超吸收性聚合物及其制备方法_3

文档序号:9793382阅读:来源:国知局
组分的含量变得太低而可能存在无法长时间保留大量水分的问题。
[0088] 作为聚合引发剂,根据聚合方法可使用热聚合引发剂或光聚合引发剂。但是,当向 其施加光聚合时可额外地使用热聚合引发剂,因为UV福射等,甚至光聚合反应产生一定量 的热量并且在聚合反应进行时也生成一些热量,所述聚合反应是放热反应。
[0089] 聚合引发剂可为选自W下的任一种化合物:基于偶氮的引发剂、基于过氧化物的 引发剂、基于氧化还原的引发剂、有机面化物引发剂、基于过硫酸盐/醋的引发剂、苯乙酬、 苯偶姻、二苯甲酬、苄基化合物,及其衍生物。
[0090] 具体地,作为包括在热聚合引发剂中的基于偶氮的引发剂的实例,有2,2-偶氮双 (2-脉基丙烷)二盐酸盐、2,2-偶氮双-(N,N-二亚甲基)异下基脉二盐酸盐、2-(氨基甲酯偶 氮)异下腊、2,2-偶氮双[2-(2-咪挫嘟-2-基)丙烷]二盐酸盐、4,4-偶氮双-(4-氯基戊酸) 等。另外,作为基于过硫酸盐/醋的引发剂的实例,有过硫酸钢(Na2S2化)、过硫酸钟化2S2〇8)、 过硫酸锭((NH4)2S208)等。更多的热聚合引发剂公开于由Odian撰写的"Principle of Polyme;rization(Wiley, 1981)",第203页中,但是本发明不限于所述实例或受所述实例限 制。
[0091] 另外,作为包括在光聚合引发剂中的聚合引发剂,可使用苯乙酬、苯偶姻、二苯甲 酬、苄基化合物、或其衍生物。例如,可使用选自W下的一种或更多种光引发剂:苯乙酬衍生 物,例如二乙氧基苯乙酬、2-径基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酬、苄基二甲基焦油、4-(2-?基 乙氧基)苯基-(2-径基)-2-丙基酬、1-径基环己基苯基酬等;苯偶姻烷基酸,例如苯偶姻甲 基酸、苯偶姻乙基酸、苯偶姻异丙基酸和苯偶姻异下基酸;二苯甲酬衍生物,例如邻苯甲酯 基苯甲酸甲醋、4-苯基二苯甲酬、4-苯甲酯基-4'-甲基-二苯基硫酸、(4-苯甲酯基苄基)Ξ 甲基氯化锭等;基于嚷吨酬的化合物;酷基氧化麟衍生物,例如双(2,4,6-Ξ甲基苯甲酯 基)-苯基氧化麟、二苯基(2,4,6-Ξ甲基苯甲酯基)氧化麟等;W及基于偶氮的化合物,例如 2-径基甲基丙腊、2,2'-[偶氮双(2-甲基-Ν-(1,Γ-双巧圣甲基)-2-径乙基)丙酷胺)],等。
[0092] 与此同时,在根据本发明一个实施方案的超吸收性聚合物的制备方法中,可W根 据公知的聚合条件W及干燥和粉碎过程制备基体树脂,不同之处在于在聚合过程中使用包 含特定量聚合引发剂和内交联剂的单体组合物。
[0093] 用于使单体组合物聚合的条件无特别限制,并且可使用用于制备一般超吸收性聚 合物的任何方法。例如,可如下进行单体组合物的聚合:在30°C至100°C的溫度下进行氧化 还原聚合2分钟至50分钟,或者在40°C至90°C的溫度下进行热聚合或UV聚合2分钟至30分 钟。由于溫度对UV聚合没有太大影响,因此UV聚合(光聚合)可在25°C至99°C的宽溫度范围 内通过用光照射10秒钟至5分钟来进行。另外,UV福射的强度可为O.lmW/cm2至30mW/cm2。在 UV福射中可W使用相关领域中公知的光源和波长范围。
[0094] 另外,在单体组合物的热聚合或UV聚合方法中,使用的聚合装置无特别限制。例 如,通常在配备有揽拌轴的反应器(如捏合机)中进行热聚合,而在配备有连续移动的传送 带的反应器中进行UV聚合(光-聚合)。但是,所述聚合方法只是实例并且本发明不限于所述 聚合方法或受其限制。另外,传送带可为旋转带,其包含轻微地给予其W亲水性的橡胶、织 物、金属丝网或塑料树脂。
[0095] 例如,根据在配备有揽拌轴的反应器(如捏合机)中通过向其提供热空气或者加热 反应器进行的热聚合获得的水凝胶聚合物在将其从反应器的出口排出时可具有数厘米至 数毫米的颗粒尺寸,运根据反应器中配备的揽拌轴的形状。具体地,获得的水凝胶聚合物的 尺寸可根据向其供给的单体组合物的浓度和供给速度而改变,并且通常可获得颗粒尺寸为 2毫米至50毫米的水凝胶聚合物。
[0096] 另外,当通过使用配备有连续移动的传送带的反应器进行光聚合时,可获得宽度 对应于传送带宽度的片材形式的水凝胶聚合物。此时,聚合物片材的厚度可根据向其供给 的单体组合物的浓度和供给速度而改变,并且优选地提供单体组合物W使获得厚度为 0.5cm至5cm的聚合物片材。当供给单体组合物导致聚合物片材的厚度变得太薄时,由于生 产效率低而是不希望的,当聚合物片材的厚度大于5cm时,由于过厚而可能无法在整个厚度 上均匀地发生聚合反应。
[0097] 优选地,本发明可通过设备制备超吸收性聚合物,所述设备包括具有独立的供给 用输送线的单体供给部分和热聚合引发剂供给部分,W及与单体供给部分和热聚合引发剂 供给部分连接的聚合反应器,其用于使包含单体和聚合引发剂的单体组合物聚合。此时,在 将单体和交联剂混合之后,可根据需要通过聚合引发剂供给部分供给常规热聚合引发剂。
[0098] 热聚合反应器还包括用于控制其内部或外部的热聚合反应溫度的装置,并且优选 地使内部溫度维持在60°C至100°C,优选90°C。
[0099] 干燥水凝胶聚合物的溫度和时间可根据制备的水凝胶聚合物的含水量适当地选 择,并且可优选在160°C至180°C的溫度下进行干燥过程20分钟至40分钟。当干燥溫度低于 160°C时,干燥效果微小,干燥时间变得过长并且难W使含水量变为30重量%或更低。当干 燥溫度高于180°C时,仅水凝胶聚合物的表面被局部过度干燥,并且在后续的粉碎步骤中可 能形成很多细小颗粒。
[0100] 用于干燥的装置无特别限制,并且例如,可通过红外线福射、热空气、微波福射或 UV射线福射进行干燥步骤。另外,干燥溫度和时间可根据通过热聚合或UV聚合制备的聚合 物的含水量适当地选择,并且可优选在80°C至200°C的溫度下进行干燥过程20分钟至120分 钟。当干燥溫度低于80°C时,存在干燥效果微小并且干燥时间变得过长的问题,而当干燥溫 度高于200°C时,存在SAP被热降解的问题。
[0101] 在制备包含通过使用与现有相比较低含量的内交联剂和聚合引发剂制备的并粉 碎之聚合物的基体树脂之后,本发明可进一步通过W下公开的特定表面处理过程优化超吸 收性聚合物的特性。也就是说,所述方法可包括处理包含经粉碎的聚合物之基体树脂的表 面的步骤,并且可通过上文公开的过程制备最终超吸收性聚合物。
[0102] 此时,将应用于表面处理步骤的表面交联溫度条件优化至特定的高溫范围,从而 可W制备具有优异特性,特别是其中甚至在长时间之后在压力条件下水分几乎仍不泄露的 初始吸收率和吸收能力的超吸收性聚合物。另外,表面处理方法可W实现满足综合特性的 协同效应,在所述综合特性中,超吸收性聚合物的所有特性例如离屯、保留容量(CRC)、压力 下吸收能力(AUP)、液体渗透性(SFC)、凝胶强度等同时得到优化。
[0103] 更具体地,可在160°C至200°C的高溫下通过使用包含表面交联剂的水溶液进行经 粉碎水凝胶聚合物的表面交联反应20分钟至60分钟。可通过喷涂方法将表面处理溶液提供 给水凝胶聚合物,但是方法并不限于此。
[0104] 根据本发明的一个实施方案,表面交联剂可包括基于二醇的化合物或碳酸盐化合 物。例如,表面交联剂可为选自W下的至少一种材料:满足Sp<ll(J/cm3)i/2的材料和满足δκ< 4.5(J/cm3产的材料,其中δρ和δκ由化nsen溶解度参数限定。
[0105] 例如,满足Sp<ll(J/cm3产的材料可为1,3-丙二醇、1,6-己二醇、丙二醇、1,2-己二 醇、1,3-下二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2,5-己二醇、2-甲基-1,3-戊二醇或2-甲基-2,4-戊二 醇。满足SH<4.5(J/cm3)i/2的材料可为碳酸1,2-亚丙醋。但是,本发明并不限于此,并且还可 使用表1中未公开的材料,只要其满足该参数范围即可。
[0106] 化arles化nsen提出的化nsen溶解度参数是用于在将一种材料溶解于另一种材 料时预测形成溶液的情况的方法。例如,其已在「INDUSTRIAL SOLVENTS HANDBOOK](第35-68 页,Marcel Dekker, Inc. ,1996)或「DIRECTORY OF SOLVENTS](第22-29页,Blackie Academic&Professional, 1996)中公开。
[0107] 通常,计算溶解度参数必须首先计算内聚能,并且将影响溶解度参数的内聚能分 类为化nsen溶解度参数中的Ξ个参数。
[010引δ0:非极性分散能引起的溶解度参数(单化(J/cm3)i/2)
[0109] δρ:偶极极性能引起的溶解度参数(单化(J/cm3)i/2)
[0110] δκ:氨键能引起的溶解度参数(单化(J/cm3)i/2)
[0111] δ*〇*:((δ〇)2^δρ)2^δΗ)2)1/2
[0112] 获得参数之后,可w由两种材料的化nsen溶解度参数的差异计算所述两种材料的 溶解度的相似度。例如,如果两种材料A和B的化nsen溶解度参数值各自为(δ〇\δρ\δΗΑ)和 (8〇6、5。6、5(16),贝阿^通过^下式计算所述两种材料的化113611溶解度参数值的差异胞)。
[01 1 引 Ra = ( 4* ( δ0Α-δ0Β ) 2+ ( δρΑ-δρΒ ) 2+ ( δκΑ-δκΒ ) 2 ) 1/2
[0114] Ra值越大,所述两种材料在溶解度方面的相似度越小。
[0115] 可W用作交联剂的几种材料的化nsen溶解度参数值如下所示,所述化nsen溶解度 参数值由Dr .Hansen 小组开发的HSPiP 化 ansen Solubility Parameters in Practice,第3 版3.1版本,由化113611-5〇11113;!_1;^7.〇〇111公开)程序计算。
[0116] 【表1】
[0117]
[0118] 表面交联剂的量可为基于表面交联溶液总重量的0.1重量%至20重量%。
[0119] 根据本发明的一个实施方案,除表面交联剂之外,可通过向其中还添加多孔二氧 化娃或粘±来进行表面交联反应。
[0120] 向聚合物添加表面交联剂的方法没有特别限制。其可通过W下方法进行:在反应 器中将表面交联剂与聚合物粉末混合的方法,将表面交联剂喷
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