Способ производства суперабсорбирующего полимерного геля с суперабсорбирующими полимерными тонкоизмельченными частицами

Способ производства суперабсорбирующего полимерного геля с суперабсорбирующими полимерными тонкоизмельченными частицами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предшествующий уровень техники

Суперабсорбирующий материал обычно относится к набухающему в воде, не растворимому в воде материалу, способному абсорбировать по меньшей мере приблизительно 10-кратное количество или более по отношению к его массе и вплоть до около 30-кратного количества или более по отношению к его массе водного раствора, содержащего 0,9 массовых процентов хлорида натрия в воде. Настоящее изобретение относится к суперабсорбирующим полимерным частицам, которые абсорбируют воду, водные жидкости и кровь, и способу изготовления суперабсорбирующего полимера и его частиц. Акроним САП может быть использован здесь, и обычно его используют в промышленности вместо суперабсорбирующего полимера, суперабсорбирующей полимерной композиции, суперабсорбирующих полимерных частиц или их вариаций.

Суперабсорбирующий полимер представляет собой сшитый частично нейтрализованный полимер, который способен к поглощению больших количеств водных жидкостей и физиологических жидкостей, таких как моча или кровь, с набуханием и формированием гидрогелей и сохранением их при некотором давлении в соответствии с общим определением суперабсорбирующего материала. Суперабсорбирующая полимерная композиция представляет собой суперабсорбирующий полимер, который подвергнут поверхностной обработке, которая может включать поверхностную сшивку, обработку поверхности и другую обработку. Коммерчески доступные суперабсорбирующие полимерные композиции включают сшитые полиакриловые кислоты или сшитые привитые полимеры крахмала и акриловой кислоты, в которых некоторые из карбоксильных групп нейтрализованы раствором гидроксида натрия или раствором гидроксида калия. Суперабсорбирующие полимерные композиционные частицы представляют собой частицы суперабсорбирующих полимеров или суперабсорбирующих полимерных композиций и обычно имеют размер частиц от около 150 микронов до около 850 микронов. Исчерпывающий обзор суперабсорбирующих полимеров и их использования и производства дан в F.L.Buchholz, А.Т.Graham (редакторы), "Modem Superabsorbent Polymer Technology", Wiley-VCH, Нью-Йорк, 1998.

Основное использование САП и частиц САП осуществляется в гигиенических изделиях, таких как детские подгузники, изделия для защиты от недержания или гигиенические прокладки. Для удобства, комфорта и по эстетическим причинам, и из аспектов защиты окружающей среды, имеется нарастающая тенденция изготавливать санитарные изделия меньше и более тонкими. Это достигается снижением содержания высокообъемного распушенного волокна в этих изделиях. Чтобы гарантировать постоянную общую способность удержания жидкостей тела в гигиенических изделиях, используют более высокое содержание САП в этих гигиенических изделиях.

Настоящее изобретение относится в целом к частицам суперабсорбирующей полимерной композиции, имеющим размер частиц около 150 мкм или меньше, которые, как правило, известны специалистам в данной области, и на которые ссылаются здесь как на суперабсорбирующие полимерные тонкоизмельченные частицы, тонкоизмельченные частицы САП или тонкоизмельченные частицы. Настоящее изобретение относится к рециклированию суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц в ходе процесса производства. Более точно, изобретение относится к переработке суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц, полученных при производстве суперабсорбирующих полимерных частиц.

В частности, тонкоизмельченные частицы САП обычно производят в ходе стадий разрезания, измельчения (пульверизации) и размалывания высушенного полимерного геля. Предполагается, что суперабсорбирующие полимерные тонкоизмельченные частицы являются нежелательными в санитарных изделиях, включая подгузники и устройства для защиты от недержания у взрослых. Такие тонкоизмельченные частицы САП могут перемещаться в устройстве перед использованием и демонстрировать блокирование геля при применении. Кроме того, было обнаружено, что суперабсорбирующие полимерные частицы, изготовленные с включением части переработанных суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц, имеют свойства, включающие абсорбцию, которую измеряют испытанием способности удержания при центрифугировании (CRC), абсорбирующую способность под нагрузкой (AUL) и проницаемость (GBP), которые являются менее желательными, чем у суперабсорбирующих полимерных частиц, изготовленных процессом, который не включает рециклированные суперабсорбирующие полимерные тонкоизмельченные частицы.

Патент США 5514754 направлен на способ увеличения размера тонкоизмельченных частиц САП (сшитая полиакриловая кислота, сшитый полиакрилат и/или сшитая частично нейтрализованная полиакриловая кислота) и, более точно, на способ импрегнирования частиц САП водным раствором мономера акриловой кислоты и/или солей металла и акриловой кислоты. Импрегнирование достигают тщательным перемешиванием тонкоизмельченных частиц САП (например, имеющих размер частиц менее около 300 мкм) с раствором мономера, чтобы сформировать пасту, имеющую вязкость, например, от около 20000 до около 5000000 сантипуаз. Полимеризации мономера в ней и сушки пасты затем достигают, например, нагреванием.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение композиций суперабсорбирующих полимерных частиц, изготовленные способом, который включает рециклированные суперабсорбирующие полимерные тонкоизмельченные частицы, где композиции суперабсорбирующих полимерных частиц имеют улучшенные свойства, включая абсорбирующую способность, чтобы сохранять жидкости без нагрузки, высокие абсорбирующие способности, чтобы удерживать жидкость под давлением, как измерено абсорбцией под нагрузкой 0,9 фунтов на квадратный дюйм (0,0633 кг/см²), и улучшенную проницаемость слоя геля.

Краткое содержание изобретения

Вариант выполнения настоящего изобретения содержит способ производства суперабсорбирующего полимерного геля с рециклированными суперабсорбирующими полимерными тонкоизмельченным частицами, содержащий следующие стадии: а) обработка суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц раствором каустика, содержащим от около 0,1 до около 12% каустика относительно массы суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц; б) смешивание обработанных суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц, полученных в стадии а), с раствором полимеризации, содержащим по меньшей мере один сшивающий агент и частично нейтрализованный мономер, в котором содержание суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц относительно общего количества мономера составляет от около 0,1 до около 30 масс.%; и в) полимеризация смеси, полученной на стадии б), для получения суперабсорбирующего полимерного геля.

Кроме того, этот способ может также содержать стадии измельчения суперабсорбирующего полимерного геля из указанной стадии полимеризации; сушку указанного измельченного полимерного геля; разделение частиц указанной высушенной суперабсорбирующей полимерной композиции на часть, имеющую желательный размер частиц от около 150 мкм до около 850 мкм.

Этот способ может также содержать стадии изготовления суперабсорбирующей полимерной композиции, где эти стадии содержат покрытие суперабсорбирующих полимерных частиц поверхностным сшивающим агентом и поверхностными добавками, нагревание покрытой суперабсорбирующей полимерной композиции и разделение указанных высушенных суперабсорбирующих полимерных частиц на часть, имеющую желательный размер частиц от около 150 мкм до около 850 мкм, как измерено просеиванием через сито 20 меш по стандарту США и удержанием на сите 100 меш по стандарту США.

И, кроме того, этот способ может также содержать стадии отделения суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц, имеющих размер частиц менее около 150 мкм, и возвращение указанных суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц на стадию полимеризации для формирования указанных суперабсорбирующих полимерных композиционных частиц.

Вариант выполнения настоящего изобретения также включает суперабсорбирующие полимерные частицы, изготовленные описанным выше способом. Кроме того, настоящее изобретение направлено на абсорбирующие композиции или гигиенические изделия, такие как подгузники, которые могут содержать суперабсорбирующие полимерные композиции по настоящему изобретению.

Было обнаружено, что обработка каустиком суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц усиливает некоторые свойства композиции суперабсорбирующих полимерных частиц, изготовленной способом, который включает суперабсорбирующие полимерные тонкоизмельченные частицы, обработанные каустиком.

Многочисленные другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания. В этом описании ссылка сделана на типичные варианты выполнения изобретения. Такие варианты выполнения не представляют полный объем изобретения. Ссылка должна, следовательно, быть сделана здесь на пункты формулы изобретения для интерпретации полного объема изобретения. В целях лаконичности и краткости любые интервалы значений, указанные в этом описании, предполагают все значения внутри данных интервалов и истолковываются как основание для пунктов формулы изобретения, указывающих любые подынтервалы, имеющие конечные точки, которые являются реальными численными значениями внутри специфического рассматриваемого интервала. Посредством гипотетического иллюстративного примера раскрытие в этом описании интервала от 1 до 5 будет рассматриваться, как поддерживающее пункты формулы изобретения для любого из следующих интервалов: 1-5, 1-4, 1-3, 1-2, 2-5, 2-4, 2-3, 3-5, 3-4 и 4-5.

Чертежи

Предшествующие и другие признаки, объекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными, принимая во внимание следующее описание, приложенные пункты формулы изобретения и сопутствующие чертежи, где:

Фиг.1 представляет собой вид сбоку испытательного прибора, используемого для испытания на проницаемость слоя геля свободного набухания;

Фиг.2 представляет собой поперечный боковой разрез узла цилиндр/чашка, используемого в устройстве испытания на проницаемость слоя геля свободного набухания, показанного на Фиг.1;

Фиг.3 представляет собой вид сверху плунжера, используемого в устройстве испытания на проницаемость слоя геля свободного набухания, показанного на Фиг.1; и

Фиг.4 представляет собой вид сбоку испытательного прибора, используемого для испытания поглощающей способности под нагрузкой.

Определения

Необходимо отметить, что при использовании в настоящем раскрытии термины "содержат", "содержащий" и другие производные от корневого термина "содержать" предназначены, чтобы быть неограничивающими терминами, которые определяют присутствие любых заявленных особенностей, элементов, целых чисел, стадий или компонентов, и не предназначены, чтобы препятствовать присутствию или добавлению одного или более других признаков, элементов, целых чисел, стадий, компонентов или их групп.

Термин "абсорбирующее изделие" обычно относится к устройствам, которые могут абсорбировать и содержать жидкости. Например, абсорбирующее изделие личной гигиены относится к устройствам, которые помещены на или рядом с кожей, чтобы абсорбировать и содержать различные жидкости, выделенные из тела.

Термин "каустик" или "каустическая сода" используют здесь, чтобы описать химикат, который формирует щелочной раствор, когда его растворяют в растворителе, таком как вода, включая, например, гидроксид натрия, карбонат натрия или бикарбонат натрия.

Термин "сшитые", используемый со ссылкой на суперабсорбирующий полимер, относится к любым средствам для эффективного придания обычно растворимым в воде материалам, по существу, не растворимости в воде, но набухаемости. Такие средства сшивки могут включать, например, физическое переплетение, кристаллические домены, ковалентные связи, ионные комплексы и ассоциации, гидрофильные ассоциации, такие как водородные связи, гидрофобные ассоциации или силы Ван-дер-Ваальса.

Термин "дарси" представляет собой единицу проницаемости в системе единиц СГС. Одна дарси представляет собой проницаемость твердого тела, через которое кубический сантиметр жидкости, имеющей вязкость один сантипуаз, будет течь одну секунду через секцию в один сантиметр толщиной и один квадратный сантиметр в поперечном сечении, если разница давления между двумя сторонами твердого тела составляет одну атмосферу. Оказывается, что проницаемость имеет те же самые единицы, как и площадь;

так как нет никакой единицы проницаемости СИ, используют квадратные метры. Одна дарси равна около 0,98692×10^-12 м² или около 0,98692×10^-8 см².

Термин "одноразовый" используют здесь, чтобы описать абсорбирующие изделия, которые не предназначены, чтобы быть выстиранными или иначе восстановленными или быть многократно использованными в качестве абсорбирующего изделия после однократного применения. Примеры таких одноразовых абсорбирующих изделий включают, но не ограничиваются этим, абсорбирующие изделия личной гигиены, абсорбирующие изделия санитарного/медицинского назначения и абсорбирующие изделия хозяйственного/промышленного назначения.

Термин "сухая суперабсорбирующая полимерная композиция" обычно относится к суперабсорбирующей полимерной композиции, имеющей менее около 10% влажности.

Термин "среднемассовый размер частиц" данного образца частиц суперабсорбирующей полимерной композиции определяют как размер частиц, который делит образец пополам на основе массы, то есть половину образца по весу составляют частицы размером более среднемассового размера частиц, а половину образца по массе составляют частицы размером менее среднемассового размера частиц. Таким образом, например, среднемассовый размер частиц образца суперабсорбирующих полимерных композиционных частиц составляет 2 мкм, если измерено, что половину образца по массе составляют частицы более 2 мкм.

Термины "частица", "микрочастица" и тому подобные, когда их используют с термином "суперабсорбирующий полимер", относятся к форме дискретных единиц. Эти единицы могут содержать хлопья, волокна, агломераты, гранулы, порошки, сферы, распыленные материалы или подобное, а также их сочетания. Частицы могут иметь любую желательную форму: например, кубическую, подобную стержню, многогранную, сферическую или полусферическую, округленную или полукруглую, угловую, нерегулярную и так далее. Формы, имеющие высокое соотношение сторон, подобно игольчатым кристаллам, хлопьям и волокнам, также рассматривают для включения здесь. Термины "частица" или "микрочастица" также могут включать агломерацию, содержащую более одной индивидуальной частицы, микрочастицы или подобного. Дополнительно, частица, микрочастица или любая желательная их агломерация могут быть составлены из более чем одного типа материала.

Термин "полимер" включает, но не ограничивает ими, гомополимеры, сополимеры, например, блок-, привитые, статистические и чередующиеся сополимеры, тройные сополимеры и т.д., и их смеси и модификации. Кроме того, если особо не ограничено иначе, термин "полимер" должен включать все возможные конфигурационные изомеры материала. Эти конфигурации включают, но не ограничивают ими, изотактические, синдиотактические и атактические симметрии.

Термин "полиолефин", как используется здесь, обычно включает, но не ограничивается этим, такие материалы, как полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол, сополимер этилена и винилацетата и тому подобные, их гомополимеры, сополимеры, тройные сополимеры и т.д., и их смеси и модификации. Термин "полиолефин" будет включать все их возможные структуры, которые включают, но не ограничивают ими, изотактические, синдиотактические и статистические симметрии. Сополимеры включают атактические и блок-сополимеры.

Термин "суперабсорбирующие материалы" относится к набухающим в воде, нерастворимым в воде органическим или неорганическим материалам, включая суперабсорбирующие полимеры и суперабсорбирующие полимерные композиции, способные при наиболее благоприятных условиях абсорбировать по меньшей мере примерно 10-кратное количество по отношению к их массе, или по меньшей мере примерно 15-кратное количество по отношению к их массе, или по меньшей мере примерно 25-кратное количество по отношению к их массе в водном растворе, содержащем 0,9 процентов по массе хлорида натрия.

Термин "суперабсорбирующая полимерная композиция" относится к суперабсорбирующему полимеру, содержащему поверхностную добавку в соответствии с настоящим изобретением.

Термины "суперабсорбирующий полимер" и "суперабсорбирующий полимерный полупродукт" относятся к материалу, который произведен проведением всех стадий изготовления суперабсорбирующего полимера, которые описаны здесь, вплоть до и включая сушку материала и грубое измельчение в измельчителе.

Термин "суперабсорбирующие полимерные тонкоизмельченные частицы" относится к фракции тонкоизмельченных частиц, произведенных в процессе производства суперабсорбирующих полимеров, имеющей частицы менее определенного размера, который может быть около 300 мкм, или около 200 мкм, или около 150 мкм.

Термин "поверхностная сшивка" означает, что уровень функциональных сшивок около поверхности суперабсорбирующей полимерной частицы обычно выше, чем уровень функциональных сшивок внутри суперабсорбирующей полимерной частицы. Как используется здесь, "поверхность" описывает обращенные наружу границы частицы. Для пористых суперабсорбирующих полимерных частиц открытая внутренняя поверхность также включена в определение поверхности.

Термин "термопластичный" описывает материал, который размягчается, когда его подвергают нагреванию, и который, по существу, возвращается к не размягченному состоянию, когда его охлаждают до комнатной температуры.

Термин "% по массе" или "масс.%", когда его используют здесь и относят к компонентам суперабсорбирующей полимерной композиции, должен быть интерпретирован как относящийся к массе сухой суперабсорбирующей полимерной композиции, если здесь не определено иначе.

Эти термины могут быть определены дополнительной формулировкой в оставшихся частях описания.

Подробное описание

Вариант выполнения настоящего изобретения содержит способ производства суперабсорбирующего полимерного геля с рециклированными суперабсорбирующими полимерными тонкоизмельченными частицами, содержащий следующие стадии: а) обработку суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц раствором каустика, содержащим от около 0,1 до около 12% каустика, относительно массы суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц; б) смешивание обработанных суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц, полученных на стадии а), с раствором полимеризации, содержащим по меньшей мере один сшивающий агент и частично нейтрализованный мономер, в котором содержание суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц относительно общего количества мономера составляет от около 0,1 до около 30 масс.%; и в) полимеризации смеси, полученной в стадии б), для получения суперабсорбирующего полимерного геля.

В варианте выполнения настоящего изобретения суперабсорбирующие полимерные тонкоизмельченные частицы имеют средний размер частиц менее около 300 мкм, или около 200 мкм, или около 150 мкм.

Кроме того, этот способ может также содержать стадии отделения суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц от частиц суперабсорбирующей полимерной композиции, обработку суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц каустиком, таким как гидроксид натрия, или карбонат натрия, или бикарбонат натрия, и рециклирование обработанных каустиком суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц на стадию полимеризации для формирования указанных частиц суперабсорбирующей полимерной композиции.

В другом варианте выполнения настоящее изобретение направлено на способ производства суперабсорбирующего полимерного геля на основе рециклирования суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц, содержащий следующие стадии: а) обработку суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц раствором каустика, содержащим от около 0,1 до около 12% каустика относительно массы суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц; б) смешивание обработанных суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц, полученных на стадии а), с раствором полимеризации, содержащим по меньшей мере один сшивающий агент и мономер, в котором содержание суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц относительно общего количества мономера составляет от около 0,1 до около 30 масс.%; в) полимеризацию смеси, полученной в стадии б), с получением полимерного геля; и г) последующую нейтрализацию полимерного геля, чтобы сформировать суперабсорбирующий полимерный гель.

В другом варианте выполнения настоящее изобретение направлено на способ рециклирования суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц в производство суперабсорбирующего полимерного геля, объединяющий стадии: а) обработки суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц раствором каустика, содержащим от около 0,1 до около 12% каустика относительно массы суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц; б) смешивания обработанных суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц, полученных на стадии а), с раствором полимеризации, содержащим по меньшей мере один сшивающий агент и частично нейтрализованный мономер, в котором содержание суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц относительно общего количества мономера составляет от около 0,1 до около 30 масс.%; и в) полимеризации смеси, полученной на стадии б), с получением суперабсорбирующего полимерного геля.

В другом варианте выполнения настоящее изобретение направлено на способ рециклирования для рециклирования суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц в производство суперабсорбирующего полимерного геля, объединяющий стадии: а) растворения по меньшей мере одного мономера акриловой кислоты и/или ее натриевой соли и сшивающего агента в водном растворе, чтобы сформировать раствор мономера; б) полимеризации смеси, полученной в стадии а), чтобы получить суперабсорбирующий полимерный гель; в) обработки суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц раствором каустика, содержащим от около 0,1 до около 12% каустика относительно массы суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц; и г) смешивания обработанных суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц, полученных на стадии в), с суперабсорбирующим полимерным гелем, полученным в стадии б), в котором содержание суперабсорбирующих полимерных тонкоизмельченных частиц относительно общего количества суперабсорбирующего полимерного геля составляет от около 0,1 до около 30 масс.%.

Суперабсорбирующий полимер, как сформулировано в вариантах выполнения настоящего изобретения, получают начальной полимеризацией от около 55% до около 99,9% по массе суперабсорбирующего полимера полимеризуемого мономера, содержащего группы ненасыщенной кислоты. Подходящий мономер включает любой из мономеров, содержащих карбоксильные группы, такие как акриловая кислота, метакриловая кислота или 2-акриламидо-2-метилпропансульфокислота, или их смеси. Желательно, чтобы по меньшей мере около 50 масс.%, и более желательно по меньшей мере около 75 масс.% кислотных групп были карбоксильными группами.

Кислотные группы нейтрализуют до степени по меньшей мере около 25 мольных %, то есть кислотные группы, желательно, присутствуют в виде солей натрия, калия или аммония. В некоторых объектах, степень нейтрализации может быть, по меньшей мере, около 50 мольных %. В некоторых объектах желательно использовать полимеры, полученные полимеризацией акриловой кислоты или метакриловой кислоты, карбоксильные группы которых нейтрализованы до степени от около 50 мольных % до около 80 мольных %, в присутствии внутренних сшивающих агентов.

В некоторых объектах подходящий мономер, который может быть сополимеризован с этиленненасыщенным мономером, может включать, но не ограничивается этим, акриламид, метакриламид, гидроксиэтилакрилат, диметиламиноалкил(мет-)акрилат, этоксилированные (мет-)акрилаты, диметиламинопропилакриламид или акриламидопропил-триметиламмоний хлорид. Такой мономер может присутствовать в интервале от 0% до около 40 масс.% сополимеризуемого мономера.

Суперабсорбирующий полимер по изобретению также включает внутренние сшивающие агенты. Внутренний сшивающий агент имеет по меньшей мере две этиленненасыщенные двойные связи или одну этиленненасыщенную двойную связь и одну функциональную группу, которая является реакционноспособной по отношению к кислотным группам полимеризуемого мономера, содержащего группы ненасыщенной кислоты; или несколько функциональных групп, которые являются реакционноспособными по отношению к кислотным группам, могут быть использованы в качестве внутреннего сшивающего компонента, который, желательно, присутствует в ходе полимеризации полимеризуемого мономера, содержащего группы ненасыщенной кислоты.

Примеры внутренних сшивающих агентов включают, но не ограничивают ими, алифатические ненасыщенные амиды, такие как метиленбисакрил- или -метакриламид или этиленбисакриламид; сложные алифатические эфиры полиолов или алкоксилированных полиолов с этиленненасыщенными кислотами, такие как ди(мет-)акрилаты или три(мет-)акрилаты бутандиола или этиленгликоля, полигликолей или триметилолпропана;

сложные эфиры ди- и триакрилатов триметилолпропана, которые могут быть оксиалкилированными, желательно, этоксилированными от около 1 до около 30 молей алкиленоксида; акрилатные и метакрилатные сложные эфиры глицерина и пентаэритрита и глицерина и пентаэритрита, оксиэтилированных, желательно, от около 1 до около 30 молями этиленоксида; аллильные соединения, такие как аллил(мет-)акрилат, алкоксилированные аллил(мет-)акрилаты, прореагировавшие, желательно, с от около 1 до около 30 молями этиленоксида, триаллилцианурат, триаллилизоцианурат, сложный диаллиловый эфир малеиновой кислоты, сложные полиаллиловые эфиры, тетрааллилоксиэтан, триаллиламин, тетрааллилэтилендиамин, диолы, полиолы, гидроксиаллильные или -акрилатные соединения и сложные аллильные эфиры фосфорной кислоты или фосфористой кислоты; и мономеры, которые способны к сшивке, такие как N-метилольные соединения ненасыщенных амидов, таких как метакриламид или акриламид, и простые эфиры, полученные из них. Также могут быть использованы ионные сшивающие агенты, такие как соли многовалентных металлов. Также могут быть использованы смеси указанных сшивающих агентов. Содержание внутренних сшивающих агентов составляет от около 0,001% до около 5 масс.%, например, от около 0,2% до около 3 масс.% относительно общего количества полимеризуемого мономера, содержащего группы ненасыщенной кислоты.

В некоторых объектах для инициирования полимеризации может быть использована свободно-радикальная полимеризация. Соответствующие инициаторы включают, но не ограничиваются этим, азо- или пероксосоединения, окислительно-восстановительные системы или УФ инициаторы, сенсибилизаторы, и/или излучение.

После полимеризации суперабсорбирующий полимер обычно формируют в частицы. Суперабсорбирующие полимерные частицы затем могут быть поверхностно-сшиты после полимеризации добавлением поверхностного сшивающего агента и термической обработкой. В общем, процесс поверхностной сшивки представляет собой процесс, который, как полагают, увеличивает плотность поперечных связей полимерной матрицы около поверхности суперабсорбирующей полимерной частицы относительно плотности сшивки внутри частицы.

В некоторых специфических объектах желательные поверхностные сшивающие агенты включают химикаты с одной или несколькими функциональными группами, которые являются реакционноспособными по отношению к боковым группам полимерных цепей, обычно кислотным группам. Поверхностный сшивающий агент может присутствовать в количестве от около 0,001% до около 5% по массе от сухой суперабсорбирующей полимерной композиции и таком, как от около 0,1% до около 3% по массе, и таком, как от около 0,1% до около 1% по массе относительно массы сухой суперабсорбирующей полимерной композиции. Заявители обнаружили, что желательна стадия термической обработки после добавления поверхностного сшивающего агента.

В одном специфическом объекте микрочастицы суперабсорбирующего полимера покрывают или поверхностно обрабатывают алкиленкарбонатом с последующим нагреванием, чтобы воздействовать на поверхностную сшивку, которое может улучшать плотность поверхностной сшивки и характеристики прочности геля частиц суперабсорбирующей полимерной композиции. Более определенно, поверхностный сшивающий агент наносят на суперабсорбирующие полимерные микрочастицы смешением полимерных микрочастиц с водным спиртовым раствором алкиленкарбонатного поверхностного сшивающего агента. Количество спирта определяют растворимостью алкиленкарбоната и поддерживают настолько низким, насколько возможно, по различным причинам. Соответствующие спирты могут включать метанол, изопропиловый спирт, этиловый спирт, бутанол или бутиленгликоль, а также смеси этих спиртов. В некоторых объектах растворителем, желательно, является вода, которую обычно используют в количестве от около 0,3 масс.% до около 5,0 масс.% относительно массы сухой суперабсорбирующей полимерной композиции. В других объектах алкиленкарбонатный поверхностный сшивающий агент растворяют в воде без спирта. В следующих объектах алкиленкарбонатный поверхностный сшивающий агент может быть нанесен из сухой смеси, например, с неорганическим носителем, таким как диоксид кремния (SiО₂), или из газовой фазы возгонкой алкиленкарбоната.

Чтобы достичь желательных свойств поверхностной сшивки, алкиленкарбонат распределяют равномерно на макрочастицах суперабсорбирующего полимера. Для этой цели смешивание производят в подходящих смесителях, известных в технологии, таких как смесители с псевдоожиженным слоем, лопастные смесители, мешалки с вращающимся барабаном или двухчервячные смесители. Также возможно провести покрытие суперабсорбирующего полимера в виде частиц в ходе одной из стадий процесса в производстве суперабсорбирующего полимера в виде частиц. В одном специфическом объекте подходящий способ для этой цели представляет собой процесс инверсной суспензионной полимеризации.

Термическая обработка, которая может следовать за обработкой покрытия, может быть проведена следующим образом. Обычно термическую обработку проводят при температуре от около 100°С до около 300°С. Более низкие температуры возможны, если используют высоко реакционноспособные эпоксидные сшивающие агенты. Однако если используют алкиленкарбонаты, то тепловую обработку, как правило, проводят при температуре от около 150°С до около 250°С. В этом специфическом объекте температура обработки зависит от времени выдержки и вида алкиленкарбоната. Например, при температуре около 150°С тепловую обработку проводят в течение одного часа или дольше. Напротив, при температуре около 250°С несколько минут (например, от около 0,5 минут до около 5 минут) достаточны, чтобы достичь желательных свойств поверхностной сшивки. Тепловая обработка может быть проведена в обычных сушилках или печах, известных в технологии.

В некоторых объектах суперабсорбирующая полимерная композиция по настоящему изобретению может включать от 0% до около 5% по массе, или от около 0,001% до около 5% по массе, или от около 0,01% до около 0,5% по массе сухой суперабсорбирующей полимерной композиции полимерного покрытия, такого как термопластичное покрытие, или катионное покрытие, или сочетание термопластичного покрытия и катионного покрытия. В некоторых специфических объектах полимерное покрытие, желательно, представляет собой полимер, который может быть в виде твердого тела, эмульсии, суспензии, коллоидном или солюбилизированном состоянии, или их сочетаниях. Полимерные покрытия, пригодные для этого изобретения, могут включать, но не ограничиваются этим, термопластичное покрытие, имеющее температуру термопластичного плавления, где полимерное покрытие наносят на поверхность частицы одновременно с или после температурной обработки суперабсорбирующих полимерных частиц при температуре около температуры термопластичного плавления.

Примеры термопластичных полимеров включают, но не ограничиваются этим, полиолефины, полиэтилен, сложный полиэфир, полиамид, полиуретан, стирол полибутадиен, линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), сополимер этилена и акриловой кислоты (ЕАА), сополимер этилена и алкилметакрилата (ЕМА), полипропилен (РР), малеинированный полипропилен, сополимер этилена и винилацетата (EVA), сложный полиэфир, полиамид, и также могут быть использованы смеси всех семейств полиолефинов, такие как смеси РР, EVA, ЕМА, ЕЕА, ЕВА, HDPE, MDPE, LDPE, LLDPE и/или VLDPE. Термин «полиолефин», как он используется здесь, определен выше. В специфических объектах заявители обнаружили, что малеинированный полипропилен является желательным термопластичным полимером для использования в настоящем изобретении. Термопластичный полимер может быть функционализованным, чтобы иметь дополнительные преимущества, такие как водорастворимость или диспергируемость.

Полимерные покрытия по этому изобретению также могут включать катионный полимер. Катионный полимер, как используется здесь, относится к полимеру или смеси полимеров, содержащих функциональную группу или группы, имеющие потенциал становиться положительно заряженными ионами после ионизации в водном растворе. Пригодные функциональные группы для катионного полимера включают, но не ограничивают ими, первичные, вторичные или третичные аминогруппы, иминогруппы, имидогруппы, амидогруппы и четвертичные аммонийные группы. Примеры синтетических катионных полимеров включают, но не ограничиваются этим, соли или частичные соли поливиниламинов, полиаллиламинов, полиэтиленимина, полимеры простых виниловых эфиров аминопропанола, поли(акриламидопропилтриметиламмоний хлорид), поли(диаллилдиметиламмоний хлорид). Поливиниламины включают, но не ограничивают ими, LUPAMIN® 9095, доступный от BASF Corporation, Маунт Оливе, Нью-Джерси. Примеры катионных полимеров на природной основе включают, но не ограничивают ими, частично деацетилированный хитин, хитозан и соли хитозана. Синтетические полипептиды, такие как полиаспарагины, полилизины, полиглутамины и полиаспарагины, также являются пригодными катионными полимерами.

Абсорбирующие полимеры по этому изобретению могут содержать включительно от 0 до около 5 масс.% соли поливалентного металла относительно массы смеси на поверхности полимера. Соль поливалентного металла, предпочтительно, растворима в воде. Примеры предпочтительных катионов металлов включают катионы Al, Fe, Zr, Mg и Zn. Предпочтительно, катион металла имеет валентность, по меньшей мере, +3, причем Al является наиболее предпочтительным. Примеры предпочтительных анионов в соли поливалентного металла включают галогениды, хлоргидраты, сульфаты, нитраты и ацетаты, причем хлориды, сульфаты, хлоргидраты и ацетаты предпочтительны, хлоргидраты и сульфаты более предпочтительны, а сульфаты наиболее предпочтительны. Сульфат алюминия является наиболее предпочтительной солью поливалентного металла и легко коммерчески доступен. Предпочтительной формой сульфата алюминия является гидратированный сульфат алюминия, предпочтительно, сульфат алюминия, имеющий от 12 до 14 молекул гидратационной воды. Могут быть использованы смеси солей поливалентных металлов.

Полимер и соль поливалентного металла подходящим образом смешивают методом сухого смешивания или, предпочтительно, в растворе с использованием способов, известных специалистам в данной области. Водные растворы предпочтительны. При сухом смешивании может б