[发明专利]颜色稳定的超吸收剂

说明书

本发明涉及一种颜色稳定的超吸收剂、其制备方法、其用途及包括其的卫生用品。颜色稳定的超吸收剂应理解为意指在高温和空气湿度的存储过程中仅存在较小程度的变色——如果有的话——的超吸收剂。

超吸收剂是已知的。对这些材料而言，还经常使用以下名称，例如“高溶胀性聚合物”、“水凝胶”(也常以干燥形式使用)、“形成水凝胶的聚合物”、“吸水聚合物”、“形成吸收剂凝胶的材料”、“可溶胀树脂”和“吸水树脂”等。这些材料为交联的亲水性聚合物，更具体而言，由(共)聚合的亲水单体形成的聚合物，一种或多种亲水单体在合适的接枝基上形成的接枝(共)聚合物，交联的纤维素醚或淀粉醚，交联的羧甲基纤维素，部分交联的聚环氧烷或可溶胀于水性液体中的天然产物，例如瓜耳胶衍生物；其中最常用的是基于部分中和的丙烯酸的吸水聚合物。超吸收剂的基本性能是能够吸收几倍于它们自身重量的水性液体并且即使是在一定的压力下也不再次释放该液体的能力。超吸收剂以干燥粉末的形式使用，当吸收液体时转化为凝胶，并且当吸收水时通常相应地转化为水凝胶。交联对于合成的超吸收剂是必要的，并且是不同于常规纯增稠剂的一个重要区别，因为其使得该聚合物不溶于水。可溶的物质不能被用作超吸收剂。目前，超吸收剂最重要的应用领域是吸收体液。超吸收剂用于例如婴儿尿布、成人失禁产品或女性卫生用品。其他应用领域有例如用作商品园艺的保水剂、防火蓄水剂，用于食品包装中的液体吸收或通常用于吸湿。

超吸收剂能够吸收几倍于它们自身重量的水分并且在一定压力下保有水分。通常，这样的超吸收剂具有至少5g/g、优选至少10g/g并且更优选至少15g/g的CRC(“离心保留容量”，测试方法见下文)。“超吸收剂”还可以是不同的各超吸收性物质的混合物，或者是仅当它们相互作用时才表现出超吸收特性的组分的混合物；此处，物质组成不像超吸收特性那么重要。

对于超吸收剂来说，重要的不仅仅是它的吸收容量，还有在压力下保留液体的能力(保留，通常表述为“在负载下的吸收”(“AUL”)或“在压力下的吸收”(“AAP”)，测试方法参见下文)和渗透能力，即在溶胀状态下传导液体的能力(通常表述为“盐水导流率”(“SFC”)，测试方法参见下文)。与未溶胀的超吸收剂相比，溶胀的凝胶可以阻止或防止液体传导(“凝胶堵塞”)。例如，在溶胀状态下具有高凝胶强度的水凝胶具有良好的液体传导性能。仅具有低凝胶强度的凝胶在外加压力(体压)下可产生形变，堵塞超吸收剂/纤维素纤维吸收剂中的孔，并因此与未溶胀或未完全溶胀的超吸收剂相比防止液体传导，并因此与未溶胀或未完全溶胀的超吸收剂相比防止液体吸收。通过提高交联度通常可以增加凝胶强度，但这将降低产物的吸收能力。增加凝胶强度的一个巧妙的方法是与超吸收剂颗粒的内部相比增加颗粒表面处的交联度。为此，使通常已在表面后交联步骤中干燥并具有平均交联密度的超吸收剂颗粒在其颗粒的表面薄层中进行另外的交联。该表面后交联增加超吸收剂颗粒壳中的交联密度，其将压缩应力下的吸收提高至一个较高水平。尽管该超吸收剂颗粒表面层的吸收容量降低，但是其核由于存在流动的聚合物链而与壳相比具有改善的吸收能力，从而所述壳结构确保了改善的渗透性，而不会发生凝胶堵塞。还已知可获得总体上较高交联的超吸收剂，随后颗粒内部的交联度与颗粒外壳相比可降低。

制备超吸收剂的方法也是已知的。市场上最常见的丙烯酸基超吸收剂通过在交联剂(“内交联剂”)的存在下进行丙烯酸的自由基聚合来制备，其中丙烯酸通常通过加入碱(通常为氢氧化钠水溶液)而在聚合之前或之后、或部分在聚合之前且部分在聚合之后而中和至一定程度。将由此获得的聚合物凝胶粉碎(根据所用的聚合反应器，其可与聚合同时进行)并干燥。由此获得的干燥粉末(“原料聚合物”)通常通过将其与其他交联剂反应而在颗粒的表面上进行后交联，所述其他交联剂例如有机交联剂或多价阳离子——例如铝(通常以硫酸铝形式使用)——或二者，从而获得与颗粒内部相比更高交联的表面层。

对于超吸收剂而言经常出现的问题是变色，其出现在高温或高空气湿度下的储存过程中。这类情况通常出现在超吸收剂在热带或亚热带国家中储存时。超吸收剂在这类情况下往往会变黄；其甚至可能呈现棕色或甚至几乎为黑色。这种实际无色的超吸收剂粉末的变色是不美观且不期望的，因为其尤在所需的薄卫生产品中这是可见的，消费者会拒绝不美观的卫生产品。导致变色的原因尚未完全明了，但是活性化合物(例如聚合的残留单体)、一些引发剂的使用、单体或中和剂中的杂质、表面后交联剂或所使用的单体中的稳定剂似乎起一定的作用。