[發明專利]使用紫外線和布朗斯臺德酸表面交聯超強吸收性聚合物顆粒的方法

有效

• 申請號: 200680029821.1
• 申請日: 2006-08-22
• 公開（公告）號: CN101243110A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 安德魯斯·弗洛赫;妥斯恩·林達爾;光上義朗
• 申請（專利權）人: 株式會社日本觸媒
• 主分類號: C08F8/00
• 分類號: C08F8/00;C08J3/28
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及使用紫外(UV)線制造表面交聯的超強吸收性聚合物(SAP)顆粒的方法。該方法使用具有相對高中和度的SAP顆粒并進一步應用布朗斯臺德酸(Brnsted?acids)。

背景技術

超強吸收性聚合物(SAP)是本領域公知的。它們常應用于吸收性制品如尿布、嬰兒練習尿褲、成人失禁用品和婦女保健用品以提高這類產品的吸收容量，同時減小它們的總體積。SAP能夠吸收和保持等于它們自身重量很多倍的水性流體量。

SAP的工業生產在日本開始于1978年。早期的超強吸收劑為交聯的淀粉-g-聚丙烯酸酯。在SAP工業生產中，部分中和的聚丙烯酸最終代替更早期的超強吸收劑，并變成SAP中的主要聚合物。SAP通常以小顆粒的形式應用。它們通常由部分中和輕微(lightly)交聯的聚合物網絡組成，該聚合物網絡是親水性的并使得該網絡一旦浸入水或水溶液如生理鹽水中就溶脹。聚合物鏈之間的交聯確保SAP不溶于水。

在水溶液吸收后，溶脹的SAP顆粒變得非常軟并易于變形。變形時SAP顆粒之間的空隙空間被堵塞(blocked)，這顯著地增大對于液體的流動阻力。這通常稱為“凝膠-堵塞”。在凝膠堵塞情況下，液體僅能夠通過擴散移動通過溶脹的SAP顆粒，這比在SAP顆粒之間的間隙中流動慢得多。

一種降低凝膠堵塞常用的方式是使顆粒更硬(stiffer)，這能夠使溶脹的SAP顆粒保留它們的原始形狀，因而產生或保持顆粒之間的空隙空間。提高硬度的公知方法是交聯暴露于SAP顆粒表面上的羧基。該方法通常稱為表面交聯。

本技術涉及例如表面交聯的和表面活性劑涂布的吸收性樹脂顆粒及其制備方法。表面交聯劑可以是包含至少兩個羥基的多羥基化合物，其與SAP顆粒表面上的羧基反應。在某一技術中，表面交聯在溫度150℃以上進行。

最近已公開使用氧雜環丁烷化合物和/或咪唑啉酮化合物用作表面交聯劑。表面交聯反應可以在加熱下進行，其中溫度優選在60℃至250℃的范圍內。作為選擇，表面交聯反應還可以通過優選使用紫外線的光照射處理來實現。

上述的工業表面交聯工藝的缺點是它花費相當長的時間，一般至少約30分鐘。然而，表面交聯工藝所需的時間越多，越多的表面交聯劑將滲入SAP顆粒，導致增加顆粒內的交聯，這對于SAP顆粒的容量具有負面影響。因此，理想的是具有用于表面交聯的短的工藝時間。此外，對于總體上經濟的SAP顆粒生產方法，短的工藝時間也是理想的。

一般表面交聯工藝的另一缺點是它們僅在經常約150℃以上的相對高的溫度下發生。在這些溫度下，不僅表面交聯劑與聚合物的羧基反應，而且其它反應得到活化，例如在聚合物鏈內或聚合物鏈之間相鄰羧基的酸酐形成和SAP顆粒中引入的丙烯酸二聚物的二聚物開裂(cleavage)。那些副反應也影響核，降低SAP顆粒的容量。另外，暴露于升高的溫度能夠導致SAP顆粒的顏色劣化。因此，這些副反應通常是不希望的。

用于生產吸水劑的酸的使用公開于美國專利5,610,208。該專利涉及用于生產吸水劑的方法，該方法包括將含羧基的吸水性樹脂與選自由無機酸、有機酸和聚氨基酸組成的組中的至少一種的添加劑以及能夠與羧基反應的交聯劑混合。將該混合物在100℃至230℃范圍的溫度下進行熱處理。

在現有技術中已知的SAP典型地例如用氫氧化鈉部分中和。然而，中和不得不根據表面交聯的需求小心地平衡：本領域已知的表面交聯劑以相對高的速度與由聚合物鏈包含的游離羧基反應，但與中和的羧基僅非常慢地反應。因而，給定的羧基可用于表面交聯或用于中和，但不是同時用于兩者。本領域已知的表面交聯劑優選與羧基反應，它們不與脂族基團反應。

在制造SAP顆粒的工藝中，游離羧基的中和一般地在表面交聯發生前先開始。確實，中和步驟經常在該工藝的初期，在將單體聚合和交聯以形成SAP之前進行。這樣的工藝被命名為‘預中和工藝’。作為選擇，SAP可在聚合期間或聚合之后(‘后中和’)進行中和。此外，這些備選方法的組合也是可以的。

SAP顆粒外表面上的游離羧基的總數不僅受限于前述的中和而且游離羧基也被認為不是均勻分布的。因此，目前難以獲得具有均勻分布的表面交聯的SAP顆粒。相反，經常SAP顆粒具有相當致密的表面交聯，即具有相對高數量的表面交聯的區域，和稀少地表面交聯的區域。該不均一性對所需的SAP顆粒總硬度具有負面影響。

因此，本發明的目的是提供制造具有均勻分布的均質的表面交聯的SAP顆粒，同時使用具有高中和度的SAP顆粒的方法。