[发明专利]具有改善的表面交联和改善的亲水性的超吸收聚合物颗粒以及利用真空紫外线辐射制备它们的方法

说明书

发明领域

本发明涉及具有改善的表面交联的超吸收聚合物颗粒以及它们在吸收制品中的应用。此外，本发明涉及一种利用真空紫外线辐射来表面交联这些超吸收聚合物颗粒的方法。

发明背景

超吸收聚合物(SAP)为本领域所熟知。它们一般用于吸收制品，例如尿布、训练裤、成人失禁产品和女性护理产品，以在减小这些产品的总体积的同时增大它们的吸收能力。SAP通常能够吸收和保留大量含水流体，这些流体相当于它们自身重量的许多倍。

SAP的商业化生产在1978年始于日本。早期的超吸收剂是交联的淀粉-聚丙烯酸酯。在SAP的商业化生产中，部分中和的聚丙烯酸最终取代了初期的超吸收剂并且为现今用于SAP的主要聚合物。它们通常由部分中和的轻度交联聚合物网状物组成。该网状物是亲水的，因此一旦浸没在水中或水溶液例如生理盐水中，网状物可能会溶胀。聚合物链之间的交联保证了SAP不会溶于水。SAP常常以微粒例如纤维或颗粒的形式应用。

在吸收了水溶液之后，溶胀的SAP颗粒变得非常柔软和容易变形。在变形后，SAP颗粒之间的空隙空间可能被阻塞，这样大大增加了对液体的流动阻力。这种情形通常被称为“凝胶阻塞”。在凝胶阻塞的情况下，液体只能通过扩散穿过溶胀的SAP颗粒移动，这样移动比在SAP颗粒之间的空隙中流动要慢得多。

减小凝胶阻塞的一种常用方法是将颗粒制得更硬。这使得SAP颗粒能够保持它们的原样，从而在颗粒之间产生或保持空隙空间。增加硬度的熟知方法是交联暴露在SAP颗粒表面上的羧基。这种方法通常被称为表面交联。

由欧洲专利申请EP 0 248 437 A2知道水溶性过氧化物自由基引发剂作为表面交联剂。将包含表面交联剂的水溶液施用在聚合物的表面上。表面交联反应通过加热到这样的温度来完成，在此温度下过氧化物自基团引发剂分解，而聚合物不分解。

欧洲专利申请EP 1 199 327 A2公开了使用氧杂环丁烷化合物和/或咪唑啉酮化合物来用作表面交联剂。表面交联反应在加热下进行，其中温度优选在60℃至250℃的范围内。可供选择地，EP 1 199 327 A2中的表面交联反应通过光照射处理，优选利用紫外线来实现。

通常，将表面交联剂施加在SAP颗粒的表面上。因此，反应优选在SAP颗粒的表面上发生，其导致表面上改善的交联同时基本上不影响颗粒的芯。因此，SAP颗粒变得更硬，从而减小了凝胶阻塞。

上述工业表面交联方法的缺点是需要较长的时间，一般至少约30分钟。然而，表面交联过程所需的时间越多，渗透进SAP颗粒内的表面交联剂就越多，从而导致颗粒内部的交联增加，这会对SAP颗粒的容量产生负面影响。因此，期望表面交联只需短的加工时间。此外，对于全面经济的SAP颗粒的制造过程，也期望短的加工时间。

常用表面交联方法的另一个缺点是它们仅在较高的温度(通常为约150℃或更高)下进行。在这些温度下，不仅发生了表面交联剂与聚合物羧基的反应，而且活化了其它反应，如聚合物链中或链间相邻羧基形成酸酐，以及掺入到SAP颗粒中的丙烯酸二聚物的二聚物裂解。那些副反应也影响到芯，进而使SAP颗粒的容量减小。此外，暴露于高温会导致SAP颗粒褪色。因此，这些副反应通常是不可取的。

本领域已知的SAP典型被例如氢氧化钠部分中和。然而，在本领域已知的方法中，中和必须与表面交联的需要小心地平衡：本领域已知的表面交联剂只与聚合物链所含的游离羧基反应，但它们不能与中和了的羧基反应。因此，羧基可用于表面交联或用于中和，但同一个羧基不能用于完成两个任务。本领域已知的表面交联剂通常不与除了羧基之外的化学基团反应，例如，它们不与脂族基团反应。

在制造SAP颗粒的过程中，典型地在表面交联发生之前首先进行游离羧基的中和。实际上，在单体被聚合并交联形成SAP之前，中和步骤经常在过程的最开始就进行。这个过程被命名为‘预中和过程’。可供选择地，SAP可在聚合反应的中间或聚合反应后被中和(‘后中和’)。此外，这些可供选择的过程的组合也是可能的。

由于SAP颗粒外表面上游离羧基的总数被前面所发生的中和作用所限制，因此很难获得具有高度表面交联的颗粒，从而难以获得高硬度以减小凝胶阻塞。此外，很难获得表面交联均匀分布的SAP颗粒，因为剩下的游离羧基不仅数目很小而且通常无规分布，这有时会导致SAP颗粒具有表面交联相当密集的区域和表面交联稀疏的区域。

因此本发明的一个目的是提供SAP颗粒，该颗粒具有高度的表面交联，同时允许高度中和。