[发明专利]制备具有高溶胀速度的吸水性聚合物颗粒的方法

说明书

本发明涉及制备具有高自由溶胀率的吸水性聚合物的方法，所述方法通过将包括带有酸基团的烯键式不饱和单体、交联剂、引发剂和烯键式不饱和离子型表面活性剂的单体溶液或悬浮液进行聚合而实现。

吸水聚合物颗粒用于生产尿布、卫生棉条、卫生巾和其他卫生用品，也在商品蔬菜种植业中用作保水剂。吸水聚合物颗粒又称为超级吸收剂（superabsorbent）。

吸水聚合物颗粒的制备描述于专题著作Modern Superabsorbent Polymer Technology,F.L.Buchholz和A.T.Graham,Wiley-VCH,1998,第71至103页中。

可对吸水聚合物颗粒的性质进行调节，例如通过交联剂的用量。随着交联剂含量的增加，离心保留容量（CRC）下降，且在21.0g/cm²（AUL0.3psi）压力下的吸收量通过最大值。

为了提高使用性能，例如尿布中的溶胀凝胶床的渗透率（SFC）和在49.2g/cm²（AUL0.7psi）压力下的吸收量，吸水性聚合物颗粒通常是经表面后交联的。表面后交联增加了颗粒表面的交联，这可至少部分地使49.2g/cm²（AUL0.7psi）压力下的吸收量和离心保留容量（CRC）不再关联。所述表面后交联可在含水凝胶相中进行。然而，对干燥的、经研磨的且过筛的聚合物颗粒（基础聚合物）优选用表面后交联剂进行表面涂敷，并进行热表面后交联。适于上述目的的交联剂为可与吸水性聚合物颗粒的至少两个羧酸酯基团形成共价键的化合物。

序列号PCT/EP2011/0055761的在先申请教导了共聚单体用于增加自由溶胀率的用途。

本发明的目的是提供一种制备吸水性聚合物颗粒、特别是具有高自由溶胀率的吸水性聚合物颗粒的改进方法。

所述目的通过以下制备吸水性聚合物颗粒的方法而实现，所述方法将包括下列组分的单体溶液或悬浮液聚合：

a）带有酸基团且可至少被部分中和的烯键式不饱和单体，

b）至少一种交联剂，

c）至少一种引发剂，

d）任选的可与a）中提到的单体共聚的烯键式不饱和单体和

e）任选的一种或多种水溶性聚合物，

其中所述单体溶液或悬浮液包括至少一种烯键式不饱和离子型表面活性剂。

本发明使用的烯键式不饱和离子型表面活性剂为界面活性化合物，所述界面活性化合物可降低水的表面张力，优选将水的表面张力降至70mN/m以下，更优选68mN/m以下，最优选67mN/m以下，每种情况均在23℃下的0.103重量%的水溶液中测量。

烯键式不饱和离子型表面活性剂优选具有烯键式不饱和基团、非极性间隔基（spacer）和离子末端基团，优选阴离子末端基团。合适的烯键式不饱和基团例如为烯丙基醚基团、乙烯基醚基团、丙烯酸酯基团和甲基丙烯酸酯基团。合适的非极性间隔基例如为聚丙二醇基团。合适的离子末端基团例如为季胺基团、磷酸根基团和硫酸根基团。

特别适合的烯键式不饱和离子型表面活性剂为通式（I）的化合物

其中

R¹和R²各自独立地为氢、甲基或乙基，优选甲基或乙基，最优选甲基，且

n为3至20，优选4至15，最优选5至10的整数。

所述单体溶液或悬浮液包括优选0.005重量%至1重量%、更优选0.02重量%至0.5重量%、且最优选0.05重量%至0.2重量%的烯键式不饱和离子型表面活性剂，各自基于未中和的单体a）计。

本发明基于下述发现，即使少量的烯键式不饱和离子型表面活性剂也会显著增加自由溶胀率（FSR）。由于烯键式不饱和离子型表面活性剂纳入到聚合物网络中这一事实，其对水提取物表面张力的影响较低。

烯键式不饱和离子型表面活性剂的量通常如此选择从而使水提取物的表面张力优选为至少55mN/m、更优选为至少60mN/m、最优选为至少65mN/m。

然而使用用于本发明的烯键式不饱和离子型表面活性剂来降低水提取物的表面张力的原因可能是因为a）烯键式不饱和离子型表面活性剂的转化不完全和/或b）聚合的烯键式不饱和离子型表面活性剂随后脱除表面活性剂基团，例如在使用丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的情况下通过酯水解脱除表面活性剂基团。

吸水性聚合物颗粒通过将单体溶液或悬浮液聚合而制备，且其通常为水不溶的。