WO1998016308A1 - Composite materials - Google Patents

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WO1998016308A1
WO1998016308A1 PCT/EP1997/005664 EP9705664W WO9816308A1 WO 1998016308 A1 WO1998016308 A1 WO 1998016308A1 EP 9705664 W EP9705664 W EP 9705664W WO 9816308 A1 WO9816308 A1 WO 9816308A1
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WO
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acid
composite materials
water
materials according
foam
Prior art date
Application number
PCT/EP1997/005664
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German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Kroner
Hans-Joachim HÄHNLE
Martin Rübenacker
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
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Publication of WO1998016308A1 publication Critical patent/WO1998016308A1/en

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D17/00Pigment pastes, e.g. for mixing in paints
    • C09D17/004Pigment pastes, e.g. for mixing in paints containing an inorganic pigment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075Macromolecular gels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/01Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function

Definitions

  • the present invention relates to composite materials made of inorganic minerals and polymer gels and their use.
  • Composite materials made from inorganic minerals and naturally occurring organic polymers are known and widely used in nature. They include e.g. Shellfish shells, coral reefs, snail shells, egg shells, bones, teeth and antlers. Shellfish and mother-of-pearl e.g. are natural composite materials that consist of 95 to 99% by weight of calcium carbonate and 1 to 5% by weight of proteins and chitin. These composites, also known as bio-minerals, are notable for their hardness and strength, but are not brittle, while synthetic inorganic solids generally also have an undesirable brittleness in addition to their hardness, which leads to breakage of the materials when impacted.
  • JP-A-55124-651 describes the production of composites from CaC0 3 and plastic films or synthetic papers by carbonizing Ca (OH) 2 with C0 2 in the presence of polymers of isobutene and maleic anhydride.
  • JP-A-54149-399 describes the production of cubic CaC0 3 by crystallization from Ca (OH) 2 and C0 2 in the presence of polyacrylic acids and other additives, such as, for example, alkali metal chlorides. -carbonates, -hydrogencarbonates and glycerol and a water-soluble saccharide.
  • JP-A-53002-557 describes the preparation of an aqueous 5 CaC0 3 dispersion with a solids content of 40 to 70% by weight by reaction of Ca (OH) 2 and C0 2 in a solution of polyacrylic acid with a molecular weight of about 9000 or an alkali salt thereof.
  • control agents such as e.g. 20 sodium hexamethaphosphate or various polymers, such as polyacrylic acid with a molecular weight of 800 to 20,000, sulfo-containing polymers, polymaleic acids and polyacrylamides.
  • the object is achieved if the composite materials comprise a polymer gel and an inorganic salt or mineral.
  • the invention therefore relates to composite materials comprising A) at least one water-swellable polymer gel, B) at least one electroneutral compound which comprises one or more cations (s) and one or more anion (s) (the charges of the cations and anions being different compensate each other so that the connection is electroneutral), as well as other components if necessary.
  • the composite materials according to the invention contain at least one water-swellable polymer gel A).
  • Suitable polymer gels A) are gels with limited swellability. It can be natural polymer gels, especially based on carbohydrates or proteins.
  • Suitable carbohydrates are e.g. cross-linked starch and cellulose and derivatives thereof.
  • Suitable crosslinking agents are diols, such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, etc., dialdehydes, such as glutaraldehyde, epichlorohydrin, etc.
  • the carbohydrates can also be chemically modified, e.g. by alkylation, hydroxyalkylation, carboxyalkylation.
  • Examples of chemically modified carbohydrates are methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose etc., all of which are commercially available.
  • Suitable polymer gels are e.g. So-called superabsorbers, which have a absorption capacity of up to 200 times their weight when swollen in liquids, such as water, without losing their geometric shape.
  • the polymer gels can have any regular or irregular shapes or can be applied to carrier materials. According to a special embodiment, these gels can be foam-shaped.
  • highly swellable gels are also suitable as polymer gels A), which lose their shape when swollen in liquids and change into a colloidal state.
  • Such gels are e.g. in EP-B-0 412 388 and are described inter alia in used as a thickener in textile printing, for thickening paper coating slips or for thickening aqueous paint dispersions.
  • Polymer gels A are preferably prepared by polymerizing a mixture (Ml) which a) contains at least one monomer with a hydrophilic group, in particular a water-soluble, monoethylenically unsaturated monomer, b) optionally contains a crosslinker with at least one two non-conjugated, ethylenically unsaturated double bonds, c) optionally at least one additional, copolymerizable, water-insoluble monoethylenically unsaturated monomer, d) at least one polymerization initiator, e) optionally at least one polymerization regulator and, if appropriate, further constituents, in water or a water-containing solvent mixture.
  • Ml a mixture
  • Ml a) contains at least one monomer with a hydrophilic group, in particular a water-soluble, monoethylenically unsaturated monomer
  • b) optionally contains a crosslinker with at least one two non-conjugated, ethylenically
  • Suitable monomers a) are, for example, monoethylenically unsaturated C 3 -C 25 -carboxylic acids or anhydrides, preferably C 3 - to C ⁇ -carboxylic acids and their amides and esters with amino alcohols of the formula
  • A is an alkylene radical with 2 to 5 carbon atoms
  • R 1 , R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen, methyl, ethyl and propyl and X® is an anion.
  • Suitable monomers a) are amides of the aforementioned carboxylic acids, which are derived from amines of the formula
  • the monomers a) are then, for example, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, acrylamide, methacrylamide, crotonic acid amide, dimethylaminoethyl acrylate, diethylaminoethyl acrylate, dimethylamino neopentylacrylate and dimethylaminoethyl methacrylate, dimethyl aminophenyl methacrylate, dimethyl methacrylate .
  • the basic acrylates and methacrylates or basic amides which are derived from the compounds of the formula II, are used in the form of their salts with strong mineral acids, sulfonic acids or carboxylic acids or in quaternized form.
  • the Anion X® then stands for the acid residue of the mineral acids or carboxylic acids or for a methosulfate, ethosulfate or halide from a quaternizing agent.
  • Suitable water-soluble monomers (a) are N-vinylpyrrolidone, N-vinylformamide, monoethylenically unsaturated sulfonic acids, such as, for example, vinylsulfonic acid, allylsulfonic acid, vinylphosphonic acid, vinyl lactic acid, sulfoethyl acrylate, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl acrylate, sulfopropyl methacrylate 3, 2-hydroxyl methacrylate, 2 acryloxy propylsulfonic acid, 2-hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, vinylphosphonic acid, vinylphosphoric acid and allylphosphonic acid.
  • sulfonic acids such as, for example, vinylsulfonic acid, allylsulfonic acid, vinylphosphonic acid, vinyl lactic acid, sulfoethyl acrylate
  • Suitable organic peroxides are, for example, acetyl acetone peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, tert. -Butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, tert. -Amyl perpivalate, tert. Butyl perpivalate, tert. Butyl perneohexanoate, tert. Butyl perisobutyrate, tert. -Butyl- per-2-ethylhexanoate, tert. Butyl perisononanoate, tert. Butyl per maleate, tert. Butyl perbenzoate, tert.
  • the reaction mixture heats up depending on the starting conditions chosen, such as the concentration of the monomers in the aqueous solution and the type of monomers. Due to the heat of polymerization released, the temperature of the reaction mixture rises to, for example, 30 to 180, preferably 40 to 130 ° C.
  • the polymerization can be carried out under normal pressure, under reduced pressure or under increased pressure. Working under increased pressure can be advantageous in such cases if the temperature maximum to be expected during the polymerization is above the boiling point of the solvent mixture used. On the other hand, it can be advantageous to lower the maximum temperature with the help of evaporative cooling by polymerizing under reduced pressure or by external cooling, especially in the production of very high molecular weight products.
  • the foaming being carried out by dispersing fine bubbles of a gas which is inert to free radicals, and
  • Preferred monomers a) for producing foam-like superabsorbers are acrylic acid, methacrylic acid, vinylsulfonic acid, acrylamidopropanesulfonic acid, or mixtures thereof.
  • the monomers a) are neutralized to at least 50 mol%, preferably to 65 mol%.
  • the bases mentioned above are used for neutralization, preferably sodium hydroxide solution or potassium hydroxide solution.
  • the above-mentioned components b) are suitable crosslinkers b) for the production of foam-like polymers A).
  • two different crosslinkers are used, one of which is water-soluble and the other of which is water-insoluble.
  • the hydrophilic crosslinker which is soluble in the aqueous phase of the reaction mixture, conventionally brings about a relatively uniform crosslinking of the resulting polymer, as is customary in the production of a superabsorbent.
  • the hydrophobic crosslinking agent which is insoluble or only sparingly soluble in the polymerizable aqueous mixture, accumulates in the surfactant boundary layer between the gas phase and the polymerizable aqueous phase. As a result, the surface of the foam is crosslinked more than the inner part of the superabsorbent hydrogel in the subsequent polymerization.
  • Products according to the invention with a core-shell structure show significantly improved properties compared to homogeneously cross-linked samples with regard to the uptake rate, distribution effect and gel stability.
  • polyvalent metal ions all of the water-insoluble crosslinkers described above, which can be assigned to the different groups, are suitable for producing foams with a core-shell structure, that is to say foams in which the entire surface is more strongly crosslinked than the underlying layer was referred to above as the core layer.
  • hydrophobic crosslinkers are diacrylates or dimethacrylates or divinyl ethers of alkanediols with 2 to 25 C atoms (branched, linear, with any arrangement of the OH groups), such as 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentylglycol, 1, 9-nonanediol or 1,2-dodecanediol, di-, tri- or polypropylene glycol diacrlyate or dimethacrylate, allyl acrylate, allyl methacryla, divinylbenzene, glycidyl acrylate or glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether and bisglycidyl ether of the alkane listed above.
  • photoinitiators are usually used as initiators. These can be, for example, so-called ⁇ -splitters, H-abstracting systems or also azides.
  • initiators are benzophenone derivatives such as Michlers ketone, phenanthrene derivatives, fluorene derivatives, anthraquinone derivatives, thioxanone derivatives, coumarin derivatives, benzoin ethers and their derivatives, substituted azo compounds such as the radical formers mentioned above Hexaarylbisimidazole or acylphosphine oxides.
  • azides examples include 2- (N, N-dimethylamino) ethyl 4-azidocinnamate, 2- (N, N-dimethylamino) ethyl-4-azidonaphthyl ketone, 2- (N, N-dimethylamino) -ethyl-4-azidobenzoate, 5-azido-l-naphthyl-2 '- (N, N-dimethylamino) ethylsulfone, N- (4-sulfonyl azidophenyl) maleimide, N-acetyl-4-sulfonyl azidoaniline, 4-sul- fonylazidoaniline, 4-azidoaniline, 4-azidophenacyl bromide, p-azide-topzoic acid, 2,6-bis (p-azidobenzylidene) cyclohexanone and 2,6-bis (p-
  • polymerization regulator e a polymerization regulator e
  • a mixture of several polymerization regulators Suitable polymerization regulators are those mentioned above.
  • the amounts of polymerization regulator e) can be up to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, based on the monomers used.
  • the polymerizable aqueous mixtures (M2) contain as component f) 0.1 to 20% by weight of at least one surfactant.
  • the tensides are of crucial importance for the production and stabilization of the foam.
  • Anionic, cationic or nonionic surfactants or surfactant mixtures which are compatible with one another can be used.
  • Low-molecular or polymeric surfactants f) can be used, combinations of different or similar types of surfactants having proven to be advantageous.
  • Suitable nonionic surfactants f) are, for example, addition products of alkylene oxides, in particular ethylene oxide, propylene oxide and / or butylene oxide with alcohols, amines, phenols, naphthols or carboxylic acids. Addition products of ethylene oxide and / or propylene oxide with alcohols containing at least 10 carbon atoms are advantageously used as surfactants, the addition products containing 3 to 200 moles of ethylene oxide and / or propylene oxide per mole of alcohol. The addition products contain the alkylene oxide units in the form of blocks or in a statistical distribution.
  • nonionic surfactants f) are, for example, addition products of 7 mol of ethylene oxide with 1 mol of tallow fatty alcohol, Additions of 9 moles of ethylene oxide to 1 mole of tallow fatty alcohol and addition products of 80 moles of ethylene oxide to 1 mole of tallow fatty alcohol are used.
  • nonionic surfactants include reaction products of oxo alcohols (isomer mixture of higher alcohols obtained by oxo synthesis) or Ziegler alcohols (primary, linear C ⁇ o to C 22 alcohols, obtained by oligomerization of ethylene and subsequent oxidation after the Ziegler-Alfol process) with 5 to 12 moles of ethylene oxide per mole of alcohol, in particular with 7 moles of ethylene oxide.
  • oxo alcohols is mixture of higher alcohols obtained by oxo synthesis
  • Ziegler alcohols primary, linear C ⁇ o to C 22 alcohols, obtained by oligomerization of ethylene and subsequent oxidation after the Ziegler-Alfol process
  • f are produced by ethoxylating castor oil. For example, 12 to 80 moles of ethylene oxide are added per mole of castor oil.
  • Preferred nonionic surfactants f) are, for example, the reaction products of 18 moles of ethylene oxide with 1 mole of tallow fatty alcohol, the addition products of 10 moles of ethylene oxide with 1 mole of a C 3 / Ci 5 oxo alcohol, or the reaction products of 7 to 8 moles of ethylene oxide with 1 mole a C ⁇ 3 / Ci 5 oxo alcohol.
  • Other suitable nonionic surfactants f) are phenol alkoxylates such as p-tert. -Butylphenol with 9 moles of ethylene oxide or methyl ether of reaction products from 1 mole of a -C 2 - to cig alcohol and 7.5 moles of ethylene oxide.
  • Suitable anionic surfactants f) are, for example, alkali metal or ammonium salts of sulfuric acid semiesters of addition products of ethylene oxide and / or propylene oxide with fatty alcohols, alkali metal or ammonium salts of alkylbenzenesulfonic acid or of alkylphenol ether sulfates.
  • the nonionic surfactants f) described above can be converted into the corresponding sulfuric acid semiesters, for example by esterification with sulfuric acid.
  • Suitable anionic surfactants f) are commercially available.
  • the surfactant content of the polymerizable aqueous mixture (M2) is 0.1 to 20% by weight, preferably 0.5 to 10% by weight, in particular 1.5 to 6% by weight.
  • the polymerizable aqueous mixtures can optionally contain at least one solubilizer as component g).
  • Suitable solubilizers g) are water-miscible organic solvents, such as e.g. Alcohols, glycols, polyethylene glycols and monoethers derived therefrom, the monoethers, e.g. Methyl glycol, butyl glycol, butyl diglycol, methyl diglycol, butyl triglycol, 3-ethoxy-l-propanol and glycerol monomethyl ether.
  • the polymerizable aqueous mixtures (M2) contain 0 to 50% by weight, preferably 0 to 25% by weight, of at least one solubilizer g).
  • Suitable thickeners h) are, for example, high molecular weight polymers of the monoethylenically unsaturated monomers containing acid groups described above under a), such as homopolymers of acrylic acid and / or methacrylic acid or slightly crosslinked copolymers of acrylic acid and / or methacrylic acid and a crosslinking agent which contains at least 2 ethylenically unsaturated Contains double bonds, such as butanediol diacrylate.
  • High molecular weight polymers of acrylamide and methacrylamide or copolymers of acrylic acid and acrylamide with molecular weights of more than 1,000,000 are also suitable.
  • High molecular weight are also suitable Polyethylene glycols or copolymers of ethylene glycol and propylene glycol, as well as high molecular polysaccharides such as starch, guar gum, locust bean gum or derivatives such as carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose and mixed cellulose ether.
  • Other suitable thickeners h) are water-insoluble products, such as, for example, finely divided silicon dioxide, pyrogenic silicas, precipitated silicas in hydrophilic or hydrophobic modifications, zeolites, titanium dioxide, cellulose powder, or other finely divided powders of crosslinked polymers other than superabsorbents.
  • the polymerizable aqueous mixtures (M2) can contain the thickeners in amounts of 0 to 30% by weight, preferably 0.5 to 20% by weight.
  • the polymerizable aqueous mixture (M2) may further contain foam stabilizers h) in order to optimize the foam structure.
  • foam stabilizers g) are e.g. Hydrocarbons with at least 5 carbon atoms in the molecule, e.g. Pentane, hexane, cyclohexane, heptane, octane, isooctane, decane and dodecane.
  • Suitable aliphatic hydrocarbons can be straight-chain, branched or cyclic and have a boiling temperature which is above the temperature of the aqueous mixture (M2) during foaming.
  • the aliphatic hydrocarbons increase the service life of the as yet unpolymerized, foamed aqueous reaction mixture.
  • the hydrocarbons are used in an amount of 0 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, based on the weight of the polymerizable aqueous mixture (M2).
  • the foamed polymerizable aqueous mixture (M2) obtainable in the first process step can also be shaped and polymerized into large blocks. After the polymerization, the blocks can be cut or sawn into smaller shaped bodies. Sandwich-like structures can also be produced by applying a foamed polymerizable aqueous mixture (M2) in layers which are interrupted by the aforementioned carrier materials.
  • the foamed polymerizable aqueous mixture (M2) is polymerized.
  • the polymerization can be carried out by increasing the temperature, by exposure to light, by irradiation with electron beams or by increasing the temperature and exposure to light.
  • all methods customary in the art can be used, for example bringing the foam into contact with heatable plates, exposure to infrared radiation on the polymerizable foam or heating with the aid of microwaves. If thicker layers of foam are to be produced, e.g. Foams with a thickness of several centimeters, the heating of the polymerizable foamed material with the aid of a microwave is particularly advantageous, because in this way a relatively uniform heating can be achieved.
  • the polymerization then takes place, for example, at a temperature of 20 to 180 ° C., preferably 20 to 100 ° C.
  • all conventional imagesetter systems can be used, provided their emission spectrum is adapted to the photoinitiator used.
  • the polymerization is started by exposure, it is advantageous to use a combination of a photoinitiator of a thermal initiator and / or a photoinitator which can also act as a thermal initiator, for example azo initiators. Since the foam heats up strongly during the polymerization due to the high heat of polymerization, a particularly rapid and effective course of the polymerization reaction is achieved in this way.
  • the polymerization temperature is in the range from 0 to 150, preferably 10 to 100 ° C.
  • the polymerization proceeds with largely maintaining the structure of the foamed polymerizable aqueous mixture, i.e. the polymerizable foam changes its volume only slightly during the polymerization.
  • the polymerization reaction is influenced by the start temperature, the initiation technology or the heat dissipation.
  • the polymerization temperature is chosen so that boiling of the polymerizable aqueous mixture is avoided.
  • the foam solidifies due to increasing gel formation.
  • there is a foam-like hydrogel which has a water content of 30 to 80% by weight.
  • the foam has, at least in part, an open-cell structure.
  • a residual moisture content of 1 to 45, preferably 15 to 35% by weight is desirable.
  • the foam-like hydrogel obtained in the polymerization is therefore generally dried.
  • the foam In order to obtain a flexible foam, the foam must have a certain residual moisture. The water content strongly depends on the density of the foam produced. The higher the density, the more residual moisture has to be set.
  • Methods for drying the foam include e.g. Heating with a hot gas stream, applying vacuum, infrared radiation or heating with microwave radiation. Microwave radiation is advantageous for drying large-volume molds.
  • the relatively hard and brittle foam initially obtained can, if desired, be made more flexible with the aid of external plasticizers or by means of internal flexibilization.
  • External plasticizers are, for example, hydrophilic and hygroscopic substances for the targeted adjustment of a certain residual water content.
  • the flexibility can be improved, for example, by using polyols, such as glycerol, polyalkylene glycols, such as polyethylene glycols or polypropylene glycols, or cationic surfactants. Suitable cationic surfactants are described above as component f).
  • Suitable substances are those which themselves bear unsaturated groups, such as the aforementioned monomers c) and which are incorporated into the gel structure or react with the gel-forming material.
  • the internal plasticizer is said to lower the glass temperature of the super absorber.
  • Suitable internal plasticizers are, for example, olefins, esters of ethylenically unsaturated C 3 to Cs carboxylic acids and monohydric C to C 3 o alcohols or polyethylene glycol or polypropylene glycol monoesters of monoethylenically unsaturated C 3 to Cs carboxylic acids.
  • Suitable monomers c) for internal flexibilization are those which reduce the glass transition temperature of the copolymers formed with the monomers (a), for example vinyl esters of saturated carboxylic acids with 4 or more carbon atoms, alkyl vinyl ethers with at least 2 carbon atoms in the alkyl group, vinyl lactams and alkyl-substituted styrenes .
  • an inhomogeneous crosslinking density can be generated in the superabsorbent foams according to the invention during production. This is particularly advantageous when used as monomers of the components described above
  • b) uses a mixture of at least one water-soluble and at least one water-insoluble crosslinker.
  • Such monomers are, for example, hydroxyl group-containing monomers which are capable of reacting with carboxyl groups in the foam structure at a higher temperature, for example at temperatures above 150 ° C.
  • Suitable monomers that contain latent have crosslinking sites, for example the crosslinkers b) described above, which contain at least one polymerizable ethylenically unsaturated double bond and at least one further functional group which, for reaction with further functional groups, such as, for example, the carboxyl groups or sulfonic acid groups of the monomers a) described above or the like, or are capable of different crosslinkers b).
  • Suitable postcrosslinkers form covalent or ionic bonds with the functional groups of the polymer matrix.
  • Suitable crosslinking agents are e.g. Compounds which have at least two identical or different functional groups, e.g. selected from hydroxyl, amino, quaternary ammonium, isocyanato, epoxy, aziridino, ester or amide groups.
  • Preferred post-crosslinking agents are polyalcohols such as glycerol or bisepoxides.
  • the crosslinking agents can be applied to the foamed material, for example by spraying, dipping or by vapor deposition.
  • the foam-like superabsorbers A) have a gravimetrically determined density of 10 -3 to 0.9 g / cm 3 , preferably 0.05 to 0.7 g / cm 3 .
  • Suitable polymer gels A) contained in the composite materials according to the invention are also highly swellable gels which lose their shape when swollen in liquids, in particular in water, and change into a colloidal state.
  • such polymers are e.g. in EP-B-0 412 388.
  • EP-B-0 412 388 are finely divided polymer powders which are prepared by polymerizing water-soluble polymers in the aqueous phase of a water-in-oil emulsion in the presence of free radical initiators and corresponding emulsifiers.
  • the polymerization is carried out in the presence of protective colloids or these protective colloids are added to the resulting water-in-oil polymer suspension after the polymerization has ended.
  • strongly swellable polymer gels A which comprise agglomerated polymer particles which disintegrate into the primary particles when introduced into an aqueous medium.
  • Agglomerated polymer particles of water-swellable polymers with an average particle diameter of 20 to 5000 ⁇ m are preferably used, the agglomerated polymer particles consisting of primary particles with an average particle diameter of 0.1 to 15 ⁇ m and by polymerizing water-soluble monomers in the presence of Regulators and crosslinking agents like a water-in-oil
  • (a) can be obtained by addition of C 2 - to C 4 -alkylene oxides onto alcohols, phenols, amines or carboxylic acids, and
  • the preferred water-soluble ethylenically unsaturated monomers are acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, methacrylamide,
  • 2-Acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid N-vinylimidazole, N-vinyl ⁇ formamide, hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, N-methylol acrylamide or mixtures thereof.
  • the monomers can either be polymerized alone to give homopolymers or polymerized as a mixture with one another to give copolymers.
  • copolymers of acrylamide and acrylic acid for example, copolymers of acrylamide and acrylic acid, copolymers of acrylamide and methacrylic acid, copolymers of methacrylamide and acrylic acid, copolymers of methacrylamide and methacrylic acid, copolymers of acrylamide, acrylic acid and acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, copolymers of acrylamide and dimethylaminoethyl acrylate, copolymers of acrylamide and diethylaminoethyl methacrylate and copolymers of methacrylamide and dimethylaminoethyl acrylate.
  • carboxylic acids and the other ethylenically unsaturated acids can be used in the polymerization either in the form of the free acid, in partially neutralized or else in completely neutralized form.
  • Bases for neutralizing these monomers are, for example, sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution, ammonia, amines, such as triethylamine, butylamine, triethylamine, morpholine and ethanolamine.
  • the basic acrylates and methacrylates are preferably used as a salt or in quaternized form in the homo- or copolymerization.
  • the basic acrylates and methacrylates are neutralized, for example, with the aid of hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, phosphoric acid and carboxylic acid. such as formic acid, acetic acid and propionic acid.
  • the basic acrylates and methacrylates are also used in quaternized form.
  • the quaternization products are obtained by quaternizing these compounds with customary quaternizing agents, such as methyl chloride, ethyl chloride, benzyl chloride, lauryl chloride, dimethyl sulfate, diethyl sulfate or epichlorohydrin.
  • customary quaternizing agents such as methyl chloride, ethyl chloride, benzyl chloride, lauryl chloride, dimethyl sulfate, diethyl sulfate or epichlorohydrin.
  • the water-soluble monomers can also be polymerized in the presence of crosslinking agents.
  • Suitable crosslinkers are the components b) mentioned above with at least two non-conjugated, ethylenically unsaturated double bonds.
  • water-soluble crosslinking agents are used, e.g. N, N '-methylene-bis-acrylamide, polyethylene glycol diacrylates, polyethylene glycol dimethacrylates, pentaerythritol triallyl ether and / or divinyl urea.
  • the crosslinking agents are used in an amount of 50 to 5000 ppm, corresponding to approximately 0.003 to 0.3 mol%, based on the monomers used in the polymerization.
  • the crosslinking agents are used in an amount of at least 1000 ppm, in particular at least 2000 ppm, preferably 0.20% to 10% by weight, based on the monomers used overall in the polymerization.
  • the amount of crosslinking agents is particularly preferably 0.2 to 0.5% by weight, based on the total monomers used.
  • the water-soluble monomers are polymerized in the presence of at least 1000 ppm of at least one crosslinking agent and at least 1% by weight of at least one regulator, the amounts based in each case on the monomers used.
  • Suitable crosslinkers and regulators are described above.
  • Polymerization regulators used with particular preference are isopropanol, formic acid and their alkali metal and ammonium salts, thioglycolic acid and their alkali metal and ammonium salts, and all regulators which have a similarly high transmission constant to thioglycolic acid.
  • the polymerization regulators are preferably used in amounts of 0.25 to 10% by weight, based on the monomers used in the polymerization. Mixtures of the polymerization regulators can also be used in the polymerization.
  • the monomers are first dissolved in water.
  • the concentration of the monomers in the aqueous solution is 20 to 80, preferably 30 to 60% by weight.
  • the aqueous solution is then emulsified to form a water-in-oil emulsion in an inert hydrophobic liquid (oil phase) in the presence of at least one water-in-oil emulsifier. Virtually all of them cannot be used as inert hydrophobic liquids with water miscible liquids are used that do not interfere with the polymerization.
  • Aliphatic and aromatic hydrocarbons or mixtures of aliphatic and aromatic hydrocarbons are preferably used for this. Suitable aliphatic hydrocarbons are, for example, pentane,
  • Aromatic hydrocarbons which are used as the hydrophobic liquid in reverse suspension polymerization are, for example, benzene, toluene, xylene and isopropylbenzene.
  • halogenated hydrocarbons such as tetrachloroethane, hexachloroethane, trichloroethane and chlorobenzene.
  • Cyclohexane or hydrocarbons with a boiling range from 60 to 170 ° C. are preferably used.
  • the proportion of the oil phase in the structure of the water-in-oil polymer emulsion is 15 to 70, preferably 20 to 60% by weight.
  • the known water-in-oil emulsifiers are used to disperse the aqueous monomer solution in the oil phase.
  • These are, for example, sorbitan esters, such as sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan palmitate and sorbitan laurate, and glycerol esters, the acid component of which is derived from C 14 to C 2 o-carboxylic acids.
  • Further suitable emulsifiers are the water-in-oil emulsifiers known from DE-A-25 57 324, which are obtainable by reacting
  • emulsifiers are made up of at least one hydrophilic and at least one hydrophobic block, the blocks each having molar masses of more than 500 to 100,000, preferably 550 to 50,000 and very particularly preferably 600 to 20,000.
  • the emulsifiers can have a comb-like or linear structure.
  • Linear block copolymers of the AB or ABA type, where A is a hydrophobic and B is a hydrophilic polymer block, are known, cf. EP-A-0 000 424 and EP-A-0 623 630.
  • the emulsifiers to be used are preferred soluble in the used water-immiscible solvent.
  • the hydrophilic blocks themselves are more than 1%, preferably 5% by weight, soluble in water at 25 ° C.
  • Examples are blocks which are built up from ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide units, optionally in a mixture with one another.
  • the hydroxyl groups of the alkylene oxide blocks can be additionally modified by sulfate or phosphate ester groups.
  • Suitable other blocks are derived from polytetrahydrofuran,
  • the hydrophobic parts of the emulsifiers consist for example of blocks of polystyrene, polyalkyl (meth) acrylates, polysiloxanes, poly (hydroxyalkanoic acids) such as e.g. Polycondensates from 2-hydroxypropanoic acid, 2-hydroxybutanoic acid, 2-hydroxyisobutanoic acid,
  • 2-hydroxyheptanoic acid 10-hydroxydecanoic acid, 12-hydroxydodecanoic acid, 12-hydroxystearic acid, 16-hydroxyhexadecanoic acid, 2-hydroxystearic acid, 2-hydroxyvaleric acid or the corresponding condensates obtained from lactones, condensates from diols and dicarboxylic acids such as polyethylene adipate, polylactamates such as poly-caprolactams , Polyisobutylene or polyurethane.
  • Blocks of polystyrene, polymethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyhydroxyalkanoic acids with more than 10 carbon atoms in the alkane unit, polydimethylsiloxanes or polyisobutylenes are preferred.
  • Blocks of polystyrene, polyhydroxy fatty acids such as poly (12-hydroxystearic acid) or polydimethylsiloxanes are very particularly preferred.
  • block copolymers are preferably used as emulsifiers, where
  • A is a hydrophobic polymer block from the group consisting of polystyrene, poly (hydroxycarboxylic acids), polydimethylsiloxanes or polyisobutylene and
  • B is a hydrophilic polymer block from the group of the C - to C 4 -polyalkylene glycols
  • the water-in-oil emulsifiers in question have an HLB value of at most 8.
  • the HLB value is the hydrophilic-lipophilic balance of the emulsifier, cf. WC Griffin, J. Soc. Cosmet. Chem. Volume 1, 311 (1949).
  • the water-in-oil emulsifiers are, based on the monomers used, in one
  • Those water-in-oil emulsifiers which are described in the aforementioned DE-A-25 57 324 are preferably used.
  • Suitable radical initiators are all polymerization initiators commonly used, such as the above-mentioned compounds of component d). Water-soluble initiators are preferred, with either a single initiator or mixtures of several initiators being used. The choice of initiators depends primarily on the temperature at which the polymerization is carried out. Additional salts of heavy metals, e.g. Use copper, cobalt, manganese, iron, nickel and chromium salts and / or organic compounds, such as benzoin, dirnethylaniline, ascorbic acid and reducing agents, such as, for example, alkali disulfite or formaldehyde sodium sulfoxylate, together with at least one of the radical initiating polymerization initiators.
  • Additional salts of heavy metals e.g. Use copper, cobalt, manganese, iron, nickel and chromium salts and / or organic compounds, such as benzoin, dirnethylaniline, ascorbic acid and reducing agents, such as, for example,
  • Polyhydric alcohols can also be used as alcohols, for example, as already mentioned above, ethylene glycols or propylene glycols and also glycerol, pentaerythritol and hexanediol-1, 6.
  • the alkylene oxides can also be phenol, and substituted phenols, such as C 1 -C 4 -alkylphenols be added.
  • Amines are also suitable as end group closures, for example C 1 -C 8 -alkyl- or dialkylamines and diamines, preferably ethylenediamine.
  • Of particular interest here are commercially available products which can be obtained, for example, by sequential addition of ethylene oxide and propylene oxide onto ethylenediamine.
  • the composite materials according to the invention contain at least one salt or mineral A) which is sparingly soluble in water.
  • these include, for example, magnesium chloride, magnesium dihydrogen diphosphate, magnesium diphosphate, magnesium polyphosphate, calcium carbonate, calcium phosphate, apatite Ca 5 [(F, C1.0H, 1 / 2C0 3 ) (P0 4 ) 3 , especially fluorapatite Ca 5 F (P0 4 ) 3 and Hydroxyapatite Cas (OH) (P0 4 ) 3 , calcium silicate, strontium carbonate, strontium sulfate, barium carbonate, barium sulfate, aluminum carbonate, basic aluminum carbonate, aluminum hydroxide, aluminum phosphate, basic aluminum phosphate, spinels, inverse spinels, iron oxides, cobalt oxides, vanadium sulfide, molybdenum sulfide, etc.
  • the composite materials according to the invention contain the inorganic salts and / or
  • Example 1 was repeated with the only exception that the polymerization was carried out under a pressure of 8 bar.
  • the maximum temperature of the reaction mixture reached was at 95 ° C.
  • the consistency of the gel obtained was firm, viscous and hardly sticky.
  • Example 2 the mixture was polymerized as described in Example 1. The maximum temperature reached was 97 ° C. The consistency of the gel obtained was firm, viscoplastic and only slightly sticky.
  • the homogeneous mixture obtained is poured into a 2 liter flask into which argon is introduced from below. Two whisks are inserted into the flask, each of which is connected to a Janke & Kunkel type RW 20 DZM stirrer. The argon flow is adjusted so that it bubbles through the reaction mixture at a rate of 2.5 l / h.
  • the two stirrers are first set to a speed of 60 rpm. 45.00 g of finely ground superabsorbent (particle size ⁇ 100 ⁇ m) are added to the reaction mixture and mixed in homogeneously. The free opening of the piston is almost completely sealed with parafilm and the stirrer speed is increased to 1000 rpm.
  • the mixture is whipped at this speed for 20 min at room temperature. 5 minutes before the end of the whipping process, 11.9 g of a 3% solution of 2, 2 '-azobis (2-amidinopropane dihydrochloride) are added to the flask. After the whipping period, a finely divided, free-flowing whipping foam is obtained.
  • the foam is filled in a layer thickness of 3 mm into a box made of polypropylene (dimensions: width 20 cm, depth 20 cm, height 15 cm), which was previously flushed with argon.
  • the foam is irradiated with an imagesetter for 60 seconds.
  • the result is an evenly 3 mm thick, slightly flexible foam layer that can be easily removed from the box. It is dried in a vacuum drying cabinet at 70 ° C and a vacuum of 20 mbar to a residual water content of 25%. For equilibration, the dried foam layer is stored overnight in a tightly closed polyethylene bag. After that, the foam layer obtained is still soft and flexible. For test purposes, a small part of the sample is dried completely in vacuo.
  • TMPTA trimethylpropane triacrylate
  • 2,2'-azobis N, N'-dimethyleneisobutyramidine dihydrochloride (3% aqueous solution)
  • the foam is poured into a 15.5x19.0x18.0 cm mold made of polypropylene and polymerized in the microwave for 10 minutes.
  • a 7 cm thick foam block is obtained.
  • TMPTA trimethylpropane triacrylate
  • the foam is transferred to a 15.5 * 19.0 * 18.0 cm polypropylene mold and polymerized in the microwave for 10 minutes. An 8 cm thick foam block is obtained.
  • the crosslinker (TMPTA) is first dissolved in the acrylic acid in a screw cap vessel.
  • the Na acrylate, the emulsifier and the precipitated silica are added with stirring.
  • the approach is in a commercially available Bosch kitchen machine with cover whipped to a foam at the highest stirring level. During this process, the air space above the foam is constantly filled with carbon dioxide. After 15 minutes, the starter solution is added and the mixture is beaten for a further 5 minutes. A fine, rigid whipped foam with a volume of approx. 2 liters is created.
  • the foam is transferred to a 15.5x19.0x18.0 cm polypropylene mold and polymerized in the microwave for 10 minutes. A 7 cm thick foam block is obtained.
  • the crosslinker is first dissolved in acrylic acid in a screw cap vessel.
  • the Na acrylate, the emulsifier and the hydroxyethyl cellulose are added with stirring.
  • the mixture is then stirred overnight.
  • the mixture is whipped into a foam for 20 minutes in a commercially available Bosch kitchen machine with a lid. During this process, the air space above the foam is constantly filled with carbon dioxide.
  • the starter solution is then added and the polymerizable mixture is beaten for a further 5 minutes.
  • the result is a fine, rigid foam with a volume of approx. 2.5 1.
  • the foam is filled into a 15.5x19.0x18.0 cm mold made of polypropylene and polymerized in the microwave oven.
  • Extractable proportions 10.3% 5 Water absorption: 55.3 g / g retention: 42.1 g / g
  • Input materials 400.00 g 37% aqueous Na-acrylate solution
  • the starting materials specified above are foamed and polymerized according to the instructions given in Example 4. First of all, a fine, rigid foam with a volume of 3 l is formed. After polymerizing, a 6 cm thick foam block is obtained.
  • Examples 1 to 62 of EP-B-0 412 388 are examples of the production of highly swellable polymer gels by polymerizing water-soluble monomers in the presence of water-in-oil emulsifiers and protective colloids.
  • the monomer emulsions described below are initially introduced in a 2 l capacity polymerization vessel which is provided with anchor stirrer, thermometer, nitrogen inlet and nitrogen outlet.
  • the polymerizable mixture is then emulsified by adding half the amount of starter for 30 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere at a stirring speed of 200 rpm.
  • the reaction mixture is then heated to a temperature in the range from 55 to 70 ° C. and polymerized in this temperature range for 1.5 h. Then the remaining amount of the starter is added and the reaction mixture is heated for a further 2 hours at 65 ° C. with stirring.

Abstract

The present invention relates to composite materials made of inorganic minerals and polymer gels and the application thereof.

Description

KompositmaterialienComposite materials
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft Kompositmaterialien aus anorganischen Mineralien und Polymergelen und ihre Verwendung.The present invention relates to composite materials made of inorganic minerals and polymer gels and their use.
Kompositmaterialien aus anorganischen Mineralien und natürlich vorkommenden, organischen Polymeren sind bekannt und in der Natur weit verbreitet. Zu ihnen zählen z.B. Muschelschalen, Korallenriffe, Schneckenhäuser, Eierschalen, Knochen, Zähne und Geweihe. Muschelschalen und Perlmutt z.B. sind natürliche Kompositmaterialien, die zu 95 bis 99 Gew.-% aus Calciumcarbonat und zu 1 bis 5 Gew.-% aus Proteinen und Chitin bestehen. Diese auch als Biomineralien bezeichneten Komposite zeichnen sich durch ihre Härte und Festigkeit aus, ohne jedoch spröde zu sein, während synthetische anorganische Feststoffe im allgemeinen neben ihrer Härte auch eine unerwünschte Sprödigkeit aufweisen, die bei Schlag- belastung zum Zerbrechen der Werkstoffe führt.Composite materials made from inorganic minerals and naturally occurring organic polymers are known and widely used in nature. They include e.g. Shellfish shells, coral reefs, snail shells, egg shells, bones, teeth and antlers. Shellfish and mother-of-pearl e.g. are natural composite materials that consist of 95 to 99% by weight of calcium carbonate and 1 to 5% by weight of proteins and chitin. These composites, also known as bio-minerals, are notable for their hardness and strength, but are not brittle, while synthetic inorganic solids generally also have an undesirable brittleness in addition to their hardness, which leads to breakage of the materials when impacted.
Die Herstellung verschiedener Kompositmaterialien aus anorganischen Salzen und einigen herkömmlichen Polymeren ist bekannt. So wird im Journal of Applied Polymer Science, Vol. 56, 687-695 (1995) und Mater. Res. Soc . Symp.Proc. (1994), 351, 245-50 die Herstellung von Kompositen aus Calciumcarbonat und Chitosan mittels biomimetischer Herstellung beschrieben. Als organische Matrix wird dabei ein Film aus Chitosan verwendet, der mit Polyacryl- säure mit einem Molgewicht von etwa 2000 behandelt wird.The production of various composite materials from inorganic salts and some conventional polymers is known. For example, in the Journal of Applied Polymer Science, Vol. 56, 687-695 (1995) and Mater. Res. Soc. Symp.Proc. (1994), 351, 245-50 describe the production of composites from calcium carbonate and chitosan by means of biomimetic production. A film made of chitosan is used as the organic matrix, which is treated with polyacrylic acid with a molecular weight of about 2000.
In Nippon Gomu Kyokaishi (1979), 52(11), 707-12, CA 92:59617 wird die Herstellung von Polyacrylamid-Calciumcarbonat-Kompositen beschrieben, wobei Ca(OH)2 in wässriger Lösung mit Polyacrylamid umgesetzt wird und das Umsetzungsprodukt anschliessend mit CO2 in einem Autoklaven carbonisiert wird. Das erhaltene Kompositmate- rial besitzt gute mechanische Eigenschaften.Nippon Gomu Kyokaishi (1979), 52 (11), 707-12, CA 92: 59617 describes the preparation of polyacrylamide-calcium carbonate composites, wherein Ca (OH) 2 is reacted with polyacrylamide in aqueous solution and the reaction product subsequently with CO 2 is carbonized in an autoclave. The composite material obtained has good mechanical properties.
In der JP-A-55124-651 wird die Herstellung von Kompositen aus CaC03 und Plastikfilmen oder synthetischen Papieren durch Carboni- sieren von Ca(OH)2 mit C02 in Gegenwart von Polymeren aus Isobuten und Maleinsäureanhydrid beschrieben.JP-A-55124-651 describes the production of composites from CaC0 3 and plastic films or synthetic papers by carbonizing Ca (OH) 2 with C0 2 in the presence of polymers of isobutene and maleic anhydride.
In der JP-A-54149-399 wird die Herstellung von kubischem CaC03 durch Kristallisation aus Ca(OH)2 und C02 in Gegenwart von Poly- acrylsäuren und weiteren Additiven, wie z.B. Alkalichloriden, -carbonaten, -hydrogencarbonaten sowie von Glycerin und einem wasserlöslichen Saccharid beschrieben.JP-A-54149-399 describes the production of cubic CaC0 3 by crystallization from Ca (OH) 2 and C0 2 in the presence of polyacrylic acids and other additives, such as, for example, alkali metal chlorides. -carbonates, -hydrogencarbonates and glycerol and a water-soluble saccharide.
Die JP-A-53002-557 beschreibt die Herstellung einer wäßrigen 5 CaC03-Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 40 bis 70 Gew.-% durch Umsetzung von Ca(OH)2 und C02 in einer Lösung von Polyacryl- säure mit einem Molgewicht von etwa 9000 oder einem Alkalisalz davon .JP-A-53002-557 describes the preparation of an aqueous 5 CaC0 3 dispersion with a solids content of 40 to 70% by weight by reaction of Ca (OH) 2 and C0 2 in a solution of polyacrylic acid with a molecular weight of about 9000 or an alkali salt thereof.
10 In J.Cryst. Growth (1990), 99(1-4, Teil 2), 1124 ff. wird der Einfluß verschiedener polymerer Zusätze, wie z.B. Polyacrylsäu- ren, Polystyrolsulfonaten und Methacrylsäure-Styrolsulfonat-Co- polymeren, auf die Kristallisation von CaC0 beschrieben mit dem Ziel, die Adhärenz von CaC03 an Baumwolle, ein Nachteil von Deter-10 In J.Cryst. Growth (1990), 99 (1-4, Part 2), 1124 ff., The influence of various polymeric additives, such as, for example, polyacrylic acids, polystyrene sulfonates and methacrylic acid-styrene sulfonate copolymers, on the crystallization of CaC0 is described with the aim , the adherence of CaC0 3 to cotton, a disadvantage of detergent
15 gentien auf Sodabasis, zu verringern.15 gentas based on soda.
In Tenside, Sufactants, Detergents, (1994), 31(1), 12-17 ist die Herstellung von Calciumcarbonat aus Calciumchlorid und Natrium- hydrogencarbonat in Gegenwart von Kontrollmitteln, wie z.B. 20 Natriumhexamethaphosphat oder verschiedenen Polymeren, wie Poly- acrylsäure mit einem Molekulargewicht von 800 bis 20000, Sulfo- gruppen enthaltenden Polymeren, Polymaleinsäuren und Polyacryl- amiden, beschrieben.In Tenside, Sufactants, Detergents, (1994), 31 (1), 12-17, the production of calcium carbonate from calcium chloride and sodium hydrogen carbonate in the presence of control agents, such as e.g. 20 sodium hexamethaphosphate or various polymers, such as polyacrylic acid with a molecular weight of 800 to 20,000, sulfo-containing polymers, polymaleic acids and polyacrylamides.
25 In J.Cryst. Growth, (1994), 137(3-4), 577-84 wird der Einfluß von Polymeren mit geladenen Gruppen, wie z.B. Polyaspartaten, Poly- glutamaten, Polyacrylaten und Carrageenanen auf die Kristallisation von Calcit und speziell die Substitution von Calcium durch Magnesium beschrieben.25 In J.Cryst. Growth, (1994), 137 (3-4), 577-84, the influence of polymers with charged groups, e.g. Polyaspartates, polyglutamates, polyacrylates and carrageenans on the crystallization of calcite and specifically the substitution of calcium by magnesium are described.
3030
In Mater. Res. Soc. Symp.Proc. (1994), 330, wird der Einfluß von Polyaspartat, Polyglutama , Polyacrylat und Polymaleat auf die Kristallisation von CaC03 und speziell die Umwandlung von Vaterit in Calcit beschrieben.In mater. Res. Soc. Symp.Proc. (1994), 330, the influence of polyaspartate, polyglutama, polyacrylate and polymaleate on the crystallization of CaC0 3 and especially the conversion of vaterite to calcite is described.
3535
Die JP-A-93-175717 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Calcit durch Carbonisierung von Ca(OH)2 in Gegenwart von Polymeren oder Copolymeren aus ungesättigten Carbonsäuren.JP-A-93-175717 describes a process for the preparation of calcite by carbonization of Ca (OH) 2 in the presence of polymers or copolymers from unsaturated carboxylic acids.
40 In Colloid Surf., A (1995), 100, 117 ff. wird die Ablagerung von CaC0 auf Glas und Cellophan mit und ohne Retentionshilfsmitteln, wie Polyacrylamid und Polyethylenimin, beschrieben.40 Colloid Surf., A (1995), 100, 117 ff. Describes the deposition of CaC0 on glass and cellophane with and without retention aids, such as polyacrylamide and polyethyleneimine.
H. Kawaguchi et al . beschreiben in Colloid Poly . Sei. (1992), 45 270(12), 1176-81 die Kristallisation von CaC03 aus Na2C03 und Ca(N03)2 in Gegenwart von Polystyrolsulfonaten. In keiner dieser Publikationen basiert das Kompositmaterial auf einem Polymergel .H. Kawaguchi et al. describe in Colloid Poly. Be. (1992), 45 270 (12), 1176-81 the crystallization of CaC0 3 from Na 2 C0 3 and Ca (N0 3 ) 2 in the presence of polystyrene sulfonates. In none of these publications is the composite material based on a polymer gel.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Kom- positmaterialien mit verbesserten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide new composite materials with improved properties.
Überraschenderweise wurden nun gefunden, daß die Aufgabe gelöst wird, wenn die Kompositmaterialien ein Polymergel und ein anorga- nisches Salz oder Mineral umfassen.Surprisingly, it has now been found that the object is achieved if the composite materials comprise a polymer gel and an inorganic salt or mineral.
Gegenstand der Erfindung sind daher Kompositmaterialien, umfassend A) mindestens ein in Wasser quellbares Polymergel, B) mindestens eine elektroneutrale Verbindung, die ein oder mehrere Kationen (en) und ein oder mehrere Anion(en) umfasst (wobei sich die Ladungen der Kationen und Anionen gegenseitig kompensieren, so daß die Verbindung elektroneutral ist) , sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile.The invention therefore relates to composite materials comprising A) at least one water-swellable polymer gel, B) at least one electroneutral compound which comprises one or more cations (s) and one or more anion (s) (the charges of the cations and anions being different compensate each other so that the connection is electroneutral), as well as other components if necessary.
Die erfindungsgemäßen Kompositmaterialien enthalten mindestens ein in Wasser quellbares Polymergel A) . Geeignete Polymergele A) sind begrenzt quellfähige Gele. Es kann sich um natürliche Polymergele, insbesondere auf Basis von Kohlenhydraten oder Proteinen handeln. Geeignete Kohlenhydrate sind z.B. vernetzte Stärke und Cellulose und Derivate davon. Geeignete Vernetzungsmittel sind Diole, wie Ethylenglykol , Propylenglykol , Butylenglykol, Poly- ethylenglykol, Polypropylenglykol etc, Dialdehyde, wie Glutar- dialdehyd, Epichlorhydrin etc.The composite materials according to the invention contain at least one water-swellable polymer gel A). Suitable polymer gels A) are gels with limited swellability. It can be natural polymer gels, especially based on carbohydrates or proteins. Suitable carbohydrates are e.g. cross-linked starch and cellulose and derivatives thereof. Suitable crosslinking agents are diols, such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, etc., dialdehydes, such as glutaraldehyde, epichlorohydrin, etc.
Die Kohlenhydrate können auch chemisch modifiziert sein, z.B. durch Alkylierung, Hydroxyalkylierung, Carboxyalkylierung. Beispiele für chemisch modifizierte Kohlenhydrate sind Methylcellu- lose, Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellu- lose, Hydroxypropylmethylcellulose etc., die alle im Handel erhältlich sind.The carbohydrates can also be chemically modified, e.g. by alkylation, hydroxyalkylation, carboxyalkylation. Examples of chemically modified carbohydrates are methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose etc., all of which are commercially available.
Geeignete Proteine sind z.B. Casein, Gelatine, Kollagen etc. Die Proteine können vernetzt sein, z.B. mit Dialdehyden, wie Glutar- dialdehyd, oder Epichlorhydrin.Suitable proteins are e.g. Casein, gelatin, collagen etc. The proteins can be cross-linked, e.g. with dialdehydes, such as glutaraldehyde, or epichlorohydrin.
Die bevorzugten Polymergele sind solche auf synthetischer Basis, die vernetzt oder unvernetzt vorliegen können und die auch Polymergele auf natürlicher Basis enthalten können. Die synthetischen Polymergele sind Polymere aus wenigstens einem ethylenisch ungesättigten Monomer. Um ein wasserquellbares Polymergel zu erhalten, ist dabei wenigstens ein Monomer mit einer hydrophilen Gruppe einpolymerisiert oder eines der oben genannten Kohlenhydrate wird mit einem ethylenisch ungesättigten Monomer gepfropft. Bei der hydrophilen Gruppe kann es sich um eine saure oder basische Gruppe handeln, vorzugsweise um eine Carboxyl- oder Amino- gruppe. Die saure Gruppe kann dabei teilweise oder vollständig mit einer Base, wie einem Alkalimetall- (NaOH, KOH) oder Ammoniumhydroxid oder einem Amin, z.B. Triethylamin, Mono-, Di- oder Triethanolamin, neutralisiert sein. Die basische Gruppe kann teilweise oder vollständig mit einer Säure, wie HC1, H2SO4, HP04 etc, neutralisiert oder mit einem Alkylierungsmittel, das in der Alkylgruppe auch Substituenten, wie die Hydroxygruppe aufweisen kann, quaternisiert sein.The preferred polymer gels are those on a synthetic basis, which can be crosslinked or uncrosslinked and which can also contain polymer gels on a natural basis. The synthetic polymer gels are polymers made from at least one ethylenically unsaturated monomer. In order to obtain a water-swellable polymer gel, there is at least one monomer with a hydrophilic one Polymerized group or one of the above carbohydrates is grafted with an ethylenically unsaturated monomer. The hydrophilic group can be an acidic or basic group, preferably a carboxyl or amino group. The acidic group can be partially or completely neutralized with a base, such as an alkali metal (NaOH, KOH) or ammonium hydroxide or an amine, for example triethylamine, mono-, di- or triethanolamine. The basic group can be partially or completely neutralized with an acid, such as HC1, H 2 SO 4 , HP0 4, etc., or quaternized with an alkylating agent which may also have substituents in the alkyl group, such as the hydroxyl group.
Geeignete Polymergele sind z.B. sogenannte Superabsorber, die beim Quellen in Flüssigkeiten, wie Wasser, eine Aufnahmekapazität bis zum 200-fachen ihres Gewichts aufweisen, ohne ihre geometrische Form zu verlieren. Dabei können die Polymergele beliebige regelmäßige oder unregelmäßige Formen besitzen oder auf Trägermaterialien aufgebracht sein. Nach einer besonderen Ausführungs- form können diese Gele schaumförmig sein.Suitable polymer gels are e.g. So-called superabsorbers, which have a absorption capacity of up to 200 times their weight when swollen in liquids, such as water, without losing their geometric shape. The polymer gels can have any regular or irregular shapes or can be applied to carrier materials. According to a special embodiment, these gels can be foam-shaped.
Weiterhin sind als Polymergele A) auch stark quellfähige Gele geeignet, die beim Quellen in Flüssigkeiten ihre Form verlieren und in einen kolloidalen Zustand übergehen. Solche Gele sind z.B. in der EP-B-0 412 388 beschrieben und werden u.a. als Verdickungs- mittel im Textildruck, zum Verdicken von Papierstreichmassen oder zum Verdicken von wäßrigen Anstrichdispersionen verwendet.Furthermore, highly swellable gels are also suitable as polymer gels A), which lose their shape when swollen in liquids and change into a colloidal state. Such gels are e.g. in EP-B-0 412 388 and are described inter alia in used as a thickener in textile printing, for thickening paper coating slips or for thickening aqueous paint dispersions.
Die Herstellung der Polymergele A, insbesondere vom Typ der Su- perabsorber, erfolgt bevorzugt durch Polymerisation einer Mischung (Ml) , die a) mindestens ein Monomer mit einer hydrophilen Gruppe, insbesondere ein wasserlösliches, monoethylenisch ungesättigtes Monomer, b) gegebenenfalls einen Vernetzer mit mindestens zwei nicht konjugierten, ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen, c ) gegebenenfalls mindestens ein zusätzliches, copolymerisier- bares wasserunlösliches monoethylenisch ungesättigtes Monomer, d) mindestens einen Polymerisationsinitiator, e ) gegebenenfalls mindestens einen Polymerisationsregler sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile enthält, in Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittelgemisch. Komponente a) :Polymer gels A, in particular of the superabsorber type, are preferably prepared by polymerizing a mixture (Ml) which a) contains at least one monomer with a hydrophilic group, in particular a water-soluble, monoethylenically unsaturated monomer, b) optionally contains a crosslinker with at least one two non-conjugated, ethylenically unsaturated double bonds, c) optionally at least one additional, copolymerizable, water-insoluble monoethylenically unsaturated monomer, d) at least one polymerization initiator, e) optionally at least one polymerization regulator and, if appropriate, further constituents, in water or a water-containing solvent mixture. Component a):
Geeignete Monomere a) sind z.B. monoethylenisch ungesättigte C3-C25-Carbonsäuren oder Anhydride, bevorzugt C3- bis Cß-Carbon- säuren sowie deren Amide und Ester mit Aminoalkoholen der FormelSuitable monomers a) are, for example, monoethylenically unsaturated C 3 -C 25 -carboxylic acids or anhydrides, preferably C 3 - to C β -carboxylic acids and their amides and esters with amino alcohols of the formula
Figure imgf000007_0001
worin
Figure imgf000007_0001
wherein
A für einen Alkylenrest mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen, R1, R2 und R3 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl stehen und X® für ein Anion steht.A is an alkylene radical with 2 to 5 carbon atoms, R 1 , R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen, methyl, ethyl and propyl and X® is an anion.
Weiterhin geeignete Monomere a) sind Amide der vorgenannten Carbonsäuren, die sich von Aminen der FormelFurther suitable monomers a) are amides of the aforementioned carboxylic acids, which are derived from amines of the formula
Figure imgf000007_0002
ableiten, worin A, R1, R2, R3 und X® die gleiche Bedeutung wie in Formel I .
Figure imgf000007_0002
derive, wherein A, R 1 , R 2 , R 3 and X® have the same meaning as in formula I.
Bei den Monomeren a) handelt es sich dann beispielsweise um Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Acrylamid, Methacrylamid, Crotonsäureamid, Di- methylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylacrylat , Dimethylamino- neopentylacrylat und Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethyl- aminopropylacrylat , Dimethylaminoneopentylacrylat und Dimethyl- aminoneopentylmethacrylat . Die basischen Acrylate und Meth- acrylate bzw. basischen Amide, die sich von den Verbindungen der Formel II ableiten, werden in Form ihrer Salze mit starken Mine- ralsäuren, Sulfonsäuren oder Carbonsäuren oder in quaternisierter Form verwendet. Das Anion X® steht dann für den Säurerest der Mineralsäuren bzw. der Carbonsäuren oder für ein Methosulfat, Ethosulfat oder Halogenid aus einem Quaternierungsmittel .The monomers a) are then, for example, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, acrylamide, methacrylamide, crotonic acid amide, dimethylaminoethyl acrylate, diethylaminoethyl acrylate, dimethylamino neopentylacrylate and dimethylaminoethyl methacrylate, dimethyl aminophenyl methacrylate, dimethyl methacrylate . The basic acrylates and methacrylates or basic amides, which are derived from the compounds of the formula II, are used in the form of their salts with strong mineral acids, sulfonic acids or carboxylic acids or in quaternized form. The Anion X® then stands for the acid residue of the mineral acids or carboxylic acids or for a methosulfate, ethosulfate or halide from a quaternizing agent.
Weitere geeignete wasserlösliche Monomere (a) sind N-Vinylpyrro- lidon, N-Vinylformamid, monoethylenisch ungesättigte Sulfonsäu- ren, wie z.B. Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Vinylphosphon- säure, VinylmiIchsäure, Sulfoethylacrylat , Sulfoethylmethacrylat , Sulfopropylacrylat , Sulfopropylmethacrylat , 2-Hydroxy-3-acryloxy- propylsulfonsäure, 2-Hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, Vinylphosphonsäure, Vinylphosphorsäure und Allylphosphonsäure.Other suitable water-soluble monomers (a) are N-vinylpyrrolidone, N-vinylformamide, monoethylenically unsaturated sulfonic acids, such as, for example, vinylsulfonic acid, allylsulfonic acid, vinylphosphonic acid, vinyl lactic acid, sulfoethyl acrylate, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl acrylate, sulfopropyl methacrylate 3, 2-hydroxyl methacrylate, 2 acryloxy propylsulfonic acid, 2-hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, vinylphosphonic acid, vinylphosphoric acid and allylphosphonic acid.
Die Säuregruppen der vorgenannten Säuren können entweder in nicht neutralisierter Form oder in partiell bzw. bis zu 100 % neutralisierter Form bei der Polymerisation eingesetzt werden.The acid groups of the abovementioned acids can be used in the polymerization either in non-neutralized form or in partially or up to 100% neutralized form.
Weitere geeignete wasserlösliche Monomere der Gruppe (a) sind auch Diallylammoniumverbindungen, wie Dimethyldiallylammoniumch- lorid, Dimethyldiallylammoniumbromid, Diethyldiallylammoniumchlo- rid, Methyl-tert . -butyldiallyla moniummethosulfat, Methyl-n-pro- pyldiallylammoniumchlorid, Dimethyldiallylammoniumhydrogensulfat , Dimethyldiallylammoniumdihydrogenphosphat , Di-n-butyl-diallylam- moniumbromid, Diallylpiperidiniumbromid, Diallylpyrrolidiniumch- lorid und Diallylmorpholiniumbromid. Geeignet sind auch N-Vinyl- imidazoliumverbindungen der FormelOther suitable water-soluble monomers of group (a) are also diallylammonium compounds, such as dimethyldiallylammonium chloride, dimethyldiallylammonium bromide, diethyldiallylammonium chloride, and methyl-tert. -butyldiallyla monium methosulfate, methyl-n-propyldiallylammonium chloride, dimethyldiallylammonium hydrogen sulfate, dimethyldiallylammonium dihydrogenphosphate, di-n-butyldiallylammonium bromide, diallylpiperidinium bromide, diallylpyrrolididium bromide. N-vinylimidazolium compounds of the formula are also suitable
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in derin the
R1 = H, CH3, C2H5, n- und i-C3H7, C6H5 undR 1 = H, CH 3 , C 2 H 5 , n- and iC 3 H 7 , C 6 H 5 and
X~ ein Säurerest ist. X- steht vorzugsweise für Cl~, Br~, S04 2_, HS04Θ, H2P04Θ, CH30-S03-, C2H5-O-SO3-, Ri-COCT und R2 = H, Ci- bis C4-Alkyl und Aryl .X ~ is an acid residue. X- preferably represents Cl ~ , Br ~ , S0 4 2_ , HS0 4 Θ, H 2 P0 4 Θ, CH 3 0-S0 3 -, C 2 H 5 -O-SO 3 -, R i -COCT and R 2 = H, Ci- to C 4 alkyl and aryl.
Beispiele sind N-Vinylimidazolin, l-Vinyl-2-methylimidazolin, l-Vinyl-2-ethylimidazolin oder l-Vinyl-2-n-propylimidazolin, die gewünschtenfalls in quaternisierter Form oder als Salz zur Polymerisation verwendet werden.Examples are N-vinylimidazoline, l-vinyl-2-methylimidazoline, l-vinyl-2-ethylimidazoline or l-vinyl-2-n-propylimidazoline, which are used in quaternized form or as a salt for the polymerization, if desired.
Bevorzugte Monomere der Gruppe (a) sind Acrylsäure, Methacryl- säure, Acryla id, Methacrylamid, Vinylsulfonsäure, Acrylamido- propansulfonsäure, Dimethylaminoethylacrylat in quaternierter Form oder als Salz sowie Mischungen der Monomeren. Diese Monomeren können in jedem beliebigen Verhältnis miteinander copoly- merisiert werden, wobei besonders bevorzugt partiell neutralisierte Säuren verwendet werden. Bevorzugt verwendet man als Monomere a) Acrylsäure und/oder Methacrylsäure; (Meth) acrylsäure/ Styrol ; (Meth) acrylsäure/Ester der (Meth) acrylsäure mit Cι-C4-Alkanolen, z.B. n-Butylacrylat;Preferred monomers of group (a) are acrylic acid, methacrylic acid, acrylic id, methacrylamide, vinylsulfonic acid, acrylamido propanesulfonic acid, dimethylaminoethyl acrylate in quaternized form or as a salt, and mixtures of the monomers. These monomers can be copolymerized with one another in any ratio, particularly preferably using partially neutralized acids. Preferably used as monomers a) acrylic acid and / or methacrylic acid; (Meth) acrylic acid / styrene; (Meth) acrylic acid / ester of (meth) acrylic acid with C 1 -C 4 alkanols, for example n-butyl acrylate;
(Meth) acrylsäure/Vinylester von Ci-Cß-Alkancarbonsäuren, z.B. Vinylacetat; (Meth) acrylsäure/N-Vinyllactame, z.B. N-Vinylpyrro- lidon; (Meth) acrylsäure/Proteine, z.B. Casein; Ester der(Meth) acrylic acid / vinyl ester of Ci-C ß- alkane carboxylic acids, for example vinyl acetate; (Meth) acrylic acid / N-vinyl lactams, for example N-vinyl pyrolidone; (Meth) acrylic acid / proteins, eg casein; Esters of
(Meth) acrylsäure mit Cχ-C4-Alkanolen, z.B. n-Butylacrylat/Stärke; Styrol/Stärke; (Meth) crylsäure/Polyethylen- oder Polypropylen- glykol . Die (Meth) acrylsäure kann dabei teilweise oder vollstän- dig als Salz vorliegen.(Meth) acrylic acid with Cχ-C 4 alkanols, for example n-butyl acrylate / starch; Styrene / starch; (Meth) acrylic acid / polyethylene or polypropylene glycol. Some or all of the (meth) acrylic acid can be present as a salt.
Weitere bevorzugt verwendete Monomergemisehe a) sind z.B. Acrylsäure und/oder Alkaliacrylat/Methacrylsäure, Acrylsäure/Alkali- acrylat, Acrylsäure und/oder Alkaliacrylat/Acrylamidopropansul- fonsäure, Acrylsäure und/oder Alkaliacrylat/Vinylsulfonsäure,Further preferably used monomer mixture a) are e.g. Acrylic acid and / or alkali acrylate / methacrylic acid, acrylic acid / alkali acrylate, acrylic acid and / or alkali acrylate / acrylamidopropanesulfonic acid, acrylic acid and / or alkali acrylate / vinyl sulfonic acid,
Acrylsäure und/oder Alkaliacrylat/Acrylamid, Acrylamid/Dimethyl- aminoethylacrylatmethochlorid, etc .Acrylic acid and / or alkali acrylate / acrylamide, acrylamide / dimethylaminoethyl acrylate methochloride, etc.
Komponente b) :Component b):
Zur Herstellung vernetzter Polymerisate A) enthält die Mischung (Ml) wenigstens einen Vernetzer b) mit mindestens zwei nicht konjugierten, ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen. Geeignete Vernetzer sind beispielsweise N,N' -Methylen-bisacrylamid, Poly- ethylenglykoldiacrylate und Polyethylenglykoldimethacrylate, die sich jeweils von Polyethlenglykolen eines Molekulargewichts von 126 bis 8500, vorzugsweise 400 bis 2000, ableiten, Trimethylol- propantriacrylat , Trimethylolpropantrimethacrylat , Ethylenglykol- diacrylat, Propylenglykoldiacrylat , Butandioldiacrylat , Hexan- dioldiacrylat, Hexandioldimethacrylat , Diacrylate und Dimeth- acrylate von Blockcopolymerisaten aus Ethylenoxid und Propylen- oxid, zweifach bzw. dreifach mit Acrylsäure oder Methacrylsäure veresterte mehrwertige Alkohole, wie Glycerin oder Pentaerythrit , Triallylamin, Tetraallylethylendiamin, Divinylbenzol, Diallyl- phthalat, Polyethylenglykoldivinylether von Polyethylenglykolen eines Molekulargewichts von 126 bis 4000, Trimethylolpropandi- allylether, Butandioldivinylether , Pentaerythrittriallylether und/oder Divinylethylenharnstoff .To prepare crosslinked polymers A), the mixture (M1) contains at least one crosslinker b) with at least two non-conjugated, ethylenically unsaturated double bonds. Suitable crosslinkers are, for example, N, N '-methylene-bisacrylamide, polyethylene glycol diacrylates and polyethylene glycol dimethacrylates, which are each derived from polyethylene glycols with a molecular weight of 126 to 8500, preferably 400 to 2000, trimethylol-propane triacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, ethylene glycol, diacrylyl diacrylate, Butanediol diacrylate, hexanediol diacrylate, hexanediol dimethacrylate, diacrylates and dimethacrylates of block copolymers made from ethylene oxide and propylene oxide, polyhydric alcohols esterified twice or three times with acrylic acid or methacrylic acid, such as glycerol or pentaerythritol, triallyl amine, diethylenediol ethylenediol, ethylenediethylenediol, tetraallyl ethylenediole diol ethylenediethlyol ethylenediol of polyethylene glycols with a molecular weight of 126 to 4000, trimethylol propanediallyl ether, butanediol divinyl ether, pentaerythritol triallyl ether and / or divinyl ethylene urea.
Vorzugsweise setzt man wasserlösliche Vernetzer ein, z.B. N,N'- Methylen-bisacrylamid, Polyethylenglykoldiacrylate und Poly- ethylenglykoldimethacrylate, die sich von Additionsprodukten von 2 bis 400 Mol Ethylenoxid an 1 Mol eines Diols oder Polyols ableiten, Vinylether von Additionsprodukten von 2 bis 400 Mol Ethylenoxid an 1 Mol eines Diols oder Polyols, Ethylenglykol- diacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat oder Triacrylate und Tri- methacrylate von Additionsprodukten von 6 bis 20 Mol Ethylenoxid an ein Mol Glycerin, Pentaerythrittriallylether und/oder Divinyl- harnstoff .Water-soluble crosslinking agents are preferably used, for example N, N'-methylene-bisacrylamide, polyethylene glycol diacrylates and polyethylene glycol dimethacrylates which are derived from addition products of 2 to 400 mol of ethylene oxide to 1 mol of a diol or polyol, vinyl ethers of addition products of 2 to 400 mol Ethylene oxide in 1 mole of a diol or polyol, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate or triacrylates and trimethacrylates of addition products of 6 to 20 moles of ethylene oxide to one mole of glycerol, pentaerythritol triallyl ether and / or divinyl urea.
Als Vernetzer b) sind außerdem Verbindungen geeignet, die minde- stens eine polymerisierbare ethylenisch ungesättigte Gruppe und mindestens eine weitere funktioneile Gruppe enthalten. Die funk- tionelle Gruppe dieser Vernetzer muß in der Lage sein, mit den funktioneilen Gruppen, im wesentlichen den Carboxylgruppen oder Sulfonsäuregruppen der Monomeren a) zu reagieren. Geeignete funk- tionelle Gruppen sind z.B. Hydroxyl-, Amino- , Epoxi-, Isocyanat-, Ester-, Amid- und Aziridinogruppen.Compounds which contain at least one polymerizable ethylenically unsaturated group and at least one further functional group are also suitable as crosslinking agent b). The functional group of these crosslinkers must be able to react with the functional groups, essentially the carboxyl groups or sulfonic acid groups of the monomers a). Suitable functional groups are e.g. Hydroxyl, amino, epoxy, isocyanate, ester, amide and aziridino groups.
Als Vernetzer b) kommen außerdem solche Verbindungen in Betracht, die mindestens zwei der vorgenannten funktioneilen Gruppen tra- gen, die mit Carboxyl- und Sulfonsäuregruppen der Monomeren a) reagieren können. Beispiele für solche Vernetzer b) sind Ethylen- glykol, Diethylenglykol , Triethylenglykol , Tetraethylenglykol , Polyethylenglykol , Glycerin, Polyglycerin, Propylenglykol , Diethanolamin, Triethanolamin, Polypropylenglykol , Block- copolymerisate aus Ethylenoxid und Propylenoxid, Sorbitanfett- säureester, ethoxylierte Sorbitanfettsäureester, Trimethylol- propan, Pentaerythrit , Polyvinylalkohol , Sorbit, Polyglycidyl- ether wie Ethylenglykoldiglycidylether , Polyethylenglykoldiglyci- dylether, Glycerindiglycidylether , Glycerinpolyglycidylether , Diglycerinpolyglycidylether, Polyglycerinpolyglycidylether ,Also suitable as crosslinking agents b) are compounds which carry at least two of the aforementioned functional groups and which can react with carboxyl and sulfonic acid groups of the monomers a). Examples of such crosslinkers b) are ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, glycerol, polyglycerol, propylene glycol, diethanolamine, triethanolamine, polypropylene glycol, block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide, sorbitan fatty acid ester, ethoxylated ethyl ester, ethoxylated sorbitol, ethoxylated sorbitol, ethoxylated sorbitan, ethoxylated sorbitan, ethoxylated sorbitol, Pentaerythritol, polyvinyl alcohol, sorbitol, polyglycidyl ethers such as ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, glycerol diglycidyl ether, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ether,
Sorbitpolyglycidylether, Pentaerythritpolyglycidylether, Propy- lenglykoldiglycidylether und Polypropylenglykoldiglycidylether , Polyaziridinverbindungen wie 2 , 2-Bishydroxymethylbutanol- tris[3- (l-aziridinyl)propionat] , 1, 6-Hexamethylendiethylenharn- stoff, Diphenylmethan-bis-4 , 4 ' -N,N' -diethylenharnstoff, Halogen- epoxyverbindungen wie Epichlorhydrin und α-Methylfluorhydrin, Polyisocyanate wie 2 , 4-Toluylendiisocyanat und Hexamethylen- diisocyanat, Alkylencarbonate wie 1, 3-Dioxolan-2-on und 4-Me- thyl-1, 3-dioxolan-2-on, polyquaternäre Amine wie Kondensations- produkte von Dimethylamin mit Epichlorhydrin, Homo- undsubstance-sorbitol, pentaerythritol polyglycidyl ether, propylene lenglykoldiglycidylether and polypropylene glycol diglycidyl ether, polyaziridine compounds such as 2, 2-Bishydroxymethylbutanol- tris [3- (l-aziridinyl) propionate], 1, 6-Hexamethylendiethylenharn-, diphenylmethane-bis-4, 4 '-N, N '-diethyleneurea, halogen epoxy compounds such as epichlorohydrin and α-methylfluorohydrin, polyisocyanates such as 2, 4-tolylene diisocyanate and hexamethylene diisocyanate, alkylene carbonates such as 1, 3-dioxolan-2-one and 4-methyl-1, 3-dioxolane 2-one, polyquaternary amines such as condensation products of dimethylamine with epichlorohydrin, homo- and
Copolymere von Diallyldimethyla moniumchlorid sowie Homo- und Copolymerisate von Dimethylaminoethyl (meth) acrylat , die gegebenenfalls mit beispielsweise Methylchlorid quaterniert sind.Copolymers of diallyldimethyla monium chloride and homopolymers and copolymers of dimethylaminoethyl (meth) acrylate, which are optionally quaternized with, for example, methyl chloride.
Weitere geeignete Vernetzer b) sind polyvalente Metallionen, die in der Lage sind, ionische Vernetzungen auszubilden. Beispiele für solche Vernetzer sind Magnesium-, Calcium-, Barium- und Aluminiumionen. Diese Vernetzer werden beispielsweise als Hydroxide, Carbonate oder Hydrogencarbonate der wäßrigen polymerisier- baren Lösung zugesetzt. Weitere geeignete Vernetzer sind multifunktionelle Basen, die ebenfalls in der Lage sind, ionische Vernetzungen auszubilden, beispielsweise Polyamine oder deren quaternierte Salze. Beispiele für Polyamine sind Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylen- tetramin, Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin und Poly- ethylenimine sowie Polyvinylamine mit Molmassen von jeweils bis zu 4000000.Other suitable crosslinkers b) are polyvalent metal ions which are able to form ionic crosslinks. Examples of such crosslinkers are magnesium, calcium, barium and aluminum ions. These crosslinkers are added, for example, as hydroxides, carbonates or hydrogen carbonates to the aqueous polymerizable solution. Other suitable crosslinkers are multifunctional bases which are also able to form ionic crosslinks, for example polyamines or their quaternized salts. Examples of polyamines are ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine and polyethyleneimines as well as polyvinylamines with molecular weights of up to 4,000,000 each.
Die vorgenannten Vernetzer b) können einzeln oder in Mischungen verwendet werden.The aforementioned crosslinkers b) can be used individually or in mixtures.
Die Monomeren b) werden nur zur Herstellung von wasserunlöslichen Polymerisaten A) verwendet, und zwar in einer Menge von 50 ppm oder mehr, entsprechend einer Menge von 0,001 bis 5 Gew.-%, vor- zugsweise von 0,01 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf die bei der Copolymerisation eingesetzte Monomergesamtmenge.The monomers b) are used only for the preparation of water-insoluble polymers A), in an amount of 50 ppm or more, corresponding to an amount of 0.001 to 5% by weight, preferably 0.01 to 2.0% by weight .-%, based on the total amount of monomer used in the copolymerization.
Komponente c) :Component c):
Die quellbaren Polymergele A) können weitere wasserunlösliche, monoethylenisch ungesättige Monomere c) umfassen. Hierunter sollen andere monoethylenisch ungesättigte Monomere verstanden werden, die mit den Monomeren a) und b) copolymerisierbar sind. Hierzu gehören beispielsweise die Amide und Nitrile von mono- ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, z.B. Acrylamid, Meth- acrylamid und N-Vinylformamid, Acrylnitril und Methacrylnitril, Dialkyldiallylammoniumhalogenide wie Dirnethyldiallylammonium- chlorid, Diethyldiallylammoniumchlorid, Allylpiperidiniumbromid, N-Vinylimidazole wie z.B. N-Vinylimidazol , l-Vinyl-2-methyl- imidazol und N-Vinylimidazoline wie N-Vinylimidazolin, 1-Vinyl- 2-methylimidazolin, l-Vinyl-2-ethylimidazolin oder l-Vinyl-2-pro- pylimidazolin, die gegebenenfalls in Form der freien Basen, in quaternisierter Form oder als Salz bei der Polymerisation eingesetzt werden können.The swellable polymer gels A) can comprise further water-insoluble, monoethylenically unsaturated monomers c). This is to be understood as meaning other monoethylenically unsaturated monomers which are copolymerizable with the monomers a) and b). These include, for example, the amides and nitriles of mono-ethylenically unsaturated carboxylic acids, e.g. Acrylamide, methacrylamide and N-vinylformamide, acrylonitrile and methacrylonitrile, dialkyldiallylammonium halides such as dirnethyldiallylammonium chloride, diethyldiallylammonium chloride, allylpiperidinium bromide, N-vinylimidazoles such as e.g. N-vinylimidazole, l-vinyl-2-methylimidazole and N-vinylimidazolines such as N-vinylimidazoline, 1-vinyl-2-methylimidazoline, l-vinyl-2-ethylimidazoline or l-vinyl-2-propylimidazoline, if appropriate can be used in the polymerization in the form of the free bases, in quaternized form or as a salt.
Außerdem eignen sich Dialkylaminoalkylacrylate und Dialkylamino- alkylmethacrylate, Dimethylaminoethylacrylat , Dimethylaminoethyl- methacrylat, Diethylaminoethylacrylat und Diethylaminoethylmeth- acrylat . Die basischen Estern werden vorzugsweise in quaterni- sierter Form oder als Salz eingesetzt.Dialkylaminoalkyl acrylates and dialkylaminoalkyl methacrylates, dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl acrylate and diethylaminoethyl methacrylate are also suitable. The basic esters are preferably used in quaternized form or as a salt.
Weitere geeignete Verbindungen c) sind beispielsweise Vinylester von gesättigten C ~ bis C4-Carbonsäuren wie Vinylformiat, Vinyl- acetat oder Vinylpropionat, Alkylvinylether mit mindestens 2 C- Atomen in der Alkylgruppe, wie z.B. Ethylvinylether oder Butyl- vinylether, Ester von monoethylenisch ungesättigten C3- bis C6-Carbonsäuren, z.B. Ester aus einwertigen Cι~ bis Cig-Alkoholen und Acrylsäure wie z.B. Methylacrylat , Ethylacrylat, Propylacry- lat, Isopropylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat , Hexyl- acrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Stearylacrylat , die entsprechenden Ester der Methacrylsäure, Fumarsäure oder Maleinsäure, Halbester von Maleinsäure, z.B. Maleinsäuremonomethylester und Hydroxy- alkylester der genannten monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, z.B. 2-Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxybutylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat , Hydroxypropylmeth- acrylat und Hydroxybutylmethacrylat , N-Vinyllactame wie N-Vinyl- pyrrolidon oder N-Vinylcaprolactam, Acrylsäure- und Methacryl- säureester von alkoxylierten einwertigen, gesättigten Alkoholen, z.B. von Alkoholen mit 10 bis 25 C-Atomen, die mit 2 bis 200 Mol Ethylenoxid und/oder Propylenoxid pro Mol Alkohol umgesetzt worden sind, sowie Monoacrylsäureester und Monomethacrylsäureester von Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol , wobei die Molmassen (MN) der Polyalkylenglykole beispielsweise bis zu 2000 betragen können. Weiterhin geeignete Monomere der Gruppe c) sind alkylsubstituierte Styrole wie Ethylstyrol oder tert . Butyl- styrol .Further suitable compounds c) are, for example, vinyl esters of saturated C 4 -C 4 -carboxylic acids such as vinyl formate, vinyl acetate or vinyl propionate, alkyl vinyl ethers with at least 2 C atoms in the alkyl group, such as ethyl vinyl ether or butyl vinyl ether, esters of monoethylenically unsaturated C 3 - to C 6 -carboxylic acids, for example esters from monohydric Cι ~ to Cig alcohols and acrylic acid, such as, for example, methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, stearyl acrylate, the corresponding esters of methacrylic acid, fumaric acid or maleic acid, half-esters of maleic acid ethyl, eg maleic acid ethyl, for example maleic acid ethyl maleate, for example maleic acid the monoethylenically unsaturated carboxylic acids mentioned, for example 2-hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxybutyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate and hydroxybutyl methacrylate, N-vinyl lactams such as N-vinyl pyrrolidone or N-vinyl caprolactam, acrylic acid and methacrylic acid esters, For example, alcohols with 10 to 25 carbon atoms, which have been reacted with 2 to 200 moles of ethylene oxide and / or propylene oxide per mole of alcohol, and monoacrylic acid esters and monomethacrylic acid esters of polyethylene glycol or polypropylene glycol, the molar masses (M N ) of the polyalkylene glycols for example, can be up to 2000. Other suitable monomers from group c) are alkyl-substituted styrenes such as ethylstyrene or tert. Butyl styrene.
Die Monomeren c) können auch in Mischung bei der Copolymerisation mit den anderen Monomeren eingesetzt werden, z.B. Mischungen aus Vinylacetat und 2-Hydroxyethylacrylat in beliebigem Verhältnis. Sofern die Monomeren der Gruppe (c) zur Modifizierung der wasser- löslichen oder der wasserunlöslichen Polymerisate verwendet werden, setzt man sie insbesondere in Mengen von 0,5 bis 20, vorzugsweise von 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die insgesamt zur Polymerisation gelangenden Monomeren ein.The monomers c) can also be used in a mixture in the copolymerization with the other monomers, e.g. Mixtures of vinyl acetate and 2-hydroxyethyl acrylate in any ratio. If the monomers of group (c) are used to modify the water-soluble or water-insoluble polymers, they are used in particular in amounts of 0.5 to 20, preferably 2 to 10,% by weight, based on the total for the polymerization incoming monomers.
Bevorzugte Monomere c) sind (Meth) acrylamid, (Meth) acrylsäure- ester, vinylaromatische Verbindungen und N-Vinyllactame.Preferred monomers c) are (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid ester, vinyl aromatic compounds and N-vinyl lactams.
Komponente d) :Component d):
Die Monomeren a) und gegebenenfalls b) und gegebenenfalls c) werden in Wasser oder in 10 bis 80, vorzugsweise 20 bis 60 gew.-%iger wäßriger Lösung in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren polymerisier . Als Polymerisationsinitiatoren können sämtliche unter den Polymerisationsbedingungen in Radikale zer- fallende Verbindungen eingesetzt werden, z.B. Peroxide, Hydroperoxide, Wasserstoffperoxid, Persulfate, Azoverbindungen sowie Redoxkatalysatoren. Bevorzugt ist der Einsatz von wasserlöslichen Initiatoren. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, Mischungen verschiedener Polymerisationsinitiatoren zu verwenden, z.B. Mischungen aus Wasserstoffperoxid und Natrium- oder Kalium- peroxidisulfat . Mischungen aus Wasserstoffperoxid und Natrium- peroxidisulfat können in jedem beliebigen Verhältnis verwendet werden. Geeignete organische Peroxide sind beispielsweise Acetyl- acetonperoxid, Methylethylketonperoxid, tert . -Butylhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, tert . -Amylperpivalat , tert . -Butylperpivalat, tert . -Butylperneohexanoat , tert . -Butylperisobutyrat , tert . -Butyl- per-2-ethylhexanoat , tert . -Butylperisononanoat , tert . -Butylper- maleat, tert . -Butylperbenzoat , tert . -Butylper-3 , 5 , 5-tri-methyl- hexanoat und tert . -Amylperneodekanoat . Besonders geeignete Polymerisationsinitiatoren sind wasserlösliche Azostarter, z.B. 2,2' -Azobis- (2-amidinopropan) dihydrochlorid, 2,2' -Azobis- (N,N' - dimethylen) isobutyramidin-dihydrochlorid, 2- (Carbamoylazo) iso- butyronitril , 2,2' -Azobis [2- (2 ' -imidazolin-2-yl)propan] dihydrochlorid und 4, 4 ' -Azobis- (4-cyanovaleriansäure) . Die genannten Polymerisationsinitiatoren werden in üblichen Mengen eingesetzt, z.B. in Mengen von 0,001 bis 5, vorzugsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomeren.The monomers a) and optionally b) and optionally c) are polymerized in water or in 10 to 80, preferably 20 to 60% by weight aqueous solution in the presence of polymerization initiators. All compounds which break down into free radicals under the polymerization conditions can be used as polymerization initiators, for example peroxides, hydroperoxides, hydrogen peroxide, persulfates, azo compounds and redox catalysts. The use of water-soluble initiators is preferred. In some cases it is advantageous to use mixtures of different polymerization initiators, for example mixtures of hydrogen peroxide and sodium or potassium peroxydisulfate. Mixtures of hydrogen peroxide and sodium peroxydisulfate can be used in any ratio become. Suitable organic peroxides are, for example, acetyl acetone peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, tert. -Butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, tert. -Amyl perpivalate, tert. Butyl perpivalate, tert. Butyl perneohexanoate, tert. Butyl perisobutyrate, tert. -Butyl- per-2-ethylhexanoate, tert. Butyl perisononanoate, tert. Butyl per maleate, tert. Butyl perbenzoate, tert. -Butylper-3, 5, 5-tri-methylhexanoate and tert. -Amylperneodecanoate. Particularly suitable polymerization initiators are water-soluble azo starters, for example 2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride, 2,2'-azobis (N, N '- dimethylene) isobutyramidine dihydrochloride, 2- (carbamoylazo) isobutyronitrile, 2,2'-azobis [2- (2'-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride and 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid). The polymerization initiators mentioned are used in customary amounts, for example in amounts of 0.001 to 5, preferably 0.1 to 2.0,% by weight, based on the monomers to be polymerized.
Als Initiatoren können weiterhin Redoxkatalysatoren verwendet werden. Redoxkatalysatoren enthalten als oxidierende Komponente mindestens eine der oben angegebenen Perverbindungen und als reduzierende Komponente z.B. Ascorbinsäure, Glukose, Sorbose,Redox catalysts can also be used as initiators. Redox catalysts contain at least one of the above-mentioned per-compounds as the oxidizing component and e.g. Ascorbic acid, glucose, sorbose,
Ammonium- oder Alkalimetall-hydrogensulfit , -sulfit, -thiosulfat, -hyposulfit, -pyrosulfit oder -sulfid, Metallsalze, wie Eisen-II- ionen oder Silberionen oder Natriumhydroxymethylsulfoxylat . Vorzugsweise verwendet man als reduzierende Komponente des Redox- katalysators Ascorbinsäure oder Natriumsulfit . Bezogen auf die bei der Polymerisation eingesetzte Menge an Monomeren verwendet man beispielsweise 3»10-6 bis 1 Mol-% der reduzierenden Komponente des Redoxkatalysatorsyste s und 0,001 bis 5,0 Mol- der oxidie- renden Komponente des Redoxkatalysators . Anstelle der oxidieren- den Komponente des Redoxkatalysators kann man auch einen oder mehrere wasserlösliche Azostarter verwenden.Ammonium or alkali metal hydrogen sulfite, sulfite, thiosulfate, hyposulfite, pyrosulfite or sulfide, metal salts such as iron (II) ions or silver ions or sodium hydroxymethyl sulfoxylate. Ascorbic acid or sodium sulfite is preferably used as the reducing component of the redox catalyst. Based on the amount of monomers used in the polymerization, for example 3 » 10 -6 to 1 mol% of the reducing component of the redox catalyst system and 0.001 to 5.0 mol-% of the oxidizing component of the redox catalyst are used. Instead of the oxidizing component of the redox catalyst, one or more water-soluble azo starters can also be used.
Komponente e) :Component e):
Die Polymerisation der Mischung (Ml) kann gegebenenfalls in Gegenwart von Polymerisationsreglern e) erfolgen. Geeignete Regler sind Verbindungen, die bei Polymerisationen das Molgewicht der Polymerisate begrenzen, z.B. Alkohole, Salze des Hydrazins und des Hydroxylamins , Ameisensäure, Alkali- und Ammoniumsalze der Ameisensäure, organische Verbindungen, die Schwefel in gebundener Form enthalten, wie organische Sulfide, Disulfide, Polysulfide, Sulfoxide, Sulfone und Mercaptoverbindungen, Ammoniak und Amino oder deren Mischungen. Beispiele für Polymerisationsregler sind: Di-n-butylsulfid, Di-n-octylsulfid, Diphenylsulfid, Thiodiglykol , Ethylthioethanol, Diisopropyldisulfid, Di-n-butyldisulfid, Di- n-hexyldisulfid, Diacetyldisulfid, Diethanolsulfid, Di-t-butyl- trisulfid und Dimethylsulfoxid, Ethanolamin, Diethanolamin, Tri- ethanolamin, Triethylamin, Morpholin und Piperidin. Bevorzugt alsThe mixture (Ml) can optionally be polymerized in the presence of polymerization regulators e). Suitable regulators are compounds which limit the molecular weight of the polymers in polymerizations, for example alcohols, salts of hydrazine and hydroxylamine, formic acid, alkali and ammonium salts of formic acid, organic compounds which contain sulfur in bound form, such as organic sulfides, disulfides, polysulfides , Sulfoxides, sulfones and mercapto compounds, ammonia and amino or mixtures thereof. Examples of polymerization regulators are: di-n-butyl sulfide, di-n-octyl sulfide, diphenyl sulfide, thiodiglycol, ethyl thioethanol, diisopropyl disulfide, di-n-butyl disulfide, di-n-hexyl disulfide, diacetyl disulfide, diethanol sulfide, di-t-sulfide and dimethyl trisulfide , Ethanolamine, diethanolamine, tri- ethanolamine, triethylamine, morpholine and piperidine. Preferred as
Polymerisationsregler eingesetzte Verbindungen sind Mercaptover- bindungen, Dialkylsulfide und/oder Diarylsulfide . Beispiele für diese Verbindungen sind Ethylthioglykolat , Cystein, 2-Mercapto- ethanol, 1, 3-Mercaptopropanol , 3-Mercaptopropan-l , 2-diol ,Compounds used in polymerization regulators are mercapto compounds, dialkyl sulfides and / or diarylsulfides. Examples of these compounds are ethylthioglycolate, cysteine, 2-mercaptoethanol, 1, 3-mercaptopropanol, 3-mercaptopropan-l, 2-diol,
1 , 4-Mercaptobutanol, Thioglykolsäure, 3-Mercaptopropionsäure,1, 4-mercaptobutanol, thioglycolic acid, 3-mercaptopropionic acid,
Mercaptobernsteinsäure, Thioglycerin, Thioessigsäure, Thioharn- stoff und Alkylmercaptane wie n-Butylmercaptan, n-Hexylmerca tan oder n-Dodecylmercaptan. Besonders bevorzugt eingesetzte Polyme- risationsregler sind Isopropanol, Ameisensäure und ihre Alkali- und Ammoniumsalze, Thioglykolsäure und ihre Alkali- und Ammoniumsalze sowie alle Regler, die eine ähnlich hohe Übertragungskonstante wie Thioglykolsäure haben. Die Regler werden in einer Menge von 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Mischung (Ml) verwendet.Mercaptosuccinic acid, thioglycerol, thioacetic acid, thiourea and alkyl mercaptans such as n-butyl mercaptan, n-hexyl mercantan or n-dodecyl mercaptan. Polymerization regulators used with particular preference are isopropanol, formic acid and its alkali metal and ammonium salts, thioglycolic acid and its alkali metal and ammonium salts, and all regulators which have a similarly high transmission constant to thioglycolic acid. The regulators are used in an amount of 0 to 20% by weight, preferably 0 to 10% by weight, based on the total amount of the mixture (Ml).
Bei der Herstellung von wasserlöslichen Polymerisaten A) erfolgt die Polymerisation der oben beschriebenen Monomere a) in Abwesenheit von Monomeren b) . Die Monomere der Gruppe c) können gegebe- nenfalls zur Modifizierung der wasserlöslichen Polymerisate mitverwendet werden.In the preparation of water-soluble polymers A), the monomers a) described above are polymerized in the absence of monomers b). The monomers of group c) can optionally also be used to modify the water-soluble polymers.
Für die Herstellung von wasserabsorbierenden Polymerisaten A) , d.h. Polymerisaten, die in Wasser unlöslich sind darin aber quellen, polymerisiert man die wasserlöslichen monoethylenisch ungesättigten Monomeren der Gruppe a) mit 0,001 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf die bei der Polymerisation eingesetzte Gesamtmonomer- menge, mindestens eines Vernetzers b) . Auch die wasserunlöslichen Polymerisate können gegebenenfalls mit den Monomeren der Gruppe c) modifiziert werden.For the production of water-absorbing polymers A), i.e. Polymers which are insoluble in water but swell therein, the water-soluble monoethylenically unsaturated monomers of group a) are polymerized with 0.001 to 5.0% by weight, based on the total amount of monomers used in the polymerization, of at least one crosslinker b). The water-insoluble polymers can optionally also be modified with the monomers of group c).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform polymerisiert man partiell z.B. mit Natronlauge neutralisierte Acrylsäure, Monomergemische aus Acrylamid und Acrylsäure und/oder Natriumacrylat und Monomergemische aus Acrylamid und Dimethylaminoethylacrylatmetho- chlorid. Die Monomeren können in jedem beliebigen Verhältnis miteinander copolymerisiert werden. Es ist auch möglich, sie zu Homopolymerisaten zu polymerisieren, z.B. Homopolymerisate aus Acrylamid und Homopolymerisate aus Dimethylaminoethylacrylat- methochlorid.According to a preferred embodiment, partial polymerization is carried out e.g. acrylic acid neutralized with sodium hydroxide solution, monomer mixtures of acrylamide and acrylic acid and / or sodium acrylate and monomer mixtures of acrylamide and dimethylaminoethylacrylate methochloride. The monomers can be copolymerized with one another in any ratio. It is also possible to polymerize them to homopolymers, e.g. Homopolymers made from acrylamide and homopolymers made from dimethylaminoethyl acrylate methochloride.
Die Polymerisation erfolgt jeweils in wäßriger Lösung bzw. in Lösemittelgemischen, die mindestens 50 Gew.-% Wasser enthalten. Geeignete, mit Wasser mischbare Lösemittel sind beispielsweise Glykole wie Ethylenglykol, Propylenglykol und Butylenglykol sowie Polyethylenglykole einer Molmasse bis zu 4000 sowie Methyl- und Ethylether von Glykolen und Polyglykolen.The polymerization is carried out in each case in aqueous solution or in solvent mixtures which contain at least 50% by weight of water. Suitable water-miscible solvents are, for example, glycols such as ethylene glycol, propylene glycol and butylene glycol and Polyethylene glycols with a molecular weight up to 4000 as well as methyl and ethyl ethers of glycols and polyglycols.
Die Durchführung der Verfahren zur Herstellung der Polymergele A) vom Typ der Superabsorber ist dem Fachmann bekannt. Die Monomeren und die Initiatoren werden beispielsweise in Rührkesseln in dem für die Polymerisation verwendeten wäßrigen Medium gelöst. Die Initiatoren können gegebenenfalls in Form einer Lösung in einem organischen Lösemittel dem Reaktor zugeführt werden. Die Lösung der Monomeren und der Initiatoren wird vorzugsweise auf eineThe person skilled in the art is familiar with carrying out the processes for producing the polymer gels A) of the superabsorber type. The monomers and the initiators are dissolved, for example, in stirred tanks in the aqueous medium used for the polymerization. The initiators can optionally be fed to the reactor in the form of a solution in an organic solvent. The solution of the monomers and the initiators is preferably on a
Temperatur in dem Bereich von -20 bis 30°C eingestellt. Um aus der Lösung der Monomeren und der Initiatoren restlichen Sauerstoff zu entfernen, leitet man üblicherweise ein Inertgas durch diese Lösungen. Hierfür eignen sich beispielsweise Stickstoff, Kohlen- dioxid oder Edelgase wie Neon oder Helium. Die Polymerisation wird in Abwesenheit von Sauerstoff durchgeführt. Die Lösung der Monomeren und des Initiators werden, bevor sie in den Reaktor gelangen, miteinander gemischt, wobei der Eintrag von Monomeren und Initiator in den Rohrreaktor vorzugsweise im Gegenstrom eines Inertgases erfolgt. Die Polymerisation kann diskontinuierlich und kontinuierlich durchgeführt werden. Bei einer diskontinuierlichen Arbeitsweise füllt man beispielsweise den Reaktor mit einer wäßrigen Monomerlösung und einer Lösung des Initiators . Sobald die Polymerisation anspringt, erwärmt sich das Reaktionsgemisch je nach den gewählten Ausgangsbedingungen, wie Konzentration der Monomeren in der wäßrigen Lösung und Art der Monomeren. Aufgrund der freigesetzten Polymerisationswärme steigt die Temperatur des Reaktionsgemisches auf beispielsweise 30 bis 180, vorzugsweise 40 bis 130°C an. Die Polymerisation kann bei Normaldruck, unter ver- mindertem Druck oder auch unter erhöhtem Druck durchgeführt werden. Das Arbeiten unter erhöhtem Druck kann in solchen Fällen von Vorteil sein, wenn das bei der Polymerisation zu erwartende Temperaturmaximum oberhalb der Siedetemperatur des verwendeten Lösemittelgemisches liegt. Andererseits kann es von Vorteil sein, gerade bei der Herstellung von sehr hochmolekularen Produkten die Maximaltemperatur mit Hilfe einer Siedekühlung durch Polymerisie- ren unter vermindertem Druck oder durch externe Kühlung zu senken.Temperature set in the range of -20 to 30 ° C. In order to remove residual oxygen from the solution of the monomers and the initiators, an inert gas is usually passed through these solutions. Nitrogen, carbon dioxide or noble gases such as neon or helium are suitable for this. The polymerization is carried out in the absence of oxygen. The solution of the monomers and the initiator are mixed with one another before they reach the reactor, the introduction of monomers and initiator into the tubular reactor preferably taking place in countercurrent to an inert gas. The polymerization can be carried out batchwise and continuously. In a batch operation, for example, the reactor is filled with an aqueous monomer solution and a solution of the initiator. As soon as the polymerization starts, the reaction mixture heats up depending on the starting conditions chosen, such as the concentration of the monomers in the aqueous solution and the type of monomers. Due to the heat of polymerization released, the temperature of the reaction mixture rises to, for example, 30 to 180, preferably 40 to 130 ° C. The polymerization can be carried out under normal pressure, under reduced pressure or under increased pressure. Working under increased pressure can be advantageous in such cases if the temperature maximum to be expected during the polymerization is above the boiling point of the solvent mixture used. On the other hand, it can be advantageous to lower the maximum temperature with the help of evaporative cooling by polymerizing under reduced pressure or by external cooling, especially in the production of very high molecular weight products.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform wird ein Rohrreaktor verwendet, wie in der DE-A-195 029 39.9 beschrieben.According to a special embodiment, a tubular reactor is used, as described in DE-A-195 029 39.9.
Die Polymerisation erfolgt im diskontinuierlichen Betrieb adiabatisch. Man erhält nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hoch- molekulare Produkte. Die Molmassen der wasserlöslichen Produkte liegen oberhalb von 100.000 und betragen vorzugsweise 1»106 bis 20»106. Sie haben K-Werte nach Fikentscher von 180 bis 300 (be- stimmt in 5 %-iger wäßriger Kochsalzlösung bei einer Polymerkonzentration von 0,1 Gew.-% und einer Temperatur von 25°C) . Für die vernetzten Polymerisate kann kein K-Wert angegeben werden, weil sich die vernetzten Polymerisate nicht in Wasser oder einem anderen Lösemittel lösen. Eine Molekulargewichtsbestimmung ist für die vernetzten Polymeren nicht möglich.The polymerization takes place adiabatically in discontinuous operation. High-molecular products are obtained by the process according to the invention. The molar masses of the water-soluble products are above 100,000 and are preferably 1 » 10 6 to 20» 10 6 . They have Fikentscher K values from 180 to 300 ( agrees in 5% aqueous saline solution at a polymer concentration of 0.1 wt .-% and a temperature of 25 ° C). No K value can be given for the crosslinked polymers because the crosslinked polymers do not dissolve in water or another solvent. A molecular weight determination is not possible for the crosslinked polymers.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform umfassen die erfindungsgemäßen Kompositmaterialien begrenzt quellfähige, schau förmige Polymergele A) (Superabsorber) , die erhältlich sind durchAccording to a particular embodiment, the composite materials according to the invention comprise swellable, show-shaped polymer gels A) (superabsorbers) which are obtainable by
(I) Schäumen einer polymerisierbaren wäßrigen Mischung (M2), die(I) foaming a polymerizable aqueous mixture (M2), the
a) mindestens ein Säuregruppen enthaltendes monoethylenisch ungesättigtes Monomer, wobei die Säuregruppen zu mindestens 50 Mol% neutralisiert sind,a) at least one monoethylenically unsaturated monomer containing acid groups, at least 50 mol% of the acid groups being neutralized,
b) gegebenenfalls einen Vernetzer mit mindestens zwei nicht konjugierten, ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen,b) optionally a crosslinker with at least two non-conjugated, ethylenically unsaturated double bonds,
c) gegebenenfalls mindestens ein zusätzliches, copolymeri- sierbares wasserunlösliches monoethylenisch ungesättigtes Monomeres ,c) optionally at least one additional, copolymerizable water-insoluble monoethylenically unsaturated monomer,
d) mindestens einen Polyrrterisationsinitiator,d) at least one polymerisation initiator,
e) gegebenenfalls mindestens einen Polymerisationsregler,e) optionally at least one polymerization regulator,
f) 0,1 bis 20 Gew.-% mindestens eines Tensids,f) 0.1 to 20% by weight of at least one surfactant,
g) gegebenenfalls mindestens einen Lösevermittler und(g) where appropriate, at least one solubilizer;
h) gegebenenfalls Verdicker, Schaumstabilisatoren, Füllstoffe und/oder Zellkeimbilderh) optionally thickeners, foam stabilizers, fillers and / or cell nucleating agents
sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile enthält, wobei das Schäumen durch Dispergieren von feinen Blasen eines gegenüber Radikalen inerten Gases erfolgt, undand optionally contains further constituents, the foaming being carried out by dispersing fine bubbles of a gas which is inert to free radicals, and
(II) Polymerisieren der geschäumten Mischung unter Bildung eines schaumförmigen Hydrogels und Einstellen des Wassergehalts des schaumförmigen Polymerisats auf 1 bis 45 Gew.-%.(II) polymerizing the foamed mixture to form a foam hydrogel and adjusting the water content of the foam polymer to 1 to 45% by weight.
Geeignete Monomere a) zur Herstellung schaumförmiger Polymergele A) sind die vorgenannten, Säuregruppen enthaltenden monoethylenisch ungesättigten Monomere a) , wie monoethylenisch ungesättigte C3- bis C25-Carbonsäuren oder Anhydride, monoethylenisch ungesät- tigte Sulfonsäuren, Vinylphosphorsäure und Allylphosphonsäure, oder deren Mischungen.Suitable monomers a) for producing foam-like polymer gels A) are the abovementioned monoethylenically unsaturated monomers a) containing acid groups, such as monoethylenically unsaturated C 3 -C 25 -carboxylic acids or anhydrides, monoethylenically unsaturated Tigt sulfonic acids, vinyl phosphoric acid and allylphosphonic acid, or mixtures thereof.
Bevorzugte Monomere a) zur Herstellung schaumförmiger Superabsor- ber sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylsulfonsäure, Acrylami- dopropansulfonsäure, oder deren Mischungen.Preferred monomers a) for producing foam-like superabsorbers are acrylic acid, methacrylic acid, vinylsulfonic acid, acrylamidopropanesulfonic acid, or mixtures thereof.
Die Monomeren a) sind zu mindestens zu 50 Mol-%, bevorzugt zu 65 Mol-%, neutralisiert. Zur Neutralisation verwendet man die vorgenannten Basen, vorzugsweise Natronlauge oder Kalilauge.The monomers a) are neutralized to at least 50 mol%, preferably to 65 mol%. The bases mentioned above are used for neutralization, preferably sodium hydroxide solution or potassium hydroxide solution.
Geeignete Vernetzter b) zur Herstellung schaumförmiger Polymerisate A) sind die vorgenannten Komponenten b) .The above-mentioned components b) are suitable crosslinkers b) for the production of foam-like polymers A).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei unterschiedliche Vernetzer eingesetzt, von denen der eine wasserlöslich und der andere wasserunlöslich ist. Der hydrophile Vernetzer, der in der wäßrigen Phase der Reaktionsmischung löslich ist, bewirkt in konventioneller Weise eine relativ gleichmä- ßige Vernetzung des entstehenden Polymeren, wie es bei der Herstellung eines Superabsorbers üblich ist. Der hydrophobe Vernetzer, der in der polymerisierbaren wäßrigen Mischung unlöslich bzw. darin nur begrenzt löslich ist, reichert sich in der Tensidgrenzschicht zwischen der Gasphase und der polymerisier- baren wäßrigen Phase an. Dadurch wird bei der nachfolgenden Polymerisation die Oberfläche des Schaums stärker vernetzt als der innere Teil des Superabsorberhydrogels . Man erhält dadurch einen Kern-Schale-Aufbau des Schaums unmittelbar bei der Herstellung des Superabsorberschaums . Eine solche starke oberflächliche Vernetzung eines Superabsorberschaums ist bei den bekannten Herstellverfahren des Standes der Technik nur dadurch möglich, daß man einen bereits gebildeten schaumförmigen Superabsorber nachträglich oberflächlich vernetzt. Für diese Nachvernetzung ist bei konventioneller Arbeitsweise ein eigener Prozeßschritt not- wendig, der bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung entfallen kann.In a preferred embodiment of the invention, two different crosslinkers are used, one of which is water-soluble and the other of which is water-insoluble. The hydrophilic crosslinker, which is soluble in the aqueous phase of the reaction mixture, conventionally brings about a relatively uniform crosslinking of the resulting polymer, as is customary in the production of a superabsorbent. The hydrophobic crosslinking agent, which is insoluble or only sparingly soluble in the polymerizable aqueous mixture, accumulates in the surfactant boundary layer between the gas phase and the polymerizable aqueous phase. As a result, the surface of the foam is crosslinked more than the inner part of the superabsorbent hydrogel in the subsequent polymerization. A core-shell structure of the foam is thereby obtained directly during the production of the super absorber foam. Such a strong superficial crosslinking of a superabsorbent foam is only possible in the known production processes of the prior art by subsequently crosslinking a foam-like superabsorbent that has already been formed on the surface. For this post-crosslinking, a separate process step is necessary in the conventional mode of operation, which can be omitted in the method of the present invention.
Erfindungsgemäße Produkte mit einem Kern-Schale-Aufbau zeigen gegenüber homogen vernetzten Proben hinsichtlich der Aufnahme- geschwindigkeit, Verteilungswirkung und Gelstabilität deutlich verbesserte Eigenschaften. Mit Ausnahme polyvalenter Metallionen sind alle oben beschriebenen wasserunlöslichen Vernetzer, die den unterschiedlichen Gruppen zugeordnet werden können, geeignet, um Schäume mit einem Kern-Schale-Aufbau herzustellen, d.h. Schäume, bei denen die gesamte Oberfläche stärker vernetzt ist als die darunter liegende Schicht, die oben als Kernschicht bezeichnet wurde. Besonders bevorzugte hydrophobe Vernetzer sind Diacrylate oder Dimethacrylate oder Divinylether von Alkandiolen mit 2 bis 25 C-Atomen (verzweigt, linear, mit beliebiger Anordnung der OH- Gruppen) wie z.B. 1 , 3-Propandiol , 1 , 4-Butandiol , 1 , 6-Hexandiol , Neopentylglycol , 1 , 9-Nonandiol oder 1 , 2-Dodecandiol , Di-, Tri- oder Polypropylenglycoldiacrlyate oder -dimethacrylate, Allyl- acrylat, Allylmethacryla , Divinylbenzol , Glycidylacrylat oder Glycidylmethacrylat, Allylglycidylether und Bisglycidylether der oben aufgeführten Alkandiole.Products according to the invention with a core-shell structure show significantly improved properties compared to homogeneously cross-linked samples with regard to the uptake rate, distribution effect and gel stability. With the exception of polyvalent metal ions, all of the water-insoluble crosslinkers described above, which can be assigned to the different groups, are suitable for producing foams with a core-shell structure, that is to say foams in which the entire surface is more strongly crosslinked than the underlying layer was referred to above as the core layer. Particularly preferred hydrophobic crosslinkers are diacrylates or dimethacrylates or divinyl ethers of alkanediols with 2 to 25 C atoms (branched, linear, with any arrangement of the OH groups), such as 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentylglycol, 1, 9-nonanediol or 1,2-dodecanediol, di-, tri- or polypropylene glycol diacrlyate or dimethacrylate, allyl acrylate, allyl methacryla, divinylbenzene, glycidyl acrylate or glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether and bisglycidyl ether of the alkane listed above.
Geeignete hydrophile Vernetzer sind beispielsweise N,N' -Methylen- bisacrylamid, Polyethylenglycoldiacrylate oder -dimethacrylate mit einem Molekulargewicht MN von 200 bis 4000, Dinvinylharnstoff , Triallylamin, Diacrylate oder Dimethacrylate von Additionsprodukten von 2 bis 400 Mol Ethylenoxid an 1 Mol eines Diols oder Polyols oder das Triacrylat eines Additionsprodukts von 20 Mol Ethylenoxid an 1 Mol Glycerin und Vinylether von Additionsprodukten von 2 bis 400 Mol Ethylenoxid an 1 Mol eines Diols oder Polyols .Suitable hydrophilic crosslinkers are, for example, N, N '-methylene bisacrylamide, polyethylene glycol diacrylates or dimethacrylates with a molecular weight M N of 200 to 4000, dinvinylurea, triallylamine, diacrylates or dimethacrylates of addition products of 2 to 400 moles of ethylene oxide with 1 mole of a diol or polyol or the triacrylate of an addition product of 20 moles of ethylene oxide with 1 mole of glycerol and vinyl ether of addition products of 2 to 400 moles of ethylene oxide with 1 mole of a diol or polyol.
Die polymerisierbare wäßrige Mischung (M2) kann gegebenenfalls die vorgenannten monoethylenisch ungesättigten Monomere c) enthalten, die mit den Monomeren a) und b) copolymerisierbar sind.The polymerizable aqueous mixture (M2) may optionally contain the aforementioned monoethylenically unsaturated monomers c) which are copolymerizable with the monomers a) and b).
Die Monomere a) sind in der polymerisierbaren wäßrigen Mischung (M2) beispielsweise in Mengen von 10 bis 80 und vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-% enthalten. Die Monomere c) werden nur gegebenenfalls zur Modifizierung der Superabsorberschäume eingesetzt und können in Mengen bis zu 50, vorzugsweise in Mengen bis zu 20 Gew.-% in der polymerisierbaren wäßrigen Mischung enthalten sein. Die Vernetzer (c) sind in der Reaktionsmischung beispielsweise von 0,001 bis 5 und vorzugsweise von 0,01 und 2 Gew.-% vorhanden .The monomers a) are present in the polymerizable aqueous mixture (M2), for example in amounts of 10 to 80 and preferably 20 to 60% by weight. The monomers c) are only used, if appropriate, for modifying the superabsorbent foams and can be present in the polymerizable aqueous mixture in amounts of up to 50, preferably in amounts of up to 20,% by weight. The crosslinkers (c) are present in the reaction mixture, for example from 0.001 to 5 and preferably from 0.01 and 2% by weight.
Geeignete Initiatoren zur Initiierung der Polymerisation der Mischung (M2) zur Herstellung schaumförmiger Polymerisate A) sind alle unter den Polymerisationsbedingungen Radikale bildende Initiatoren, insbesondere die oben genannten Initiatoren. Auch eine Initiierung der Polymerisation durch Einwirkung von Elektronenstrahlen auf die polymerisierbare, wäßrige Mischung ist mög- lieh. Die Polymerisation kann auch in Abwesenheit von Initiatoren der obengenannten Art durch Einwirkung energiereicher Strahlung in Gegenwart von Photoinitiatoren ausgelöst werden.Suitable initiators for initiating the polymerization of the mixture (M2) for producing foam-like polymers A) are all initiators which form free radicals under the polymerization conditions, in particular the above-mentioned initiators. It is also possible to initiate the polymerization by the action of electron beams on the polymerizable, aqueous mixture. The polymerization can also be initiated in the absence of initiators of the type mentioned above by exposure to high-energy radiation in the presence of photoinitiators.
Zur Polymerisation durch Einwirkung energiereicher Strahlung ver- wendet man üblicherweise als Initiatoren sogenannte Photoinitiatoren. Hierbei kann es sich beispielsweise um sogenannte α-Spalter, H-abstrahierende Systeme oder auch um Azide handeln. Beispiele für solche Initiatoren sind Benzophenon-Derivate wie Michlers-Keton, Phenanthren-Derivate, Fluoren-Derivate, Anthra- chinon-Derivate, Thioxanton-Derivate, Cumarin-Derivate, Benzoin- ether und deren Derivate, Azoverbindungen wie die oben genannten Radikalbildner, substituierte Hexaarylbisimidazole oder Acyl- phosphinoxide. Beispiele für Azide sind: 2- (N,N-Dimethyl- amino) -ethyl-4-azidocinnamat , 2- (N, N-Dirnethylamino) -ethyl-4-azi- donaphthylketon, 2- (N,N-Dimethylamino) -ethyl-4-azidobenzoat , 5-Azido-l-naphthyl-2 ' - (N,N-dimethylamino) ethylsulfon, N- (4-Sulfo- nylazidophenyl)maleinimid, N-Acetyl-4-sulfonylazidoanilin, 4-Sul- fonylazidoanilin, 4-Azidoanilin, 4-Azidophenacylbromid, p-Azid- obenzoesäure, 2 , 6-Bis (p-azidobenzyliden) cyclohexanon und 2 , 6-Bis (p-azidobenzyliden) -4-methylcyclohexanon. Die Photoinitiatoren werden, falls sie eingesetzt werden, üblicherweise in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die zu polymerisieren- den Monomeren angewendet .For polymerization by the action of high-energy radiation, so-called photoinitiators are usually used as initiators. These can be, for example, so-called α-splitters, H-abstracting systems or also azides. Examples of such initiators are benzophenone derivatives such as Michlers ketone, phenanthrene derivatives, fluorene derivatives, anthraquinone derivatives, thioxanone derivatives, coumarin derivatives, benzoin ethers and their derivatives, substituted azo compounds such as the radical formers mentioned above Hexaarylbisimidazole or acylphosphine oxides. Examples of azides are: 2- (N, N-dimethylamino) ethyl 4-azidocinnamate, 2- (N, N-dimethylamino) ethyl-4-azidonaphthyl ketone, 2- (N, N-dimethylamino) -ethyl-4-azidobenzoate, 5-azido-l-naphthyl-2 '- (N, N-dimethylamino) ethylsulfone, N- (4-sulfonyl azidophenyl) maleimide, N-acetyl-4-sulfonyl azidoaniline, 4-sul- fonylazidoaniline, 4-azidoaniline, 4-azidophenacyl bromide, p-azide-topzoic acid, 2,6-bis (p-azidobenzylidene) cyclohexanone and 2,6-bis (p-azidobenzylidene) -4-methylcyclohexanone. If they are used, the photoinitiators are usually used in amounts of from 0.01 to 5% by weight, based on the monomers to be polymerized.
Um die Eigenschaften der Schäume zu variieren, beispielsweise die Aufnahmegeschwindigkeit und die Aufnahmekapazität von Wasser, kann es von Vorteil sein, der wäßrigen Reaktionsmischung einen Polymerisationsregler e) oder eine Mischung mehrerer Polymerisationsregler zuzusetzen. Geeignete Polymerisationsregler sind die oben genannten. Die Mengen an Polymerisationsregler e) können bis zu 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die ein- gesetzten Monomeren, betragen.In order to vary the properties of the foams, for example the rate of absorption and the capacity of water, it may be advantageous to add a polymerization regulator e) or a mixture of several polymerization regulators to the aqueous reaction mixture. Suitable polymerization regulators are those mentioned above. The amounts of polymerization regulator e) can be up to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, based on the monomers used.
Die polymerisierbaren wäßrigen Mischungen (M2) enthalten als Komponente f) 0,1 bis 20 Gew.-% mindestens eines Tensids. Die Ten- side sind für die Herstellung und die Stabilisierung des Schaums von entscheidender Bedeutung. Man kann anionische, kationische oder nichtionische Tenside oder Tensidmischungen verwenden, die miteinander verträglich sind. Man kann niedermolekulare oder polymere Tenside f) verwenden, wobei sich Kombinationen unterschiedlicher oder auch gleichartiger Typen von Tensiden als vor- teilhaft herausgestellt haben.The polymerizable aqueous mixtures (M2) contain as component f) 0.1 to 20% by weight of at least one surfactant. The tensides are of crucial importance for the production and stabilization of the foam. Anionic, cationic or nonionic surfactants or surfactant mixtures which are compatible with one another can be used. Low-molecular or polymeric surfactants f) can be used, combinations of different or similar types of surfactants having proven to be advantageous.
Geeignete nichtionische Tenside f) sind z.B. Additionsprodukte von Alkylenoxiden, insbesondere Ethylenoxid, Propylenoxid und/ oder Butylenoxid an Alkohole, Amine, Phenole, Naphthole oder Carbonsäuren. Vorteilhaft setzt man als Tenside Additionsprodukte von Ethylenoxid und/oder Propylenoxid an mindestens 10 Kohlenstoffatome enthaltende Alkohole ein, wobei die Additionsprodukte pro Mol Alkohol 3 bis 200 Mol Ethylenoxid und/oder Propylenoxid angelagert enthalten. Die Additionsprodukte enthalten die Alky- lenoxid-Einheiten in Form von Blöcken oder in statistischer Verteilung. Insbesondere werden als nichtionische Tenside f) z.B. Additionsprodukte von 7 Mol Ethylenoxid an 1 Mol Taigfettalkohol, Additionsprodukte von 9 Mol Ethylenoxid an 1 Mol Taigfettalkohol und Additionsprodukte von 80 Mol Ethylenoxid an 1 Mol Taigfettalkohol verwendet. Weitere geeignete handelsübliche nichtionische Tenside umfassen Umsetzungsprodukte von Oxoalkoholen (Isomeren- gemisch von durch Oxo-Synthese erhaltenen höheren Alkoholen) oder Ziegler-Alkoholen (primäre, lineare Cχo- bis C22-Alkohole, erhalten durch Oligomerisierung von Ethylen und anschließende Oxida- tion nach dem Ziegler-Alfol-Verfahren) mit 5 bis 12 Mol Ethylenoxid pro Mol Alkohol, insbesondere mit 7 Mol Ethylenoxid. Weitere geeignete handelsübliche nichtionische Tenside f) werden durch Ethoxylierung von Rizinusöl hergestellt. Dabei werden pro Mol Rizinusöl z.B. 12 bis 80 Mol Ethylenoxid angelagert. Bevorzugte nichtionische Tenside f) sind z.B. die Umsetzungsprodukte von 18 Mol Ethylenoxid mit 1 Mol Taigfettalkohol, die Additionspro- dukte von 10 Mol Ethylenoxid an 1 Mol eines Cι3/Ci5-Oxoalkohols, oder die Umsetzungsprodukte von 7 bis 8 Mol Ethylenoxid an 1 Mol eines Cι3/Ci5-Oxoalkohols . Weitere geeignete nichtionische Tenside f) sind Phenolalkoxylate wie z.B. p-tert . -Butylphenol mit 9 Mol Ethylenoxid oder Methylether von Umsetzungsprodukten aus 1 Mol eines Cι2- bis Cig-Alkohols und 7,5 Mol Ethylenoxid.Suitable nonionic surfactants f) are, for example, addition products of alkylene oxides, in particular ethylene oxide, propylene oxide and / or butylene oxide with alcohols, amines, phenols, naphthols or carboxylic acids. Addition products of ethylene oxide and / or propylene oxide with alcohols containing at least 10 carbon atoms are advantageously used as surfactants, the addition products containing 3 to 200 moles of ethylene oxide and / or propylene oxide per mole of alcohol. The addition products contain the alkylene oxide units in the form of blocks or in a statistical distribution. In particular, nonionic surfactants f) are, for example, addition products of 7 mol of ethylene oxide with 1 mol of tallow fatty alcohol, Additions of 9 moles of ethylene oxide to 1 mole of tallow fatty alcohol and addition products of 80 moles of ethylene oxide to 1 mole of tallow fatty alcohol are used. Further suitable commercially available nonionic surfactants include reaction products of oxo alcohols (isomer mixture of higher alcohols obtained by oxo synthesis) or Ziegler alcohols (primary, linear Cχo to C 22 alcohols, obtained by oligomerization of ethylene and subsequent oxidation after the Ziegler-Alfol process) with 5 to 12 moles of ethylene oxide per mole of alcohol, in particular with 7 moles of ethylene oxide. Further suitable commercially available nonionic surfactants f) are produced by ethoxylating castor oil. For example, 12 to 80 moles of ethylene oxide are added per mole of castor oil. Preferred nonionic surfactants f) are, for example, the reaction products of 18 moles of ethylene oxide with 1 mole of tallow fatty alcohol, the addition products of 10 moles of ethylene oxide with 1 mole of a C 3 / Ci 5 oxo alcohol, or the reaction products of 7 to 8 moles of ethylene oxide with 1 mole a Cι 3 / Ci 5 oxo alcohol. Other suitable nonionic surfactants f) are phenol alkoxylates such as p-tert. -Butylphenol with 9 moles of ethylene oxide or methyl ether of reaction products from 1 mole of a -C 2 - to cig alcohol and 7.5 moles of ethylene oxide.
Geeignete anionische Tenside f) sind z.B. Alkalimetall- oder Ammoniumsalze von Schwefelsäurehalbestern von Additionsprodukten von Ethylenoxid und/oder Propylenoxid an Fettalkohole, Alkali- metall- oder Ammoniumsalze von Alkylbenzolsulfonsäure oder von Alkylphenolethersulfaten. Die oben beschriebenen nichtionischen Tenside f) können z.B. durch Veresterung mit Schwefelsäure in die entsprechenden Schwefelsäurehalbester überführt werden. Geeignete anionische Tenside f) sind im Handel erhältlich. Dazu gehören z.B. das Natriumsalz eines Schwefelsäurehalbesters eines mit 106 Mol Ethylenoxid umgesetzten C13/Ci5-Oxoalkohols , das Triethanol- aminsalz von Dodecylbenzolsulfonsäure, das Natriumsalz von Alkylphenolethersulfaten und das Natriumsalz des Schwefelsäurehalbesters eines Umsetzungsprodukts von 106 Mol Ethylenoxid mit 1 Mol Taigfettalkohol. Weitere geeignete anionische Tenside f) sind Schwefelsäurehalbester von Cι /Ci5-Oxoalkoholen, Paraffinsulfon- säuren wie z.B. Cis-Alkylsulfonat , alkylsubstituierte Benzol- sulfonsäuren und alkylsubstituierte Naphthalinsulfonsäuren wie z.B. Dodecylbenzolsulfonsäure und Di-n-butylnaphthalinsulfonsäure sowie Fettalkoholphosphate wie z.B. Cis/Cis-Fettalkoholphosphat . Die polymerisierbare wäßrige Mischung (M2) kann Kombinationen aus einem nichtionischen Tensid und einem anionischen Tensid oder Kombinationen aus mehreren nichtionischen Tensiden oder Kombinationen aus mehreren anionischen Tensiden enthalten. Beispiele für geeignete kationische Tenside f) sind z.B. die mit Dimethylsulfat quaternierten Umsetzungsprodukte von 6,5 Mol Ethylenoxid mit 1 Mol Oleylamin, Distearyldimethylammoniumchlorid, Lauryltri- methylammoniumchlorid, Cetylpyridiniumbromid und mit Dimethyl- sulfat quaternierter Stearinsäuretriethanolaminester .Suitable anionic surfactants f) are, for example, alkali metal or ammonium salts of sulfuric acid semiesters of addition products of ethylene oxide and / or propylene oxide with fatty alcohols, alkali metal or ammonium salts of alkylbenzenesulfonic acid or of alkylphenol ether sulfates. The nonionic surfactants f) described above can be converted into the corresponding sulfuric acid semiesters, for example by esterification with sulfuric acid. Suitable anionic surfactants f) are commercially available. These include, for example, the sodium salt of a sulfuric acid half ester of a C 13 / Ci 5 oxo alcohol reacted with 106 mol of ethylene oxide, the triethanolamine salt of dodecylbenzenesulfonic acid, the sodium salt of alkylphenol ether sulfates and the sodium salt of the sulfuric acid half ester of a reaction product of 106 mol of ethylene oxide with 1 mol. Other suitable anionic surfactants f) are sulfuric acid semiesters of C 1 -C 5 -oxoalcohols, paraffin sulfonic acids such as, for example, cis-alkyl sulfonate, alkyl-substituted benzenesulfonic acids and alkyl-substituted naphthalenesulfonic acids such as dodecylbenzenesulfonic acid and di-n-butyl cephalophosphate alcohol, such as fatty alcohol cephalophosphate alcohol, . The polymerizable aqueous mixture (M2) can contain combinations of a nonionic surfactant and an anionic surfactant or combinations of several nonionic surfactants or combinations of several anionic surfactants. Examples of suitable cationic surfactants f) are, for example, the reaction products of 6.5 mol of ethylene oxide quaternized with dimethyl sulfate and 1 mol of oleylamine, distearyldimethylammonium chloride, lauryltri methylammonium chloride, cetylpyridinium bromide and stearic acid triethanolamine ester quaternized with dimethyl sulfate.
Der Tensidgehalt der polymerisierbaren wäßrigen Mischung (M2) be- trägt 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1,5 bis 6 Gew.-%.The surfactant content of the polymerizable aqueous mixture (M2) is 0.1 to 20% by weight, preferably 0.5 to 10% by weight, in particular 1.5 to 6% by weight.
Die polymerisierbaren wäßrigen Mischungen können als Komponente g) gegebenenfalls mindestens einen Lösevermittler enthalten. Ge- eignete Lösungsvermittler g) sind mit Wasser mischbare organische Lösemittel, wie z.B. Alkohole, Glykole, Polyethylenglykole und davon abgeleitete Monoether, wobei die Monoether, wie z.B. Methylglykol, Butylglykol, Butyldiglykol , Methyldiglykol , Butyl- triglykol, 3-Ethoxy-l-propanol und Glycerinmonomethylether .The polymerizable aqueous mixtures can optionally contain at least one solubilizer as component g). Suitable solubilizers g) are water-miscible organic solvents, such as e.g. Alcohols, glycols, polyethylene glycols and monoethers derived therefrom, the monoethers, e.g. Methyl glycol, butyl glycol, butyl diglycol, methyl diglycol, butyl triglycol, 3-ethoxy-l-propanol and glycerol monomethyl ether.
Die polymerisierbaren wäßrigen Mischungen (M2) enthalten 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 25 Gew.-%, mindestens eines Lösevermittlers g) .The polymerizable aqueous mixtures (M2) contain 0 to 50% by weight, preferably 0 to 25% by weight, of at least one solubilizer g).
Die polymerisierbare wäßrige Mischung kann gegebenenfalls weitere Bestandteile h) , wie z.B. Verdicker, Schaumstabilisatoren, Füllstoffe und Zellkeimbildner enthalten. Verdicker werden beispielsweise zur Optimierung der Schaumstruktur und zur Verbesserung der Schaumstabilität eingesetzt. Man erreicht damit, daß der Schaum während der Polymerisation nur geringfügig schrumpft. Als Verdik- kungsmittel kommen alle hierfür bekannten natürlichen und synthetischen Polymeren in Betracht, die die Viskosität eines wäßrigen Systems stark erhöhen. Hierbei kann es sich um wasserquellbare oder wasserlösliche synthetische und natürliche Polymere handeln. Als Verdicker sind auch pulverförmige Superabsorber A) geeignet. Geeignete Verdicker h) werden z.B. von R.Y. Lochhead und W.R. Fron in Cosmetics & Toiletries, 108, 95-135 (Mai 1993) und von M.T. Clarke, "Rheological Additives" in D. Laba (ed.) "Rheo- logical Properties of Cosmetics and Toiletries", Cosmetic Science and Technology Series, Vol. 13, Marcel Dekker Inc., New York 1993 beschrieben.The polymerizable aqueous mixture may optionally contain further components h), such as e.g. Contain thickeners, foam stabilizers, fillers and cell nucleating agents. Thickeners are used, for example, to optimize the foam structure and to improve foam stability. It is achieved that the foam shrinks only slightly during the polymerization. All known natural and synthetic polymers which greatly increase the viscosity of an aqueous system can be considered as thickeners. These can be water-swellable or water-soluble synthetic and natural polymers. Powdered superabsorbers A) are also suitable as thickeners. Suitable thickeners h) are e.g. by R.Y. Lochhead and W.R. Fron in Cosmetics & Toiletries, 108, 95-135 (May 1993) and by M.T. Clarke, "Rheological Additives" in D. Laba (ed.) "Rheological Properties of Cosmetics and Toiletries", Cosmetic Science and Technology Series, Vol. 13, Marcel Dekker Inc., New York 1993.
Geeignete Verdicker h) sind z.B. hochmolekulare Polymerisate der oben unter a) beschriebenen Säuregruppen enthaltenden mono- ethylenisch ungesättigten Monomeren, wie z.B. Homopolymerisate von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure oder geringfügig vernetzte Copolymerisate aus Acrylsäure und/oder Methacrylsäure und einem Vernetzer, der mindestens 2 ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen enthält, wie z.B. Butandioldiacrylat . Weiterhin geeignet sind hochmolekulare Polymerisate von Acrylamid und Methacrylamid oder Copolymerisate aus Acrylsäure und Acrylamid mit Molmassen von mehr als 1.000.000. Weiterhin geeignet sind hochmolekulare Polyethylenglykole oder Copolymerisate aus Ethylenglykol und Propylenglykol sowie hochmolekulare Polysaccharide wie z.B. Stärke, Guarkernmehl , Johannisbrotkernmehl oder Derivate, wie z.B. Carboxymethylcellulose Hydroxyethylcellulose, Hydroxymethyl- cellulose, Hydroxypropylcellulose und Cellulosemischether . Weitere geeignete Verdicker h) sind wasserunlösliche Produkte, wie z.B. feinteiliges Siliciumdioxid, pyrogene Kieselsäuren, Fällungskieselsäuren in hydrophilen oder hydrophoben Modifikationen, Zeolithe, Titandioxid, Cellulosepulver, oder andere von Super- absorbern verschiedene feinteilige Pulver von vernetzten Polymerisaten. Die polymerisierbaren wäßrigen Mischungen (M2) können die Verdicker in Mengen von 0 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 20 Gew.-%, enthalten.Suitable thickeners h) are, for example, high molecular weight polymers of the monoethylenically unsaturated monomers containing acid groups described above under a), such as homopolymers of acrylic acid and / or methacrylic acid or slightly crosslinked copolymers of acrylic acid and / or methacrylic acid and a crosslinking agent which contains at least 2 ethylenically unsaturated Contains double bonds, such as butanediol diacrylate. High molecular weight polymers of acrylamide and methacrylamide or copolymers of acrylic acid and acrylamide with molecular weights of more than 1,000,000 are also suitable. High molecular weight are also suitable Polyethylene glycols or copolymers of ethylene glycol and propylene glycol, as well as high molecular polysaccharides such as starch, guar gum, locust bean gum or derivatives such as carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose and mixed cellulose ether. Other suitable thickeners h) are water-insoluble products, such as, for example, finely divided silicon dioxide, pyrogenic silicas, precipitated silicas in hydrophilic or hydrophobic modifications, zeolites, titanium dioxide, cellulose powder, or other finely divided powders of crosslinked polymers other than superabsorbents. The polymerizable aqueous mixtures (M2) can contain the thickeners in amounts of 0 to 30% by weight, preferably 0.5 to 20% by weight.
Die polymerisierbare wäßrige Mischung (M2) kann weiterhin Schaumstabilisatoren h) enthalten, um die Schaumstruktur zu optimieren. Geeignete SchaumstoffStabilisatoren g) sind z.B. Kohlenwasserstoffe mit mindestens 5 Kohlenstoffatomen im Molekül, wie z.B. Pentan, Hexan, Cyclohexan, Heptan, Octan, Isooctan, Decan und Dodecan. Geeignete aliphatische Kohlenwasserstoffe können gerad- kettig, verzweigt oder cyclisch sein und haben eine Siedetemperatur, die oberhalb der Temperatur der wäßrigen Mischung (M2) während des Schäumens liegt. Die aliphatischen Kohlenwasserstoffe erhöhen die Standzeit der noch nicht polymerisierten ge- schäumten wäßrigen Reaktionsmischung. Die Kohlenwasserstoffe werden in einer Menge von 0 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der polymerisierbaren wäßrigen Mischung (M2) verwendet.The polymerizable aqueous mixture (M2) may further contain foam stabilizers h) in order to optimize the foam structure. Suitable foam stabilizers g) are e.g. Hydrocarbons with at least 5 carbon atoms in the molecule, e.g. Pentane, hexane, cyclohexane, heptane, octane, isooctane, decane and dodecane. Suitable aliphatic hydrocarbons can be straight-chain, branched or cyclic and have a boiling temperature which is above the temperature of the aqueous mixture (M2) during foaming. The aliphatic hydrocarbons increase the service life of the as yet unpolymerized, foamed aqueous reaction mixture. The hydrocarbons are used in an amount of 0 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, based on the weight of the polymerizable aqueous mixture (M2).
Die Bestandteile h) können einzeln, oder in Mischung bei der Herstellung der erfindungsgemaßen Polymerisate A) eingesetzt werden.The components h) can be used individually or in a mixture in the preparation of the polymers A) according to the invention.
Die Herstellung der in den erfindungsgemäßen Kompositmaterialien verwendeten schaumförmigen Polymergele A) erfolgt in zwei Verfah- rensstufen. Dabei wird in einer ersten Verfahrensstufe die oben beschriebene polymerisierbare wäßrige Mischung (M2) geschäumt. Dazu wird in der wäßrigen Monomerphase ein gegenüber Radikalen inertes Gas in Form von feinen Blasen so dispergiert, daß sich ein Schaum bildet. Das Eintragen von Gasblasen in die Monomer- mischung gelingt z.B. mit Hilfe von Schlag-, Schüttel-, Rühroder Peitschvorrichtungen oder indem die Gase aus einer flüssigkeitsbedeckten Öffnung ausströmen oder durch das Ausnutzen von Turbulenzerscheinungen in Strömungen sowie durch die Ausbildung von Lamellen an Drähten oder Sieben. Die unterschiedlichen Metho- den können gegebenenf lls miteinander kombiniert werden. Als gegenüber Radikalen inerte Gase eignen sich beispielsweise Stick- Stoff, Kohlendioxid, Helium, Neon und Argon. Vorzugsweise verwendet man Stickstoff.The foam-like polymer gels A) used in the composite materials according to the invention are produced in two process stages. The polymerizable aqueous mixture (M2) described above is foamed in a first process step. For this purpose, an inert gas in the form of fine bubbles is dispersed in the aqueous monomer phase in such a way that a foam is formed. Gas bubbles can be introduced into the monomer mixture, for example, with the aid of whipping, shaking, stirring or whipping devices or by the gases flowing out of a liquid-covered opening or by exploiting turbulence in currents and by forming lamellae on wires or sieves. The different methods can possibly be combined with each other. Suitable gases which are inert to radicals are, for example, Substance, carbon dioxide, helium, neon and argon. Nitrogen is preferably used.
Apparaturen für die Herstellung von Schäumen sind dem Fachmann bekannt und werden z.B. von Frisch und Saunders in Polymeric Foams Part II, S. 679ff (1973) beschrieben.Apparatus for the production of foams are known to the person skilled in the art and are e.g. by Frisch and Saunders in Polymeric Foams Part II, pp. 679ff (1973).
Zur Herstellung des Schaums, die in üblicher Weise erfolgt, werden alle Komponenten der Reaktionsmischung vereinigt. Zweck- mäßigerweise geht man dabei so vor, daß zunächst alle wasserlöslichen Komponenten in Wasser gelöst werden und daß man erst danach die wasserunlöslichen Stoffe zusetzt. Je nach verwendetem Verfahren der Schlagschaumerzeugung und in Abhängigkeit von dem in der polymerisierbaren wäßrigen Mischung enthaltenen Initiator kann es auch von Vorteil sein, den Initiator erst am Ende des Aufschlagprozesses der Mischung zuzusetzen. Die Konsistenz der Schlagschäume kann in einem weiteren Bereich variiert werden. So ist es möglich, leichte fließfähige Schlagschäume oder aber steife, schnittfeste Schäume herzustellen. Ebenso kann man die mittlere Größe der Gasblasen, ihre Größenverteilung und ihre Anordnung in der Flüssigkeitsmatrix durch die Auswahl der Tenside, der Lösevermittler, Verdicker und Schaumstabilisatoren, Zellkeimbildner, der Temperatur und der Aufschlagtechnik in einem weiten Bereich variieren, so daß man in einfacher Weise Dichte, Offen- zelligkeit oder Wandstärke des Matrixmaterials einstellen kann. Die Temperaturen der polymerisierbaren wäßrigen Mischung liegen während des Schäumvorgangs in dem Bereich von -10 bis 100, vorzugsweise 0 bis +50°C. In jedem Falle werden bei der Schaumerzeugung Temperaturen angewandt, die unterhalb des Siedepunkts von Bestandteilen der polymerisierbaren wäßrigen Mischung liegen. Die Schaumerzeugung kann auch unter erhöhtem Druck erfolgen, z.B. bei 1,5 bis 25 bar. Bevorzugt wird jedoch unter Atmosphärendruck gearbeitet .To produce the foam, which is carried out in a conventional manner, all components of the reaction mixture are combined. Appropriately, the procedure is to first dissolve all the water-soluble components in water and only then to add the water-insoluble substances. Depending on the method used to generate the whipped foam and the initiator contained in the polymerizable aqueous mixture, it may also be advantageous to add the initiator to the mixture only at the end of the whipping process. The consistency of the whipped foams can be varied in a wide range. This makes it possible to produce light, flowable foams or rigid, cut-resistant foams. Likewise, the average size of the gas bubbles, their size distribution and their arrangement in the liquid matrix can be varied within a wide range by the selection of the surfactants, the solubilizers, thickeners and foam stabilizers, cell nucleating agents, the temperature and the whipping technique, so that density can be achieved in a simple manner , Open cell or wall thickness of the matrix material. The temperatures of the polymerizable aqueous mixture during the foaming process are in the range from -10 to 100, preferably 0 to + 50 ° C. In any case, temperatures which are below the boiling point of constituents of the polymerizable aqueous mixture are used in the production of foam. Foam production can also take place under increased pressure, e.g. at 1.5 to 25 bar. However, work is preferably carried out under atmospheric pressure.
Vorteilhafterweise erhält man geschäumte, polymerisierbare wäßrige Mischungen (M2), die über einen längeren Zeitraum, z.B. bis zu 6 Stunden stabil sind. Die noch nicht polymerisierten schaumförmigen Mischungen (M2) können beispielsweise für die nachfolgende Polymerisation in eine geeignete Form gebracht wer- den, um die für eine bestimmte Anwendung gewünschten Formkörper herzustellen. Der bei der Formgebung der geschäumten polymerisierbaren wäßrigen Mischung (M2) möglicherweise anfallende Abfallschaum kann ohne weiteres in den Prozeß zurückgeführt werden. Das geschäumte polymerisierbare Material kann beispielsweise in der gewünschten Stärke auf ein temporäres Trägermaterial, das vorteilhafterweise mit einer Antihaftbeschichtung ausgestattet ist, aufgetragen werden. Man kann beispielsweise den Schaum auf eine Unterlage aufr keln. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die polymerisierbare schaumförmige wäßrige Mischung in Formen einzufüllen, die ebenfalls antihaftbeschichtet sind und denAdvantageously, foamed, polymerizable aqueous mixtures (M2) are obtained which are stable over a longer period, for example up to 6 hours. The foam-free mixtures (M2) which have not yet been polymerized can, for example, be brought into a suitable shape for the subsequent polymerization in order to produce the shaped articles desired for a particular application. The waste foam which may arise during the shaping of the foamed polymerisable aqueous mixture (M2) can easily be returned to the process. The foamed polymerizable material can, for example, be applied in the desired thickness to a temporary carrier material which is advantageously provided with a non-stick coating. You can, for example, the foam roll up a pad. Another possibility is to fill the polymerizable, foam-like aqueous mixture into molds which are also non-stick coated and which
Schaum darin auszupolymerisieren.Polymerize foam in it.
Der mit dem Polymergel beschichtete Werkstoff kann, wie weiter unten beschrieben, mit einer Beschichtung eines auf diesem Gel basierenden Kompositmaterials versehen werden. Dazu kann z.B. der nach der Schlagschaumerzeugung erhaltene, noch zu polylmerisie- rende oder der bereits polymerisierte Schaum auf ein Trägermaterial aufgebracht werden, wie Folien aus Polymeren (z.B. Folien aus Polyethylen, Polypropylen oder Polyamid) oder Metallen, Vliesen, Fluff, Tissues, Gewebe, natürliche oder synthetische Fasern, oder andere Schäume. Nach einer bevorzugen Ausfüh- rungsform kann der Schaum in Gestalt von bestimmten Strukturen oder in unterschiedlicher Schichtdicke auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Die in der ersten Verfahrensstufe erhältliche geschäumte polymerisierbare wäßrige Mischung (M2) kann auch zu großen Blöcken geformt und polymerisiert werden. Die Blöcke kön- nen nach der Polymerisation zu kleineren Formkörpern geschnitten oder gesägt werden. Man kann auch sandwichartige Strukturen herstellen, indem man eine geschäumte polymerisierbare wäßrige Mischung (M2) in Lagen aufträgt, die durch die vorgenannten Trägermaterialien unterbrochen sind.As described further below, the material coated with the polymer gel can be provided with a coating of a composite material based on this gel. For this, e.g. the foam obtained after the generation of the whipped foam, which is yet to be polymerized, or the already polymerized foam is applied to a carrier material, such as films made of polymers (eg films made of polyethylene, polypropylene or polyamide) or metals, nonwovens, fluff, tissues, fabrics, natural or synthetic Fibers, or other foams. According to a preferred embodiment, the foam can be applied to a carrier material in the form of certain structures or in different layer thicknesses. The foamed polymerizable aqueous mixture (M2) obtainable in the first process step can also be shaped and polymerized into large blocks. After the polymerization, the blocks can be cut or sawn into smaller shaped bodies. Sandwich-like structures can also be produced by applying a foamed polymerizable aqueous mixture (M2) in layers which are interrupted by the aforementioned carrier materials.
In der zweiten Verfahrensstufe zur Herstellung der schaumförmigen Superabsorber A) erfolgt die Polymerisation der geschäumten polymerisierbaren wäßrigen Mischung (M2) . Die Polymerisation kann je nach verwendetem Initiator durch Temperaturerhöhung, durch Licht- einwirkung, durch Bestrahlen mit Elektronenstrahlen oder auch durch Temperaturerhöhung und Lichteinwirkung erfolgen. Um die Temperatur der geschäumten polymerisierbaren wäßrigen Mischung zu erhöhen, kann man alle in der Technik üblichen Verfahren anwenden, beispielsweise den Schaum mit heizbaren Platten in Kontakt bringen, Einwirkung von Infrarotbestrahlung auf den polymerisierbaren Schaum oder Beheizen mit Hilfe von Mikrowellen. Falls dik- kere Schichten eines Schaumstoffs hergestellt werden sollen, z.B. Schäume mit Dicken von mehreren Zentimetern, ist die Erwärmung des polymerisierbaren geschäumten Materials mit Hilfe einer Mikrowelle besonders vorteilhaft, weil auf diesem Wege eine relativ gleichmäßige Erwärmung erreicht werden kann.In the second process stage for the production of the foam-like superabsorbers A), the foamed polymerizable aqueous mixture (M2) is polymerized. Depending on the initiator used, the polymerization can be carried out by increasing the temperature, by exposure to light, by irradiation with electron beams or by increasing the temperature and exposure to light. In order to increase the temperature of the foamed polymerizable aqueous mixture, all methods customary in the art can be used, for example bringing the foam into contact with heatable plates, exposure to infrared radiation on the polymerizable foam or heating with the aid of microwaves. If thicker layers of foam are to be produced, e.g. Foams with a thickness of several centimeters, the heating of the polymerizable foamed material with the aid of a microwave is particularly advantageous, because in this way a relatively uniform heating can be achieved.
Die Polymerisation erfolgt dann beispielsweise bei einer Temperatur von 20 bis 180°C, vorzugsweise 20 bis 100°C. Bei Initiierung der Polymerisation durch Lichteinwirkung auf das geschäumte polymerisierbare Material kann man alle konventionellen Belichtersysteme anwenden, sofern ihr Emissionsspektrum an den eingesetzten Photoinitiator adaptiert ist. Bei einem Start der Polymerisation durch Belichten wird vorteilhaft eine Kombination eines Photoinitiators eines thermischen Initiators oder/und aber ein Photoinitator eingesetzt, der auch als thermischer Initiator wirken kann, z.B. Azoinitiatoren. Da sich der Schaum während der Polymerisation durch die hohe Polymerisationswärme stark erwärmt, wird auf diese Weise ein besonders schneller und effektiver Ablauf der Polymerisationsreaktion erreicht. Bei der Initiierung durch Lichteinwirkung liegt die Polymerisationstempe- ratur in dem Bereich von 0 bis 150, vorzugsweise 10 bis 100°C.The polymerization then takes place, for example, at a temperature of 20 to 180 ° C., preferably 20 to 100 ° C. When the polymerization is initiated by the action of light on the foamed polymerizable material, all conventional imagesetter systems can be used, provided their emission spectrum is adapted to the photoinitiator used. When the polymerization is started by exposure, it is advantageous to use a combination of a photoinitiator of a thermal initiator and / or a photoinitator which can also act as a thermal initiator, for example azo initiators. Since the foam heats up strongly during the polymerization due to the high heat of polymerization, a particularly rapid and effective course of the polymerization reaction is achieved in this way. When initiated by exposure to light, the polymerization temperature is in the range from 0 to 150, preferably 10 to 100 ° C.
Vorteilhafterweise verläuft die Polymerisation unter weitgehendem Erhalt der Struktur der geschäumten polymerisierbaren wäßrigen Mischung, d.h. der polymerisierbare Schaum verändert während der Polymerisation sein Volumen nur unwesentlich. Die Polymerisationsreaktion wird durch die Starttemperatur, die Initiierungstech- nik oder die Wärmeabfuhr beeinflußt. Die Polymerisationstempera- tur wird so gewählt, daß ein Sieden der polymerisierbaren wäßrigen Mischung vermieden wird. Mit fortschreitender Polymerisation tritt eine Verfestigung des Schaums infolge zunehmender Gelbildung ein. Nach Beendigung der Polymerisation liegt ein schaumförmiges Hydrogel vor, das einen Wassergehalt von 30 bis 80 Gew.-% hat. Der Schaum hat zumindest teilweise eine offenzellige Struktur. Für die Anwendung des Schaums als Superabsorber A) ist eine Restfeuchte von 1 bis 45, vorzugsweise 15 bis 35 Gew.-% wünschenswert. Das bei der Polymerisation anfallende schaumförmige Hydrogel wird daher im allgemeinen getrocknet. Um einen flexiblen Schaum zu erhalten, muß der Schaum eine gewisse Restfeuchte aufweisen. Der Wassergehalt hängt stark von der Dichte des erzeugten Schaums ab. Je höher die Dichte ist, desto mehr Restfeuchte ist einzustellen .Advantageously, the polymerization proceeds with largely maintaining the structure of the foamed polymerizable aqueous mixture, i.e. the polymerizable foam changes its volume only slightly during the polymerization. The polymerization reaction is influenced by the start temperature, the initiation technology or the heat dissipation. The polymerization temperature is chosen so that boiling of the polymerizable aqueous mixture is avoided. As the polymerization progresses, the foam solidifies due to increasing gel formation. After the end of the polymerization, there is a foam-like hydrogel which has a water content of 30 to 80% by weight. The foam has, at least in part, an open-cell structure. For the use of the foam as superabsorbent A), a residual moisture content of 1 to 45, preferably 15 to 35% by weight is desirable. The foam-like hydrogel obtained in the polymerization is therefore generally dried. In order to obtain a flexible foam, the foam must have a certain residual moisture. The water content strongly depends on the density of the foam produced. The higher the density, the more residual moisture has to be set.
Verfahren zum Trocknen des Schaums sind bekannt und umfassen z.B. Erhitzen mit einem heißen Gasstrom, Anlegen von Vakuum, Infrarotbestrahlung oder Erhitzen mit Mikrowellenstrahlung. Die Mikrowellenstrahlung ist vorteilhaft zum Trocknen von großvolumigen For - körpern.Methods for drying the foam are known and include e.g. Heating with a hot gas stream, applying vacuum, infrared radiation or heating with microwave radiation. Microwave radiation is advantageous for drying large-volume molds.
Der zunächst erhaltene relativ harte und spröde Schaum kann gewünschtenfalls mit Hilfe von externen Weichmachern oder durch eine interne Flexibilisierung flexibilisiert werden. Externe Weichmacher sind z.B. hydrophile und hygroskopische Substanzen zum gezielten Einstellen eines bestimmten Restwassergehalts. Weiterhin kann die Flexibilisierung z.B. durch den Einsatz von Polyolen, wie Glycerin, Polyalkylenglykolen wie Polyethylen- glykolen oder Polypropylenglykolen, oder kationischen Tensiden verbessert werden. Geeignete kationische Tenside sind oben als Komponente f) beschrieben.The relatively hard and brittle foam initially obtained can, if desired, be made more flexible with the aid of external plasticizers or by means of internal flexibilization. External plasticizers are, for example, hydrophilic and hygroscopic substances for the targeted adjustment of a certain residual water content. Furthermore, the flexibility can be improved, for example, by using polyols, such as glycerol, polyalkylene glycols, such as polyethylene glycols or polypropylene glycols, or cationic surfactants. Suitable cationic surfactants are described above as component f).
Interne Flexibilisierung beschreibt den Einsatz von weichmachen- den Komponenten, die in die Gelstruktur eingebaut werden. Geeignet sind Substanzen, die selbst ungesättigte Gruppen tragen, wie die vorgenannten Monomere c) und die mit in die Gelstruktur eingebaut werden oder mit dem gelbildenden Material reagieren. Der interne Weichmacher soll eine Erniedrigung der Glastemperatur des Superabsorbers bewirken. Geeignete interne Weichmacher sind z.B. Olefine, Ester aus ethylenisch ungesättigten C3- bis Cs-Carbon- säuren und einwertigen C bis C3o-Alkoholen oder Polyethylen- glykol- oder Polypropylenglykolmonoester von monoethylenisch ungesättigten C3- bis Cs-Carbonsäuren. Zur internen Flexibilisie- rung eignen sich diejenigen Monomeren c) , die die Glastemperatur der entstehenden Copolymerisate mit den Monomeren (a) herabsetzen, z.B. Vinylester von gesättigten Carbonsäuren mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen, Alkylvinylether mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, Vinyllactame und alkylsubstituierte Styrole.Internal flexibility describes the use of softening components that are built into the gel structure. Suitable substances are those which themselves bear unsaturated groups, such as the aforementioned monomers c) and which are incorporated into the gel structure or react with the gel-forming material. The internal plasticizer is said to lower the glass temperature of the super absorber. Suitable internal plasticizers are, for example, olefins, esters of ethylenically unsaturated C 3 to Cs carboxylic acids and monohydric C to C 3 o alcohols or polyethylene glycol or polypropylene glycol monoesters of monoethylenically unsaturated C 3 to Cs carboxylic acids. Suitable monomers c) for internal flexibilization are those which reduce the glass transition temperature of the copolymers formed with the monomers (a), for example vinyl esters of saturated carboxylic acids with 4 or more carbon atoms, alkyl vinyl ethers with at least 2 carbon atoms in the alkyl group, vinyl lactams and alkyl-substituted styrenes .
Wie oben bereits angegeben wurde, kann eine inhomogene Vernetzungsdichte bei den erfindungsgemäßen Superabsorberschäumen bereits während der Herstellung erzeugt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn man als Monomere der oben beschriebenen KomponentenAs has already been stated above, an inhomogeneous crosslinking density can be generated in the superabsorbent foams according to the invention during production. This is particularly advantageous when used as monomers of the components described above
a) Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylsulfonsäure, Acrylamido- propansulfonsäure oder deren Mischungen unda) acrylic acid, methacrylic acid, vinylsulfonic acid, acrylamido propanesulfonic acid or mixtures thereof and
b) eine Mischung aus mindestens einem wasserlöslichen und mindestens einem wasserunlöslichen Vernetzer einsetzt.b) uses a mixture of at least one water-soluble and at least one water-insoluble crosslinker.
Zur Erhöhung des Vernetzungsgrades des Schaumes im Anschluß an die Polymerisation der Mischung (M2) werden Monomere mit chemisch reaktiven Gruppen verwendet, die unter den Bedingungen der radikalischen Polymerisation in der 1. Verfahrensstufe stabil sind.To increase the degree of crosslinking of the foam following the polymerization of the mixture (M2), monomers with chemically reactive groups are used which are stable under the conditions of the radical polymerization in the 1st process stage.
Beispiele für solche Monomere sind z.B. Hydroxylgruppen enthal- tende Monomere, die bei höherer Temperatur, z.B. bei Temperaturen oberhalb von 150°C in der Lage sind, mit Carboxylgruppen in der Schaumstruktur zu reagieren. Geeignete Monomere, die latente Ver- netzungsstellen aufweisen, sind z.B. die oben beschriebenen Vernetzer b) , die mindestens eine polymerisierbare ethylenisch ungesättigte Doppelbindung und mindestens eine weitere funktioneile Gruppe enthalten, welche zur Reaktion mit weiteren funktioneilen Gruppen, wie z.B. den Carboxylgruppen oder Sulfonsäuregruppen der oben beschriebenen Monomere a) oder gleichen oder verschiedenen Vernetzern b) befähigt sind.Examples of such monomers are, for example, hydroxyl group-containing monomers which are capable of reacting with carboxyl groups in the foam structure at a higher temperature, for example at temperatures above 150 ° C. Suitable monomers that contain latent have crosslinking sites, for example the crosslinkers b) described above, which contain at least one polymerizable ethylenically unsaturated double bond and at least one further functional group which, for reaction with further functional groups, such as, for example, the carboxyl groups or sulfonic acid groups of the monomers a) described above or the like, or are capable of different crosslinkers b).
Weitere geeignete Nachvernetzer bilden mit den funktioneilen Gruppen der Polymermatrix kovalente oder ionische Bindungen. Geeignete Vernetzungsmittel sind z.B. Verbindungen, die mindestens zwei gleiche oder unterschiedliche funktioneile Gruppen aufweisen, z.B. ausgewählt unter Hydroxyl-, Amino-, quaternären Ammonium-, Isocyanato-, Epoxi-, Aziridino-, Ester- oder Amid- gruppen. Bevorzugte Nachvernetzungsmittel sind Polyalkohole wie Glycerin oder Bisepoxide. Das Auftragen der Vernetzungsmittel auf das geschäumte Material kann beispielsweise durch Sprühen, Tauchen oder durch Gasphasenabscheidung erfolgen.Further suitable postcrosslinkers form covalent or ionic bonds with the functional groups of the polymer matrix. Suitable crosslinking agents are e.g. Compounds which have at least two identical or different functional groups, e.g. selected from hydroxyl, amino, quaternary ammonium, isocyanato, epoxy, aziridino, ester or amide groups. Preferred post-crosslinking agents are polyalcohols such as glycerol or bisepoxides. The crosslinking agents can be applied to the foamed material, for example by spraying, dipping or by vapor deposition.
Die schaumförmigen Superabsorber A) haben eine gravimetrisch bestimmte Dichte von 10-3 bis 0,9 g/cm3, vorzugsweise 0,05 bis 0,7 g/cm3.The foam-like superabsorbers A) have a gravimetrically determined density of 10 -3 to 0.9 g / cm 3 , preferably 0.05 to 0.7 g / cm 3 .
Geeignete, in den erfindungsgemäßen Kompositmaterialien enthal- tene Polymergele A) sind auch stark quellfähige Gele, die beim Quellen in Flüssigkeiten, insbesondere in Wasser, ihre Form verlieren und in einen kolloidalen Zustand übergehen. Wie oben erwähnt sind solche Polymere z.B. in der EP-B-0 412 388 beschrieben. Dabei handelt es sich um feinteilige Polymerisatpulver, die durch Polymerisieren von wasserlöslichen Polymeren in der wäßrigen Phase einer Wasser-in-Öl-Emulsion in Gegenwart von Radikale bildenden Initiatoren und entsprechenden Emulgatoren hergestellt werden. Gemäß einer speziellen in der EP-B-0 412 388 beschriebenen Ausführungsform wird die Polymerisation in Gegenwart von Schutzkolloiden durchgeführt oder werden diese Schutzkolloide nach Beendigung der Polymerisation der resultierenden Wasser-in- Öl-Polymersuspension zugesetzt.Suitable polymer gels A) contained in the composite materials according to the invention are also highly swellable gels which lose their shape when swollen in liquids, in particular in water, and change into a colloidal state. As mentioned above, such polymers are e.g. in EP-B-0 412 388. These are finely divided polymer powders which are prepared by polymerizing water-soluble polymers in the aqueous phase of a water-in-oil emulsion in the presence of free radical initiators and corresponding emulsifiers. According to a special embodiment described in EP-B-0 412 388, the polymerization is carried out in the presence of protective colloids or these protective colloids are added to the resulting water-in-oil polymer suspension after the polymerization has ended.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform verwendet man stark quellfähige Polymergele A) , die agglomerierte Polymerteilchen umfassen, die beim Eintragen in ein wäßriges Medium in die Primärteilchen zerfallen. Bevorzugt werden dabei agglomerierte Polymerteilchen aus wasserquellbaren Polymerisaten mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 20 bis 5000 μm verwendet, wobei die agglomerierten Polymerteilchen aus Primärteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 bis 15 μm bestehen und durch Polymerisieren von wasserlöslichen Monomeren in Gegenwart von Reglern und von Vernetzungsmitteln nach Art einer Wasser-in-Öl-According to a further particular embodiment, strongly swellable polymer gels A) are used which comprise agglomerated polymer particles which disintegrate into the primary particles when introduced into an aqueous medium. Agglomerated polymer particles of water-swellable polymers with an average particle diameter of 20 to 5000 μm are preferably used, the agglomerated polymer particles consisting of primary particles with an average particle diameter of 0.1 to 15 μm and by polymerizing water-soluble monomers in the presence of Regulators and crosslinking agents like a water-in-oil
Polymerisation und anschließendes azeotropes Entwässern der diePolymerization and subsequent azeotropic dewatering of the
Primärteilchen enthaltenden Wasser-in-Öl-Polymeremulsionen inWater-in-oil polymer emulsions containing primary particles
Gegenwart von agglomerierend wirkenden Polyalkylenglykolen, diePresence of agglomerating polyalkylene glycols
(a) durch Anlagerung von C2- bis C4-Alkylenoxiden an Alkohole, Phenole, Amine oder Carbonsäuren erhältlich sind, und(a) can be obtained by addition of C 2 - to C 4 -alkylene oxides onto alcohols, phenols, amines or carboxylic acids, and
(b) mindestens 2 Alkylenoxid-Einheiten einpolymerisiert enthal- ten,(b) contain at least 2 alkylene oxide units in copolymerized form,
herstellbar sind.are producible.
Für die Herstellung der agglomerierten Polymerisatteilchen zur Herstellung von stark quellfähigen Polymergelen A) können sämtliche (bereits oben genannten) wasserlöslichen ethylenisch ungesättigten Monomere eingesetzt werden.All (already mentioned) water-soluble ethylenically unsaturated monomers can be used for the production of the agglomerated polymer particles for the production of highly swellable polymer gels A).
Vorzugsweise kommen als wasserlösliche ethylenisch ungesättigte Monomere Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid, Methacrylamid,The preferred water-soluble ethylenically unsaturated monomers are acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, methacrylamide,
2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, N-Vinylimidazol , N-Vinyl~ formamid, Hydroxyethylacryla , Hydroxypropylacrylat , N-Methylol- acrylamid oder deren Gemische in Betracht . Die Monomeren können entweder allein zu Homopoly erisaten oder auch in Mischung mit- einander zu Copolymerisaten polymerisiert werden. Von besonderem Interesse sind beispielsweise Copolymerisate aus Acrylamid und Acrylsäure, Copolymerisate aus Acrylamid und Methacrylsäure, Copolymerisate aus Methacrylamid und Acrylsäure, Copolymerisate aus Methacrylamid und Methacrylsäure, Copolymerisate aus Acrylamid, Acrylsäure und Acrylamid-2-methylpropansulfonsäure, Copolymerisate aus Acrylamid und Dimethylaminoethlacrylat , Copolymerisate aus Acrylamid und Diethylaminoethylmethacrylat und Copolymerisate aus Methacrylamid und Dimethylaminoethylacrylat . Die Carbonsäuren und die anderen ethylenisch ungesättigten Säuren, wie Vinylsul- fonsäure und Acrylamidomethylpropansulfonsäure, können entweder in Form der freien Säure, in partiell neutralisierter oder auch in vollständig neutralisierter Form bei der Polymerisation eingesetzt werden. Als Basen zur Neutralisation dieser Monomeren verwendet man beispielsweise Natronlauge, Kalilauge, Ammoniak, Amine, wie Triethylamin, Butylamin, Triethylamin, Morpholin und Ethanolamin.2-Acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, N-vinylimidazole, N-vinyl ~ formamide, hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, N-methylol acrylamide or mixtures thereof. The monomers can either be polymerized alone to give homopolymers or polymerized as a mixture with one another to give copolymers. Of particular interest are, for example, copolymers of acrylamide and acrylic acid, copolymers of acrylamide and methacrylic acid, copolymers of methacrylamide and acrylic acid, copolymers of methacrylamide and methacrylic acid, copolymers of acrylamide, acrylic acid and acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, copolymers of acrylamide and dimethylaminoethyl acrylate, copolymers of acrylamide and diethylaminoethyl methacrylate and copolymers of methacrylamide and dimethylaminoethyl acrylate. The carboxylic acids and the other ethylenically unsaturated acids, such as vinylsulfonic acid and acrylamidomethylpropanesulfonic acid, can be used in the polymerization either in the form of the free acid, in partially neutralized or else in completely neutralized form. Bases for neutralizing these monomers are, for example, sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution, ammonia, amines, such as triethylamine, butylamine, triethylamine, morpholine and ethanolamine.
Die basischen Acrylate und Methacrylate werden vorzugsweise als Salz oder in quaternisierter Form bei der Homo- oder Copolymeri- sation eingesetzt. Die Neutralisation der basischen Acrylate und -methacrylate erfolgt beispielsweise mit Hilfe von Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Carbonsäu- ren, wie Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure . Außerdem werden die basischen Acrylate und -methacrylate in quaternisierter Form eingesetzt. Die Quaternisierungsprodukte werden erhalten, indem man diese Verbindungen mit üblichen Quaternisierungsmit- teln, wie Methylchlorid, Ethylchlorid, Benzylchlorid, Lauryl- chlorid, Dimethylsulfat, Diethylsulfat oder Epichlorhydrin qua- ternisiert .The basic acrylates and methacrylates are preferably used as a salt or in quaternized form in the homo- or copolymerization. The basic acrylates and methacrylates are neutralized, for example, with the aid of hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, phosphoric acid and carboxylic acid. such as formic acid, acetic acid and propionic acid. The basic acrylates and methacrylates are also used in quaternized form. The quaternization products are obtained by quaternizing these compounds with customary quaternizing agents, such as methyl chloride, ethyl chloride, benzyl chloride, lauryl chloride, dimethyl sulfate, diethyl sulfate or epichlorohydrin.
Die Polymerisation der wasserlöslichen Monomeren kann auch in Gegenwart von Vernetzern erfolgen. Geeignete Vernetzer sind die oben erwähnten Komponenten b) mit mindestens zwei nicht konjugierten, ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen. Vorzugsweise setzt man wasserlösliche Vernetzer ein, z.B. N,N' -Methylen-bis- acrylamid, Polyethylenglykoldiacrylate, Polyethylenglykoldimeth- acrylate, Pentaerythrittriallylether und/oder Divinylharnstoff . Die Vernetzer werden in einer Menge von 50 bis 5000 ppm, entsprechend etwa 0,003 bis 0,3 Mol-%, bezogen auf die bei der Polymerisation verwendeten Monomere, verwendet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Vernetzer in einer Menge von minde- stens 1000 ppm, insbesondere mindestens 2000 ppm, vorzugsweise 0,20 % bis 10 Gew.-%, bezogen auf die bei der Polymerisation insgesamt eingesetzten Monomeren, verwendet. Besonders bevorzugt beträgt die Menge an Vernetzern 0,2 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf die insgesamt eingesetzten Monomeren.The water-soluble monomers can also be polymerized in the presence of crosslinking agents. Suitable crosslinkers are the components b) mentioned above with at least two non-conjugated, ethylenically unsaturated double bonds. Preferably water-soluble crosslinking agents are used, e.g. N, N '-methylene-bis-acrylamide, polyethylene glycol diacrylates, polyethylene glycol dimethacrylates, pentaerythritol triallyl ether and / or divinyl urea. The crosslinking agents are used in an amount of 50 to 5000 ppm, corresponding to approximately 0.003 to 0.3 mol%, based on the monomers used in the polymerization. According to a preferred embodiment, the crosslinking agents are used in an amount of at least 1000 ppm, in particular at least 2000 ppm, preferably 0.20% to 10% by weight, based on the monomers used overall in the polymerization. The amount of crosslinking agents is particularly preferably 0.2 to 0.5% by weight, based on the total monomers used.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Polymerisation der wasserlöslichen Monomeren in Gegenwart von mindestens 1000 ppm mindestens eines Vernetzers und mindestens 1 Gew.-% mindestens eines Reglers, wobei sich die Mengen jeweils auf die eingesetzten Monomeren beziehen. Geeignete Vernetzer und Regler sind oben beschrieben. Besonders bevorzugt eingesetzte Polymerisationsregler sind Isopropanol, Ameisensäure und ihre Alkali- und Ammoniumsalze, Thioglykolsäure und ihre Alkali- und Ammoniumsalze sowie alle Regler, die eine ähnlich hohe Übertra- gungskonstante wie Thioglykolsäure haben. Die Polymerisationsregler werden vorzugsweise in Mengen von 0,25 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die bei der Polymerisation eingesetzten Monomeren, verwendet. Bei der Polymerisation können auch Mischungen der Polymerisationsregler verwendet werden.According to a particularly preferred embodiment, the water-soluble monomers are polymerized in the presence of at least 1000 ppm of at least one crosslinking agent and at least 1% by weight of at least one regulator, the amounts based in each case on the monomers used. Suitable crosslinkers and regulators are described above. Polymerization regulators used with particular preference are isopropanol, formic acid and their alkali metal and ammonium salts, thioglycolic acid and their alkali metal and ammonium salts, and all regulators which have a similarly high transmission constant to thioglycolic acid. The polymerization regulators are preferably used in amounts of 0.25 to 10% by weight, based on the monomers used in the polymerization. Mixtures of the polymerization regulators can also be used in the polymerization.
Um die Monomeren zu polymerisieren, löst man sie zunächst in Wasser. Die Konzentration der Monomeren in der wäßrigen Lösung beträgt 20 bis 80, vorzugsweise 30 bis 60 Gew.-%. Die wäßrige Lösung wird dann unter Bildung einer Wasser-in-Öl-Emulsion in einer inerten hydrophoben Flüssigkeit (Ölphase) in Gegenwart mindestens eines Wasser-in-Öl-Emulgators emulgiert. Als inerte hydrophobe Flüssigkeiten können praktisch alle mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeiten verwendet werden, die nicht in die Polymerisation eingreifen. Vorzugsweise verwendet man hierfür alipha- tische und aromatische Kohlenwasserstoffe oder Mischungen aus aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen. Geeignete aliphatische Kohlenwasserstoffe sind beispielsweise Pentan,To polymerize the monomers, they are first dissolved in water. The concentration of the monomers in the aqueous solution is 20 to 80, preferably 30 to 60% by weight. The aqueous solution is then emulsified to form a water-in-oil emulsion in an inert hydrophobic liquid (oil phase) in the presence of at least one water-in-oil emulsifier. Virtually all of them cannot be used as inert hydrophobic liquids with water miscible liquids are used that do not interfere with the polymerization. Aliphatic and aromatic hydrocarbons or mixtures of aliphatic and aromatic hydrocarbons are preferably used for this. Suitable aliphatic hydrocarbons are, for example, pentane,
Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Decan, Cyclohexan, Decalin, Methyl- cyclohexan, Isooctan und Ethylcyclohexan. Aromatische Kohlenwasserstoffe, die als hydrophobe Flüssigkeit bei der umgekehrten Suspensionspolymerisation verwendet werden, sind beispielsweise Benzol, Toluol, Xylol und Isopropylbenzol. Daneben ist es auch möglich, halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Tetrachlorethan, Hexachlorethan, Trichlorethan und Chlorbenzol zu verwenden. Vorzugsweise verwendet man Cyclohexan oder Kohlenwasserstoffe eines Siedebereichs von 60 bis 170°C. Der Anteil der Ölphase am Aufbau der Wasser-in-Öl-Polymeremulsion beträgt 15 bis 70, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%.Hexane, heptane, octane, nonane, decane, cyclohexane, decalin, methylcyclohexane, isooctane and ethylcyclohexane. Aromatic hydrocarbons which are used as the hydrophobic liquid in reverse suspension polymerization are, for example, benzene, toluene, xylene and isopropylbenzene. In addition, it is also possible to use halogenated hydrocarbons, such as tetrachloroethane, hexachloroethane, trichloroethane and chlorobenzene. Cyclohexane or hydrocarbons with a boiling range from 60 to 170 ° C. are preferably used. The proportion of the oil phase in the structure of the water-in-oil polymer emulsion is 15 to 70, preferably 20 to 60% by weight.
Um die wäßrige Monomerlösung in der Ölphase zu dispergieren, verwendet man die dafür bekannten Wasser-in-Öl-Emulgatoren. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Sorbitanester, wie Sorbitan- monostearat, Sorbitanmonooleat , Sorbitanpalmitat und Sorbitan- laurat sowie um Glycerinester , deren Säurekomponente sich von C14- bis C2o-Carbonsäuren ableitet. Weitere geeignete Emulgatoren sind die aus der DE-A-25 57 324 bekannten Wasser-in-Öl-Emulgatoren, die erhältlich sind durch Umsetzung vonThe known water-in-oil emulsifiers are used to disperse the aqueous monomer solution in the oil phase. These are, for example, sorbitan esters, such as sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan palmitate and sorbitan laurate, and glycerol esters, the acid component of which is derived from C 14 to C 2 o-carboxylic acids. Further suitable emulsifiers are the water-in-oil emulsifiers known from DE-A-25 57 324, which are obtainable by reacting
A) Cιo-C22-Fettalkoholen mit Epichlorhydrin im Molverhältnis 1:0,5 bis 1:1,5 zu Glycidylethern,A) Cιo-C 22 fatty alcohols with epichlorohydrin in a molar ratio of 1: 0.5 to 1: 1.5 to glycidyl ethers,
B) Reaktion der Glycidylether mit (1) gesättigten, 2 bis 6 OH-B) reaction of the glycidyl ethers with (1) saturated, 2 to 6 OH
Gruppen enthaltenden C2-Cg-Alkoholen oder deren Monoether mit Cιo-C -Fettalkoholen, im Molverhältnis Glycidylether zu (1) oder (2) von 1:0,5 bis 1:6 in Gegenwart von Säuren oder Basen undGroup-containing C 2 -Cg alcohols or their monoethers with C 1 -C 6 fatty alcohols, in the molar ratio glycidyl ether to (1) or (2) from 1: 0.5 to 1: 6 in the presence of acids or bases and
C) Alkoxylierung der Reaktionsprodukte gemäß (B) mit mindestens einem C2-C4-Alkylenoxid im Molverhältnis 1:1 bis 1:6.C) Alkoxylation of the reaction products according to (B) with at least one C 2 -C 4 alkylene oxide in a molar ratio of 1: 1 to 1: 6.
Weitere geeignete Emulgatoren sind aus mindestens einem hydrophi- len und mindestens einem hydrophoben Block aufgebaut, wobei die Blöcke jeweils Molmassen von mehr als 500 bis 100.000, vorzugsweise 550 bis 50.000 und ganz besonders bevorzugt 600 bis 20.000 haben. Die Emulgatoren können kammartig oder linear aufgebaut sein. Lineare Blockcopolymerisate des Typs AB oder des Typs ABA, wobei A einen hydrophoben und B einen hydrophilen Polymerblock darstellt, sind bekannt, vgl. EP-A-0 000 424 und EP-A-0 623 630. Vorzugsweise sind die zu verwendenden Emulgatoren in dem benutzten, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel löslich.Further suitable emulsifiers are made up of at least one hydrophilic and at least one hydrophobic block, the blocks each having molar masses of more than 500 to 100,000, preferably 550 to 50,000 and very particularly preferably 600 to 20,000. The emulsifiers can have a comb-like or linear structure. Linear block copolymers of the AB or ABA type, where A is a hydrophobic and B is a hydrophilic polymer block, are known, cf. EP-A-0 000 424 and EP-A-0 623 630. The emulsifiers to be used are preferred soluble in the used water-immiscible solvent.
Die hydrophilen Blöcke sind für sich genommen zu mehr als 1 %, vorzugsweise 5 Gew.-% in Wasser bei 25°C löslich. Beispiele sind Blöcke, die aus Ethylenoxid, Propylenoxid- oder Butylenoxid-Ein- heiten, gegebenenfalls in Mischung untereinander, aufgebaut sind. Die Hydroxylgruppen der Alkylenoxidblöcke können durch Sulfatoder Phosphatestergruppen zusätzlich modifiziert werden. Geeig- nete weitere Blöcke leiten sich ab von Polytetrahydrofuran,The hydrophilic blocks themselves are more than 1%, preferably 5% by weight, soluble in water at 25 ° C. Examples are blocks which are built up from ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide units, optionally in a mixture with one another. The hydroxyl groups of the alkylene oxide blocks can be additionally modified by sulfate or phosphate ester groups. Suitable other blocks are derived from polytetrahydrofuran,
Poly (1, 3-dioxolan) , Poly (2-methyl-2-oxazolin) , Polyethylenimin, Polyvinylalkohol, Polyvinylamin, Polyvinylpyrrolidon, Poly (meth) acrylsäure, Polyamidoaminen, Gelatine, Cellulosederiva- ten oder Stärke. Besonders bevorzugt werden Blöcke auf Basis von Ethylenoxid- und/oder Propylenoxid-Einheiten.Poly (1, 3-dioxolane), poly (2-methyl-2-oxazoline), polyethyleneimine, polyvinyl alcohol, polyvinylamine, polyvinylpyrrolidone, poly (meth) acrylic acid, polyamidoamines, gelatin, cellulose derivatives or starch. Blocks based on ethylene oxide and / or propylene oxide units are particularly preferred.
Die hydrophoben Teile der Emulgatoren bestehen beispielsweise aus Blöcken von Polystyrol, Polyalkyl (meth) acrylaten, Polysiloxanen, Poly (hydroxyalkansäuren) wie z.B. Polykondensaten aus 2-Hydroxy- propansäure, 2-Hydroxybutansäure, 2-Hydroxyisobutansäure,The hydrophobic parts of the emulsifiers consist for example of blocks of polystyrene, polyalkyl (meth) acrylates, polysiloxanes, poly (hydroxyalkanoic acids) such as e.g. Polycondensates from 2-hydroxypropanoic acid, 2-hydroxybutanoic acid, 2-hydroxyisobutanoic acid,
2-Hydroxyheptansäure, 10-Hydroxydecansäure, 12-Hydroxydodecan- säure, 12-Hydroxystearinsäure, 16-Hydroxyhexadecansäure, 2-Hydroxystearinsäure, 2-Hydroxyvaleriansäure oder die entsprechenden aus Lactonen erhaltenen Kondensate, Kondensate aus Diolen und Dicarbonsäuren wie Polyethylenadipat, Polylactame wie Poly- caprolactam, Polyisobutylen oder Polyurethane. Bevorzugt werden Blöcke aus Polystyrol, Polymethylmethacrylat , Polybutylmethacry- lat, Polyhydroxyalkansäuren mit mehr als 10 C-Atomen in der Alkaneinheit, Polydimethylsiloxanen oder Polyisobutylenen. Ganz besonders bevorzugt werden Blöcke aus Polystyrol, Polyhydroxy- fettsäuren wie Poly (12-hydroxystearinsäure) oder Polydimethylsiloxanen.2-hydroxyheptanoic acid, 10-hydroxydecanoic acid, 12-hydroxydodecanoic acid, 12-hydroxystearic acid, 16-hydroxyhexadecanoic acid, 2-hydroxystearic acid, 2-hydroxyvaleric acid or the corresponding condensates obtained from lactones, condensates from diols and dicarboxylic acids such as polyethylene adipate, polylactamates such as poly-caprolactams , Polyisobutylene or polyurethane. Blocks of polystyrene, polymethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyhydroxyalkanoic acids with more than 10 carbon atoms in the alkane unit, polydimethylsiloxanes or polyisobutylenes are preferred. Blocks of polystyrene, polyhydroxy fatty acids such as poly (12-hydroxystearic acid) or polydimethylsiloxanes are very particularly preferred.
Von diesen Verbindungen werden als Emulgator vorzugsweise solche Blockcopolymerisate eingesetzt, wobeiOf these compounds, such block copolymers are preferably used as emulsifiers, where
- A ein hydrophober Polymerblock aus der Gruppe Polystyrol, Poly (hydroxycarbonsäuren) , Polydimethylsiloxane oder Poly- isobutylene undA is a hydrophobic polymer block from the group consisting of polystyrene, poly (hydroxycarboxylic acids), polydimethylsiloxanes or polyisobutylene and
- B ein hydrophiler Polymerblock aus der Gruppe der C - bis C4-PolyalkylenglykoleB is a hydrophilic polymer block from the group of the C - to C 4 -polyalkylene glycols
ist. Die in Betracht kommenden Wasser-in-Öl-Emulgatoren haben einen HLB-Wert von höchstens 8. Unter HLB-Wert versteht man die hydro- phile-lipophile Balance des Emulgators, vgl. W.C. Griffin, J. Soc. Cosmet. Chem. Band 1, 311 (1949) . Die Wasser-in-Öl-Emulgato- ren werden, bezogen auf die eingesetzten Monomeren, in eineris. The water-in-oil emulsifiers in question have an HLB value of at most 8. The HLB value is the hydrophilic-lipophilic balance of the emulsifier, cf. WC Griffin, J. Soc. Cosmet. Chem. Volume 1, 311 (1949). The water-in-oil emulsifiers are, based on the monomers used, in one
Menge von 2 bis 20, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-% eingesetzt. Vorzugsweise werden diejenigen Wasser-in-Öl-Emulgatoren eingesetzt, die in der genannten DE-A-25 57 324 beschrieben sind.Amount of 2 to 20, preferably 5 to 15 wt .-% used. Those water-in-oil emulsifiers which are described in the aforementioned DE-A-25 57 324 are preferably used.
Geeignete Radikale bildende Polymerisationsinitiatoren sind alle üblicherweise eingesetzten Polymerisationsinitiatoren, wie die oben genannten Verbindungen der Komponente d) . Bevorzugt sind wasserlösliche Initiatoren, wobei entweder ein einziger Initiator oder auch Mischungen mehrerer Initiatoren verwenden werden. Die Auswahl der Initiatoren richtet sich in erster Linie nach der Temperatur, bei der die Polymerisation durchgeführt wird. Man kann auch zusätzliche Salze von Schwermetallen, z.B. Kupfer-, Kobalt-, Mangan-, Eisen-, Nickel- und Chromsalze und/oder organische Verbindungen, wie Benzoin, Dirnethylanilin, Ascorbinsäure sowie Reduktionsmittel, wie beispielsweise Alkalidisulfit oder Formaldehydnatriumsulfoxylat zusammen mit mindestens einem der oben angegebenen Radikale bildenden Polymerisationsinitiatoren einsetzen. Solche Mischungen von Initiatoren ermöglichen das Polymerisieren bei niedrigeren Temperaturen. Die reduzierende Komponente von sogenannten Redox-Initiatoren kann beispielsweise von Natriumsulfit, Natriumbisulfit , Natriumformaldehydsulfoxylat oder Hydrazin gebildet werden. Bezogen auf die bei der Polymerisation eingesetzten Monomeren benötigt man 100 bis 10.000, vorzugsweise 100 bis 2000 ppm eines Polymerisationsinitiators oder einer Mischung mehrerer Polymerisationsinitiatoren. Die angegebenen Initiatormengen entsprechen etwa 0,002 bis 0,3 Mol . % Initiator, bezogen auf die eingesetzten Monomeren.Suitable radical initiators are all polymerization initiators commonly used, such as the above-mentioned compounds of component d). Water-soluble initiators are preferred, with either a single initiator or mixtures of several initiators being used. The choice of initiators depends primarily on the temperature at which the polymerization is carried out. Additional salts of heavy metals, e.g. Use copper, cobalt, manganese, iron, nickel and chromium salts and / or organic compounds, such as benzoin, dirnethylaniline, ascorbic acid and reducing agents, such as, for example, alkali disulfite or formaldehyde sodium sulfoxylate, together with at least one of the radical initiating polymerization initiators. Such mixtures of initiators enable polymerization at lower temperatures. The reducing component of so-called redox initiators can be formed, for example, from sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium formaldehyde sulfoxylate or hydrazine. Based on the monomers used in the polymerization, 100 to 10,000, preferably 100 to 2000, ppm of a polymerization initiator or a mixture of several polymerization initiators are required. The stated amounts of initiator correspond to approximately 0.002 to 0.3 mol. % Initiator, based on the monomers used.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Poly- merisation der wasserlöslichen Monomeren zusätzlich in Gegenwart mindestens eines Öl-in-Wasser-Emulgators durchgeführt. Der Einsatz dieser Gruppe von Emulgatoren ermöglicht die Herstellung besonders feinteiliger und sedimentationsstabiler Wasser-in-Öl- Polymeremulsionen. Geeignete Öl-in-Wasser-Emulgatoren sind bei- spielsweise sämtliche Netzmittel, die einen HLB-Wert von mindestens 10 haben. Bei dieser Gruppe von Emulgatoren handelt es sich im wesentlichen um hydrophile wasserlösliche Verbindungen, wie ethoxylierte Alkylphenole oder ethoxylierte Fettalkohole. Produkte dieser Art werden beispielsweise dadurch erhalten, daß man C8- bis Cχ -Alkylphenole oder C8-C2 -Fettalkohole mit Ethylenoxid umsetzt. Vorzugsweise ethoxyliert man Cι2-Ci8-Fettalkohole. Das Molverhältnis von Alkylphenol bzw. Fettalkohol zu Ethylenoxid be- trägt dabei im allgemeinen 1:5 bis 1:20. Weitere geeignete Emulgatoren sind beispielsweise alkoxylierte Fettamine. Sofern die Emulgatoren eine HLB-Wert von 10 oder darüber bei der Polymerisation eingesetzt werden, so verwendet man sie in Mengen von 1 bis 20, vorzugsweise 2 bis 15 Ge .-%, bezogen auf die zu polymerisie- renden Monomeren.In a preferred embodiment of the invention, the polymerization of the water-soluble monomers is additionally carried out in the presence of at least one oil-in-water emulsifier. The use of this group of emulsifiers enables the production of particularly fine-particle, sedimentation-stable water-in-oil polymer emulsions. Suitable oil-in-water emulsifiers are, for example, all wetting agents which have an HLB value of at least 10. This group of emulsifiers are essentially hydrophilic water-soluble compounds, such as ethoxylated alkylphenols or ethoxylated fatty alcohols. Products of this type are obtained, for example, by reacting C 8 to Cχ alkylphenols or C 8 -C 2 fatty alcohols with ethylene oxide. Preferably C 2 -C 8 ethoxylated fatty alcohols. The molar ratio of alkylphenol or fatty alcohol to ethylene oxide is generally carries 1: 5 to 1:20. Other suitable emulsifiers are, for example, alkoxylated fatty amines. If the emulsifiers have an HLB value of 10 or higher in the polymerization, they are used in amounts of 1 to 20, preferably 2 to 15,% by weight, based on the monomers to be polymerized.
Die Polymerisation der Monomeren erfolgt in der wäßrigen Phase einer Wasser-in-Öl-Emulsion in Gegenwart von Wasser-in-Öl-Emulga- toren und gegebenenfalls Schutzkolloiden, die üblicherweise bei der umgekehrten Suspensionspolymerisation eingesetzt werden und ggf. Öl-in-Wasser-Emulgatoren sowie in Gegenwart von Radikale bildenden Polymerisationsinitiatoren .The monomers are polymerized in the aqueous phase of a water-in-oil emulsion in the presence of water-in-oil emulsifiers and, if appropriate, protective colloids, which are usually used in reverse suspension polymerization and, if appropriate, oil-in-water. Emulsifiers and in the presence of radical-forming polymerization initiators.
Die Wasser-in-Öl-Polymeremulsionen werden azeotrop entwässert, bevorzugt in Gegenwart von agglomerierend wirkenden Polyalkylen- glykolen.The water-in-oil polymer emulsions are dewatered azeotropically, preferably in the presence of agglomerating polyalkylene glycols.
Gemäß einer speziellen, in der EP-B-0 412 388 beschriebenen Ver- fahrensvariante erfolgt die Polymerisation der wasserlöslichen Monomeren in Gegenwart von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die bei der Polymerisation eingesetzten Monomeren, an Schutzkolloiden oder werden Schutzkolloide der Wasser-in-Öl-Polymersuspension nach Beendigung der Polymerisation zu einem beliebigen Zeitpunkt vor dem Isolieren der Polymerisatpulver zugesetzt. Im zuletzt genannten Fall betragen die Mengen an Schutzkolloid 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf Polymer der gegebenenfalls entwässerten Wasser-in-Öl-Polymeremulsion. Sorbitanester können sowohl als Wasser-in-Öl-Emulgator als auch als Schutzkolloid eingesetzt wer- den, wobei die verwendeten Wasser-in-Öl-Emulgatoren einer anderen Verbindungsklasse angehören als die Schutzkolloide. Wenn man beispielsweise einen Sorbitanester als Wasser-in-Öl-Emulgator einsetzt, so verwendet man als Schutzkolloid mindestens eine der üblicherweise bei der umgekehrten Suspensionspolymerisation als Schutzkolloid eingesetzten polymeren Verbindungen. Bevorzugt geht man beispielsweise so vor, daß man als Wasser-in-Öl-Emulgator diejenigen Produkte verwendet, die in der DE-PS-25 57 324 für die Herstellung besonders stabiler Wasser-in-Öl-Polymeremulsionen in Betracht kommen. Als Schutzkolloid setzt man in einem solchen Fall entweder Sorbitanester oder vorzugsweise polymere Schutzkolloide ein, die üblicherweise bei der umgekehrten Suspensionspolymerisation angewendet werden. Besonders bevorzugt zum Einsatz gelangende Schutzkolloide sind Sorbitanester, die oben bereits unter den Wasser-in-Öl-Emulgatoren genannt sind, sowie Pfropf- Polymerisate, die gemäß der EP-A-0 290 753 als Schutzkolloid bei der umgekehrten Suspensionspolymerisation verwendet werden. Die Herstellung der Pfropfpolymerisate ist in der EP-B-0 412 388 beschrieben, auf welche hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.According to a special process variant described in EP-B-0 412 388, the water-soluble monomers are polymerized in the presence of 0.1 to 10% by weight, based on the monomers used in the polymerization, of protective colloids or become protective colloids added to the water-in-oil polymer suspension after the end of the polymerization at any time before isolating the polymer powder. In the latter case, the amounts of protective colloid are 0.1 to 10% by weight, based on the polymer of the optionally dewatered water-in-oil polymer emulsion. Sorbitan esters can be used both as a water-in-oil emulsifier and as a protective colloid, the water-in-oil emulsifiers belonging to a different class of compound than the protective colloids. If, for example, a sorbitan ester is used as the water-in-oil emulsifier, at least one of the polymeric compounds usually used as the protective colloid in reverse suspension polymerization is used as the protective colloid. For example, the preferred procedure is to use as water-in-oil emulsifier those products which are considered in DE-PS-25 57 324 for the preparation of particularly stable water-in-oil polymer emulsions. In such a case, the protective colloid used is either sorbitan esters or, preferably, polymeric protective colloids which are usually used in reverse suspension polymerization. Protective colloids used with particular preference are sorbitan esters, which have already been mentioned above under the water-in-oil emulsifiers, and graft polymers which, according to EP-A-0 290 753, are used as protective colloids in the reverse suspension polymerization. The preparation of the graft polymers is described in EP-B-0 412 388, to which full reference is made here.
Die Einsatzmenge an Schutzkolloid beträgt, bezogen auf die bei der Polymerisation eingesetzten Monomeren bzw. auf das aus den Monomeren gebildete Polymerisat, 0,1 bis 10, vorzugsweise 0,2 bis 5 Gew.-%.The amount of protective colloid used is 0.1 to 10, preferably 0.2 to 5% by weight, based on the monomers used in the polymerization or on the polymer formed from the monomers.
Die Entwässerung der Wasser-in-Öl-Polymeremulsionen kann unter Bedingungen erfolgen, die in der WO-A-92/13912 beschrieben sind. Nach der azeotropen Entwässerung liegen Agglomerationen von Primärteilchen vor, die gemäß Siebanalyse einen mittlere Teilchendurchmesser von ca. 20 bis 5000, vorzugsweise 50 bis 2500 μm ha- ben. Die agglomerierten Polymerteilchen enthalten Primärteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 bis 15 μm. Das in den Wasser-in-Öl-Polymeremulsionen enthaltene Wasser wird durch azeotrope Destillation mindestens zu 80, vorzugsweise bis zu 95 bis 99 % entfernt. Geringe Mengen an Wasser, die in den Polymeri- säten verbleiben, stören nicht. Beim Eintragen durch azeotrope Destillation getrockneten agglomerierten Teilchen in Wasser zerfallen sie in die Primärteilchen.The water-in-oil polymer emulsions can be dewatered under the conditions described in WO-A-92/13912. After the azeotropic dewatering, there are agglomerations of primary particles which, according to sieve analysis, have an average particle diameter of approximately 20 to 5000, preferably 50 to 2500 μm. The agglomerated polymer particles contain primary particles with an average particle diameter of 0.1 to 15 μm. At least 80, preferably up to 95 to 99% of the water in the water-in-oil polymer emulsions is removed by azeotropic distillation. Small amounts of water that remain in the polymer do not interfere. When agglomerated particles dried in water are introduced by azeotropic distillation, they disintegrate into the primary particles.
Wenn die erhaltenen Wasser-in-Öl-Polymeremulsionen in Gegenwart von Polyalkylenglykolen als Agglomerationshilfsmittel entwässert werden, so verwendet man Polyalkylenglykole, die durch Anlagerung von Alkylenoxiden, wie z.B. Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylen- oxid-1,2, Isobutylenoxid und Tetrahydrofuran, an Alkohole, Phenole, Amine oder Carbonsäuren erhältlich sind. Die genannten Alkylenoxide und Tetrahydrofuran können entweder allein oder in Mischung polymerisiert werden. Sofern Mischungen eingesetzt werden, erhält man polymere Verbindungen, in denen die Alkylenoxid- Einheiten statistisch verteilt sind. Man kann jedoch auch die Alkylenoxide in üblicher Weise zu Blockcopolymerisaten abreagie- ren lassen. Homopolymerisate des Ethylenoxids werden beispielsweise erhalten, indem man Ethylenoxid an Ethylenglykol anlagert. Zur Herstellung von Homopolymerisaten des Propylenoxids lagert man an Propylenglykol-1, 2 , Propylenglykol-1, 3 oder an Mischungen der genannten Isomeren Propylenoxid an. Die Herstellung der Homo- polymerisate der anderen Alkylenoxide erfolgt in entsprechender Weise.If the water-in-oil polymer emulsions obtained are dewatered in the presence of polyalkylene glycols as agglomeration aids, polyalkylene glycols are used which are obtained by addition of alkylene oxides, e.g. Ethylene oxide, propylene oxide, 1,2-butylene oxide, isobutylene oxide and tetrahydrofuran, on alcohols, phenols, amines or carboxylic acids are available. The alkylene oxides and tetrahydrofuran mentioned can be polymerized either alone or as a mixture. If mixtures are used, polymeric compounds are obtained in which the alkylene oxide units are randomly distributed. However, the alkylene oxides can also be allowed to react in the customary manner to form block copolymers. Homopolymers of ethylene oxide are obtained, for example, by adding ethylene oxide to ethylene glycol. To prepare homopolymers of propylene oxide, propylene oxide is added to propylene glycol 1, 2, propylene glycol 1, 3 or to mixtures of the isomers mentioned. The homopolymers of the other alkylene oxides are prepared in a corresponding manner.
Als Agglomerationshilfsmittel geeignete Blockcopolymerisate werden beispielsweise dadurch hergestellt, daß man zunächst Ethylen- oxid an Ethylenglykol anlagert und abreagieren läßt und danach Propylenoxid unter den üblichen Bedingungen, d.h. durch Katalyse mit Alkalihydroxiden oder Calciumoxid, addiert. Hier gibt es viele Möglichkeiten, um die Reihenfolge der Blöcke von Alkylen- oxid-Einheiten zu variieren. Beispielsweise kann sich an einen Ethylenoxid-Block ein Propylenoxid-Block und dann ein Ethylen- oxid-Block anschließen. Ebenso sind Polyalkylenglykole als Agglo- merationshilfsmittel einsetzbar, die einen Ethylenoxid-Block, einen Propylenoxid-Block und einen Butylenoxid-Block aufweisen oder Polyalkylenglykole, bei denen auf einen Propylenoxid-Block ein Ethylenoxid-Block folgt oder solche Polyalkylenoxide, bei denen auf einen Butylenoxid-Block ein Propylenoxid-Block und gegebenen- falls ein Ethylenoxid-Block folgt.Block copolymers suitable as agglomeration aids are produced, for example, by first adding ethylene oxide to ethylene glycol and allowing it to react and then adding propylene oxide under the usual conditions, ie by catalysis with alkali metal hydroxides or calcium oxide. Here there are many ways to vary the order of the blocks of alkylene oxide units. For example, an ethylene oxide block can be followed by a propylene oxide block and then an ethylene oxide block. Likewise, polyalkylene glycols can be used as agglomeration aids which have an ethylene oxide block, a propylene oxide block and a butylene oxide block, or polyalkylene glycols in which a propylene oxide block is followed by an ethylene oxide block or those polyalkylene oxides in which a butylene oxide block Block is followed by a propylene oxide block and, if necessary, an ethylene oxide block.
Die Endgruppen der so entstehenden Polyalkylenglykole können einseitig oder auch beidseitig verschlossen sein. Einseitig verschlossene Polyalkylenglykole erhält man z.B. dadurch, daß man Alkylenoxide an Alkohole, Phenole, Amine oder Carbonsäuren anlagert. Geeignete Alkohole sind beispielsweise einwertige Cι~ bis C 2-Alkohole, z.B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol, n-Octanol, Isooctanol und Stearylalkohol . Als Alkohole können auch mehrwertige Alkohole eingesetzt werden, z.B. wie bereits oben erwähnt, Ethylenglykole oder Propylengly- kole sowie Glycerin, Pentaerythrit und Hexandiol-1 , 6. Die Alkylenoxide können auch an Phenol, und substituierte Phenole, wie Cι~ bis C s-Alkylphenole addiert werden. Ebenso eignen sich Amine als Endgruppenverschluß, z.B. Ci- bis Cι8-Alkyl- oder Dialkylamine so- wie Diamine, vorzugsweise Ethylendiamin. Von besonderem Interesse sind hierbei handelsübliche Produkte, die beispielsweise durch nacheinander erfolgende Anlagerung von Ethylenoxid und Propylenoxid an Ethylendiamin erhältlich sind. Auch Thioalkohole, wie Mercaptoethanol , Mercaptopropanole und Mercaptobutanole, können alkoxyliert werden. Die endständigen OH-Gruppen der Polyalkylenglykole können auch beispielsweise durch Aminogruppen ersetzt sein. Ebenso eigenen sich solche Polyalkylenglykole als Agglomerationshilfsmittel, deren endständige OH-Gruppen verethert oder verestert sind.The end groups of the resulting polyalkylene glycols can be closed on one side or on both sides. Polyalkylene glycols sealed on one side are obtained, for example, by adding alkylene oxides to alcohols, phenols, amines or carboxylic acids. Suitable alcohols are, for example, monohydric C 1 -C 2 -alcohols, for example methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, n-octanol, isooctanol and stearyl alcohol. Polyhydric alcohols can also be used as alcohols, for example, as already mentioned above, ethylene glycols or propylene glycols and also glycerol, pentaerythritol and hexanediol-1, 6. The alkylene oxides can also be phenol, and substituted phenols, such as C 1 -C 4 -alkylphenols be added. Amines are also suitable as end group closures, for example C 1 -C 8 -alkyl- or dialkylamines and diamines, preferably ethylenediamine. Of particular interest here are commercially available products which can be obtained, for example, by sequential addition of ethylene oxide and propylene oxide onto ethylenediamine. Thioalcohols such as mercaptoethanol, mercaptopropanols and mercaptobutanols can also be alkoxylated. The terminal OH groups of the polyalkylene glycols can also be replaced, for example, by amino groups. Polyalkylene glycols whose terminal OH groups are etherified or esterified are also suitable as agglomeration aids.
Die in Betracht kommenden Polyalkylenglykole enthalten mindestens 2 Alkylenoxid-Einheiten einpolymerisiert . Geeignete Agglomerationshilfsmittel sind beispielsweise Polyethylenglykole, Polypropy- lenglykole, Blockcopolymerisate aus Ethylenoxid- und Propylen- oxidblöcken der Struktur EO-PO, PO-EO-PO oder EO-PO-EO, ein- oder beidseitig mit Cι~ bis C4-Alkoholen veretherte Polyethylenglykole und solche Verbindungen, die durch Anlagerung von zunächst Ethylenoxid und dann Propylenoxid oder in umgekehrter Reihenfolge an Ethylendiamin erhältlich sind. Geeignete agglomerierend wirkende Polyalkylenglykole sind z.B. Diethylenglykol , Triethylenglykol , Tetraethylenglykol, Pentamethylenglykol , Hexaethylenglykol, Heptaethylenglykol, Octaethylenglykol , Diethylenglykoldimethyl- ether, Diethylenglykolmonomethylether , Diethylenglkyoldiethyl- ether, Diethylenglykolmonoethylester , Triethylglykolmono- und -dimethylether, Triethylenglykolmono- und -diethylether , Dialky- lenglykoldibutylether , Diethylenglykolmonobutylether , Diethylen- 5 glykolmonopropylether, Diethylenglykoldipropylether, EO-PO-Block- copolymerisate mit mittleren Molekulargewichten von 120 bis 2 Millionen, PO-EO-PO-Blockcopolymerisate mit mittleren Molekulargewichten von 178 bis 2 Millionen und EO-PO-EO-Blockcopolyme- risate mit mittleren Molekulargewichten von 134 bis 2 Millionen,The polyalkylene glycols in question contain at least 2 alkylene oxide units copolymerized. Suitable agglomeration aids are, for example, polyethylene glycols, polypropylene glycols, block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide blocks of the structure EO-PO, PO-EO-PO or EO-PO-EO, polyethylene glycols etherified on one or both sides with C 1 -C 4 -alcohols and those compounds which are obtainable by addition of first ethylene oxide and then propylene oxide or in reverse order on ethylenediamine. Suitable agglomerating polyalkylene glycols are, for example, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, pentamethylene glycol, hexaethylene glycol, heptaethylene glycol, octaethylene glycol, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monoethyl ester, triethyl glycol mono- and dimethyl ether, triethylene glycol mono- and diethyl ether, dialkylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol 5-ethylene glycol ethylenediphenyl ether-3% glycol mono- ethylene glycol 3-ethylene glycol mono-ethylene glycol-3-ethylene glycol-bis-ethylene glycol-3-ethylene glycol-3% PO-EO-PO block copolymers with average molecular weights of 178 to 2 million and EO-PO-EO block copolymers with average molecular weights of 134 to 2 million,
10 Dipropylenglykoldiacetat , Diethylenglykoldiacetat , Dipropylengly- kolmonoacetat, Diethylenglykolmonoacetat , Dipropylenglykoldime- thylether und Dipropylenglykolmonomethylether . Die angegebenen Molekulargewichte beziehen sich auf das Zahlenmittel. Die Agglo- merationshilfsmittel werden vorzugsweise in Mengen von 5 bis10 dipropylene glycol diacetate, diethylene glycol diacetate, dipropylene glycol monoacetate, diethylene glycol monoacetate, dipropylene glycol dimethyl ether and dipropylene glycol monomethyl ether. The molecular weights given relate to the number average. The agglomeration aids are preferably used in amounts of 5 to
15 20 Gew.-%, bezogen auf das in der Wasser-in-Öl-Emulsion vorhandene Polymere, eingesetzt.15 20% by weight, based on the polymer present in the water-in-oil emulsion, is used.
Nach der azeotropen Entwässerung in Gegenwart der Polyalkylenglykole liegen agglomerierte Polymerteilchen vor, die leicht iso-After azeotropic dewatering in the presence of the polyalkylene glycols, agglomerated polymer particles are present which are slightly iso-
20 liert werden können, z.B. durch Filtrieren, Abdekantieren des20, e.g. by filtering, decanting the
Kohlennwasserstofföls oder Zentrifugieren. Das den agglomerierten Teilchen noch anhaftende Kohlenwasserstofföl kann leicht aus den agglomerierten Polymerteilchen entfernt werden, z.B. durch Trocknen in einem Trockenschrank, vorzugsweise Trocknen bei höherenHydrogen carbon oil or centrifugation. The hydrocarbon oil still adhering to the agglomerated particles can be easily removed from the agglomerated polymer particles, e.g. by drying in a drying cabinet, preferably drying at higher
25 Temperaturen unter vermindertem Druck.25 temperatures under reduced pressure.
Geeignete anorganische, elektroneutrale Verbindungen B) (Salze oder Mineralien) sind allgemein Verbindungen, die aus einem Kation oder mehreren Kationen und einem Anion oder mehreren Anionen 30 aufgebaut sind, wobei mindestens eine von Protonen verschiedene Kationenart beteiligt ist, und die Verbindungen elektroneutral sind, d.h. die positiven und negativen Ladungen der Ionen sich kompensieren.Suitable inorganic, electroneutral compounds B) (salts or minerals) are generally compounds which are composed of a cation or more cations and an anion or more anions 30, at least one cation type other than protons being involved, and the compounds are electroneutral, i.e. the positive and negative charges of the ions compensate each other.
35 Allgemein eignen sich als Kationen alle Metalle der Hauptgruppen des Periodensystems, wie Li , Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, AI, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Sb und Bi sowie alle Nebengruppemetalle des Periodensystems, wie Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni , Pd, Pt, Cu, Ag,35 Generally suitable as cations are all metals of the main groups of the periodic table, such as Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Sb and Bi as well all sub-group metals of the periodic table, such as Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag,
40 Au, Zn, Cd, und Hg, in allen vorkommenden positiven Oxidations- stufen und deren Mischungen.40 Au, Zn, Cd, and Hg, in all positive oxidation levels and their mixtures.
Vorzugsweise können die Kationen unter den folgenden Haupt- und Nebengruppenmetallen Mg, Ca, Sr, Ba, AI, Pb, V, Cr, Mo, W, Mn, 45 Fe, Cu, und Ni in allen vorkommenden positiven Oxidationsstufen und deren Mischungen ausgewählt werden. Geeignete Anionen leiten sich von den teilweise oder vollständig deprotonierten Säureestern anorganischer Säuren und den Hydroxid- und Oxid-Ionen sowie Mischungen mehrerer gleichartiger oder verschiedener Anionen ab.The cations can preferably be selected from the following main and subgroup metals Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Pb, V, Cr, Mo, W, Mn, 45 Fe, Cu, and Ni in all occurring positive oxidation states and their mixtures . Suitable anions are derived from the partially or completely deprotonated acid esters of inorganic acids and the hydroxide and oxide ions and mixtures of several identical or different anions.
Dabei handelt es sich insbesondere um:In particular, these are:
Carbonate C03 2- und Hydrogencarbonate HC03 ~;Carbonate C0 3 2- and bicarbonate HC0 3 ~ ;
Phosphate PÜ4 3-, Hydrogenphosphate HPO4 2- und Dihydrogenphos- phate H2P04 ~, kondensierte Phosphate, wie z.B. Dihydrogendi- phosphate H2P202_, Diphosphate P207 4~, Polyphosphate Pnθ3n+l (n+2)_ und Metapolyphosphate Pn03n n~; Silikate, wie z.B. Orthosilikate Siθ4 4-, Orthodisilikate Si2θ 6_, höher kondensierte Silikate, wie z.B. Metasilikate (Si02_)n, wobei man allgemein zwischen höher kondensierten Silikaten mit begrenzter Anionengröße, wie z.B. den Inselsilikaten [Si04]4-, [Si207]6-, [Si309]6-, [Si68]12-, etc., und höher kondensierten Silikaten mit unbegrenzter Anionengröße, wie z.B. Kettensilikaten co[Si03]2~, Bandsilikaten oo [Si4θn] 6_, Netzsilikaten oo[Si205]2, etc., unterscheidet; - Oxide und Doppeloxide (gemischte Oxide), wie sie z.B. die Oxometalle (z.B. Bi2Cu04), Spinelle (z.B. MgAl20 , ZnAl2θ4, (Fe,Mg) (Al,Fe)20 , (Fe,Mg) (AI , Cu, Fe) 20 ) , inversen Spinelle und valenzgemischten Oxide (z.B. Mennige Pb3θ4 = 2PbII0-PbIV02) enthalten; - Hydroxide;Phosphates PÜ 4 3- , hydrogen phosphates HPO 4 2 - and dihydrogen phosphates H 2 P0 4 ~ , condensed phosphates, such as dihydrogen diphosphates H 2 P 2 0 2_ , diphosphates P 2 0 7 4 ~ , polyphosphates P n θ 3n + l (n + 2) _ and metapolyphosphates P n 0 3n n ~ ; Silicates, such as, for example, orthosilicates Siθ 4 4- , orthodisilicates Si 2 θ 6_ , more condensed silicates, such as metasilicates (Si0 2_ ) n , with a general distinction being made between more condensed silicates with limited anion sizes, such as the island silicates [Si0 4 ] 4 - , [Si 2 0 7 ] 6 -, [Si 3 0 9 ] 6 -, [Si 68 ] 12 -, etc., and higher condensed silicates with unlimited anion size, such as chain silicates co [Si0 3 ] 2 ~ , Band silicates oo [Si 4 θn] 6_ , network silicates oo [Si 2 0 5 ] 2 , etc., differentiates; - Oxides and double oxides (mixed oxides), such as those of the oxometals (e.g. Bi 2 Cu0 4 ), spinels (e.g. MgAl 2 0, ZnAl 2 θ 4 , (Fe, Mg) (Al, Fe) 2 0, (Fe, Mg) (AI, Cu, Fe) 2 0), inverse spinels and valence-mixed oxides (eg red lead Pb 3 θ 4 = 2Pb II 0-Pb IV 0 2 ); - hydroxides;
Sulfide S2_ und Polysulfide Sn2_; Sulfite S02_ und Hydrogensulfite HSO3-;Sulfides S 2_ and polysulfides Sn 2_ ; Sulfites S0 2_ and hydrogen sulfites HSO 3 -;
Sulfate SO4 2", Hydrogensulfate HS04 ~ und Disulfate S2O-7 2-; Wolframate, wie z.B. Monowolframate WO4 2-, Diwolframate W202_, Isopolywolframate W6θ2ι5" und Parawolframate Wι θ4i10-; Halogenide, insbesondere F~ und Cl"; oder deren Mischungen.Sulphates SO 4 2 ", hydrogen sulphates HS0 4 ~ and disulphates S 2 O- 7 2 -; tungstates, such as monotungstates WO 4 2- , di-tungstates W 2 0 2_ , isopoly-tungstates W 6 θ 2 ι 5" and paratungstates Wι θ 4 i 10- ; Halides, especially F ~ and Cl " ; or their mixtures.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungs- gemäßen Kompositmaterialien mindestens ein in Wasser schwerlösliches Salz oder Mineral A) . Dazu zählen z.B. Magnesiumchlorid, Magnesiumdihydrogendiphosphat, Magnesiumdiphosphat , Magnesium- polyphosphate, Calciumcarbonat, Calciumphosphat , Apatite Ca5 [ (F,C1,0H, 1/2C03) (P04)3, insbesondere Fluorapatit Ca5F(P04)3 und Hydroxylapatit Cas (OH) (P04) 3 , Calciumsilikate, Strontiumcarbonat, Strontiumsulfat , Bariumcarbonat , Bariumsulfat, Aluminiumcarbonat , basisches Aluminiumcarbonat, Aluminiumhydroxid, Aluminiumphosphat, basisches Aluminiumphosphat, Spinelle, inverse Spinelle, Eisenoxide, Cobaltoxide, Vanadiumsulfid, Molybdänsulfid, etc. Die erfindungsgemäßen Kompositmaterialien enthalten die anorganischen Salze und/oder Mineralien B) in einer Menge von 50 bis 99,9 Gew.-%, bevorzugt 60 bis 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht .In a preferred embodiment, the composite materials according to the invention contain at least one salt or mineral A) which is sparingly soluble in water. These include, for example, magnesium chloride, magnesium dihydrogen diphosphate, magnesium diphosphate, magnesium polyphosphate, calcium carbonate, calcium phosphate, apatite Ca 5 [(F, C1.0H, 1 / 2C0 3 ) (P0 4 ) 3 , especially fluorapatite Ca 5 F (P0 4 ) 3 and Hydroxyapatite Cas (OH) (P0 4 ) 3 , calcium silicate, strontium carbonate, strontium sulfate, barium carbonate, barium sulfate, aluminum carbonate, basic aluminum carbonate, aluminum hydroxide, aluminum phosphate, basic aluminum phosphate, spinels, inverse spinels, iron oxides, cobalt oxides, vanadium sulfide, molybdenum sulfide, etc. The composite materials according to the invention contain the inorganic salts and / or minerals B) in an amount of 50 to 99.9% by weight, preferably 60 to 99% by weight, based on the total weight.
Im allgemeinen erfolgt die Herstellung der erfindungsgemäßen Kompositmaterialien durch Kristallisation der vorgenannten Salze oder Mineralien B) in Gegenwart der in Wasser quellbaren Polymergele A) . Es können sowohl getrocknete quellfähige Polymerisate als auch bereits fertig gequollene Polymergele A) zur Herstellung verwendet werden. Getrocknete Polymerisate können sowohl vor der Vereinigung mit einer wäßrige Lösung eines oder mehrerer der vorbeschriebenen Salze und/oder Mineralien in Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel vorgequollen werden, als auch direkt trocken mit einer solchen Lösung, z.B. unter Rühren mit einer geeigneten Rührvorrichtung, vereinigt werden.In general, the composite materials according to the invention are prepared by crystallizing the aforementioned salts or minerals B) in the presence of the water-swellable polymer gels A). Dried swellable polymers as well as already swollen polymer gels A) can be used for the production. Dried polymers can be pre-swollen with an aqueous solution of one or more of the above-described salts and / or minerals in water or a water-containing solvent, as well as directly dry with such a solution, e.g. with stirring using a suitable stirrer.
Werden zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kompositmaterialien getrocknete Polymerisate A) vorgequollen, so können diese vor der Vereinigung mit einer Salz- oder Minerallösung isoliert werden, z.B. durch Filtrieren über eine Fritte, oder gemeinsam mit dem zum Quellen verwendeten Lösungsmittel mit der Salz- oder Minerallösung, z.B. unter Rühren, vereinigt werden. In diesem Fall kann sowohl das vorgequollene Polymergel in die Salz- oder Mineral- lösung, z.B. durch Gießen oder Zutropfen in einer bestimmten Geschwindigkeit, gegeben werden, als auch vice versa.If dried polymers A) are pre-swollen to produce the composite materials according to the invention, they can be isolated before being combined with a salt or mineral solution, e.g. by filtering over a frit, or together with the solvent used for swelling with the salt or mineral solution, e.g. with stirring. In this case both the pre-swollen polymer gel can be added to the salt or mineral solution, e.g. by pouring or dropping at a certain rate, as well as vice versa.
Bereits in gequollenem Zustand vorliegende Polymergele A) können vor der Vereinigung gewünschtenfalls mit Wasser oder einem was- serhaltigen Lösungsmittel verdünnt werden. Anschließend kann wie zuvor für die vorgequollenen, trocknen Polymerisate beschrieben weiter verfahren werden.Polymer gels A) already present in the swollen state can, if desired, be diluted with water or a water-containing solvent before the combination. Then proceed as described above for the pre-swollen, dry polymers.
Die resultierende Mischung aus Polymergel A) und Salz- oder Mine- rallösung B) wird gegebenenfalls für einen bestimmten Zeitraum, vorzugsweise ca. 1 bis ca. 20 h, so belassen, wobei in Intervallen oder permanent durch Rühren oder Schütteln mit einer geeigneten Vorrichtung für eine Durchmischung gesorgt wird. Anschließend wird das modifizierte Polymergel abfiltriert und gegebenenfalls mit Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel gewaschen.The resulting mixture of polymer gel A) and salt or mineral solution B) is optionally left for a certain period of time, preferably about 1 to about 20 hours, at intervals or permanently by stirring or shaking with a suitable device for thorough mixing is ensured. The modified polymer gel is then filtered off and optionally washed with water or a water-containing solvent.
Danach kann das vorbeschriebene Verfahren zur Vereinigung von gequollenen Polymergelen und Salz- und/oder Minerallösungen noch mehrmals, bevorzugt 1- bis 3-mal, wiederholt werden.Thereafter, the above-described process for combining swollen polymer gels and salt and / or mineral solutions can be repeated a number of times, preferably 1 to 3 times.
Zur Isolierung wird das Polymergel mit dem eingelagerten Salz und/oder Mineral abfiltriert, gegebenenfalls einmal oder mehrmals mit Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel gewaschen und getrocknet. Zum Trocknen können bekannte Verfahren, wie z.B.For isolation, the polymer gel with the incorporated salt and / or mineral is filtered off, optionally washed once or several times with water or a water-containing solvent and dried. Known methods such as drying can be used for drying
Trocknen im Trockenschrank, unter Vakuum, mit Infrarotstrahlung, etc., verwendet werden.Drying in a drying cabinet, under vacuum, with infrared radiation, etc., can be used.
Im allgemeinen erhält man die erfindungsgemäßen Kompositmaterialien in Form eines körnigen Materials mit Teilchengrößen zwischen 0,01 und 20 mm, bevorzugt 0,1 bis 10 mm.In general, the composite materials according to the invention are obtained in the form of a granular material with particle sizes between 0.01 and 20 mm, preferably 0.1 to 10 mm.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens werden zur Herstellung der Kompositmaterialien Lösungen leicht löslicher Salze der einzulagernden Kationen und Lösungen leichtlöslicher Salze der einzulagernden Anionen in Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel verwendet, die nach ihrer Vereinigung schwerlösliche Salze B) bilden, die dann in Gegenwart der Polymergele A) kristallisieren.According to a preferred embodiment of the process according to the invention, solutions of readily soluble salts of the cations to be incorporated and solutions of easily soluble salts of the anions to be incorporated in water or a water-containing solvent are used to produce the composite materials, which, after their combination, form poorly soluble salts B), which then form in the presence crystallize the polymer gels A).
Insbesondere werden wäßrige Lösungen der Kationen Mg2+, Ca+, Sr2+, Ba2+, Al3+, Pb+, Pw4+, V3+, Mo2+, Fe +, Fe3+, Co2+, und Co3+ in Form ihrer leichtlöslichen Chloride, Sulfate, Hydroxide, Oxide, Ace- täte, etc., mit wäßrigen Lösungen anionischer Carbonate, Silikate, Phosphate, Wolframate, Hydroxide, Sulfide, Polysulfide, Sulfite und Sulfate, in Form ihrer leicht löslichen Alkalimetallsalze, in Gegenwart eines Polymergeis A) vereinigt, wobei sich schwerlösliche Salze, wie z.B. Magnesiumcarbonat, Calciumcar- bonat, Strontiumcarbonat , Bariumcarbonat, Magnesumpyrosulfat , Strontiumsulfat, Bariumsulfat, Calciumphosphat , Aluminiumphosphat, basisches Aluminiumphosphat, Eisenoxid, Cobaltoxid, Hydro- xyapatit, Fluorapatit, Vanadiumsulfid, Molybdänsulfid, Calcium- silikat, Magnesiumpolyphospha , Aluminiumcarbonat, basisches Aluminiumcarbonat, Aluminiumhydroxid, etc. bilden. Wenn zur Herstellung der Kompositmaterialien mit schwerlöslichen Salzen ein festes Polymerisat verwendet wird, so kann dieses in Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel vorgequollen oder direkt in die Lösung eines der vorgenannten leichtlöslichen Salze der Kationen- oder Anionenkomponente gegeben werden. Läßt man das trockene Polymerisat in Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel vorquellen, so kann das resultierende Polymergel erst isoliert oder gemeinsam mit dem Lösungsmittel mit einer der beiden Komponenten vereinigt werden. Desgleichen wird ein bereits vorge- quollenes Gel vorteilhaft zuerst mit einer der beiden Komponenten vereinigt. Anschließend kann die Mischung aus Polymergel und einer Komponente zu der anderen gelösten Komponente gegeben werden oder vice versa. Wie zuvor für das allgemeine Herstellungsverfahren beschrieben, kann das obige Verfahren der Kristallisation des schwerlöslichen Salzes in Gegenwart des Polymergeis mehrmals, bevorzugt 1- bis 4-mal wiederholt werden.In particular, aqueous solutions of the cations Mg 2+ , Ca + , Sr 2+ , Ba 2+ , Al 3+ , Pb + , Pw 4+ , V 3+ , Mo 2+ , Fe + , Fe 3+ , Co 2+ , and Co 3+ in the form of their readily soluble chlorides, sulfates, hydroxides, oxides, acetates, etc., with aqueous solutions of anionic carbonates, silicates, phosphates, tungstates, hydroxides, sulfides, polysulfides, sulfites and sulfates, in the form of their easily soluble alkali metal salts, combined in the presence of a polymer gel A), with sparingly soluble salts, such as, for example, magnesium carbonate, calcium carbonate, strontium carbonate, barium carbonate, magnesium pyrosulfate, strontium sulfate, barium sulfate, calcium phosphate, aluminum phosphate, basic aluminum phosphate, iron oxide, cobalt oxide, hydroxyapatite, hydroxyapate , Vanadium sulfide, molybdenum sulfide, calcium silicate, magnesium polyphospha, aluminum carbonate, basic aluminum carbonate, aluminum hydroxide, etc. form. If a solid polymer is used to produce the composite materials with sparingly soluble salts, this can be pre-swollen in water or a water-containing solvent or added directly to the solution of one of the abovementioned readily soluble salts of the cation or anion component. If the dry polymer is allowed to swell in water or a water-containing solvent, the resulting polymer gel can first be isolated or combined with one of the two components together with the solvent. Likewise, an already pre-swollen gel is advantageously first combined with one of the two components. The mixture of polymer gel and one component can then be added to the other dissolved component or vice versa. As previously described for the general manufacturing process, the above process of crystallizing the sparingly soluble salt in the presence of the polymer gel can be repeated several times, preferably 1 to 4 times.
Die Isolierung und Trocknung des resultierenden Kompositmaterials erfolgt wie für das allgemeine Verfahren beschrieben.The resulting composite material is isolated and dried as described for the general process.
Nach einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemaßen Ver- fahrens werden mit Kompositmaterialien beschichtete Trager hergestellt. Dabei wird wie vorerwähnt zuerst ein Polymergel A) auf ein Tragermaterial aufgebracht .According to a special embodiment of the method according to the invention, carriers coated with composite materials are produced. As mentioned above, a polymer gel A) is first applied to a carrier material.
Bevorzugt werden als Polymergele A) die oben beschriebenen Super- absorber, insbesondere in Form von Schäumen, verwendet, die beim Quellen ihre geometrische Form nicht verlieren.The polymer absorbers A) used are preferably the superabsorbers described above, in particular in the form of foams, which do not lose their geometric shape during swelling.
Geeignete Trager sind z.B. Holz, Papier, Metalle, Kunststoffe, wie z.B. Folien aus Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, etc., Glas, keramische Trager, Gewebe aus naturlichen oder synthetischen Fasern in Form von Vliesen, Fluffs, Tissues etc. oder andere Schaume. Vorteilhafterweise können die vorgenannten schaum- förmigen Superabsorber m bestimmten Strukturen oder in unterschiedlicher Schichtdicke auf das Tragermaterial aufgebracht wer- den. Die Polymergele können dabei beliebige regelmäßige oder unregelmäßige Formen besitzen. Das Polymergel wird nach einem der vorbeschriebenen Verfahren auf der Oberflache des Tragermaterials polymerisiert. Anschließend kann der mit Polymergel beschichtete Werkstoff durch Kristallisieren von Mineralien nach einem der oben beschriebenen Verfahren mit einer Beschichtung aus Kompositmaterial versehen werden.Suitable carriers are e.g. Wood, paper, metals, plastics, e.g. Films made of polyethylene, polypropylene, polyamide, etc., glass, ceramic supports, fabrics made of natural or synthetic fibers in the form of fleeces, fluffs, tissues etc. or other foams. The aforementioned foam-shaped superabsorbers can advantageously be applied to the carrier material in certain structures or in different layer thicknesses. The polymer gels can have any regular or irregular shapes. The polymer gel is polymerized on the surface of the carrier material by one of the methods described above. The material coated with polymer gel can then be provided with a coating of composite material by crystallizing minerals using one of the methods described above.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von freien oder getragerten Kompositmaterialien als Trägermaterial für Katalysatoren, wie z.B. Katalysatoren für Hydrierungen sowie als Tablettenbindemittel, Düngemittel, Baustoff, Slow-release Matrixmaterial für Pharmawirkstoffe oder Pflanzenschutzmittel, Füllmassen für Kunststoffe, wie z.B. Polyvinylchlorid (PVC) , Polyethylenterephthalat (PET) etc., Pigmente für Farben, Füll- Stoffe für Papier, Abriebmittel, Schleifmittel, Informationsspeicher, Schmierstoffe, und Kosmetikartikel. Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden magnetisierbare Mineralien zur Herstellung der Kompositmaterialien eingesetzt, so daß magnetische Formkorper entstehen. Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele erläutert.Another object of the invention is the use of free or supported composite materials as a support material for catalysts, such as catalysts for hydrogenation and as a tablet binder, fertilizer, building material, slow-release matrix material for active pharmaceutical ingredients or crop protection agents, fillers for plastics, such as polyvinyl chloride (PVC) , Polyethylene terephthalate (PET) etc., pigments for paints, fillers for paper, abrasives, abrasives, information stores, lubricants, and cosmetics. According to a preferred embodiment, magnetizable minerals are used to produce the composite materials, so that magnetic moldings are formed. The invention is illustrated by the following non-limiting examples.
BeispieleExamples
A) Herstellung der PolymergeleA) Preparation of the polymer gels
Beispiel 1example 1
Herstellung eines SuperabsorbersProduction of a super absorber
In einem mit 1 bezeichneten Kessel wurde aus 1362,5 g destilliertem Wasser, 8363,5 g (32,92 mol) einer 37 %-igen wäßrigen Natriumacrylat-Lösung, 789,85 g (11,0 mol) Acrylsäure, 19,43 g Trimethylolpropantriacrylat und 64,75 g einer 15 %-igen wäßrigen Natriumperoxodisulfat-Lösung eine wäßrige Lösung hergestellt. Diese Lösung wurde auf 20°C temperiert. Man leitete 20 Minuten lang Stickstoff durch die Lösung und bereitete gleichzeitig in einem zweiten Kessel eine Lösung aus 0,097 g Ascorbinsäure in 499,9 g destilliertem Wasser, temperierte sie ebenfalls auf 20°C und leitete 20 Minuten lang Stickstoff durch die Lösung. Nach Fertigstellung der Lösungen wurde der Inhalt der beiden Kessel unter einem Druck von 2 bar im Stickstoffgegenstrom synchron in einen Rohrreaktor von 1 m Länge eingepreßt, wobei beide Lösungen mit Hilfe eines statischen Mischers vor Eintritt in den Reaktor an der in der Figur mit 3 bezeichneten Stelle gemischt wurden.In a kettle denoted by 1, 1362.5 g of distilled water, 8363.5 g (32.92 mol) of a 37% aqueous sodium acrylate solution, 789.85 g (11.0 mol) of acrylic acid, 19.43 g of trimethylolpropane triacrylate and 64.75 g of a 15% aqueous sodium peroxodisulfate solution. This solution was heated to 20 ° C. Nitrogen was passed through the solution for 20 minutes and at the same time a solution of 0.097 g of ascorbic acid in 499.9 g of distilled water was prepared in a second kettle, the temperature was also raised to 20 ° C. and nitrogen was passed through the solution for 20 minutes. After completion of the solutions, the contents of the two kettles were pressed synchronously into a tubular reactor of 1 m in length under a pressure of 2 bar in a nitrogen countercurrent, both solutions using a static mixer before entering the reactor at the point denoted by 3 in the figure were mixed.
Nach dem Vermischen der beiden oben beschriebenen wäßrigen Lösungen sprang die Polymerisation sofort an. Die Stickstoffspülung des Reaktors wurde abgestellt und der Rohrreaktor verschlossen. Das Reaktionsgemisch erreichte eine Maximaltemperatur von 99°C. Man ließ es über Nacht auf Raumtemperatur abkühlen. Dann preßte man am Kopf des Reaktors Stickstoffdruck von 9 bar auf. Nach Öffnen konnte der gesamte gelartige Reaktorinhalt rückstandsfrei ausgetragen werden. Das so erhaltene feste zähelastische, kaum klebriges Gel wurde mit einem Schneidmesser weiter zerkleinert und anschließend bei 70°C in einem Trockenschrank bei 20 mbar 15 Stunden lang getrocknet. Die Aufnahmekapazität an Wasser betrug 45 g/g Polymerisat.After mixing the two aqueous solutions described above, the polymerization started immediately. The nitrogen purge of the reactor was switched off and the tubular reactor was closed. The reaction mixture reached a maximum temperature of 99 ° C. It was allowed to cool to room temperature overnight. Then nitrogen pressure of 9 bar was applied at the top of the reactor. After opening, the entire gel-like reactor contents could be discharged without residue. The solid, viscous, barely sticky gel thus obtained was further comminuted with a cutting knife and then dried at 70 ° C. in a drying cabinet at 20 mbar for 15 hours. The absorption capacity of water was 45 g / g polymer.
Beispiel 2Example 2
Herstellung eines SuperabsorbersProduction of a super absorber
Das Beispiel 1 wurde mit der einzigen Ausnahme wiederholt, daß man die Polymerisation unter einem Druck von 8 bar durchführte. Die dabei erreichte Maximaltemperatur des Reaktionsgemisches lag bei 95°C. Die Konsistenz des erhaltenen Gels war fest, zähelastisch und kaum klebrig.Example 1 was repeated with the only exception that the polymerization was carried out under a pressure of 8 bar. The maximum temperature of the reaction mixture reached was at 95 ° C. The consistency of the gel obtained was firm, viscous and hardly sticky.
Beispiel 3 Herstellung eines SuperabsorbersExample 3 Preparation of a Super Absorber
Ausgehend von folgendem Ansatz :Based on the following approach:
Kessel 1:Boiler 1:
destilliertes Wasser: 807,7 g Natriumacrylat-Lösung 37% in Wasser: 8843,4 g (35,8 mol) Acrylsäure : 857,5 g (11,9 mol)distilled water: 807.7 g sodium acrylate solution 37% in water: 8843.4 g (35.8 mol) acrylic acid: 857.5 g (11.9 mol)
Trimethylolpropantriacrylat : 21,1 Natriumperoxodisulfat-Lösung 15% in Wasser: 70,3 gTrimethylolpropane triacrylate: 21.1 sodium peroxodisulfate solution 15% in water: 70.3 g
Kessel 2Boiler 2
destilliertes Wasser: 499,9 g Ascorbinsäure: 0,105 gdistilled water: 499.9 g ascorbic acid: 0.105 g
polymerisierte man die Mischung wie in Beispiel 2 beschrieben. Die erreichte Maximaltemperatur lag bei 112°C. Die Konsistenz des erhaltenen Gels war fest, zähelastisch und nur noch wenig kleb- rig. Das Polymerisat hatte folgende Eigenschaften:the mixture was polymerized as described in Example 2. The maximum temperature reached was 112 ° C. The consistency of the gel obtained was firm, viscous and only a little sticky. The polymer had the following properties:
Aufnahmekapazität : 44 g/gAbsorption capacity: 44 g / g
Beispiel 4 Herstellung eines SuperabsorbersExample 4 Production of a Super Absorber
Ausgehend von folgendem Ansatz :Based on the following approach:
Kessel 1:Boiler 1:
destilliertes Wasser: 118,5 g Natriumacrylat-Lösung 37% in Wasser: 9482,1 g (37,6 mol) Acrylsäure : 903,2 g (12,5 mol)distilled water: 118.5 g sodium acrylate solution 37% in water: 9482.1 g (37.6 mol) acrylic acid: 903.2 g (12.5 mol)
Trimethylolpropantriacrylat : 22,2 Natriumperoxodisulfat-Lösung 15% in Wasser: 74,0 gTrimethylolpropane triacrylate: 22.2 sodium peroxodisulfate solution 15% in water: 74.0 g
Kessel 2Boiler 2
destilliertes Wasser: 499,9 g Ascorbinsäure: 0,111 g polymerisierte man die Mischung wie in Beispiel 2 beschrieben. Die erreichte Maximaltemperatur lag bei 127°C. Die Konsistenz des erhaltenen Gels war fest, zähelastisch und nur noch geringfügig klebrig. Das Polymerisat hatte folgende Eigenschaften:distilled water: 499.9 g ascorbic acid: 0.111 g the mixture was polymerized as described in Example 2. The maximum temperature reached was 127 ° C. The consistency of the gel obtained was firm, viscoplastic and only slightly sticky. The polymer had the following properties:
Aufnahmekapazität : 40 g/gAbsorption capacity: 40 g / g
Beispiel 5Example 5
Herstellung eines SuperabsorbersProduction of a super absorber
Ausgehend von folgendem Ansatz :Based on the following approach:
Kessel 1 :Boiler 1:
destilliertes Wasser: 1362,5 gdistilled water: 1362.5 g
Natriumacrylat-Lösung 37% in Wasser: 8363,5 g (32,9 mol) Acrylsäure: 789,9 g (11,0 mol) Trimethylolpropantriacrylat : 19,4Sodium acrylate solution 37% in water: 8363.5 g (32.9 mol) acrylic acid: 789.9 g (11.0 mol) trimethylolpropane triacrylate: 19.4
Kessel 2Boiler 2
destilliertes Wasser: 497,66 gdistilled water: 497.66 g
2,2' -Azobis [2- (2 ' -imidazolin-2-yl)propan] dihydro- chlorid: 2,34 g2,2'-azobis [2- (2 '-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride: 2.34 g
polymerisierte man die Mischung wie in Beispiel 1 beschrieben. Die erreichte Maximaltemperatur lag bei 97°C. Die Konsistenz des erhaltenen Gels war fest, zähelastisch und nur geringfügig klebrig.the mixture was polymerized as described in Example 1. The maximum temperature reached was 97 ° C. The consistency of the gel obtained was firm, viscoplastic and only slightly sticky.
Aufnahmekapazität : 44 g/gAbsorption capacity: 44 g / g
Beispiel 6Example 6
Herstellung eines schaumförmigen SuperabsorbersProduction of a foam-shaped super absorber
In einem Becherglas werden mit Hilfe eines Magnetrührers die folgenden Komponenten vermischt:The following components are mixed in a beaker using a magnetic stirrer:
224,20 g einer 37,3 %igen Natriumacrylatlösung in Wasser 21,36 g Acrylsäure224.20 g of a 37.3% sodium acrylate solution in water 21.36 g of acrylic acid
1,05 g Triacrylsäureester eines mit 20 Ethylenoxid veretherten Glycerins 3 , 15 g Additionsprodukt von 80 Mol Ethylenoxid an 1 Mol Taigfettalkohol 0,53 g 1 , 4-Butandioldiacrylat 4,30 g Pentan 49 , 68 g Wasser1.05 g of triacrylic acid ester of a glycerol 3 etherified with 20 ethylene oxide, 15 g of addition product of 80 mol of ethylene oxide with 1 mol of tallow fatty alcohol 0.53 g of 1,4-butanediol diacrylate 4.30 g pentane 49, 68 g water
Die erhaltene homogene Mischung wird in einen 2 1-Kolben einge- füllt, in den von unten her Argon eingeleitet wird. In den Kolben sind 2 Schneebesen eingesetzt, die mit jeweils einem Rührer der Firma Janke & Kunkel Typ RW 20 DZM verbunden sind. Der Argonstrom wird so eingestellt, daß er mit einer Geschwindigkeit von 2,5 1/h durch die Reaktionsmischung perlt. Die beiden Rührer werden zu- nächst auf eine Drehzahl von 60 UpM eingestellt. Zu der Reaktionsmischung werden 45,00 g feingemahlener Superabsorber (Partikelgröße < 100 μm) gegeben und homogen untergemischt. Die freie Öffnung des Kolbens wird fast vollständig mit Parafilm abgedichtet und die Rührerdrehzahl auf 1000 UpM erhöht. Die Mischung wird bei dieser Drehzahl für 20 min bei Raumtemperatur aufgeschlagen. 5 Minuten vor Ende des Aufschlagprozesses werden 11,9 g einer 3 %igen Lösung von 2 , 2 ' -Azobis (2-amidinopropandihy- drochlorid in den Kolben gegeben. Nach Ende der Aufschlagperiode wird ein feinteiliger , gut fließfähiger Schlagschaum erhalten.The homogeneous mixture obtained is poured into a 2 liter flask into which argon is introduced from below. Two whisks are inserted into the flask, each of which is connected to a Janke & Kunkel type RW 20 DZM stirrer. The argon flow is adjusted so that it bubbles through the reaction mixture at a rate of 2.5 l / h. The two stirrers are first set to a speed of 60 rpm. 45.00 g of finely ground superabsorbent (particle size <100 μm) are added to the reaction mixture and mixed in homogeneously. The free opening of the piston is almost completely sealed with parafilm and the stirrer speed is increased to 1000 rpm. The mixture is whipped at this speed for 20 min at room temperature. 5 minutes before the end of the whipping process, 11.9 g of a 3% solution of 2, 2 '-azobis (2-amidinopropane dihydrochloride) are added to the flask. After the whipping period, a finely divided, free-flowing whipping foam is obtained.
Der Schaum wird in einer Schichtdicke von 3 mm in eine Kiste aus Polypropylen (Maße: Breite 20 cm, Tiefe 20 cm, Höhe 15 cm) gefüllt, die zuvor mit Argon gespült wurde. In dieser Kiste wird der Schaum für 60 sec mit einem Belichter bestrahlt. Erhalten wird eine gleichmäßig 3 mm dicke leicht flexible Schaumschicht , die sich leicht aus der Kiste herausnehmen läßt. Sie wird in einem Vakuumtrockenschrank bei 70°C und einem Vakuum von 20 mbar auf einen Restwassergehalt von 25 % getrocknet. Zur Äquilibrie- rung wird die getrocknete Schaumschicht über Nacht in einer fest- verschlossenen Tüte aus Polyethylen gelagert. Danach ist die erhaltene Schaumschicht nach wie vor weich und flexibel. Für Testzwecke wird ein kleiner Teil der Probe im Vakuum vollständig getrocknet .The foam is filled in a layer thickness of 3 mm into a box made of polypropylene (dimensions: width 20 cm, depth 20 cm, height 15 cm), which was previously flushed with argon. In this box, the foam is irradiated with an imagesetter for 60 seconds. The result is an evenly 3 mm thick, slightly flexible foam layer that can be easily removed from the box. It is dried in a vacuum drying cabinet at 70 ° C and a vacuum of 20 mbar to a residual water content of 25%. For equilibration, the dried foam layer is stored overnight in a tightly closed polyethylene bag. After that, the foam layer obtained is still soft and flexible. For test purposes, a small part of the sample is dried completely in vacuo.
Eigenschaften des Superabsorberschaums:Properties of the super absorber foam:
Dichte: 650 g/1Density: 650 g / 1
Extrahierbare Anteile: 5,7 %Extractable proportions: 5.7%
Aufnahme: 23,5 g/g Retention: 10,6 g/gAbsorption: 23.5 g / g retention: 10.6 g / g
AS: 1,1 g/g-sec Gleichmäßigkeit der Absorption: Note 1AS: 1.1 g / g-sec Uniformity of absorption: grade 1
Stabilität im gequollenen Zustand: Note 1 Beispiel 7Stability in the swollen state: grade 1 Example 7
Herstellung eines schaumförmigen SuperabsorbersProduction of a foam-shaped super absorber
Einsatzstoffe: 400,00 g Na-Acrylatlösung (37,3 %ig) 38,10 g AcrylsäureInput materials: 400.00 g Na-acrylate solution (37.3%) 38.10 g acrylic acid
2,00 g Trimethylpropantriacrylat (TMPTA) 21,22 g 2,2'-Azobis- (N,N'-dimethyleneisobutyr- amidin)dihydrochlorid (3 %ige wäßrige Lösung) 10,00 g Na-Salz eines Cι3/Cι5-Oxoalkoholschwe- felsäurehalbesters2.00 g trimethylpropane triacrylate (TMPTA) 21.22 g 2,2'-azobis (N, N'-dimethyleneisobutyramidine) dihydrochloride (3% aqueous solution) 10.00 g Na salt of a Cι 3 / Cι 5 -Oxoalcohol- sulfuric acid half-ester
In einem Schraubdeckelgefäß wird zunächst der Vernetzer (TMPTA) in der Acrylsäure gelöst. Unter Rühren werden das Na-Acrylat so- wie der Emulgator zugegeben. Der Ansatz wird mittels Magnetrührer mindestens 4 Stunden gerührt. In einer handelsüblichen Bosch- Küchenmaschine mit Abdeckung wird der Ansatz bei höchster Rührstufe zu einem Schaum aufgeschlagen. Während dieses Vorgangs wird der Luftraum über dem Schaum ständig mit Kohlendioxid gefüllt. Nach 15 Minuten wird die Starterlösung zugegeben und weitere 5 Minuten geschlagen. Es entsteht ein feiner, gut fließfähiger Schlagschaum von ca. 3 Liter Schaumvolumen.The crosslinker (TMPTA) is first dissolved in the acrylic acid in a screw cap vessel. The Na acrylate and the emulsifier are added with stirring. The mixture is stirred using a magnetic stirrer for at least 4 hours. In a commercially available Bosch kitchen machine with a cover, the mixture is turned into a foam at the highest stirring level. During this process, the air space above the foam is constantly filled with carbon dioxide. After 15 minutes, the starter solution is added and the mixture is beaten for a further 5 minutes. The result is a fine, free-flowing foam with a volume of approx. 3 liters.
Der Schaum wird in eine 15,5x19,0x18,0 cm große Form aus Poly- propylen umgefüllt und 10 Minuten in der Mikrowelle polymerisiert .The foam is poured into a 15.5x19.0x18.0 cm mold made of polypropylene and polymerized in the microwave for 10 minutes.
Es wird ein 7 cm dicker Schaumblock erhalten.A 7 cm thick foam block is obtained.
Eigenschaften des Superabsorberschaums:Properties of the super absorber foam:
Dichte: 115,3 g/1Density: 115.3 g / 1
Extrahierbare Anteile: 10,4 % Aufnahme: 57,4 g/g Retention: 32,9 g/gExtractable proportions: 10.4% Absorption: 57.4 g / g retention: 32.9 g / g
AS : > 37 g/g-secAS:> 37 g / g-sec
Beispiel 8Example 8
Herstellung eines schaumförmigen SuperabsorbersProduction of a foam-shaped super absorber
Einsatzstoffe: 400,00 g Na-Acrylatlösung (37,3 %ig)Input materials: 400.00 g Na-acrylate solution (37.3%)
38,10 g Acrylsäure38.10 g acrylic acid
2,00 g Trimethylpropantriacrylat (TMPTA) 21,22 g 2, 2 ' -Azobis- (N,N' -dimethylenisobutyr- amidin) dihydrochlorid in Form einer2.00 g of trimethylpropane triacrylate (TMPTA) 21.22 g of 2,2'-azobis (N, N '-dimethylene-isobutyr-amidine) dihydrochloride in the form of a
3 %igen wäßrigen Lösung) 10,00 g Na-Salz eines Cι3/Cι5-Oxoalkoholschwe- felsäurehalbesters 10,00 g einer hydrophilen Fällungskieselsäure mit einer mittleren Teilchengröße von 7 μm3% aqueous solution) 10.00 g Na salt of a Cι 3 / Cι 5 -Oxoalkoholschwe- rock acid semi-ester 10.00 g of a hydrophilic precipitated silica with an average particle size of 7 μm
In einem Schraubdeckelgefäß wird zunächst der Vernetzer (TMPTA) in der Acrylsäure gelöst. Unter Rühren werden das Na-Acrylat, der Emulgator und die Fällungskieselsäure zugegeben. Der Ansatz wird mittels Magnetrührer mindestens 4 Stunden gerührt. In einer han- delsüblichen Bosch-Küchenmaschine mit Abdeckung wird der Ansatz bei höchster Rührstufe zu einem Schaum aufgeschlagen. Während dieses Vorgangs wird der Luftraum über dem Schaum ständig mit Kohlendioxid gefüllt. Nach 15 Minuten wird die Starterlösung zugegeben und weitere 5 Minuten geschlagen. Es entsteht ein feiner, steifer Schlagschaum von ca. 3 Liter Schaumvolumen.The crosslinker (TMPTA) is first dissolved in the acrylic acid in a screw cap vessel. The Na acrylate, the emulsifier and the precipitated silica are added with stirring. The mixture is stirred using a magnetic stirrer for at least 4 hours. In a commercially available Bosch kitchen machine with a cover, the mixture is turned into a foam at the highest stirring level. During this process, the air space above the foam is constantly filled with carbon dioxide. After 15 minutes, the starter solution is added and the mixture is beaten for a further 5 minutes. A fine, rigid whipped foam with a volume of approx. 3 liters is created.
Der Schaum wird in eine 15,5*19,0*18,0 cm große Form aus Polypropylen umgefüllt und 10 Minuten in der Mikrowelle polymerisiert. Man erhält einen 8 cm dicken Schaumblock.The foam is transferred to a 15.5 * 19.0 * 18.0 cm polypropylene mold and polymerized in the microwave for 10 minutes. An 8 cm thick foam block is obtained.
Eigenschaften des Superabsorberschaums :Properties of the super absorber foam:
Dichte: 87,5 g/1Density: 87.5 g / 1
Extrahierbare Anteile: 7,4 % Aufnahme: 52,3 g/gExtractable proportions: 7.4% absorption: 52.3 g / g
Retention: 23,3 g/gRetention: 23.3 g / g
AS: 0 , 12 g/g-secAS: 0, 12 g / g-sec
Beispiel 9 Herstellung eines schaumförmigen SuperabsorbersExample 9 Production of a foam-shaped superabsorbent
Einsatzstoffe: 400,00 g Na-Acrylatlösung (37,3 %ig)Input materials: 400.00 g Na-acrylate solution (37.3%)
38,10 g Acrylsäure 2,00 g Trimethylpropantriacrylat 21,22 g 2 , 2 ' -Azobis- (N,N' -dimethylenisobutyr- amidin) dihydrochlorid in Form einer 3 %igen wäßrigen Lösung) 10,00 g Na-Salz eines Cι3/Ci5-Oxoalkoholschwe- felsäurehalbesters 5,00 g einer hydrophilen Fällungskieselsäure mit einer mittleren Teilchengröße von 7 μm38.10 g of acrylic acid 2.00 g of trimethylpropane triacrylate 21.22 g of 2,2'-azobis (N, N '-dimethyleneisobutyr-amidine) dihydrochloride in the form of a 3% strength aqueous solution) 10.00 g of Na salt of a Cι 3 / Ci5-Oxoalcoholsulfuric acid semi-ester 5.00 g of a hydrophilic precipitated silica with an average particle size of 7 μm
In einem Schraubdeckelgefäß wird zunächst der Vernetzer (TMPTA) in der Acrylsäure gelöst. Unter Rühren werden das Na-Acrylat, der Emulgator sowie die Fällungskieselsäure zugegeben. In einer handelsüblichen Bosch-Küchenmaschine mit Abdeckung wird der Ansatz bei höchster Rührstufe zu einem Schaum aufgeschlagen. Während dieses Vorgangs wird der Luftraum über dem Schaum ständig mit Kohlendioxid gefüllt. Nach 15 Minuten wird die Starterlösung zugegeben und weitere 5 Minuten geschlagen. Es entsteht ein feiner, steifer Schlagschaum von ca. 2 Liter Schaumvolumen.The crosslinker (TMPTA) is first dissolved in the acrylic acid in a screw cap vessel. The Na acrylate, the emulsifier and the precipitated silica are added with stirring. The approach is in a commercially available Bosch kitchen machine with cover whipped to a foam at the highest stirring level. During this process, the air space above the foam is constantly filled with carbon dioxide. After 15 minutes, the starter solution is added and the mixture is beaten for a further 5 minutes. A fine, rigid whipped foam with a volume of approx. 2 liters is created.
Der Schaum wird in eine 15,5x19,0x18,0 cm große Polypropylenform umgefüllt und 10 Minuten in der Mikrowelle polymerisiert. Man erhält einen 7 cm dicken Schaumblock.The foam is transferred to a 15.5x19.0x18.0 cm polypropylene mold and polymerized in the microwave for 10 minutes. A 7 cm thick foam block is obtained.
Eigenschaften des Schaums :Properties of the foam:
Dichte: 99, 1 g/1Density: 99.1 g / 1
Extrahierbare Anteile: 9,7 % Aufnahme: 61,3 g/gExtractable proportions: 9.7% Absorption: 61.3 g / g
Retention: 31,1 g/gRetention: 31.1 g / g
AS: 0,80 g/g-secAS: 0.80 g / g-sec
Beispiel 10 Herstellung eines schaumförmigen SuperabsorbersExample 10 Production of a foam-shaped superabsorbent
Einsatzstoffe: 400,00 g Na-Acrylat (37 %ig)Input materials: 400.00 g Na acrylate (37%)
38,10 g Acrylsäure 2,00 g Trimethylpropantriacrylat 0,64 g 2 , 2 ' -Azobis- (N,N' -dimethylenisobutyr- amidin) dihydrochlorid in Form einer 3 %igen wäßrigen Lösung) 10,00 g Stearinsäuretriethanolaminester mit Dimethylsulfat quarterniert 2,50 g Hydroxyethylcellulose (2 %ige38.10 g of acrylic acid 2.00 g of trimethylpropane triacrylate 0.64 g of 2,2'-azobis (N, N '-dimethyleneisobutyr-amidine) dihydrochloride in the form of a 3% strength aqueous solution) 10.00 g of stearic acid triethanolamine ester quaternized with dimethyl sulfate 2 , 50 g of hydroxyethyl cellulose (2%
Brookfield Viskosität = 6000 mPas)Brookfield viscosity = 6000 mPas)
In einem Schraubdeckelgefäß wird zunächst der Vernetzer in Acrylsäure gelöst. Unter Rühren werden das Na-Acrylat, der Emulgator sowie die Hydoxyethylcellulose zugegeben. Der Ansatz wird dann noch über Nacht gerührt. In einer handelsüblichen Bosch-Küchenmaschine mit Deckel wird der Ansatz 20 min zu einem Schaum aufgeschlagen. Während dieses Vorgangs wird der Luftraum über dem Schaumständig mit Kohlendioxid gefüllt. Danach wird die Starter- lösung zugegeben und die polymerisierbare Mischung weitere 5 min geschlagen. Es entsteht ein feiner, steifer Schaum mit ca. 2,5 1 Volumen. Der Schaum wird in eine 15,5x19,0x18,0 cm große Form aus Polypropylen gefüllt und im Mikrowellenofen polymerisiert.The crosslinker is first dissolved in acrylic acid in a screw cap vessel. The Na acrylate, the emulsifier and the hydroxyethyl cellulose are added with stirring. The mixture is then stirred overnight. The mixture is whipped into a foam for 20 minutes in a commercially available Bosch kitchen machine with a lid. During this process, the air space above the foam is constantly filled with carbon dioxide. The starter solution is then added and the polymerizable mixture is beaten for a further 5 minutes. The result is a fine, rigid foam with a volume of approx. 2.5 1. The foam is filled into a 15.5x19.0x18.0 cm mold made of polypropylene and polymerized in the microwave oven.
Es wird ein 9 cm dicker Schaumblock erhalten. Eigenschaften des SuperabsorberschaumesA 9 cm thick foam block is obtained. Properties of the super absorber foam
Dichte: 76,4 g/1Density: 76.4 g / 1
Extrahierbare Anteile: 10,3 % 5 Wasseraufnahme: 55,3 g/g Retention: 42,1 g/gExtractable proportions: 10.3% 5 Water absorption: 55.3 g / g retention: 42.1 g / g
AS: 1,2 g/g-secAS: 1.2 g / g-sec
Beispiel 11 10 Herstellung eines schaumförmigen SuperabsorbersExample 11 10 Production of a foam-shaped superabsorbent
Einsatzstoffe: 400,00 g 37 %ige wäßrige Na-AcrylatlösungInput materials: 400.00 g 37% aqueous Na-acrylate solution
38,10 g Acrylsäure 1,87 g Triacrylsäureester eines mit 20 Mol 15 Ethylenoxid veretherten Glycerins38.10 g acrylic acid 1.87 g triacrylic acid ester of a glycerol etherified with 20 mol 15 ethylene oxide
0,64 g 2,2 '-Azobis- (N,N' -dimethylenisobutyr- amidin) dihydrochlorid in Form einer 3 %igen wäßrigen Lösung) 10,00 g Stearinsäuretriethanolaminester mit 20 Dimethylsulfat quarterniert0.64 g of 2,2'-azobis (N, N '-dimethyleneisobutyr-amidine) dihydrochloride in the form of a 3% strength aqueous solution) 10.00 g of stearic acid triethanolamine ester quaternized with 20 dimethyl sulfate
Nach der im Beispiel 4 angegebenen Vorschrift wird ein Schaum hergestellt. Es entsteht ein feiner, ziemlich steifer Schlagschaum von ca. 3,5 1 Schaumvolumen. Der Schaum wird in eine 25 15,5x19,0x18,0 cm große Form aus Polypropylen umgefüllt und 10 Minuten in einem Mikrowellenofen polymerisiert. Man erhält einen 8 cm dicken Schaumblock.A foam is produced according to the instructions given in Example 4. The result is a fine, fairly stiff foam with a volume of approx. 3.5 l. The foam is transferred to a 25 15.5x19.0x18.0 cm mold made of polypropylene and polymerized for 10 minutes in a microwave oven. An 8 cm thick foam block is obtained.
Eigenschaften des Superabsorberschaumes 30Properties of super absorber foam 30
Dichte: 84,3 g/1Density: 84.3 g / 1
Extrahierbare Anteile: 9,8 %Extractable proportions: 9.8%
Wasseraufnahme: 58,4 g/gWater absorption: 58.4 g / g
Retention: 43,2 g/gRetention: 43.2 g / g
35 AS: 1,1 g/g-sec35 AS: 1.1 g / g-sec
Beispiel 12Example 12
Herstellung eines schaumförmigen SuperabsorbersProduction of a foam-shaped super absorber
40 Einsatzstoffe: 400,00 g 37 %ige wäßrige Na-Acrylatlösung40 feedstocks: 400.00 g 37% aqueous Na acrylate solution
31,8 g Acrylsäure 2,0 g Trimethylpropantriacrylat 0,64 g 2 , 2 ' -Azobis- (N,N' -dimethylenisobutyr- amidin) dihydrochlorid in Form einer 45 3 %igen wäßrigen Lösung)31.8 g acrylic acid 2.0 g trimethylpropane triacrylate 0.64 g 2,2 'azobis (N, N' dimethylene isobutyramidine) dihydrochloride in the form of a 45 3% aqueous solution)
8,00 g Na-Salz eines Cι3/Ci5-Oxoalkoholschwe- felsäurehalbesters8.00 g Na salt of a Cι 3 / Ci 5 -oxoalcohol sweat- rock acid half ester
2,00 g Cis-Alkylsulfonsäure als Na-Salz2.00 g of cis-alkyl sulfonic acid as Na salt
Die oben angegebenen Einsatzstoffe werden nach der im Beispiel 4 angegebenen Vorschrift geschäumt und polymerisiert. Es entsteht zunächst ein feiner, steifer Schaum mit einem Volumen von 3 1. Nach dem Polymerisieren erhält man einen 6 cm dicken Schaumblock.The starting materials specified above are foamed and polymerized according to the instructions given in Example 4. First of all, a fine, rigid foam with a volume of 3 l is formed. After polymerizing, a 6 cm thick foam block is obtained.
Eigenschaften des SuperabsorberschaumesProperties of the super absorber foam
Dichte: 113, 0 g/1Density: 113.0 g / 1
Extrahierbare Anteile: 9,5 %Extractable proportions: 9.5%
Wasseraufnahme: 54,7 g/gWater absorption: 54.7 g / g
Retention: 43,2 g/g AS: 1,3 g/g-secRetention: 43.2 g / g ai: 1.3 g / g-sec
Beispiele für die Herstellung stark quellfähiger Polymergele durch Polymerisation wasserlöslicher Monomere in Gegenwart von Wasser-in-Öl-Emulgatoren und von Schutzkolloiden sind die Bei- spiele 1 bis 62 der EP-B-0 412 388.Examples 1 to 62 of EP-B-0 412 388 are examples of the production of highly swellable polymer gels by polymerizing water-soluble monomers in the presence of water-in-oil emulsifiers and protective colloids.
Beispiele 13 bis 16Examples 13 to 16
Herstellung stark quellfähiger Polymerisate für Polymergele durch Wasser-in-Öl-EmulsionspolymerisationProduction of highly swellable polymers for polymer gels by water-in-oil emulsion polymerization
Herstellung der Wasser-in-Öl-PolymeremulsionenPreparation of the water-in-oil polymer emulsions
Wie in der DE-C-36 41 700 beschrieben, werden in einem 2 1 fassenden Polymerisationsbehälter, der mit Ankerrührer, Thermometer, Stickstoffeinlaß und Stickstoff uslaß versehen ist, die nachstehend jeweils beschriebenen Monomeremulsionen vorgelegt. Die polymerisierbare Mischung wird dann unter Zugabe der halben Startermenge 30 min bei Raumtemperatur unter Stickstoffatmosphäre bei einer Rührgeschwindigkeit von 200 Up emulgiert. Das Reaktionsge- misch wird dann auf eine Temperatur im Bereich von 55 bis 70°C erwärmt und in diesem Temperaturbereich 1,5 h polymerisiert. Dann setzt man die restliche Menge des Starters zu und erhitzt das Reaktionsgemisch noch 2 h bei 65°C unter Rühren.As described in DE-C-36 41 700, the monomer emulsions described below are initially introduced in a 2 l capacity polymerization vessel which is provided with anchor stirrer, thermometer, nitrogen inlet and nitrogen outlet. The polymerizable mixture is then emulsified by adding half the amount of starter for 30 minutes at room temperature under a nitrogen atmosphere at a stirring speed of 200 rpm. The reaction mixture is then heated to a temperature in the range from 55 to 70 ° C. and polymerized in this temperature range for 1.5 h. Then the remaining amount of the starter is added and the reaction mixture is heated for a further 2 hours at 65 ° C. with stirring.
Zur Herstellung der Monomeremulsionen wird zunächst Acrylsäure vorgelegt und durch Zugabe von wäßriger Natronlauge bis auf einen pH-Wert von 7 neutralisiert. Anschließend fügt man die anderen Komponenten und soviel wäßrige Natronlauge zu, daß der pH-Wert 8 beträgt. Man gibt dann soviel Wasser zu, daß die Gesamtmenge des Reaktionsgemisches 1000 g beträgt. Zusammensetzung der Monomeremulsionen bei der Herstellung der W/To prepare the monomer emulsions, acrylic acid is initially introduced and neutralized to a pH of 7 by adding aqueous sodium hydroxide solution. Then you add the other components and enough aqueous sodium hydroxide solution that the pH is 8. So much water is then added that the total amount of the reaction mixture is 1000 g. Composition of the monomer emulsions in the preparation of the W /
0-Polymeremulsionen0-polymer emulsions
Beispiel 13Example 13
308 g Cyclohexan308 g cyclohexane
17,6 g eines Wasser-in-Öl-Emulgators , der erhältlich ist durch Umsetzung von17.6 g of a water-in-oil emulsifier, which can be obtained by reacting
A) Oleylalkohol mit Epichlorhydrin im Molverhältnis 1:1 zu Oleylglycidylether,A) oleyl alcohol with epichlorohydrin in a molar ratio of 1: 1 to oleyl glycidyl ether,
B) Reaktion des Oleylglycidylethers mit Glycerin im Molverhältnis 1:1 in Gegenwart von BF -Phosphorsäure bei einer Temperatur von 80°C und Entfernen des Katalysators mit Hilfe eines basischen Ionenaustauschers und C) Ethoxylierung des Reaktionsprodukts gemäß (B) mitB) reaction of the oleyl glycidyl ether with glycerol in a molar ratio of 1: 1 in the presence of BF -phosphoric acid at a temperature of 80 ° C. and removal of the catalyst using a basic ion exchanger and C) ethoxylation of the reaction product according to (B) with
2 mol Ethylenoxid,2 moles of ethylene oxide,
2,6 g eines Tensids, das durch Umsetzung eines Cχ3/Ci5-Oxoalko- hols mit 6 mol Ethylenoxid und 4 mol Propylenoxid erhält- lieh ist,2.6 g of a surfactant obtained by reacting a Cχ 3 / Ci 5 oxo alcohol with 6 mol of ethylene oxide and 4 mol of propylene oxide,
153 , 8 g Acrylsäure153.8 g of acrylic acid
13 , 2 g Acrylamid13.2 g of acrylamide
13 , 2 g N-Vinylpyrrolidon13.2 g of N-vinyl pyrrolidone
3 , 6 g Thioglykolsäure 0,08g Pentanatriumsalz der Diethylentriaminpentaessigsäure 0,36 g Methylenbisacrylamid3.6 g thioglycolic acid 0.08 g pentasodium salt of diethylenetriaminepentaacetic acid 0.36 g methylenebisacrylamide
Starter:Starter:
0,092 g 2, 2 '-Azobis (2-amidinopropan) dihydrochlorid0.092 g of 2,2 'azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride
Beispiel 14Example 14
Die Zusammensetzung unterscheidet sich von der Zusammensetzung der Monomeremulsion, die für das Polymerisat 1 angegeben ist nur dadurch, daß jetzt kein N-Vinylpyrrolidon eingesetzt wird.The composition differs from the composition of the monomer emulsion, which is given for polymer 1 only in that no N-vinylpyrrolidone is used now.
Beispiel 15Example 15
Man verfährt wie bei der Herstellung des Polymerisats 1, ver en- det jedoch als Monomere Acrylsäure und N-Vinylpyrrolidon und führt die Neutralisation mit Kalilauge durch.The procedure is as in the preparation of polymer 1, but the monomers are acrylic acid and N-vinylpyrrolidone, and the neutralization is carried out using potassium hydroxide solution.
Beispiel 16Example 16
Man verfährt wie bei Polymerisat 1 angegeben, ersetzt jedoch die dort verwendete Menge von 3,6 g Thioglykolsäure (20 000 ppm) durch 5,4 g Ameisensäure (= 25 000 ppm) .The procedure is as indicated for polymer 1, but the is replaced amount used there of 3.6 g of thioglycolic acid (20,000 ppm) by 5.4 g of formic acid (= 25,000 ppm).
B) Herstellung der KompositmaterialienB) Production of the composite materials
Beispiel 17Example 17
10 g eines Polymerisats nach Beispiel 13 werden in 400 ml Wasser gelöst. Die Lösung wird mit einer Lösung aus 212 g Natriumcarbo- nat in 1 Liter Wasser vereinigt und die vereinigten Lösungen werden in eine Lösung aus 222 g Calciumchlorid in 1 Liter Wasser langsam gegossen. Der weiße Niederschlag wird abgesaugt, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Die Ausbeute beträgt 217 g.10 g of a polymer according to Example 13 are dissolved in 400 ml of water. The solution is combined with a solution of 212 g of sodium carbonate in 1 liter of water and the combined solutions are slowly poured into a solution of 222 g of calcium chloride in 1 liter of water. The white precipitate is filtered off, washed with water and dried. The yield is 217 g.
Beispiel 18Example 18
10 g vernetzte Polyacrylsäure (Superabsorber, SAP) nach Beispiel 1 wird in 200 ml 10%ige Natriumcarbonatlösung 1 Stunde unter gelegentlichem Umschwenken gequollen und über eine Fritte abfiltriert und nicht nachgewaschen. Der gequollene SAP wird in 200 ml 10%ige Calciu chloridlösung eingetragen und 1 Stunde unter gelegentlichem Umrühren darin belassen und nach Verstreichen dieser Zeit abfiltriert und mit Wasser nachgewaschen. Dann wird das Polymergel wieder in 10%iger Natriumcarbonatlösung behandelt und die obige Prozedur wird noch 3-mal wiederholt. Nach dem vierten Versuchsdurchlauf wird das Gel mit Wasser gewaschen und im Trok- kenschrank bei 80°C getrocknet. Man erhält 46 g eines weißen, körnigen Materials mit Teilchengröße von 1-5 mm.10 g of crosslinked polyacrylic acid (superabsorber, SAP) according to Example 1 is swollen in 200 ml of 10% sodium carbonate solution for 1 hour with occasional swirling and filtered through a frit and not washed. The swollen SAP is introduced into 200 ml of 10% calcium chloride solution and left there for 1 hour with occasional stirring, and after this time has elapsed, it is filtered off and washed with water. Then the polymer gel is treated again in 10% sodium carbonate solution and the above procedure is repeated 3 more times. After the fourth test run, the gel is washed with water and dried in a drying cabinet at 80 ° C. 46 g of a white, granular material with a particle size of 1-5 mm are obtained.
Beispiel 19Example 19
Die Herstellung erfolgte analog Beispiel 2 mit dem Unterschied, daß 20%ige Lösungen verwendet wurden. Nach 3-maliger Durchführung erhält man 79 g eines körnigen Materials mit Teilchengrößen zwi- sehen 1-5 mm.The preparation was carried out analogously to Example 2, with the difference that 20% solutions were used. After performing it three times, 79 g of a granular material with particle sizes between 1-5 mm are obtained.
Beispiel 20Example 20
10 g Superabsorberpolymer nach Beispiel 1 werden in einer Lösung, bestehend aus 350 g 12,5%iger Natronlauge, 20 Stunden unter gelegentlichem Umschwenken gelagert. Es entsteht eine schleimige gequollene Masse. Diese Masse wird in eine Lösung, bestehend aus 148 g Kaliumaluminiumsulfat in 500 ml Wasser, eingetragen und 3 Stunden darin unter Rühren belassen. Der unlösliche Anteil wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen und getrocknet. Es resultieren 106 g eines körnigen Materials. Beispiel 2110 g of superabsorbent polymer according to Example 1 are stored in a solution consisting of 350 g of 12.5% sodium hydroxide solution for 20 hours with occasional swiveling. A slimy, swollen mass develops. This mass is introduced into a solution consisting of 148 g of potassium aluminum sulfate in 500 ml of water and left there for 3 hours with stirring. The insoluble fraction is filtered off and washed with water and dried. The result is 106 g of a granular material. Example 21
10 g Superabsorberpolymer nach Beispiel 2 werden in 300 ml einer 10%igen Natriumcarbonatlösung 20 Stunden gequollen. Anschließend wird abgesaugt und das Polymergel 1 Stunde in 10%iger Kaliumalummiumsulfatlösung gelagert. Man saugt ab und wiederholt das Verfahren 3-mal. Nach dem Waschen und Trocknen erhält man 32 g eines körnigen Materials .10 g of superabsorbent polymer according to Example 2 are swollen in 300 ml of a 10% sodium carbonate solution for 20 hours. The mixture is then suctioned off and the polymer gel is stored for 1 hour in 10% potassium aluminum sulfate solution. It is suctioned off and the process is repeated 3 times. After washing and drying, 32 g of a granular material are obtained.
Beispiel 22Example 22
10 g Superabsorberpolymer nach Beispiel 3 werden in 300 ml einer 10%igen Dinatriumhydrogenphosphatlösung 20 Stunden gequollen. Das Polymergel wird abgesaugt und ohne weiteres Waschen in 300 ml ei- ner 10%igen Kaliumaluminiumsulfatlösung eingetragen und 20 Stunden darin belassen und abgesaugt. Die Prozedur wird 3-mal wiederholt. Man erhält 18 g eines körnigen Materials.10 g of superabsorbent polymer according to Example 3 are swollen in 300 ml of a 10% disodium hydrogenphosphate solution for 20 hours. The polymer gel is suctioned off and, without further washing, introduced into 300 ml of a 10% potassium aluminum sulfate solution and left there for 20 hours and suctioned off. The procedure is repeated 3 times. 18 g of a granular material are obtained.
Beispiel 23Example 23
10 g Superabsorberpolymer nach Beispiel 4 werden in 300 ml einer 10%igen Dinatriumhydrogenphosphatlösung 20 Stunden gequollen. Das Polymergel wird abgesaugt und ohne weiteres Waschen in 300 ml einer 10%igen Calciumchloridlösung eingetragen und 1 Stunde darin belassen und abgesaugt. Die Prozedur wird 3-mal wiederholt. Man erhält 55 g eines körnigen Materials mit Teilchengröße zwischen 1 und 5 mm.10 g of superabsorbent polymer according to Example 4 are swollen in 300 ml of a 10% disodium hydrogenphosphate solution for 20 hours. The polymer gel is suctioned off and, without further washing, introduced into 300 ml of a 10% calcium chloride solution and left there for 1 hour and suctioned off. The procedure is repeated 3 times. 55 g of a granular material with a particle size between 1 and 5 mm are obtained.
Beispiel 24Example 24
10 g Superabsorberschaum nach Beispiel 9 werden wie in Beispiel 18 angegeben in 10%iger Natriumcarbonatlösung und anschließend in 10%iger Calciumchloridlösung gequollen. Die Prozedur wird noch 3-mal wiederholt. Nach 10-stündigem Wässern wird das Material an der Luft getrocknet. Man erhält 33 g eines Materials mit einem hohen Anteil an Hohlräumen. 10 g of superabsorbent foam according to Example 9 are swollen in 10% sodium carbonate solution and then in 10% calcium chloride solution as indicated in Example 18. The procedure is repeated 3 more times. After soaking for 10 hours, the material is air dried. 33 g of a material with a high proportion of voids are obtained.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kompositmaterialien, umfassend A) mindestens ein in Wasser quellbares Polymergel,1. composite materials comprising A) at least one water-swellable polymer gel,
B) mindestens eine anorganische, elektroneutrale Verbindung, die ein oder mehrere Kationen (en) und ein oder mehrere Anion(en) umfasst, sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile.B) at least one inorganic, electroneutral compound which comprises one or more cations (s) and one or more anion (s), and optionally further constituents.
2. Kompositmaterialien nach Anspruch 1, die das Polymergel oder die Polymergele A) in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht enthalten.2. Composite materials according to claim 1, which contain the polymer gel or the polymer gels A) in an amount of 0.1 to 50 wt .-%, preferably 1 to 40 wt .-%, based on the total weight.
3. Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die die Verbindung oder die Verbindungen B) in einer Menge von 50 bis 99,9 Gew.-%, bevorzugt 60 bis 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht enthalten.3. Composite materials according to one of claims 1 or 2, which contain the compound or compounds B) in an amount of 50 to 99.9 wt .-%, preferably 60 to 99 wt .-%, based on the total weight.
4. Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polymergel ausgewählt ist unter Stärke- und Cellulosede- rivaten sowie Proteinderivaten.4. Composite materials according to one of claims 1 to 3, wherein the polymer gel is selected from starch and cellulose derivatives and protein derivatives.
5. Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polymergel wenigstens ein ethylenisch ungesättigtes Monomer mit einer hydrophilen Gruppe einpolymerisiert enthält.5. Composite materials according to one of claims 1 to 3, wherein the polymer gel contains at least one ethylenically unsaturated monomer copolymerized with a hydrophilic group.
6. Kompositmaterialien nach Anspruch 5, wobei es sich bei der hydrophilen Gruppe um eine Carboxyl-, Amino- und/oder Hydro- xygruppe handelt, wobei die Carboxylgruppe zumindest teilweise neutralisiert und die Aminogruppe zumindest teilweise protoniert oder quaternisiert sein kann.6. Composite materials according to claim 5, wherein the hydrophilic group is a carboxyl, amino and / or hydroxyl group, the carboxyl group being at least partially neutralized and the amino group at least partially protonated or quaternized.
7. Kompositmaterialien nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Monomereinheiten mit einer hydrophilen Gruppe mehr als 60 Gew.-%, insbesondere mehr als 70 Gew.-%, des Polymergeis ausmachen.7. Composite materials according to claim 5 or 6, wherein the monomer units with a hydrophilic group make up more than 60% by weight, in particular more than 70% by weight, of the polymer gel.
8. Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das carbonsäuregruppenhaltige Monomer ausgewählt ist unter8. Composite materials according to one of claims 5 to 7, wherein the carboxylic acid group-containing monomer is selected from
Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Ita- consäure. Acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid.
9. Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Polymergel zusätzlich wenigstens ein Monomer einpolymeri- siert enthält, das ausgewählt ist unter vinylaromatischen Verbindungen, Estern der Acrylsäure oder Methacrylsäure mit 5 Cι~Cι8-Alkanolen, Vinylestern von C2-Cι8-Carbonsäuren, (Meth)- acrylnitril, (Meth) acrylamid, N-Cι-C6-Alkyl- und N,N-Di-Cι-C6- alkyl (meth) acrylamiden, Hydroxy-Cι-C6-alkyl (meth) acrylaten und N-Vinyllactamen.9. Composite materials according to one of claims 5 to 8, wherein the polymer gel additionally contains at least one polymerized polymer, which is selected from vinylaromatic compounds, esters of acrylic acid or methacrylic acid with 5 -C 8 -C 8 -alkanols, vinyl esters of C 2 -Cι 8- carboxylic acids, (meth) - acrylonitrile, (meth) acrylamide, N-Cι-C 6 alkyl and N, N-Di-Cι-C 6 - alkyl (meth) acrylamides, hydroxy-Cι-C 6 alkyl (meth) acrylates and N-vinyl lactams.
10 10. Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 4 bis 9, die als Polymergel A) einen Superabsorber enthalten.10. 10. Composite materials according to one of claims 4 to 9, which contain a superabsorbent as polymer gel A).
11. Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Polymergel A) schaumför ig, insbesondere mit Kern-Schale-11. Composite materials according to one of claims 5 to 7, wherein the polymer gel A) foam-like, in particular with core-shell
15 Aufbau, vorliegt.15 Structure, is present.
12. Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ein Polymergel A) enthalten, welches beim Quellen in Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel in einen kolloidalen Zu-12. Composite materials according to one of claims 1 to 3, which contain a polymer gel A) which, when swollen in water or a water-containing solvent, into a colloidal additive.
20 stand übergeht.20 stood passes.
13. Kompositmaterialien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektroneutrale Verbindung mindestens ein Kation umfasst, das ausgewählt ist unter Kationen der Gruppen IIA,13. Composite materials according to one of the preceding claims, wherein the electroneutral compound comprises at least one cation which is selected from cations of groups IIA,
25 IIIA, IVA, VB, VIB, VIIB und VIIIB des Periodensystems.25 IIIA, IVA, VB, VIB, VIIB and VIIIB of the periodic table.
14. Kompositmaterialien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kation ausgewählt ist unter Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Al3+, Pb2+, V3+, Cr3+, Cr6+, Mo2+, Mo6+, W6+, Mn2+, Mn7+, Fe2+,14. Composite materials according to one of the preceding claims, wherein the cation is selected from Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Al 3+ , Pb 2+ , V 3+ , Cr 3+ , Cr 6+ , Mo 2+ , Mo 6+ , W 6+ , Mn 2+ , Mn 7+ , Fe 2+ ,
30 Fe3+, Co2+, Co3+ und Ni2+.30 Fe 3+ , Co 2+ , Co 3+ and Ni 2+ .
15. Kompositmaterialien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektroneutrale Verbindung ausgewählt ist unter Carbonaten, Hydrogencarbonaten, Phosphaten, Hydrogenphospha-15. Composite materials according to one of the preceding claims, wherein the electroneutral compound is selected from carbonates, bicarbonates, phosphates, hydrogen phospha-
35 ten, Dihydrogenphosphaten, kondensierten Phosphaten, Silikaten, Oxiden und Doppeloxiden, Hydroxiden, Sulfiden, Polysul- fiden, Sulfiten, Sulfaten, Hydrogensulfaten, Disulfaten, Wolframaten und Halogeniden.35 th, dihydrogen phosphates, condensed phosphates, silicates, oxides and double oxides, hydroxides, sulfides, polysulfides, sulfites, sulfates, hydrogen sulfates, disulfates, tungstates and halides.
40 16. Kompositmaterialien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektroneutrale Verbindung ausgewählt ist unter Ma- gnesiumcarbonat, Magnesiumdihydrogendiphosphat , Magnesiumdi- phosphat, Magnesiumpolyphosphaten, Calciumcarbonat, Calcium- phosphat, Apatiten, Calciumsilikaten, Strontiumcarbonat ,16. Composite materials according to one of the preceding claims, wherein the electroneutral compound is selected from magnesium carbonate, magnesium dihydrogen diphosphate, magnesium diphosphate, magnesium polyphosphates, calcium carbonate, calcium phosphate, apatites, calcium silicates, strontium carbonate,
45 Strontiumsulfat, Bariumcarbonat, Bariumsulfat, Aluminiumcarbonat, basischem Aluminiumcarbonat, Aluminiumhydroxid, Aluminiumphosphat, basischem Aluminiumphosphat, Spinellen, inver- sen Spinellen, Eisenoxiden, Cobaltoxiden, Vanadiumsulfid und45 strontium sulfate, barium carbonate, barium sulfate, aluminum carbonate, basic aluminum carbonate, aluminum hydroxide, aluminum phosphate, basic aluminum phosphate, spinels, inverse spinels, iron oxides, cobalt oxides, vanadium sulfide and
Molybdänsulfid.Molybdenum sulfide.
17. Verwendung der Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Trägermaterial für Katalysatoren, als Tablettenbindemittel, Düngemittel, Baustoff, Slow-release-Matrixma- terialien für Pharmawirkstoffe oder Pflanzenschutzmittel, magnetische Formkörper, Füllmassen für Polyvinylchlorid, Füllmassen für Polyethylenterephthalat , Pigmente für Farben, Füllstoffe für Papier, Abriebmittel, Schleifmittel, Informationsspeicher, Schmierstoffe oder Kosmetikartikel.17. Use of the composite materials according to one of claims 1 to 14 as a carrier material for catalysts, as a tablet binder, fertilizer, building material, slow-release matrix materials for pharmaceutical active ingredients or crop protection agents, magnetic moldings, fillers for polyvinyl chloride, fillers for polyethylene terephthalate, pigments for paints , Fillers for paper, abrasives, abrasives, information stores, lubricants or cosmetics.
18. Formkörper, die ein Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 16 umfassen. 18. Moldings comprising a composite material according to one of claims 1 to 16.
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