CN1771278A - 聚烷氧基化三羟甲基丙烷(甲基)丙烯酸酯的混合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学式(I)的聚烷氧基化三羟甲基丙烷(甲基)丙烯酸酯的新型混合物,其中,每个AO独立地代表EO、PO或BO,EO代表O-CH2-CH2-,PO独立地代表O-CH2-CH(CH3)-或O-CH(CH3)-CH2-,BO独立地代表O-CH2-CH(CH2-CH3)-或O-CH(CH2-CH3)-CH2-,p1+p2+p3等于28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74或75,并且R1,R2,R3独立地为氢或CH3。本发明还披露了一种用于制备所述酯混合物的方法以及所得到的反应混合物的用途。
Description
技术领域
本发明涉及新型的聚烷氧基化三羟甲基丙烷(甲基)丙烯酸酯的混合物,这些酯混合物的简单制备方法及由此得到的反应混合物的用途。
背景技术
被称为超强吸收体聚合物或SAP的可膨胀水凝胶形式的加聚物是现有技术已知的。它们是柔软的亲水加聚物的网络,性质上可以是离子的和非离子的。它们通过形成水凝胶能够吸收和结合水性流体,因此优选用于生产棉塞(卫生棉条)、尿布、卫生棉、失禁物品、孩子训练裤、鞋垫及其它用于吸收体液的卫生物品。超强吸收体也可以用在其它吸收流体的技术领域,特别是吸收水或水溶液的技术领域。这些领域包括如贮藏、包装、运输(用于对水敏感物品的包装材料,如花的运输,防震);食品行业(鱼、鲜肉的运输;在新鲜鱼/肉的包装中吸收水、血);医药(创伤膏药、用于烧伤包扎或其它出液体伤口的吸水材料),化妆品(用于医药和药剂的载体材料、风湿膏药、超声导电膏、冷却胶、化妆品增稠剂、防晒剂);用于油/水或水/油乳剂的增稠剂;纺织品(手套、运动装、纺织品中的湿度调节、鞋子插入物);化学过程工业应用(用于有机反应的催化剂、大的官能分子(酶)的定位、用于凝聚的粘合剂、热贮藏介质、过滤助剂、聚合物层压制品中的亲水成分、分散体、液化剂);房屋和建筑、安装(粉末喷射模塑、粘土地基打底、抑制振动介质、在富水土地中挖掘隧道的助剂、电缆套);水处理、废物处理、除水(除冰装置、可再用沙袋);清洗;农业(灌溉、冰雪融水和露滴的保留、堆制肥料添加剂、防止真菌和昆虫侵袭的森林保护、活性成分向植物的缓释);火灾防护(飞扬的火花)(用SAP凝胶覆盖房子或住宅墙壁,由于水具有很高的热容,能够防止引燃;发生火灾时用SAP凝胶喷雾,如森林火灾);热塑性聚合物中的混合挤压剂(多层膜的亲水作用);能够吸水的膜和热塑性模铸品的生产(如能够储存雨水和露水的农用膜);含有SAP的膜,其用于保持蔬菜和水果的新鲜,这些蔬菜和水果可以包装在潮湿的膜中;SAP可以储存蔬菜和水果释放出来的水而不会形成冷凝液滴并且将部分水再释放给蔬菜和水果,因此不会腐烂或萎蔫;用于例如食品包装的SAP聚苯乙烯复合挤压品,如肉、鱼、家禽、水果和蔬菜的包装;在活性成分配方中的载体物质(药、农作物保护)。在卫生用品中,通常超强吸收体是放置在包括其它物质的吸收层中,所说的其他物质包括纤维(纤维素纤维),它起到一种液体缓冲剂的作用,其立即储存自然产生的液体污物,以确保在吸收核中的体液流向超强吸收体的通道畅通。
尿布设计的流行趋势是不断的变薄,减少纤维素纤维含量,增加水凝胶含量。这几年,尿布不断变薄的趋势已经充分改变了对水膨胀亲水聚合物的性能外形要求。但是,在开发高吸收水凝胶的开始阶段,最初感兴趣的焦点只是很高的膨胀性,随后才意识到超强吸收体输送和分配流体的能力具有决定性的意义。已经确定,传统的超强吸收体是在液体弄湿的表面极度膨胀,因此直接损害或完全阻止了液体到颗粒内部的输送。这种超强吸收体的特性被称为凝胶阻塞。在卫生物品中单位面积的大部分的聚合物不应该使膨胀的聚合物形成对随后流体的一个阻挡层。具有很好输送特性的产品会确保整个卫生物品得到最佳利用。这样可以防止凝胶阻塞现象,在极端的情况下,凝胶阻塞会使卫生物品渗漏。因此,对于体液的最初吸收而言,流体的输送和分配具有决定性的意义。
例如,通过具有在膨胀状态下的高凝胶强度的水凝胶,可以使物品拥有很好的输送特性。缺少强度的凝胶在被施加压力时是可变形的,例如由于卫生物品穿戴者的体重产生的压力,并且会阻塞SAP/纤维素纤维吸收剂中的小孔,因此会阻碍连续吸收流体。通常,通过较高程度的交联可以增强凝胶强度,尽管这样会降低产品的滞留性能。增强凝胶强度的一个较好的方法是表面后交联。在这个过程中,将一般交联密度的干燥的超强吸收体另外进行交联。表面后交联会增强超强吸收体颗粒外壳中的交联密度,从而在负荷下吸收性会被提高到一个更高的水平。但是,由于可移动聚合物链的存在,在超强吸收体颗粒外壳中的吸收能力会下降,而芯层的吸收能力会提高(同外壳相比),因此外壳结构可以保证提高流体输送而不发生凝胶阻塞效应。理想地,超强吸收体的全部空间不是被自然地占满而是有时间延迟。由于卫生物品通常会反复地接收尿,所以超强吸收体的吸收能力不应该在第一次与尿接触后就明显地耗尽。
可高度膨胀的亲水凝胶主要地是(共)聚合的亲水单体的聚合体、一种或多种亲水单体在适当的接枝基体上的接枝(共)聚合体、交联纤维素或淀粉醚、交联羧甲基纤维素、部分交联的聚亚烷基氧化物或在水性流体中膨胀的天然产物,例如,瓜尔胶衍生物。这种水凝胶被用作吸收水性溶液的产品来生产尿布、棉塞、卫生巾和其它卫生物品,而且也可以用作园艺市场的保水剂。
为改善性能,例如在尿布和AUL中的重湿(Rewet)性,高膨胀的亲水凝胶通常是表面或凝胶后交联。该后交联本身是本领域技术人员熟知的,优选在水性凝胶相中起作用或作为土地和典型的聚合物颗粒的表面后交联。
EP 238050公开了(作为超强吸收体可能的内部交联剂)环氧乙烷和/或环氧丙烷与三羟甲基丙烷的双或三丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的加成产物。
Sartomer(Exton,PA,USA),例如,以指定的商品名三羟甲基丙烷三丙烯酸脂(SR351)、三重单乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸脂(SR454)、三重二乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸脂(SR 499)、三重三乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸脂(SR502)、三重五乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸脂(SR9035)及总共20mol乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸脂(SR415)销售。在商品名SR492(每TMP三倍的1PO)和CD501(每TMP三倍的2PO)下可以得到丙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸脂。
WO 93/21237公开了可以作为交联剂的烷氧基化多烃C2-C10烃的(甲基)丙烯酸脂。这些使用的三羟甲基丙烷交联剂对应于SR 351、SR 454、SR 502、SR 9035和SR 415。这些交联剂每TMP具有0,3,9,15或20个EO单元。WO 93/21237认为每TMP具有3倍2-7个EO单元,特别是每TMP具有3倍4-6个EO单元是有利的。
这些化合物的缺点是为了至少部分除去起始原料和副产物必须进行昂贵并且不便的提纯操作;在引用的参考文献中所用的交联剂中丙稀酸的含量低于0.1%重量百分含量。
在该专利文献中一次又一次的提到乙氧基化的三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸脂作为内部交联剂,尽管只使用了从Sartomer处商业购买的TMP衍生物,例如,WO 98/47951中的三羟甲基丙烷三乙氧基三丙烯酸脂,WO 01/41818中的Sartomer#9035高度乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸脂(HeTMPTA)和WO 01/56625中的SR 9035和SR-492。
US 55784121中公开了TMP内部交联剂的联合。该专利采用三丙烯酸脂和二丙烯酸脂相结合,或者存在内部交联剂(其主要成分包括至少90%重量)。
在存在或不存在溶剂如苯、甲苯或环己烷的情况下,通过(甲基)丙烯酸与相应的醇在抑制剂/抑制剂系统作用下的酸催化的酯化作用生产更高的(甲基)丙烯酸脂为公知常识。
众所周知,由于从(甲基)丙烯酸和醇生成酯是基于一个平衡反应,通常采用一种反应物过量和/或除去平衡中酯化作用生成的水和/或目标酯,以达到商业转化。
因此,在生产更高级的(甲基)丙烯酸酯中,通常是除去反应中的水和采取(甲基)丙烯酸过量。
US 4 187 383公开了一种(甲基)丙烯酸与有机多羟基化合物的酯化过程,反应温度从20到80℃,采取2∶1到3∶1的当量过量。
该过程的缺点是反应温度低使得反应时间要达到35个小时,反应混合物中的过量的酸通过中和除去,然后进行相分离。
WO 2001/14438(Derwent Abstract No.2001-191644/19)和WO 2001/10920(Chemical Abstracts 134:163502)公开了(甲基)丙烯酸和聚亚烷基乙二醇单烷基醚的酯化过程,在该过程中,反应物比率为3∶1-50∶1,有酸和聚合抑制剂(阻聚剂)存在,并且在酸性催化剂去活后,残余的(甲基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯酸在pH 1.5-3.5下进行共聚和,该专利还公开了所述的残余物作为水泥添加剂。
这些方法的缺点是,它们都受限于聚亚烷基乙二醇单烷基醚,催化剂都要去活,并且这样的共聚物由于仅仅具有一种功能,而不能被用作水凝胶的交联剂。
发明内容
本发明的一个目的是进一步提供能作为聚合物、尤其是超强吸收体的自由基交联剂的化合物,并且简化用于超强吸收体的自由基交联剂的物质的制备过程。
我们已经发现该目的可以通过酯的混合物得到实现,该混合物包括至少两种选自化学式Ia、Ib或Ic的酯,其中,化学式Ia的酯F具有下面的结构:
其中作为AO1,AO2和AO3的AO在每种情况下独立地为EO,PO或BO
其中EO为O-CH2-CH2-
PO在每种情况下独立地为O-CH2-CH(CH3)-或O-CH(CH3)-CH2-
BO在每种情况下独立地为O-CH2-CH(CH2-CH3)-或O-CH(CH2-CH3)-CH2-
p1+p2+p3为28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74或75,
R1,R2,R3独立地为H或CH3,
化学式Ib的酯F具有下面的结构:
其中EO为O-CH2-CH2-
PO在每种情况下独立地为O-CH2-CH(CH3)-或O-CH(CH3)-CH2-
n1+n2+n3为28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59或60,
m1+m2+m3为4,5,6,7,8,9,10,11,12或13,
R1,R2,R3独立地为H或CH3
化学式Ic的酯F具有下面的结构:
其中EO为O-CH2-CH2-
PO在每种情况下独立地为O-CH2-CH(CH3)-或O-CH(CH3)-CH2-
n1+n2+n3为28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59或60,
m1+m2+m3为4,5,6,7,8,9,10,11,12或13,
R1,R2,R3独立地为H或CH3。
对在酯混合物中的上述酯F,优选为:其中AO在每种情况下为EO、PO或BO,优选为EO。
上述酯的混合物,特别优选为:其中仅仅存在化学式1a和1b或1a和1c或1b和1c的酯,特别是1b和1c的酯。
上述酯的混合物,特别优选为:其中化学式1b或1c的酯在酯混合物中的重量含量不低于10%,优选为不低于20%,特别优选为不低于30%,尤其特别优选为不低于40%。
下述的上面提到的酯F被优选在酯混合物中,p1+p2+p3为30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49或50。
AO,BO,EO和PO单元被结合以形成聚酯并且没有过氧化物。
对于具有上面含义的酯混合物中的酯F,优选其中n1,n2,n3独立地为9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19或20。
对于具有上面含义的酯混合物中的酯F,特别优选其中n1,n2,n3独立地为9,10或11。
对于具有上面含义的酯混合物中的酯F,特别优选其中n1,n2,n3独立地为15,16,17,18,19或20。
对于具有上面含义的酯混合物中的酯F,优选其中n1+n2+n3为28,29,30,31或32。
对于具有上面含义的酯混合物中的酯F,优选其中n1+n2+n3为45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59或60。
对具有上面含义的酯混合物中的酯F,特别优选其中n1+n2+n3为30。
对具有上面含义的酯混合物中的酯F,特别优选其中n1+n2+n3为50。
尤其将具有上述含义的酯混合物中的酯F优选为,其中n1=n2=n3=10。
尤其将具有上述含义的酯混合物中的酯F优选为,其中n1=n2=17和n3=16。
还将具有上述含义的酯混合物中的酯F优选为,其中m1,m2,m3独立地为1,2,3,4或5。
将具有上述含义的酯混合物中的酯F特别优选为,其中m1,m2,m3独立地为1,2或3。
将具有上述含义的酯混合物中的酯F特别优选为,其中m1,m2,m3独立地为2,3,4或5。
将具有上述含义的酯混合物中的酯F优选为,其中m1+m2+m3为4,5或6。
将具有上述含义的酯混合物中的酯F优选为,其中m1+m2+m3为7,8,9,10,11,12或13。
将具有上述含义的酯混合物中的酯F特别优选为,其中m1+m2+m3为5。
具有上述含义的酯混合物中的酯F特别优选为,其中m1+m2+m3为10。
具有上述含义的酯混合物中的酯F尤其优选为,其中mi=mk=3和ml=4,i,k,l都不相同并且选自1,2,3组成的组。
将具有上述含义的酯混合物中的酯F尤其优选为,其中mi=mk=2和ml=1,i,k,l都不相与并且选自1,2,3组成的组。
将具有上述含义的酯混合物中的酯F非常特别优选为,其中R1,R2和R3相同,特别是R1,R2和R3均为H。
该酯混合物具有提高的凝固点,并在室温(20℃)下为液体,甚至在冷藏温度(5℃)下也主要为液体,允许进行简单、有利的操作。而且,该酯混合物不会刺激皮肤,因此,在储存和加工中不需要特别的安全预防措施。
根据本发明,可以使用上述具有具体含义的化学式的酯F的酯混合物,尤其作为用于制备能吸收水性液体的水凝胶形式聚合物的内部交联剂。
我们已经发现该目的通过烷氧基化的三羟甲基丙烷与(甲基)丙烯酸混合物的酯F的酯混合物的制备方法可以得到了进一步实现,该制备方法包括以下步骤:
a)烷氧基化的三羟甲基丙烷与(甲基)丙烯酸的混合物在至少一种酯化催化剂C和至少一种阻聚剂D以及可选的一种与水共沸的溶剂E的存在下反应生成酯F,
b)可选地从反应混合物中除去一些或全部a)步骤中生成的水,可以在a)步骤的过程中和/或a)步骤后进行,
f)可选地中和反应混合物,
h)当使用一种溶剂E时,可选地可以通过蒸馏除去该溶剂,和/或
i)在反应条件下用惰性气体汽提。
在一个优选的实施方式中
-(甲基)丙烯酸与烷基化的三羟甲基丙烷混合物的摩尔过量为3.15∶1,和
-在最后一步后反应混合物中被可选地中和的(甲基)丙烯酸基本上留在反应混合物中。
本发明上下文中的(甲基)丙烯酸包括甲基丙烯酸、丙烯酸或甲基丙烯酸和丙烯酸的混合物。优选为丙烯酸。
如果希望酯F的混合物为纯化形式,可以用熟知的分离方法进行纯化。
(甲基)丙烯酸与烷基化的三羟甲基丙烷的混合物的摩尔过量至少为3.15∶1,优选为至少3.3∶1,更优选为至少3.75∶1,甚至更优选为至少4.5∶1,特别优选为至少7.5∶1。
在一个优选的实施方式中,所用的(甲基)丙烯酸过量为例如超过15∶1,优选超过30∶1,更优选超过60∶1,甚至更优选超过150∶1,尤其优选超过225∶1,特别优选超过300∶1。
因此,酯化作用得到的产物可以用作水凝胶中的自由基交联剂而基本上不需要进一步的纯化,特别是基本上不需要除去过量的(甲基)丙烯酸和酯化作用的催化剂C。
除非另有说明,这里所用的交联应理解为自由基交联(凝胶交联(gel crosslinking);内部交联;线性或轻微交联聚合物交联在一起(cross-linking together of linear or lightly crosslinked polymer))。交联可以通过自由基或阳离子聚合作用的机理而发生,例如Michael加成、酯化作用或酯交换反应机理,但是优选受自由基聚合影响的机理。
能够吸收水性流体的水凝胶形式聚合物优选为能够吸收至少他们自身重量的蒸馏水,特别优选为10倍他们自身的重量的蒸馏水,特别优选为20倍他们自身的重量蒸馏水,优选地,它们甚至可以在0.7psi压力下完成吸收。
对本发明目的有用的烷氧基化三羟甲基丙烷具有化学式IIa或IIb或IIc的结构
其中对AO,EO,PO,n1,n2,n3,m1,m2和m3中每一个的限定与对酯的一样。
三羟甲基丙烷与环氧烷反应是本领域技术人员熟知的。在Houben-Weyl,Methoden der Organischen Chemie,4th edition,1979,Thieme Verlag Stuttgart,editor Heinz Kropf,volume 6/1a,part l,pages373 to 385中可以找到发生反应的可能方式。
制备化学式IIb中化合物方法的一个实施例为首先将三羟甲基丙烷与EO反应完全,之后再和PO反应。
例如,该制备可以通过以下方式完成:在高压釜中放入77克三羟甲基丙烷和0.5克45%的氢氧化钾水溶液作为初始进料,将初始原料在80℃和减压条件(大约20毫巴)下进行脱水。然后在145到155℃加入适当量的环氧乙烷,在该温度以及升高的压力下进行反应。观察当压力不再发生变化时反应结束。然后将反应混合物在150℃下再搅拌30分钟。随后经过一个延长的时间在120到130℃及升高压力条件下加入适当量的环氧丙烷,同样到反应完全。在用惰性气体吹洗并冷却到60℃后,加入焦磷酸钠以及随后过滤将催化剂分离出去。
制备化学式IIb中化合物方法的实施例为首先将三羟甲基丙烷与PO反应完全,之后再与EO反应。
例如,该制备可以通过以下方式完成:在高压釜中放入77克三羟甲基丙烷和0.5克45%的氢氧化钾水溶液作为初始进料,将初始原料在80℃和减压条件(大约20毫巴)下进行脱水。然后在120到130℃加入适当量的环氧丙烷,以便在该温度以及升高的压力下进行反应。观察当压力不再发生变化时反应结束。然后将反应混合物在120℃下再搅拌30分钟。随后经过一个延长的时间在145到155℃及升高压力条件下加入适当量的环氧乙烷,同样到反应完全。在用惰性气体吹洗并冷却到60℃后,加入焦磷酸钠以及随后过滤将催化剂分离出去。
如果打算生产无规聚合物,可以同时加入EO和PO。在希望含有相应的环氧丁烯单元聚合物的情况下,相应地,与BO反应到反应完全。
对于根据本发明所用的多元醇的粘性没有任何特别要求,只要到大约80℃左右可以容易用泵送就可以,优选地,它们的粘度低于1000mPas,优选为低于800mPas,最优选为低于500mPas。
用于本发明的酯化催化剂C为硫酸、芳基或烷基磺酸或其混合物。芳基磺酸的例子为苯磺酸、对甲苯磺酸和十二烷基苯磺酸,烷基磺酸的例子为甲磺酸、乙磺酸和三氟代甲烷磺酸。类似地,强酸性离子交换剂或沸石可以用作酯化催化剂。优选地为硫酸和离子交换剂。
本发明可用的阻聚剂D包括:例如,酚如烷基酚,如o-,m-或p-甲酚(甲基苯酚)、2-叔丁基-4-甲基苯酚、6-叔丁基-2,4-二甲基苯酚、2,6-二-叔丁基-4-甲基苯酚、2-叔丁基苯酚、4-叔丁基苯酚、2,4-二-叔丁基苯酚、2-甲基-4-叔丁基苯酚、4-叔丁基-2,6-二甲基苯酚、或2,2’-亚甲基二(6-叔丁基-4-甲基苯酚)、4,4’-氧基联二酚、3,4-(亚甲基二氧基)苯酚(芝麻酚)、3,4-二甲苯酚、对苯二酚、邻苯二酚(1,2-二酚)、2-(1’-甲基环己-1’-基)-4,6-二甲苯酚、2-或4-(1’-苯乙-1’-基)苯酚、2-叔丁基-6-甲基苯酚、2,4,6-三叔丁基苯酚、2,6-二-叔丁基苯酚、2,4-二-叔丁基苯酚、4-叔丁基苯酚、壬基苯酚[11066-49-2]、辛基苯酚[140-66-9]、2,6-二甲基苯酚、双酚A、双酚F、双酚B、双酚C、双酚S、3,3’,5,5’-四溴-双酚A、2,6-二-叔丁基-对甲酚、BASFAG的Koresin、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸甲酯、4-叔丁基邻苯二酚、2-羟基苯甲醇、2-甲氧基-4-甲基苯酚、2,3,6-三甲基苯酚、2,4,5-三甲基苯酚、2,4,6-三甲基苯酚、2-异丙基苯酚、4-异丙基苯酚、6-异丙基-间甲酚、β-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸正十八烷基酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯甲基)苯、1,3,5-三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯甲基)异氰尿酸酯、1,3,5-三(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酰基氧乙基异氰尿酸酯、1,3,5-三(2,6-二甲基-3-羟基-4-叔丁基苯甲基)异氰尿酸酯或季戊四醇四[β-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯]、2,6-二-叔丁基-4-二甲基-氨甲基苯酚、6-仲丁基-2,4-二硝基酚、Ciba Spezialittenchemie的Irganox565、1141、1192、1222和1425、3-(3’,5’-二-叔丁基-4’-羟苯基)丙酸十八烷基酯、3-(3’,5’-二-叔丁基-4’-羟苯基)丙酸十六烷基酯、3-(3’,5’-二-叔丁基-4’-羟苯基)丙酸辛基酯、3-硫代-1,5-戊二醇双[(3’,5’-二-叔丁基-4’-羟基苯)丙酸酯]、4,8-二氧-1,11-十一烷二醇双[(3’,5’-二-叔丁基-4’-羟基苯)丙酸酯]、4,8-二氧-1,11-十一烷二醇二双[(3’-叔丁基-4’-羟基-5’-甲基苯基)丙酸酯]、1,9-壬烷二醇双[(3’,5’-二-叔丁基-4’-羟苯基)丙酸酯]、1,7-庚烷二胺双[3-(3’,5’-二-叔丁基-4’-羟苯基)丙酰胺、1,1-甲烷二胺双[3-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟苯基)丙酰胺]、3-(3’,5’-二-叔丁基-4’-羟苯基)丙酸酰肼、3-(3’,5’-二-甲基-4’-羟苯基)丙酸酰肼、双(3-叔丁基-5-乙基-2-羟基苯-1-基)甲烷、双(3,5-二叔丁基-4-羟基-1-基)甲烷、二[3-(1’-甲基环己-1’-某基)-5-甲基-2-羟基苯-1-某基]甲烷、双(3-叔丁基-2-羟氧基-5-甲基苯-1-基)甲烷、1,1-双(5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯-1-基)乙烷、双(5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯-1-基)硫醚、双(3-叔丁基-2-羟基-5-甲基苯-1-基)硫醚、1,1-双(3,4-二甲基-2-羟基苯-1-基)-2-甲基丙烷、1,1-双(5-叔丁基-3-甲基-2-羟基苯-1-基)丁烷、1,3,5-三-[1’-(3”,5”-二叔丁基-4”-羟基苯-1”-基)甲-1’-基]-2,4,6-三甲基苯、1,1,4-三(5’-叔丁基-4’-羟基-2’-甲基苯-1’-基)丁烷、氨基苯酚,如对氨基苯酚;亚硝基苯酚,如对亚硝基苯酚、对亚硝基邻甲酚;烷氧基苯酚,如2-甲氧基苯酚(guajacol,邻苯二酚单甲基醚)、2-乙氧基苯酚、2-异丙氧基苯酚、4-甲氧基苯酚(对苯二酚一单甲基醚)、单-或双叔丁基-4-甲氧基苯酚、3,5-二-叔丁基-4-羟基苯甲醚、3-羟基-4-甲氧基苯甲醇、2,5-二甲氧基-4-羟基苯甲醇(丁香花醇)、4-羟基-3-甲氧基苯甲醛(香草醛)、4-羟基-3-乙氧基苯甲醛(乙基香草醛)、3-羟基-4-甲氧基苯甲醛(异香草醛)、1-(4-羟基-3-甲氧基苯基)乙烷酮(香草酮)、丁子香酚、二氢丁子香酚、异丁子香酚;生育酚,如α-,β-,γ-,δ-和ε-生育酚、母育酚、α-生育酚对苯二酚、和2,3-二氢-2,2-二甲基-7-羟基苯并呋喃(2,2-二甲基-7-羟基香豆满)、苯醌和对苯二酚,如对苯二酚或对苯二酚单甲基醚、2,5-二叔丁基对苯二酚、2-甲基-p-对苯二酚、2,3-二甲基对苯二酚、三甲基对苯二酚、4-甲基邻苯二酚、叔丁基-对苯二酚、3-甲基邻苯二酚、苯醌、2-甲基-p-对苯二酚、2,3-二甲基对苯二酚、三甲基对苯二酚、3-甲基邻苯二酚、4-甲基邻苯二酚、叔丁基对苯二酚、4-乙氧基苯酚、4-丁氧基苯酚、对苯二酚一单苯甲醚、对苯氧基苯酚、2-甲基对苯二酚、2,5-二叔丁基对苯二酚、四甲基对苯醌、1,4-环己二酮-2,5-二甲酸二乙酯、苯基对苯醌、2,5-二甲基-3-苯甲基对苯醌、2-异丙基-5-甲基对苯醌(百里醌)、2,6-二异丙基对苯醌、2,5-二甲基-3-羟基对苯醌、2,5-二羟基对苯醌、酸藤子酚、四羟基对苯醌、2,5-二甲氧基-1,4-苯醌、2-氨基-5-甲基对苯醌、2,5-二苯氨基-1,4-苯醌、5,8-二羟基-1,4-萘醌、2-苯胺-1,4-萘醌、蒽醌、N,N-二甲基靛苯胺、N,N-二苯基对苯醌二亚胺、1,4-苯醌二肟、coerulignone、3,3’-二叔丁基-5,5’-二甲基二苯酚合苯醌、对玫红酸(玫红酸)、2,6-二叔丁基-4-苯亚甲基苯醌、2,5-二叔戊基对苯二酚、硝基氧自由基如4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基、4-氧-2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基、4-乙酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基、2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基、4,4’,4”-三(2,2,6,6-四甲基哌啶氧基)亚磷酸盐、3-氧-2,2,5,5-四甲基吡咯烷氧自由基、1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-甲氧基哌啶、1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-三甲基甲硅氧基哌啶、1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基2-乙基己酸酯、1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基硬脂酸酯、1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基苯甲酸酯、1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基(4-叔丁基)苯甲酸酯、二(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基吡啶-4-基)琥珀酸酯、双(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)己二酸酯、双(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)1,10-癸二酸酯,双(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-吡啶基)正丁基丙二酸酯、双(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-吡啶基)邻苯二甲酸酯、双(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)异邻苯二甲酸酯、双(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)对苯二酸酯、双(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)六氢对苯二酸酯、N,N’-双(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)己二酰胺、N-(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)己内酰胺、N-(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)十二烷基琥珀酰亚胺、2,4,6-三[N-丁基-N-(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)]三嗪、N,N’-二(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N,N’-二甲酰基-1,6-二氨基己烷、4,4’-亚甲基双(1-烃氧基-2,2,6,6-四甲基-3-哌嗪酮)、芳族胺如苯二胺、N,N-二苯胺、N-亚硝基二苯胺、亚硝基二乙基苯胺、N,N’-二烷基对苯二胺,其中烷基可以相同也可以不同,且每个烃基独立的包含1到4个碳原子,为直链或支链,例如N,N’-二异丁基对苯二胺、N,N’-二异丙基对苯二胺、Ciba Spezialittenchemie的Irganox5057、N,N’-二异丁基对苯二胺、N,N’-二异二异丙基对苯二胺对苯二胺、N-苯基对苯二胺、N,N’-二苯基对苯二胺、N-异丙基-N-苯基对苯二胺、N,N’-二仲丁基对苯二胺(BASF公司的KerobitBPD)、N-苯基-N’-异丙基对苯二胺(Bayer AG的Vulkanox4010)、N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺、N-苯基-2-萘胺、亚氨基二苄基、N,N’-二苯基联苯胺、N-苯基四苯胺、吖啶酮、3-羟基二苯胺、4-羟基二苯胺;羟胺如N,N-二乙基羟胺;尿素衍生物如尿素或硫脲;磷化合物,如三苯膦、亚磷酸三苯酯、次磷酸或亚磷酸三乙酯;硫化合物,如二苯硫、吩噻嗪;或金属盐,如氯化铜、二硫代氨基甲酸铜、硫酸铜、水杨酸铜、醋酸铜、二氯化锰、二硫代氨基甲酸锰、硫酸锰、水杨酸锰、醋酸锰、氯化铈、二硫代氨基甲酸铈、硫酸铈、水杨酸铈、醋酸铈、氯化镍、二硫代氨基甲酸镍、硫酸镍、水杨酸镍、醋酸镍、氯化铬、二硫代氨基甲酸铬、硫酸铬、水杨酸铬、醋酸铬或其混合物。优选为提到的苯酚和苯醌,特别优选为对苯二酚、对苯二酚单甲基醚、2-叔丁基-4-甲基苯酚、6-叔丁基-2,4-二甲苯酚、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2,4-二叔丁基苯酚、亚磷酸三苯酯、次磷酸、氯化铜和guajacol,非常特别优选为对苯二酚和对苯二酚一单甲基醚。
特别优选为对苯二酚单甲基醚、对苯二酚和烷基酚,可选与亚磷酸三苯酯和/或次磷酸三苯酯结合。
非常特别优选为α-生育酚(维生素E)、β-生育酚、γ-生育酚或δ-生育酚,可选地与亚磷酸三苯酯和/或次磷酸三苯酯结合。
含氧气体的存在可以进一步维持稳定性,优选为空气或空气与氮气的混合物(稀空气)。
在列举的稳定剂中,优选需氧的稳定剂,即需要氧气存在才能充分发挥抑制作用的稳定剂。
用于本发明的有用的溶剂E优选为适于共沸除去反应的水的溶剂,如果希望,特别优选为脂肪烃、脂环烃和芳烃或其混合物。
优选为正戊烷、正己烷、正庚烷、环己烷、甲基环己烷、苯、甲苯或二甲苯。特别优选为环己烷、甲基环己烷和甲苯。
该酯化作用可以由传统的用于多元醇的制备和/或检测方法来实现,例如在开始部分提到的方法或在DE-A 199 41 136,DE-A 38 43 843,DE-A 38 43 854,DE-A 199 37 911,DE-A 199 29 258,EP-A 331 845,EP 554 651或US 4 187 383中公开的方法。
通常,该酯化反应可以由下述方式完成:
该酯化反应装置包括一个搅拌反应器,优选为带有循环蒸发器的反应器,以及一个附加的带有冷凝和相分离容器的蒸馏装置。
例如该反应器为带有夹套加热和/或内部加热盘管的反应器。优选为使用具有外部热交换器和自然循环或强制循环(即通过使用泵)的反应器,更优选的为不需要机械帮助就可以实现的自然循环。
可以理解,该反应也可以在多个反应区内完成,例如一个带有二个到四个反应器的反应器组,优选为带有二个或三个反应器的反应器组。
适当的循环蒸发器是本领域技术人员熟知的,例如在R.Billet,Verdampfertechnik,HTB-Verlag,Bibliographisches Institut Mannheim,1965,53中记述的。循环蒸发器的例子为列管式热交换器、板式热交换器等等。
可以理解,循环系统也可以包括多个热交换器。
蒸馏单元为通用设计。可以是一个简单的蒸馏单元,如果恰当,该蒸馏单元可以设置一个防溅罩,或者该蒸馏单元可以是一个精馏塔。合适的的塔内件大体上包括所有一般的内件,例如塔板、结构填料和/或堆积填料。优选的塔板包括泡罩塔板、筛板塔板、浮阀塔板、索曼塔板和/或双流塔板,而优选的堆积填料为环形、卷曲形、鞍形或编织填料。
通常,5到20个理论塔板就足够了。
冷凝器和分离容器为传统设计。
在酯化反应a)中,通常以如前所述的摩尔过量形式使用(甲基)丙烯酸和烷氧基化三羟甲基丙烷或烷氧基化的三羟甲基丙烷(TMP)的混合物。为简单起见,当下文提到烷氧基化的三羟甲基丙烷时其包括本发明的三羟甲基丙烷的混合物。类似地,若提及酯,其也包括酯的混合物。如有必有,所采取的过量值可以达到大约3000∶1。
有用的酯化反应催化剂C包括前述的催化剂。
通常,催化剂的量为基于酯化混合物重量的0.1-5%,优选为0.5-5%,更优选为1-4%,最优选为2-4%。
如有必要,可以用离子交换剂将酯化催化剂从反应混合物中除去。该离子交换剂可以直接加入到反应混合物中,然后将其过滤掉,或将反应混合物通过一个离子交换剂床。
优选地,酯化催化剂留在反应混合物中。但是,如果该催化剂为离子交换剂,优选除去该离子交换剂,如通过过滤除去。
含氧气体可以进一步维持稳定性,优选为空气或空气和氮气的混合物(稀空气)。
优选地,使该含氧气体计量进入到塔的底部和/或进入循环蒸发器中、和/或穿过反应混合物、和/或经过反应混合物上方。
所用的阻聚剂(混合物)D(如前所述)的量为酯化混合物重量的0.01-1%,优选为0.02-0.8%,更优选为0.05-0.5%。
例如,阻聚剂(混合物)D可用于反应物或产物的水性溶液或溶液。
b)反应过程中生成的反应水可以在酯化反应a)的过程中或反应后蒸馏出去,在这种情况下,该操作可以使用能形成水共沸物的溶剂以提高效率。
用于共沸除去反应中的水的有用的溶剂E,如果期望,包括上面列举的化合物。
优选地,该酯化反应可以在溶剂的存在下进行。
所用溶剂的量为基于烷氧基化三羟甲基丙烷和(甲基)丙烯酸总重量的10-200%,优选为20-100%,更优选为30-100%。
但是,没有共沸剂的操作也是可以的,如DE-A1 38 43 854中第2栏第18行到第4栏第45行中所记述的,但是与具有前面提到的稳定剂的文献不同。
当反应混合物中的水没有通过形成共沸物的溶剂除去时,可以用一种惰性气体通过汽提除去,优选为一种含氧气体,更优选为如DE-A 38 43 843中记述的空气或稀空气。
酯化反应a)的反应温度通常为40-160℃,优选为60-140℃,更优选为80-120℃。反应过程中温度可以保持恒定或升高,优选为在反应过程中升高。在这种情况下,酯化的最终温度高于初始温度5-30℃。酯化温度可以通过改变反应混合物中的溶剂浓度决定和控制,如DE-A 199 41 136和德国专利申请100 63 175.4所记述的。
当使用溶剂时,可以通过加在反应器顶部的蒸馏单元将溶剂从反应混合物中蒸馏出去。
馏份可以被选择性地除去,或在冷凝后加入到相分离装置中。这样得到的水相总体上被从系统中除去,而有机相作为回流被加入到蒸馏单元中和/或直接进入反应区和/或被加入到循环蒸发器中,如德国专利申请100 63 175.4中所记述的。
当有机相用作回流时,其可以如DE-A 199 41 136中记述的那样用来控制酯化反应的温度。
酯化反应a)可以在真空、超气压(加压)或减压下进行,优选在常压下进行。
反应时间通常是2-20个小时,优选为4-15个小时,更优选为7-12个小时。
各个反应组分加入的顺序对于本发明来说并不重要。所有的组分可以作为一种混和的初始进料一起加入,随后加热,或可以在初始进料中先不加一个或多个组分或在初始进料中仅包括部分组分,在初始进料被加热后加入剩余组分。
所用的(甲基)丙烯酸不受组成限制,例如可以包括如下组分:
(甲基)丙烯酸 90-99.9%(重量)
乙酸 0.05-3%(重量)
丙酸 0.01-1%(重量)
二丙烯酸 0.01-5%(重量)
水 0.05-5%(重量)
羰基混合物 0.01-0.3%(重量)
抑制剂 0.01-0.1%(重量)
马来酸或酸酐 0.001-0.5%(重量)
所用的粗(甲基)丙烯酸通常用200-600ppm吩噻嗪或其它稳定剂(其用量足以提供相当的稳定作用)进行稳定。此处的羰基是指如丙酮和低级醛,例如甲醛、乙醛、巴豆醛、丙烯醛、2-糠醛、3-糠醛和苯甲醛。
粗(甲基)丙烯酸此处是指(甲基)丙烯酸混合物,该混和物是将丙烷/丙烯/丙烯醛或异丁烷/异丁烯/异丁烯醛氧化的反应气体吸收在吸收剂中然后除去吸收剂后形成的,或由反应气体分凝形成的混合物。
显然也可以使用纯(甲基)丙烯酸,例如具有以下的纯度:
(甲基)丙烯酸 99.7-99.99%(重量)
乙酸 50-1000重量ppm
丙酸 10-500重量ppm
二丙烯酸 10-500重量ppm
水 50-1000重量ppm
羰基化合物 1-500重量ppm
抑制剂 1-300重量ppm
马来酸或酸酐 1-200重量ppm
所用的纯(甲基)丙烯酸通常用100-300ppm的对苯二酚单甲基醚或其它贮存稳定剂(其用量足以提供相当的稳定作用)进行稳定。
纯的或预先纯化的(甲基)丙烯酸通常是指(甲基)丙烯酸,其纯度至少为99.5%(重量),基本不含醛、其他羰基物和高沸点组分。
通过附加的蒸馏塔(如果有的话)移出的冷凝物的(在酯化反应中蒸馏出来的)水相通常含有0.1-10%(重量)的(甲基)丙烯酸,该水相从系统中分离出来并除去。其所含的(甲基)丙烯酸优选地可以用一种萃取剂萃取,优选地用在酯化反应中的所用的任何溶剂,如用环己烷,在10-40℃,水相与萃取剂的比率为1∶5-30,优选为1∶10-20,并将(甲基)丙烯酸返回到酯化反应中。
循环可以进一步以下述方法维持:将惰性气体通入循环、或通过反应化合物或经过反应混合物上方,该惰性气体优选地为一种含氧气体,更优选地为空气或空气和氮气的混合物(稀空气),例如基于反应混合物的体积,速率为0.1-1m3/m3h,优选为0.2-0.8m3/m3h,更优选为0.3-0.7m3/m3h。
通过监测带出的水的量和/或反应器中羧酸的减少量来监测酯化反应a)的进程。
例如,只要由溶剂所带出的水达到理论值的90%,优选为至少95%,更优选为至少98%,就可以停止反应。
例如,如果通过共沸剂基本上不再有反应的水被除去,就可以检测到停止结束。当(甲基)丙烯酸与反应中的水一起带出时,例如可以通过回滴定一部分水相来测定它的馏分。
可以不必除去反应中的水,例如,当采取(甲基)丙烯酸按化学计量大量过量时,如至少4.5∶1,优选为至少7.5∶1,最优选为至少15∶1。在这种情况下,大部分生成的水会留在反应混合物中。只不过将水馏分在反应过程中或反应后从反应混合物中分离出去是由所用温度下的挥发度决定的,在范围之外不用采取措施将反应中生成的水分离出去。例如,在反应混合物中可以保留至少10%(重量)反应生成的水,优选地为至少20%(重量),更优选地为至少30%(重量),甚至更优选地为至少40%(重量),最优选地为至少50%(重量)。
c)酯化反应结束后,可以用传统的方法将反应混合物冷却到10-30℃,如有必要,可以加入一种溶剂,其可以与用来共沸除水的任何溶剂相同,或是不同的溶剂,将酯的浓度调节至任何期望值。
在一个更进一步的实施方式中,例如为了降低粘度,反应可以用一种合适的的稀释剂G来停止,并将反应物稀释到一个浓度,如10-90%(重量),优选为20-80%(重量),更优选为20-60%(重量),甚至更优选为30-50%(重量),最优选为大约40%。
重要的是在稀释后形成一个基本均匀的溶液。
在生产水凝胶过程中,这优选在使用前相对短的时间内完成,例如,不超过24个小时,优选地为不超过20小时,更优选的为不超过12个小时,甚至更优选的为不超过6小时,最优选地为不超过3小时。
稀释剂G选自由水、水与一种或多种可以任意比例溶于水的有机溶剂的混合物以及水与一种或多种一元或多元醇(如甲醇和丙三醇)的混合物组成的组。优选地,这些醇具有1、2或3个羟基,并优选具有1到10个碳原子,特别优选为具有1到4个碳原子。优选地为伯醇和仲醇。
优选的醇为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、1,2-丙二醇和1,3-丙二醇。
d)如有必要,可以将反应混合物进行脱色,例如用活性碳或金属氧化物处理,金属氧化物如氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化硼或其混合物,用量为如0.1-50%(重量),优选0.5%to 25%(重量),更优选1-10%(重量),处理温度如10到100℃,优选20到80℃,更优选30到60℃。
这一步可以通过以下来实现:将粉状或粒状的脱色剂加入到反应混合物中,随后过滤,或将反应混合物通过一个任何期望的合适的模制形式的脱色剂床。
反应混合物的脱色可以在操作工艺的任何期望阶段来完成,例如,在粗反应混合物阶段或在任何预清洗、中和、清洗或溶剂分离之后。
反应混合物可以进一步来进行预清洗e)和/或中和f)和/或后清洗g),优选地仅仅进行中和f)。如果期望,中和f)和预清洗e)在顺序上可以进行互换。
(甲基)丙烯酸,和/或催化剂C至少可以部分地从清洗e)和g)和/或中和f)的水相中,通过溶剂的酸化和萃取被回收和再利用。
对于预清洗e)或后清洗g),可以用一种清洗液在清洗装置中对反应混合物进行处理,该清洗液为例如水或一种5-30%(重量),优选为5-20%(重量)和更优选为5-15%(重量)的氯化钠、氯化钾、氯化铵、硫酸钠或硫酸铵溶液,优选为水或氯化钠溶液。
反应混合物与洗液的比率通常为1∶0.1到1∶1,优选为1∶0.2到1∶0.8,更优选为1∶0.3到1∶0.7。
清洗或中和可以以下方式完成:例如在一个搅拌容器中或在其它传统的装置中完成,如蒸馏塔或搅拌沉降装置中。
就工艺工程而言,根据本发明的工艺中的任何清洗或中和都可以使用传统的萃取和清洗工艺和装置来完成,例如,在Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry,6th ed,1999 Electronic Release,Chapter:Liquid-Liquid Extraction-Apparatus中所记述的。例如,可以选择单级或多级萃取,优选为单级,也可以选择并流或逆流模式,优选为逆流模式。
优选使用筛板塔、规则或不规则填料塔、搅拌容器或搅拌沉降装置,并且还可以使用脉冲塔或具有旋转内件的塔。
只要(伴随地)使用金属盐(优选铜或铜盐)作为抑制剂,就优选采用预清洗e)步骤。
可以优选后清洗g)从在f)中中和的反应混合物中除去微量的碱或微量的盐。
通过进行中和f),已经进行预清洗且仍然含有少量催化剂和大量过量的(甲基)丙烯酸的反应混合物可以用5-25%,优选5-20%,更优选5-15%(重量)的碱的水溶液进行中和,该碱为例如碱金属或碱土金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐或重碳酸盐,优选为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、重碳酸钠、碳酸钠、重碳酸钾、氢氧化钙、石灰乳、氨气、氨水或碳酸钾,如有必要,可以加入5-15%的氯化钠、氯化钾、氯化铵或硫酸铵水溶液,更优选地使用氢氧化钠水溶液或氢氧化钠-氯化钠水溶液。中和的程度优选为酸性官能单体的5到60%(摩尔),优选10到40%(摩尔)、更优选为20到30%(摩尔)。中和可以在聚合前或聚合过程中进行,优选在聚合前。
碱可以以如下方式加入,装置中的温度不升高超过60℃,优选在20到35℃的范围,pH值为4-13。优选地,可以借助内部冷却盘管或通过夹套冷却对容器进行冷却来除去中和热。
反应混合物与中和液体的比率总体上在1∶0.1到1∶1的范围,优选为1∶0.2到1∶0.8,更优选为1∶0.3到1∶0.7。
关于装置,可以使用前面提到的。
h)当溶剂存在于反应混合物时,可以通过蒸馏将其充分除去。优选地,任何存在的溶剂可以在清洗和/或中和后从反应混合物中除去,但是,如有必要,也可以在清洗或中和前除去。
为此,可以将反应混合物与一定量的贮藏稳定剂混合,贮藏稳定剂优选为对苯二酚单甲基醚,这样,除去该溶剂后,在目标酯(残余物)中含有100-500ppm,优选为200-500ppm,更优选为200-400ppm的稳定剂。
大部分溶剂的蒸馏去除可以通过例如在具有夹套加热和/或内部加热盘管的搅拌罐中在减压条件下完成,例如在20-700毫巴,优选为30-500毫巴,更优选为50-150毫巴,温度为40-80℃。
可以理解,蒸馏也可以在降膜或薄膜蒸发器中完成。为此,将反应混合物在减压下再循环通过该装置,优选地为两次或多次,再循环压力是例如20-700毫巴,优选30-500毫巴,更优选50-150毫巴,再循环温度为40-80℃。
优选地可以将一种惰性气体引入到蒸馏装置中,该惰性气体优选含氧气体,更优选空气或空气和氮气的混合物(稀空气),引入气体的速度基于反应混和物的体积为0.1-1m3/m3h,优选0.2-0.8m3/m3h,更优选0.3-0.7m3/m3h。
蒸馏后,残余物中残留的溶剂含量通常低于5%(重量),优选为0.5-5%(重量),更优选为1-3%(重量)。
将分离的溶剂冷凝,优选进行再利用。
如有必要,除了蒸馏外或代替蒸馏可以进行溶剂汽提操作i)。
为此,要将仍然含有少量溶剂的目标酯加热到50-90℃,优选为80-90℃,在合适的的装置中使用合适的的气体将剩余溶剂除去。如有必要,可以采用真空协助的条件。
有用的装置的例子包括传统设计的蒸馏塔,该蒸馏塔含有传统内件,如塔板、堆积填料或结构填料,优选为堆积填料。有用的塔内件原则上包括所有通用的内件,如塔板、规则填料和/或不规则填料。优选的塔板包括泡罩塔板、筛板塔板、浮阀塔板、索曼塔板和/或双流塔板,而优选的堆积填料为环形、卷曲形、鞍状、拉西环、Intos或鲍尔环、圆柱或矩鞍形、Top-Pak等等或编织物填料。
此处也可以用降膜、薄膜或擦膜式蒸发器,例如卢瓦、转膜或Sambay蒸发器,其可以通过一个去雾器用于防溅。
有用的气体包括在气提条件下为惰性的气体,优选含氧气体,更优选空气或空气和氮气的混合物(稀空气)或水蒸气,特别是已经被预热到50-100℃的气体。
例如,汽提气体速度例如基于反应混和物的体积为5-20m3/m3h,更优选为10-20m3/m3h,最优选为10-15m3/m3h。
如有必要,在操作工艺中任何阶段可以将酯进行过滤j),优选为在清洗/中和以及任何完成的溶剂分离后进行,以除去沉淀的微量盐和任何脱色剂。
在可能的实施方式中,烷氧基化的三羟甲基丙烷和(甲基)丙烯酸的酯化反应在至少一种酯化反应催化剂C和至少一种阻聚剂D存在下进行,如前所述摩尔过量至少为15∶1,不需要能够与水形成共沸物的溶剂。
在优选的实施方式中,优选地基本上不去除过量的(甲基)丙烯酸,即,只将所用温度下的挥发度决定的那部分(甲基)丙烯酸馏分从混合物中除去。除此之外,不采取任何方式除去羧酸,例如,不进行蒸馏、精馏、萃取(如清洗)、吸收(如通过活性碳或离子交换剂)和/或化学步骤(如用环氧化物清除羧酸)。
将反应混合物中的(甲基)丙烯酸除去的程度以反应结束后反应混合物中的(甲基)丙烯酸为基准优选为不超过75%(重量),更优选地不超过50%(重量),甚至更优选地不超过25%(重量),特别是不超过10%(重量),最优选地不超过5%。在一个特别优选的实施方式中,步骤b)可以省略,这样只有反应生成的水和(甲基)丙烯酸被从反应混合物中除去,其由所用温度下的挥发度决定的。优选地,这基本可以通过完全冷凝来防止。
而且,酯化反应催化剂C同样基本上留在反应混合物中。
这样得到的反应混和物的DIN EN 3682酸值优选为至少25mg氢氧化钾/g反应混合物,更优选为25-80mg氢氧化钾/g反应混合物,更优选地为25-50氢氧化钾/g。
优选地,省略任何预清洗e)或后清洗g),只进行过滤j)。
随后将反应混合物在步骤c)中进行稀释,在这种情况下,优选地6小时内转化成水凝胶,更优选在3小时内转化为水凝胶。
步骤c)、j)和f)的顺序是任意的。
本发明进一步提供了一种组合物,其包括
-至少一种酯F,其可以通过前述的一种酯化反应工艺获得,
-(甲基)丙烯酸,和
-稀释剂G。
本发明的组合物可以进一步包括:
-质子化的或非质子化形式的酯化反应催化剂,
-阻聚剂D,和
-任何溶剂E,如果酯化反应需要。
该组合物可以是已经中和,并且具有前述在f)中列举的pH值。
当组合物已经被中和时,至少会有一部分(甲基)丙烯酸已经被转化成了他们的水溶性的碱金属盐、碱土金属盐或铵盐。
优选的组合物包括:
-酯F的酯混合物,重量百分含量为0.1%-40%,更优选为0.5%-20%,甚至更优选为1%-10%,尤其优选为2%-5%,特别优选为2%-4%,
-单体M,重量百分含量为0.5-99.9%,更优选为0.5-50%,甚至更优选为1-25%,尤其优选为2-15%,特别优选为3-5%,
-酯化反应催化剂C,重量百分含量为0-10%,更优选为0.02-5%,甚至更优选为0.05-2.5%,尤其优选为0.1-1%,
-阻聚剂D,重量百分含量为0-5%,更优选为0.01-1.0%,甚至更优选为0.02-0.75%,尤其优选为0.05-0.5%,特别优选为0.075-0.25%,
-溶剂E,重量百分含量为0-10%,更优选为0-5%,甚至更优选为0.05-1.5%,尤其优选为0.1-0.5%,条件是总量为100%,以及
-任何加至100%的稀释剂。
在上述的组合物中,存在于酯混合物中的每种酯F基于亲水单体M均不超过2%(重量),优选为不超过1.5%(重量)。
上述工艺得到的反应混合物和根据本发明的组合物的用途为:
-用作吸水性水凝胶的自由基交联剂,
-用作生产聚合物分散体的起始原料,
-用作生产聚丙烯酸酯(除了水凝胶)的起始原料,
-用作油漆原料,或
-用作水泥添加剂。
根据本发明的组合物,其特别是用作吸水性水凝胶的自由基交联剂的组合物,在25℃下在蒸馏水中的溶解度不低于0.5%(重量),优选不低于1%(重量),更优选不低于2%(重量),甚至更优选不低于5%(重量),更优选不低于10%(重量),甚至优选地不低于20%(重量),尤其不低于30%(重量)。
k)来自酯化反应(包括其采用的处理步骤)的反应混合物,例如来自步骤f)中的反应混合物,或当步骤f)省略时,来自步骤b)中的反应混合物,或当步骤b)省略时,步来自骤a)中的反应混合物,该混合物可选地可以与另外的单烯键不饱和化合物N混合,化合物N没有酸基,但是可以与亲水性单体共聚,之后可以在至少一种自由基引发剂K和任选地至少一种接枝基体L存在下聚合以制备吸水性水凝胶。
优选地
l)步骤k)的反应混合物进行后交联。
用于制备k)的这些高膨胀的亲水性水凝胶的有用的亲水性单体M包括:例如可以进行加聚反应的酸,如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯丙烯酸、巴豆酸、马来酸、马来酐、乙烯基磺酸、乙烯基磷酸、马来酸、马来酐、反丁烯二酸、衣康酸、甲基顺丁烯二酸、甲基反丁烯二酸、戊烯二酸、丙烯三甲酸、烯丙基磺酸、丙烯酸磺乙酯、甲基丙烯酸磺乙酯、丙烯酸磺丙基酯、甲基丙烯酸磺丙基酯、2-羟基-3-丙烯酰氧基丙基磺酸、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基磺酸、烯丙基磷酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磷酸,以及它们的酰胺、羟烷基酯和含氨基或铵酯和酰胺。这些单体可以单独使用或彼此混合使用。而且,还有水溶的N-乙烯基酰胺和氯化二烯丙基二甲基铵。优选的亲水单体为化学式V中的化合物。
其中
R3为氢、甲基或乙基,
R4为-COOR6、磺酰基、膦酰基、化学式VI中的C1-C4烷醇酯化了的膦酰基,
R5为氢、甲基、乙基或羧基,
R6为氢、氨基或羟基-(C1-C4)-烷基,和
R7为磺酰基、膦酰基或羧基。
例如,C1-C4烷醇为甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇。
特别优选的亲水性单体为丙烯酸和甲基丙烯酸,特别为丙烯酸。
为了使性能最优化,合理的做法是使用另加的单烯键不饱和化合物N,其不含有酸基,但是可以与含有酸基的单体共聚。这种化合物包括:例如单烯键不饱和羧酸的氨基化合物和腈,如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-甲基乙烯基乙酰胺、丙烯腈和甲基丙烯腈。进一步适用的化合物的例子为饱和C1到C4羧酸的乙烯酯类,如甲酸乙烯基酯、乙酸乙烯基酯或丙酸乙烯基酯;烷基中具有至少2个碳原子的烷基乙烯基醚类,如乙基乙烯基醚或丁基乙烯基醚;单烯键不饱和C3到C6羧酸的酯类,如单羟基C1到C18醇和丙烯酸、甲基丙烯酸或马来酸形成的酯类;马来酸的单酯类,如马来酸单甲基酯;N-乙烯基内酰胺如N-乙烯吡咯烷酮或N-乙烯己内酰胺;烷氧基化的单羟基饱和醇的丙烯酸和甲基丙烯酸酯类,如具有10到25个碳原子的醇,每摩尔该醇与2到200摩尔的环氧乙烷和/或环氧丙烷反应,还有聚乙二醇或聚丙二醇的单丙烯酸酯和单甲基丙烯酸酯类,例如聚亚烷基乙二醇的摩尔质量(Mn)达到2000。更适合的单体为苯乙烯和烷基取代的苯乙烯如乙基苯乙烯或叔丁基苯乙烯。
这些没有酸基的单体也可以与用于具有其它单体的混合物,例如乙酸乙烯基酯和丙烯酸-2-羟乙基酯以任何比例混合的混合物。把没有酸基的这些单体加入到反应混合物中,用量为0-50%(重量),优选低于20%(重量)。
优选地,交联的(共)聚合物由具有酸官能的单烯键不饱和单体组成,该单体任选地在聚合前或聚合后被转化成它们的碱金属盐或铵盐,基于不具有酸基的单烯不饱和单体的总重量,其含量为0-40%(重量)。
关于(甲基)丙烯酸(共)聚合物、聚丙烯酸和超强吸收体的制备、检验和使用,先前已经有了大量的记述,因此是熟知的,可参见如“Modern Superabsorbent Polymer Technology”,F.L.Buchholzand A.T.Graham,Wiley-VCH,1998 or Markus Frank“Superabsorbents”in Ullmann’s Handbuch der technischen Chemie,Volume 35,2003。
优选地为这类水凝胶,其可以通过具有酸官能基的单烯不饱和单体M或它们的盐的交联加聚或共聚获得。
所获得的聚合物对于改进皂化指数(VSI)是显著的。
在后交联工艺中,起始的聚合物用后交联剂进行处理,并优选在后交联处理的过程中或之后进行处理,并且通过升高温度来干燥,交联剂优选被包括在一种惰性溶剂中。惰性溶剂为基本上既不会与起始聚合物反应也不会与后交联剂反应的溶剂。优选的为这类溶剂,其不与起始聚合物或后交联剂发生化学反应,程度超过90%,优选地为超过95%,更优选超过99%,尤其优选超过99.5%。
后交联l)和干燥m)优选在从30到250℃温度下进行,尤其为从50到200℃,最优选为从100到180℃。表面后交联溶液的使用优选地是通过在合适的的喷雾混合器喷撒该聚合物。在喷雾后,聚合物粉末被热干燥,交联反应不仅可以在干燥操作前进行也可以在干燥操作的过程中进行。优选地在反应混合器中或在混合干燥设备中喷交联剂溶液,如Ldige混合器、BEPEX混合器、诺塔混合器、SHUGGI混合器或PROCESSALL。而且也可以使用流化床干燥器。
混合器本身中就可以进行干燥操作,通过加热干燥器外壳或吹入热空气。也适合用下游干燥器,例如柜式干燥器、管式回转炉或可加热螺旋管(heatable screw)。但例如也可以用共沸蒸馏作为干燥方法。在反应混合器或干燥器中和该温度下,优选的停留时间为少于60分钟,更优选少于30分钟。
优选上述工艺,其中,起始聚合物为聚丙烯酸或聚丙烯酸酯,尤其是通过使用多官能团烯键式不饱和自由基交联剂进行自由基反应所得到的聚丙烯酸或聚丙烯酸酯。
优选这种工艺,其中,所用的组合物含有自由基交联剂,酯F和稀释剂G,基于起始聚合物的重量,其用量为0.1-20%(重量),尤其是0.5-10%(重量)。
优选这种工艺,其中,所用的自由基交联剂基于起始聚合物的重量,其用量为0.01-5.0%(重量),优选为0.02-3.0%(重量),更优选为0.03-2.5%(重量),尤其为0.05-1.0%(重量),特别为0.1%-0.75%(重量)。
本发明还提供了由前述工艺制备的聚合物及其在卫生物品、包装材料和无纺制品中的用途,以及前述的组合物在生产交联或可热交联的聚合物,特别是在油漆和清漆中的应用。
将被使用(起始聚合物)的高膨胀的亲水性水凝胶特别为(共)聚合的亲水性单体M的聚合物、一个或多个亲水性单体M在合适的接枝基体L上的接枝(共)聚合物、交联的纤维素或淀粉醚类或能够在水性流体中膨胀的天然产物,如瓜尔胶衍生物。这些水凝胶是本领域技术人员熟知的,例如在下述文献中所公开:US-4 286 082,DE-C-27 06 135,US-4 340 706,DE-C-37 13 601,DE-C-28 40 010,DE-A-43 44 548,DE-A-40 20 780,DE-A-40 15 085,DE-A-39 17 846,DE-A-38 07 289,DE-A-35 33 337,DE-A-35 03 458,DE-A-42 44 548,DE-A-42 19 607,DE-A-40 21 847,DE-A-38 31 261,DE-A-35 11 086,DE-A-31 18 172,DE-A-30 28 043,DE-A-44 18 881,EP-A-0 801 483,EP-A-0 455 985,EP-A-0 467 073,EP-A-0 312 952,EP-A-0 205 874,EP-A-0 499 774,DE-A 26 12 846,DE-A-40 20 780,EP-A-0 20 5674,US-5 145 906,EP-A-0 530 438,EP-A-0 670 073,US-4 057 521,US-4 062 817,US-4 525 527,US-4 295 987,US-5 011 892,US-4 076 663或US-4 931 497。由WO 01/38402中公开的制备方法而制得的可高度膨胀的水凝胶也是特别适用的,以及DE 198 54 575所公开的可高度膨胀的无机/有机混合水凝胶也特别适用。上述专利文献的内容,特别是由这些工艺所制得的水凝胶,结合于此作为参考。
适用于通过含烯键不饱和酸接枝共聚而得到的亲水性水凝胶的接枝基体L可以是天然的或合成的。例如淀粉、纤维素、纤维素衍生物以及其他的聚糖和低聚糖、聚亚烷基氧化物,特别是聚环氧乙烷和聚环氧丙烷,以及亲水性聚酯。
吸水性聚合物可以通过丙烯酸或丙烯酸酯在水溶性聚合物基体上的自由基接枝共聚获得。适用的水溶性聚合物基体的非限制性例子为藻酸盐、聚乙烯醇和聚糖如淀粉。用于本发明目的的接枝共聚使用一种多官能团的烯键不饱和自由基交联剂。
吸水性聚合物可以是有机/无机混和的聚合物,该混和聚合物一方面由聚丙烯酸或聚丙烯酸酯形成,另一方面由硅酸盐、铝酸盐或铝矽酸盐形成。更特别地,所用聚丙烯酸或聚丙烯酸酯可以通过使用多官能团烯键不饱和自由基交联剂的自由基聚合而获得,并且使用水溶性硅酸盐或可溶的铝酸盐或其混合物而形成。
特别优选的水凝胶为聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯以及US-4 931 497、US-5 011 892和US-5 041 496的接枝聚合物。非常特别优选的水凝胶为WO 01/38402中公开的捏合聚合物(kneaderpolymer)和DE 198 545 75中公开的聚丙烯酸酯基有机/无机混合水凝胶。
根据本发明制备的物质,其可以用作水凝胶中的自由基交联剂,可以单独使用或与其他交联剂联合使用,例如内部或表面交联剂,举例如下:
适用的另外的交联剂特别为亚甲基双丙烯酰胺、亚甲基双甲基丙烯酰胺、不饱和的单或多羧酸与多羟基化合物的酯类,例如二丙烯酸酯或三丙烯酸酯,如二丙烯酸丁二醇酯、二甲基丙烯酸丁二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯,以及三丙烯酸三羟甲基丙基酯和烯丙基化合物如烯丙基(甲基)丙烯酸酯、三烯丙基氰尿酸酯、二烯丙基马来酸酯、聚烯丙基酯、四烯丙氧基乙烷、三丙烯胺、四烯丙基乙二胺、磷酸的烯丙基酯以及乙烯基磷酸衍生物如EP-A-0 343 427中所公开的。但是,在本发明工艺中特别优选使用的水凝胶是通过聚烯丙基醚作为进一步的交联剂和丙烯酸的酸性均聚合反应制备的。适用的交联剂为季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇四烯丙基醚、聚乙二醇二烯丙基醚、单乙二醇二烯丙基醚、丙三醇二烯丙基醚、丙三醇三烯丙基醚、基于山梨醇的聚烯丙基醚及其乙氧基化的派生物。特别优选的交联剂进一步包括二丙烯酸聚乙二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的乙氧基化衍生物如SartomerSR 9035,以及二丙烯酸丙三醇酯和三丙烯酸丙三醇酯的乙氧基化衍生物。显然也可以使用上述交联剂的混合物。
特别优选交联剂组合物,在组结合物中,本发明的交联剂可以包括分散在其中的其它交联剂。例如这种交联剂组合物为本发明的交联剂和二丙烯酸二或三丙二醇酯和丙氧基化的三丙烯酸甘油酯。
非常特别优选的水凝胶是使用本发明方法而制备的酯F作为自由基交联剂而制得。
优选地,吸水性聚合物为聚丙烯酸或聚丙烯酸酯。该吸水性聚合物可以由自该文献中获知的工艺方法来制备。优选的聚合物含有交联单体(0.001-10mol%),但非常特别优选的聚合物是由自由基聚合而制得,并且其中使用了多官能团烯键不饱的自由基交联剂。
可高度膨胀的亲水性水凝胶可由本身是熟知的加聚工艺来制备。优选的加聚聚合为在水溶液中进行凝胶聚合。如前所述,其涉及到:稀释,优选水稀释,更优选15-50%重量的水;一种或多种亲水性单体和可选的合适的接枝基体L的溶液,在自由基引发剂存在下,通过TrommsdorffNorrish效应(Makromol.Chem.1,169(1947)),优选不进行机械混合而被聚合。聚合反应可以在0-150℃下进行,优选地在10-100℃下进行,既可以在常压下进行也可以在加压或减压下进行。作为典型,聚合反应也可以在保护的气氛中进行,优选在氮气氛中。引发加聚反应可以使用高能量电磁射线或常用的化学聚合引发剂K,例如有机过氧化物,如过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过氧化甲乙酮、异丙基苯过氧化氢,含氮(偶氮)化合物如偶氮二异丁腈,以及无机过氧化物如(NH4)2S2O8,K2S2O8或H2O2。
如有必要,它们可与还原剂联合使用,如抗坏血酸、亚硫酸氢钠和硫酸亚铁或氧化还原系统,其中,所包括的还原组分为脂族和芳族亚磺酸,如苯磺酸和甲基苯磺酸或其衍生物,例如硫酸的曼尼期(Mannich)加合物、醛和氨基化合物,如DE-C-1 301 566中所公开的。通过在50-130℃范围内(优选为70-100℃)对聚合物凝胶进行后加热几小时,聚合物的性能可以得到进一步改善。
所得到的凝胶可以中和的程度为基于单体的0-100%(摩尔),优选为25-100%(摩尔),更优选为50-85%(摩尔),可以使用常用的中和剂,优选为碱金属氢氧化物、碱金属氧化物或相应的碱金属碳酸盐,但是更优选地为氢氧化钠、碳酸钠和重碳酸钠。
典型地,通过把中和剂作为一种水性溶液或优选地作为一种固体混和到凝胶中可以实现中和。为此,该凝胶被机械粉碎,例如借助绞肉机,而中和剂被喷射、分散或倾泄到凝胶上,然后小心地混合入凝胶中。之后为均匀起见,可将所得到的凝胶物质重复通过绞肉机。然后用一个带式干燥器或干燥鼓进行干燥,直到残留水分的含量优选地低于10%(重量),特别优选地低于5%(重量)。
这种加聚反应也可以通过文献中公开的任何其他工艺完成。更特别地,丙烯酸中和也可以在聚合前进行,如前述步骤f)。然后可以在一个传统的带式反应器或捏合反应器(kneading reactor)中连续或间歇地进行聚合反应。当在带式反应器中完成聚合反应时,特别优选为通过电磁辐射引发,优选为通过UV辐射或可选择地借助氧化还原引发系统引发。非常特别优选将两种引发方式相结合:同时应用电磁射线和化学氧化还原引发系统。
n)然后将被干燥的水凝胶磨碎过筛,在这种情况下,通常使用滚磨机、针磨机或振动球磨机进行研磨。过完筛的水凝胶的颗粒大小优选为45-1000μm,更优选为45-850μm,甚至更优选为200-850μm,最优选为300-850μm。进一步特别优选的范围为150-850μm,尤其为150-700μm。这些范围优选地覆盖了颗粒重量的80%,特别优选为90%。用已建立的激光方法可以测定颗粒分布。
本发明进一步提供了交联的水凝胶,该水凝胶含有至少一种共聚形式的亲水性单体M,且已使用由烷氧基化的三羟甲基丙烷与(甲基)丙烯酸形成的酯F进行交联。可以使用本发明的方法或先前技术方法制备所述的酯,优选地使用本发明的方法制备。
有用的酯F包括前述化合物。
可以使用说明书中记述的方法测定本发明水凝胶形式聚合物的CRC值[g/g],该值优选为大于15,尤其为16、18、20、22、24或更高,更优选为25,特别优选为26、27、28、29,甚至更优选为30、31、32、33、34、35、36、37或更高。
可以使用说明书部分记述的方法测定本发明水凝胶形式聚合物的AUL 0.7psi值[g/g],该值优选大于8,特别优选为9、10、11、12、13、14或更高,更优选为15,特别优选为16、17、18、19或更高,甚至更优选为大于20,特别优选为21、22、23、24、25、26、27、28或更高。
可以使用说明书部分记述的方法测定本发明水凝胶形式聚合物的AUL 0.5psi值[g/g],优选为大于8,特别优选为9、10、11、12、13、14或更高,更优选为15,特别优选为16、17、18、19或更高,甚至更优选为大于20,特别优选为21、22、23、24、25、26、27、28或更高。
可以使用说明书部分记述的方法测定本发明水凝胶形式聚合物的皂化指数VSI,优选为小于10,特别优选为9.5、9或8.5或更低,更优选为低于8,特别优选为7.5、7、6.5、6、5.5或更低,甚至更优选为小于5,特别优选为4.5、4、3.5或更低。
可以使用说明书部分记述的方法测定本发明水凝胶形式聚合物的剩余交联剂的含量,优选地小于10ppm,特别优选为9.5ppm、9ppm或8.5ppm或更低,更优选为低于8ppm,特别为7.5ppm、7ppm、6.5ppm、6ppm、5.5ppm或更低,甚至更优选为小于5ppm,特别优选为4.5ppm、4ppm、3.5ppm或更低。
根据本发明的水凝胶形式聚合物的应用和用途
本发明进一步涉及上述水凝胶形式聚合物在卫生物品中的用途,该卫生用品包括:
(P)可以透过液体的面层
(Q)不透液体的底层
(R)位于(P)和(Q)之间的芯层,包括:
10-100%(重量)的根据本发明的水凝胶形式聚合物,
0-90%(重量)亲水性纤维物质。
优选20-100%(重量)的根据本发明的水凝胶形式聚合物,0-80%(重量)的亲水性纤维物质。
更优选30-100%(重量)的本发明水凝胶形式聚合物,0-70%(重量)亲水性纤维物质。
甚至更优选40-100%(重量)的本发明水凝胶形式聚合物,0-60%(重量)亲水性纤维物质。
还甚至更优选50-100%(重量)的本发明水凝胶形式聚合物,0-50%(重量)的亲水性纤维物质。
特别优选为60-100%(重量)的本发明水凝胶形式聚合物,0-40%(重量)的亲水性纤维物质。
尤其优选为70-100%(重量)的本发明水凝胶形式聚合物,0-30%(重量)的亲水性纤维物质。
及其优选为80-100%(重量)的本发明水凝胶形式聚合物,0-20%(重量)的亲水性纤维物质。
最优选为90-100%(重量)的本发明水凝胶形式聚合物,0-10%(重量)的亲水性纤维物质。
(S)可选的直接位于所述的芯层(R)之上和之下的组织层,和
(T)可选地位于(P)和(R)之间的拦截层(acquisition)。
百分数应理解为,对于重量百分比10-100%的情况,本发明水凝胶形式聚合物的重量百分比从11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%直到100%的每种情况以及中间的百分数(如12.2%)都是可能的,相应地,亲水性纤维物质的重量百分比从0%到89%、88%、87%、86%、85%、83%、82%、81%的每种情况以及中间的百分数(如87.8%)都是可能的。当在芯层中还有其它物质时,聚合物和纤维的百分数相应地会降低。这同样适用于优选的范围,例如非常优选的本发明的水凝胶形式聚合物为81%,82%,83%,84%,85%,86%,87%,88%,89%(重量)的情况下,相应的纤维物质为19%,18%,17%,16%,15%,14%,13%,12%,11%。因此,本发明水凝胶形式聚合物的优选范围为20%,21%,22%,23%,24%,25%,26%,27%,28%,29%到100%(重量),本发明水凝胶形式聚合物的更优选的范围为30%,31%,32%,33%,34%,35%,36%,37%,38%,39%到100%(重量),本发明水凝胶形式聚合物的甚至更优选的范围为40%,41%,42%,43%,44%,45%,46%,47%,48%,49%到100%(重量),本发明水凝胶形式聚合物的还甚至更优选的范围为50%,51%,52%,53%,54%,55%,56%,57%,58%,59%到100%(重量),本发明水凝胶形式聚合物特别优选的范围为60%,61%,62%,63%,64%,65%,66%,67%,68%,69%到100%(重量),本发明水凝胶形式聚合物的尤其优选的范围为70%,71%,71%,72%,73%,74%,75%,76%,77%,78%,79%到100%(重量),本发明水凝胶形式聚合物的最优选的范围为90%,91%,92%,93%,94%,95%,96%,97%,98%,99% or 100%(重量)。
用于本发明目的的卫生物品不仅包括成人失禁垫和失禁内裤也包括婴儿用尿布。
可以透过液体的面层(P)是与穿戴者的皮肤直接接触的一层。其原料包括常用的合成的或人造纤维或聚酯膜、聚烯烃、人造纤维或天然纤维如棉花。在非纺织原料(无纺制品)的情况下,这些纤维通常通过粘合剂如聚丙烯酯被结合在一起。优选的原料为聚酯类、人造纤维及其混合、聚乙烯和聚丙烯。可以透过液体的层的例子被公开在WO 99/57355 A1,EP 102 388 3 A2中。
不透液体的层(Q)通常为聚乙烯或聚丙烯薄片。
芯层(R)不仅包括本发明的水凝胶形式聚合物也包括亲水性纤维物质。亲水性意味着水流体可以快速遍布在纤维上。纤维物质通常为纤维素、改性纤维素、人造纤维、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯。特别优选为纤维素纤维如纸浆。通常这些纤维的直径为1-200μm,优选为10-100μm,最小长度为1mm。
尿布的结构和形状为公知常识,如在WO 95/26 209第66第34行到第69页第11行,DE 196 04 601 A1,EP-A-0 316 518和EP-A-0 202 127中公开的。WO 00/65084,特别是第6-15页,WO 00/65348,特别是第4-17页,WO 00/35502,特别是第3-9页,DE 19737434和WO 98/8439中通常也公开了尿布和其它的卫生物品。下面的参考文献中公开了关爱女性的卫生物品。这里可以使用能够吸收水性流体的水凝胶形式聚合物。关爱女性的卫生物品的参考文献为:WO 95/24173:Absorption Article for Controlling Odour,WO 91/11977:BodV Fluid Odour Control,EP 389023:AbsorbentSanitary Articles,WO 94/25077:Odour Control Material,WO 97/01317:Absorbent Hygienic Article,WO 99/18905,EP 834297,US 5,762,644,US 5,895,381,WO 98/57609,WO 2000/065083,WO 2000/069485,WO 2000/069484,WO 2000/069481,US 6,123,693,EP 1104666,WO 2001/024755,WO 2001/000115,EP 105373,wO 2001/041692,EP 1074233。下面的参考文献公开了棉塞(卫生棉条):WO 98/48753,WO 98/41179,WO 97/09022,WO 98/46182,WO 98/46181,WO 2001/043679,WO 2001/043680,WO 2000/061052,EP 1108408,WO 2001/033962,DE 200020662,WO 2001/001910,WO 2001/001908,WO 2001/001909,WO 2001/001906,WO2001/001905,WO 2001/24729。下面的参考文献公开了失禁物品:Disposable Absorbent Article for Incontinent Individuals:EP 311344description pages 3-9;Disposable Absorbent Article:EP 850623;Absorbent Article:WO 95/26207;Absorbent Article:EP 894502;DryLaid Fibrous Structure:EP 850 616;WO 98/22063;WO 97/49365;EP 903134;EP 887060;EP 887059;EP 887058;EP 887057;EP 887056;EP 931530;WO 99/25284;WO 98/48753。下面的参考文献公开了关爱女性的卫生物品和失禁物品:Catamenial Device;WO93/22998说明书pages 26-33;Absorbent Members for Body Fluids:WO 95/26209说明书pages 36-69;Disposable Absorbent Article:WO 98/20916说明书pages 13-24;Improved Composite AbsorbentStructures:EP 306262说明书pages 3-14;Body Waste AbsorbentArticle:WO 99/45973。因此,在这里特地引用了这些参考文献和其中的参考文献。
本发明的水凝胶形式聚合物用作水和水性流体的吸收剂是非常有用的,因此它们可以有优势地用作商品蔬菜种植业中的水份保持剂、助滤剂,特别是用作卫生物品中的吸收组分,如尿布、棉塞或卫生棉。
根据本发明的可高度膨胀的水凝胶的结合和固定
除了前述可高度膨胀的水凝胶,本发明的吸收组合物包括这样的结构,该结构包括可高度膨胀的水凝胶或该结构可以固定有高度膨胀的水凝胶。能够容纳可高度膨胀的水凝胶并且能够被整合进吸收层的任何结构都是适合的。很多的这些结构已经是公知的,在文献中都详细地记述。用于安放可高度膨胀的水凝胶的结构可以是例如纤维基体,该纤维基体由纤维素纤维混合物(气流成网(air-laidweb),湿法成网(wet laid web))或合成聚合纤维(熔喷成网(meltblown web),纺粘网)或由纤维素纤维和人造纤维的混合纤维组成。下一部分详细记述了可能的纤维原料。例如WO 98/28 478中公开的气流成网(air-laid web)。而且,开口泡沫(open-celledfoams)或类似物可以被用来安放可高度膨胀的水凝胶。
可选择地,这种结构是熔融两个独立的层形成一个或最好多个容纳可高度膨胀水凝胶的腔室的结果。EP 0 615 736 A1第7页第26行以后记述了这种腔室系统。
在这种情况下,两层中至少一层应该是可以通过水的。第二层或者可以通过水或者可以防水。所用的层的原料为薄纸或其它织物、封闭或开口泡沫、带孔膜、人造橡胶或由纤维物质组成的织物。当吸收结构由层结构构成时,该层原料应该具有多孔结构,其孔径要足够小以保留住可高度膨胀的水凝胶颗粒。上述的吸收结构的构造的例子还包括层压材料,其至少由两层组成,在该两层中间放置和固定可高度膨胀的水凝胶。
通常,将水凝胶颗粒固定在吸收芯中以改进干湿整体性是可能的。干湿整体性描述的是把可高度膨胀的水凝胶以某方式放置进吸收结构中的能力,这种方式使得它们在湿的和干的状态下都可以承受外力而可高度膨胀的聚合物不会移位或溢出。所指的力尤其是指穿戴卫生物品时发生在移动的过程中的机械应力),或特别是在失禁的情况下作用在卫生物品上的重力。关于固定,本领域的技术人员都会知道多种可行的方法。例如通过热处理固定、加入粘合剂固定、热塑性塑料固定、WO 95/26 209中第37页第36行到第41页第14行记述的粘合剂物质。因此,所引用的段落为本发明的一部分。WO 2000/36216 A1中还记述了提高湿强度的方法。
而且,吸收剂组合物可以包括基质材料,如可高度膨胀的水凝胶颗粒可以固定在其上的聚合膜。固定可以作用在一边也可以作用在两边。该基质材料可以透水或防水。
上述吸收剂组合物的构造包括可高度膨胀的水凝胶,基于该结构的总重量,其含量为10%-100%(重量),优选为20-100%(重量),更优选为30-100%(重量),甚至更优选为40-100%(重量),非常优选为50-100%(重量),特别优选为60-100%(重量),尤其优选为70-100%(重量),极其优选为80-100%(重量)和最优选为90-100%(重量)。
吸收剂组合物(吸收结构)的纤维物质
根据本发明的吸收剂组合物的构造可以以各种各样的纤维物质为基础,该纤维物质可以被用作纤维网状物或基体。本发明不仅包括天然纤维(改性的或未改性的)也包括合成纤维。
WO 95/26 209第28页第9行到36页第8行详细记述了本发明中所用的纤维的例子。因此所引用的段落为本发明的一部分。
例如,纤维素纤维包括通常可以用在吸收产品中的纤维素纤维,如绒毛浆和棉花类纤维素。对材料(软材或硬材)、生产工艺(如化学纸浆、半化学纸浆、化学热机纸浆(CTMP))和漂白工艺没有特别限制。例如,可以使用天然纤维素纤维如棉花、亚麻、丝绸、羊毛、黄麻、乙基纤维素和醋酸纤维素。
适用的合成纤维可以由聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯酸化合物如ORLON、聚醋酸乙烯酯、聚乙酸乙基乙烯酯、可溶或不溶的聚乙烯醇来制备。例如,合成树脂包括热塑性聚烯烃纤维,如聚乙烯纤维(PULPEX)、聚丙烯纤维和聚乙烯-聚丙烯双组分纤维;聚酯纤维,如聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(DACRON or KODEL)、共聚酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙基醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯酸树脂、聚酰胺、共聚酰胺、聚苯乙烯和前述聚合物的共聚物;以及由聚对苯二甲酸乙二醇酯-间苯二甲酸乙二醇酯共聚物、聚乙基醋酸乙烯酯/聚丙烯、聚乙烯/聚酯、聚丙烯/聚酯、共聚酯/聚酯、聚酰胺纤维(尼龙)、聚氨基甲酸乙酯纤维、聚苯乙烯纤维和聚丙烯腈纤维组成的双组分纤维。优选为聚烯烃纤维、聚酯纤维及它们的双组分纤维。进一步优选为包括芯鞘型和并行型聚烯烃的热粘性双组分纤维,这是由于它们在吸收流体后具有极好的空间稳定性。
所述的合成纤维优选地与热塑性纤维结合使用。在热处理的过程中,后者在某种程度上移动到存在的纤维物质的基体中,因此在冷却时形成结合点并且形成更新的加强单元(stiffening elements)。而且,加入热塑性纤维意味着在热处理后,此时孔的尺寸会增加。这使得有可能通过在吸收剂层形成的过程中连续加入热塑性纤维,以连续增加面层方向上的热塑性纤维的含量,这导致孔的尺寸的类似的连续增大。热塑性纤维可以由多种热塑性聚合物制得,该热塑性聚合物的熔点低于190℃,优选地为75℃到175℃。这些温度很低,不可能毁坏纤维素纤维。
上述合成纤维的长度和尺寸并没有特别限制,通常纤维优选为长度1到200mm,直径为0.1到100丹尼尔(克/9000米)。优选地热塑性纤维长度为3到50mm,特别优选为6到12mm。优选地热塑性纤维的直径为1.4到10分特(克/10000米),特别优选为1.7到3.3分特(克/10000米)。纤维的形式可以改变,如包括编织型、狭窄圆柱型、剪/切割丝型、纺纱纤维型和连续的细丝纤维型。
本发明的吸收剂组合物中的纤维可以为亲水性的和/或疏水性的。根据Robert F.Gould in the 1964 American Chemical Societypublication“Contact angle,wettability and adhesion”的记述,当液体和纤维(或纤维表面)之间的接触角小于90°或当液体倾向于在同一表面上自发分散时,该纤维即为亲水性的。这两种工艺通常是同时存在的。相反地,当接触角大于90°和不发生分散时,纤维被称为疏水性。
优选地使用亲水性纤维物质。特别优选使用的纤维物质为在身体的一侧为弱亲水性,在可高度膨胀的水凝胶周围的区域为强吸水性。在生产过程中,具有不同亲水性的层创建了一个梯度,引导流体流向水凝胶,最后流体在这里被吸收。
本发明吸收剂组合物中所用的适宜的亲水性纤维包括如纤维素纤维、改性纤维素纤维、人造纤维、聚酯纤维如聚对苯二甲酸乙二醇酯(DACRON)、亲水性尼龙(HYDROFIL)。适宜的亲水性纤维也可以通过将疏水纤维进行亲水化制得,例如,对由聚烯烃(如聚乙烯或聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚氨基甲酸酯等)和表面活性剂或二氧化硅制得的热塑性纤维的处理。但是,出于成本和简化考虑,优选为纤维素纤维。
将可高度膨胀的水凝胶颗粒嵌入到所述的纤维物质中。这可以通过多种方式来实现,例如,通过使用水凝胶物质和纤维一起以基体的形式形成吸收层,或通过把可高度膨胀的水凝胶结合到纤维混合物层中,最后在这里被固定,或通过粘合剂或这些层的叠合。
截获流体和分布流体的纤维基体可以包括合成纤维或纤维素纤维或合成纤维与纤维素纤维的混合物,在这种情况下,混合比率可以在合成纤维(100到0):纤维素纤维(0到100)之间变化。所用的纤维素纤维可以已经被化学硬化以提高水凝胶颗粒的空间稳定性。
纤维素纤维的化学硬化可以不同的方式完成。第一种提供纤维硬化的方式为将适宜的涂料加入到纤维物质中。这种添加剂包括例如聚酰胺-表氯醇涂料(Kymene 557H,Hercoles,Inc.Wilmington,Delaware,USA)、聚丙烯酰胺涂料(在US 3,556,932 or as the Parez631 NC commercial product from American Cyanamid Co.,Stamford,CT,USA中记述)、三聚氰胺-甲醛涂料和聚乙烯亚胺涂料。
纤维素纤维还可以通过化学反应进行化学硬化。例如,可以加入适宜的交联剂物质来实现在纤维内交联。适宜的交联剂物质是典型的用于交联单体的物质,包括但不限于C2-C8二醛、具有酸性功能的C2-C8单醛,特别是C2-C9的多羧酸。该系列中特别的物质有例如戊二醛、乙二醛、乙醛酸、甲醛和柠檬酸。这些物质与在任何一个纤维素链内或任何一个纤维素纤维内的两个相邻的纤维素链之间的至少2个羟基反应。该交联会使纤维硬化,这样经过处理后纤维的空间稳定性得到了提高。这些纤维除具有亲水性外,还表现出硬化和弹性的统一结合。其物理特性使其甚至在与流体和压力同时接触时仍然可以保持毛细管结构以防止过早陷缩。
化学交联纤维素纤维是熟知的,在WO 91/11162,US 3,224,926,US 3,440,135,US 3,932,209,US 4,035,147,US 4,822,453,US 4,888,093,US 4,898,642 and US 5,137,537中均有记述。化学交联可以使纤维物质硬化,这最终反映在卫生物品的空间稳定性总体上得到提高。用本领域技术人员熟知的方法将各层连接在一起,例如通过热处理进行内部融合、加入热熔性粘合剂、乳胶粘合剂等等。
制备吸收剂组合物(吸收结构)的方法
吸收剂组合物由含有可高度膨胀的水凝胶的结构构成,而且该可高度膨胀的水凝胶存在于所述结构中或固定在其中。
得到吸收结构的工艺的例子是熟知的,(包括例如基质材料,可高度膨胀的水凝胶被固定在该基质材料的一侧或两侧),其包括在本发明中但不限于此。
用于制备吸收结构的工艺,该吸收结构包括例如合成纤维(a)与嵌入在可高度膨胀的水凝胶(c)中的纤维素纤维(b)的纤维物质混合物,混合比率从(100到0)合成纤维:(0到100)纤维素纤维,该工艺的例子包括(1)一次并同时地将(a)、(b)和(c)混合在一起的工艺,(2)将(a)和(b)的混合物混合到(c)中的工艺,(3)将(b)和(c)的混合物混合到(a)中的工艺,(4)将(a)和(c)的混合物混合到(b)中的工艺,(5)将(b)和(c)混合且连续将(a)计量加入的工艺,(6)将(a)和(c)混合且连续将(b)计量加入的工艺,和(7)将(b)和(c)分别混合到(a)中的工艺。在这些例子中,优选工艺(1)和(5)。该工艺中所用的装置没有特别限制,本领域技术人员熟知的任何设备都可以使用。
这样制得的吸收结构可以任选地进行热处理,以便获得在潮湿的条件下具有极好空间稳定性的吸收层。热处理工艺没有特别限制。例子包括通过提供热空气或红外线照射进行热处理。热处理的温度为60℃到230℃,优选为100℃到200℃,特别优选为100℃到180℃。
热处理的时间取决于合成纤维的类型、数量和卫生物品的生产速度。通常,热处理的时间为0.5秒到3分钟,优选为1秒到1分钟。
吸收结构通常具有例如可以透过液体的面层和防水的底层。另外附上腿带和粘结条使卫生物品最后成型。可以透过液体的面层和防水的底层以及腿带和粘结条的材料和种类是本领域技术人员熟知的,没有特别限制。WO 95/26 209中记述了它们的例子。
本发明的有益效果在于用作交联剂的酯F在形成后不必进行纯化,尤其在于不必将(甲基)丙烯酸、优选为丙烯酸除去,因为其通常是形成水凝胶的单体。
实验部分
具体实施方式
除特别说明,百万分数和百分数均基于重量。
下面举例说明本发明的工艺
实施例
用作SAP交联剂的粗丙烯酸酯的制备
在这些实施例中,通过将烷氧基化的三羟甲基丙烷和丙烯酸进行酯化并在共沸蒸馏中除去水来制备SAP交联剂。这些实施例中的酯化反应的催化剂为硫酸。在这些实施例中,将反应物连同包括对苯二酚单甲基醚、亚磷酸三苯酯和次磷酸的稳定剂混合物一起作为起始进料加入到甲基环己烷共沸剂中。然后将反应混合物加热到98℃直到共沸蒸馏开始。在共沸蒸馏过程中,反应混合物中的温度升高。测定分离出来的水的量。一旦分离出来的水至少达到理论值,就停止蒸馏。随后,在真空蒸馏中分离除去共沸剂。将产物冷却,用作SAP生产中的交联剂。
无法精确地测定反应的转化率和收率,这是因为在酯化反应中分离出去的水也含有丙烯酸,而且在共沸剂的真空蒸馏中也分离出去了丙烯酸。同样,粗酯中仍然含有游离的丙烯酸,其与催化剂一起进行滴定(酸值)。
如无另外说明,份是基于重量。
酯的制备
可以根据DIN EN 3682测定酸值。
实施例1烷氧基化三羟甲基丙烷的制备
a)
将77g的三羟甲基丙烷和0.5g的45%KOH水溶液作为初始进料加入到高压釜中,在80℃和减压下(大约20毫巴)脱水。然后在145到155℃下加入759g环氧乙烷,在该温度及不断升高的压力下使其反应完全。当压力不再变化时,反应结束。之后在大约150℃将反应混合物再搅拌30分钟。随后在一段延长的时间内,在120和130℃和不断升高的压力下加入167g环氧丙烷,同样到反应完全。在用惰性气体吹洗和冷却到60℃后,催化剂的分离通过加入焦磷酸钠,并随后过滤。
b)
将77g的三羟甲基丙烷和0.5g的45%KOH水溶液作为初始进料加入到高压釜中,在80℃和减压下(大约20毫巴)脱水。然后在145到155℃下加入1264g环氧乙烷,在该温度及升高的压力下使其反应完全。当不再观察到压力变化时,反应结束。之后在大约150℃将反应混合物再搅拌30分钟。随后经过一段持续时间在120和130℃和不断升高的压力下加入333g环氧丙烷,同样到反应完全。在用惰性气体吹洗和冷却到60℃后,通过加入焦磷酸钠及随后过滤将催化剂分离出去。
实施例2丙烯酸酯的制备
a)
将1427份大约30-倍(tuply)乙氧基化的和5-倍(tuply)丙氧基化的三羟甲基丙烷(按照实施例1)与216份丙烯酸和5份硫酸在345份的甲基环己烷中进行酯化反应。所用的助剂为3份的对苯二酚单甲基醚、1份亚磷酸三苯酯和1份次磷酸。分离出去44的水,之后通过真空蒸馏除去共沸剂。通过K300过滤器纯化产物。测定酸值。加入96份的丙烯酸调节粘度。几乎无色的产物(碘比色值0-1)的粘度为大约330mPas。
b)
将2383份大约50-倍(tuply)乙氧基化的和10-倍(tuply)丙氧基化的三羟甲基丙烷(如例1)与216份的丙烯酸和5份的硫酸在345份的甲基环己烷中进行酯化反应。所用的助剂为3份的对苯二酚单甲基醚、1份亚磷酸三苯酯和1份次磷酸。分离出去44份的水,之后通过真空蒸馏除去共沸剂。通过K300过滤器纯化产物。测定酸值。加入96份的丙烯酸调节粘度。几乎无色的产物(碘比色值0-1)的粘度为大约350mPas。
酯混合物可以通过将各个酯混合制得。可选择性地,也可以通过初始进料的混合聚醚的结合酯化反应来制备酯混合物。
水凝胶的制备
为测定表面交联的质量,可以使用下列的测试方法来研究干燥的水凝胶。
测试方法
a)离心保持能力(CRC)
本方法测定在茶叶袋中水凝胶的自由膨胀性。称量0.2000+/-0.0050g干燥的水凝胶(颗粒尺寸为106-850μm)放到60×85mm的茶叶袋中,之后将其密封。将茶叶袋放置在过量的0.9%的氯化钠溶液(至少0.83升的氯化钠溶液/克聚合物粉末)中30分钟。然后在250克下,将茶叶袋离心分离3分钟。通过称量离心后的茶叶袋的重量来测定液体的量。
b)(AUL)(0.7psi)负荷下的吸收率
用于测定AUL 0.7psi的测量池为一个内径60mm、高度50mm的有机玻璃圆筒。粘附在其下方的是一个36μm目径(网格大小)的不锈钢筛底。该测量池进一步包括一个直径为59mm的塑料盘和一个可以连同该塑料盘一起放置在测量池中的砝码。塑料盘和砝码的重量共计1345g。通过测定空的有机玻璃圆筒和塑料盘的重量并将其记录为W0来测定AUL 0.7psi。然后称量0.900+/-0.005g水凝胶形式聚合物(颗粒尺寸分布为150到800μm)加入到该有机玻璃圆筒中,将其均匀分布在不锈钢筛底上。然后小心的将塑料盘放在有机玻璃圆筒中,称量整个池的重量并将其记录为Wa。然后将砝码放在有机玻璃圆筒中的塑料盘上。然后将直径为120mm、孔隙度为0的陶瓷过滤盘放置在直径为200mm高度为30mm的培养皿中间,加入足够的0.9%(重量)氯化钠溶液以使液体表面与过滤盘表面水平而不会弄湿过滤盘表面。随后将直径为90mm和孔尺寸小于20μm的圆形过滤纸(S&S 589 Schwarzband from Schleicher &Schüll)放置在陶瓷盘上。然后把含有水凝胶形式聚合物的有机玻璃圆桶与塑料盘和砝码放置在滤纸上,保持60分钟。结束后,从滤纸和培养皿上拿走全部器件,随后把砝码从有机玻璃圆筒上拿走。把含有膨胀水凝胶的有机玻璃圆筒连与塑料盘一起称重,记录为Wb。
通过下述等式计算AUL:
AUL 0.7psi[g/g]=[Wb-Wa]/[Wa-W0]
以类似方式在更低的压力下测定AUL 0.5psi。
c)与EP-A1 811 636第13页第1行到19行中记述的类似,测定16小时的可抽出值。
d)测定水凝胶中交联剂残留水平的方法
为了测定残留、未转化的交联剂水平,最初可以通过双萃取从干燥的水凝胶中萃取该残留的交联剂。为此,称量0.400g的干水凝胶和40g的0.9%(重量)的氯化钠溶液,将其加入到一个可以密封且可以离心分离的细颈瓶中。加入8ml的二氯甲烷,将该细颈瓶密封然后摇动60分钟。之后,立即把细颈瓶在1500rpm下离心5分钟,以便有机相可以完全从水相中分离出来。
量取50μl的单乙二醇加入到第二个细颈瓶中,加入5-6ml的二氯甲烷萃取液,称量该萃取液的重量,精确到0.001g。然后在50到55℃下蒸发二氯甲烷,冷却后,用2ml的甲醇-水混合物(基于每个体积50份)吸收残留物。之后摇动10分钟,再用一个PTFE0.45μm的过滤器过滤。
由此所得到的样品可以用液相色谱分离并用质谱进行分析。定量所用的一系列相同的交联剂。
所用的色谱柱为Zorbax Eclipse XDB C-8(150×4.6mm-5μm),预柱为Zorbax Eclipse XDB C-8(12.5×4.6mm-5μm)。移动相为75/25的甲醇/水混合物。
梯度过程如下:
时间(分钟) | %甲醇 | %水 |
0 | 75 | 25 |
3 | 75 | 25 |
4 | 98 | 2 |
8 | 98 | 2 |
9 | 75 | 25 |
14 | 75 | 25 |
在1600psi压力下,流量为1ml/min。
进样体积为20μl。
典型的样品分析时间为14分钟。
通过质谱进行检测,例如在800-1300m/z(全扫描,正极)范围内。设备使用APCI(大气压力化学电离,正离子电离)。为了使效果最优化,毛细管的温度设定在180℃,APCI蒸发器温度为450℃,源电流为5.0μA和气流量为80ml/min。
对于每种交联剂要单独完成各自的设置。为此,使用一种合适的交联剂校准溶液以测定以后与评估相应的特性峰。通常会选择主峰。
然后按如下计算残留交联剂的浓度:
CONCProbe=AProbe×CONCStd×VF/AStd
CONCProbe为所要的在干水凝胶中的残留交联剂浓度,mg/kg;
CONCStd为所要的在校准溶液中的残留交联剂浓度,mg/kg;
AProbe为干燥的水凝胶的萃取样品的峰面积;
AStd为校准溶液的峰面积;
VF为稀释因子:
VF=MDCM×MSolv/(MProbe×MExtract)
MDCM为用来萃取的二氯甲烷的重量;
MProbe为干水凝胶的重量;
MSolv为甲醇-水混合物+单乙二醇的重量;
MExtract为二氯甲烷萃取液的重量。
必须要进行校准(例如包括多个0-50ppm范围内的点)以确保测定在线性范围内进行。
a)皂化指数VSI
然后把粉碎的凝胶以两种不同的方式进一步处理:
操作方法1:
把粉碎的凝胶在筛底盘上均匀地铺成一个薄层,然后在温度为80℃、减压条件下干燥24小时。这种干燥的形式非常温和地作用在产品上,以提供最好的比较标准。
然后把干燥后的水凝胶进行研磨,过筛分离出300-600微米的部分。
操作方法2:
最初将粉碎的凝胶在90℃下在一个密封的塑料袋中进行热处理24小时。然后,在筛底盘上均匀地铺成一个薄层,在温度为80℃在减压条件下干燥24小时。该干燥模仿典型的工厂中的干燥条件,该干燥条件通常由于与之相关的质量降低会限制干燥性能和处理量。
把干燥后的水凝胶进行研磨,过筛分离出300-600微米的部分。
通过对茶叶袋的离心保持能力(CRC)和16小时后可萃取物含量的测定和未反应的、残留交联剂的水平来表征根据两种操作方法所得到的水凝胶。另外,测定水分含量,如果发现大于1%(重量),这在测定这些性质时,在数学上是允许的。典型地,典型的水分含量大约为5%(重量)。
然后将这些测量值用来测定凝胶中交联剂的皂化指数(VSI),其计算如下:
VSI=0.5×(CRC2-CRC1)+0.5×(可萃取物2-可萃取物1)
这里的下标是指操作方法1和操作方法2(如果情况是这样)。这样,由于工厂干燥的结果茶叶袋保持力增加时,和当该工艺中可萃取物的份额增加时,皂化指数增大。二者的贡献相等。
通常,使用皂化指数较小的交联剂是有益的。理想的交联剂的VSI为0。使用这种交联剂可以提高工厂干燥器的性能以在技术上达到最大值而不降低质量。这是因为在聚合过程中完成的交联程度(和因此最终产物的性质)在干燥过程中不再通过水解有任何变化。
实施例3使用丙烯酸酯混合物制备超强吸收体
例a
将490g的去离子水、215g的丙烯酸、1950g的37.3%(重量)的丙烯酸钠溶液(100%摩尔中和)以及9.27g两种交联剂三羟甲基丙烷-30 EO-5 PO三丙烯酸酯和三羟甲基丙烷-5 PO-30 EO三丙烯酸酯的1∶1的混合物加入到Ldige VT 5R-MK犁头捏合机(5升体积)中。往初始进料中通入氮气鼓泡20分钟将其惰性化。然后加入2.112g的稀过硫酸钠水溶液、0.045g的抗坏血酸和0.125g的30%的浓过氧化氢溶液,在大约23℃下开始反应。反应开始后,控制加热套的温度使反应器中的温度达到反应温度。在捏合机中搅拌聚合物料,使其彻底混和。然后在循环空气干燥器中在160℃条件下将最后得到的易碎凝胶干燥3小时。之后进行研磨并分级(筛分)到150到850微米。
所得到的凝胶的性质如下:
CRC=36.1g/g
AUL 0.3psi=11g/g
16小时可萃取量=10%
例b
将490g的去离子水、215g的丙烯酸、1950g的37.3%(重量)的丙烯酸钠溶液(100%摩尔中和)以及18.5g两种交联剂三羟甲基丙烷-30 EO-5 PO三丙烯酸酯和三羟甲基丙烷-5 PO-30 EO三丙烯酸酯的1∶1的混合物加入到Ldige VT 5R-MK犁头捏合机(5升体积)中。往初始进料中通入氮气鼓泡20分钟将其惰性化。然后加入2.112g的稀过硫酸钠水溶液、0.045g的抗坏血酸和0.125g的30%的浓过氧化氢溶液,在大约23℃下开始反应。反应开始后,控制加热套的温度使反应器中的温度达到反应温度。在捏合机中搅拌聚合物料,使其彻底混和。然后在循环空气干燥器中在160℃条件下将最后得到的易碎凝胶干燥3小时。之后进行研磨并筛分到150到850微米。
所得到的凝胶的性质如下:
CRC=32.2g/g
AUL 0.3psi=17g/g
16小时可萃取量=7%
例c
将490g的去离子水、215g的丙烯酸、1950g的37.3%(重量)的丙烯酸钠溶液(100%摩尔中和)以及9.3g两种交联剂三羟甲基丙烷-30 EO-5 PO三丙烯酸酯和三羟甲基丙烷-40 EO三丙烯酸酯的1∶1的混合物加入到Ldige VT 5R-MK犁头捏合机(5升体积)中。往初始进料中通入氮气鼓泡20分钟将其惰性化。然后加入2.112g的稀过硫酸钠水溶液、0.045g的抗坏血酸和0.125g的30%的浓过氧化氢溶液,在大约23℃下开始反应。反应开始后,控制加热套的温度使反应器中的温度达到反应温度。在捏合机中搅拌聚合物料,使其彻底混和。然后在循环空气干燥器中在160℃条件下将最后得到的易碎凝胶干燥3小时。之后进行研磨并筛分到150到850微米。
所得到的凝胶的性质如下:
CRC=36.7g/g
16小时可萃取量=9%
后交联:
该干燥的正常的基料聚合物粉末被均匀地喷上(同时搅拌)0.10%(重量)的乙二醇二缩水甘油醚(从日本Nagase的获得)、3.35%(重量)的水和1.65%(重量)的1,2-丙二醇的溶液,每个百分比都是基于所用的聚合物。
然后将湿的粉末于干燥器中在150℃条件下热处理60分钟。之后再以850微米进行筛分以除去附聚物。可以测定后交联聚合物的性质。
Claims (28)
1.一种酯混合物,包括至少两种酯,所述的两种酯选自化学式Ia、Ib或Ic的酯,其中,化学式Ia的酯F具有如下结构:
其中,代表AO1,AO2和AO3的AO在每种情况下独立地为EO,PO或BO
其中EO为O-CH2-CH2-
PO在每种情况下独立地为O-CH2-CH(CH3)-或O-CH(CH3)-CH2-
BO在每种情况下独立地为O-CH2-CH(CH2-CH3)-或O-CH(CH2-CH3)-CH2-
p1+p2+p3等于28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74或75,
R1,R2,R3独立地为氢或CH3,
而化学式Ib的酯F具有如下结构:
其中EO为O-CH2-CH2-
PO在每种情况下独立地为O-CH2-CH(CH3)-或O-CH(CH3)-CH2-
n1+n2+n3等于28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或60,
m1+m2+m3等于4、5、6、7、8、9、10、11、12或13,
R1,R2,R3独立地为氢或CH3
而化学式Ic的酯F具有如下结构:
其中EO为O-CH2-CH2-
PO在每种情况下独立地为O-CH2-CH(CH3)-或O-CH(CH3)-CH2-
n1+n2+n3等于28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或60,
m1+m2+m3等于4、5、6、7、8、9、10、11、12或13,
R1,R2,R3独立地为氢或CH3。
2.根据权利要求1所述的酯混合物中的酯F,其中,在所有情况下AO为EO,PO或BO,优选为EO。
3.根据权利要求1或2所述的酯混合物,其中只含有化学式Ia和Ib或Ia和Ic或Ib和Ic的酯,优选含有Ib和Ic的酯。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的酯混合物,其中,所述酯混合物中含有的化学式Ib或Ic的酯不低于10%重量,优选不低于20%重量,特别优选为不低于30%重量。
5.根据权利1到4中任一项权利要求所述的酯混合物中的酯F,其中,p1+p2+p3等于30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50。
6.根据权利要求1到5中任一项权利要求所述的酯混合物中的酯F,其中,n1,n2,n3独立地为9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20。
7.根据权利要求1到6中任一项权利所述的酯混合物中的酯F,其中,m1,m2,m3独立地为1、2、3、4或5。
8.根据权利要求1到7中任一项权利要求所述的酯混合物中的酯F,其中,m1+m2+m3等于5或10。
9.根据权利要求1到8中任一项权利要求所述的酯混合物中的酯F,其中,n1+n2+n3等于30或50。
10.根据权利要求1到9中任一项权利要求所述的酯混合物中的酯F,其中,R1,R2和R3相同并优选为氢。
11.用于由化学式IIa,IIb或IIc的烷氧基化的三羟甲基丙烷和(甲基)丙烯酸制备权利要求1到10中任一项权利要求所述的酯F的酯混合物的方法,
其中AO,EO,PO,p1,p2,p3,n1,n2,n3,m1,m2和m3的每一个如权利要求1到10中任一项所限定的,
所述方法包括如下步骤:
a)使烷氧基化的三羟甲基丙烷与(甲基)丙烯酸在至少一种酯化催化剂C和至少一种阻聚剂D以及可选的一种与水共沸的溶剂E的存在下反应生成酯F,
b)可选地,在步骤a)的过程中和/或之后,从反应混合物中将部分或全部在步骤a)中生成的水除去,
f)可选地,中和所述反应混合物,
h)当使用溶剂E时,可选地,通过蒸馏将所述溶剂除去,和/或
i)用在所述反应条件下为惰性的气体汽提。
12.根据权利要求11中所述的方法,其中,
-所述(甲基)丙烯酸相对所述烷氧基化的三羟甲基丙烷混合物的摩尔过量至少为3.15∶1,和
-在所述的最后一步后,经过可选地中和的所述反应混合物中的所述(甲基)丙烯酸基本上还保留在所述反应混合物中。
13.根据权利要求11或12所述的方法,其中,从在所述的最后一个步骤后所得到的反应混合物中除去的所述的(甲基)丙烯酸不超过75%重量,所述的反应混合物中含有所述酯F的酯混合物。
14.根据权利要求11到13中任一项权利要求所述的方法,其中,在所述最后一个步骤后得到的包括所述酯F的酯混合物的所述反应混合物具有至少25mgKOH/g的DIN EN 3682酸值。
15.根据权利要求11到14中任一项权利要求所述的方法,其中,在所述最后一个步骤后得到的包括所述酯F的酯混合物的所述反应混合物含有至少0.5%重量的(甲基)丙烯酸。
16.根据权利要求13到17中任一项权利要求所述的方法,其中,在步骤a)中所述(甲基)丙烯酸和所述烷氧基化三羟甲基丙烷的摩尔比率至少为15∶1。
17.一种制备交联的水凝胶的方法,包括以下步骤,
k)在至少一种自由基引发剂K和可选地至少一种接枝基体L的存在下,使根据权利要求1到10中任一项权利要求所述的酯F的酯混合物与(甲基)丙烯酸、可选地另外的单烯键不饱和化合物N、和另外可选的至少一种可进一步共聚的亲水性单体M聚合,
l)可选地,将步骤k)中得到的反应混合物进行后交联,
m)将步骤k)或l)中得到的反应混合物进行干燥,
n)可选地,将步骤k)、l)或m)中得到的反应混合物进行研磨和/或过筛。
18.一种制备交联的水凝胶的方法,包括权利要求11到16中任一项权利要求所述的步骤a)到i),还包括以下步骤,
k)在至少一种自由基引发剂K和可选地至少一种接枝基体L的作用下,使从步骤a)到i)之一得到的反应混合物与可选地另外的单烯键不饱和化合物N,和另外可选的至少一种可进一步共聚合的亲水性单体M聚合,
l)可选地,将步骤k)中得到的反应混合物进行后交联,
m)将步骤k)或l)中得到的反应混合物进行干燥,
n)可选地,将步骤k)、l)或m)中得到的反应混合物进行研磨和/或过筛。
19.根据权利要求17或18所述的方法制得的聚合物。
20.交联的水凝胶,包括至少一种以共聚形式与权利要求1到10中任一项权利要求的酯F的酯混合物进行交联的亲水性单体M。
21.交联的水凝胶,包括至少一种以共聚形式与反应混合物交联的亲水性单体M,所述反应混合物包括酯F的酯混合物,而且可以根据权利要求11到16中的方法制得。
22.根据权利要求20或21所述的聚合物在卫生物品、包装材料和无纺制品中的用途。
23.一种组合物,包括,
-0.1%到40%重量的根据权利要求1到10中任一项权利要求所述的酯F的酯混合物和(甲基)丙烯酸,
-0.5-99.9%重量的至少一种亲水性单体M,
-0-10%重量的至少一种酯化催化剂C,
-0-5%重量的至少一种阻聚剂D,和
-0-10%重量的溶剂E,
条件是总量总是100%重量。
24.根据权利要求23所述的组合物,其中,所述酯混合物中每种酯F基于所述亲水性单体M不超过2%重量。
25.根据权利要求23或24所述的组合物,进一步包括,
-稀释剂G,其用量为加至100%重量。
26.由根据权利要求23到25中任一项权利要求所述的组合物以及下面另外步骤得到的交联水凝胶,
l)可选地,将得到的所述反应混合物后交联,
m)将直接或由步骤1)中得到的所述反应混合物进行干燥,和
n)可选地,将直接或由步骤1)或步骤m)得到的所述
反应混合物进行研磨和/或筛分。
27.根据权利要求11到15中任一项权利要求所得到的反应混合物的用途或根据权利要求23到25中任一项权利要求所述的组合物的用途,所述用途为:
-用作吸水性水凝胶的自由基交联剂,
-用作制备聚合物分散体的起始物质,
-用作制备聚丙烯酸酯的起始物质,
-用作油漆原料,或
-用作水泥添加剂。
28.根据权利要求1到10中任一项权利要求所述的酯F的酯混合物在制备能够吸收水性流体的水凝胶形式聚合物中的应用。
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