[发明专利]包括利用紫外线辐射和布朗斯台德酸的方法制成的表面交联的超吸收聚合物颗粒的吸收制品

说明书

技术领域

本发明涉及包括表面交联的超吸收聚合物(SAP)颗粒的吸收制品，所述超吸收聚合物颗粒通过利用紫外线辐射的方法制成。所述方法使用具有较高中和度的超吸收聚合物颗粒，并且还施用布朗斯台德酸。

背景技术

超吸收聚合物为本领域所熟知。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。超吸收聚合物能够吸收并保持相当于其自身重量许多倍的含水流体量。

超吸收聚合物的商业化生产在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。在超吸收聚合物的商业化生产中，部分中和的聚丙烯酸最终取代了初期的超吸收剂，并且已成为超吸收聚合物中的主要聚合物。超吸收聚合物经常以小颗粒的形式应用。它们通常由部分中和的轻度交联的网状聚合物组成，该网状聚合物是亲水的，因此一旦浸没在水中或水溶液例如生理盐水中，网状聚合物可能会溶胀。聚合物链之间的交联保证了超吸收聚合物不会溶于水。

在吸收了水溶液之后，溶胀的超吸收聚合物颗粒变得非常柔软和容易变形。在变形后，超吸收聚合物颗粒之间的空隙空间被阻塞，这就显著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超吸收聚合物颗粒移动，这样移动比在超吸收聚合物颗粒之间的空隙中流动慢得多。

降低凝胶阻塞的一种常用方法是将颗粒制得更硬，这使得溶胀的超吸收聚合物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。增加硬度的熟知方法是交联暴露在超吸收聚合物颗粒表面上的羧基。这种方法通常被称为表面交联。

例如，此领域涉及表面交联的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。表面交联剂可以是包含至少两个羟基的多羟基化合物，这些羟基可与超吸收聚合物颗粒表面上的羧基反应。在某些技术中，表面交联在150℃或更高的温度下进行。

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。作为另外一种选择，表面交联反应还可以通过光照处理实现，优选采用紫外线。

上述工业表面交联过程的缺点是，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，渗透进超吸收聚合物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，这对超吸收聚合物颗粒的容量产生负面影响。因此，希望表面交联只需短的加工时间。此外，对于全面经济的超吸收聚合物颗粒的制造过程而言，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(通常为约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，以及掺入到超吸收聚合物颗粒中的丙烯酸二聚物的二聚物裂解。那些副反应也影响到芯，从而使超吸收聚合物颗粒的容量减小。另外，暴露于高温可导致超吸收聚合物颗粒褪色。因此，这些副反应通常是不可取的。

利用酸生产吸水剂公开于美国专利5,610,208中。该专利涉及生产吸水剂的方法，所述方法包括将包含羧基的吸水树脂与选自由下列物质组成的组的至少一种成分的添加剂以及能够与羧基反应的交联剂混合，所述物质包括无机酸、有机酸和聚氨基酸。所述混合物在100℃至230℃范围内的温度下进行热处理。

本领域已知的超吸收聚合物通常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以相对高的速度与聚合物链所含的游离羧基反应，但仅仅非常缓慢地与中和了的羧基反应。因此，给定的羧基可用于表面交联或者用于中和作用，但不能同时用于两者。本领域已知的表面交联剂优选与化学基团羧基反应，但它们不与脂族基团反应。

在制造超吸收聚合物颗粒的过程中，通常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超吸收聚合物之前，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”。作为另外一种选择，超吸收聚合物可在聚合反应期间或聚合反应之后被中和(“后中和”)。此外，这些可供选择的过程的组合也是可能的。

超吸收聚合物颗粒外表面上的游离羧基的总数不仅受上述中和作用的限制，而且还据信游离羧基并不是均匀分布的。因此，目前难以获得具有均匀分布的表面交联的超吸收聚合物颗粒。相反，超吸收聚合物颗粒经常具有相当密集的表面交联区域(即具有相对高的表面交联数)，以及稀疏的表面交联区域。这种不均匀性对超吸收聚合物颗粒所需的总硬度具有负面影响。