钠以外,以和实施例4相同的方式制得吸水剂(6)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。
(对比例4):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在无可溶于水的无机碱的条件下
除了不用碳酸氢钠以外,以和实施例4相同的方式制得对比吸水剂(4)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中
(实施例7):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
除了将热处理时间改为30分钟以外,以和实施例4相同的方式制得吸水剂(7)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。
(实施例8):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
除了用0.12克碳酸钠代替碳酸氢钠以外,以和实施例7相同的方式制得吸水剂(8)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。
(实施例9):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在可溶于水的无机碱的存在下:
除了用0.3克24重量%氢氧化钠水溶液(固体含量:0.072克)代替碳酸氢钠以外,以和实施例7相同的方式制得吸水剂(9)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。此外,所述吸水剂(9)的表层可提取物含量为3.8重量%。
(对比例5):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在无可溶于水的无机碱的条件下
除了不用碳酸氢钠以外,以和实施例7相同的方式制得对比吸水剂(5)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表1中。此外,所述对比吸水剂(5)的表层可提取物含量为6.5重量%。
(对比例6):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在无可溶于水的无机碱的条件下
除了根据WO 00/53664用0.455克硫酸铝·14~18H2O代替24重量%氢氧化钠水溶液以外,以和实施例9相同的方式制得对比吸水剂(6)。结果列于表1中。
(实施例10):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
首先,将100克参考实施例3中获得的吸水树脂粉末(C)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.784克乙二醇二缩水甘油醚(DenacolEX-810,由Nagase Chemicals,Ltd.制造)、4.0克水和0.5克24重量%氢氧化钠水溶液(固体含量:0.12克)。之后,将所得混合物在212℃下热处理40分钟,由此获得吸水剂(10)。所得吸水剂(10)也是成粉末状的,其结果列于表1中。
(对比例7):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在无可溶于水的无机碱的条件下
除了不用24重量%氢氧化钠水溶液以外,以和实施例10相同的方式制得对比吸水剂(7)。结果列于表1中。
(实施例11):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
首先,将100克参考实施例3中获得的吸水树脂粉末(C)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.4克3-乙基-3-氧杂环丁烷甲醇、3.0克水和0.3克24重量%氢氧化钠水溶液(固体含量:0.072克)。之后,将所得混合物在212℃下热处理40分钟,由此获得吸水剂(11)。所得吸水剂(11)也是成粉末状的,其结果列于表1中。
(对比例8):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在无可溶于水的无机碱的条件下
除了不用24重量%氢氧化钠水溶液以外,以和实施例11相同的方式制得对比吸水剂(8)。结果列于表1中。
(实施例12):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在pH缓冲剂存在下:
首先,将100克参考实施例3中获得的吸水树脂粉末(C)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.15克乙二醇二缩水甘油醚(DenacolEX-810,由Nagase Chemicals,Ltd.制造)、1.0克丙二醇、5.0克水和0.5克磷酸二氢钠二水合物。之后,将所得混合物在150℃下热处理30分钟,由此获得吸水剂(12)。所得吸水剂(12)也是成粉末状的,其结果列于表1中。
(对比例9):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在无pH缓冲剂的条件下:
除了不用磷酸二氢钠二水合物以外,以和实施例12相同的方式制得对比吸水剂(9)。结果列于表1中。
(实施例13):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
以和实施例9相同的方式制得吸水剂(13)。对所得吸水剂(13)已经进行上述机械破坏10分钟后,所得吸水剂(13)测得的无负荷下吸收能力、负荷吸收能力和盐水导流率的结果列于表2中。而且,用JIS标准筛(网孔大小为850微米、600微米、500微米、300微米和1 50微米)将所得吸水剂(13)分级,然后获得以下颗粒:粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(13-a)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(13-b)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(13-c)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(13-d)。所得吸水剂(13-a)、(13-b)、(13-c)和(13-d)的测量结果列于表2中。此外,计算而得的SFC变异指数、SFC变异系数和SFC变异率的结果列于表3中。
(实施例14):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
除了将加热时间改为20分钟以外,以和实施例9相同的方式制得吸水剂(14)。对所得吸水剂(14)已经进行上述机械破坏10分钟后,所得吸水剂(14)测得的无负荷下吸收能力、负荷吸收能力和盐水导流率的结果列于表2中。而且,用JIS标准筛(网孔大小为850微米、600微米、500微米、300微米和150微米)将所得吸水剂(14)分级,然后获得以下颗粒:粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(14-a)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(14-b)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(14-c)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(14-d)。所得吸水剂(14-a)、(14-b)、(14-c)和(14-d)的测量结果列于表2中。此外,计算而得的SFC变异指数、SFC变异系数和SFC变异率的结果列于表3中。
(对比例10):吸水树脂粉末(C)的交联处理/在无可溶于水的无机碱的条件下
以和对比例5相同的方式制得对比吸水剂(10)。对所得对比吸水剂(10)已经进行上述机械破坏10分钟后,所得对比吸水剂(10)测得的无负荷下吸收能力、负荷吸收能力和盐水导流率的结果列于表2中。而且,用JIS标准筛(网孔大小850微米、600微米、500微米、300微米和150微米)将所得对比吸水剂(10)分级,然后获得以下颗粒:粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(10-a)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(10-b)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(10-c)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(10-d)。所得吸水剂(10-a)、(10-b)、(10-c)和(10-d)的测量结果列于表2中。此外,计算而得的SFC变异指数、SFC变异系数和SFC变异率的结果列于表3中。
(对比例11):市售制品中的吸水剂
通过从尿布中取出吸水剂来获得对比吸水剂(11),所述尿布为德国市场上销售的Pampers Active Fit(由P&G制造,于2001年12月5日购得)。所得对比吸水剂(11)测得的无负荷下吸收能力、负荷吸收能力和盐水导流率的结果列于表2中。而且,用JIS标准筛(网孔大小850微米、600微米、500微米、300微米和150微米)将所得对比吸水剂(11)分级,然后获得以下颗粒:粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(11-a)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(11-b)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(11-c)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(11-d)。所得吸水剂(11-a)、(11-b)、(11-c)和(11-d)的测量结果列于表2中。此外,计算而得的SFC变异指数、SFC变异系数和SFC变异率的结果列于表3中。
(对比例12):市售制品中的吸水剂
通过从尿布中取出吸水剂来获得对比吸水剂(12),所述尿布为日本市场上销售的“Pampers Sarasara Care”(由P&G制造,于1997年12月购得)。所得对比吸水剂(12)测得的无负荷下吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表2中。
而且,用JIS标准筛(网孔大小850微米、600微米、500微米、300微米和150微米)将所得对比吸水剂(12)分级,然后获得以下颗粒:粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(12-a)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(12-b)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(12-c)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(12-d)。所得吸水剂(12-a)、(12-b)、(12-c)和(12-d)的测量结果列于表2中。此外,计算而得的SFC变异指数、SFC变异系数和SFC变异率的结果列于表3中。
(实施例15):吸水树脂粉末(D)的交联处理/在可溶于水的无机碱存在下:
首先,将100克参考实施例4中获得的吸水树脂粉末(D)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.384克1,4-丁二醇、0.6克丙二醇、3.28克水和0.3克24重量%氢氧化钠水溶液(固体含量:0.072克)。之后,将所得混合物在212℃下热处理20分钟,由此获得吸水剂(15)。对所得吸水剂(15)已经进行上述机械破坏10分钟后,所得吸水剂(15)测得的无负荷下吸收能力、负荷吸收能力和盐水导流率的结果列于表2中。而且,用JIS标准筛(网孔大小850微米、600微米、500微米、300微米和150微米)将所得吸水剂(15)分级,然后获得以下颗粒:粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(15-a)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(15-b)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(15-c)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(15-d)。所得吸水剂(15-a)、(15-b)、(15-c)和(15-d)的测量结果列于表2中。此外,计算而得的SFC变异指数、SFC变异系数和SFC变异率的结果列于表3中。
(实施例16):吸水树脂粉末(D)的交联处理/在可溶于水的无机碱破存在下:
除了将加热时间改为40分钟以外,以和实施例15相同的方式制得吸水剂(16)。对所得吸水剂(16)已经进行上述机械破坏10分钟后,所得吸水剂(16)测得的无负荷下吸收能力、负荷吸收能力和盐水导流率的结果列于表2中。而且,用JIS标准筛(网孔大小850微米、600微米、500微米、300微米和150微米)将所得吸水剂(16)分级,然后获得以下颗粒:粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(16-a)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(16-b)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(16-c)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(16-d)。所得吸水剂(16-a)、(16-b)、(16-c)和(16-d)的测量结果列于表2中。此外,计算而得的SFC变异指数、SFC变异系数和SFC变异率的结果列于表3中。
(对比例13~16):市售制品中的吸水剂
作为实际使用的吸水剂(吸水树脂),通过从2001年市场上的一次性尿布中取出吸水树脂来获得对比吸水剂(13)~(16)。所得对比吸水剂(13)~(16)测得的无负荷下吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的结果列于表4中。
(参考实施例5):吸水树脂粉末(E)的制备实施例/酸型聚合以及后中和
在2升的塑料容器中,通过混和252.2克丙烯酸、1.1克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和998.4克水获得反应液。接着,在氮气气氛下将反应液脱氧30分钟。随后,往反应液中加入5.1克15重量%--盐酸2,2’-偶氮二(2-脒基丙烷)、0.63克10重量%L-抗坏血酸水溶液和3.6克7重量%过氧化氢水溶液,开始进行聚合反应。所述聚合反应在16~74℃下进行,开始聚合3小时以之后,取出所得交联水凝胶聚合物(5)。将所得聚合物(5)切成具有约5平方厘米的小块,然后将1,000克这些小块与15.0克48重量%氢氧化钠水溶液混和,调节其中和比例至65摩尔%,然后将所得混合物通过具有9.5毫米模口直径的碎肉机,制得细粉状凝胶。将所得粉状凝胶铺在50目的金属网(网孔大小为300微米)上,在170℃下用热风干燥40分钟。接着,用辊轧机将所得干燥材料磨成粉末,再用网孔大小为500和300微米的JIS标准筛分级,由此获得其主要颗粒的粒径为500~300微粘的吸水树脂粉末(E)。所得吸水树脂粉末(E)在无负荷下呈现49克/克吸收能力,且具有6重量%的可提取物含量。
而且,为了检验所制得颗粒的中和比例的均匀性,将200粒颗粒溶胀,再加入pH指示剂0.1重量%溴百里酚蓝和甲基红的乙醇溶液来测量中和指数(JP-A-101735/1998中权利要求3)。结果,对于通过参考实施例1,6和7中的中和聚合制得的吸水树脂粉末(A)、(F)和(G),所述200粒颗粒呈均匀的黄色(中和指数:0),而在吸水树脂粉末(E)的颗粒中各种呈深绿色到红色的颗粒共存,且其各颗粒的中和比例是不均匀的(中和指数:不低于15)。
(参考实施例6):吸水树脂粉末(F)的制备实施例/中和聚合
除了将单体浓度、中和比例和聚乙二醇二丙烯酸酯的量分别改为39重量%,71摩尔%和9.6克以外,以和参考实施例1相同的方式进行聚合反应、干燥和磨成粉末步骤。所得粉状产品再用网孔大小为500和300微米的JIS标准筛分类,由此获得其主要颗粒的粒径为500~300微米的吸水树脂粉末(F)。所得吸水树脂粉末(F)在无负荷下呈现32克/克吸收能力,且具有10重量%的可提取物含量。
(参考实施例7):吸水树脂粉末(G)的制备实施例/中和聚合
除了将单体浓度、中和比例、聚乙二醇二丙烯酸酯的量、过硫酸钠水溶液的量、L-抗坏血酸水溶液的量、热风干燥温度和热风干燥时间分别改为41重量%,71摩尔%、5.47克、30.8克、2.57克、180℃和50分钟以外,以和参考实施例1相同的方式进行聚合反应、干燥和磨成粉末步骤。所得粉状产品再用网孔大小为850微米的JIS标准筛分类,由此获得其主要颗粒的粒径不大于850微米的吸水树脂粉末(G)。
所得吸水树脂粉末(G)在无负荷下呈现38克/克吸收能力,且具有13重量%的可提取物含量和400微米的重均粒径(D50)。
(实施例17):吸水树脂粉末(E)的交联处理/在pH缓冲剂存在下:
首先,将100克参考实施例5中获得的吸水树脂粉末(E)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.5克乙二醇二缩水甘油醚(Denacol EX-810,由Nagase Chemicals,Ltd.制造)、1.0克丙二醇、6.0克中性磷酸盐pH标准溶液(磷酸二氢钾/磷酸氢二钠,pH6.86)和1.0克异丙醇。之后,将所得混合物在120℃下热处理30分钟,由此获得吸水剂(17)。所得吸水剂(17)也是成粉末状的,且所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力的结果列于表5中。
(对比例17):吸水树脂粉末(E)的交联处理/在无pH缓冲剂的条件下
除了用6.0克水代替中性磷酸盐pH标准溶液以外,以和实施例17相同的方式制得对比吸水剂(17)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力的结果列于表5中。
(实施例18):吸水树脂粉末(F)的交联处理/在pH缓冲剂存在下:
首先,将100克参考实施例6中获得的吸水树脂粉末(F)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.32克1,4-丁二醇、0.5克丙二醇、2.73克水和1.2克磷酸二氢钠二水合物。之后,将所得混合物在197℃下热处理10分钟,由此获得吸水剂(18)。所得吸水剂(18)也是成粉末状的,且所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力的结果列于表5中。
(对比例18):吸水树脂粉末(F)的交联处理/在无pH缓冲剂的条件下:
除了用0.6克磷酸(85重量%)代替磷酸二氢钠二水合物以外,以和实施例18相同的方式制得对比吸水剂(18)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力的结果列于表5中。
(对比例19):吸水树脂粉末(F)的交联处理/在无pH缓冲剂的条件下:
除了不用磷酸二氢钠二水合物以外,以和实施例18相同的方式制得对比吸水剂(19)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力的结果列于表5中。
(实施例19):吸水树脂粉末(G)的交联处理/在pH缓冲剂存在下:
首先,将100克参考实施例7中获得的吸水树脂粉末(G)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.32克1,4-丁二醇、0.5克丙二醇、2.73克水和0.2克碳酸氢钠。之后,将所得混合物在212℃下热处理25分钟,由此获得吸水剂(19)。所测无负荷下的吸收能力、负荷吸收能力的结果列于表5中。
(实施例20):吸水树脂粉末(G)的交联处理/在pH缓冲剂存在下:
首先,将100克参考实施例7中获得的吸水树脂粉末(G)和表面处理剂溶液混和,所述处理剂混和溶液含有:0.32克1,4-丁二醇、0.5克丙二醇、2.73克水和0.24克碳酸氢钾。之后,将所得混合物在212℃下热处理25分钟,由此获得吸水剂(20)。所测无负荷下的吸收能力、负荷吸收能力的结果列于表5中。
(对比例20):吸水树脂粉末(G)的交联处理/在无pH缓冲剂的条件下:
除了不用碳酸氢钠以外,以和实施例19相同的方式制得对比吸水剂(20)。所测无负荷下的吸收能力、负荷下吸收能力的结果列于表5中。
(实施例21):连续生产系统:
以参考实施例3所述的比例连续进行具有71摩尔%中和比例的丙烯酸的部分钠盐和聚乙二醇二丙烯酸酯(n=9)的水溶液聚合反应(带停留时间:约30分钟,厚度:约25毫米)。用碎肉机将所得吸水树脂的交联水凝胶聚合物大致粉碎成颗粒状,然后将所得粉碎的凝胶薄薄地铺展开,并置于带式干燥器的多孔板上,并在180℃下用热风连续干燥30分钟。在干燥器的出口处获得块状干燥聚合物。将此干燥聚合物取出并同时进行粉碎,所得干燥的颗粒材料通过将其连续送入1,000千克/小时速度的三段辊式造粒机(辊轴设定缝隙从上到下依次为1.0毫米/0.55毫米/0.42毫米)中磨成粉末。用具有850微米网孔金属网的筛分机将所得具有约60℃温度的颗粒吸水树脂粉末分级,由此获得以不低于90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米(平均粒径:430~460微米)颗粒的吸水树脂粉末(H)。所得吸水树脂粉末(H)在无负荷下呈现40克/克吸收能力(CRC),且具有11重量%的平均可提取物含量。顺便提及的是,所述CRC和可提取物含量是每隔2小时(2,000千克/批)所测得的值的平均值。
而且,以1,000千克/小时的速度将所述吸水树脂粉末(H)连续送入高速连续混合机中,然后用以分别为0.384、0.63、3.39和0.3(重量%,相对于粉末)的比例包含1,4-丁二醇、丙二醇、水和24重量%氢氧化钠水溶液的表面处理剂水溶液进行喷雾混和,其所用的喷头可以形成约200微米的液滴。随后,用桨式干燥器在195℃下将所得混合物连续热处理40分钟,由此获得吸水剂粉末。再用具有850微米网孔金属网的筛分机将所得吸水剂粉末分级,由此获得以不低于90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米颗粒的吸水剂粉末(21)。
连续进行上述连续步骤(聚合、干燥、磨成粉末和热处理)24小时,且每隔2小时(2,000千克/批)测量吸水剂的性能(批数:11批)。结果,无负荷吸水容量的平均值为31.1克/克,负荷下吸水容量的平均值为25.5克/克,且盐水导流率的平均值为30(各批的SFC值:32、32、28、28、30、27、27、32、31、32和28),并且SFC的标准偏差值为2.1。
(实施例22):连续生产系统:
除了将24小时改为10天以外,以和实施例21相同的方式进行连续生产来制备吸水剂(22)。然后,每隔2小时(2,000千克/批)测量吸水剂的性能(批数:110批)。结果,无负荷吸水容量的平均值为31.3克/克,负荷下吸水容量的平均值为25.2克/克,且盐水导流率的平均值为30(省去各批的SFC值),并且SFC的标准偏差值为3.9。
(对比例21):连续生产系统:
除了不用24重量%氢氧化钠水溶液以外,以和实施例21相同的方式进行连续生产来制备对比吸水剂(21)。然后,每隔2小时(2,000千克/批)测量吸水剂的性能(批数:11批)。结果,无负荷吸水容量的平均值为31.1克/克,负荷下吸水容量的平均值为24.2克/克,且盐水导流率的平均值为20(各批的SFC值:26、17、11、17、17、18、20、17、16、28和28),并且SFC的标准偏差值为5.5。
实施例21和22中所述的吸水剂(21)和(22)具有比对比例21所述对比吸水剂(21)还小的SFC标准偏差。当连续生产本发明的吸水剂时,显示并没有产生低质量的制品(如具有低SFC的制品),并降低了质量(SFC)的分散。
                                           表1
   所用的吸水树脂粉末      添加剂(重量%,以吸水树脂粉末计)  无负荷下的吸水容量(g/g)   负荷下的吸水容量(g/g)   盐水导流率(SFC)(10-7×cm3×s×g-1)
  实施例1    (A)   碳酸氢钠(0.18)     38.2     25.1     15
  实施例2     ↑   碳酸钠(0.09)     37.6     25.0     14
  对比例1     ↑   异丙醇(0.12)     39.4     21.8     11
  对比例2     ↑   无     38.5     21.5     10
实施例3 (B)   24重量%氢氧化钠水溶液(0.3) 29.5 25.3 45
  对比例3     ↑   无     29.5     24.5     35
  实施例4     (C)   碳酸氢钠(0.24)     29.6     23.3     55
  实施例5     ↑   碳酸钠(0.12)     29.7     23.5     53
实施例6   24重量%氢氧化钠水溶液(0.3) 29.3 23.6 58
  对比例4     ↑   无     29.6     23.7     38
  实施例7     ↑   碳酸氢钠(0.24)     31.9     25.8     41
  实施例8     ↑   碳酸钠(0.12)     31.4     25.0     43
实施例9   24重量%氢氧化钠水溶液(0.3) 31.2 25.6 45
  对比例5     ↑   无     31.5     25.2     28
  对比例6     ↑   硫酸铝14~18H2O     31.8     22.7     30
实施例10   24重量%氢氧化钠水溶液(0.3) 31.6 25.1 38
  对比例7     ↑   无     31.4     25.2     26
实施例11   24重量%氢氧化钠水溶液(0.3) 31.6 25.0 41
  对比例8     ↑   无     31.5     25.0     25
实施例12   24重量%氢氧化钠水溶液(0.3) 31.5 25.8 41
  对比例9     ↑   无     31.3     24.0     29
注:以上所列的每一吸水剂和对比吸水剂以不低于95重量%的比率包含粒径为850~150微米的微粒,且平均粒径为300~500微米和堆积密度为0.60~0.73克/毫升。
                                        表2
所测的吸水剂  无负荷下的吸水容量(g/g)   负荷下的吸水容量(g/g)     盐水导流率(SFC)(10-7×cm3×s×g-1)    粒径分布(重量%)
  实施例13     (13-a)     33.2     26.5     35     21
    (13-b)     32.8     26.7     37     22
    (13-c)     30.8     26.4     39     35
    (13-d)     25.8     23.9     47     17
  吸水剂(13)     31.7     25.8     42     95
  实施例14     (14-a)     34.0     25.9     18     22
    (14-b)     34.3     26.7     21     23
    (14-c)     32.3     26.4     24     32
    (14-d)     26.5     23.7     26     18
  吸水剂(14)     33.1     24.2     20     95
  对比例10     (10-a)     33.9     26.5     18     21
    (10-b)     33.7     26.9     29     23
    (10-c)     31.9     26.8     36     34
    (10-d)     26.6     24.0     38     18
 对比吸水剂(10)     31.9     25.8     30     96
  对比例11     (11-a)     31.5     23.5     15     24
    (11-b)     31.4     23.3     20     28
    (11-c)     30.1     23.2     18     33
    (11-d)     26.5     20.9     9     12
 对比吸水剂(11)     30.1     22.2     11     97
  对比例12     (12-a)     29.9     22.7     18     14
    (12-b)     30.6     23.8     15     26
    (12-c)     29.9     23.2     10     38
    (12-d)     26.7     22.5     9     20
  对比吸水剂(12)     29.7     21.4     6     98
  实施例15     (15-a)     -     -     -     -
    (15-b)     35.5     26.9     21     35
    (15-c)     34.6     26.8     20     65
    (15-d)     -     -     -     -
  吸水剂(15)     35.0     26.9     20     100
  实施例16     (16-a)     -     -     -
    (16-b)     32.5     26.2     55     32
    (16-c)     31.9     26.3     51     68
    (16-d)     -     -     -     -
  吸水剂(16)     32.1     26.3     50     100
注:吸水剂(13)~(16)以及对比吸水剂(10)~(12)的粒径分布显示了粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒比例(重量%)。
                           表3
  SFC变异指数(%)   SFC变异系数   SFC变异率
实施例13     12.5     0.13     0.74
实施例14     17.5     0.16     0.69
对比例10     30.1     0.30     0.47
对比例11     43.6     0.31     0.45
对比例12     70.7     0.33     0.50
实施例15     3.5     0.03     0.95
实施例16     5.7     0.05     0.93
实施例1和2所述的吸水剂(1)和(2)相比类似表面交联的对比吸水剂(1)和(2),具有更大的负荷下吸收能力,并在无负荷吸收能力和负荷下吸收能力的综合性能上更优良。
实施例3所述的吸水剂(3)相比对比例3所述的对比吸水剂(3),在三种性能的综合性能上更优良,其中,所述三种性能为无负荷吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率。
而且,实施例4、5和6所述的吸水剂(4)、(5)和(6)呈现和对比例4所述的对比吸水剂(4)几乎一样大的无负荷吸收能力,但呈现更高的盐水导流率值。
类似地,对于实施例7、8和9所述的吸水剂(7)、(8)和(9),它们呈现和对比例5和6所述的对比吸水剂(5)和(6)几乎一样大的无负荷吸收能力,但呈现更高的负荷下吸收能力值和盐水导流率值。
此外,实施例10、11和12所述的吸水剂(10)、(11)和(12)分别呈现和对比例7、8和9所述的对比吸水剂(7)、(8)和(9)几乎一样大的无负荷吸收能力,但呈现更高的盐水导流率值。
实施例13和14所述的吸水剂(13)和(14)相比对比例10、11和12所述的对比吸水剂(10)、(11)和(12),具有更小的SFC变异指数和SFC变异系数,以及更大的SFC变异率,且降低了各SFC的分散。
此外,实施例15和16所述的吸水剂(15)和(16)也具有小的SFC变异指数和SFC变异系数,以及大的SFC变异率,且降低了各SFC的分散。
在这一方式中,由本发明方法制备的吸水剂在无负荷吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的三种性能的综合性能上更优良,且具有优良的性能。而且,所述吸水剂在稳定尿布性能方面是很优良的吸水剂,这是因为降低了根据粒径的SFC的分散程度。
                                                                 表4
制造商 尿布名称     购买日期 批号    无负荷吸收能力(g/g)   负荷下吸收能力(g/g)     盐水导流率(SFC)(10-7×cm3×s×g-1)
对比例13 Kimberly-Clark   HUGGIESovernight 2001年7月 DP026305B 15 29.0 16.0 1
对比例14 Kimberly-Clark HUGGIES freedom 2001年8月   07/200216220701022 30.0 19.0 1
  对比例15  ARQUEST   SUPREME   2001年6月   0201NS     31.0     22.0     5
对比例16 Uni-charmCorporation   Mammy pococotton Permeablesheet 2001年12月 12037232 33.0 19.0 0
对比例13、14、15和16所述的所有对比吸水剂(13)、(14)、(15)和(16)在无负荷吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的三种性能的综合性能上差。
                                     表5
所用吸水树脂粉末     添加剂(重量%,以吸水树脂粉末计)  无负荷下的吸水容量(g/g)   负荷下的吸水容量(g/g)  无负荷和负荷下吸水容量之总和(g/g)
  实施例17     (D)   磷酸钠(6.0)     36     26       62
  对比例17     ↑   无     39     17       56
实施例18 (E)   磷酸二氢钠(1.2) 28 23 51
  对比例18     ↑   磷酸(1.2)     28     21       49
  对比例19     ↑   无     30     18       48
  实施例19     (F)   碳酸氢钠(0.2)     32     25       57
实施例20   碳酸氢钾(0.24) 32 25 57
  对比例20     ↑   无     32     23       55
注:以上所列的每一吸水剂和对比吸水剂以不低于95重量%的比率包含粒径为850~150微米的微粒,且平均粒径为300~500微米的和堆积密度为0.60~0.73克/毫升。
实施例17所述的吸水剂(17)相比对比例17所述的对比吸水剂(17),具有更大的负荷下吸收能力,且在无负荷吸收能力和负荷下吸收能力及其总和的综合性能上更优良。
此外,当实施例18所述的吸水剂(18)和其中加入了磷酸的对比实施例18所述的对比吸水剂(18)相比较时,在10分钟的短时间内同样进行交联反应,无负荷吸收能力相等,但是呈现了更高的负荷下吸收能力。而且,对于未加入任何物质的对比例19所述的对比吸水剂(19),在10分钟的短时间内未进行充分的交联反应,几乎观察不到无负荷吸收能力的降低,但负荷下吸收能力也降低了。
在这一方式中,由本发明方法制备的吸水剂在无负荷吸收能力、负荷下吸收能力及其总和的综合性能上是优良的,并且即使在短的反应时间内也具有良好的性能。
在不背离本发明精神和范围的条件下,可以改变本发明的各种细节。而且,以上本发明较佳实施方式的说明仅用于说明,并不是用于限制由所附的权利要求书及其等同内容限定的本发明。
工业应用
本发明可以提供:在短时间内制备吸水剂的方法和吸水剂,该方法包括:交联处理步骤、使用能呈现混和促进剂的作用但不抑制交联反应以及根据情况进一步起反应催化剂作用的添加剂,并且该方法可以获得均匀的表面交联,而几乎不用考虑来自部分中和聚合的吸水树脂中和比例的差异,且几乎不用考虑酸型聚合后来自后中和操作的中和比例均匀性,因此使吸水剂在无负荷吸收能力、负荷下吸收能力和盐水导流率的综合性能上是优良的,而且显示在生产过程中各批或者每批中盐水导流率的分散很小,使之具有稳定的性能。

Claims (21)

1.一种吸水剂,该吸水剂是其主要部分含有由包括聚合不饱和单体组分步骤的方法制得的且具有交联结构的吸水树脂的微粒吸水剂,所述吸水剂的特征在于:所述微粒吸水剂以不低于微粒吸水剂所有颗粒90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,且包含选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的至少两种,而且还满足以下性质:
对于0.90重量%生理盐水,在无负荷下的30分钟吸收能力(CRC)不低于31克/克;
对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于24克/克;
对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20×10-7×cm3×s×g-1
SFC变异指数为0~25%,其中所述SFC变异指数由下式(1)定义:
SFC变异指数(%)=[(A1~A4颗粒的SFC标准偏差)/(整个微粒吸水剂的SFC)]×100      (1)
2.权利要求1所述的吸水剂,其特征在于所述吸水剂具有以分别不低于0.1重量%的比例包含A1~A4颗粒的粒径分布。
3.权利要求1或2所述的吸水剂,其特征在于所述吸水剂的SFC变异系数为0~0.25,其中所述SFC变异系数由下式(2)定义:
SFC变异指数=[(A1~A4颗粒的SFC标准偏差)/(A1~A4颗粒的SFC平均值)]    (2)
4.权利要求1或2所述的吸水剂,其特征在于所述吸水剂的SFC变异率为0.65~1.00,其中所述SFC变异率由下式(3)定义:
SFC变异率=(A1~A4颗粒的SFC中最小的SFC)/(A1~A4颗粒的SFC中最大的SFC)    (3)
5.权利要求1或2所述的吸水剂,其特征在于所述吸水剂还包含阳离子聚合物化合物和/或不溶于水的细粒。
6.一种吸水剂,该吸水剂是其主要部分含有由包括聚合不饱和单体组分步骤的方法制得的且具有交联结构的吸水树脂的微粒吸水剂,所述吸水剂的特征在于:所述微粒吸水剂以不低于微粒吸水剂所有颗粒90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,且包含选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的至少两种,而且还满足以下性质:
对于0.90重量%生理盐水,在无负荷下的30分钟吸收能力(CRC)不低于31克/克;
对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于24克/克;
对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20×10-7×cm3×s×g-1
SFC变异系数为0~0.25,其中所述SFC变异系数由下式(2)定义:
SFC变异系数=[(A1~A4颗粒的SFC标准偏差)/(A1~A4颗粒的SFC平均值)]    (2)
7.一种连续制备所得的吸水剂,该吸水剂是其主要部分含有由包括聚合不饱和单体组分步骤的方法制得的且具有交联结构的吸水树脂的微粒吸水剂,所述吸水剂的特征在于:所述微粒吸水剂以不低于微粒吸水剂所有颗粒90重量%的比例包含粒径小于850微米但不小于150微米的颗粒,且包含选自粒径小于850微米但不小于600微米的颗粒(A1)、粒径小于600微米但不小于500微米的颗粒(A2)、粒径小于500微米但不小于300微米的颗粒(A3)和粒径小于300微米但不小于150微米的颗粒(A4)中的至少两种,而且还满足以下性质:
对于0.90重量%生理盐水,在无负荷下的30分钟吸收能力(CRC)不低于31克/克;
对于0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于24克/克;
对于0.69重量%生理盐水,盐水导流率(SFC)不低于20×10-7×cm3×s×g-1
在连续生产系统中,SFC标准偏差为不超过5.0,其中连续生产系统中的SFC标准偏差由下式(4)定义:
连续生产系统中的SFC标准偏差=每批的SFC标准偏差      (4)
其中:所述CRC、AAP和SFC是各批的平均值,每批的重量不低于20千克,批数不小于10。
8.一种吸水剂,该吸水剂是由包括以下步骤的方法制得的微粒吸水剂:聚合包括选自含酸基单体及其盐的至少一种单体,接着后中和所得聚合物,然后表面交联所得吸水树脂,所述吸水剂的特征在于:所述微粒吸水剂或者吸水树脂的中和指数不低于15,并且在表面交联后,对0.90重量%生理盐水,在4.83千帕负荷下的60分钟吸收能力(AAP)不低于20克/克。
9.制备吸水剂的方法,其特征在于它包括如下步骤:将吸水树脂粉末(a)和不可交联可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)混合,并将其进一步和可脱水的交联剂(c1)混合,由此对吸水树脂粉末(a)进行交联处理,其中所述吸水树脂粉末(a)含有酸基,且所述可脱水的交联剂(c1)和酸基反应。
10.制备吸水剂的方法,其特征在于它包括如下步骤:将吸水树脂粉末(a1)和不交联可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)混合,并将其进一步和交联剂(c)混合,由此对吸水树脂粉末(a1)进行交联处理,其中所述吸水树脂粉末(a1)含有酸基,且重均粒径为300~600微米,而粒径不大于150微米的细粉在所述吸水树脂粉末(a1)中的比例不超过10重量%,且所述交联剂(c)和酸基反应。
11.权利要求9所述的制备方法,其特征在于所述吸水树脂粉末(a)是重均粒径为300~600微米的吸水树脂粉末(a1),而粒径不大于150微米的细粉在所述吸水树脂粉末(a1)中的比例不超过10重量%。
12.权利要求9~11任一项所述的制备方法,其特征在于所述可溶于水的无机碱(b1)选自碱金属盐、铵盐、碱金属氢氧化物和氨或者氢氧化铵中的至少一种。
13.权利要求12所述的制备方法,其特征在于所述可溶于水的无机碱(b1)是碱金属的碳酸氢盐和/或氢氧化物。
14.权利要求9~11任一项所述的制备方法,其特征在于所述pH缓冲剂(b2)是由弱酸和强碱形成的无机盐。
15.权利要求9~11任一项所述的制备方法,其特征在于所述pH缓冲剂(b2)是多价酸部分中和的碱金属盐。
16.权利要求15所述的制备方法,其特征在于所述多价酸部分中和的碱金属盐是磷酸或碳酸部分中和的碱金属盐。
17.权利要求9~11任一项所述的制备方法,其特征在于所述交联剂(c)或可脱水交联剂(c1)是多元醇化合物。
18.权利要求9~11任一项所述的制备方法,其特征在于所述方法还包括如下步骤:预先将交联剂(c)或可脱水交联剂(c1)和可溶于水的无机碱(b1)和/或不可还原的碱金属盐pH缓冲剂(b2)混和,由此制备水溶液,之后将所得水溶液喷雾加到吸水树脂粉末(a)或(a1)上。
19.权利要求9~11任一项所述的制备方法,其特征在于所述交联处理通过在140~240℃下的热处理来进行。
20.一种吸水剂,它是由权利要求9~19任一项所述的制备方法制得的。
21.一种卫生材料,它含有权利要求1~8和20任一项所述的吸水剂。
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