DE69312126T2

DE69312126T2 - Verfahren zu Herstellung eines absorbierenden Harzes

Info

Publication number: DE69312126T2
Application number: DE69312126T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Irie; Katsuhiro Kajikawa; Kinya Nagasuna; Kazutaka Yano
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2013-03-05
Also published as: EP0559476A1; EP0559476B1; DE69312126D1; US5532323A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Harzes. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Harzes mit einem hohem Absorptionsverhältnis, einem geringen wasserlöslichen Anteil und einer ausgezeichneten Stabilität gegen die Auswirkungen des Alterns.
Absorbierende Harze haben bisher Einsatz in verschiedenen Absorptionsmaterialien wie in Papierwindeln (oder Wegwerfwindeln), Sanitärartikeln, sowie als Wasserrückhaltemittel für den Erdboden Verwendung gefünden Die im Stand der Technik bekannten absorbierenden Harze dieser Art beinhalten zum Beispiel hydrolisiertes Stärke-acrylnitril-pfropfcopolymer, neutralisiertes Stärke-acrylsäure-pfropfcopolymer, vernetztes Acrylsäure oder Acrylatpolymer, teilweise vernetztes Polyethylenoxid sowie vernetzte Carboxymethylcellulose.
In den oben erwähnten vernetzten Polymeren bilden diejenigen vernetzten Polymere, die durch Copolymerisieren von Acrylsäure mit anderen wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Polymeren in Gegenwart eines Vernetzungsmomeren erhalten werden, den Hauptteil der absorbierenden Harze, da sie preiswerte Rohmaterialien nutzen, in den Absorptionseigenschaften überragen und nicht verfaulen können (JP-A-60-24807 und US-A-435 1922).
Diese absorbierenden Harze sind jedoch üblicherweise so aufgebaut, daß der Gehalt an wasserlöslichen Anteilen (die in Wasser löslich sind) proportional ansteigt, sowie sich die Absorptionsverhältnisse erhöhen. Wenn ein absorbierendes Harz, das einen hohen Gehalt an wasserlöslicher Komponente enthält, über einen langen Zeitraum verwendet wird, wie beispielsweise in einer Windel, so entsteht das Problem, daß sich eine klebrige Oberfläche auf der Windel ausbildet oder es ergibt sich das Problem, daß die Windel ausläuft, da das Absorbens die Durchlässigkeit der Windel für Flüssigkeit so stark beeinträchtigt, daß es das tatsächliche Absorptionsvermögen der Windel und das Diffusionsvermögen der Flüssigkeit in die Windel verringert. Wenn die Menge eines in dem absorbierenden Harz verwendeten Vernetzungsmittels erhöht wird, um proportional dazu den Gehalt an wasserlöslichen Komponenten zu verringern, so verringert sich das Absorptionsverhältnis des absorbierenden Harzes und der für das absorbierende Harz gelundene Einsatzbereich ist limitiert.
Zusätzlich zu dem oben erwähnten Problem des Gehaltes an wasserlöslichen Komponenten haben die absorbierenden Harze das Problem einer geringen Stabilität, die von der Fähigkeit des gequollenen Harzgels herrührt, der Wirkung des Alterns zu widerstehen. Wenn beispielsweise ein absorbierendes Harz in einer Windel verwendet wird, so verdirbt das gequollene Gel, welches durch das absorbierende Harz bei der Absorption von Urin produziert wird (Fluidizierung des Gels) im Verlauf der Zeit und führt schließlich zu einer Reduktion der Absorptionseigenschaften. Entsprechend besteht, wenn ein absorbierendes Harz über längere Zeit im landwirtschaftlichen Einsatz verwendet wird, die Möglichkeit, daß es Abbau und Zersetzung unterliegt.
Um das gequollene Gel des absorbierenden Harzes davor zu schützen, daß es Abbau und Zersetzung unterliegt, sind im Stand der Technik Verfahren bekannt, die auf dem Einbringen eines sauerstoffenthaltenden, reduzierenden anorganischen Salzes oder eines Radikalketteninhibitors in das absorbierende Harz beruhen (JP- A 63-118375 und JP-A-63-152667), ein Verfahren, das bewirkt, daß ein Oxydationsmittel in dem absorbierenden Harz enthalten ist (JP-A 63-153060), sowie ein Verfahren, das bewirkt, daß ein schwefelenthaltendes Reduktionsmittel in dem absorbierenden Harz enthalten ist (JP-A 63-272349). Diese Verfahren machen jedoch unverändert die Verwendung von Additiven in dem absorbierenden Harz notwendig, um eine Verschlechterung des absorbierenden Harzes zu begrenzen. Die Verwendung solcher Additive in dem absorbierenden Harz ist im Hinblick auf die Sicherheit im Licht der Tatsache, daß das absorbierende Harz möglicherweise in sanitären Artikeln verwendet wird immer wünschenswert.
Es wurde ein weiteres Verfahren vorgeschlagen, welches es dem absorbierenden Harz ermöglicht, eine verbesserte Stabilität zu erreichen, um der Wirkung des Alterns zu widerstehen, indem das Vernetzungsmittel in erhöhter Menge verwendet wird, wobei die Vernetzungsdichte des absorbierenden Harzes erhöht und die Gelstärke verbessert wird. Verleiht man dem absorbiertenden Harz eine ausreichende Stabilität, um der Wirkung des Alterns zu widerstehen, so hat dies den Nachteil einer extremen Verringerung des Absorptionsverhältnisses des absorbierenden Harzes aufgrund des hohen Vernetzungsgrades.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein neues Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Harzes zur Verfügung zu stellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Harzes zur Verfügung zu stellen, das ein hohes Absorptionsverhältnis hat, eine wasserlösliche Komponente nur in geringem Anteil enthält und in der Stabilität gegen die Auswirkungen des Alterns überragend ist.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung des absorbierenden Harzes mittels Polymerisation eines wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren in der Gegenwart eines Vernetzungsmittels und Wärmebehandlung des erhaltenen Polymeren erreicht, wobei dieses Herstellungsverfahren durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß das Vernetzungsmittel ein Vernetzungsmittel ist, das zumindest zwei polymerisierbare ungesättigte Gruppen besitzt und weiterhin zwischen den zwei polymerisierbaren ungesättigten Gruppen zumindest eine Einheit besitzt, die durch die Formel I
(CH&sub2;CH&sub2;OR¹O) (I) repräsentiert wird, wobei R¹ eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, das Vernetzungsmittel in einem Anteil im Bereich von 0,01 bis 0,3 mol-%, bezogen auf die Menge des wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren verwendet wird und die Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 160º bis 230ºC ausgeführt wird.
Das absorbierende Harz, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten wird, hat im Vergleich zu den herkömmlichen absorbierenden Harzen ein hohes Absorptionsverhältnis, enthält einen kleinen Anteil an wasserlöslicher Komponente und hat eine ausgezeichnete Stabilität, um der Wirkung des Alterns zu widerstehen. Es erzeugt deshalb nur geringfügig ein Gefühl von Klebrigkeit wenn es quillt, zeigt eine zufriedenstellende Durchlässigkeit gegenüber Flüssigkeiten und behält diese wünschenswerten Eigenschaften über einen langen Zeitraum. Daher findet es ausdehnte Verwendung in Sanitärartikeln, als Ingenieur-Baumaterialien, landwirtschaftliche Hilfsmittel, usw.
Das erfindungsgemäß verwendete, wasserlösliche, einfach ethylenisch ungesättigte Monomere unterliegt keiner besonderen Einschrähkung mit der Ausnalime, daß es erforderlich ist, daß es ein Monomeres ist, welches eine ethylenisch ungesättigte Gruppe besitzt und Löslichkeit in Wasser zeigt. Die wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren, die wirksam hierfür verwendet werden können, beinhalten beispielsweise säuregruppenenthaltene Monomere wie (Meth)acrylsäure, Itaconsäure, 2-(Meth)acryloyl-ethansulfonsäure, 2- (Meth)acryloyl-propansulfonsäure, 2-(Meth)acrylamid-2-methylpropansulfonsäure, Vinylsulfonsäure und Styrolsulfonsäure, Metallsalze, Ammoniumsalze der oben erwähnten säureradikaleenthaltenden Monomeren, nichtionische, hydrophile Gruppen enthaltende Monomere wie (Meth)acrylamide und Alkoxypolyethylenglykol-(meth)acrylate, aminogruppenenthaltende Momomere wie Diethylaminoethyl-(meth)acrylat, Diethylaminopropyl-(meth)acrylat und Dimethylaminopropyl-(meth)acrylamid, sowie Quarternisierungsprodukte der oben erwähnten, ammogruppenenthaltenden Monomeren. Ein Mitglied oder eine Mischung aus zwei oder mehr Mitgliedern, ausgewählt aus der oben aufgezählten Gruppe der wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren kann verwendet werden.
Vorzugsweise ist das wasserlösliche, einfach ethylenisch ungesättigte Monomere ein Monomer, das 50 Gew.-% oder mehr von mindestens einem Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure und deren Alkalimetalisalzen, Ammoniumsalzen und Aminsalzen enthält. Die oben erwähnten Salze haben vorzugsweise eine Neutralisationsrate im Bereich von 30 bis 80%. Die Neutralisation kann nach der Polymerisation durchgeführt werden.
Das wasserlösliche, einfach ethylenisch ungesättigte Monomere kann in Kombination mit anderen Monomeren verwendet werden, die hierzu in einer Menge zugegeben werden, die nicht groß genug ist, um die Qualität des herzustellenden absorbierenden Harzes ernsthaft zu beeinträchtigen. Weiterhin kann das wasserlösliche, einfach ethylenisch ungesättigte Monomere eine natürliche makromolekulare Substanz darin eingeschlossen enthalten, wie zum Beispiel Stärke, Cellulose oder Polyvinylalkohol oder eine künstliche, polymere Substanz als Pftopfkomponente, wenn es der Polymerisation unterzogen wird. Die anderen Monomeren, die wirksam hierin in Kombination mit dem wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren verwendet werden können, beinhalten zum Beispiel Methyl(meth)acrylate, Ethyl(meth)acrylate, Butyl(meth)acrylat, Vinylacetat und Vinylpropionat. Falls erforderlich kann eine Mischung aus zwei oder mehr von diesen Monomeren verwendet werden.
Das erfindungsgemäß verwendete Vernetzungsmittel (von hier an als Vernetzungsmittel (I) bezeichnet) ist eine Verbindung, die zumindest eine Einheit enthält, wie sie durch die folgende Formel I repräsentiert wird:
(CH&sub2;CH&sub2;OR¹O) (I)
wobei R¹ eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, zwischen mindestens zwei polymerisierbaren ungesättigten Gruppen ist. Die Alkylengruppe aus 2 bis 4 Kohlenstoffatomen kann entweder von linearer Struktur oder von verzweigter Struktur sein. Die folgenden Gruppen sind typische Beispiele.
Das Molekulargewicht des Vernetzungsmittels (I) übersteigt vorzugweise nicht 6.000. Vorzugsweise liegt es im Bereich von 214 bis 5.000, besonders bevorzugt im Bereich von 214 bis 2.500.
Typische Beispiele für das Vernetzungsmittel sind Verbindungen der Struktur, die durch folgende Formel V repräsentiert wird
wobei R² und R³ unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine Methylgruppe darstellen und n eine Zahl von 2 bis 100, vorzugsweise von 2 bis so ist, sowie Verbindungen der Struktur, die durch die folgende Formel VI repräsentiert wird
wobei R² und R³ unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine Methylgruppe sind und X eine zweibindige organische Gruppe mit 1 bis 100, vorzugsweise 1 bis 50 Struktureinheiten (A) ist, die durch die Formel -CH&sub2;CH&sub2;O- repräsentiert werden sowie 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 10 Struktureinheiten (B), repräsentiert durch die Formel -R&sup4;O-, wobei R&sup4; eine Alkylengruppe mit 3 oder 4 Kohlenstoffatomen darstellt, die linear in einer willkürlichen Anordnung miteinander verbunden sind, oder eine zweibindige organische Gruppe mit 1 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3 Struktureinheiten (C), repräsentiert durch die Forrnel (CO - CH = CH - CO - O ), 2 bis 100, vorzugsweise 4 bis 50 Sturktureinheiten (D), repräsentiert durch die Formel - CH&sub2;CH&sub2;O - und 0 bis 20, bevorzugt 0 bis 10 Struktureinheiten (E), repräsentiert durch die Formel - R&sup5;O -, wobei R&sup5; eine Alkylengruppe mit 3 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, die in linearer, willkürlicher Anordnung miteinander verbunden sind.
Die Alkylengruppe mit 3 oder 4 Kohlenstoffatomen kann entweder in linearer Struktur oder in verzweigter Struktur vorliegen, ähnlich wie oben erwähnt bei R¹.
Typische Vernetzungsmittel (I) sind beispielsweise Polyethylenglycoldi(meth)acrylat, Di(meth)acrylat von einem Polyethylenglycol-polypropylenglycol block-copolymer, Di(meth)acrylat von einem Polyethylenglycol polypropylenglycol-random-copolymer, Fumarsäure-di(polyethylenglycolmono(meth)acrylat)ester, Maleinsäure-di(polyethylenglycol- mono(meth)acrylat)ester, usw.
Erfindungsgemaß können alle bisher im Stand der Technik wohl bekannten Vernetzungsmittel als ein zweites Vernetzungsmittel (von hier an als Vernetzungsmittel (II) bezeichnet) in geringer Menge in Kombination mit den Vernetzungsmitteln, die die durch Formel I repräsentierte Einheit besitzen, verwendet werden. Die Menge des zweiten Vernetzungsmittel, das wahlweise verwendet werden kann, beträgt üblicherweise nicht mehr als 0,01 mol-%, bezogen auf die Menge des wasserlöslichen, ethylenisch ungesättigten Monomeren.
Es ist bei gebührender Würdigung der Aufgaben der vorliegenden Erfindung notwendig, daß das Vernetzungsmittel (I) in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 0,3 mol-%, bezogen auf die Menge des wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren verwendet wird. Wenn die Menge des Vernetzungsmittels geringer als 0,01 mol-% ist, so erwächst die Möglichkeit, daß der Gehalt an wasserlöslicher Komponente, der in dem absorbierenden Harz produziert wird, ungebührlich ansteigt. Wenn im Gegensatz dazu diese Menge 0,3 mol-% übersteigt, so ergibt sich daraus die Möglichkeit, daß die Wärmebehandlung keine signifikante Verbesserung der Absorptionseigenschaften des erhaltenen absorbierenden Harzes hervorruft. Vorzugsweise liegt diese Menge im Bereich von 0,03 bis 0,2 mol-%.
Erfindungsgemäß kann nahezu jedes Verfahren angewendet werden, um die Polymerisation eines wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart des oben erwähnten Vernetzungsmittels (I) zu bewirken. Vorzugsweise wird ein Verfahren verwendet, das das Polymerisieren einer wässrigen Lösung von Monomerverbindungen einschließlich einem wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart des oben erwähnten Vernetzungsmittels (I) beinhaltet. Als Polymerisationsverfahren sind verschiedene Verfahren wie die wässrige Lösungspolymerisation oder die Phasenumkehrsuspensionspolymerisation einsetzbar. Insbesondere das Verfahren der wässrigen Lösungspolymerisation oder das Verfahren der Phasenumkehrsuspensionspolymerisation erscheinen vorteilhaft, wenn man die Verarbeitbarkeit während der Polymerisation und die Absorptionseigenschaften des herzustellenden absorbierenden Harzes in Betracht zieht.
Für die Initierung der Polymerisation können verschiedene Verfahren ausgewählt werden, wie zum Beispiel ein Verfahren, welches auf der Verwendung eines radikaischen Polymerisationsinitiators beruht, sowie ein Verfahren, welches sich auf die Bestrahlung mit Strahlung, Elektronenstrahl oder ultraviolettem Licht bezieht (im Falle der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht kann zusätzlich ein Fotopolymerisationsinitiator verwendet werden). Die radikalischen Polymerisationsinitiatoren, die wirksam hierfür verwendet werden, beinhalten beispielsweise wasserlösliche, radikalische Polymerisationsinitiatoren, wie sie im allgemeinen verwendet werden und die durch Persulfate wie Kahumpersulfat, Natriumpersulfat und Ammoniumpersulfat repräsentiert werden, Hydroperoxide wie Wasserstoffperoxid, t-Butylhydroperoxid und Cumolhydroperoxid, sowie Azoverbindungen wie 2,2-Azobis-2-amidinopropan-hydrochlorid. Ein Mitglied oder eine Mischung aus zwei oder mehr Mitgliedern, ausgewählt aus der oben erwähnten Gruppe von radikalischen Polymerisationsinitiatoren kann verwendet werden. Es ist ebenfalls erlaubt, einen Redoxinitiator zu verwenden, der durch die Kombination eines solchen radikalischen Polymerisationsinitiators mit einem Reduktionsmittel erhalten wird, beispielsweise einem Sulfit, einer Eisen-(II)- Verbindung oder L-Ascorbinsäure. Die Menge des radikalischen Polymerisationsinitiators, die verwendet wird, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,005 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Monomeren.
Wenn das Polymere durch das Verfahren der wässrigen Lösungspolymerisation oder das Verfahren der Phasenumkehrsuspensionspolymerisation hergestellt wird, wird das Monomere üblicherweise in Form einer wässrigen Lösung verwendet.
Obwohl die Monomerkonzentration der wässrigen Monomerlösung in weitem Bereich ausgewählt werden kann, ist es üblicherweise vorteilhaft, zumindest 20 Gew.-%, besser zwischen 25 Gew.-% als Minimum und der Sättigungskonzentration zu verwenden. Die Synthese kann falls erforderlich in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels durchgeführt werden. Die hierfür wirksam verwendbaren organischen Lösungsmittel beinhalten mit Wasser verträgliche Alkohole wie zum Beispiel Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol, mit Wasser verträgliche Ether wie Tetrahydrofuran und Dioxan, mit Wasser verträgliche Ketone wie Aceton und Methylethylketon, mit Wasser verträgliche Nitrile wie Acetonitril sowie mit Wasser verträgliche Amide wie N,N-Dibutylformamid.
Die Temperatur der Polymerisation liegt üblicherweise, obwohl weitgehend variabel in Abhängigkeit von der Art des verwendeten radikalischen Polymerisationsinitiators, im Bereich von 0 bis 150ºC, bevorzugt 10º bis 100ºC. Der Druck der Atmosphäre, die den Reaktionsort umhüllt, kann auf einen geeigneten Wert zwischen Vakuum und einem erhöhten Druck eingestellt werden.
Die Polymerisationstemperatur kann durch Auswahl der Kombination von Art und Menge des verwendeten radikalischen Polymerisationsinitiators und durch den umgebenden Druck kontrolliert werden.
Für die vorliegende Erfindung ist es unerläßlich, daß das durch die Polymerisation erhaltene Polymer in einem bestimmten Temperaturbereich von 160º bis 230ºC wärmebehandelt wird. Wird die Wärmebehandlung bei einer Temperatur niedriger als 160ºC oder höher als 230ºC ausgeführt, so leidet das erhaltene absorbierende Harz an einer unangebracht geringen Absorptionsrate und an einem unangebracht hohen Gehalt an wasserlöslicher Komponente für die Absorptionsrate. Bevorzugt liegt die Temperatur der Wärmebehandlung im Bereich von 180º bis 200ºC. Als Vorbereitung für die Wärmebehandlung befindet sich das Polymer vorzugsweise im hydratisierten Zustand. Der Wassergehalt des Polymeren vor der Wärmebehandlung liegt wünschenswerterweise im Bereich von 30 bis 95 Gew.-%, bevorzugt von 60 bis 95 Gew.-%.
Als konkrete Wege der Wärmebehandlung des Polymeren im hydratisierten Zustand im oben erwähnten bestimmten Temperaturbereich können ein Verfahren, welches das Trocknen des Polymeren im hydratisierten Zustand gleichzeitig mit der Wärmebehandlung beinhaltet, ein Verfahren, welches die Wärmebehandlung durchführt, nachdem das Polymere durch Zugabe von Wasser auf den optimalen Wassergehalt eingestellt wurde, ein Verfahren, welches die Erwärmung des Polymeren im hydratisierten Zustand auf eine Temperatur beinhaltet, die 160ºC nicht überschreitet, wobei der Wassergehalt des Polymeren herabgesetzt wird und das erhaltene Harz anschließend der Wärmebehandlung unterzogen wird, sowie ein Verfahren, bei welchem das Polymer im hydratisierten Zustand ohne einen bemerkenswerten Verlust des Wassergehaltes der Wärmebehandlung unterzogen wird, erwähnt werden.
Das als Folge der Wärmebehandlung erhaltene absorbierende Harz kann, falls erforderlich, getrocknet und, falls weiter erforderlich, pulverisiert, klassifiziert und zum Produkt vollendet werden.
Für die Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung kann jede herkömmliche Trocknungsvorrichtungen oder Heizofen verwendet werden. Die Vorrichtungen, die für die Wärmebehandlung wirksam genutzt werden können beinhalten beispielsweise einen gerippten Rührtrockner, einen Rotationstrockner, einen Scheibentrockner, einen Knettrockner, einen Heißlufttrockner, einen Fließbetttrockner, einen Luftstromtrockner, einen Infrarottrockner und einen Induktionsheiztrockner.
Um die erfindungsgemäßen Aufgaben zu erfüllen, ist es vorteilhaft, die Polymerisation unter solchen ausgewählten Bedingungen durchzuführen, daß das Absorptionsverhältnis des durch die Wärmebehandlung bei einer von dem bestimmten, erfindungsgemäßen Temperaturbereich abweichend erhaltenen Harz geringer als 55 g/g, besser geringer als 50 g/g ist, wobei das Absorptionsverhältnis des absorbierenden Harzes, das bei der Wärmebehandlung bei einer Temperatur im besonderen, erfindungsgemäßen Temperaturbereich erhalten wurde, 55 g/g oder mehr beträgt. Wenn das durch Wärmebehandlung des Polymeren bei einer Temperatur, die von dem bestimmten, erfindungsgemäßen Temperaturbereich abweicht, erhaltene Harz ein Absorptionsverhältnis von 55 g/g oder mehr annimmt, so tendiert die Wärmebehandlung, die gleichzeitig bei einer Temperatur im bestimmten, erfindungsgemäßen Temperaturbereich durchgeführt wird dazu, daß sich ein erhöhter Gehalt an wasserlöslicher Komponente in dem erhaltenen Harz ergibt. Als Ergebnis kann daraus die Möglichkeit entstehen, daß das absorbierende Harz mit einer hohen Absorptionsrate und einem geringen Gehalt an wasserlöslicher Komponente, sowie erfindungsgemäß gefordert, nicht erhalten werden kann. Um die Absorptionsrate des bei der Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die von dem bestimmten, erfindungsgemäßen Temperaturbereich abweicht, erhaltenen Harzes auf unter 55 g/g zu verringern ist es ausreichend, die Art und/oder die Menge des verwendeten Vernetzungsmittels (I) für die Herstellung des Polymeren geeignet einzustellen, oder das Vernetzungsmonomer (I) in Kombination mit dem zweiten Vernetzungsmittel zu verwenden.
Als Vorbereitung für die Wärmebehandlung des Polymeren bei einer Temperatur im bestimmten, erfindungsgemäßen Temperaturbereich kann das Polymere mit einem dritten Vernetzungsmittel (von hier an als Vernetzungsmittel (III) bezeichnet) vermischt werden, welches zwei oder mehr funktionelle Gruppen besitzt, die dazu fähig sind, mit den funktionellen Gruppen des Polymeren zu reagieren. Daher reagiert das Polymere mit dem Vernetzungsmittel (III) an der Oberfläche des Reaktionssystems wenn die Wärmebehandlung beginnt, um die Vernetzungsdichte in der Oberflächenregion der Polymerteilchen zu erhöhen und das hergestellte absorbierende Harz in seinen Absorptionseigenschaften und der Stabilität gegen die Auswirkungen des Alterns, weiter zu verbessern.
Die Verbindungen, die wirksam hierbei als Vernetzungsmittel (III) verwendet werden können, beinhalten unter der Voraussetzung, daß das absorbierende Harz eine Carboxylgruppe besitzt, beispielsweise Polyalkohole, Polyglycidylether, Polyamine, Polyaziridine, Polyisocyanate, Alkylencarbonate und mehrwertige Metallsalze. Die bevorzugt hierbei verwendete Menge an Vernetzungsmittel (III) liegt im Bereich von 0,005 bis 5 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt 0,01 bis 1 Gewichtsteil, bezogen auf die Menge von Feststoff als 100 Gewichtsteile. Wenn das Vernetzungsmittel (III) vor der Wärmebehandlung mit dem Polymeren oder mit dem absorbierenden Harz nach der Wärmebehandlung vermischt wird, so ist es vorteilhaft, Wasser oder ein hydrophiles organisches Lösungsmittel zur Kontrolle des Eindringens der Vernetzungmittels (III) in das Polymere zu verwenden. Die hierfür wirksam verwendbaren, hydrophilen organischen Lösungsmittel beinhalten zum Beispiel Alkohole wie Methanol, Ethanol und Propanol, Ether wie Tetrahydrofuran und Dioxan, Ketone wie Aceton und Methylethylketon und Nitrile wie Acetonitril. Diese hydrophilen organischen Lösungsmittel können entweder alleine oder in Form einer Mischung aus zwei oder mehr Mitgliedern verwendet werden. Die Vernetzungsbehandlung unter Verwendung des Vernetzungsmittels (III) kann auf dem absorbierenden Harz ausgefülrrt werden, das als Folge der Wärmebehandlung erhalten wird.
Im folgenden wird die Erfindung eingehender mit Bezug auf Arbeitsbeispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die Arbeitsbeispiele beschränkt. Die Absorptionsrate, der Gehalt an wasserlöslicher Komponente, die Klebrigkeit des Geis und die Stabilität des Gels, gegen die Auswirkungen des Alterns, die von den in den Arbeitsbeispielen und den in den Vergleichsexperimenten hergestellten Harzen erhalten werden, werden wie folgt bestimmt.

(a) Absorptionsrate

Etwa 0,200 g eines gegebenen absorbierenden Harzpulvers werden entnommen, genau ausgewogen und gleichmäßig in eine teebeutelartige Tasche (40 mm x 50 mm) aus Faservlies eingebracht. Die die Probe enthaltene Tasche wird in eine wässrige, 0,9%-ige Natriumchloridlösung eingetaucht und 30 Minuten darin belassen. Am Ende dieser Zeit wird die feuchte Tasche gewogen. Die gleiche, teebeutelartige Tasche, die aber keine Probe enthält, wird in der gleichen Art und Weise mit der wässrigen Lösung getränkt. Diese feuchte Tasche wird als Referenz verwendet. Das Absorptionsverhältnis der absorbierenden Harzprobe wird in Übereinstimmung mit der folgenden Formel 1 berechnet:
Absorptionsverhältnis (g/g) = [Gewicht nach der Absorption (g) - Referenz (g)]/[exaktes Gewicht des absorbierenden Harzpulvers (g)]. (1)

(b) Gehalt an wasserlöslicher Komponente

Etwa 0,500 g eines gegebenen absorbierenden Harzpulvers werden in 1000 ml deionsiertem Wasser dispergiert und darin 12 Stunden lang gerührt. Die erhaltene Suspension wird durch ein Filterpapier filtriert. Das Filtrat wird auf seinen Feststoffgehalt untersucht. Der Gehalt an wasserlöslicher Komponente der Probe wird in Übereinstimmung mit der folgenden Forrnel 2 bestimmt:
Gehalt an wasserlöslicher Komponente (Gew.-%) = [Gewicht des deonisierten Wassers (g) x Feststoffgehalt des Filtrates (Gew.-%)] /0,500 (g). (2)

(c) Klebrigkeit des Gels

Das gequollene Gel der Probe, die der Untersuchung der Absorptionsrate wie oben unter (a) unterzogen wurde, wird durch Berühren mit einem Finger auf seine Klebrigkeit hin untersucht.
(d) Stabilität des Geis gegen die Auswirküngen des Alterns Exakt zwei (2,0) g eines gegebenen absorbierenden Harzpulvers werden mit 50 g menschlichem Urin von 10 männlichen Erwachsenen getränkt und bei 37ºC stehen gelassen. Das gequollene Gel des Probenpulvers wird optisch auf seinen Verschlechterungsgrad nach verschiedenen Intervallen von 6 Stunden, 12 Stunden und 18 Stunden untersucht. Der Grad der Verschlechterung wird auf einer Dreipunkteskala - Δ - X eingeordnet, wobei 0 für den Erhalt der Form des gewonnenen Geis steht, Δ für teilweisen Zusammenbruch der Form des gequollenen Gels und X für den vollständigen Zusammenbruch der Form des gequollenen Geis, begleitet von einer Veränderung zu einem Schlamm.

Beispiel 1

In einen ummantelten Zweiarmkneter aus rostfreiem Stahl mit einem Innenvolumen von 10 Litern und ausgerüstet mit zwei sigma(Σ)artigen Schaufeln werden 5.500 g einer wässrigen Lösung eines Monomeren vom Acrylat-Typ, bestehend aus 75 mol-% Natriumacrylat und 25 mol-% Acrylsäure (Monomerkonzentration 30 Gew.-%) und 8,09 g Polyethylenglycol-diacrylat (mittlere Zahl der Ethylenoxideinheiten 7) (0,1 mol-% bezogen auf die Menge des Monomeren) als Vernetzungsmittel (I) gegeben. Die im Reaktionssystem eingeschlossene Luft wird durch Einblasen von Stickstoffgas in den Kneter ersetzt.
Das Monomere im Reaktionssystem wird durch Erwärmen der Reaktanten in dem Kneter durch Hindurchleiten von warmem Wasser von 35ºC durch den Mantel polymerisiert, indem 2,5 g Ammoniumpersulfat und 2,5 g Natriumhydrogensulfit als Polymerisationsinitiatoren zu den Reaktanten hinzugegeben werden und der Inhalt des Kneters durch Rotation der sigmaförmigen Schaufeln mit 65 Umdrehungen pro Minute vermischt wird. Die Polymerisation wird für eine Stunde fortgesetzt. Nachdem die Reaktion vollständig ist werden 2.000 g fein verteilte, hydratisierte Gelteilchen auf ein Metallnetz mit einer Maschengröße von 0,3 mm gebracht und darauf mit heißer Luft bei einer Temperatur von 180ºC 2 Stunden lang getrocknet. Die getrockneten Teilchen werden unter Verwendung einer Hammermühle pulverisiert, um ein absorbierendes Harzes zu erhalten. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 58,9 g/g und einen Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 8,3% (siehe Tabelle 1).

Vergleichsbeispiel 1

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 1 folgt, mit der Ausnahme, daß das hydratisierte Gel mit heißer Luft bei einer Temperatur von 150ºC 2 Stunden lang getrocknet wird. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 48,7 g/g und einen Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 8,2 % (siehe Tabelle 1).

Vergleichsbeispiel 2

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 1 folgt, mit der Ausnahme, daß 9,92 g (0,1 mol-% bezogen auf die Menge des Monomeren) Polypropylenglycol-diacrylat (mittlere Zahl der Propylenoxideinheiten 7) anstelle des Vernetzungsmittels (I) verwendet werden. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 48,3 g/g und einen Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 11,1 % (siehe Tabelle 1).

Vergleichsbeispiel 3

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Vergleichsbeispiel 2 folgt, mit der Ausnahme, daß das hydratisierte Gel mit heißer Luft bei einer Temperatur von 150ºC zwei Stunden lang getrocknet wird. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 46,0 g/g und einen Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 10,2 % (siehe Tabelle 1).

Beispiel 2

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 1 folgt, mit der Ausnahme, daß 7,52 g (0,07 mol-%) eines Vernetzungsmittels, das durch die folgende Formel VII repräsentiert wird
anstelle des Vernetzungsmittels (I) verwendet wird. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 62,2 g/g und einen Anteil an wasserlöslicher Komponente von 8,3% (siehe Tabelle 1).

Vergleichsbeispiel 4

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 2 folgt, mit der Ausnahme, daß das hydratisierte Gel mit trockener Luft bei einer Temperatur von 150ºC zwei Stunden lang getrocknet wird. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 52,7 g/g und ein Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 8,1 % (siehe Tabelle 1).
Aus den Beispielen 1 und 2 sowie aus den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 kann entnommen werden, daß die Absorptionsraten geringer sind, wenn die Temperatur der Wärmebehandlung 150ºC beträgt und wenn die verwendeten Vernetzungsmittel andere sind als die erfindungsgemäßen Vernetzungsmittel (I)

Beispiel 3

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 1 folgt, mit der Ausnahme, daß 9,66 g (0,07 mol-%) eines Vernetzungsmittels, das durch die folgende Formel VIII repräsentiert wird anstelle des Vernetzungsmittels (I) verwendet wird. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 56,4% und einen Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 10,3% (siehe Tabelle 2).

Vergleichsbeispiel 5

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 3 folgt, mit der Ausnahme, daß die Menge des Vernetzungsmittels (I) das verwendet wird, auf 4,14 g (0,03 mol-% bezogen auf die Menge des Monomeren) geändert wird und, daß das hydratisierte Gel mit heißer Luft bei einer Temperatur von 150ºC zwei Stunden lang getrocknet wird. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 55,2 g/g und einen Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 18,4%. Das Gel des Harzes ist merklich klebrig und ist mangelhaft in seiner Fähigkeit fortgesetzten Widerstand gegen Einwirkung von Urin zu zeigen (siehe Tabelle 2).

Vergleichsbeispiel 6

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 3 folgt, mit der Ausnahme, daß 1,66 g (0,03 mol-% bezogen auf die Menge des Monomeren) Trimethylolpropan-triacrylat an Stelle des Vernetzungsmittels (I) verwendet werden. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 56,2 g/g und einen Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 20,2%. Das Gel ist klebrig und mangelhaft in seiner Fähigkeit, den Auswirkungen des Alterns zu widerstehen (siehe Tabelle 2). Aus Beispiel 3 und den Kontrollbeispielen 5 und 6 kann entnommen werden, daß der Gehalt an wasserlöslicher Komponente groß, die Klebrigkeit des Geis auffällig und die Fähigkeit des Gels, den Auswirkungen des Alterns zu widerstehen niedriger ist, wenn absorbierende Harze mit im wesentlichen gleichen Werten für die Absorptionsrate nach Verfahren hergestellt wurden, die nicht dem Verfahren der vorliegenden Erfindung entsprechen.

Beispiel 4

In den gleichen zweiarmigen Kneter wie in Beispiel 1 werden 5.500 g einer wässrigen Lösung einer Monomerkomponente bestehend aus 75 mol-% Kaliumacrylat und 20 mol-% Acrylsäure und 5 mol-% Acrylamid (Monomerkonzentration 35 Gew.-%) eingebracht und 14,1 g (0,1 mol-% bezogen auf die Menge des Monomeren) einer Verbindung, die durch die folgende Formel IX repräsentiert wird, als Vernetzungsmittel (I) zu der wässrigen Lösung zugegeben, und die in dem Reaktionsgefäß eingeschlossene Luft durch Einblasen von Stickstoffgas in den Kneter ersetzt.
Danach wird das Monomere der Reaktanten polymerisiert, indem 2,0 g Natriumpersulfat und 0,1 g L-Ascorbinsäure als Polymerisationsinitiator zu den Reaktanten zugegeben werden und der Inhalt des Kneters durch Rotieren der Sigmaschaufeln mit 65 U/Min. durchmischt wird.
Nachdem die Reaktion vollständig ist werden die fein verteilten Gelteilchen auf ein Metallnetz aufgebracht, das eine Maschengröße von 0,3 mm hat und mit heißer Luft bei einer Temperatur von 200ºC eine Stunde lang getrocknet. Die getrockneten Teilchen werden unter Verwendung einer Hammermühle pulverisiert, um ein absorbierendes Harz zu erhalten. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 59,2 g/g und einen Anteil an wasserlöslicher Komponente von 12,4% (siehe Tabelle 3).

Beispiel 5

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verlahren aus Beispiel 4 folgt, mit der Ausnahme, daß 60,5 g (0,15 mol-% bezogen auf die Menge des Monomeren) Polyethylenglycol-diacrylat (mittlere Anzahl der Ethylenoxideinheiten 45) an Stelle des Vernetzungsmittels (I) verwendet werden. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 57,3 g/g und einen Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 12,1 % (siehe Tabelle 3).

Vergleichsbeispiel 7

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 4 folgt, mit der Ausnahme, daß 0,72 g (0,03 mol-% bezogen auf die Menge des Monomeren) Methylen-bisacrylamid an Stelle des Vernetzungsmittels (I) verwendet werden. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 55,9 g/g und einen Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 20,4%. Das Gel ist klebrig und mangelhaft in seiner Fähigkeit, fortgesetzten Widerstand gegen die Einwirkung von Urin zu zeigen (siehe Tabelle 3).

Vergleichsbeispiel 8

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 4 folgt, mit der Ausnahme, daß die feinverteilten Gelteilchen mit heißer Luft bei einer Temperatur von 120ºC vier Stunden lang getrocknet werden. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 46,2 g/g und einen Gehalt an wasserlöslicher Komponente von 11,8 %. Die Absorptionsrate ist geringer als in Beispiel 4 (siehe Tabelle 3).

Beispiel 6

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem 100 Gewichtsteile des aus Beispiel 1 erhaltenen absorbierenden Harzes mit einer wässrigen Lösung aus 0,3 Teilen Glycerol, 2 Teilen Wasser und 8 Teilen Isopropanol, die eine Lösung des Vemetzungsmittels (III) bilden, vermischt werden, die erhaltene Mischung in eine Trockenvorrichtung bei 180ºC eingebracht wird und die Reaktanten darin 20 Minuten erwärmt werden, um die Vernetzungsreaktion zu bewirken. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 58 g/g und das Gel des Harzes zeigt zufriedenstellende Stabilität gegen die Auswirkungen des Alterns (siehe Tabelle 4).

Vergleichsbeispiel 9

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 6 folgt, mit der Ausnahme, daß das in Vergleichsbeispiel 6 erhaltene absorbierende Harz verwendet wird. Dieses absorbierende Harz hat ein Absorptionsverhältnis von 55 g/g. Die Stabilität des Gels gegen die Auswirkungen des Alterns ist geringfügig besser als die Stabilität des Geis aus Vergleichsbeispiel 6, aber noch weit entfernt davon, zufriedenstellend zu sein. Das Gel ist klebrig (siehe Tabelle 4).

Vergleichsbeispiel 10

Ein absorbierendes Harz wird erhalten, indem man dem Verfahren aus Beispiel 6 folgt, mit der Ausnahme, daß das in Vergleichsbeispiel 6 erhaltene absorbierende Harz mit der Lösung des Vernetzungsmittels (II) vermischt wird und die erhaltene Mischung 40 Minuten lang erwärmt wird. Das Absorptionsverhlältnis des absorbierenden Harzes ist 47 g/g. Das Gel des Harzes zeigt eine hochzufriedenstellende Stabilität gegen die Auswirkungen des Alterns. Es ist klebrig (siehe Tabelle 4). Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3 Tabelle 4

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Harzes durch Polymerisation eines wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart eines Vernetzungsmittels und Wärmebehandlung des erhaltenen Polymeren, wobei das Herstellungsverfahren dadurch charakterisiert ist, daß das genannte Vemetzungsmittel ein Vernetzungsmittel ist, das mindestens zwei ungesättigte polymerisierbare Gruppen besitzt und weiterhin zwischen diesen beiden ungesättigten polymerisierbaren Gruppen mindestens eine Einheit besitzt, die durch Formel I

(CH&sub2;CH&sub2;OR¹O) (I)

repräsentiert wird, wobei R¹ eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, das genannte Vernetzungsmittel in einem Anteil im Bereich von 0,01 bis 0,3 Mol-%, bezogen auf die Menge des genannten wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren, verwendet wird und die Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 160º bis 230ºC ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Vernetzungsmittel ein Molekulargewicht von 6000 oder weniger besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die genannte Alkylengruppe zumindest aus einer Klasse bestehend aus den folgenden Gruppen ausgewählt wird:

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Vemetzungsmittel eine Struktur besitzt, die durch die folgende Formel V repräsentiert wird

wobei R² und R³ unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine Methylgruppe bedeuten und n für eine Zahl im Bereich von 2 bis 100 steht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Vemetzungsmittel eine Verbindung darstellt, die durch die folgende Formel VI repräsentiert wird

wobei R² und R³ unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine Methylgruppe sein können und X eine zweibindige organische Gruppe ist, die 1 bis 100 Struktureinheiten (A) enthält, die durch die Formel -CH&sub2;CH&sub2;O- repräsentiert werden, sowie 1 bis 20 Struktureinheiten (B), die durch die Formel -R&sup4;O- repräsentiert werden, wobei R&sup4; eine Alkylengruppe mit 3 oder 4 Kohlestoffatomen darstellt, die linear in willkürlicher Reihenfolge miteinander verbunden sind, oder eine zweibindige organische Gruppe mit 1 bis 5 Struktureinheiten (C), die durch die Formel (-CO-CH=CH-CO-O-) repräsentiert werden, 2 bis 100 Struktureinheiten (D), die durch die Formel -CH&sub2;CH&sub2;O- repräsentiert werden sowie 0 bis 20 Struktureinheiten (E), die durch die Formel -R&sup5;O- repräsentiert werden, wobei R&sup5; eine Alkylengruppe mit 3 bis 4 Kohlestoffatomen ist, die linear in willkürlicher Anordnung miteinander verbunden sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Vernetzungsmittel in einem Anteil im Bereich von 0,03 bis 0,2 Mol-%, bezogen auf die Menge des genannten wasserlöslichen, einfach ethylenisch ungesättigten Monomeren verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte wasserlösliche, einfach ethylenisch ungesättigte Monomere 50 Gew.-% oder mehr von mindestens einem Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure und Alkalimetallsalzen, Ammoniumsalzen und Aminsalzen von Acrylsäure, enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Polymer, das der Wärmebehandlung unterzogen werden soll, in einem wasserhaltigen Zustand vorliegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das genannte Polymer einen Wassergehalt im Bereich von 30 bis 95 Gew.-% hat.

10. Verfähren nach Anspruch 1, wobei die genannte Wärmebehandlung des genannten Polymeren bei einer Temperatur im Bereich von 180º bis 200ºC ausgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die genannte Wärmebehandlung des genannten Polymeren in Gegenwart eines weiteren Vemetzungsmittels ausgeführt wird, welches zumindest zwei reaktive Gruppen besitzt, die dazu fähig sind, mit den funktionellen Gruppen des genannten Polymeren zu reagieren.