Дисперсный водопоглотитель, содержащий в качестве основного компонента водопоглощающую смолу (варианты), способ его получения и абсорбирующее изделие

Дисперсный водопоглотитель, содержащий в качестве основного компонента водопоглощающую смолу (варианты), способ его получения и абсорбирующее изделие

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение касается (i) дисперсного водопоглотителя, содержащего в качестве основного компонента водопоглощающую смолу, (ii) абсорбирующего изделия с использованием этого вещества и (iii) способа получения дисперсного водопоглотителя. Более конкретно, настоящее изобретение касается (i) дисперсного водопоглотителя, (ii) абсорбирующего изделия с использованием этого вещества, предпочтительно применяемого для поглощения вытекающей из тела жидкости, такой как моча и кровь, и проявляющего превосходную абсорбционную способность, и (iii) способа получения дисперсного водопоглотителя.

Уровень техники

В последнее время водопоглощающую смолу широко используют в качестве основного структурного материала санитарно-гигиенических материалов и изделий (поглощающих изделий), таких как бумажные пеленки, гигиенические салфетки, прокладки (подгузники), применяемые при недержании, и т.п., предназначенные для поглощения выделяемых телом жидкостей (например, мочи, крови и т.п.).

Известными примерами водопоглощающей смолы являются (i) сшитая, частично нейтрализованная полиакриловая кислота; (ii) гидролизованный графт-полимер крахмала и акрилонитрила; (iii) нейтрализованный крахмал-акриловый графт-полимер; (iv) омыленный сополимер винилацетата и акрилового эфира; (v) сшитая карбоксиметилцеллюлоза; (vi) гидролизованный сополимер акрилонитрила или гидролизованный сополимер акриламида или сшитый сополимер акрилонитрила или сшитый сополимер акриламида; (vii) сшитый катионный мономер, (viii) сшитый сополимер изобутилена и малеиновой кислоты; (ix) сшитое вещество из 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и акриловой кислоты; (х) и т.п. Таким образом, водопоглощающая смола представляет собой гидрофильную смолу, которая переведена в нерастворимую форму вследствие наличия у нее равномерно сшитой структуры внутри полимера.

В этой связи следует отметить, что традиционно имеются потребности в водопоглощающей смоле, имеющей следующие водопоглощающие свойства: (i) высокую впитывающую способность в отношении водной жидкости, такой как жидкость из организма, (ii) превосходную скорость абсорбции, (iii) превосходную проницаемость в отношении жидкости, (iv) превосходную прочность набухшего геля, (v) превосходную абсорбирующую способность, когда вода поглощается из основного материала, содержащего водную жидкость, (vi) и т.п.

Поэтому для достижения указанных выше впитывающих свойств поверхности частиц водопоглощающей смолы обычно подвергают дальнейшей сшивке с использованием сшивающего агента или подобного вещества, таким образом создавая в частицах градиент плотности сшивки. В результате наблюдается (i) улучшение скорости абсорбции воды водопоглощающей смолой, (ii) предотвращение образование дефектов типа "рыбий глаз", (iii) улучшение прочности геля, (iv) улучшение абсорбирующей способности водопоглощающей смолы под давлением, (v) предотвращение забивки геля и (vi) улучшение проницаемости в отношении жидкости.

Например, процессы сшивки на поверхности с тем, чтобы обеспечить градиент плотности сшивки вблизи поверхности частиц водопоглощающей смолы описаны в следующих патентных документах: (1) европейский патент 0349240, (2) европейский патент 0605150, (3) публикация японской заявки, Tokukaihei 7-242709, которая еще не подвергалась экспертизе; (4) публикация японской заявки, Tokukaihei 7-224304, которая еще не подвергалась экспертизе; (5) патент США 5409771, (6) патент США 5597873, (7) патент США 5385983 и других. В дополнение к способам, описанным в указанных выше патентных документах, водопоглотитель, содержащий водопоглощающую смолу и металлическое мыло для улучшения проницаемости по жидкости, описан в публикации японской заявки, Tokukaisho 61-58658, которая еще не подвергалась экспертизе).

Кроме того, существует потребность в такой водопоглощающей смоле, которая не только обладает указанными выше водопоглощающими свойствами, но также имеет следующие преимущества: (i) водопоглощающая смола имеет превосходную текучесть во время ее производства и транспортировки, во время производства абсорбента при переработке водопоглощающей смолы и волоконного материала основы или подобного материала и во время влагопоглощения, так что водопоглощающая смола практически не прилипает к аппарату или другим устройствам; (ii) водопоглощающая смола не ухудшает в значительной степени водопоглощающих свойств, когда она подвергается механическому удару.

В качестве попытки получения водопоглощающей смолы, имеющей превосходную текучесть во время влагопоглощения, известен водопоглотитель, в который добавлено неорганическое вещество, такое как аморфный диоксид кремния, каолин или подобное вещество. В частности, например, технические решения, относящиеся к водопоглощающему веществу, содержащему порошок неорганического вещества и порошок водопоглощающей смолы, описаны в патенте США 4734478 (9), публикации Японской заявки, Tokukaisho 59-80458 (10), которая еще не подвергалась экспертизе, и патенте США 5453323 (11).

Кроме того, например, водопоглощающее вещество, в которое в качестве добавок введены стеариновая кислота и порошок неорганического вещества, описано в публикации японской заявки, Tokukaisho 63-105064 (12), а водопоглощающее вещество, в которое в качестве добавки введена соль четвертичного аммониевого основания, описано в патенте США 5728742 (13). Кроме того, водопоглощающее вещество, в которое добавлена щавелевая кислота (соль) и соединение многовалентного металла, такое как (i) оксид металла, например оксид кремния или подобный, (ii) сульфат металла, например сульфат кальция или подобный, или (iii) подобные вещества, описано в публикации японской заявки Tokukaihei 7-228788 (14).

Кроме того, состав водопоглощающей смолы с добавками полиэтиленгликоля, полипропиленгликоля или подобных веществ описан в Европейском патенте 0001706 (16).

Однако водопоглощающим веществам, описанным в указанных выше патентных документах, присущи различные недостатки. Так, водопоглощающие смолы, описанные в патентных документах 1-8, обладают недостаточной текучестью во время влагопоглощения. В водопоглощающих веществах, описанных в патентных документах 9-11, неорганический порошок используется для улучшения текучести во время влагопоглощения, однако при этом, вследствие твердости неорганического вещества, водопоглощающие свойства ухудшаются, когда водопоглощающая смола подвергается механическому удару (повреждению). Поэтому абсорбирующие изделия, в которых используют водопоглощающие вещества, описанные в патентных документах 9-11, не могут иметь достаточных впитывающих свойств.

В отношении водопоглощающих веществ, описанных в патентных документах 12 и 13, имеется проблема, связанная с безопасностью, поскольку при использовании водопоглощающего вещества в абсорбирующем изделии имеется возможность вымывания добавки, содержащейся в водопоглощающем веществе, в водную жидкость, такую как моча и т.п., поглощенную водопоглощающим веществом. Поэтому в случае использования водопоглощающих веществ, описанных в патентных документах 12 и 13, например, в качестве материала для бумажной пеленки или подобных изделий водная жидкость типа мочи плохо распределяется во всем объеме водопоглощающего вещества. Это приводит к увеличению возврата водной жидкости из водопоглощающего вещества, находящегося в бумажной пеленке, в результате ухудшения водопоглощающих свойств.

Водопоглощающее вещество, описанное в патентном документе 14, содержит в качестве добавки щавелевую кислоту (или ее соль), так что существует проблема, связанная с безопасностью применения щавелевой кислоты. Кроме того, если водопоглощающая смола подвергается механическому удару, то этот механический удар трудно смягчить (абсорбировать), и даже происходит разрушение водопоглощающей смолы, так что водопоглощающие свойства значительно ухудшаются. Это обусловлено тем, что щавелевая кислота (соль) и неорганическое вещество, такое как соединение многовалентного металла, содержащиеся в качестве добавок, являются твердыми.

Кроме того, в случае использования неорганического вещества, как описано выше, текучесть во время влагопоглощения улучшена, однако возникает проблема ухудшения текучести порошкообразного водопоглощающего вещества в сухом состоянии при содержании влаги менее 10 мас.%.

С другой стороны, при использовании водопоглощающих веществ, описанных в патентных документах 15 и 16, существует возможность некоторого уменьшения сопротивления трению водопоглощающего вещества. Однако и для водопоглощающих веществ, описанных в патентных документах 15 и 16, порошковая текучесть (антислеживаемость) во время впитывания влаги и порошковая текучесть в сухом состоянии, при содержании влаги менее 20 мас.%, особенно менее 10 мас.%, являются недостаточными. Во время влагопоглощения между частицами возникает внутреннее трение, что приводит к слипанию или слеживанию. В результате ухудшается текучесть частиц порошка. Кроме того, сами частицы имеют высокий коэффициент трения, также и в сухом состоянии. В результате сопротивление трению для водопоглощающего вещества в сухом состоянии повышено, так что трудно осуществлять его транспортировку и перемещение в процессе производства водопоглощающего вещества или в других случаях.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является получение дисперсного водопоглотителя, обладающего следующими свойствами: (1) превосходной текучестью дисперсного водопоглотителя во время влагопоглощения и даже в сухом состоянии при содержании влаги от 0 до 20 мас.%, при обеспечении возможности легкого обращения с дисперсным водопоглотителем во время его производства и транспортировки; (2) отсутствием значительного ухудшения водопоглощающих свойств и текучести дисперсного водопоглотителя во время влагопоглощения, при воздействии механического удара, во время производства и транспортировки, а также (3) стабильными и высокими водопоглощающими свойствами дисперсного водопоглотителя.

В результате серьезного изучения вышеуказанных проблем авторы настоящего изобретения установили, что можно достичь превосходной текучести во время влагопоглощения, когда дисперсный водопоглотитель находится в поглощающем изделии, таком как пеленка, при возможности сохранения водопоглощающих свойств даже при воздействии механического удара, и можно получить превосходные водопоглощающие свойства, используя дисперсный водопоглотитель, содержащий (1) некоторое количество частиц водопоглощающей смолы, имеющей определенный гранулометрический состав, поверхность которых является сшитой, и (2) некоторое количество соли органической кислоты и многовалентного металла, молекула которой содержит семь или более атомов углерода. Авторы настоящего изобретения также установили, что, в дополнение к превосходным водопоглощающим свойствам, можно предотвратить появление повреждений, возникающих в процессах получения дисперсного водопоглотителя в качестве абсорбирующих изделий и ухудшающих водопоглощающие свойства, при использовании дисперсного водопоглотителя, имеющего определенные характеристики.

Таким образом, дисперсный водопоглотитель согласно настоящему изобретению представляет собой дисперсный водопоглотитель, содержащий в качестве основного компонента водопоглощающую смолу, в которой полимер, полученный путем полимеризации ненасыщенного мономера, имеет сшитую структуру, причем водопоглощающая смола представляет собой дисперсную водопоглощающую смолу, на поверхности которой имеется сшитая структура, при этом дисперсный водопоглотитель содержит не менее 90 мас.% и не более 100 мас.% частиц, диаметр которых составляет не менее 106 мкм и менее 850 мкм в расчете на дисперсный водопоглотитель, и дисперсный водопоглотитель дополнительно содержит не менее 0,001 мас.% и менее 10 мас.%, в расчете на водопоглощающую смолу, соли органической кислоты и многовалентного металла, молекула которой содержит не менее семи атомов углерода.

Далее, дисперсный водопоглотитель согласно настоящему изобретению может представлять собой дисперсный водопоглотитель, содержащий в качестве основного компонента водопоглощающую смолу, в которой полимер, полученный путем полимеризации ненасыщенного мономера, имеет сшитую структуру, причем водопоглощающая смола представляет собой дисперсную водопоглощающую смолу, на поверхности которой имеется сшитая структура, и дисперсный водопоглотитель дополнительно содержит не менее 0,001 мас.% и менее 10 мас.%, в расчете на водопоглощающую смолу, соли органической кислоты и многовалентного металла, молекула которой содержит не менее семи углеродных атомов, и индекс текучести при влагопоглощении составляет не менее 90 мас.% и не более 100 мас.%.

Далее, дисперсный водопоглотитель согласно настоящему изобретению может представлять собой дисперсный водопоглотитель, содержащий в качестве основного компонента водопоглощающую смолу, в которой полимер, полученный путем полимеризации ненасыщенного мономера, имеет сшитую структуру, причем водопоглощающая смола представляет собой дисперсную водопоглощающую смолу, на поверхности которой имеется сшитая структура, при этом индекс Х текучести при влагопоглощении находится в интервале от не менее 90 мас.% до не более 100 мас.%, а индекс сохранения текучести при влагопоглощении составляет не менее 0,95 и определяется по Уравнению 1 следующим образом:

Индекс сохранения текучести при влагопоглощении=Y/X, (уравнение 1)

где Х представляет собой индекс текучести при влагопоглощении, а

Y - индекс текучести при влагопоглощении после приложения заданного удара к дисперсному водопоглотителю.

Далее, дисперсный водопоглотитель согласно настоящему изобретению может представлять собой дисперсный водопоглотитель, который включает в качестве основного компонента водопоглощающую смолу, в которой полимер, полученный путем полимеризации ненасыщенного мономера, содержит сшитую структуру, причем водопоглощающая смола представляет собой водопоглощающую смолу, состоящую из частиц, каждая из которых имеет форму, отличающуюся от формы сферической первичной частицы и формы эллипсоидальной первичной частицы, а при погружении дисперсного водопоглотителя в водную жидкость с 0,9 мас.% хлористого натрия под давлением 2,06 кПа поглощающая способность под давлением составляет не менее 20 г/г, при этом максимальная нагрузка введения, которая представляет собой максимальную нагрузку, необходимую для введения вставного элемента на заданную глубину в дисперсный водопоглотитель, составляет не менее 0 г веса и не более 1000 г веса, а работа введения, которая представляет собой работу по введению вставного элемента на заданную глубину в дисперсный водопоглотитель, составляет не менее 0 г веса × мм и не более 10000 г веса × мм.

Кроме того, дисперсный водопоглотитель согласно настоящему изобретению может представлять собой водопоглощающее вещество, которое содержит в качестве основного компонента водопоглощающую смолу, в которой полимер, полученный путем полимеризации ненасыщенного мономера, содержит сшитую структуру, причем водопоглощающая смола представляет собой водопоглощающую смолу, состоящую из частиц, каждая из которых имеет форму, отличающуюся от формы сферической первичной частицы и формы эллипсоидальной первичной частицы, и при погружении дисперсного водопоглотителя в водную жидкость с 0,9 мас.% хлористого натрия под давлением 2,06 кПа поглощающая способность под давлением составляет не менее 20 г/г, а работа введения, которая представляет собой работу по введению вставного элемента на заданную глубину в дисперсный водопоглотитель, составляет не менее 0 г веса х мм и не более 1000 г веса × мм, и индекс восстановления, представляющий собой отношение (i) работы повторного введения, которая представляет собой работу по извлечению и повторному введению вставного элемента после его введения на заданную глубину в дисперсный водопоглотитель, к (ii) работе введения, составляет не менее 55%.

Согласно вышеизложенному можно получить дисперсный водопоглотитель, обладающий способностью предотвращения закупоривания и слеживания во время влагопоглощения, предпочтительной порошковой текучестью и легкостью в обращении. Далее, согласно настоящему изобретению можно уменьшить или устанить вероятность возникновения повреждений в ходе технологического процесса (i) в аппаратах для получения дисперсного водопоглотителя и абсорбирующего или подобного изделия с использованием дисперсного водопоглотителя, (ii) на стадиях производства и (iii) в трубопроводах или подобных средствах, используемых во время производства и перевозки дисперсного водопоглотителя. Таким образом, можно получить более высококачественное абсорбирующее изделие и при этом облегчить расчет количества дисперсного водопоглотителя, используемого в абсорбирующем изделии для получения желательного объема поглощения.

Нижеследующее описание в достаточной степени поясняет другие задачи, характеристики и преимущества настоящего изобретения. Кроме того, преимущества изобретения будут объяснены со ссылками на нижеследующее подробное описание в сочетании с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 представлен вид в перспективе, схематически показывающий расположение измерительного прибора для измерения максимальной нагрузки введения, работы введения и глубины введения.

На фиг.2 представлен вид спереди, показывающий существенную часть компрессора, установленного на измерительном приборе.

На фиг.3 представлен вид спереди, показывающий вставной зонд, установленный на компрессоре.

На фиг.4 представлен график, показывающий пример того, как нагрузка, необходимая для введения вставного зонда в слой частиц, изменяется для каждой глубины введения вставного зонда.

На фиг.5 представлена схематическая диаграмма, показывающая, как измеряют индекс восстановления.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приведено подробное описание дисперсного водопоглотителя и абсорбирующего изделия с его использованием согласно настоящему изобретению. С учетом того, что возможны различные модификации и альтернативные формы выполнения настоящего изобретения, далее описаны конкретные варианты его осуществления с помощью примера. Необходимо понимать, однако, что изобретение не ограничивается его конкретными описанными формами, а, напротив, охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, находящиеся в пределах объема изобретения, ограниченного приведенной ниже формулой изобретения.

Дисперсный водопоглотитель согласно настоящему изобретению используют для абсорбции воды, различных водных растворов, водной жидкости, такой как моча и кровь, и содержит обычно 80 мас.% или выше, более предпочтительно 90 мас.% или выше, чистого полимерного компонента водопоглощающей смолы по отношению к твердому компоненту водопоглощающей смолы, используемому в качестве основного компонента из всех компонентов, содержащихся в дисперсном водопоглотителе. Дисперсный водопоглотитель включает водопоглощающую смолу и соль многовалентного металла и органической кислоты (в дальнейшем называемую органической солью многовалентного металла) и может дополнительно включать соединение (в дальнейшем называемое другим компонентом), отличное от водопоглощающей смолы и органической соли многовалентного металла.

При добавлении к дисперсному водопоглотителю органической соли многовалентного металла дисперсный водопоглотитель приобретает особые характеристики, например превосходную текучесть в порошкообразном виде и превосходные абсорбирующие свойства при воздействии механического удара в сухом состоянии и во время влагопоглощения.

Далее в описании подробно описаны (i) водопоглощающая смола, содержащаяся в дисперсном водопоглотителе согласно настоящему изобретению, (ii) органическая соль многовалентного металла, (iii) дисперсный водопоглотитель, (iv) параметр, при котором можно достичь превосходных абсорбирующих свойств и текучести порошка, и (v) абсорбирующее изделие с использованием дисперсного водопоглотителя. Следует отметить, что в настоящем описании термины "масса" и "вес" используются как синонимы.

Водопоглощающая смола

Водопоглощая смола согласно настоящему изобретению представляет собой сшитый полимер, способный к набуханию в воде, но нерастворимый в воде и, таким образом, способный к образованию гидрогеля. В данном случае способность к набуханию в воде представляет собой такое свойство, что при погружении водопоглощающей смолы в воду, очищенную ионообменом, вещество, обладающее этой способностью, поглощает количество водной жидкости, большее чем ее собственный вес, с коэффициентом по меньшей мере 5 или более, предпочтительно с коэффициентом от 50 до 1000. Далее, нерастворимость в воде представляет собой такое свойство, что в водопоглощающей смоле, обладающей этим свойством, содержится обычно от 0 до 50 мас.%, предпочтительно от 0 до 30 мас.%, более предпочтительно от 0 до 25 мас.%, особенно предпочтительно от 0 до 15 мас.% и наиболее предпочтительно от 0 до 10 мас.%, по существу несшитого растворимого в воде компонента (растворимых в воде макромолекул). В описанных ниже примерах конкретно указано, как измеряют способность к набуханию в воде и нерастворимость в воде.

Далее, сшитый полимер представляет собой полимер, имеющий структуру с поперечными связями (в дальнейшем называемый внутренней сшитой структурой) в полимере, полученном путем полимеризации ненасыщенного мономера, и обеспечивающий более высокие абсорбирующие свойства. Кроме того, водопоглощающая смола может быть подвергнута такой поверхностной обработке с образованием поперечных связей, что поверхности частиц водопоглощающей смолы становятся сшитыми, или может не подвергаться такой поверхностной обработке с образованием поперечных связей. Для получения превосходных абсорбирующих свойств предпочтительно проводить процесс поверхностной обработки с образованием поперечных связей. Следует отметить, что в дальнейшем водопоглощающая смола, не подвергнутая поверхностной обработке с образованием поперечных связей, иногда упоминается как предшественник водопоглощающей смолы.

Примеры водопоглощающей смолы, состоящей из сшитого полимера, включают частично нейтрализованный полиакриловый полимер, графт-полимер гидролизованного крахмала и акрилонитрила, графт-полимер крахмала и акриловой кислоты, омыленный сополимер винилацетата и акрилового сложного эфира, гидролизованный сополимер акрилонитрила или гидролизованный сополимер акриламида, или сшитый сополимер акрилонитрила или сшитый сополимер акриламида, сшитый денатурированный поливиниловый спирт, имеющий карбоксильную группу, сшитый сополимер изобутилена и малеинового ангидрида и т.п. Смола, включенная в вышеуказанный список, может использоваться самостоятельно или два или более вида смолы могут использоваться в сочетании. Предпочтительно использовать частично нейтрализованный полиакриловый полимер.

Водопоглощающую смолу, представляющую собой сшитый полимер, получают путем полимеризации и сшивки ненасыщенного мономера и при необходимости подвергают поверхностной обработке с образованием поперечных связей. Далее в описании даны пояснения в отношении ненасыщенного мономера, сшиваемого мономера, инициатора полимеризации и способа получения ненасыщенного мономера (способ полимеризации, сушка, поверхностная обработка с образованием поперечных связей), используемых для получения водопоглощающей смолы.

Ненасыщенный мономер

В качестве ненасыщенного мономера, используемого для получения водопоглощающей смолы, содержащейся в дисперсном водопоглотителе согласно настоящему изобретению, предпочтительно использовать мономер, с помощью которого можно получить желательный сшитый полимер.

Например, в случае, если сшитый полимер представляет собой частично нейтрализованный полиакриловый полимер, предпочтительно в качестве основных компонентов использовать акриловую кислоту и/или ее соль (нейтрализованная акриловая кислота). Таким образом, можно использовать (i) акриловую кислоту и/или ее соль и (ii) другие мономеры в сочетании в качестве компонентов сополимера. Таким образом, водопоглощающей смоле, получаемой в качестве конечного продукта, можно придать не только водопоглощающие свойства, но также и специальные свойства, такие как противобактериальные свойства и дезодорирующие свойства, и водопоглощающую смолу можно получить с более низкой стоимостью.

Примеры вышеупомянутых других ненасыщенных мономеров, используемых в качестве компонента сополимера, включают растворимые в воде или гидрофобные ненасыщенные мономеры и подобные им, такие как метакриловая кислота, малеиновая кислота (или малеиновый ангидрид), фумаровая кислота, кротоновая кислота, итаконовая кислота, винилсульфокислота, 2-(мет)акриламид-2-метилпропансульфонат, (мет)акрилоксиалкансульфоновые кислоты и их соли щелочных металлов, их соли аммония, N-винил-2-пиридон, N-винилацетамид, (мет)акриламид, N-изопропил(мет)акриламид, N,N-диметил(мет)акриламид, 2-гидроксиэтил(мет)акрилат, метоксиполиэтиленгликоль(мет)акрилат, полиэтиленгликоль(мет)акрилат, изобутилен, лаурил(мет)акрилат и т.п.

Следует отметить, что в случае, если мономерами являются ненасыщенный мономер, имеющий кислотную группу, в качестве ненасыщенного мономера, и другой ненасыщенный мономер, который используется в сочетании с акриловой кислотой и/или ее солью, этой ее солью может быть соль щелочного металла, соль щелочноземельного металла или соль аммония. При этом предпочтительными являются прежде всего натриевая соль или калийная соль, потому что (i) натриевую соль и калийную соль можно легко получить в промышленном масштабе, (ii) натриевая соль и калийная соль являются безвредными и (iii) использование натриевой соли и/или калийной соли придает лучшие свойства полученной водопоглощающей смоле, а также дает другие преимущества.

В случае, если дополнительно используют вышеупомянутый другой ненасыщенный мономер, количество мономера, отличного от акриловой кислоты (соли), предпочтительно составляет от 0 до 30 мол.%, более предпочтительно от 0 до 10 мол.% и наиболее предпочтительно от 0 до 5 мол.%, по отношению к общему количеству молей всех ненасыщенных мономеров, используемых для получения водопоглощающей смолы. Другими словами, предпочтительно, чтобы общее количество молей акриловой кислоты и ее соли, используемых в качестве основных компонентов, составляло от 70 до 100 мол.%, предпочтительно от 90 до 100 мол.%, более предпочтительно от 95 до 100 мол.%, относительно общего количества молей всех ненасыщенных мономеров, используемых для получения водопоглощающей смолы.

Далее, в случае, если сшивающий полимер представляет собой частично нейтрализованный полиакриловый полимер, предпочтительно, чтобы структурное звено частично нейтрализованного полиакрилового полимера было следующим: ненасыщенный мономер содержит акриловую кислоту в интервале от 0 до 50 мол.% и акрилата в интервале от 100 до 50 мол.% (сумма акриловой кислоты и акрилата 100 мол.% или меньше). Более предпочтительно, чтобы структурное звено частично нейтрализованного полиакрилового полимера было следующим: ненасыщенный мономер содержит акриловую кислоту в интервале от 10 до 40 мол.% и акрилат в интервале от 90 до 60 мол.%. Иными словами, предпочтительно, чтобы отношение нейтрализации, которое представляет собой мольное отношение акрилата к суммарному количеству акриловой кислоты и акрилата, составляло от 50 до 100 мол.%, и более предпочтительно, чтобы отношение нейтрализации составляло от 60 до 90 мол.%.

Соль акриловой кислоты можно приготовить путем нейтрализации мономерной акриловой кислоты перед полимеризацией мономера или путем нейтрализации акриловой кислоты в ходе и после полимеризации. Соль можно приготовить с использованием сочетания этих способов. Кроме того, соль акриловой кислоты может быть приготовлена путем смешивания акриловой кислоты и акрилата.

Сшивающий мономер (внутренний сшивающий агент)

Водопоглощающая смола согласно настоящему изобретению представляет собой сшитый полимер, имеющий внутренне сшитую структуру. Когда водопоглощающая смола обладает свойствами нерастворимости в воде и набухания в воде, считают, что она имеет внутренне сшитую структуру. Таким образом, внутренне сшитая структура водопоглощающей смолы может быть получена путем осуществления сшивки ненасыщенного мономера с самим собой, без использования сшивающего мономера. Однако более предпочтительно, чтобы водопоглощающая смола была получена путем сополимеризации или взаимодействия ненасыщенного мономера со сшивающим мономером. В этом случае сшивающий мономер, который играет роль внутреннего сшивающего агента, имеет две или более способные к полимеризации ненасыщенные группы, содержащиеся в одной его молекуле, или имеет две или более реакционноспособные группы.

Примеры такого внутреннего сшивающего агента включают N,N′-метиленбис(мет)акриламид, (поли)этиленгликольди(мет)акрилат, (поли)пропиленгликольди(мет)акрилат, триметилолпропантри(мет)акрилат, глицеринтри(мет)акрилат, глицеринакрилатметакрилат, модифицированный этиленоксидом триметилолпропантри(мет)акрилат, пентаэритритгекса(мет)акрилат, триаллилцианурат, триаллилизоцианурат, триаллилфосфат, триаллиламин, поли(мет)аллилоксиалкан,(поли)этиленгликольдиглицидиловый эфир, глицериндиглицидиловый эфир, этиленгликоль, полиэтиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, пентаэритрит, этилендиамин, этиленкарбонат, пропиленкарбонат, полиэтиленимин, глицидил(мет)акрилат и т.п.

Эти внутренние сшивающие агенты можно использовать по отдельности или в подходящем сочетании двух или более видов. Внутренний сшивающий агент можно добавлять к реакционной системе либо сразу, либо отдельными порциями. При использовании одного или более внутренних сшивающих агентов предпочтительно, чтобы сшивающий мономер, содержащий не менее двух способных к полимеризации ненасыщенных групп, всегда был использован для полимеризации, принимая во внимание абсорбционные характеристики или другие свойства получаемого водопоглощающего вещества.

Для получения желаемых свойств водопоглощающей смолы количество используемого внутреннего сшивающего агента составляет предпочтительно от 0,001 до 2 мол.%, более предпочтительно от 0,005 до 0,5 мол.%, еще более предпочтительно от 0,01 до 0,2 мол.% и особенно предпочтительно от 0,03 до 0,15 мол.%, все количества - по отношению к общему количеству молей всех ненасыщенных мономеров, используемых для получения водопоглощающей смолы. В случае, если количество добавляемого внутреннего сшивающего агента составляет менее 0,001 мол.%, или в случае, если это количество больше чем 2 мол.%, существует возможность того, что не будут получены достаточные абсорбирующие свойства, так что это не является предпочтительным.

Когда внутренний сшивающий агент используют для формирования сшитой структуры внутри водопоглощающей смолы, внутренний сшивающий агент добавляют к реакционной системе до проведения полимеризации ненасыщенного мономера, в течение ее или после нее, либо после нейтрализации ненасыщенного мономера или полимера.

Инициатор полимеризации

Водопоглощающая смола согласно настоящему изобретению может быть получена с использованием инициатора полимеризации при полимеризации ненасыщенного мономера. В качестве инициатора полимеризации может использоваться, например, радикальный инициатор полимеризации, такой как персульфат калия, персульфат аммония, персульфат натрия, перацетат калия, перацетат натрия, перкарбонат калия, перкарбонат натрия, трет-бутилгидропероксид, перекись водорода и 2,2′-азобис(2-амидинопропан)дигидрохлорид, или инициатор фотополимеризации, такой как 2-гидрокси-2-метил-1-фенилпропан-1-он.

Предпочтительно, если количество инициатора полимеризации находится обычно в интервале от 0,001 до 2 мол.%, более предпочтительно в интервале от 0,01 до 0,1 мол.%, по отношению к общему числу молей всех ненасыщенных мономеров, используемых для получения водопоглощающей смолы. Если количество инициатора полимеризации составляет менее 0,001 мол.%, возрастает количество непрореагировавшего, остающегося в системе (остаточного) мономера. С другой стороны, если количество инициатора полимеризации больше 2 мол.%, становится трудно управлять полимеризацией. Таким образом, количества инициатора полимеризации менее 0,001 и более 2 мол.% не являются предпочтительными.

Способ получения водопоглощающей смолы

Способ полимеризации

Для полимеризации мономера (ненасыщенный мономер, другой ненасыщенный мономер, сшивающий мономер и т.п.) с целью получения водопоглощающей смолы согласно настоящему изобретению может быть проведена полимеризация в массе или полимеризация с осаждением. Однако, с учетом характеристики водопоглощающей смолы, управляемости полимеризации и абсорбционных характеристик набухающего геля, более предпочтительными способами полимеризации являются водная полимеризация и обращенно-суспензионная полимеризация с использованием водного раствора мономера.

При использовании водного раствора мономера концентрация мономера в водном растворе (в дальнейшем "водный раствор мономера") определяется в соответствии с температурой раствора и типа мономера и, следовательно, не ограничена каким-либо конкретным значением. Однако предпочтительно концентрация составляет от 10 до 70 мас.%, более предпочтительно от 20 до 60 мас.%.

Полимеризацию мономера инициируют с использованием вышеуказанного инициатора полимеризации. Помимо инициатора полимеризации, луч активирующей энергии, такой как ультрафиолетовое излучение, электронный луч и γ-луч, может использоваться отдельно или в сочетании с инициатором полимеризации. Следует отметить, что выбор необходимой температуры инициирования полимеризации зависит от вида используемого инициатора полимеризации. Однако предпочтительно, чтобы полимеризация была инициирована при температуре в интервале от 15 до 130°С, более предпочтительно, чтобы полимеризация была инициирована при температуре в интервале от 20 до 120°С. Если полимеризация инициирована в температуре вне указанных интервалов, имеется возможность увеличения остаточного количества мономера или происходит чрезмерное самосшивание, что приводит к получению водопоглощающей смолы с низкой способностью поглощения воды.

Суспензионная полимеризация с обращением фаз представляет собой способ полимеризации, осуществляемой путем суспендирования водного раствора мономера в гидрофобном органическом растворителе. Например, суспензионная полимеризация с обращением фаз описана в таких документах, как патенты США 4093776, 4367323, 4446261, 4683274 и 5244735.

Далее, полимеризация в водном растворе представляет собой способ полимеризации, осуществляемой с использованием водного раствора мономера без использования дисперсионного растворителя. Например, полимеризация в водном растворе описана в таких документах, как патенты США 4625001, 4873299, 4286082, 4973632, 4985518, 5124416, 5250640, 5264495, 5145906 и 5380808, а также в таких документах, как европейский патент 0811636, 0955086 и 0922717. Следует отметить, что при осуществлении водной полимеризации при необходимости может использоваться растворитель, отличный от воды. Тип совместно используемого растворителя особенно не ограничен.

Таким образом, водопоглощающая смола согласно настоящему изобретению может быть получена при использовании мономера и инициатора полимеризации, описанных в качестве примеров в соответствии со способами полимеризации, изложенными в каждом из документов.

Сушка

Вообще говоря, полимер, полученный путем полимеризации мономера в соответствии с вышеуказанным способом полимеризации, является сшитым полимером в форме содержащего воду геля (водосодержащий гелеобразный сшитый полимер). При необходимости водосодержащий гелеобразный сшитый полимер подвергают сушке. Следует отметить, что, особенно в случае выполнения полимеризации в водном растворе, общепринято, что сшитый полимер подвергают распылению или измельчению