CN100544775C - 后交联吸水性聚合物的方法、所得产物及其用途以及后交联剂及其制备和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种后交联吸水性聚合物的方法，其中聚合物用至少一种后交联剂处理并且在处理期间或之后通过升高温度后交联并干燥。所述至少一种后交联剂为环状氨基甲酸酯或环脲，其中所述环状氨基甲酸酯或环脲分别通过使氨基醇或二胺与环状碳酸酯反应获得。

Description

后交联吸水性聚合物的方法、所得产物及其用途以及后交联剂及其制备和用途
本发明涉及一种用环状氨基甲酸酯和/或环脲后交联吸水性聚合物的方法。
吸水性聚合物具体是(共)聚亲水性单体的聚合物，一种或多种亲水性单体在合适接枝基质上的接枝(共)聚物，纤维素或淀粉的交联醚，交联的羧甲基纤维素，部分交联的聚氧化烯或可在水性流体内溶胀的天然产物，例如胍衍生物。这样的水凝胶用作能够吸收水性溶液的产品以制造尿布、棉塞、卫生纸和其他卫生制品，而且还在商品种植业用作保水剂。
为了改进他们的性能特征，例如尿布中的盐水流动传导率(SFC)和负载下的吸收率(AUL)，吸水性聚合物通常进行表面或凝胶后交联。这种后交联优选在水性凝胶相中进行或作为研磨并分类的聚合物颗粒的后交联。
可用于该目的的交联剂是包含至少两个能够与亲水性聚合物的羧酸酯基团形成共价键的基团的化合物。合适化合物的实例为二-或多缩水甘油基化合物，例如膦酸二缩水甘油酯、烷氧基甲硅烷基化合物、聚氮丙啶、聚胺或聚酰胺基胺，而且同样的化合物也可以彼此的混合物使用(参照例如EP-A-0083022、EP-A-0543303和EP-A-0530438)。适合用作交联剂的聚酰胺基胺尤其描述于EP-A-0349935中。
这些交联剂的一个显著缺点是他们的活性高，因此在生产操作中需要特别小心以避免不期望的副作用。同样地，上述交联剂对皮肤有刺激性，在卫生制品中应用存在问题。
已知的交联剂包括多官能醇。例如，US-4,666,983和US-5,385,983分别教导了亲水性多元醇的用途和多羟基表面活性剂的用途。在这些参考文献中，所述反应在120-250℃的高温下进行。该方法具有的缺点在于即使在这些温度下引起交联的酯化反应也非常慢。
此外，所述的适合作为交联剂的化合物包括DE-A-19807502中的2-噁唑烷酮及其衍生物，WO-A-03/031482中的2，3-吗啉二酮及其衍生物，DE-A-19854573中的2-氧代四氢-1，3-噁嗪及其衍生物，DE-A-19854574中的N-酰基噁唑烷-2-酮和DE-A-19807992中的二-和聚噁唑烷-2-酮。事实上，这些化合物确实满足卫生制品应用的要求，但是不能市购而且制备纯化合物也比较困难。
例如，Tetrahedron Letters，1974，第2899-2900页描述了通过在元素硒存在下氧化羰基化二乙醇胺可以获得N-(2-羟乙基)噁唑烷-2-酮。这样的材料不适合用于卫生领域，因为硒有毒。Journal of Organic Chemistry，1961，第3495-3498页教导，通过与三氯乙酸乙酯反应二乙醇胺可以92％的收率转化为N-(2-羟乙基)噁唑烷-2-酮。该方法因材料成本和氯仿副产物的原因不实用。
US-2,437,390公开了通过乙醇胺与碳酸二烷基酯反应制备2-噁唑烷酮。其中碳酸二烷基酯过量使用。释放的醇优选连续蒸除。对2-噁唑烷酮进行蒸馏或再结晶。该方法的缺点是使用昂贵的碳酸二烷基酯。US-4,933,462描述了基于US-2,437,390方法的碳酸二甲酯的用途。
EP-A-0900825描述了2-噁唑烷酮作为交联剂的用途，2-噁唑烷酮已经通过乙醇胺与氰酸钾反应制备。
US-2,755,286教导了通过N-(羟烷基)氨基甲酸羟烷基酯的环化酯交换反应制备2-噁唑烷酮。连续蒸出反应产物且2-噁唑烷酮在馏出物中结晶。2-噁唑烷酮蒸馏需要在1-1.2托压力下不便利地进行，在工业条件下达到所述压力成本高昂。在与较高温度伴随的较高压力下蒸馏产生聚合产物，正如Nippon Kagaku Kaishi，1974，第8卷，第1592-1594页所述。N-(羟烷基)氨基甲酸羟烷基酯可通过2-羟烷基胺与环状碳酸酯反应获得。
JP-61-007260公开了通过乙醇胺与环状碳酸酯在减压下反应制备2-噁唑烷酮，其中形成的二醇可通过蒸馏除去。
JP-60-097967和JP-60-152476描述了乙醇胺与环状碳酸酯反应，其中反应产物利用酸性离子交换树脂提纯。
JP-2002-105064描述了碳酸二烷基酯与乙醇胺在碱金属醇盐存在下的反应。
本发明的目的是提供一种利用后交联剂对吸水性聚合物进行后交联的方法，其中所用的后交联剂一般是专业卫生人员认为安全而同时具有充分的活性并且还合成简单的那些。更特别地，所述后交联剂应具有合成时的形式从而没有必要提纯粗产物，例如通过后交联剂蒸馏或结晶提纯。
本发明的另一个目的是提供一种具有高度储存稳定性的后交联剂混合物。
所述后交联剂必须不例如通过副产物或二级产物导致最终产物变色或有味。
我们已经发现通过提供一种用至少一种后交联剂处理聚合物而对吸水性聚合物后交联的方法实现所述目的，所述至少一种后交联剂为环状氨基甲酸酯或环脲，其中环状氨基甲酸酯或环脲分别通过使氨基醇或二胺与环状碳酸酯反应获得。
优选地，在用至少一种后交联剂处理期间或之后通过升高温度将所述吸水性聚合物后交联和/或干燥。
更优选地，在用至少一种后交联剂处理期间或之后通过升高温度将所述吸水性聚合物干燥并后交联。
优选使用环状氨基甲酸酯。适用的环状氨基甲酸酯包括例如通式I化合物：
Figure C20058002585300061
其中，
R为氢、C1-C12烷基、C2-C12链烯基、C2-C12酰基或C2-C12羟基烷基，其中C3-C12烷基、C3-C12链烯基、C3-C12酰基或C3-C12羟基烷基为支化或未支化的并且C1-C12烷基、C2-C12链烯基、C2-C12酰基或C2-C12羟基烷基是卤素取代或未取代的，卤素为氟、氯、溴和/或碘，和
A为C2-C12亚烷基，其中C3-C12亚烷基为支化或未支化的并且C2-C12亚烷基是卤素取代或未取代的，卤素为氟、氯、溴和/或碘。
R基的实例为氢、甲基、乙基、丙基、丙-2-基(异丙基)、丁基、丁-2-基(异丁基)、戊基、戊-2-基、戊-3-基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、3-甲基戊-2-基、2，2-二甲基丙基、三氟甲基、乙烯基、丙烯-2-基、丁烯-2-基、乙酰基、2-羟乙基、2-羟丙基、3-羟丙基、2-羟丁基、3-羟丁基、4-羟丁基、2-羟基-2-甲基丙基和3-羟基-2-甲基丙基。
A基的实例为：
其中＊表示结合位置。
优选如下的通式I环状氨基甲酸酯，其中R为氢、C1-C6烷基、C2-C6链烯基、C2-C6酰基或C2-C6羟基烷基，其中C3-C6烷基、C3-C6链烯基、C3-C6酰基或C3-C6羟基烷基为支化或未支化的并且C1-C6烷基、C2-C6链烯基、C2-C6酰基或C2-C6羟基烷基是卤素取代或未取代的，卤素为氟、氯、溴和/或碘，并且A为C2-C6亚烷基，其中C3-C6亚烷基为支化或未支化的并且C2-C6亚烷基是卤素取代或未取代的，卤素为氟、氯、溴和/或碘。
特别优选如下的通式I环状氨基甲酸酯，其中R为氢或C2-C6羟基烷基，其中C3-C6羟基烷基为支化或未支化的，并且A为C2-C6亚烷基，其中C3-C6亚烷基为支化或未支化的。
非常特别优选如下的通式I环状氨基甲酸酯，其中R为氢或C2-C3羟基烷基，其中C3羟基烷基为支化或未支化的，并且A为C2-C3亚烷基，其中C3亚烷基为支化或未支化的。
2-羟乙基、2-羟丙基和3-羟丙基是非常特别优选的R基。
通式I化合物优选是5-或6-元环。
2-噁唑烷酮、2-羟乙基噁唑烷-2-酮、3-羟乙基噁唑烷-2-酮、2-羟丙基噁唑烷-2-酮和2-氧代四氢-1，3-噁嗪是优选的环状氨基甲酸酯。
环状氨基甲酸酯通过氨基醇与环状碳酸酯的热反应制备。适用的环状碳酸酯例如包括：1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、4-甲基-1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、4，5-二甲基-1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、4，4-二甲基-1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、4-乙基-1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、4-羟甲基-1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、1，3-二噁烷-2-酮、4-甲基-1，3-二噁烷-2-酮、5-甲基-1，3-二噁烷-2-酮、5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-酮、4，6-二甲基-1，3-二噁烷-2-酮和1，3-二氧杂环庚烷-2-酮。适用的氨基醇包括例如乙醇胺、二乙醇胺和N-羟乙基丙醇胺。反应温度一般为80-200℃，优选100-150℃，更优选110-130℃。所述反应可以在减压、过压或大气压力下进行，优选大气压力。优选地，在反应过程中由环状碳酸酯释放的二醇不在反应期间蒸馏除去。
所述反应当然可通过连续蒸除反应期间释放的二醇促进，优选在与期望的反应温度相适应的压力下进行。
有利的是使用碱性催化剂，例如氢氧化钠、氢氧化钾、乙醇钠、碳酸钠和碳酸钾。这样即使在较低的反应温度下也充分地保证高反应速率，并且使产物变色降到最低。当使用碱性催化剂时，反应温度一般为60-180℃，优选70-140℃，更优选90-110℃。
其中链烷醇基团可以相同或不同的二链烷醇胺，几乎定量反应，因此优选用作原料，适用的二链烷醇胺包括N，N-二(2-乙醇)胺、N，N-二(2-丙醇)胺、N，N-二(3-丙醇)胺、N，N-二(2-丁醇)胺、N，N-二(3-丁醇)胺、N-乙醇-N-(2-丙醇)胺、N-(2-乙醇)-N-(2-丁醇)胺和N-(2-丙醇)-N-(2-丁醇)胺。优选N，N-二(2-乙醇)胺或二乙醇胺。
合成时的粗产物无色且不包含任何有气味的副产物或二级产物，因此可直接用于后交联。
当反应过程中由环状碳酸酯释放的二醇是乙二醇类(邻位二醇)时，优选蒸除到实质程度该二醇，即在反应结束后蒸除不低于70％，优选不低于80％，更优选不低于90％。
当反应过程中由环状碳酸酯释放的二醇是n，m二醇时，其中m＞n且m-n＞1，优选不以任何实质程度蒸除该二醇，即在反应结束后蒸除不超过40％，优选不超过20％，更优选不超过10％。
环状氨基甲酸酯一般不进一步提纯，即不蒸馏或再结晶，特别是当作为副产物产生的二醇既不妨碍后交联也不导致气味问题时。
环脲可以与环状氨基甲酸酯相似地制备和使用。
环状氨基甲酸酯优选以惰性溶剂中的溶液形式使用。优选的惰性溶剂是水或水与醇的混合物。但是，可以使用任何可与水以任何比例溶混且本身在所述方法条件下不具有反应性的有机溶剂。当使用醇-水混合物时，该溶液中的醇含量例如为10-90重量％，优选15-70重量％，尤其为20-60重量％。任何可与水以任何比例溶混的醇可作为多种醇的混合物(例如甲醇+异丙醇+水)使用。醇混合物可以以任何期望的比例包含醇。但是，特别优选使用下述水溶液形式的醇：甲醇、乙醇、正丙醇、具有至多20个EO单元的聚乙二醇、丙烷-1，3-二醇、2-甲基丙烷-1，3-二醇、2，2-二甲基丙烷-1，3-二醇、丁烷-1，4-二醇，更优选异丙醇。
可以理解的是，后交联剂可作为非水溶液使用。在这种情况下，将干燥的水凝胶在用后交联剂溶液喷雾之前、期间或之后用水湿润。
本发明方法可以单独使用环状氨基甲酸酯或与其他后交联剂组合使用，例如乙二醇二缩水甘油醚、二甘醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、二丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、丙三醇二缩水甘油醚、聚丙三醇二缩水甘油醚、表氯醇、乙二胺(etylenediamine)、乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、聚丙二醇、丁二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、双酚A、丙三醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨糖醇、二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺。
在后交联中另外使用多价阳离子盐可能是优选的。多价阳离子的实例为二价阳离子如锌、镁、钙、钡和锶的阳离子，三价阳离子如铝、铁、铬、稀土元素和锰的阳离子，四价阳离子如钛和锆的阳离子。可能的平衡离子包括氯离子、溴离子、硫酸根、硫酸氢根、碳酸根、碳酸氢根、硝酸根、磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根和羧酸根如乙酸根和乳酸根。优选硫酸铝。进一步优选的是磷酸钙、硫酸钙和硫酸钡的分散体。
优选的实施方案同时使用环状氨基甲酸酯和二醇。适用的二醇包括C2-C12二醇，其中C3-C12二醇是支化或未支化的。有利地，在制备环状氨基甲酸酯的过程中由环状碳酸酯释放的二醇至少部分保留在粗产物中，所述粗产物可不经进一步提纯，优选直接使用。
优选的二醇包括C2-C6二醇，其中C3-C6二醇是支化或未支化的。
非常特别优选的是非乙二醇类(邻位二醇)二醇，例如丙烷-1，3-二醇、丁烷-1，3-二醇、2-甲基丙烷-1，3-二醇2，2-二甲基丙烷-1，3-二醇和丁烷-1，4-二醇。
乙二醇类在后交联条件下至少一定程度转化为有气味的产物，例如，丙二醇在160℃下产生丙酮，丙酮在超吸收剂的湿润下释放并产生讨厌的气味。
特别优选的实施方案同时使用环状氨基甲酸酯与有机碳酸酯，优选环状碳酸酯。适用的环状碳酸酯例如包括，1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、4-甲基-1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、4，5-二甲基-1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、4，4-二甲基-1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、4-乙基-1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、4-羟甲基-1，3-二氧杂环戊烷-2-酮、1，3-二噁烷-2-酮、4-甲基-1，3-二噁烷-2-酮、5-甲基-1，3-二噁烷-2-酮、5，5-二甲基-1，3-二噁烷-2-酮、4，6-二甲基-1，3-二噁烷-2-酮和1，3-二氧杂环庚烷-2-酮。有利地，使用过量的环状碳酸酯制备环状氨基甲酸酯，前者至少一定程度，优选几乎全部保留在粗产物中。几乎全部应理解为表示粗产物的环状碳酸酯含量仅降低到下述条件下不可避免的程度：将不低于70％，优选不低于80％，更优选不低于90％的在环状氨基甲酸酯制备中释放的二醇蒸除。某些环状碳酸酯在二醇的蒸馏过程中作为夹带物带出。
后交联溶液优选以适当的喷雾混合器喷涂到聚合物上。喷涂后，热干燥聚合物粉末，交联反应不仅可以在干燥之前而且还可以在干燥期间进行。优选在反应混合器或混合及干燥系统中喷雾施加交联剂溶液，例如
Figure C20058002585300101
混合器、
Figure C20058002585300102
混合器、
Figure C20058002585300103
混合器、
Figure C20058002585300104
混合器或此外，也可以使用流化床干燥器。后交联和干燥温度范围优选为30-210℃，尤其为80-195℃，更优选为120-185℃。
干燥可以在混合器本身中通过加热外壳或将热空气吹入混合器进行。同样可以使用下游干燥器如盘式干燥器、旋转管炉或可加热螺杆。但是，还可以使用例如共沸蒸馏作为干燥方法。该温度下在反应混合器或干燥器内的优选停留时间少于120分钟，更优选少于90分钟，最优选少于60分钟。
环状氨基甲酸酯在其中的用量基于所用聚合物为0.01-5重量％，优选0.01-1.0重量％，更优选0.05-0.5重量％。
多价阳离子的用量基于所用聚合物为的0-0.5重量％，优选0.005-0.1重量％，更优选0.03-0.08重量％。
当环状氨基甲酸酯与二醇一起使用时，二醇与氨基甲酸酯的摩尔比一般为1∶50-2∶1，优选1∶10-1.5∶1，更优选1∶2.5-1.1∶1。
当环状氨基甲酸酯与有机碳酸酯一起使用时，氨基甲酸酯与碳酸酯的摩尔比一般为1000∶1-2∶1，优选200∶1-5∶1，更优选40∶1-10∶1。
非常特别优选的实施方案利用后交联剂溶液，即所述后交联剂溶液以及环状氨基甲酸酯，包含所有其他组分，例如溶剂，其他的后交联剂、多价阳离子、二醇、表面活性剂如单月桂酸失水山梨醇酯、可分散的无机粉末如热解法二氧化硅和磷酸钙，和/或有机碳酸酯。
有机碳酸酯尤其增强后交联剂溶液在储存过程中的稳定性。
本发明的另一优选实施方案以基于聚合物质量为0.5-20重量％的比例使用后交联剂溶液。特别优选的是，溶液的量基于聚合物为1-10重量％。
在本发明方法中使用的吸水性聚合物特别为交联共聚的亲水性单体聚合物、聚天冬氨酸、一种或多种亲水性单体在适当接枝基质上的接枝(共)聚合物、交联的纤维素醚、交联的淀粉醚或在水性流体中能够溶胀的天然产物如胍衍生物。优选地，待交联聚合物是包含由丙烯酸或丙烯酸酯衍生的结构单元的聚合物或通过将丙烯酸或丙烯酸酯接技共聚到水溶性聚合物基体上获得的聚合物。这些水凝胶是本领域熟练技术人员公知的并且已经例如描述于US-4286082、DE-C-2706135、US-A-4340706、DE-C-3713601、DE-C-2840010、DE-A-4344548、DE-A-4020780、DE-A-4015085、DE-A-3917846、DE-A-3807289、DE-A-3533337、DE-A-3503458、DE-A-4244548、DE-A-4219607、DE-A-4021847、DE-A-3831261、DE-A-3511086、DE-A-3118172、DE-A-3028043、DE-A-4418881、EP-A-0801483、EP-A-0455985、EP-A-0467073、EP-A-0312952、EP-A-0205874、EP-A-0499774、DE-A 2612846、DE-A-4020780、EP-A-0205674、US-A-5145906、EP-A-0530438、EP-A-0670073、US-A-4057521、US-A-4062817、US-A-4525527、US-A-4295987、US-A-5011892、US-A-4076663或US-A-4931497。
适合制备这些吸水性聚合物的亲水性单体实例为可聚合酸，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸、包括其酸酐的马来酸、富马酸、衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙膦酸和它们的酰胺、羟烷基酯和含氨基或含氨(ammonio)的酯、以及酸官能单体的酰胺以及碱金属和/或铵盐。还合适的是水溶性的N-乙烯基酰胺如N-乙烯基甲酰胺或二烯丙基二甲基氯化铵。优选的亲水性单体是通式II化合物：
Figure C20058002585300121
其中
R1为氢、甲基、乙基或羧基，
R2为-COOR4、羟基磺酰基或膦酰基，C1-C4链烷醇酯化的膦酰基或式III基团：
Figure C20058002585300122
R3为氢、甲基或乙基，
R4为氢、C1-C4氨基烷基、C1-C4羟烷基、碱金属离子或铵离子，并且R5为磺酰基、膦酰基或羧基或他们的碱金属或铵盐。
C1-C4链烷醇的实例为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇或正丁醇。
特别优选的亲水性单体为丙烯酸和甲基丙烯酸以及他们的碱金属或铵盐，例如丙烯酸钠、丙烯酸钾或丙烯酸铵。
对于可通过烯属不饱和酸或他们的碱金属或铵盐共聚获得的吸水性聚合物而言，合适的接枝基质可具有天然或合成物质来源。实例为淀粉、纤维素或纤维素衍生物以及其他的多糖和低聚糖，聚氧化烯，特别是聚氧化乙烯和聚氧化丙烯，以及亲水性聚脂。
合适的聚氧化烯具有例如式IV结构：
Figure C20058002585300131
其中，
R6和R7彼此独立地为氢、烷基、链烯基或芳基，
R8为氢或甲基，并且
p为1-500的整数。
R6和R7各自优选为氢、C1-C4烷基、C2-C6链烯基或苯基。
优选的吸水性聚合物特别为聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯以及在US-4,931,497、US-5,011,892和US-5,041,496中描述的接枝聚合物。
吸水性聚合物优选为交联的形式；换句话说，他们包括具有至少两个已经共聚入聚合物网络的双键的化合物。合适的交联剂尤其为N，N’-亚甲基二丙烯酰胺和N，N’-亚甲基二甲基丙烯酰胺，多元醇的不饱和单或多羧酸的酯，例如二丙烯酸酯或三丙烯酸酯，实例为丁二醇和乙二醇的二丙烯酸酯和二甲基丙烯酸酯以及三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和烯丙基化合物如(甲基)丙烯酸烯丙基酯、氰尿酸三烯丙基酯、马来酸二烯丙基酯、多烯丙基酯、四烯丙氧基乙烷、三烯丙基胺、四烯丙基乙二胺、磷酸的烯丙基酯以及例如在EP-A-0343427描述的乙烯基膦酸衍生物。本发明方法还可以使用聚乙二醇的二甲基丙烯酸酯，所用的聚乙二醇具有300-1000的分子量。多元乙氧基化的三羟甲基丙烷或三羟甲基乙烷的二-和/或三甲基丙烯酸酯也是适用的。5-30元(tuply)乙氧基化的三羟甲基丙烷或三羟甲基乙烷的三甲基丙烯酸酯是特别适用的。10-20元乙氧基化的三羟甲基丙烷或三羟甲基乙烷的三甲基丙烯酸酯甚至更适用。13-18元乙氧基化的三羟甲基丙烷或三羟甲基乙烷的三丙烯酸酯是最适用的。
本发明方法可进一步使用利用聚烯丙基醚作为交联剂并且通过丙烯酸酸性均聚获得的水凝胶。适用的交联剂包括季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇四烯丙基醚、聚乙二醇二烯丙基醚、单乙二醇二烯丙基醚、丙三醇二烯丙基醚、丙三醇三烯丙基醚、基于山梨糖醇的聚烯丙基醚以及他们的乙氧基化形式。
特别优选的交联剂是二-或三(甲基)丙烯酸化的多元乙氧基化和/或丙氧基化的丙三醇，如在先德国专利申请10319462.2所述。3-10元乙氧基化的丙三醇的二-和/或三甲基丙烯酸酯是特别有利的。1-5元乙氧基化和/或丙氧基化的丙三醇的二-或三甲基丙烯酸酯是非常特别优选的。3-5元乙氧基化或丙氧基化的丙三醇的三甲基丙烯酸酯是最优选的。
可以在本发明方法中应用的制备基础聚合物的优选方法描述于“Modern Superabsorbent Polymer Technology”，F.L.Buchholz和A.T.Graham，Wiley-VCH，1998，第77-84页。特别优选的是例如WO-A-01/38402所述在捏合机或例如EP-A-0955086所述在带式反应器上生产的基础聚合物。
所述吸水性聚合物优选是聚丙烯酸或聚丙烯酸酯。该吸水性聚合物可依照文献报道的方法制备。优选包含0.001-10mol％，优选0.01-1mol％交联单体的聚合物，但是最优选的是利用另外带有至少一个自由羟基的多官能烯属不饱和自由基交联剂(例如季戊四醇三烯丙基醚或三羟甲基丙烷二烯丙基醚)通过自由基聚合获得的聚合物。
吸水性聚合物可通过常规聚合方法制备。优选通过被称为凝胶聚合的方法在水溶液中的加成聚合。在该方法中，一种或多种亲水性单体和，如果合适的话，合适的接枝基质的15-50重量％水溶液在自由基引发剂存在下利用Trommsdorff-Norrish作用(Makromol.Chem.1，169(1947))聚合，优选无机械混合。所述加成聚合反应可以在0-150℃，优选10-100℃的温度、大气压力或升高或降低的压力下进行。按照惯例，加成聚合还可以在保护气氛，优选氮气氛下进行。所述加成聚合反应可以利用高能电磁辐射或常规化学加成聚合引发剂引发，其中所述引发剂例如为有机过氧化物，例如过氧化苯甲酰、氢过氧化叔丁基、过氧化甲基乙基酮、氢过氧化枯烯，偶氮化合物如偶氮二异丁腈和无机过氧化化合物如(NH4)2S2O8、K2S2O8或H2O2。如果合适的话，他们可与还原剂组合使用，如亚硫酸氢钠和硫酸铁(II)或还原组分如下所述的氧化还原体系，其中还原组分为脂族和芳族亚磺酸，例如苯亚磺酸和甲苯亚磺酸或他们的衍生物，例如亚磺酸、醛和氨基化合物的曼尼希加合物，如DE-A-1301566所述。聚合物的性能特征可通过在50-130℃，优选70-100℃温度下后加热所述聚合物凝胶数小时而进一步改进。
基于所用单体，将获得的凝胶中和到例如0-100mol％，优选25-100mol％，非常优选50-85mol％，对此可使用常规中和剂，优选碱金属氢氧化物或氧化物，但是非常优选氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠。
中和一般通过使中和剂作为水溶液或优选作为固体混合而进行。为此，将所述凝胶利用例如绞肉机机械粉碎，并且将中和剂喷到、分散到或倾倒其上，然后小心地混入。为了实现均匀化，可使所获得的凝胶体多次通过绞肉机。然后利用带式或转鼓式干燥器干燥中和的凝胶直到残余水分含量低于10重量％，尤其低于5重量％。随后磨细并且筛分干燥的水凝胶，常规的研磨设备为辊磨机、针式磨或摆动磨。筛分过的聚合物粒度优选为45-1000μm，更优选45-850μm，甚至更优选100-800μm，并且进一步优选100-700μm。进一步优选的是其中不少于97重量％的颗粒具有150-600μm直径的水凝胶。特别优选的是其中不少于97重量％的颗粒具有150-600μm直径并且直径在500-600μm的颗粒比例不超过10重量％的水凝胶。
本发明进一步提供了一种制备卫生制品，优选尿布的方法，其中包括用至少一种后交联剂处理聚合物使吸水性聚合物后交联，所述至少一种后交联剂为环状氨基甲酸酯或环脲，其中环状氨基甲酸酯或环脲分别通过使氨基醇或二胺与环状碳酸酯反应获得。
本发明进一步提供了包含n，m-二醇和环状氨基甲酸酯的混合物A，其中m＞n且m-n＞1，n，m-二醇与氨基甲酸酯的摩尔为1.1∶1-1∶2.5，还提供了他们利用上述方法的制备及其用于后交联吸水性聚合物的用途。
本发明进一步提供了包含二醇、环状氨基甲酸酯和环状碳酸酯的混合物B，其中所述环状氨基甲酸酯在氮原子上具有羟烷基并且氨基甲酸酯与碳酸酯的摩尔比为1000∶1-5∶1，优选200∶1-5∶1，更优选40∶1-10∶1，还通过了他们利用上述方法的制备及其用于后交联吸水性聚合物的用途。
上述两种本发明混合物包含溶剂，优选以50-99重量％，优选60-98重量％，更优选70-97重量％的量包含溶剂。水是优选溶剂。
混合物A和/或B包含多价阳离子，优选包含的量为0-5重量％，优选0.01-2重量％，更优选0.1-1.0重量％。Al3+是优选的多价阳离子。
混合物A和/或B包含至少一种表面活性剂，优选包含的量为0-4重量％，优选0.01-2重量％，更优选0.1-1重量％。山梨糖醇单月桂酸酯是优选的表面活性剂。
混合物A和/或B包含至少一种一元醇，优选包含的量为0-60重量％，优选0-40重量％，更优选20-40重量％。异丙醇是优选的醇。
本发明进一步提供了混合物A和B的制备，他们用于后交联吸水性聚合物的用途以及由此获得的后交联聚合物。
本发明后交联吸水性聚合物的CRC值[g/g]可利用说明部分指出的方法测定并且优选大于15，尤其是大于20，更优选大于25，特别是大于30，甚至更优选大于35。
本发明后交联吸水性聚合物的AUL 0.7psi值[g/g]可利用说明部分指出的方法测定并且优选大于10，尤其是大于15，更优选大于20，特别是大于25，甚至更优选大于30。
本发明后交联吸水性聚合物的可萃取物含量[重量％]可利用说明部分指出的方法测定并且优选小于15，尤其是小于12，更优选小于10，特别是小于8，甚至更优选小于7。
本发明后交联吸水性聚合物的未转化的烯属不饱和单体水平[重量ppm]可利用说明部分指出的方法测定并且优选低于500，尤其是低于400，更优选低于300，特别是低于200，甚至更优选低于100。
本发明进一步提供了用混合物A或B后交联的后交联聚合物在卫生制品和包装材料，特别是尿布中的用途以及卫生制品本身。例如，卫生制品可如下构造：
(A)可渗透液体的面层，
(B)不可渗透液体的背层，
(C)位于(A)和(B)之间且包含如下成分的芯：
10-100重量％本发明的交联可溶胀水凝胶形成聚合物，0-90重量％亲水性纤维材料，
优选30-100重量％本发明的交联可溶胀水凝胶形成聚合物，0-70重量％亲水性纤维材料，
更优选50-100重量％本发明的交联可溶胀水凝胶形成聚合物，0-50重量％亲水性纤维材料，
甚至更优选70-100重量％本发明的交联可溶胀水凝胶形成聚合物，0-30重量％亲水性纤维材料，
最优选90-100重量％本发明的交联可溶胀水凝胶形成聚合物，0-10重量％亲水性纤维材料，
(D)如果合适的话，直接位于芯(C)之上和之下的棉纸层和
(E)如果合适的话，位于(A)和(C)之间的获取层。
对本发明而言，卫生制品包括例如成人失禁垫和失禁内裤或婴儿尿布。
可渗透液体的面层(A)为与皮肤直接接触的层。其材料由常规合成或人造天然-聚合物纤维或聚酯膜、聚烯烃、人造丝或天然纤维如棉组成。在无纺材料情况下，纤维一般利用粘合剂如聚丙烯酸酯结合在一起。优选的材料是聚酯、人造丝和他们的共混体、聚乙烯和聚丙烯。可渗透液体层的实例描述于WO 99/57355和EP-A-1023883。
不可渗透液体层(B)通常由聚乙烯或聚丙烯膜/片组成。
芯(C)，以及本发明的交联可溶胀水凝胶形成聚合物包含亲水性纤维材料。亲水性意味着水性流体在纤维上迅速扩散。
所述纤维材料通常为纤维素、改性纤维素、人造丝、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯。特别优选纤维质纤维如化学纸浆。纤维直径一般为1-200μm，优选10-100μm。所述纤维还具有最小长度1mm。
尿布结构和形状是普通常识且例如描述于WO 95/26209第66页34行至第69页11行、WO-A-03/104300、DE-A-19604601、EP-A-0316518和EP-A-0202127。
为了确定表面后交联的质量，利用下述实验方法测试干燥的水凝胶。方法：
离心保持能力(CRC)
该方法测定吸水性聚合物在茶袋中的自由膨胀能力。为了测定CRC，称取0.2000±0.0050g干燥聚合物放入尺寸为60x85mm的茶袋中，然后填充该茶袋。将该茶袋在过量0.9重量％氯化钠溶液中(至少0.83L氯化钠溶液/1g聚合物粉末)放置30分钟。该茶袋随后在250G下离心3分钟。通过称量离心过的茶袋重量确定水凝胶保持的液体量。
离心保持能力还可以利用EDANA(European Disposables andNonwovens Association)推荐的离心保持能力测试方法No.441.2-02测定。
负载下的吸收率(AUL)0.7psi(4830Pa)
测定AUL 0.7psi值的测量元件是内径60mm，高50mm的有机玻璃(Plexiglas)圆筒。下面粘附一个筛度为36μm的不锈钢筛底。该测量元件还包括直径为59mm的塑料盘和可以与塑料盘一起放入测量元件的砝码。塑料盘与砝码合计重1344g。AUL 0.7psi通过测量空有机玻璃圆筒和塑料盘重量并记录为W0而确定。然后称取0.900±0.005g干燥聚合物放入有机玻璃圆筒并且非常均匀地分散于不锈钢筛底上。然后小心地将塑料盘放入有机玻璃圆筒内，称重整个单元并将该重量记录为Wa。然后将砝码放到有机玻璃圆筒内的塑料盘上。
然后将直径120mm，高10mm且孔隙率为0的陶瓷过滤片置于直径200mm，高30mm的陪替氏培养皿的中间并且引入充足的0.9重量％氯化钠溶液使液体表面与过滤片持平且不会湿润过滤片表面。随后将直径90mm，孔径＜20μm的圆形滤纸(S&S 589Schwarzband，来自Schleicher&Schüll)置于陶瓷片上。然后，将容纳吸水性聚合物的有机玻璃圆筒与塑料盘和砝码一起置于滤纸上面并静置60分钟。最后，整个单元脱离滤纸从陪替氏培养皿中取出，然后将砝码从有机玻璃圆筒移出。将容纳溶胀水凝胶的有机玻璃圆筒与塑料盘一起称重并且将该重量记录为Wb。
负载下的吸收率(AUL)计算如下：
AUL 0.7psi[g/g]＝[Wb-Wa]/[Wa-W0]
负载下的吸收率还可以利用EDANA(European Disposables andNonwovens Association)推荐的压力下的吸收测试方法No.442.2-02测定。
负载下的吸收率(AUL)0.3psi(2070Pa)
依照与AUL 0.3psi类似的方法进行测量。塑料盘与砝码的重量一起为576g。
16小时可萃取物
吸水性聚合物中的可萃取成分水平通过利用EDANA(EuropeanDisposables and Nonwovens Association)推荐的电势滴定测试方法No.470.2-02测量可萃取聚合物含量确定。
水性萃取物的表面张力
称取0.50g干燥聚合物放入小玻璃烧杯中并且与40mL 0.9重量％氯化钠溶液混合。用磁性搅拌棒以500rpm搅拌该玻璃杯内容物3分钟，然后使其沉降2分钟。最后，用K10-ST数字张力仪或相当的包含铂板的仪器(来自Kruess)测量上层清液的表面张力。
残余单体
吸水性聚合物中未转化的烯属不饱和单体的水平可利用EDANA(European Disposables and Nonwovens Association)推荐的残余单体测试方法No.410.2-02测定。
盐水流动传导率(SFC)
溶胀凝胶层在0.3psi(2070Pa)保持压力下的盐水流动传导率如EP-A-0640330所述按照与超吸收性聚合物溶胀凝胶层的凝胶层渗透性相同的方式测定，但是对先前引用的专利申请的第19页和图8描述的设备进行改进，不再使用玻璃料(40)，活塞(39)用与圆筒(37)相同的塑料制备并且包含21个孔径相同且均匀分布于整个接触面的孔。与EP-A-0640330相比，测量程序以及测量评估保持不变。自动记录流速。
盐水流动传导率(SFC)如下计算：
SFC[cm3s/g]＝(Fg(t＝0)xL0)/(dxAxWP)，
其中Fg(t＝0)是通过对外推到t＝0由流速测定数据Fg(t)的线性回归分析获得的NaCl溶液的流速(g/s)；L0是凝胶层的厚度(cm)；d是NaCl溶液的密度(g/cm3)；A是凝胶层的面积(cm2)；WP是凝胶层上的静压(dyn/cm2)
色数
色数可依照ASTM D 1209测定。
气味实验
为了评定溶胀吸水性聚合物的气味，称取2.0g干燥水凝胶放入50mL玻璃烧杯中。然后在23℃下加入20g 0.9重量％氯化钠溶液。气密密封该容纳溶胀吸水性聚合物的玻璃烧杯并静置3分钟。之后，除去密封并且对气味进行评定。各样品由至少3名评定人员检测，各样品应独立制备。
实施例
实施例1：
制备作为丙二醇中的溶液的N-(2-羟乙基)噁唑烷-2-酮
在23℃和氮气氛下提供5.1mol碳酸亚丙酯作为初始进料。在搅拌下经30-120分钟加入5mol二乙醇胺，反应混合物温度升高。当添加完成后，在10-120分钟内将混合物加热到120℃并在120℃下搅拌12小时。超过98％的二乙醇胺被转化，获得的溶液包含60-63重量％N-(2-羟乙基)噁唑烷-2-酮。
实施例2：
制备作为丙二醇中的溶液的N-(2-羟乙基)-噁唑烷-2-酮，随后蒸馏
在23℃和氮气氛下提供5.1mol碳酸亚丙酯作为初始进料。在搅拌下经30-120分钟加入5mol二乙醇胺，反应混合物温度升高。当添加完成后，在10-120分钟内将混合物加热到120℃并在120℃下搅拌2小时。然后施加10-20毫巴真空，将温度由120℃升高到160℃并且蒸除丙二醇。几乎定量获得的作为未馏出底部产物的N-(2-羟乙基)-噁唑烷-2-酮包含96-98重量％有价值产物并且具有0-15的黑氏色值(Hazen color number)。
实施例3：
通过NaOH催化制备作为丙二醇中的溶液的N-(2-羟乙基)噁唑烷-2-酮
在23℃和氮气氛下提供5.1mol碳酸亚丙酯作为初始进料。在搅拌下经30-120分钟加入5mol二乙醇胺，反应混合物温度升高。当添加完成后，在10-120分钟内将混合物加热到100℃。在100℃下，加入2.5mol％固体形式的NaOH，然后在100℃下将该批料搅拌2小时。超过98％的二乙醇胺被转化，获得的溶液包含60-63重量％N-(2-羟乙基)噁唑烷-2-酮。该有价值产物具有0-5的黑氏色值。
实施例4：
通过NaOH催化制备作为丙二醇中的溶液的N-(2-羟乙基)噁唑烷-2-酮，随后蒸馏
在23℃和氮气氛下提供5.1mol碳酸亚丙酯作为初始进料。在搅拌下经30-120分钟加入5mol二乙醇胺，反应混合物温度升高。当添加完成后，在10-120分钟内将混合物加热到100℃。在100℃下，加入2.5mol％固体形式的NaOH，然后在100℃下将该批料搅拌2小时。然后施加10-20毫巴真空，将温度由100℃升高到160℃并且蒸除丙二醇。几乎定量获得的作为未馏出底部产物的N-(2-羟乙基)噁唑烷-2-酮包含96-98重量％有价值产物并且具有0-25的黑氏色值。
实施例5：
制备作为1，3-丙二醇中的溶液的N-(2-羟乙基)噁唑烷-2-酮
重复实施例1，但是用1，3-二噁烷-2-酮替代碳酸亚丙酯。二乙醇胺的转化率＞98％。
实施例6：
通过NaOH催化制备作为1，3-丙二醇中的溶液的N-(2-羟乙基)噁唑烷-2-酮
重复实施例3，但是用1，3-二噁烷-2-酮替代碳酸亚丙酯。二乙醇胺的转化率＞98％。
涉及超吸收剂生产的实施例
实施例7：
生产基础聚合物
在容积5升的
Figure C20058002585300211
VT 5R-MK梨头捏合机中装入460g去离子水、213.9g丙烯酸、1924.9g 37.3重量％丙烯酸钠溶液(100mol％中和)以及2.29g交联剂丙三醇-3EO-三丙烯酸酯(总计三元乙氧基化甘油的三丙烯酸酯)。该初始装料通过氮气从中鼓泡惰性化20分钟。之后在约20℃下通过加入2.139g溶于12.12g水中的过硫酸钠(稀释水溶液)、0.046g溶于9.12g水中的抗坏血酸以及0.127g溶于1.15g水中的30重量％过氧化氢引发。引发后，回路控制的加热套的温度接近反应器内的反应温度。然后，最终获得的易碎凝胶在160℃下在空气流通干燥箱中干燥约3小时。
研磨干燥的基础聚合物并通过筛除过大和过小尺寸的颗粒分选出150-850μm的颗粒。
该基础聚合物具有如下性能：
CRC＝34g/g
AUL 0.3psi＝13g/g
16小时可萃取物＝8.1重量％
残余水分＝1.9重量％
水性萃取物的表面张力＝0.0715N/m
实施例8-14：
将来自实施例7的基础聚合物后交联
将20g来自实施例7的聚合物(通过筛分归类为300-850μm)引入配备有具有钝混合刀片附加装置的Waring实验室混合器中。然后，利用注射器通过中等旋转速率的混合附加装置盖子中的孔在搅拌下逐渐注入正好0.80g后交联溶液以便使聚合物尽可能均匀地湿润。
所述后交联溶液具有表1所述的组分。在各种情况下，使用实施例中描述的最终产物。
表1：后交联溶液
  实施例   异丙醇＊   水＊   后交联剂＊
  8   1.146   2.674   0.18(实施例3)
  9   1.170   2.730   0.10(实施例4)
  10   1.146   2.674   0.18(实施例1)
  11   1.170   2.730   0.10(实施例2)
  12   1.146   2.674   0.18(实施例6)
  13   1.170   2.730   0.10(实施例6)
  14   1.146   2.674   0.18(实施例5)
＊)所有以重量％表示的量均基于所用聚合物。
该潮湿的聚合物通过在混合器中简单搅拌均化，然后在175℃下在表面皿上在空气流通干燥箱中热处理60分钟。接着通过850μm的筛筛分以除去形成的聚集体。
后交联的聚合物性能列于表2。
表2：后交联的聚合物
  实施例   CRC[g/g]   AUL 0.7[g/g]   16小时可萃取物[重量％]   SFC[10<sup>-7</sup>cm<sup>3</sup>s/g]   水性萃取物的表面张力[N/m]   湿润过程中的气味
  8   27.5   22.9   7.2   105   0.072   轻微酒味
  9   27.9   23.0   7.1   100   0.072   几乎无味
  10   27.4   23.1   6.9   103   0.072   轻微酒味
  11   28.0   23.0   7.2   107   0.072   几乎无味
  12   26.6   22.0   7.3   113   0.072   极轻
  13   27.0   22.7   7.3   114   0.073   极轻
  14   26.8   22.2   7.0   110   0.072   极轻
＊)所有以重量％表示的量均基于所用聚合物。

Claims (19)

1.一种后交联吸水性聚合物的方法，其中用至少一种后交联剂处理聚合物并且在处理期间或之后通过升高温度进行后交联和干燥，所述至少一种后交联剂为环状氨基甲酸酯或环脲，其中环状氨基甲酸酯或环脲分别通过使氨基醇或二胺与环状碳酸酯反应获得，且由环状碳酸酯释放n，m-二醇，其中m＞n且m-n＞1。
2.如权利要求1所述的方法，其中用至少一种后交联剂处理的聚合物在处理期间或之后通过升高温度后交联。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中用至少一种后交联剂处理的聚合物在处理期间或之后干燥。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中后交联剂是环状氨基甲酸酯，且其与m，n-二醇一起使用。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述二醇与氨基甲酸酯的摩尔比为1.1∶1-1∶2.5。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中所述环状氨基甲酸酯或环脲在氮原子上具有羟烷基。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中所述环状氨基甲酸酯或环脲与环状碳酸酯一起使用。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中在氨基醇与环状碳酸酯的反应中使用碱性催化剂。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述碱性催化剂为氢氧化钠。
10.一种制备卫生制品的方法，其包括根据权利要求1-9中任意一项所述的方法后交联吸水性聚合物。
11.一种包含n，m-二醇和环状氨基甲酸酯的混合物，其中m＞n且m-n＞1，所述二醇与氨基甲酸酯的摩尔为1.1∶1-1∶2.5。
12.一种包含二醇、环状氨基甲酸酯和环状碳酸酯的混合物，所述环状氨基甲酸酯在氮原子上具有羟烷基。
13.一种制备如权利要求11或12所述的混合物的方法，其包括使氨基醇与环状碳酸酯反应，所述二醇由环状碳酸酯释放。
14.如权利要求11或12所述的混合物用于后交联吸水性聚合物的用途。
15.通过用如权利要求11或12所述的混合物后交联获得的吸水性聚合物。
16.如权利要求15所述的聚合物，其具有的离心保持能力不低于25g/g和/或在4830Pa负载下的吸收率不低于20g/g和/或可萃取物含量低于10重量％。
17.如权利要求15或16所述的聚合物，其包含低于500重量ppm的未转化的烯属不饱和单体。
18.如权利要求15-17中任意一项所述的吸水性聚合物在卫生制品和包装材料中的用途。
19.一种包含如要求15-17中任意一项所述的吸水性聚合物的卫生制品。
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