[发明专利]表面交联的超吸收聚合物颗粒及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及超吸收聚合物颗粒以及它们在吸收制品中的使用，所述超吸收聚合物颗粒具有改善的表面交联。

此外，本发明涉及一种用于制造这些超吸收聚合物颗粒的方法。

发明背景

超吸收聚合物(SAP)是本领域所熟知的。它们一般用于吸收制品，例如尿布、训练裤、成人失禁产品和女性护理产品，以在减小这些产品的总体积的同时增大它们的吸收容量。SAP通常能够吸收并保留数倍于自身重量的含水流体量。

SAP的商业化生产于1978年始于日本。早期的超吸收剂是交联的淀粉-g-聚丙烯酸酯。在SAP的商业化生产中，部分中和的聚丙烯酸最终取代了初期的超吸收剂并且为现今用于SAP的主要聚合物。SAP常常以微粒如纤维或颗粒的形式应用。它们通常由部分中和的微交联聚合物网状物组成。该网状物是亲水的，因此一旦浸没在水中或水溶液例如生理盐水中，网状物可能会溶胀。聚合物链之间的交联保证了SAP不会溶于水。

在吸收了水溶液之后，溶胀的SAP颗粒变得非常柔软和容易变形。在变形后，SAP颗粒之间的空隙空间被阻塞，这就强烈增大了对于液体的流动阻力。这种情形通常被称为“凝胶阻塞”。在凝胶阻塞的情况下，液体只能通过扩散穿过溶胀的SAP颗粒移动，这样移动比在SAP颗粒之间的空隙中流动慢得多。

减小凝胶结块的一种常用方法是将颗粒制得更硬，这使SAP颗粒能够保持它们的原样，从而在颗粒之间产生或保持空隙空间。增大硬度的熟知方法是交联暴露在SAP颗粒表面上的羧基。这种方法通常被称为表面交联。

例如，此领域涉及表面交联且以表面活性剂涂布的吸收剂树脂颗粒以及它们的制备方法。表面交联剂可以为包含至少两个羟基的多羟基化合物，这些羟基可与SAP颗粒表面上的羧基反应。在某些技术中，表面交联在150℃或更高的温度进行。颗粒优选在高温下暴露至少5分钟，但少于60分钟。

用于制备表面交联吸收剂树脂的另一个已知方法采用了含于所述树脂表面上的聚合物羧基与多元醇的反应。该反应可在90℃至250℃的温度范围内进行。

还已知，羟烷基脲或羟烷基酰胺可被用作交联剂。在这两种情况下，可在约90℃至约170℃的温度下使表面交联反应进行60至180分钟。

还已知，水溶性过氧化物基团引发剂可用作表面交联剂。将包含表面交联剂的水溶液应用在聚合物的表面上。表面交联反应通过加热到这样的温度来完成，在此温度下过氧化物自基团引发剂分解而聚合物不分解。

近来，已公开了使用氧杂环丁烷化合物和/或咪唑啉酮化合物作为表面交联剂。表面交联反应可以在加热下进行，其中温度优选在60℃至250℃的范围内。可供选择地，表面交联反应还可以通过光照处理实现，优选使用紫外线。

通常，将表面交联剂应用在SAP颗粒的表面上。因此，反应优选在SAP颗粒的表面上发生，结果就在颗粒表面上产生改善的交联，同时基本上不影响颗粒的核心。因此，SAP颗粒变得更硬，从而减小了凝胶阻塞。

上文所述工业表面交联方法的缺点是需要的时间较长，一般需要至少约30分钟。然而，表面交联过程所需的时间越多，渗透进SAP颗粒内的表面交联剂就越多，从而导致颗粒内部的交联增加，这会对SAP颗粒的容量产生负面影响。因此，期望表面交联只需短的加工时间。此外，对于全面经济的SAP颗粒的制造过程，也期望短的加工时间。

常用表面交联方法的另一个缺点是它们仅在较高的温度(通常约150℃或更高)下进行。在这些温度下，不仅发生了表面交联剂与聚合物羧基的反应而且活化了其它反应，如聚合物链中或链间相邻羧基形成酸酐，以及掺入到SAP颗粒中的丙烯酸二聚物的二聚物分解。那些副反应也影响到核心，进而使SAP颗粒的容量减小。另外，暴露于高温会导致SAP颗粒褪色。因此，这些副反应通常是不可取的。

本领域已知的SAP典型地被例如氢氧化钠部分地中和。然而，由于表面交联的需要，必须小心中和到平衡：本领域已知的表面交联剂只与聚合物链所含的游离羧基反应，但它们不能与中和了的羧基反应。因此，羧基可用于表面交联或用于中和，但同一个羧基不能用于完成两个任务。本领域已知的表面交联剂不与除了羧基之外的化学基团反应，例如，它们不与脂族基团反应。

在制造SAP颗粒的过程中，典型地在表面交联发生之前首先进行游离羧基的中和。实际上，在单体被聚合并交联形成SAP之前，中和步骤经常在过程的最开始就进行。这个过程被命名为‘预中和过程’。可供选择地，SAP可在聚合反应的中间或聚合反应后被中和(‘后中和’)。此外，这些可供选择的过程的组合也是可能的。