超吸收性聚合物及其制備方法
【專利說明】
[0001] 發明的詳細說明
技術領域
[0002] 本發明涉及超吸收性聚合物及其制備方法，并且更特別地，涉及具有優異的液體 滲透性而其他物理特性不降低的超吸收性聚合物及其制備方法。
[0003] 該申請要求在2013年9月30日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請No . 10-2013-0116682的權益，其公開內容通過引用整體并入本文。
【背景技術】
[0004] 超吸收性聚合物（super absorbent polymer，SAP)是一種能夠吸收其自身重量的 500倍至1000倍的水分的合成聚合物材料。各制造商將其命名為不同的名稱，例如SAM (Super Absorbency Material，超吸收性材料）、AGM(Absorbent Gel Material，吸收性凝 膠材料)等。自這種超吸收性聚合物開始被實際應用于衛生用品起，如今其已不僅廣泛用于 諸如一次性兒童尿布等的衛生用品，而且還用于園藝用保水性土產品、土木工程和建筑用 止水材料、育苗用片材、食品流通領域中的保鮮劑和泥敷劑用材料等。
[0005] 作為這種超吸收性聚合物的制備方法，已知通過反相懸浮聚合進行的方法和通過 溶液聚合進行的方法。例如，日本專利特許公開如.356-161408、357-158209和357-198714 公開了反相懸浮聚合。通過溶液聚合的方法進一步包括:熱聚合法，其中使聚合凝膠聚合， 同時在配備有多個軸的捏合機中將其粉碎并冷卻；和光聚合法，其中用UV線照射帶上的高 濃度水溶液以使其同時聚合并干燥。
[0006] 由此通過聚合反應獲得的水凝膠聚合物通常在干燥過程和粉碎過程之后以粉末 形式出售。
[0007] 同時，在超吸收性聚合物的制備方法中，產生了水溶性組分，即未交聯聚合物。高 含量的水溶性組分使超吸收性聚合物的液體吸收性增加。然而，當超吸收性聚合物與液體 接觸時，超吸收性聚合物易于被洗脫出來而使得表面變粘或者與皮膚接觸時產生不利效 果。此外，如果水溶性組分的含量較高，則洗脫的水溶性組分通常存在于超吸收性聚合物的 表面上，并且使得超吸收性聚合物變粘，導致液體滲透性(將液體快速輸送至其他超吸收性 聚合物的能力）降低。
[0008] 因此，需要開發具有優異的液體滲透性同時保持高吸水性的超吸收性聚合物。
【發明內容】
[0009] 解決的技術問題
[0010] 為了解決上述常規技術問題，本發明的一個方面為提供了具有即使在溶脹時也具 有優異的液體滲透性并且離心保留容量和負載下吸收能力沒有降低的超吸收性聚合物。
[0011] 此外，本發明的另一方面為提供超吸收性聚合物的制備方法。
[0012]技術手段
[0013] 為了實現上述目標，本發明提供了超吸收性聚合物，其包含交聯聚合物和水溶性 組分，所述交聯聚合物通過對由水溶性乙烯基不飽和單體聚合而成的基體樹脂進行表面交 聯制得，其中在使超吸收性聚合物溶脹1小時后進行測量時，水溶性組分中對于1〇〇,〇〇〇至 300，000的重均分子量(M)的比率(dwt/d(log M)為0.9或更低。
[0014] 此外，本發明提供了超吸收性聚合物的制備方法，其包括以下步驟：
[0015] 進行包含水溶性乙烯基不飽和單體和聚合引發劑的單體組合物的熱聚合或光聚 合以制備水凝膠聚合物；
[0016] 干燥所述水凝膠聚合物；
[0017] 粉碎經干燥的聚合物；以及
[0018] 通過在180 °C至200 °C下加熱經粉碎的聚合物與包含表面交聯劑和水之表面交聯 溶液的混合物進行表面交聯反應。
[0019] 技術效果
[0020] 根據本發明的超吸收性聚合物及其制備方法，提供了這樣的超吸收性聚合物，其 即使在溶脹時也具有優異的液體滲透性，離心保留容量和負載下吸收能力沒有降低，同時 具有改善的滲透性。
【具體實施方式】
[0021] 盡管本發明容許各種修改和替代形式，但是具體實施方案將詳細說明和描述如 下。然而，應理解，該描述不旨在將本發明限制于所公開的特定形式，而是相反地，旨在包括 在本發明的精神和范圍內的所有修改、等效方案和替換。
[0022] 下文中，將詳細描述根據本發明一個實施方案的超吸收性聚合物及該超吸收性聚 合物的制備方法。
[0023] 根據本發明一個實施方案的超吸收性聚合物的特征在于，其包含交聯聚合物和水 溶性組分，所述交聯聚合物通過由水溶性乙烯基不飽和單體聚合而成的基體樹脂的表面交 聯來制備，其中當使超吸收性聚合物溶脹1小時后進行測量時，水溶性組分中對于100,000 至300，000的重均分子量(M)的比率(dwt/d(log M)為0.9或更低。
[0024] 在超吸收性聚合物的制備方法期間，產生了水溶性組分，即未交聯聚合物。根據聚 合期間引發劑的含量、聚合溫度、交聯劑的含量、表面交聯過程的條件等，該水溶性組分的 總含量和該水溶性組分的分子量差異很大。
[0025] 高含量的水溶性組分增加了超吸收性聚合物的吸水性。然而，當超吸收性聚合物 與液體接觸時，其易于被洗脫出來，因此尿布的表面可能變粘或者皮膚可能受損。同時，如 果水溶性組分的含量較高，則洗脫的水溶性組分通常保留在超吸收性聚合物的表面上并使 得超吸收性聚合物變粘，導致液體滲透性降低。因為吸收性和液體滲透性為相互矛盾的特 性，所以超吸收性聚合物通過改善這兩種特性可具有非常優異的物理特性。特別地，這些特 性是更為重要的，例如，考慮到目前尿布厚度輕薄化的趨勢。
[0026] 另一方面，由于聚合期間的不完全交聯反應，超吸收性聚合物中的水溶性組分可 能以未交聯形式存在。然而，大部分水溶性組分可通過干燥過程期間的交聯劑降解或主聚 合物鏈斷裂生成。在這種情況下，產生了一端交聯而一端未交聯的自由聚合物鏈，而不是交 聯鏈，并且其在聚合物鏈經加熱斷裂時作為水溶性組分被洗脫出來。當將該超吸收性聚合 物應用于產品如尿布等時，這種水溶性組分造成了在因吸收液體處于溶脹狀態下的液體滲 透性或不適感的問題。
[0027] 因此，在本發明的超吸收性聚合物中，對根據水溶性組分分子量的含量分布進行 控制，以提高離心保留容量和液體滲透性并且使溶脹時被洗脫的水溶性組分最少，從而降 低不適感。當超吸收性聚合物溶脹時，聚合物中的水溶性組分被洗脫出來。在初始階段，具 有低分子量的水溶性組分被洗脫出來，隨著時間的推移，高分子量的水溶性組分被洗脫出 來。特別地，溶脹1小時后，主要洗脫出分子量為100，〇〇〇至300，000的水溶性組分。因此，發 現通過控制主要影響1小時溶脹后水溶性組分的量的分子量為1〇〇,〇〇〇至300,000的水溶性 組分的量，可以減少1小時溶脹后水溶性組分的量，從而實現本發明。
[0028] 即，當使超吸收性聚合物溶脹1小時后進行測量時，水溶性組分中對于100，000至 300,000的重均分子量(1〇的比率((1的/(1(1(^1〇)為0.9或更低。更特別地，將18本發明的超 吸收性聚合物放入250mL錐形瓶中，并在200mL的0.9%NaCl溶液中于25°C下在以500rpm振 蕩下溶脹1小時。然后，通過GPC測量分子量分布。至于水溶性組分中對于100，000至300，000 的重均分子量(M)的比率(dwt/d(logM))，所述比率(dwt/d(log M))為約0.9或更低，優選地 約0.86或更低，并且更優選地約0.8或更低。
[0029] 此外，根據本發明的一個實施方案，基于超吸收性聚合物的總重量，洗脫的水溶性 組分的含量可為按重量計約5%或更低，并且優選地按重量計約4%或更低。
[0030] 當超吸收性聚合物具有根據如上述水溶性組分的分子量的含量和含量分布時，溶 脹后析出的水溶性組分是最小化的，因而降低了不適感。
[0031] 超吸收性聚合物根據EDANA WSP 241.2測量的離心保留容量可為約268/^至約 37g/g，并且優選地約28g/g至約35g/g。
[0032] 此外，超吸收性聚合物根據EDANA WSP 242.2測量的負載下吸收能力可為約208/^ 至約26g/g，并且優選地約22g/g至約25g/g。
[0033] 此外，超吸收性聚合物的滲透性可為約5秒至約200秒，優選地約10秒至約100秒， 并且更優選地約10秒至約30秒。
[0034]滲透性是示出鹽水溶液(0.9 % NaCl水溶液)滲透溶脹的超吸收性聚合物的程度的 指標，并且通過在使0.2g超吸收性聚合物粉末溶脹30分鐘并施加0.3psi的壓力之后測量 0.9%鹽水溶液滲透所花費的時間進行評估，如文獻（Buchholz，F. L.和Graham，A. T .， "Modern Super absorbent polymer Technology/'John Wiley&Sons(1998),第161頁）所 述。
[0035] 具有上述特征的本發明的超吸收性聚合物可以通過調節與表面交聯反應相關的 條件獲得。根據聚合期間引發劑的含量、聚合溫度、交聯劑的含量、表面交聯過程的條件等， 水溶性組分的總含量和水溶性組分的分子量差異很大。用于控制水溶性組分的常規方法為 進行后處理的方法，例如在基體樹脂聚合之后中和、與添加劑混合或增加交聯劑的含量等。 然而，這些常規方法的劣勢在于，降低了超吸收聚合物的總生產力，或者降低了吸水性。
[0036] 同時，