[发明专利]使用紫外线表面交联超吸收性聚合物颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用紫外(UV)线并在鼓反应器中进行的用于制造表面交联的超吸收性聚合物(SAP)颗粒的方法。

背景技术

超吸收性聚合物(SAP)是本领域公知的。它们常应用于吸收性制品如尿布、婴儿练习尿裤、成人失禁用品和妇女保健用品以提高这类产品的吸收容量，同时减小它们的总体积。SAP能够吸收和保持等于它们自身重量很多倍的水性流体量。

SAP的工业生产在日本开始于1978年。早期的超强吸收剂为交联的淀粉-g-聚丙烯酸酯。在SAP工业生产中，部分中和的聚丙烯酸最终代替更早期的超强吸收剂，并变成SAP中的主要聚合物。SAP通常以小颗粒的形式应用。它们通常由部分中和轻微(lightly)交联的聚合物网络组成，该聚合物网络是亲水性的并使得该网络一旦浸入水或水溶液如生理盐水中就溶胀。聚合物链之间的交联确保SAP不溶于水。

在水溶液吸收后，溶胀的SAP颗粒变得非常软并易于变形。变形时SAP颗粒之间的空隙空间被堵塞(blocked)，这显著地增大对于液体的流动阻力。这通常称为“凝胶堵塞”。在凝胶堵塞情况下，液体仅能够通过扩散移动通过溶胀的SAP颗粒，这比在SAP颗粒之间的间隙中流动慢得多。

一种降低凝胶堵塞常用的方式是使颗粒更硬(stiffer)，这能够使溶胀的SAP颗粒保留它们的原始形状，因而产生或保持颗粒之间的空隙空间。提高硬度的公知方法是交联暴露于SAP颗粒表面上的羧基。该方法通常称为表面交联。

本技术涉及例如表面交联的和表面活性剂涂布的吸收性树脂颗粒及其制备方法。表面交联剂可以是包含至少两个羟基的多羟基化合物，其与SAP颗粒表面上的羧基反应。在某一技术中，表面交联在温度150℃以上进行。

还已知水溶性过氧化物自由基引发剂作为表面交联剂。将包含表面交联剂的水溶液施用于该聚合物的表面上。通过加热至使过氧化物自由基引发剂分解而该聚合物不分解的温度而完成该表面交联反应。

最近已公开使用氧杂环丁烷化合物和/或咪唑啉酮化合物用作表面交联剂。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。作为选择，表面交联反应还可以通过优选使用紫外线的光照射处理来实现。

通常，将该表面交联剂施用于SAP颗粒的表面上。因此，该反应优选在SAP颗粒的表面发生，其导致在该颗粒表面上提高的表面交联，同时不实质上影响颗粒的核。因此，该SAP颗粒变得更硬并降低凝胶堵塞。

上述的工业表面交联工艺的缺点是它花费相当长的时间，一般至少约30分钟。然而，表面交联工艺所需的时间越多，越多的表面交联剂渗入SAP颗粒，导致增大颗粒内的交联，这对于SAP颗粒的容量具有负面影响。因此，理想的是具有用于表面交联的短的工艺时间。此外，对于全部经济的SAP颗粒生产方法，短的工艺时间也是理想的。

一般表面交联工艺的另一缺点是它们仅在经常约150℃以上的相对高的温度下发生。在这些温度下，不仅表面交联剂与聚合物的羧基反应，而且其它反应得到活化，例如在聚合物链内或聚合物链之间相邻羧基的酸酐形成和SAP颗粒中引入的丙烯酸二聚体的二聚体开裂(cleavage)。那些副反应也影响核，降低SAP颗粒的容量。另外，暴露于升高的温度能够导致SAP颗粒的颜色劣化。因此，这些副反应通常是不希望的。

在现有技术中已知的SAP典型地例如用氢氧化钠部分中和。然而，中和必须根据表面交联的需求小心地平衡：本领域已知的表面交联剂以相对高的速度与由聚合物链包含的游离羧基反应，但与中和的羧基仅非常慢地反应。因而，给定的羧基可用于表面交联或用于中和，但不是同时用于两者。本领域已知的表面交联剂优选与羧基反应，它们不与脂族基团反应。

在制造SAP颗粒的工艺中，游离羧基的中和一般地在表面交联发生前先开始。确实，中和步骤经常在该工艺的初期，在将单体聚合和交联以形成SAP之前进行。这样的工艺被命名为‘预中和工艺’。作为选择，SAP可在聚合期间或聚合之后(‘后中和’)进行中和。此外，这些备选方法的组合也是可以的。

SAP颗粒外表面上的游离羧基的总数不仅受限于前述的中和而且也认为游离羧基不是均匀分布的。因此，目前难以获得具有均匀分布的表面交联的SAP颗粒。相反，经常SAP颗粒具有相当致密的表面交联，即具有相对高数量的表面交联的区域和稀少地表面交联的区域。该不均一性对所需的SAP颗粒总硬度具有负面影响。

因此本发明的目的是提供制造具有均匀分布，均质表面交联的SAP颗粒的方法。