具有快速吸收性质的超吸收性聚合物和其生产方法_3

文档序号:9620214阅读:来源:国知局
、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺或五亚乙基六 胺;聚缩水甘油醚化合物,如乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、甘油基二缩水 甘油醚、甘油基聚缩水甘油醚、季戊四醇基聚缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇 二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、己二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷聚缩水甘油醚、 山梨糖醇聚缩水甘油醚;邻苯二甲酸二缩水甘油酯;己二酸二缩水甘油酯;1,4-亚苯基双 (2-噁唑啉);缩水甘油;聚异氰酸酯,优选二异氰酸酯,如甲苯2, 4-二异氰酸酯和六亚甲 基二异氰酸酯;聚氮丙啶化合物,如2, 2-双羟基甲基丁醇三[3-(1-氮丙啶基)丙酸酯]、 1,6_六亚甲基二亚乙基脲和二苯基甲烷双-4,4' -N,N'-二亚乙基脲;卤代过氧化物,例 如表氯醇和表溴醇以及α -甲基表氯醇;碳酸亚烷基酯,如1,3-二氧戊环-2-酮(碳酸亚 乙酯)、4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮(碳酸亚丙酯)、4, 5-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、 4, 4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-羟基甲基-1,3-二 氧戊环-2-酮、1,3-二氧戊环-2-酮、4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4, 6-二甲基-1,3-二 氧戊环-2-酮、聚-1,3-二氧戊环-2-酮;聚季胺,如二甲胺和表氯醇的缩合产物。此外, 优选的II类交联剂化合物是聚噁唑啉,如1,2-亚乙基双噁唑啉;具有硅烷基的交联剂,如 γ -环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和γ -氨基丙基三甲氧基硅烷;噁唑烷酮,如2-噁唑烷 酮、双-2-噁唑烷酮和聚-2-噁唑烷酮和二甘醇硅酸酯。
[0095] 优选的III类化合物包括含羟基或氨基的(甲基)丙烯酸酯,例如(甲基)丙烯 酸2-羟乙酯和(甲基)丙烯酸2-羟丙酯,以及还有含羟基或氨基的(甲基)丙烯酰胺或 二醇的单(甲基)烯丙基化合物。
[0096] IV类交联剂的多价金属阳离子优选衍生自单价或多价阳离子,单价阳离子尤其衍 生自碱金属,如钾、钠、锂,优选锂。优选的二价阳离子衍生自锌、铍,碱土金属如镁、钙、锶, 优选镁。根据本发明可用的其它更高价的阳离子是铝、铁、铬、锰、钛、锆和其它过渡金属的 阳离子,及还有此类阳离子的重盐或所述盐的混合物。优选使用铝盐和明矾及其不同水合 物,例如 A1C13X6H20、NaAl (SO4)2X 12H20、KAl (SO4)2X 12Η20 或 Al2(SO4)3X 14-18Η20。特别 优选使用Al2 (SO4)3和其水合物作为交联IV类的交联剂。
[0097] 根据本发明的方法中所用的超吸收性粒子优选由以下交联剂类别的交联剂或由 以下交联剂类别组合的交联剂来交联:1、II、III、IV、I II、I III、I IV、I II III、I II IV、I III IV、II III IV、II IV或III IV。上述交联剂类别的组合各自为根据本发明的 方法中所用的超吸收性粒子的交联剂的优选实施方案。
[0098] 根据本发明的方法中所用的超吸收性粒子的其它优选实施方案是由I类交联剂 的任何上述交联剂所交联的聚合物。在这些中,优选水溶性交联剂。在本申请中,特别优选 N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三烯丙基甲基氯化铵、四烯丙基 氯化铵和每摩尔丙烯酸用9mol氧化乙烯制备的九-乙二醇丙烯酸烯丙基酯。
[0099] 作为水溶性聚合物(α 4),所述超吸收性粒子可以包含水溶性聚合物,如部分或完 全水解的聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、淀粉或淀粉衍生物、聚二醇或聚丙烯酸,优选以聚 合形式并入的。这些聚合物的分子量并不重要,只要其是水溶性的。优选的水溶性聚合物 是淀粉或淀粉衍生物或聚乙烯醇。所述水溶性聚合物、优选合成的水溶性聚合物如聚乙烯 醇还可以用作待聚合单体的接枝基体。
[0100] 存在于聚合物中的助剂(α 5)是有机或无机粒子,例如气味结合剂,尤其是沸石 或环糊精、护肤物质、表面活性剂或抗氧化剂。
[0101] 优选的有机助剂包括环糊精或其衍生物和多糖。还优选纤维素和纤维素衍生物, 如CMC、纤维素醚。优选的环糊精或环糊精衍生物是DE-A-198 25 486第3页第51行到第4 页第61行中所公开的那些化合物。该公开专利申请的上述部分在此以引用方式并入,并且 被视为形成本发明公开内容的一部分。特别优选的环糊精是非衍生化的α -环糊精、β -环 糊精、γ-环糊精或S-环糊精。
[0102] 所用的无机微粒助剂可以是通常用于改变吸水性聚合物的性质的任何材料。优 选的无机助剂包括硫酸盐,如Na2SO4;乳酸盐,例如乳酸钠;硅酸盐,尤其是网状硅酸盐, 如沸石,或通过干燥二氧化硅水溶液或硅溶胶获得的硅酸盐,例如市售产品如沉淀二氧化 娃和热解二氧化娃,例如粒度5nm至50nm、优选8nm至20nm的Aerosil,如来自Evonik Industries AG的"Aerosil 200";错酸盐;二氧化钛;氧化锌;粘土材料和本领域技术人员 熟知的其他矿物材料;以及还有含碳无机材料。
[0103] 优选的娃酸盐是Hollemann和 Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie[无 机化学],Walter de Gruyter-Verlag,第 91-100 版,1985 年,第 750 到 783 页中作为娃酸 盐公开的所有天然或合成硅酸盐。该教科书的上述部分在此以引用方式并入,且被视为形 成本发明公开内容的一部分。
[0104] 特别优选的硅酸盐是沸石。所用的沸石可以是本领域技术人员已知的所有合成沸 石或天然沸石。优选的天然沸石是来自钠沸石类、交沸石类、丝光沸石类、菱沸石类、八面沸 石类(方钠石类)或方沸石类的沸石。天然沸石的实例是方沸石、白榴石、铯榴石、斜钙沸 石、贝尔伯格石、硅锂铝石、伯格斯石、锶沸石、菱沸石、钾菱沸石、刃沸石、环晶石、钡沸石、 柱沸石、毛沸石、八面沸石、镁碱沸石、斜碱沸石、十字沸石、水钙沸石、戈硅钠铝石、钠菱沸 石、纤沸石、古柱沸石、交沸石、钙十字沸石、钙交沸石、斜发沸石、片沸石、浊沸石、插晶菱沸 石、针沸石、麦钾沸石、蒙特索马石、丝光沸石、中沸石、钠沸石、钙沸石、钾沸石、副钠沸石、 鲍林沸石、皮水硅铝钾石、钠红沸石、辉沸石、淡红沸石、杆沸石、切尔尼希石或汤河原沸石。 优选的合成沸石是沸石A、沸石X、沸石Y、沸石P或产品ABSCENTS?。
[0105] 所用的沸石可以是所谓"中间"类型的沸石,其中SiO2AlO2的比率小于10 ;这些沸 石的SiO2AlO2比率更优选在2到10的范围内。除这些"中间"沸石之外,还可以使用"高" 类型沸石,其包括例如已知的ZSM型"分子筛"沸石和β -沸石。这些"高"沸石的特征优 选在于至少35的SiO2AlO2比率,以及更优选在于200到500范围内的SiO 2AlO2比率。
[0106] 所用的铝酸盐优选天然存在的尖晶石,尤其是普通尖晶石、锌尖晶石、铁尖晶石或 铬尖晶石。
[0107] 优选的二氧化钛是呈金红石、锐钛矿和板钛矿晶型的纯二氧化钛及还有含铁的二 氧化钛如钛铁矿、含钙的二氧化钛如榍石或钙钛矿。
[0108] 优选的粘土 材料是 Hollemann 和 Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Walter de Gruyter-Verlag,第 91-100 版,1985 年,第 783 到 785 页中作为粘土材 料公开的那些。特别地,该教科书的上述部分在此以引用方式并入,并且被视为形成本发明 公开内容的一部分。特别优选的粘土材料是高岭土、伊利石、埃洛石、蒙脱石和滑石。
[0109] 根据本发明优选的其它无机细料是单磷酸、低聚磷酸和聚磷酸的金属盐。在这 些中,尤其优选其水合物,特别优选其一水合物到十水合物和三水合物。有用的金属尤其 包括碱金属和碱土金属,优选碱土金属。在这些中,优选Mg和Ca,且特别优选Mg。就磷酸 盐、憐酸和其金属化合物而言,参考Hollemann和Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie,Walter de Gruyter-Verlag,第 91-100 版,1985 年,第 651 到 669 页。该教科书的 上述部分在此以引用方式并入,并且被视为形成本发明公开内容的一部分。
[0110] 优选的含碳但非有机的助剂是那些在Hollemann和Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Walter de Gruyter-Verlag,第 91-100 版,1985 年第 705 到 708 页 中作为石墨提及的那些纯碳。该教科书的上述部分在此以引用方式并入并且被视为形成本 发明公开内容的一部分。特别优选的石墨是合成石墨,例如焦炭、焦石墨、活性炭或炭黑。
[0111] 在根据本发明的方法中获得的吸水性聚合物优选可通过首先由上述单体和交联 剂制备呈微粒形式的水凝胶聚合物(PC)而获得。吸水性聚合物的该起始材料例如通过优 选在捏合式反应器如挤出机中进行的本体聚合、溶液聚合、喷雾聚合、反相乳液聚合或反相 悬浮聚合来生产。优选在作为溶剂的水中进行溶液聚合。溶液聚合可以连续地或间歇地进 行。现有技术公开了就反应条件如引发剂以及反应溶液的温度、类型和量而言的宽范围的 可能变例。典型的方法描述于以下专利中:US 4,286,082、DE 27 06 135、US 4,076,663、DE 35 03 458、DE 40 20 780、DE 42 44 548、DE 43 23 001、DE 43 33 056、DE 44 18 818。 所述公开内容在此以引用方式并入,并且因此被认为形成本公开内容的一部分。
[0112] 用于引发聚合的引发剂可以是在聚合条件下形成自由基且通常用于生产超吸收 体中的所有引发剂。这些包括热引发剂、氧化还原引发剂和借助于高能辐射活化的光引发 剂。所述聚合引发剂可以溶解或分散于本发明的单体溶液中的形式存在。优选使用水溶性 引发剂。
[0113] 有用的热引发剂包括加热时分解为自由基且为本领域技术人员已知的所有化合 物。特别优选在低于180°C、进一步优选在低于140°C下具有小于10秒、进一步优选小于5 秒的半衰期的热聚合引发剂。过氧化物、氢过氧化物、过氧化氢、过硫酸盐和偶氮化合物是 特别优选的热聚合引发剂。在一些情况下,有利地使用不同热聚合引发剂的混合物。在这 些混合物中,优选过氧化氢和过二硫酸钠或过二硫酸钾的那些,其可以任何可想到的比率 使用。合适的有机过氧化物优选过氧化乙酰丙酮、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰、过氧化月 桂酰、过氧化乙酰、过氧化辛酰、过氧化二碳酸异丙酯、过氧化二碳酸2-乙基己酯、叔丁基 过氧化氢、氢过氧化枯烯、过新戊酸叔戊酯、过新戊酸叔丁酯、过新己酸叔丁酯、异丁酸叔丁 酯、过-2-乙基己酸叔丁酯、过异壬酸叔丁酯、过马来酸叔丁酯、过苯甲酸叔丁酯、3, 5, 5-三 甲基己酸叔丁酯和过新癸酸戊酯。其它优选的热聚合引发剂是:偶氮化合物,如偶氮二异 丁腈、偶氮双二甲基戊腈、2,2'-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、偶氮双脒基丙烷二盐 酸盐、2,2'-偶氮双(N,N-二亚甲基异丁脒二盐酸盐、2-(氨基甲酰基偶氮)异丁腈和 4, V -偶氮双(4-氰基戊酸)。所述化合物以优选在0.01摩尔%至5摩尔%、优选0. 1摩 尔%至2摩尔%范围内的常规量使用,在每种情况下基于待聚合单体的量。
[0114] 氧化还原引发剂包含至少一种上述过氧化合物作为氧化组分,和优选以下组分作 为还原组分:抗坏血酸、葡萄糖、山梨糖、甘露糖、亚硫酸氢铵、硫酸铵、硫代硫酸铵、连二亚 硫酸铵或硫化铵、碱金属亚硫酸氢盐、碱金属硫酸盐、碱金属硫代硫酸盐、碱金属连二亚硫 酸盐或碱金属硫化物、金属盐如铁(II)离子或银离子、或羟甲基次硫酸钠。用于所述氧化 还原引发剂中的还原组分优选抗坏血酸或焦亚硫酸钠。基于用于聚合中的单体的量,使用 IX 10 5摩尔%至1摩尔%的氧化还原引发剂的还原组分和1X10 5摩尔%至5摩尔%的氧 化还原引发剂的氧化组分。代替氧化还原引发剂的氧化组分或除此之外,还可以使用一种 或多种偶氮化合物,优选水溶性的。
[0115] 如果通过高能辐射的作用触发聚合,则通常使用所谓的光引发剂作为引发剂。这 些可以例如是所谓的α-分裂剂、H-抽取(abstracting)体系或叠氮化物。此类引发剂的 实例是二苯甲酮衍生物如米蚩酮(Michler' s ketone)、菲衍生物、荷衍生物、蒽醌衍生物、 噻吨酮衍生物、香豆素衍生物、安息香醚和其衍生物、偶氮化合物如上述自由基形成剂、取 代的六芳基双咪唑或酰基膦氧化物。叠氮化物的实例是:4_叠氮基肉桂酸2-(N,N-二甲氨 基)乙基酯、2-(N,N-二甲氨基)乙基4-叠氮基萘基酮、4-叠氮基苯甲酸2-(N,N-二甲氨 基)乙基酯、5-叠氮基-1-萘基-2'-(N,N-二甲氨基)乙基砜、N-(4-磺酰基叠氮基苯基) 马来酰亚胺、N-乙酰基-4-磺酰基叠氮基苯胺、4-磺酰基叠氮基苯胺、4-叠氮基苯胺、4-叠 氮基苯甲酰甲基溴、对叠氮基苯甲酸、2, 6-双(对叠氮基亚苄基)环己酮和2, 6-双(对叠 氮基亚苄基)-4-甲基环己酮。如果使用光引发剂,则它们通常以0.0 l重量%到5重量% 的量使用,以待聚合的单体计。
[0116] 根据本发明,优选使用由氢过氧化物、过二硫酸钠和抗坏血酸组成的引发剂体系。 通常,用〇°C到90°C温度范围内的引发剂引发聚合。
[0117] 所述聚合反应可通过一种引发剂或通过多种相互作用的引发剂引发。另外,所述 聚合可以首先添加一种或多种氧化还原引发剂的方式进行。随后在聚合中,另外施加热引 发剂或光引发剂,以及在光引发剂的情况下通过高能辐射的作用引发聚合反应。还可设想 相反的顺序,即借助于高能辐射和光引发剂或热引发剂引发开始的反应,随后在聚合中借 助于一种或多种氧化还原引发剂引发聚合。
[0118] 为了将由此获得的水凝胶聚合物(PC)转化为微粒形式,可在将它们从反应混合 物中移除之后,首先将它们在20到300°C、优选50到250°C、更优选100到200°C范围内的 温度下干燥到含水量小于40重量%,优选小于20重量%且进一步优选小于10重量%,在 每种情况下以所述水凝胶聚合物(PC)的总重量计。所述干燥优选在本领域技术人员已知 的炉或干燥器中进行,例如在带式干燥器、分段式干燥器、旋转管式炉、流化床干燥器、盘式 干燥器、桨式干燥器或红外干燥器中进行。
[0119] 根据本发明,优选通过干磨,优选通过在锤式磨机、针盘磨机、球磨机或辊式磨机 中进行干磨来实行粉碎。在本发明的又一型式中,水凝胶聚合物还可以借助于两种或更多 种上述磨机的组合进行粉碎。
[0120] 在根据本发明的方法的优选实施方案中,所得的吸水性聚合物是具有内部区域和 与内部区域相邻的表面区域的粒子。表面区域具有不同于内部区域的化学组成,或在物理 性质方面不同于内部区域。内部区域不同于表面区域的物理性质是例如电荷密度或交联 度。
[0121] 这些具有内部区域和与内部区域相邻的表面区域的吸水性聚合物优选可通过使 邻近所述微粒水凝胶聚合物(PC)的粒子表面的反应性基团后交联来获得。该后交联可以 通过热、光化学或化学方式进行。
[0122] 优选的后交联剂是就交联剂(α 3)而言的II类和IV类交联剂化合物。
[0123] 在这些化合物中,特别优选的后交联剂是二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、甘油、 聚甘油、丙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、聚氧丙烯
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