[发明专利]吸水聚合物颗粒及其制备方法

说明书

说明

本发明涉及可通过以下的方法获得的吸水聚合物颗粒：用至少一种后交联剂（postcrosslinker）处理吸水性基底聚合物，然后在真空下处理后交联的聚合物，涉及其制备方法以及其在卫生用品和包装材料中的用途。

吸水聚合物颗粒是已知的。对于该材料最宽泛使用的通用名是“超吸水剂”。超吸水剂是如下的材料：其甚至在适度的压力下也能够吸收并保持几倍于自身重量、可能最高达几百倍于其自身重量的水。与蒸馏水或去离子水相比，对于含盐溶液的吸收量（absorbing capacity）通常较低。超吸水剂通常具有至少5g/g，优选至少10g/g以及更优选至少15g/g的离心保留量（“CRC”，测量方法参见下文）。所述材料也通常被称作例如“高溶胀性聚合物”、“水凝胶”（通常特别用于干燥形式）、“水凝胶形成聚合物”、“吸水聚合物”、“吸水凝胶形成材料”、“可溶胀树脂”、“吸水性树脂”等。所述材料为交联的亲水性聚合物，特别为由（共）聚合的亲水性单体形成的聚合物、一种或多种亲水性单体在合适的接枝基底上的接枝（共）聚合物、纤维素或淀粉的交联醚、交联的羧甲基纤维素、部分交联的聚环氧烷或在水性液体中可溶胀的天然产品例如瓜尔胶衍生物，其中最广泛使用基于部分中和的丙烯酸的吸水聚合物。超吸水剂通常以聚合物颗粒的干粉形式制备、存储、运输和加工，“干”通常意指含水量（也称为“水分含量”，测量方法参见下文）低于5wt.-%。超吸水剂在吸收液体时转变为凝胶，具体地，在通常吸收水性液体时转变为水凝胶。到目前为止，超吸水剂应用的最重要的领域是吸收体液。超吸水剂用在例如卫生用品如婴儿尿布、成人尿失禁产品或女性卫生产品中。其他用途领域的实例为用作在市场园艺中的保水剂、用作防火的贮水剂、用于食品包装中的液体吸收或通常用于吸收水分。

制备超吸水剂的方法也是已知的。占领市场的基于丙烯酸酯的超吸水剂是在交联剂（“内部交联剂”）的存在下、通常在水的存在下通过丙烯酸的自由基聚合来制得的，在聚合之前或之后——或任选部分在聚合之前且部分在聚合之后——进行的中和步骤中，通常通过加入碱（最常用氢氧化钠水溶液）将所述丙烯酸中和至一定程度。由此得到粉碎（根据所用的反应器的类型，粉碎可与聚合同时进行）并干燥的聚合物凝胶。一般而言，由此制得的干粉（“基底聚合物”）是表面交联型（也被称作表面“后”交联型或仅为“后交联型”），其通过加入其他有机或多价金属（即阳离子）交联剂以生成比颗粒本体具有更高交联度的表层而得到。在大多数情况下，将硫酸铝用作多价金属交联剂。有时并不将多价金属阳离子施用于超吸水剂颗粒视为表面交联，而称其为“表面络合”或视为另一种表面处理形式，尽管其具有相同的增加颗粒表面的单个聚合物链之间的键数并因此增加如有机表面交联剂具有的凝胶颗粒劲度的作用。有机和多价金属表面交联剂可累积、联合或以任意顺序施用。任何具有使颗粒表面附近的交联密度比颗粒本体中更高的效果的措施均可用于表面交联的目的。还已知该目的可通过在干燥期间通过将氧化剂（例如氯酸盐）加入至单体溶液中来氧化破坏颗粒体中的交联作用而实现。以上内容对本领域技术人员是众所周知的。.

表面交联引起每个超吸水剂颗粒表面附近有更高的交联密度。这解决了“凝胶阻塞（gel blocking）”的问题，其意指在用较早类型的超吸水剂的情况下，液体侵入（insult）将导致大量超吸水剂颗粒的颗粒的最外层溶胀成几乎连续的凝胶层，其有效地阻断了其他的液体（例如第二次侵入）输送至凝胶层下方的未使用的超吸水剂。虽然这在超吸水剂的某些应用中是需要的效应（例如密封水下电缆），但是当其在个人卫生产品中出现时会导致不合乎需要的效应。通过表面交联提高单个凝胶颗粒的劲度导致在凝胶层内单个凝胶颗粒之间的开放通道并因此促进液体通过凝胶层输送。尽管表面交联降低了CRC或其他描述超吸水剂样品总吸收量的参数，但其可很好地增加卫生产品吸收的液体总量，所述卫生产品在产品的正常使用期间含有给定量的超吸水剂。