DE19529348A1 - Absorptionsmittel für Wasser und wässrige Flüssigkeiten sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung - Google Patents
Absorptionsmittel für Wasser und wässrige Flüssigkeiten sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft wasserunlösliche, wasserquellbare Polymerisate mit hohem
Aufnahmevermögen für Wasser und wäßrige Flüssigkeiten auf der Basis von
vernetzten, hydrophilen Homo- und Copolymerisaten sowie Pfropfpolymerisaten aus
ethylenisch ungesättigten, Säuregruppen enthaltenden, polymerisierbaren Monomeren
und das Herstellungsverfahren sowie die Verwendung dieser Polymerisate.
Polymerisate, die große Mengen von wäßrigen Flüssigkeiten, insbesondere
Körperflüssigkeiten wie Urin aufnehmen, sind als superabsorbierende Polymere
bekannt.
Die Herstellung der Absorptionsmittel erfolgt durch radikalische Polymerisation unter
vorzugsweiser Verwendung von monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, wie
Acrylsäure und deren Alkalisalze, in wäßriger Lösung oder nach den Verfahren der
inversen Suspensions- oder Emulsionspolymerisation, wie sie in US 4,286,082, DE-PS
27 06 135, US 4,340,706, DE-PS 37 13 601 und DE-PS 28 40 010 beschrieben werden.
Durch die Auswahl der Monomerenzusammensetzung, der Vernetzer sowie der
Polymerisationsbedingungen und der Verarbeitungsbedingungen für das Polymerisatgel
lassen sich Polymerisate mit unterschiedlichen Absorbereigenschaften herstellen.
Weitere Möglichkeiten bietet die Herstellung von Pfropfpolymerisaten, beispielsweise
unter Verwendung chemisch modifizierter Stärke, Cellulose und Polyvinylalkohol nach
DE-OS 26 12 846 und die Nachbehandlung der Polymerisatgele oder der
pulverförmigen Harze durch Nachvernetzung der Oberflächen der Polymerisatpartikel,
beispielsweise nach DE 40 20 780 C1.
Für die Verwendung der Polymerisate in Hygiene und Sanitärbereich werden
Polymerisate erzeugt, deren Neutralisationsgrad zwischen 50 und 80 Mol%, bezogen
auf die polymerisierten, Säuregruppen enthaltenden Monomereinheiten, beträgt, so daß
bei der Verwendung hautneutral wirkende Hydrogele gebildet werden.
Die Einstellung des Neutralisationsgrades kann auf unterschiedliche Weise erfolgen,
wobei die Neutralisation oder teilweise Neutralisation der sauren Monomeren häufig vor
der Polymerisation vorgenommen wird. Aber auch die Neutralisation oder teilweise
Neutralisation von saure, polymerisierte Monomereinheiten enthaltendem Hydrogel ist
bekannt.
Nach EP 205 674 A1 werden vorteilhaft völlig saure Polymerisate bei Temperaturen im
Bereich von 0 bis 100°C, vorzugsweise 5 bis 40°C hergestellt, die durch nachträgliche
Teilneutralisation des Hydrogels eingestellt werden. Die Polymerisate zeichnen sich
durch eine verbesserte Gelstärke und Absorptionskapazität sowie durch einen geringen
wasserlöslichen Polymerisatanteil aus.
Nach US 5,145,906 und EP 530 438 B1 werden ohne Neutralisation der Monomeren
aus Acrylsäure zusammen mit wasserlöslichen Hydroxylgruppen enthaltenden
Polymeren bei Temperaturen im Bereich von 5 bis 20°C unter adiabatischen
Bedingungen Polymerisatgele hergestellt, die anschließend zerteilt und durch wäßrige
Basen teilweise oder vollständig neutralisiert und dann in Gegenwart eines
Nachvernetzungsmittels erneut zerkleinert und einer Wärmebehandlung unterworfen
werden.
Die genannten Verfahren sind nachteilig, da die Polymerisation der Monomerenlösung,
wie EP 467 073 A1 zeigt, sehr langsam verläuft, so daß die Polymerisation nur
diskontinuierlich im Batchverfahren betrieben werden kann. Die Erhöhung der
Initiatormenge oder eine erhöhte Reaktionstemperatur wirken sich nachteilig auf die
gewünschten Polymerisateigenschaften aus. Weiterhin bereitet es Schwierigkeiten, das
vollständig saure Polymerisatgel zu zerteilen und die Neutralisation erfolgt wegen des
diffusionsbestimmten Vorgangs langsam, wobei im Oberflächenbereich der
Polymerisatpartikel ein Basenüberschuß verbleibt, während noch reaktionsfähige
polymerisierte Säuregruppe enthaltende Monomereinheiten im Gelinneren vorliegen,
wo sie jedoch für die Nachvernetzung im Oberflächenbereich nicht verfügbar sind.
In EP 467 073 A1 werden daher Polymerisate beschrieben, die bei einer kontrollierten
Polymerisationstemperatur im Bereich von 20 bis 70°C, inbesondere bei 55 bis 60°C
innerhalb von 5 Std. erhalten werden. Nach dem beschriebenen Verfahren erfolgt dann
eine Neutralisation der Polyacrylsäure bis zu einem Neutralisationsgrad von 72%. Das
getrocknete und gemahlene Polymerisat wird anschließend der Nachvernetzung
zugeführt. Die nach diesem Verfahren erhaltenen Polymerisate weisen jedoch nur eine
begrenzte Flüssigkeitsabsorption bei der Aufnahme von Flüssigkeiten unter
Druckbelastung auf. Weiterhin weisen die bekannten Polymerisate nach der
Flüssigkeitsabsorption ein erhebliches Rückfeuchtungsverhalten auf, das bei der
Anwendung, insbesondere im Hygienebereich nachteilig ist.
Es besteht daher die Aufgabe, Polymerisate mit verbesserten Absorptionseigenschaften,
insbesondere mit verbesserter Flüssigkeitsaufnahme unter Druckbelastung und
verbesserten Rewet-Verhalten und ein Verfahren zu ihrer Herstellung unter Verkürzung
der Polymerisationszeit und unter Verbesserung der Nachvernetzung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein pulverförmiges, Wasser- und wäßrige
Flüssigkeiten absorbierendes, vernetztes Polymerisat, gebildet aus a) 55-99,9 Gew.%
mindestens eines polymerisierten, ungesättigten, polymerisierbaren, Säuregruppen
enthaltenden Monomeren, das zu mindestens 50 Mol% neutralisiert als Salz vorliegt, b)
0-40 Gew.% polymerisiertem, ungesättigten, mit dem Monomeren nach a)
copolymerisierbaren Monomoren, c) 0,01-5,0 Gew.% mindestens eines
Vernetzungsmittels und d) 0-30 Gew.% eines wasserlöslichen Polymeren, wobei die
Summe der Komponenten a)-d) 100 Gew.% ergibt, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß das Polymerisat aus zu 5-30 Mol%, bezogen auf den Säuregruppen enthaltenen
Monomerenanteil, teilneutralisierten sauren Polymerisatgelen gebildet wird und
- - eine Retention für eine 0,9%ige wäßrige NaCl-Lösung von mindestens 25 g/g Polymerisat,
- - eine Flüssigkeitsaufnahme unter einem Druck von 50 g/cm² von mindestens 25 g/g Polymerisat,
- - einen Quelldruck nach 20 Minuten von mindestens 700 g, bezogen auf 1 g Polymerisat,
- - einen löslichen Anteil nach 16 Std. von höchstens 3,5-10 Gew.% und
- - einen Rewet von höchstens 2,0 g aufweist.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung dieses
Polymerisats, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Lösung mit einem Gehalt von
höchstens 30 Gew.% Monomere, bezogen auf die gesamte Lösung, hergestellt wird, die
ungesättigten, polymerisierbaren Säuregruppen enthaltenden Monomere vor der
Polymerisation mit Basen zu 5,0-30 Mol%, vorzugsweise zu 10-20 Mol%
neutralisiert werden, die Polymerisation unter radikalischen Bedingungen bei einer
Temperatur im Bereich von 5-30°C vorzugsweise 8-15°C durch chemische
Initiatoren und/oder durch UV-Bestrahlung ausgelöst und adiabatisch fortgeführt wird,
das Polymerisatgel nach der Grobzerkleinerung einer Feinzerkleinerung unterworfen
wird und mit Basen so neutralisiert wird, daß das Polymerisat einen Gehalt von
polymerisierten, neutralisierten Säuregruppen enthaltenden Monomereneinheiten von
mindestens 50 Mol% enthält, eine Trocknung des Polymerisatgels auf einen
Wassergehalt 10 Gew.% erfolgt und das getrocknete und gemahlene Polymerisat mit
mindestens einem zweifach oder mehrfachfunktionellen, mit Säuregruppen
reaktionsfähigen Vernetzungsmitteln bei einer Temperatur im Bereich von 140-240°C
zur Reaktion gebracht wird.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß Polymerisate mit hohem Retentionswert
und hohem Aufnahmevermögen unter konstantem oder ansteigendem Druck sowie mit
geringen löslichen Polymerisatanteilen erhalten werden, wenn die Polymerisation statt
mit der vollständig sauren Polymerenlösung mit einer Lösung durchgeführt wird, deren
Säuregruppen enthaltende Monomere in geringer Menge durch die Zugabe von Basen
neutralisiert worden sind. Der Bereich der Teilneutralisation liegt bei 5-30 Mol%,
vorzugsweise 5-20 Mol% und besonders bevorzugt 5-10 Mol%, bezogen auf die
Säuregruppen enthaltenden Monomere.
Als polymerisierbare ungesättigte Säuregruppen enthaltende Monomeren a) werden
erfindungsgemäß wasserlösliche monoethylenisch ungesättigte Mono- und
Dicarbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Crotonsäure,
Sorbinsäure und Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure sowie Vinylsulfonsäure,
Acrylamido- und/oder Methacrylamido-alkylsulfonsäuren, wie 2-Acrylamido-2-
methylpropansulfonsäure, 2-Methacryloyloxiethansulfonsäure, 4-
Vinylbenzolsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Vinyltoluolsulfonsäure, Vinylphosphonsäure
und Vinylbenzolphosphonsäure eingesetzt.
Die bevorzugte wasserlösliche ungesättigte Carbonsäure ist Acrylsäure. Der Anteil
anderer ungesättigter Carbonsäuren neben Acrylsäure im Polymerisat kann bis zu 50
Gew.% betragen.
Weiterhin werden als Monomere b) wasserlösliche monoethylenisch ungesättigte
Monomere Acrylamid, Methacrylamid, N-alkylierte (Meth)acrylamide, N-
Methylol(meth)acrylamid, N-Vinylamide, N-Vinylformamid, N-Vinylacetamid und N-
Vinyl-N-Methylacetamid, N-Vinyl-N-Methylformamid, Vinylpyrrolidon sowie
Hydroxyalkyl(meth)acrylate, wie Hydroxyethylacrylat und (Meth)acrylsäureester von
Polyethylenglycolmonoallylether und Allylether von Polyethylenglycolen verwendet.
Ebenso werden als Monomere b) mit geringer Löslichkeit in Wasser Acrylsäure- und
Methacrylsäureester, wie Ethylacrylat und Methylacrylat, Vinylacetat und Styrol in
begrenzter Menge eingesetzt. Der Anteil dieser schwer oder begrenzt wasserlöslichen
Monomere beträgt maximal 10 Gew.%, bezogen auf die Summe aller Monomeren.
Die genannten Monomeren werden zur Herstellung von Homo- oder Copolymerisaten
mit mindestens zwei Monomeren in beliebiger Kombination eingesetzt. Die
Monomerenmischung kann weiterhin wasserlösliche Polymere d) mit einem Gehalt von
0-30 Gew.%, bezogen auf die Komponenten der Monomerenlösung enthalten.
Beispiele hierfür sind wasserlösliche Homo- oder Copolymerisate der zuvor genannten
Monomeren, wie Polyacrylsäure, teilverseiftes Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol,
Polyalkylenglykol, Stärke, Stärkederivate, pfropfpolymerisierte Stärke, Cellulose und
Cellulosederivate, wie Caboxymethylcellulose, Hydroxymethylcellulose sowie
Galaktomannane und dessen oxalkylierte Derivat.
Die wäßrigen Monomerenlösung enthält mindestens einen Vernetzer c) mit einem
Anteil von 0,01-5,0 Gew.%, vorzugsweise 0,1-2,0 Gew.% bezogen auf alle Anteile
der Komponenten a), b) und c) der Monomerenlösung. Als Vernetzer können alle
Verbindungen verwendet werden, die mindestens zwei ethylenisch ungesättigte
Doppelbindungen oder eine ethylenisch ungesättigte Doppelbindung und eine
gegenüber Säuregruppen reaktive funktionelle Gruppe oder mehrere gegenüber
Säuregruppen reaktive funktionelle Gruppe enthalten. Beispiele hierfür sind:
Methylenbisacrylamid, Acrylate und Methacrylate von Polyolen wie Butandiol
diacrylat, Hexandiol-dimethacrylat, Polyethylenglycol-diacrylat und
Trimethylolpropantriacrylat und/oder die Acrylate und Methacrylate der oxalkylierten
genannten Polyole, wie des oxalkylierten Trimethylolpropans und des oxalkylierten
Pentaerythrits. Vernetzer dieses Typs sind unter den Handelsbezeichnungen Sartomer
und Craynor (Fa. Crayvalley Kunstharze GmbH, DE-47918 Tönisvorst) bekannt, von
denen insbesondere Sartomer 415, Sartomer 454, Sartomer 494, Sartomer 610 und
Craynor 435 verwendbar sind, weiterhin Di- und Polyester von Polyolen und
oxethylierten Polyolen mit ungesättigten Monocarbonsäuren und/oder
Polycarbonsauren, wie (Meth)acrylsäureestern von 1,2-Propylenglycolpentaerythrit,
Glycerin und Polyglycerin sowie Monoester ungesättigter Alkohole und ethoxylierter
ungesättigter Alkohole mit ungesättigten Monocarbonsäuren und/oder
Monocarbonsauren wie Allylacrylat und -methacrylat, Monoallylmaleinat,
Allylpolyethylenglycoletheracrylat und -methacrylat, Allylitaconat,
Allylpolyethylenglycolether-itaconat und Monoallylpolyethylenglycolether-maleinat,
weiterhin Diallylacrylamid, Diallylphthalat, Diallyladipat, Triallylcitrat und
Trimonoallylpolyethylenglycolethercitrat, weiterhin Allylether von Di- und Polyolen
und deren Oxethylate, wie die Diallylether von Ethylenglycol, Diethylenglycol,
Polyethylenglycol, die Triallylether von Glycerin, oxethyliertem Glycerin,
Trimethylolpropan und oxethyliertem Trimethylolpropan, die Tetraallylether von
Pentaerythrit und oxethyliertem Pentaerythrit sowie Tetraallyloxiethan sowie
Polyglycidylether, wie z. B. Ethylenglycoldiglycidether und Glyceringlycidylether.
Weiterhin Amine und/oder deren Salze und Amide mit mindestens zwei ethylenisch
ungesättigten Alkylgruppen, wie Di- und Triallylamin und Tetraallylammoniumchlorid.
Zur Initiierung der radikalischen Polymerisation werden die gebräuchlichen Initiatoren
verwendet, z. B. Peroxo- und Azoverbindungen, vorzugsweise in Wasser lösliche
und/oder dissoziierende Peroxo- und Azoverbindungen, wie tert. Butylhydroperoxid
und 2,2′-Azobis(2-methylpropionamidin)-dihydrochlorid, sowie Redoxsysteme gebildet
aus Natrium- und Kaliumperoxomonosulfat, Natrium- und Kaliumperoxidisulfat und
Wasserstoffperoxid mit Natrium- und Kaliumsulfit, Natrium- und
Kaliumformamidinsulfinat und Ascorbinsäure.
Bei Verwendung der Redoxsysteme wird vorzugsweise das Oxydationsmittel vorgelegt
und das Reduktionsmittel danach zugegeben. Insbesondere bei kontinuierlicher
Polymerisation erfolgt die Initiierung durch Photokatalyse mit UV-Licht und den
bekannten Sensibilisatoren.
Die Neutralisation der Säuregruppen enthaltenden Monomeren erfolgt vorzugsweise vor
der Zugabe der anderen Komponenten der Monomerenlösung sowie bevorzugt unter
Vorlage der Base. Geeignete Basen sind die Alkalihydroxide, Ammoniak und die
aliphatischen primären und sekundären Amine sowie Alkalicarbonate und
Alkalihydrogencarbonate. Bevorzugt werden die Alkalihydroxyde Natriumhydroxid und
Kalihydroxid sowie Ammoniak und Soda.
Die Monomerenlösung wird vor der Polymerisation auf eine Temperatur im Bereich
von 5-30°C, vorzugsweise 8-20°C abgekühlt. Nach der Initiierung erfolgt die
Polymerisation im Gegensatz zu den bekannten Arbeitsweisen überraschenderweise
ohne inhibierende Effekte, das heißt ohne zeitliche Verzögerung sowohl in der
Startphase als auch im weiteren Verlauf der Polymerisation. Die Polymerisation wird im
diskontinuierlichen Batchverfahren oder vorteilhaft in kontinuierlicher Weise, z. B. auf
dem Bandreaktor vorgenommen.
Das gebildete Polymergel wird anschließend einer Grob- und Feinzerteilung mittels
üblicher Reiß- und/oder Schneidwerkzeuge unterworfen. Die Feinzerteilung erfolgt
vorzugsweise mit Hilfe eines Schneidextruders über endständige Lochscheiben, deren
Öffnungen Durchmesser im Bereich von 2-20 mm, vorzugsweise 5-15 mm und
besonders bevorzugt 8-13 mm aufweisen.
Die nachträgliche Neutralisation des zerkleinerten Polymerisatgels erfolgt mit den bei der
Teilneutralisation angegebenen Basen, wobei wiederum vorzugsweise Natronlauge,
Kaliumlauge und/oder Ammoniak oder Soda, z. B. als Na₂CO₃·10 H₂O oder als
wäßrige Lösung eingesetzt werden. Die Neutralisation erfolgt in einfachen
Mischaggregaten z. B. in einer rotierenden Trommel oder in einem Draismischer, wobei
die wäßrige Lösung der Basen, beispielsweise über Düsen oder Sprühlanzen
eingetragen wird. Die Neutralisation erfolgt, bis mindestens 50 Mol%, vorzugsweise
60-80 Mol% der Säuregruppen enthaltenden, polymerisierten Monomereinheiten als Salze
vorliegen. Die nachträgliche Neutralisation kann auch während der Feinzerteilung des
Gels, beispielsweise bei der Zerteilung im Extruder erfolgen.
Durch die geringe Teilneutralisation der Monomerenlauge wird die Affinität des
Polymerisatgels gegenüber der Base, vorzugsweise Alkalilauge so verbessert, daß in der
Regel ein einfaches Mischaggregat zur Durchführung der weiteren Neutralisation in
einem kurzen Zeitraum ausreichend ist, wodurch eine mechanische Schädigung des
Polymergels weitgehend vermieden wird.
Die Trocknung des Polymerisatgels erfolgt bis zu einem Wassergehalt im Bereich von
5-20 Gew.%, vorzugsweise von 10 Gew.% bei Temperaturen im Bereich von
100-190°C. Anschließend wird das Trockengut auf eine Korngröße im Bereich von 20-
3000 µm, vorzugsweise 150-850 µm zu Polymerisatpulver gemahlen. Die
Nachvernetzung des Polymerisats erfolgt auf der Oberfläche der getrockneten
Polymerpartikel mit mindestens einem zwei- oder mehrfach funktionellen, mit
Säuregruppen, vorzugsweise Carboxylgruppen, reagierenden Vernetzungsmittel, das
vorzugsweise in Form einer wasserhaltigen Lösung aufgebracht wird. Als
Nachvernetzungsmittel sind Polyole wie Ethylenglycol, 1,2-Propylenglycol, 1,4-
Butandiol, Glycerin, Di- und Polyglycerin, Pentaerythrit, die Oxethylate dieser Polyole
sowie deren Ester mit Carbonsäuren oder der Kohlensäure geeignet. Der Zusatz eines
Veresterungskatalysators, z. B. p-Toluolsulfonsäure oder Phosphorsäure ist vorteilhaft.
Weiter geeignete Vernetzungsmittel sind Di- und Polyglycidylether von Polyolen und
Polyethylenglycolen. Solche Verbindungen sind unter dem Handelsnamen Denacol
(Nagase (Europe) GmbH, Düsseldorf) kommerziell erhältlich.
Die Nachvernetzung wird bei Temperaturen im Bereich von 150-250°C, vorzugsweise
150-200°C in einem Mischaggregat, beispielsweise in einem Naramischer
vorgenommen.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren führt zu Polymerisaten, die sich durch
deutlich verbesserte Eigenschaften gegenüber den herkömmlichen Produkten
auszeichnen. Sie besitzen eine Retention in 0,9%iger wäßriger NaCl-Lösung von
mindestens 25 g/g Polymerisat, vorzugsweise von mindestens 33 g/g Polymerisat. Sie
erreichen unter einer Druckbelastung von 50 g/cm² eine Flüssigkeitsaufnahme von
mindestens 25 g/g Polymerisat, vorzugsweise mindestens 27 g/g Polymerisat. Die durch
Absorption von Wasser oder wäßrigen Flüssigkeiten gequollenen erfindungsgemäßen
Polymerisate besitzen im gequollenen Zustand, auch unter Druckbelastung, eine hohe
Permeabilität für diese Flüssigkeiten, so daß bei nacheinander erfolgendem mehrfachen
Flüssigkeitsangebot eine gute Verteilung der Flüssigkeiten unter vollständiger
Ausnutzung des Aufnahmevermögens der Polymerisate erreicht wird. Weiterhin geben
sie nur in sehr begrenztem Maße die absorbierte wäßrige Flüssigkeit ab, so daß der
Rewet-Wert höchstens 2,0 g, vorzugsweise höchstens 1,0 g beträgt. Ihre Fähigkeit zur
Flüssigkeitsaufnahme wird weiterhin durch einen sehr hohen Quelldruck nach der
Methode von Stevens LFRA Texture Analyser von mindestens 700 g, vorzugsweise
mindestens 850 g und besonders bevorzugt von mindestens 1000 g gekennzeichnet. Die
erfindungsgemäßen Polymerisate besitzen einen Gehalt an löslichen Polymerisatanteilen
von unter 10 Gew.%, vorzugsweise unter 5 Gew.% und besonders bevorzugt unter 3,5
Gew.%.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Absorptionsmittel können mit
weiteren Substanzen abgemischt werden. Solche Substanzen sind beispielsweise
Füllmittel, wie Kreide, Bentonit oder Kieselgur sowie Fasermaterialien, wie Hanf-,
Viskose- oder Cellulosefaser. Auch Farbpigmente, UV-Absorber, Antioxidantien und
Agrochemikalien, wie Düngemittel, Herbizide, Fungizide und Insektizide sind als
Komponenten einsetzbar. Die erfindungsgemäßen Polymerisate können in den
verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, vorzugsweise in Hygieneartikeln, wie
Babywindeln, Monatsbinden, Wundpflastern und Inkontinenzbeuteln, die der
schnellen und vollständigen Absorption von Urin Menstruationsblut und Wundsekret
dienen, weiterhin als Komponente in Verpackungsbeilagen zur Aufnahme von aus
Lebensmitteln freiwerdenden Flüssigkeiten, in Kabelfüllmassen zur Verhinderung des
Wassereinbruchs bei Seewasserkabeln und in horti- und agrikulturellen Substraten, die
als Bodenverbesserungsmittel oder als Depotmaterialien zur kontrollierten Abgabe
von Wirkstoffen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele belegt, in denen die folgenden
Prüfverfahren verwendet werden:
Es werden 200 mg Superabsorber in einen Teebeutel eingewogen und in eine
physiologische Kochsalzlösung (0,9 Gew.-% NaCl) 30 min. eingetaucht. Danach wird
der Teebeutel zur Entfernung des ungebundenen Wassers 10 min. an den Ecken
aufgehängt und dann 5 min. in einer Zentrifuge bei ca. 1400 Upm geschleudert. Das
resultierende Gewicht wird um den Blindwert und die Einwaage vermindert und auf
1g umgerechnet (TB g/g).
Es werden 0,9 g Superabsorber gleichmäßig in einen Zylinder mit einem
Innendurchmesser von 6 cm gegeben, dessen Boden aus einem Siebgewebe mit der
Maschenweite 35 µm besteht. Auf den Superabsorber drückt ein Gewicht mit
wahlweise 20 g/cm³ (AAP0,3psi) oder 50 g/cm³ (AAP0,7psi). Die Zylindereinheit
wird gewogen und anschließend auf eine keramische Filterplatte gestellt, die
niveaugleich in physiologische Kochsalzlösung eintaucht. Nach 1 Stunde wird die
Zylindereinheit zurückgewogen. Als Absorptionswert gilt der Quotient aus der
Gewichtsdifferenz der Zylindereinheiten und der Einwaage des Superabsorbers
[(Gnachher - Gvorher)/Einwaage].
Der Rewet-Test erfolgt nach den Angaben in EP 0 631 768 A1, S. 19, Z. 39 bis
S. 20, Z. 4, wobei anstelle des synthetischen Urins eine 0,9%ige, wäßrige NaCl-
Lösung verwendet wird.
Die Bestimmung des Quelldrucks Q erfolgt mit Hilfe des Stevens L.F.R.A. Texture
Analyser, C. Stevens & Son Ltd., Laboratory Division, St. Albans AL1 1 Ex
Hertfordshire, England.
Es werden 0,500 g Superabsorber der Fraktion 20-50 mesh in den dazugehörigen
Meßzylinder mit 2,7 cm Durchmesser eingewogen und mit 10 ml 0,9%-iger NaCl-
Lösung versetzt. Danach wird der Meßzylinder mit Hilfe eines Laborboys so weit
hochgefahren, bis der Stand der Unterkante des zylindrischen Meßkörpers von der
Oberfläche der sich im Meßzylinder befindlichen probe 12 mm beträgt. Durch die
Ausdehnung des Gels wird der Meßzylinder nach oben gegen eine Zwei-Weg-
Kraftmeßzelle gedrückt und am Gerät in Gramm angezeigt.
Die Bestimmung der Restmengen von Acrylsäure im Superabsorber erfolgt nach
Extraktion mit physiologischer Kochsalzlösung bis zum Gleichgewichtszustand
gaschromatographisch.
Der innerhalb von 16 Stunden extrahierbare, carbonsäurebezogene Polymeranteil in
einem Superabsorber wird nach einer Methode bestimmt, die in Eu.P.Appl. 0 205
674, S. 34-37 beschrieben ist, mit dem Unterschied, daß an Stelle des synthetischen
Urins physiologische Kochsalzlösung benutzt wird. Die Mengenangabe erfolgt in
Gew.-% bezogen auf das getrocknete, gemahlene Polymerisat.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele und Vergleichsdaten erläutert:
80 g Acrylsäure und 0,24 g eines Triacrylates von einem oxethylierten (15 Mole
Ethylenoxid) Trimethylolpropan werden in 244 g Wasser gelöst und mit 4,4 g 50%-iger
Natronlauge vorneutralisiert. Nach Kühlung mit Eis auf 6 bis 8°C und Spülung
mit Stickstoff bis auf einen restlichen Sauerstoffgehalt von max. 0,3 ppm werden
0,033 g 2,2′-Azobis(2-methyl-propionamidin)-dihydrochlorid, 0,12 g
Natriumpersulfat und 0,023 g Wasserstoffperoxid (35%) eingetragen. Dann wird die
Polymerisation mit 0,003 g Ascorbinsäure gestartet.
Nach einer Initiierungsphase von ca. 5 min steigt die Temperatur stetig an und
erreicht nach ca.20 min. die Maximaltemperatur von 72°C. Für die Nachreaktion
werden weitere 15 min. eingehalten und sodann das entstandene Polymergel durch
einen Fleischwolf gegeben. Die zerkleinerte Masse wird anschließend in einer
Trommel mit horizontaler Rührwelle mit 57,8 g 50%-iger Natronlauge vermischt
(Erhöhung des Neutralisationsgrades auf 70%), bei 140 bis 160°C auf einen
Wassergehalt von <10% getrocknet und auf eine Partikelgröße von < 180 bis < 850
µm gemahlen. Das erhaltene Granulat wird mit Ethylencarbonat (0,5% atro, gelöst in
Wasser/Aceton) oberflächlich bei 190°C nachvernetzt.
80 g Acrylsäure und 0,2 g eines Triacrylates von einem oxethylierten (3 Mole
Ethylenoxid) Trimethylolpropan werden in 244 g Wasser gelöst und mit 8,9 g 50%
iger Natronlauge vorneutralisiert. Nach Kühlung mit Eis auf 6 bis 8°C und Spülung
mit Stickstoff bis auf einen restlichen Sauerstoffgehalt von max. 0,3 ppm werden
0,033 g 2,2′-Azobis(2-methyl-propionamidin)-dihydrochlorid, 0,12 g
Natriumpersulfat und 0,023 g Wasserstoffperoxid (35%) eingetragen. Dann wird die
Polymerisation mit 0,003 g Ascorbinsäure gestartet.
Nach ca. 20 min. wird die Maximaltemperatur von 74°C erreicht. Für die
Nachreaktion werden weitere 15 min. eingehalten und sodann das entstandene
Polymergel durch einen Fleischwolf gegeben. Die zerkleinerte Masse wird
anschließend in einer Trommel mit horizontaler Rührwelle mit 53,3 g 50%-iger
Natronlauge vermischt (Erhöhung des Neutralisationsgrades auf 70%), bei 140 bis
160°C auf einen Wassergehalt von <10% getrocknet und auf eine Partikelgröße von
< 180 bis <850 um gemahlen. Das erhaltene Granulat wird mit Ethylencarbonat (0,5%
atro, gelöst in Wasser/Aceton) oberflächlich bei 190°C nachvernetzt.
80 g Acrylsäure und 0,16 g Trimethylolpropan werden in 244 g Wasser gelöst und
mit 8,9 g 50%-iger Natronlauge vorneutralisiert. Nach Kühlung mit Eis auf 6 bis 8°C
und Spülung mit Stickstoff bis auf einen restlichen Sauerstoffgehalt von max. 0,3
ppm werden 0,033 g 2′-Azobis(2-methyl-propionamidin)-dihydrochlorid, 0,12 g
Natriumpersulfat und 0,023 g Wasserstoffperoxid (35%) eingetragen. Dann wird die
Polymerisation mit 0,003 g Ascorbinsäure gestartet.
Nach ca. 20 min. wird die Maximaltemperatur von 74°C erreicht. Für die
Nachreaktion werden weitere 15 min. eingehalten und sodann das entstandene
Polymergel durch einen Fleischwolf gegeben. Die zerkleinerte Masse wird
anschließend in einer Trommel mit horizontaler Rührwelle mit 53,3 g 50%-iger
Natronlauge vermischt (Erhöhung des Neutralisationsgrades auf 70%), bei 140 bis
160°C auf einen Wassergehalt von <10% getrocknet und auf eine Partikelgröße von
< 180 bis <850 µm gemahlen. Das erhaltene Granulat wird mit Ethylencarbonat (0,5%
atro, gelöst in Wasser/Aceton) oberflächlich bei 190°C nachvernetzt.
80 g Acrylsäure und 0,24 g eines Triacrylates von einem oxethylierten (15 Mole
Ethylenoxid) Trimethylolpropan werden in 244 g Wasser gelöst und mit 8,9 g 50%-
iger Natronlauge vorneutralisiert. Nach Kühlung mit Eis auf 6 bis 8°C und Spülung
mit Stickstoff bis auf einen restlichen Sauerstoffgehalt von max. 0,3 ppm werden
0,033 g 2,2′-Azobis(2-methyl-propionamidin)-dihydrochlorid, 0,12 g
Natriumpersulfat und 0,023 g Wasserstoffperoxid (35%) eingetragen. Dann wird die
Polymerisation mit 0,003 g Ascorbinsäure gestartet.
Nach ca. 20 min. wird die Maximaltemperatur von 74°C erreicht. Für die
Nachreaktion werden weitere 15 min. eingehalten und sodann das entstandene
Polymergel durch einen Fleischwolf gegeben. Die zerkleinerte Masse wird
anschließend in einer Trommel mit horizontaler Rührwelle mit 53,3 g 50%-iger
Natronlauge vermischt (Erhöhung des Neutralisationsgrades auf 70%), bei 140 bis
160°C auf einen Wassergehalt von <10% getrocknet und auf eine Partikelgröße von
< 180 bis < 850 µm gemahlen. Das erhaltene Granulat wird mit Ethylencarbonat (0,5%
atro, gelöst in Wasser/Aceton) oberflächlich bei 190°C nachvernetzt.
80 g Acrylsäure und 1 g Polyethylen(600)-glykoldiacrylat werden zusammen mit 1 g
Mowiol 5/88 (Fa.Hoechst) in 240 g Wasser gelöst und mit 8,9 g 50%-iger
Natronlauge vorneutralisiert. Nach Kühlung mit Eis auf 6 bis 8°C und Spülung mit
Stickstoff bis auf einen restlichen Sauerstoffgehalt von max. 0,3 ppm werden 0,23 g
2,2′-Azobis(2-methyl-propionamidin)-dihydrochlorid und 0,24 g Wasserstoffperoxid
(35%), eingetragen. Dann wird die Polymerisation mit 0,02 g Ascorbinsäure
gestartet.
Die Maximaltemperatur von 75°C wird nach ca. 15 min. erreicht. Nach 15-minütiger
Wartezeit für die Nachreaktion wird das entstandene Polymergel durch einen
Fleischwolf gegeben. Die zerkleinerte Masse wird anschließend in einer Trommel mit
horizontaler Rührwelle mit 190,7 g uncalcinierter, fester Soda vermischt (Erhöhung
des Neutralisationsgrades auf 70%), bei 140 bis 160°C auf einen Wassergehalt von
<10% getrocknet und auf eine Partikelgröße von < 180 bis < 850 µm gemahlen.
Das erhaltene Granulat wird mit Ethylencarbonat (0,5% atro, gelöst in
Wasser/Aceton) oberflächlich bei 190°C nachvernetzt.
80 g Acrylsäure und 1 g Polyethylen(400)-glykoldiacrylat werden zusammen mit 1 g
Mowiol 5/88 (Fa.Hoechst) in 240 g Wasser gelöst und mit 26,7 g 50%-iger
Natronlauge vorneutralisiert. Nach Kühlung mit Eis auf 6 bis 8°C und Spülung mit
Stickstoff bis auf einen restlichen Sauerstoffgehalt von max. 0,3 ppm werden 0,23 g
2,2′-Azobis(2-methyl-propionamidin)-dihydrochlorid und 0,24 g Wasserstoffperoxid
(35%) eingetragen. Dann wird die Polymerisation mit 0,02 g Ascorbinsäure
gestartet. Die Maximaltemperatur von 75°C wird nach ca. 15 min. erreicht. Nach 20-
minütiger Wartezeit fuhr die Nachreaktion erfolgte die Weiterverarbeitung wie in
Beispiel 1 beschrieben, wobei zur Nachneutralisation 35,5 g 50%-ige Natronlauge
benutzt wurden.
80 g Acrylsäure und 1 g Polyethylen(400)-glykoldiacrylat werden zusammen mit 1 g
Mowiol 5/88 (Fa.Hoechst) in 240 g Wasser gelöst und mit 4,5 g 50%-iger
Natronlauge vorneutralisiert. Nach Kühlung mit Eis auf 6 bis 8°C und Spülung mit
Stickstoff bis auf einen restlichen Sauerstoffgehalt von max. 0,3 ppm werden 0,23 g
2,2′-Azobis(2-methyl-propionamidin)-dihydrochlorid und 0,24 g Wasserstoffperoxid
(35%) eingetragen. Dann wird die Polymerisation mit 0,02 g Ascorbinsäure
gestartet. Die Maximaltemperatur von 72°C wurde nach 25 min. erreicht. Nach 20-
minütiger Wartezeit für die Nachreaktion erfolgte die Weiterverarbeitung wie in
Beispiel 1 beschrieben, wobei zur Nachneutralisation 39,9 g 50%-ige Natronlauge
benutzt wurden.
80 g Acrylsäure und 0,24 g eines Triacrylates von einem oxethylierten (3 Mole
Ethylenoxid) Trimethylolpropan wurden in 244 g Wasser gelöst. Nach Kühlung mit
Eis auf 6 bis 8°C und Spülung mit Stickstoff bis auf einen restlichen Sauerstoffgehalt
von max. 0,3 ppm wurden 0,033 g 2,2′-Azobis(2-methyl-propionamidin)
dihydrochlorid, 0,12 g Natriumpersulfat und 0,023 g Wasserstoffperoxid (35%)
eingetragen. Dann wurde versucht, die Polymerisation (wie in Beispiel 1) mit 0,003 g
Ascorbinsäure zu starten. Da dies nicht gelang, wurden 0,02 g Ascorbinsäure
nachgesetzt. Nach einer Wartezeit von 5 min. sprang die Polymerisation an und
erreichte nach ca. 30 min. die Maximaltemperatur von 64°C. Für die Nachreaktion
wurden weitere 15 min. eingehalten und sodann das entstandene Polymergel durch
einen Fleischwolf gegeben. Die zerkleinerte Masse wurde anschließend in einer
Trommel mit horizontaler Rührwelle mit 62,2 g Natronlauge vermischt (Erhöhung
des Neutralisationsgrades auf 70%), bei 140 bis 160°C auf einen Wassergehalt von
<10% getrocknet und auf eine Partikelgröße von < 180 bis <850 µm gemahlen.
Das erhaltene Granulat wurde mit Ethylencarbonat (0,5% atro, gelöst in
Wasser/Aceton) oberflächlich bei 190°C nachvernetzt.
Die Daten der Tabelle 2 zeigen die starke Zunahme der Aufnahmefähigkeit von
Acrylatgelen für wäßrige Flüssigkeiten im Neutralisationsbereich von 0 bis 30% der
acrylsauren Polymergele anhand der Retentionswerte von physiologischer
Kochsalzlösung.
Claims (19)
1. Pulverförmiges, Wasser- und wäßrige Flüssigkeiten absorbierendes vernetztes
Polymerisat, gebildet aus
- a) 55-99,9 Gew.% mindestens eines polymerisierten, ungesättigten, polymerisierbaren, Säuregruppen enthaltenden Monomeren, das zu mindestens 50 Mol% neutralisiert als Salz vorliegt,
- b) 0-40 Gew.% polymerisiertem, ungesättigten, mit dem Monomeren nach a) copolymerisierbaren Monomoren,
- c) 0,01-5,0 Gew.% mindestens eines Vernetzungsmittels und
- d) 0-30 Gew.% eines wasserlöslichen Polymeren,
wobei die Summe der Komponenten a)-d)100 Gew.% ergibt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat aus zu 5-30 Mol%, bezogen auf
den Säuregruppen enthaltenden Monomerenanteil, teilneutralisierten, sauren,
polymerisierten Monomeren gebildet wird und
- - eine Retention für eine 0,9%ige wäßrige NaCl-Lösung von mindestens 25 g/g Polymerisat,
- - eine Flüssigkeitsaufnahme unter einem Druck von 50 g/cm² von mindestens 25 g/g Polymerisat,
- - einen Quelldruck nach 20 Minuten von mindestens 700 g, bezogen auf 1 g Polymerisat,
- - einen löslichen Anteil nach 16 Std. von höchstens 3,5-10 Gew.% und
- - einen Rewet von höchstens 2,0 g aufweist.
2. Polymerisat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß es eine Retention für
eine 0,9%ige, wäßrige NaCl-Lösung von mindestens 30 g/g, vorzugsweise
mindestens 33 g/g Polymerisat, eine Flüssigkeitsaufnahme unter einem Druck von
50 g/cm² von mindestens 27 g/g Polymerisat und einen Quelldruck nach 20
Minuten von mindestens 850 g, vorzugsweise mindestens 900 g, bezogen auf 1 g
Polymerisat aufweist.
3. Polymerisat nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß es
einen Quelldruck nach 20 Minuten von mindestens 800 g und nach 2 Stunden
einen Druckabfall von höchstens 20%, bezogen auf den Wert nach 20 Minuten
aufweist.
4. Polymerisat nach einem der Ansprüche 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß es
einen extrahierbaren Anteil nach 16 Stunden von höchstens 3,5 Gew.% aufweist.
5. Polymerisat nach einem der Ansprüche 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß das
wasserlösliche Polymer ein synthetisches Polymer oder Copolymer und/oder ein
natürliches Polymer und/oder ein Derivat eines natürlichen Polymers ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Polymerisats nach den Ansprüchen 1-5 dadurch
gekennzeichnet, daß eine wäßrige Lösung mit einem Gehalt von höchstens 30
Gew.% Monomere bezogen auf die gesamte Lösung, hergestellt wird, die
ungesättigten polymerisierbaren Säuregruppen enthaltenden Monomere a) vor der
Polymerisation mit Basen zu 5,0-30 Mol%, vorzugsweise zu 10-20 Mol%
neutralisiert werden, die radikalische Polymerisation bei einer Temperatur im
Bereich von 5-30°C, vorzugsweise 8-15°C durch chemische Initiatoren
und/oder durch UV-Bestrahlung ausgelöst und adiabatisch fortgeführt wird, das
Polymerisatgel nach der Grobzerkleinerung einer Feinzerkleinerung und mit
Basen so neutralisiert wird, daß das Polymerisat einen Gehalt von polymerisierten,
neutralisierte Säuregruppen enthaltenden Monomereneinheiten von mindestens 50
Mol% enthält, eine Trocknung des Polymerisatgels auf einen Wassergehalt von
5-20 Gew.%, vorzugsweise 10 Gew.% erfolgt und das getrocknete und
gemahlene Polymerisat mit mindestens einem zweifach oder
mehrfachfunktionellen, mit Säuregruppen reaktionsfähigen Vernetzungsmittel bei
einer Temperatur im Bereich von 140-240°C zur Reaktion gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß als ungesättigte
polymerisierbare Säuregruppen enthaltende Monomere a) olefinisch ungesättigte,
polymerisierbare Mono- und/oder Dicarbonsäuren, vorzugsweise Acrylsäure
verwendet werden.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7 dadurch gekennzeichnet, daß neben den
Säuregruppen enthaltenden Monomeren a) andere wasserlösliche ungesättigte,
polymerisierbare Monomere b), bevorzugt Acrylamid, Methacrylamid, N-
alkylierte (Meth)acrylamide, N-Methylol(meth)acrylamid, N-Vinylamide, N-
Vinylformamid, N-Vinylacetamid und N-Vinyl-N-Methylacetamid, N-Vinyl-N-
Methylformamid, Vinylpyrrolidon sowie Hydroxyalkyl(meth)acrylate, wie
Hydroxyethylacrylat und (Meth)acrylsäureester von
Polyethylenglycolmonoallylether und Allylether von Polyethylenglycolen
verwendet werden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 6-8 dadurch gekennzeichnet, daß
wasserunlösliche oder in Wasser begrenzt lösliche Monomere b), bevorzugt
Acrylsäure- und Methacrylsäureester, wie Ethylacrylat und Methylacrylat,
Vinylacetat und Styrol mit einem Anteil von bis zu 10 Gew.%, bezogen auf die
Menge aller Monomeren eingesetzt werden.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 5-9 dadurch gekennzeichnet, daß die
Feinzerkleinerung unter Verwendung eines Extruders mit endständiger
Lochscheibe erfolgt, wobei die Öffnungen der Lochscheibe einen Durchmesser im
Bereich von 2-20 mm, vorzugsweise 5-15 mm und besonders bevorzugt von 8-
13 mm aufweisen.
11. Verwendung des Polymerisates nach den Ansprüchen 1 bis 5 als Komponente in
Körperflüssigkeiten absorbierenden Sanitärartikeln und in Wundabdeckungen.
12. Verwendung des Polymerisates nach den Ansprüchen 1 bis 5 als Komponente in
Windeln, Monatsbinden und Inkontinenzartikeln.
13. Verwendung des Polymerisates nach den Ansprüchen 1 bis 5 in Windeln mit einem
Gewichtsanteil der Polymerisate nach den Ansprüchen 1 bis 5, bezogen auf die
Gewichtsmenge von Polymerisat und Fluff von 15-100 Gew.%, vorzugsweise 35
-100 Gew.% und besonders bevorzugt von 30 bis 70 Gew.%.
14. Verwendung des Polymerisates nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als
Komponente in strom- und lichtleitenden Kabeln.
15. Verwendung des Polymerisates nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als
Komponente als Bodenverbesserungsmittel.
16. Verwendung des Polymerisates nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als
Komponente in künstlichen Boden zur Pflanzenzüchtung.
17. Verwendung des Polymerisates nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als
Komponente in Verpackungsmaterialien.
18. Verwendung des Polymerisates nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als
Komponente in Depotmaterialien zur kontrollierten Abgabe von Wirkstoffen.
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