DE4333056A1 - Pulverförmige, wäßrige Flüssigkeiten absorbierende Polymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Absorptionsmittel - Google Patents
Pulverförmige, wäßrige Flüssigkeiten absorbierende Polymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als AbsorptionsmittelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft pulverförmige, vernetzte Wasser und wäßrige Flüssigkeiten ab
sorbierende, als Superabsorber bezeichnete Polymere mit verbesserten Quellungseigen
schaften und verbessertem Rückhaltevermögen für wäßrige Flüssigkeiten, ein Verfahren
zur Herstellung dieser Polymeren sowie ihre Verwendung in absorbierenden Sanitärar
tikeln und in technischen Bereichen.
Superabsorber sind wasserunlösliche, vernetzte Polymere, die in der Lage sind, unter
Quellung und Ausbildung von Hydrogelen große Mengen an Körperflüssigkeiten, wie
Urin oder Blut oder andere wäßrige Flüssigkeiten aufzunehmen und die absorbierte
Flüssigkeitsmenge unter einem bestimmten Druck zurückzuhalten. Wegen dieser cha
rakteristischen Absorptionseigenschaften finden die Polymeren hauptsächlich Anwen
dung in Sanitärartikeln, z. B. in Babywindeln und Damenbinden.
Bei den gegenwärtig kommerziell verfügbaren Superabsorbern handelt es sich um ver
netzte Polyacrylsäuren oder vernetzte Stärke-Acrylsäure-Pfropfolymerisate, die teil
weise mit Natron- oder Kalilauge neutralisiert sind. Die Herstellung von pulverförmigen
Superabsorbern erfolgt prinzipiell nach zwei Methoden:
Nach der ersten Methode wird teilneutralisierte Acrylsäure in wäßriger Lösung in Ge
genwart eines mehrfunktionellen Vernetzers durch radikalische Polymerisation in ein Gel
überführt, das dann zerkleinert, getrocknet, gemahlen und auf die gewünschte Par
tikelgröße abgesiebt wird. Die Lösungspolymerisation kann kontinuierlich oder diskon
tinuierlich durchgeführt werden. Die Patentliteratur weist ein breites Spektrum an
Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Konzentrationsverhältnisse, Temperaturen, Art
und Menge der Vernetzer und Initiatoren aus. Typische Verfahren sind z. B. in den
Patenten US 4 286 082, DE 27 06 135 und US 4 076 663 beschrieben.
Die zweite Methode umfaßt das inverse Suspensions- und Emulsionspolymerisations
verfahren. In diesen Prozessen wird eine wäßrige, teilneutralisierte Acrylsäurelösung mit
Hilfe von Schutzkolloiden oder Emulgatoren in einem hydrophoben, organischen
Lösungsmittel dispergiert und durch Radikalinitiatoren die Polymerisation gestartet.
Nach Beendigung der Polymerisation wird das Wasser aus dem Reaktionsgemisch
azeotrop entfernt, das Polymerprodukt abfiltriert und getrocknet. Die Vernetzungs
reaktion kann durch Einpolymerisieren eines in der Monomerenlösung gelösten
polyfunktionellen Vernetzers und/oder durch Reaktion geeigneter Vernetzungsmittel mit
funktionellen Gruppen des Polymeren während einer der Herstellungsschritte erfolgen.
Das Verfahrensprinzip ist beispielsweise in den Patenten US 43 40 706, DE 37 13 601
und DE 28 40 010 beschrieben.
Während bei der Entwicklung der Superabsorber zunächst allein das sehr hohe Quell
vermögen bei Kontakt des Absorbers mit der Flüssigkeit, auch als freie Quellkapazität
bezeichnet, im Vordergrund stand, hat sich später gezeigt, daß es nicht nur auf die
Menge der absorbierten Flüssigkeit, sondern auch auf die Festigkeit des gequollenen
Gels ankommt. Das Absorptionsvermögen, Quellvermögen oder freie Quellkapazität
genannt, einerseits, und die Gelfestigkeit andererseits, stellen jedoch gegenläufige
Eigenschaften dar, wie aus US 32 47 171 und US Re 32 649 bekannt ist. Das bedeutet,
daß Polymere mit besonders hohem Absorptionsvermögen nur eine geringe Festigkeit
des gequollenen Gels aufweisen, mit der Folge, daß das Gel unter einem angewendeten
Druck, bei Belastung durch das Körpergewicht deformierbar ist und gleichzeitig die
weitere Flüssigkeitsverteilung und Flüssigkeitsaufnahme verhindert wird. Nach der US
Re 32 649 soll daher ein ausgewogenes Verhältnis der Eigenschaften derartiger Super
absorber in einer Windelkonstruktion zwischen Flüssigkeitsaufnahme, Flüssigkeitstran
sport und Trockenheit der Windel auf der Haut gewährleistet sein. Dabei kommt es nicht
nur darauf an, daß das Polymere, nachdem es zunächst frei quellen konnte, die
Flüssigkeit unter nachfolgender Einwirkung eines Drucks zurückhalten kann, sondern
auch darauf, Flüssigkeiten auch gegen einen gleichzeitig wirkenden, d. h. während der
Flüssigkeitsabsorption, ausgeübten Druck aufzunehmen, wie es unter praktischen
Gegebenheiten geschieht, wenn eine Person auf einem Sanitärartikel sitzt, liegt, oder
wenn es beispielsweise durch Beinbewegung zur Einwirkung von Scherkräften kommt.
Diese spezifische Absorptionseigenschaft wird beispielsweise nach EP 0 339 461 A als
Aufnahme unter Druck (AUL) bezeichnet.
Um superabsorbierende Polymeren bereitzustellen, welche die erforderliche Eigen
schaftskombination, d. h. eine hohe Retentionskapazität, eine hohe Gelstärke und hohes
Aufnahmevermögen unter Druck besitzen, ist es, wie bekannt, erforderlich, die
pulverförmigen Polymeren nachträglich zu behandeln.
In der EP 0 083 022 B1, DE-OS 33 14 019 und DE 35 23 617 A1 wird eine oberflä
chenvernetztende Behandlung der Polymeren mit Verbindungen beschrieben, die min
destens zwei funktionelle mit Carboxylgruppen reaktionsfähige Gruppen enthalten,
wobei insbesondere Polyole genannt werden.
Nach DE 40 20 780 C1 wird eine unter Druckbelastung verbesserte Quellfähigkeit eines
superabsorbierenden Polymeren durch die Erwärmung des Polymerpulvers mit einem
Alkylencarbonat, das gegebenenfalls mit Wasser und/oder Alkohol verdünnt aufgetragen
wird, erreicht.
Durch die Nachbehandlung wasserquellbarer pulverförmiger Polymeren mit Verbindun
gen, die mit mehr als einer funktionellen Gruppe des Polymeren reagieren können,
kommt es aber zwangsläufig gleichzeitig zu einer Abnahme der Quellkapazität. Die
Abnahme der Quellkapazität durch die Nachbehandlung wird nach Angaben in EP 0 089 022 B1 und EP 0 450 923 A besonders hoch, wenn die Menge an Nachbehand
lungsmittel zu groß gewählt wird.
Die Abnahme der Quellkapazität bzw. der Retention erfolgt demnach zwangsläufig, weil
die Nachbehandlung eine zusätzliche Vernetzung der wasserquellbaren Polymerpartikel
hervorruft.
Nach dem in DE 40 20 780 C1, EP 0 450 924 A und EP 0 339 461 A angegebenen
Stand der Technik werden durch die Nachbehandlung wasserquellbarer, teilchen
förmiger Polymeren wasserquellbarer Harze gewonnen und verwendet, die eine
verbesserte Quellfähigkeit unter Druckbelastung zeigen, deren Retention mit Zunahme
der Vernetzungsdichte und bei zunehmender Druckbelastung, beispielweise von 20 g/cm²
auf 60 g/cm² von 26 g/g auf 8 g/g abnimmt. Der Sachverhalt ist zusammenfassend unter
Berücksichtigung der Belegungsdichte in Tabelle 1 dargestellt.
Der aus verständlichen ästhetischen und unter wirtschaftlichen und ökologischen
Aspekten zunehmenden Tendenz, die Sanitärartikel immer kleiner und dünner zu
gestalten, kann vor allem dadurch entsprochen werden, daß man beispielsweise den
großvolumigen Fluffanteil in Windeln reduziert und gleichzeitig den Anteil an Super
absorber erhöht. Hierbei muß der Superabsorber allerdings zusätzliche Aufgaben in
Bezug auf Flüssigkeitsaufnahme und -transport übernehmen, die vorher vom Fluff erfüllt
wurden.
Die Verwendung herkömmlicher Superabsorber in Windeln mit Anteilen von 40 oder 60 Gew.-% Superabsorber ist jedoch mit erheblichen Nachteilen verbunden, die den Einsatz
kommerziell erhältlicher Produkte stark einschränken. Als Ursache hierfür ist das
bekannte Phänomen des "gel blocking", hervorgerufen durch koaguliertes Gel, und die
damit verbundene Verringerung der Absorptionsgeschwindigkeit und -menge, insbe
sondere bei erhöhter Druckbelastung anzusehen. Es bestand daher die Aufgabe
Polymerisate bereitzustellen, die als Superabsorber zur Verwendung in
Windelkonstruktionen oder bei anderen technischen Anwendungen mit erhöhten
Polymerisatanteilen bei erhöhter Flächen- oder Volumenbelegung eine hohe
Quellkapazität unter Druckbelastung aufweisen.
Es wurde nun gefunden, daß wasserquellbare Polymere mit hoher Retention, erhöhter
Quellkapazität unter Belastungen mit mehr als 20 g/cm² sowie auch hoher Quellkapa
zität unter Belastung bei erhöhter Belegungsdichte erhalten werden, wenn pulverförmi
ge, wasserunlösliche, vernetzte, wäßrige oder seröse Flüssigkeiten wie Blut absorbieren
de Polymere, gebildet aus
- a) 55-99,9 Gew.-% polymerisierten ungesättigten, polymerisierbaren Säuregruppen enthaltenden Monomeren, die zu mindestens 25 Mol-% neutralisiert sind,
- b) 0-40 Gew.-% polymerisierten ungesättigten, mit a) copolymerisierbaren Monomeren,
- c) 0,1-5 Gew.-% eines Vernetzungsmittels und
- d) 0-30 Gew.-% eines wasserlöslichen Polymeren
wobei die Gewichtsmenge a) bis d) auf wasserfreies Polymer bezogen ist und die mit
einer mit mindestens zwei funktionellen Gruppen der Polymeren, bevorzugt Säure
gruppen, reaktionsfähigen Verbindung bei 150°C-250°C oberflächenvernetzend
behandelt wurden, nochmals mit 0,1 bis 5 Gew.-% einer, mit mindestens zwei
funktionellen Gruppen der Polymeren reaktionsfähigen Verbindung in Gegenwart von
0,1-5 Gew.-% Wasser, bei Temperaturen von 150°C-250°C oberflächenvernetzend
behandelt werden. Die Säuregruppen der Polymeren sind bevorzugt Carboxylgruppen.
Entgegen den Beobachtungen, daß bei zunehmender Vernetzungsdichte eine Ver
schlechterung der Absorptionseigenschaften eintritt, werden durch die erfindungsge
mäße Verfahrensweise unter Wiederholung der oberflächenvernetzenden Behandlung
Polymerisate erhalten, die überraschenderweise sowohl eine verbesserte Quellfähigkeit
bei erhöhter Druckbelastung als auch bei erhöhter Flächenbelegung aufweisen.
Das erfindungsgemäß zu verwendende wasserabsorbierende Polymerisat wird erhalten
durch Polymerisation von 55-99,9 Gew.-% Monomeren mit Säuregruppen, beispiels
weise aus Acrylsäure, Methacrylsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure oder
aus Mischungen dieser Monomeren; die Säuregruppen der Monomeren sind mindestens
zu 25 Mol-% neutralisiert und liegen beispielsweise als Natrium-, Kalium- oder Ammo
niumsalze vor. Vorzugsweise liegt der Neutralisationsgrad bei mindestens 50 Mol-%.
Besonders bevorzugt ist ein Polymerisat, das aus vernetzter Acrylsäure oder Methacryl
säure gebildet ist, die zu 50-80 Mol-% neutralisiert ist.
Als weitere Monomeren können für die Herstellung der wasserabsorbierenden Poly
merisate 0 bis 40 Gew.-% Acrylamid, Methacrylamid, Hydroxyethylacrylat, Dimethyl
aminoalkyl(meth)acrylat, Dimethylaminopropylacrylamid oder Acrylamidopropyltrime
thylammoniumchlorid verwendet werden. Höhere Anteile als 40% dieser Monomeren
verschlechtern die Quellfähigkeit der Polymerisate.
Als Vernetzer können alle Verbindungen verwendet werden, die mindestens zwei
ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen oder eine ethylenisch ungesättigte Doppel
bindung und eine gegenüber Säuregruppen reaktive funktionelle Gruppen tragen. Als
Beispiele seien genannt: Acrylate und Methacrylate von Polyolen wie Butandioldi
acrylat, Hexandioldimethacrylat, Polyglykoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat oder
Allylacrylat, Diallylacrylamid, Triallylamin, Diallylether, Methylenbisacrylamid oder N-
Methylolacrylamid.
Als wasserlösliche Polymere können im wasserabsorbierenden Polymerisat 0 bis
30 Gew.-% teil- oder vollverseifter Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Stärke oder
Stärkederivate, Polyglykole oder Polyacrylsäuren enthalten sein. Das Molekulargewicht
dieser Polymeren ist unkritisch, solange sie wasserlöslich sind. Bevorzugte wasserlös
liche Polymeren sind Stärke, Polyvinylalkohol oder Gemische dieser Polymeren. Der
bevorzugte Gehalt an solchen wasserlöslichen Polymeren im wasserabsorbierenden
Polymerisat liegt bei 1-5 Gew.-%, insbesondere wenn Stärke und/oder Polyvinyl
alkohol als lösliche Polymeren vorhanden sind. Die wasserlöslichen Polymeren können
als Pfropfpolymeren mit den säuregruppenenthaltenden Polymeren vorliegen.
Neben Polymerisaten, die durch vernetzende Polymerisation teilneutralisierter Acryl
säure zu erhalten sind, werden bevorzugt solche verwendet, die zusätzlich Anteile von
pfropfpolymerisierter Stärke oder von Polyvinylalkohol enthalten.
Hinsichtlich der Teilchenform des eingesetzten Absorber-Polymerisates bestehen keine
speziellen Einschränkungen. Das Polymere kann in Form von kugelformigen Partikeln
vorliegen, die durch inverse Suspensionspolymerisation erhalten wurden, oder in Form
von unregelmäßig geformten Teilchen, die durch Trocknung und Pulverisierung der
Gelmasse aus der Lösungspolymerisation erhalten werden. Die Teilchengröße liegt
normalerweise im Bereich zwischen 20 und 2.000 µm, bevorzugt zwischen 50 und
850 µm.
Die zur oberflächenvernetzende Behandlung unter Reaktion der mehrfach funktionellen
Gruppen einer Verbindung mit dem pulverförmigen Polymeren notwendige thermische
Behandlung wird bei Temperaturen von 150°C-250°C, bevorzugt bei 170°C-200°C
durchgeführt.
Die geeignete Temperatur ist abhängig von der Art des Behandlungsmittels und der
Verweilzeit der Reaktionskomponenten bei gewählten Reaktionsbedingungen.
Beispielsweise muß die thermische Behandlung bei 150°C über mehrere Stunden
durchgeführt werden, während bei 250°C wenige Minuten - z. B. 0,5 bis 5 Minuten -
ausreichen, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Die oberflächenvernetzende
thermische Behandlung kann in üblichen Trocknern oder Öfen, beispielsweise in
Drehrohröfen, Paddeltrocknern, Tellertrocknern oder in Infrarottrocknern durchgeführt
werden.
Die erfindungsgemäß wiederholt durchzuführende oberflächenvernetzende Behandlung
kann dabei unter denselben Bedingungen wie die erste Oberflächenvernetzung oder unter
abgewandelten Bedingungen erfolgen.
Als mindestens zweifunktionelle, mit Säuregruppen reaktionsfähigen Verbindungen
können demnach für die erste oberflächenvernetzende Behandlung und die erfin
dungsgemäße wiederholte Behandlung die gleichen oder verschiedene Verbindungen
eingesetzt werden. Als derartige reaktionsfähige, oberflächenvernetzende Verbindungen
werden Polyole, Polyamine, Alkylencarbonate allein oder in Mischung untereinander
verwendet, wobei Ethylencarbonat, Glycerin, Dimethylpropionsäure, Polyethylenglykol
und Triethanolamin bevorzugt sind. Die zur Oberflächenvernetzung eingesetzten
Verbindungen können in Form wäßriger Lösungen verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Mittel besitzen die Eigenschaft, daß sie große Mengen an
Menstruationsblut, Urin oder andere Körperflüssigkeiten schnell absorbieren und sind
daher zur Verwendung in Windeln, Damenbinden und Inkontinenzartikeln oder in
Artikeln zur Wundabdeckung besonders geeignet.
Die erfindungsgemäßen, zweimal nachbehandelten Polymeren werden in Absorberartikel
für die verschiedensten Anwendungszwecke eingesetzt, z. B. durch Mischen mit Papier,
Fluff oder synthetischen Fasern oder Verteilen des Mittels zwischen Substraten aus
Papier, Fluff oder nichtgewebten Textilien oder durch Verformung in Trägermaterialien
zu einer Bahn.
Die Absorptionsfähigkeit und Absorptionsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen
Polymerisate unter gleichzeitig einwirkender Druckbelastung ist gegenüber den
Ausgangsprodukten sehr deutlich verbessert. Da die erfindungsgemäßen Mittel die
absorbierten Flüssigkeiten auch unter Druck zurückhalten, sind die Mittel besonders
anwendungsfreundlich. Sie sind bevorzugt geeignet, in höheren Konzentrationen -
bezogen auf hydrophiles Fasermaterial wie Fluff - als dies bisher möglich war, d. h. bei
reduziertem Fluffanteil eingesetzt zu werden und zeigen ausgezeichnete Absorp
tionseigenschaften in Konstruktionen, die 98-20 Gew.-% hydrophile Fasern und 2-80
Gew.-%, vorzugsweise 15-70 Gew.-% und besonders bevorzugt 25-60 Gew.-% des
Absorberharzes enthalten.
Die nach den beschriebenen Verfahren erhaltenen Superabsorber weisen überra
schenderweise eine bedeutende Verbesserung der Aufnahme von Flüssigkeit unter Druck
bei gleichzeitig hoher Gelstärke und hohen Retentionen auf, wobei insbesondere eine
sehr hohe Anfangsgeschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme unter Druck erreicht wird,
so daß 80% der Gesamtkapazität bereits nach 15 Minuten erreicht werden.
Die Polymeren gemäß der Erfindung besitzen bei Retentionswerten von mehr als 34 g/g
eine Quellkapazität von mehr als 22 g/g für 0,9%ige NaCl-Lösung bei einer Belastung
mit 40 g/cm². Bei einer Belastung mit 60 g/cm² werden mehr als 18 g/g 0,9%ige NaCl-
Lösung aufgenommen.
Besonders deutlich werden die Unterschiede zu Polymeren nach dem Stand der Technik.
Bei Verdopplung der Flächenbeladung und einer Belastung mit 40 g/cm² haben die in
EP 0 339 461 A beschriebenen Polymeren eine Quellkapazität von 9 g 0,9%iger NaCl-
Lösung pro Gramm, während die erfindungsgemäßen Polymeren mehr als 18 g/g
aufnehmen.
In einem die Praxis simulierenden Test zur Bestimmung der Saugfähigkeit von Poly
meren unter Druck zeigen die erfindungsgemäßen Superabsorber eine verbesserte Saug
kraft bei erhöhter Belastung.
Die erfindungsgemäßen Polymeren besitzen bei hoher Quellkapazität bzw. Retention
einen deutlich höheren Quelldruck als bekannte Superabsorber.
Die erfindungsgemäßen Polymerisate sind weiterhin für die Anwendung als Wasser oder
wäßrige Flüssigkeiten absorbierende Komponente in strom- oder lichtleitenden Kabeln,
als Komponente in Verpackungsmaterialien sowie als Bodenverbesserungs-mittel und als
künstlicher Nährboden zur Pflanzenzucht geeignet.
Zur Charakterisierung der wasserabsorbierenden Polymerisate wurden Retention (TB)
und Aufnahme unter Druck (AUL) für 0,9%ige NaCl-Lösung gemessen sowie der
Quelldruck bestimmt.
- a) Die Retention wird nach der Teebeutelmethode und als Mittelwert aus drei Mes sungen angegeben. Etwa 200 mg Polymerisat werden in einen Teebeutel eingeschweißt und für 20 Minuten in 0,9%ige NaCl-Lösung getaucht. Anschließend wird der Teebeu tel in einer Schleuder (23 cm Durchmesser, 1.400 Upm) 5 Minuten geschleudert und gewogen. Einen Teebeutel ohne wasserabsorbierendes Polymerisat läßt man als Blind wert mitlaufen.
- b) Die Aufnahme von 0,9%iger NaCl-Lösung unter Druck (Druckbelastung: 20, 40,
60 g/cm²) wird nach der in der EP 0 339 461 A, Seite 7, beschriebenen Methode
bestimmt:
In einen Zylinder mit Siebboden gibt man die Einwaage an Superabsorber und belastet das Pulver mit einem Stempel, der einen Druck von 20, 40 bzw. 60 g/cm² ausübt. Der Zylinder wird anschließend auf einen Demand-Absorbency-Tester (DAT) gestellt, wo man den Superabsorber eine Stunde lang 0,9%ige NaCl-Lösung aufnehmen läßt. Diese Prüfung wird bei verdoppelter bzw. verdreifachter Einwaage an Superabsorber bei einem Druck von 40 g/cm² wiederholt. - c) Die Bestimmung des Quelldrucks erfolgt mit Hilfe des Stevens L. F. R. A. Texture
Analyser, C. Stevens & Son Ltd, Laboratory Division, St. Albans AL1 1 Ex Hertford
shire, England.
Der zum Gerät gehörende zylindrische Meßkörper aus Glas hat eine Höhe von 3,5 cm und einen Durchmesser von 2,5 cm. Die Kreisfläche des Zylinders beträgt somit 4,91 cm².
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 einer Hebebühne 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. - d) Zur Bestimmung der Saugfähigkeit der Polymeren aus einer Matrix wird ein rundes Fluff-Pad von 6 cm Durchmesser und 2 g Gewicht liegend in einer Petrischale mit verschiedenen Mengen 0,9%ige NaCl-Lösung getränkt. In einen Plexiglaszylinder von 25,8 mm Innendurchmesser, der am Boden ein Siebgewebe hat (Maschenweite 36 µm), werden 0,20 g Polymeres eingewogen und mit einem 106 g schweren Stempel von 25 mm Durchmesser belastet. Die Zylindergruppe (Zylinder, Polymeres und Stempel) wird gewogen (A) und in die Mitte des befeuchteten Pads gestellt. Nach einer Stunde wird die Zylindergruppe zurückgewogen (B).
Eine durch Lösungspolymerisation gewonnene, mit Triallylamin vernetzte Polyacryl
säure, die zu 70 Mol-% neutralisiert als Natriumsalz vorlag, wurde nach dem Trocknen
und Mahlen auf 90 bis 850 µm abgesiebt und entsprechend DE 40 20 780 mit 1 Gew.-%
einer 50%igen Ethylencarbonatlösung nachbehandelt. Die Kenndaten sind in Tabelle 2 und
3 aufgelistet.
Vergleichspolymeres A wird kontinuierlich mit 1000 kg/h einem Paddelmischer
zugeführt und mit 1 Gew.-% einer 50%igen Ethylencarbonatlösung vermischt. Die
Behandlungslösung wird mittels einer Zweistoffdüse im Mischer fein verteilt aufgegeben.
Zur thermischen Behandlung werden kontinuierlich 90 kg/h der Mischung in einen
Trockner dosiert, der mit rotierenden, diskusförmigen Mischelementen ausgerüstet ist,
die mit Dampf von 185°C beheizt werden. Anschließend wird die Mischung im
Wirbelbett mit Luft abgekühlt. Die Kenndaten des erhaltenen Polymeren sind in Tabelle 4
und 5 aufgelistet.
1000 kg Vergleichspolymeres A werden wie in Beispiel 1 mittels einer Zweistoffdüse mit
einer Lösung aus 2 kg Glycerin, 10 kg Wasser und 12 kg Ethanol kontinuierlich
vermischt und in einem Silo zwischengelagert.
80 kg des oberflächenvernetzend behandelten Polymerenpulvers werden kontinuierlich
stündlich in einen mit Dampf von 180°C beheizten, mit sichelförmigen Mischelementen
ausgerüsteten Paddeltrockner dosiert und nach einer mittleren Verweilzeit von ca. 30
Minuten in einer gekühlten Förderschnecke abgekühlt. Die Prüfdaten des pulverförmi
gen Polymeren sind in Tabelle 6, 7 und 8 aufgelistet.
Eine durch Lösungspolymerisation in Gegenwart von 3 Gew.-% Polyvinylalkohol
(bezogen auf Acrylsäure) gewonnene, mit Trimethylolpropantriacrylat vernetzte
Polyacrylsäure, die zu 70 Mol-% neutralisiert als Natriumsalz vorlag, wurde nach dem
Trocknen und Mahlen auf eine Korngröße von 120 bis 500 µm abgesiebt.
Die Nachbehandlung des mit 1 Gew.-% einer 50%igen wäßrigen Ethylencarbonatlösung
beschichteten Polymerpulvers erfolgt im Drehrohrofen entsprechend DE 40 20 780. Die
Prüfdaten des erhaltenen pulverförmigen Polymeren sind in Tabelle 9 aufgelistet.
Das Vergleichspolymere B wird in einem hochtourig laufenden Mischer tropfenweise mit
2 Gew.-% einer Lösung aus 5 Teilen Polyethylenglykol 300, 10 Teilen Wasser und
5 Teilen Ethanol vermischt und anschließend in einem auf 180°C vorgeheizten Dreh
rohrofen mit Brüdenabsaugung 60 Minuten erwärmt. Nach Abkühlung und Absiebung
von 0,6% Überkorn zeigt das pulverförmige Polymere folgende Kenndaten:
Claims (17)
1. Pulverförmiges unlösliches, wasserquellbares, vernetztes, Wasser, wäßrige oder
seröse Flüssigkeiten absorbierendes Polymerisat, gebildet aus
- a) 55-99,9 Gew.-% polymerisierten ungesättigten, polymerisierbaren, säuregruppenenthaltenden Monomeren, die zu mindestens 25 Mol% neutralisiert sind,
- b) 0-40 Gew.-% polymerisierten ungesättigten, mit a) copolymerisierbaren Monomeren,
- c) 0,1-5,0 Gew.-% eines Vernetzungsmittels und
- d) 0-30 Gew.-% eines wasserlöslichen Polymeren,
wobei die Gewichtsmengen a) bis d) auf wasserfreies Polymer bezogen sind,
und das Polymerisatpulver mit einer mindestens zweifunktionellen, mit
Säuregruppen reaktionsfähigen Verbindung auf eine Temperatur von 150°C-250°C unter Vernetzung der Oberfläche erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das
Polymerisatpulver nochmals der oberflächenvernetzenden Behandlung mit 0,1-5
Gew.-% einer mindestens zweifunktionellen, mit Säuregruppen reaktionsfähigen
Verbindung bei einer Temperatur von 150°C-250°C unterworfen wird.
2. Absorbierendes Polymerisat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine
Retention von mindestens 34 g einer 0,9%igen Natriumchloridlösung pro g Harz,
eine Aufnahme von mindestens 18 g, bevorzugt mindestens 20 g einer 0,9%igen
Natriumchloridlösung pro g Harz unter einem Druck von 60 g/cm²
und eine Aufnahme von mindestens 12 g einer 0,9%igen Natriumchloridlösung pro g
Harz bei einer Flächenbelegung von über 90 mg Harz pro cm²
sowie einen Quelldruck von mindestens 600 g aufweist.
3. Absorbierendes Polymerisat nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich
net, daß es aus Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder 2-Acrylamido-2-methyl
propansulfonsäure als säuregruppenhaltigen Monomeren gebildet ist.
4. Absorbierendes Polymerisat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Säuregruppen enthaltenen Monomeren zu mindestens 50 Mol%
neutralisiert sind.
5. Wasserabsorbierendes Polymerisat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß es aus Acrylsäure, die zu 50-80 Mol% neutralisiert ist, gebildet
ist.
6. Wasserabsorbierendes Polymerisat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß wasserlösliche Polymere in Konzentrationen von 1-5 Gew.-%
eingesetzt werden.
7. Wasserabsorbierendes Polymerisat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß als wasserlösliche Polymere Stärke und/oder Polyvinylalkohol
eingesetzt werden.
8. Absorbierendes Polymerisat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Säuregruppen des Polymeren Carboxylgruppen sind und die
nochmalige oberflächenvernetzende Behandlung mit demselben vernetzenden Mittel
und wie in der ersten Behandlungsstufe erfolgt.
9. Absorbierendes Polymer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Säuregruppen des Polymeren Carboxylgruppen sind und die nochmalige oberflä
chenvernetzende Behandlung mit einem zur ersten Behandlungsstufe unter
schiedlichen vernetzenden Mittel oder mit Mischungen solcher Mittel erfolgt.
10. Absorbierendes Polymer nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
oberflächenvernetzenden Mittel Polyole, Polyamine, Alkylencarbonate sind.
11. Absorbierendes Polymer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
oberflächenvernetzenden Mittel Ethylencarbonat, Glycerin, Dimethylolpro
pionsäure, Polyethylenglykol und Triethanolamin sind und die Mittel gegebenenfalls
in Form wäßriger Lösungen verwendet werden.
12. Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen, wasserunlöslichen, vernetzten,
wäßrige und seröse Flüssigkeiten absorbierenden Polymerisates, das aus
- a) 55-99,9 Gew.-% polymerisierten ungesättigten, polymerisierbaren, säuregruppenenthaltenden Monomeren, die mindestens zu 25 Mol% neutralisiert sind,
- b) 0-40 Gew.-% polymerisierten ungesättigten, mit a) copolymerisierbaren Monomeren,
- c) 0,1-5,0 Gew.-% eines Vernetzungsmittels,
- d) 0-30 Gew.-% eines wasserlöslichen Polymeren,
wobei die Gewichtsmengen a) bis d) auf wasserfreies Polymer bezogen sind,
und das Polymerisatpulver mit einer mindestens zweifunktionellen, mit
Säuregruppen reaktionsfähigen Verbindung auf eine Temperatur von 150°C-250
°C erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisatpulver nochmals der -
oberflächenvernetzenden Behandlung mit 0,1-5 Gew.-% einer mindestens
zweifunktionellen, mit Säuregruppen reaktionsfähigen Verbindung bei einer
Temperatur von 150°C-250°C unterworfen wird.
13. Verwendung von wasserabsorbierenden Polymerisaten nach den Ansprüchen 1 bis
11 als Absorptionsmittel für Wasser und wäßrige Flüssigkeiten, insbesondere in
Konstruktionen zur Aufnahme von Körperflüssigkeiten.
14. Verwendung von Polymerisaten nach den Ansprüchen 1 bis 11 in Wasser und
wäßrigen Flüssigkeiten absorbierenden Konstruktionen, die hydrophile Fasern und 2-80 Gew.-% pulverförmiges Polymerisat bezogen auf Gesamtgewicht enthalten.
15. Verwendung von Polymerisaten nach den Ansprüchen 1 bis 11 als Wasser oder
wäßrige Flüssigkeiten absorbierende Komponente in strom- oder lichtleitenden
Kabeln, als Komponente in Verpackungsmaterialien, als Bodenverbesserungsmittel
und als künstlicher Boden zur Pflanzenzucht.
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