包含具有改善的稳定性的微粒超吸收性聚合物组合物的吸收性制品的制作方法_2

文档序号:9381989阅读:来源:国知局
y m的 重量平均粒径(D50)。
[0064] 本发明还涉及一种吸收性制品,其包括顶片、底片以及设置于该顶片和底片之间 的吸收芯,所述吸收芯包括具有改善的稳定性的微粒超吸收性聚合物组合物,所述具有改 善的稳定性的微粒超吸收性聚合物组合物包含微粒超吸收性聚合物和基于微粒超吸收性 组合物重量的约0.0 lwt %至约5wt %的中和的铝盐,所述中和的铝盐以pH值为约5. 5至 约8的中和的铝盐水溶液形式被施加至该微粒超吸收性聚合物的表面;其中,所述微粒超 吸收性聚合物组合物具有每克微粒超吸收性聚合物组合物约25克至约40克的0. 9重量百 分比的氯化钠水溶液的离心保留容量和在所述微粒超吸收性聚合物组合物进行处理测试 之前的约20x10sCm2至约200x10sCm2的初始自由溶胀凝胶床渗透率(FSGBP);并且具有约 I. 30mm2/N至约4mm2/N的压缩率,并且具有占所述微粒超吸收性聚合物组合物的约6wt%至 约15wt%的量的、按标准筛分类规定的粒径大于600 ym的颗粒。
[0065] 此外,本发明涉及一种吸收性制品,其包括顶片、底片以及设置于该顶片和底片之 间的吸收芯,所述吸收芯包括具有改善的稳定性的微粒超吸收性聚合物组合物,所述具有 改善的稳定性的微粒超吸收性聚合物组合物包含微粒超吸收性聚合物和基于所述微粒超 吸收性聚合物组合物重量的约0.0 lwt%至约5wt%的中和的铝盐,所述中和的铝盐以pH 值为约5. 5至约8的中和的铝盐水溶液形式被施加至所述微粒超吸收性聚合物的表面;其 中,所述微粒超吸收性聚合物组合物具有占所述微粒超吸收性聚合物组合物的不少于约 85wt%的量的颗粒,所述颗粒具有按标准筛分类规定的小于600 y m且大于150 y m的粒径, 并且所述颗粒具有按标准筛分类规定的300至400 ym的重量平均粒径(D50)。
[0066] 合适的超吸收性聚合物可选自合成的、天然的、可生物降解的和改性的天然聚合 物。与超吸收性聚合物关联使用的术语"交联的"是指有效地使得通常水可溶的材料基本 上成为水不溶的但可溶胀的的任何方式。这种交联方式可包括,例如,物理缠绕、晶畴、共价 键、离子配位和缔合、亲水缔合如氢键、疏水缔合或范德华力。超吸收性聚合物包括内交联 并且可以进一步包括表面交联。
[0067] 在本发明实施方案中提到的超吸收性聚合物可以通过约55 %至约99. 9wt %含可 聚合的不饱和酸基团的单体的超吸收性聚合物的初次聚合获得的。合适的可聚合单体包括 任意的包含羧基的那些单体,如丙烯酸或甲基丙烯酸;或者2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、 或其混合物。期望地,以重量计至少约50wt%且更期望地至少约75wt%的酸基团是羧基。
[0068] 制备在本发明的实施方案中所述的超吸收性聚合物的方法可以通过约55%至约 99. 9wt%含可聚合的不饱和酸基团的单体的超吸收性聚合物的初次聚合获得。合适的可 聚合的单体包括任意的含羧基的那些,如丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺 酸,或其混合物。期望地,以重量计至少约50%的,且更期望地至少约75wt%的酸基团是羧 基。
[0069] 使用碱将所述酸基团中和至至少约25mol%、或约50mol%至约80mol%的程度, 也就是说,希望所述酸基团以钠盐、钾盐或铵盐存在。碱的量可以是所述微粒超吸收性聚合 物组合物的约14wt%至约45wt%。所述碱可包括氢氧化钠或氢氧化钾。在一些方面,期望 采用通过丙烯酸或甲基丙烯酸的聚合获得的聚合物,所述聚合物的羧基在内交联剂存在下 被中和。需注意的是,中和反应可通过将碱添加至单体溶液或通过将单体如丙烯酸添加至 碱中来实现。
[0070] 在一些方面,可与烯属不饱和单体共聚的第二类合适单体可包括,但不限于,丙烯 酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、二甲基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化的(甲 基)丙烯酸酯、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、或丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵。这样的单体可 以以共聚单体的Owt%至约40wt%存在。
[0071]当所述单体是丙烯酸的情况下,在聚合之后,被部分中和的丙烯酸盐被转化为微 粒吸水剂中的聚合物,基于丙烯酸的转化值可通过假定将部分中和的聚丙烯酸盐完全转化 为等摩尔的未中和的聚丙烯酸来确定。
[0072] 本发明的超吸收性聚合物还包括基于所述含可聚合的不饱和酸基团的单体的总 量的以重量计约0.0 Olwt%至约5wt%或约0. 2wt%至约3wt%的至少一种内交联剂。所述 内交联剂通常具有至少两个烯不饱和双键、或者一个烯不饱和双键和一个能与所述含可聚 合的不饱和酸基团的单体的酸基团反应的官能团、或者能与酸基团反应的几个官能团,其 可被用作内交联组分并且在所述含可聚合的不饱和酸基团的单体的聚合过程中存在。
[0073] 在超吸收性聚合物中使用的内交联剂的例子包括脂族不饱和酰胺如亚甲基双丙 烯酰胺或亚甲基双甲基丙烯酰胺、或亚乙基双丙烯酰胺;并且还有多元醇或烷氧基化的多 元醇与烯不饱和酸的脂肪族酯,如丁二醇、或乙二醇、聚乙二醇或三羟甲基丙烷的二(甲 基)丙烯酸酯或三(甲基)丙烯酸酯;三羟甲基丙烷的二和三丙烯酸酯,其优选是1~ 30mol的环氧烷烃烷氧基化的,优选是乙氧基化的;甘油和季戊四醇的丙烯酸酯和甲基丙 烯酸酯,和优选用1~30mol的环氧乙烷乙氧基化的甘油和季戊四醇的丙烯酸酯和甲基丙 烯酸酯;并且还有烯丙基化合物,如(甲基)丙烯酸烯丙酯、优选用1~30mol的环氧乙烷 反应的烷氧基化的烯丙基(甲基)丙烯酸酯、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、马来酸 二烯丙酯、多烯丙基酯、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、包含至少两个乙烯基 的聚硅氧烷、四烯丙氧基乙烷、四烯丙氧基乙烷、三烯丙基胺、四烯丙基乙二胺、二元醇、多 元醇、羟基烯丙基或丙烯酸化合物和磷酸或亚磷酸的烯丙酯;并且还有能交联的单体,如不 饱和酰胺,如甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺的N-羟甲基化合物,和由其衍生的醚。也可采用离 子交联剂如铝金属盐。也可采用所述交联剂的混合物。
[0074] 在另一实施方案中,所述超吸收性聚合物可包含基于所述含可聚合的不饱和酸基 团的单体的总量的约〇. OOlwt %至约0.1 wt %的第二内交联剂,其可包含这样的组合物,所 述组合物包含至少两个烯不饱和双键,例如亚甲基双丙烯酰胺或亚甲基双甲基丙烯酰胺、 或亚乙基双丙烯酰胺;还有多元醇的不饱和的单或多元羧酸酯,如二丙烯酸酯或三丙烯酸 酯、例如二丙烯酸或二甲基丙烯酸丁二醇或乙二醇酯;三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,以及它们 的烷氧基衍生物;还有丙烯基化合物如(甲基)丙烯酸烯丙酯、三聚氰尿酸三丙烯酯、马来 酸二烯丙酯、聚烯丙基酯、四烯丙氧基乙烷、二和三烯丙基胺、四烯丙基乙二胺、磷酸或亚磷 酸烯丙酯。此外,也可使用具有与酸基团反应的至少一个官能团的化合物。其例子包括酰 胺的N-羟甲基化合物,如甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺,以及从其衍生的醚以及二缩水甘油基 或多缩水甘油基化合物。
[0075]常用的引发剂例如偶氮或过氧化物、氧化还原体系或UV引发剂、(感光剂)、和/ 或辐射被用于引发自由基聚合。在一些方面,引发剂可用于引发自由基聚合。合适的引发 剂包括但不限于偶氮或过氧化物、氧化还原体系或紫外线引发剂、感光剂和/或辐射。
[0076]聚合形成超吸收性聚合物凝胶,其粒化为超吸收性聚合物颗粒或微粒超吸收性聚 合物。所述超吸收性聚合物凝胶通常具有占超吸收性聚合物凝胶的约40wt%至80wt% 的含水量。所述微粒超吸收性聚合物通常包括约50 ym至约1000 ym、或约150 ym至约 850 ym的粒径范围。本发明可包括至少约40wt%的具有约300 ym至约600 ym的粒径的 颗粒、至少约50wt %的具有约300 y m至约600 y m的粒径的颗粒、或至少约60wt%的具有 约300 y m至约600 y m的粒径的颗粒,所述颗粒通过美国标准30目筛筛分测量并保留在 美国标准50目筛上。此外,本发明的超吸收性聚合物颗粒的粒度分布可包括按重量计少 于约30%的具有大于约600 ym的粒径的颗粒,以及按重量计少于约30%的具有小于约 300 ym的粒径的颗粒,以及0至5重量%的小于150 ym的颗粒,所述颗粒利用例如可获自 W. S. Tyler,Inc.,Mentor,Ohio 的 RO-TAP-B 型机械振动筛测量。
[0077]在本发明的微粒超吸收性聚合物的另一实施方案中,树脂颗粒的直径按如下设 定。质量平均粒径通常为约200至约450 ym、或约300至约430 ym、或约300至约400 ym、 或约350至约400 y m、或约360至约400 y m、或约370至约400 y m。进一步地,小于150 y m 的颗粒的百分比通常为按重量计〇至约8%、或按重量计0至约5%、或按重量计0至约 3%、或按重量计0至约1 %。进一步地,大于600 y m的颗粒的百分比通常为按重量计0至 约25%、或按重量计3至约15%、或按重量计5至约12%、或按重量计5至约8%。
[0078]粒径可通过使颗粒经历分散聚合和分散干燥来调节。但通常,特别是在进行水相 聚合时,在干燥后将颗粒研磨并分类,然后调节质量平均粒径D50,以及小于150 y m和大于 600 ym的颗粒的量,以获得特定的粒径分布。例如,如果通过使具有质量平均粒径D50的 颗粒的直径降低至400 y m或小些,并且减少粒径小于150 y m和大于600 y m的细颗粒的量 来获得特定的粒径分布,则所述颗粒可在干燥后首先通过采用常规分类设备如筛分类为粗 颗粒和细颗粒。这一过程优选除去了粒径为5000 y m至600 y m、或2000 y m至600 y m、或 1000 ym至600 ym的粗颗粒。然后,在主调节过程中,除去粒径小于150 ym的细颗粒。被 除去的粗颗粒可以被丢弃,但它们更可能的是通过上述的研磨过程被再次研磨。通过研磨 处理制备的具有特定粒径分布的得到的微粒超吸收性聚合物因此由不规则研磨的颗粒组 成。
[0079]所述微粒超吸收性聚合物利用本文所述的另外的化学品和处理进行表面处理。特 别地,通过加入表面交联剂以及热处理对所述微粒超吸收性聚合物的表面进行交联,通常 称为表面交联。通常,表面交联是一种用于提高微粒超吸收性聚合物表面附近的聚合物基 质的与微粒内部交联密度相关的交联密度的方法。表面交联剂可以以干微粒超吸收性聚合 物组合物的约0.0 lwt%~约5wt%的量存在,如基于干超吸收性聚合物组合物的重量的约 0? Iwt%~约3wt%,以及按重量计约0? Iwt%~约Iwt%。
[0080] 期望的表面交联剂包括具有能与聚合物链的侧基,典型地为酸基团反应的一个或 多个官能团的化学品。表面交联剂包括能在缩合反应(缩合交联剂)中、加成反应中或开 环反应中与聚合物结构的官能团反应的官能团。这些化合物可包括例如二甘醇、三甘醇、聚 乙二醇、丙三醇、聚甘油、丙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、聚氧丙烯、氧乙烯-氧丙烯嵌段共聚 物、山梨醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、三羟甲基丙烷、季戊四醇、聚乙烯醇、 山梨醇、1,3_二氧戊环-2-酮(碳酸乙烯酯)、4_甲基-1,3_二氧戊环-2酮(碳酸丙烯 酯)、或4, 5-二甲基-1,3-二氧戊环-2酮。
[0081] 在所述微粒超吸收性聚合物已经与表面交联剂或者与包含表面交联剂的流体接 触后,所述已处理的微粒超吸收性聚合物经热处理至约50至约300°C、或约75至约275°C、 或约150至约250°C的温度,并根据所述温度热处理约5至约90分钟的时间,以使得所述聚 合物结构的外部区域与内部区域相比,被更强地交联(即表面交联)。所述热处理的持续时 间受这样的风险的限制,即聚合物结构期望的性能状况将会由于加热的影响被破坏。
[0082] 在表面交联的一个具体方面,所述微粒超吸收性聚合物用碳酸乙烯酯进行表面处 理,之后加热以影响所述超吸收性聚合物颗粒的表面交联,其改善了微粒超吸收性聚合物 的表面交联密度和凝胶强度特性。更具体地,通过将所述微粒超吸收性聚合物与碳酸乙烯 酯表面交联剂的醇水溶液混合,将表面交联剂涂覆到所述微粒超吸收性聚合物上。醇在醇 水溶液中的量通过碳酸烯烃酯的溶解度确定,并且出于各种原因例如为了防止爆炸使其保 持尽可能地低。合适的醇为甲醇、异丙醇、乙醇、丁醇、或丁二醇(butyl glycol)、以及这些 醇的混合物。在一些方面,希望溶剂是水,其用量典型地为基于干微粒超吸收性聚合物组合 物重量的按重量计约〇. 3%~约5. Owt%。还是在其它方面,碳酸乙烯酯表面交联剂可由例 如与无机载体材料如二氧化硅(SiO2)的粉末混合物施加、或者通过使碳酸乙烯酯升华,以 蒸汽状态施加。
[0083] 为了获得期望的表面交联性能,所述表面交联剂如碳酸乙烯酯应当被均匀地分散 在微粒超吸收性聚合物上。出于这种目的,在本领域已知的合适的混合器如流化床混合器、 桨叶式混合机、转鼓式混合机、或双螺旋混合机中进行混合。还能在制备所述微粒超吸收性 聚合物中的一个工艺步骤中进行所述微粒超吸收性聚合物的涂覆。在一个具体的方面,用 于此目的的合适工艺是反转悬浮聚合工艺。
[0084] 所述表面交联剂溶液还可包含基于所述干微粒超吸收性聚合物组合物的Owt %至 约]^1:%、或约0.0]^1:%至约0.5¥1:%的热塑性聚合物。热塑性聚合物的例子包括聚稀经、 聚乙烯、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯甲基丙烯酸烷基酯共 聚物(EMA)、聚丙烯(PP)、马来酸化的聚丙烯、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚酯,并且也 可以方便地使用所有聚烯烃族的共混物,如PP、EVA、EMA、EEA、EBA、HDPE、MDPE、LDPE、LLDPE 和/或VLDPE的共混物。本文中所用术语聚烯烃在上文有定义。在一些具体的方面,马来 酸化的聚丙烯是用于本发明的优选的热塑性聚合物。热塑性聚合物可被功能化以使其具有 其它益处,如水溶性或分散性。
[0085] 在所述微粒超吸收性聚合物的涂敷处理之后的热处理可如下进行。通常,所述热 处理是在约l〇〇°C至约300°C的温度下进行的。如果采用高反应活性的环氧化物交联剂,则 可以采用较低的温度。但是,如果采用碳酸乙烯酯,则热处理适宜在约150°C~约250°C的 温度下进行。在这个具体的方面,处理温度取决于停留时间和碳酸乙烯酯的种类。例如,在 约150°C的温度下,热处理要进行约1小时或更长。相反,在约250°C的温度下,几分钟(例 如约0. 5分钟~约5分钟)就足以获得所期望的表面交联性能。热处理可在本领域已知的 常规的干燥器或烘箱中进行。
[0086] 除了表面交联之外,所述微粒超吸收性聚合物组合物可以利用其它化学组合物进 行进一步表面处理。根据本发明的所述微粒超吸收性聚合物组合物包含基于所述微粒超吸 收性组合物重量的约0.0 lwt%至约5wt%的铝盐,所述铝盐以pH值为约5. 5至约8,或约6 至约7的水溶液形式施加至所述微粒超吸收性聚合物的表面。或者,所述微粒超吸收性聚 合物组合物包含基于所述微粒超吸收性组合物重量的约6wt %至约15wt %的铝盐水溶液, 所述铝盐水溶液被施加至所述表面交联的微粒超吸收性聚合物的表面,其中所述铝盐水溶 液的PH值为约5. 5至约8,或为约6至约7。所述铝盐水溶液可包含铝阳离子和氢氧根离 子或者去质子化的羟基有机酸阴离子。优选的有机酸的例子是羟基一元羧酸,如乳酸、羟基 乙酸、葡萄糖酸、或3-羟基丙酸。
[0087] 此外,具有包含抗损坏控制的明显改善的稳定性的超吸收性聚合物组合物出乎意 料地通过给所述超吸收性聚合物涂敷具有约5. 5至约8,或约6至约7的调节的pH值以及 合适浓度和量的铝盐溶液获得。铝盐水溶液包含碱金属氢氧化物与硫酸铝或水合硫酸铝的 反应产物。在另一实施方案中,铝盐水溶液包含氢氧化钠与硫酸铝或水合硫酸铝的反应产 物。在又一实施方案中,所述铝盐水溶液包含铝化合物和有机酸。所述铝化合物与所述有 机酸(盐)的混合物可以是酸性的或碱性的。并且PH可利用碱性或酸性物质调节至期望 范围。用于PH值调节的所述碱性物质的实例包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、 碳酸钠或碳酸氢钠。用于PH调节的酸性物质的例子包括但不限于盐酸、硫酸、甲磺酸、或者 二氧化碳水溶液。也可使用酸性铝盐如氯化铝、硫酸铝、硝酸铝和聚氯化铝,或者碱性铝盐 如铝酸钠、铝酸钾和铝酸铵来进行pH调节。
[0088] 铝盐水溶液可以在所述微粒超吸收性聚合物的表面处理的各个阶段添加。在一 个实施方案中,所述铝盐水溶液可以随表面交联溶液一起被施加至所述微粒超吸收性聚合 物。
[0089] 铝盐水溶液可以在表面交联步骤之后添加,其可被称为后处理。在一个实施方案 中,经表面交联的微粒超吸收性聚合物和铝盐利用本领域技术人员熟知的方法混合。特别 地,约6wt%至约15wt%的错盐水溶液被施加至表面交联的微粒超吸收性聚合物组合物。
[0090] 具有改善的稳定性的微粒超吸收性聚合物组合物可包含基于干微粒超吸收性聚 合物组合物的重量的约〇wt%至约5wt%、或约0.0 Olwt%至约3wt%、或约0.0 lwt%至约 2wt%的阳离子聚合物。在本文中所用的阳离子聚合物是指在水溶液中离子化时、包含具有 变成带正电的离子的潜力的一个或多个官能团的聚合物或聚合物的混合物。阳离子聚合物 的合适的官能团包括,但不限于,伯、仲、或叔氨基,亚氨基,酰亚胺基、酰胺基和季铵基。合 成的阳离子聚合物的实例包括聚(乙烯胺)、聚(烯丙胺)、聚(乙烯亚胺)的盐或部分盐。 天然来源的阳离子聚合物的实例包括部分脱乙酰基化的几丁质、壳聚糖、和壳聚糖的盐。
[0091] 具有改善的稳定性的微粒超吸收性聚合物组合物可包括基于干微粒超吸收性聚 合物组合物的重量的约〇wt%至约5wt%、或约0.0 Olwt%至约3wt%、或约0.0 lwt%至约 2wt%的不溶于水的无机粉末。不溶性无机粉末的例子包括二氧化硅、硅化合物(silica)、 二氧化钛、氧化铝、氧化镁、氧化锌、滑石、磷酸妈、黏土、娃藻土、沸石、膨润土、高岭土、水滑 石、活性粘土等。所述不溶性无机粉末添加剂可以是单一化合物或选自以上所列的化合物 的混合物。硅化合物的实例包括锻制氧化硅、沉淀二氧化硅、二氧化硅、硅酸和硅酸盐。在 一些具体方面,微观非结晶的二氧化娃是期望的。产品包括可得自Evonik Corporation, Parsippany,New Jersey 的 SIPERNATISS 和 AEROSU..:<2(>0..在一些方面,所述无机 粉末的粒径可以是1,OOOym或更小,如IOOym或更小。
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