本发明涉及用于可自由基聚合单体的喷雾聚合的改进方法。

又被称为水凝胶或者超吸收剂的可水溶胀的交联聚合物可以吸收数倍 于其自身重量的含水流体。它们广泛用于卫生用品，例如尿布、卫生巾等。 它们含有水不溶性的烯键式不饱和单体例如羧酸、酰胺等的聚合单元。水 不溶性聚合物是通过在聚合物中引入交联位点而获得的。交联度不仅可以 决定聚合物的水溶性，而且也可以决定它们的吸收能力。

可水溶胀的聚合物的另一个标准是它们的可提取物含量。当可水溶胀 的加聚物与体液接触时可提取物被洗去，这会降低吸收能力。

EP-A-0 348 180专利申请描述了用于吸水性树脂的喷雾聚合的方法。 在该方法中，将部分中和的丙烯酸、交联剂和引发剂的水溶液雾化成气流 并使其聚合。该参考文献教导了所述气流必须具有至少30％的相对湿度。 在更低的相对湿度下，液滴中存在的水将蒸发太快并且单体将在所述液滴 中沉淀，从而不再可用于聚合，致使单体转化不完全。该方法的一个缺点 在于需要在完全隔热或微热的容器中除去产物(否则水蒸气会在产物上冷 凝)。

US 5,269,980描述了制备聚合物颗粒的方法。在该方法中，从聚合物 溶液、预聚合单体的溶液或单体溶液产生气溶胶，并且将这些气溶胶颗粒 高于150℃的温度下干燥/聚合。聚合的气溶胶颗粒对于用作吸水性树脂而 言太小。

在WO 96/40427专利申请中，通过将单体溶液雾化为基本静止的热气 氛而进行喷雾聚合。在降低的压力下，制得的聚合球状物的水含量显著下 降，不过所述聚合物颗粒具有粗糙表面。在升高的压力下，得到光滑的聚 合球状物。

所期望的低残留水含量应该在不必进行其他操作例如干燥的条件下获 得。由于该原因，对于所述单体溶液选择低于30重量％的低含水量。

EP-A-0 816 383专利申请教导在流化床设备中生产可高度溶胀的亲水 性水凝胶。通过该参考文献中描述的方法产生的聚合物颗粒的直径为0.1～2 mm并具有洋葱表皮结构，即将存在的聚合物微粒与之后聚合的另外单体 溶液喷雾。这样可以得到比上述方法更大的聚合物颗粒。

本发明的目的在于提供一种用于生产可水溶胀的交联聚合物的改进的 喷雾聚合方法。

现在已经发现在吸收性和可提取物方面具有改进性能的可水溶胀的交 联聚合物是通过在惰性气氛中将含水量为至少55重量％的单体溶液进行 喷雾聚合得到的。

所述含水量优选在60～95重量％的范围内，更优选在65～90重量％的 范围内，特别是在70～85重量％的范围内。

可以用于本发明方法的单体溶液含有例如至少a)可自由基聚合的单 体、b)交联剂、c)聚合引发剂和d)水。

可自由基聚合的单体a)例如是烯键式不饱和C3～C6羧酸、其酰胺以及 与式I氨基醇的酯

其中R4为C2-C5亚烷基，并且R1、R2、R3独立地为氢、甲基、乙基或 丙基。这些化合物的实例是丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯丙烯 酸、巴豆酸、马来酸、马来酸酐、衣康酸、柠康酸、中康酸、戊烯二酸、 乌头酸和富马酸，以及这些酸的碱金属盐或铵盐、丙烯酰胺、甲基丙烯酰 胺、巴豆酰胺、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙 烯酸二甲基氨基丙酯、丙烯酸二乙基氨基丙酯、丙烯酸二甲基氨基丁酯、 甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、丙烯酸二甲基 氨基新戊酯和甲基丙烯酸二甲基氨基新戊酯。所述碱性丙烯酸酯和甲基丙 烯酸酯以与强无机酸、磺酸或羧酸的盐的形式或者以季铵化形式使用。在 式(I)化合物中的X-阴离子是来自季铵化试剂的无机酸或羧酸残基或者硫 酸甲酯根、硫酸乙酯根或卤化物离子。

其他可自由基聚合的单体a)为N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰氨基丙烷 磺酸、乙烯基膦酸和/或乙烯基磺酸的碱金属盐或铵盐。其他酸同样可以以 未中和形式或者以部分中和或100％中和形式用于所述聚合中。有用的可 自由基聚合的单体还包括N-乙烯基咪唑鎓化合物，例如N-乙烯基咪唑和 1-乙烯基-2-甲基咪唑的盐或季铵化产物；和N-乙烯基咪唑啉类，例如N- 乙烯基咪唑啉、1-乙烯基-2-甲基咪唑啉、1-乙烯基-2-乙基咪唑啉或1-乙烯 基-2-正丙基咪唑啉，这些同样均可以以季铵化形式或作为盐用于所述聚合 中。

其他的单烯键式不饱和磺酸或膦酸也是合适的，例如烯丙基磺酸、丙 烯酸磺基乙酯、甲基丙烯酸磺基乙酯、丙烯酸磺基丙酯、甲基丙烯酸磺基 丙酯、2-羟基-3-丙烯酰氧基丙基磺酸、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基磺酸、 烯丙基膦酸、苯乙烯磺酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸。单体a)可以单 独使用或者相互混合。

优选的单体a)为丙烯酸、甲基丙烯酸以及这些酸的碱金属盐或铵盐、 丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺、另外的乙烯基磺酸、丙烯酰氨基丙烷磺酸或 这些酸的混合物，例如丙烯酸和甲基丙烯酸的混合物、丙烯酸和丙烯酰氨 基丙烷磺酸的混合物或者丙烯酸和乙烯基磺酸的混合物。这些单体可以以 所希望的任何比例相互共聚。

优选的单体a)还包括上述酸与它们的碱金属盐或铵盐的混合物。例如， 丙烯酸与其碱金属盐的混合物可通过用碱金属氢氧化物和/或碱金属碳酸 盐中和丙烯酸而获得。中和度优选为至少40％，更优选在60～90％的范围 内。就此而言，50％的中和度，例如来自丙烯酸和丙烯酸钠的混合物，意 味着丙烯酸钠和丙烯酸以50∶50的摩尔比存在，而75％的中和度意味着丙 烯酸钠和丙烯酸以75∶25的摩尔比存在。

非常特别优选的单体a)为丙烯酸、甲基丙烯酸、这些酸的钾盐和其混 合物，例如丙烯酸和丙烯酸钾的混合物。

单体a)的聚合在一种交联剂b)或者多种交联剂组合的存在下发生。

合适的交联剂b)例如为多元醇的(甲基)丙烯酸酯，该多元醇可以已经 被至多100、通常至多50个环氧乙烷和/或环氧丙烷单元烷氧基化。合适的 多元醇特别为具有2～6个羟基的C2-C10链烷多元醇，例如乙二醇、甘油、 三羟甲基丙烷、季戊四醇或山梨糖醇。优选的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸 酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，其分别源自分子量为200～2000的聚乙二醇 (其可以被认为是乙氧基化的乙二醇)。其他可用的交联剂b)为三羟甲基丙 烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、丙二 醇二丙烯酸酯、丁二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、己二醇二甲基丙 烯酸酯、或者从环氧乙烷和环氧丙烷形成的嵌段共聚物的二丙烯酸酯和二 甲基丙烯酸酯。

有用的交联剂b)还包括可以被至多100、通常至多50个环氧乙烷和/ 或环氧丙烷单元烷氧基化的多元醇的烯丙基醚、或者碳酸二烯丙基酯、碳 酸烯丙基酯、以及多元羧酸的烯丙基酯。

多元醇的碳酸烯丙基酯符合式II

其中A为可以被至多100、通常至多50个环氧乙烷和/或环氧丙烷单元烷 氧基化的多元醇基团；并且n表示醇的羟基度，例如2～10的整数，优选2～5 的整数。这种化合物的特别优选的实例为乙二醇二(碳酸烯丙基酯)。另外 合适的特别为源自分子量为200～2000的聚乙二醇的聚乙二醇二(碳酸烯丙 基酯)。

烯丙基醚优选的实例为：源自分子量为200～2000的聚乙二醇的聚乙二 醇二烯丙基醚；季戊四醇三烯丙基醚或三羟甲基丙烷二烯丙基醚。还可以 使用乙二醇二缩水甘油醚或聚乙二醇缩水甘油醚与2mol烯丙醇和/或季戊 四醇三烯丙基醚的反应产物。

合适的与多元羧酸的烯丙基酯的实例为邻苯二甲酸二烯丙基酯。

在聚合引发剂c)存在下，所述单体通常在以至多45重量％、优选5～40 重量％、更优选10～35重量％、特别是15～30重量％的水溶液中彼此聚合。

有用的聚合引发剂c)包括在聚合条件下分解为自由基的所有化合物， 例如过氧化物、氢过氧化物、过氧化氢、过硫酸盐、偶氮化合物和氧化还 原催化剂。优选使用水溶性引发剂。在某些情况下使用多种聚合引发剂的 混合物是有利的，例如过氧化氢和过二硫酸钠或过二硫酸钾的混合物。过 氧化氢和过二硫酸钠的混合物可以以任何比例使用。有用的有机过氧化物 包括例如乙酰丙酮过氧化物、甲基乙基酮过氧化物、叔丁基氢过氧化物、 氢过氧化枯烯、过新戊酸叔戊基酯、过新戊酸叔丁基酯、过新己酸叔丁基 酯、过异丁酸叔丁基酯、过-2-乙基己酸叔丁基酯、过异壬酸叔丁基酯、过 马来酸叔丁基酯、过苯甲酸叔丁基酯、过二碳酸二(2-乙基己基)酯、过二碳 酸二环己基酯、过二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯、过二碳酸二肉豆蔻基酯、 过二碳酸二乙酰基酯、烯丙基过酸酯、过新癸酸枯基酯、过-3，5，5-三-甲基 己酸叔丁基酯、乙酰基环己基磺酰基过氧化物、二月桂基过氧化物、二苯 甲酰基过氧化物和过新癸酸叔戊基酯。有用的聚合引发剂c)还包括水溶性 偶氮引发剂，例如2，2’-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2-(氨基甲酰基偶氮) 异丁腈、2，2’-偶氮双-[2-(2’咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐和4，4’-偶氮双-(4-氰 基戊酸)。提到的聚合引发剂c)以常规量使用，例如以基于待聚合单体的 0.01～5重量％、优选0.05～2.0重量％的量使用。

有用的引发剂c)还包括氧化还原催化剂。在氧化还原催化剂中，氧化 成分是上述过氧化合物中的至少一种，并且还原成分例如为抗坏血酸、葡 萄糖、山梨糖、铵或碱金属的亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、次硫 酸盐、焦亚硫酸盐或硫化物，或者金属盐，例如铁(II)离子或银离子或羟基 甲基次硫酸钠。在所述氧化还原催化剂中还原成分优选为抗坏血酸或焦亚 硫酸钠。基于聚合中所用的单体量，使用1×10-5～1摩尔％的所述氧化还原 催化剂的还原成分。也可以使用一种或多种水溶性偶氮引发剂，以代替氧 化还原催化剂的氧化成分。

优选使用过氧化氢、过二硫酸钠和抗坏血酸的氧化还原体系进行本发 明方法。在一个普通实施方式中，以基于所述单体1×10-2摩尔％的过氧化 氢、0.084摩尔％的过二硫酸钠和2.5×10-3摩尔％的抗坏血酸使用这些成 分。

所用单体优选以市售阻聚剂稳定，更优选以仅与氧一起起作用的阻聚 剂例如氢醌单甲醚稳定。

市售阻聚剂是出于制品安全因素在相应单体中用作存储稳定剂的阻聚 剂。所述存储稳定剂的实例是氢醌、氢醌单甲醚、2，5-二-叔丁基氢醌和2，6- 二-叔丁基-4-甲基苯酚。

所述反应优选在另外适用于喷雾干燥的设备中进行。所述反应器例如 在K.Masters，Spray Drying，Handbook，第5版，Longman，1991，23～66 页中作了描述。

所述反应优选在其中单体溶液可以以单分散液滴形式自由下落的设备 中进行。适于该目的的例如是美国5,269,980专利中描述的设备。

在本发明中，喷雾期间形成的液滴直径有利地在50～1000μm范围内， 优选在100～600μm范围内。

所述反应可以在超大气压力下和在低于大气压力下进行，优选当废气 系统通向大气时产生的反应压力。

所述反应器通过惰性气体流清洗，优选氮气流经反应器。并流操作是 优选的；就是说，惰性气体向下流经反应器。惰性气体的水蒸气含量通常 为至多1体积％，优选至多0.5体积％。优选调节惰性气体速率以使得反 应器中的流动是层流，并且例如在0.02～1.5m/s范围内，优选在0.05～0.4m/s 范围内。

所述惰性气体有利地在反应器的上游被预热至90～300℃、优选 150～210℃的反应温度。

反应废气可以例如在热交换器中冷却。该过程中水和未转化的丙烯酸 冷凝。然后，可以至少部分地再加热所述废气和将其作为循环气体返回到 所述反应器中。优选地，冷却所述废气以使得经冷却的废气具有反应所需 的水蒸气比例。可以从体系中除去部分废气，并代之以新鲜惰性气体。

特别优选能量综合体系，其中在冷却废气中散发的部分热量被用于加 热所述循环气体。

反应器优选是微热的。优选调节微热使得壁温比反应器内部温度高至 少5℃并大大避免反应器壁上的冷凝。

可以用常用方法将反应产物从反应器中移走，优选在底部通过螺旋输 送机进行，并任选地将其干燥至所希望的残留水分含量和所希望的残留单 体含量。

本发明方法得到具有高吸收性和低可提取物的可水溶胀的聚合物。

实施例：

份数是指重量份，除非另有说明。使用以下由European Disposables and Nonwovens Association(Edana)标准化的测试方法测试干燥的水凝胶： 离心保留能力(CRC)：

Edana推荐的测试方法第441.2-02号

可提取物：

Edana推荐的测试方法第470.2-02号

实施例1～8

将由部分中和的丙烯酸和亚甲基双二丙烯酰胺交联剂组成的单体水溶 液与1.0重量％的2，2’-偶氮双-2-脒基丙烷二盐酸盐引发剂的水溶液直接于 反应器上游混合。

交联剂的量基于所用的单体为0.3重量％。引发剂的量基于所用的单 体溶液为0.11重量％。所用丙烯酸的中和度为75摩尔％。

所用反应器为竖直悬挂的特种钢管，长度为2600mm，直径为164mm。 温度可通过三个独立加热环路调节。直径为102mm的玻璃管已经从顶部 推入所述钢管内。Palas GmbH(Karlsruhe)的改进SBG-2000震动孔 气溶胶发生器已经被置于该玻璃管上。震动孔直径为75μm。震动孔板气 溶胶发生器用于将0.4l/min的氮气和1.0ml/min的单体溶液计量加入该反 应器中。此外，将10l/min的预热至反应温度的氮气计量加入钢管和玻璃 管之间的空间。该空间内堆积有拉西环并在下端为氮气开口。拉西环充当 流动矫直器。

在反应器的底端收集产物，于125℃干燥1小时并分析。基于比较例， 记录相对值。

表1：丙烯酸钠/钾的喷雾聚合   实施例   单体溶液的含水量   [重量％]   丙烯酸钠/钾   温度   [℃]   相对   CRC   相对可提取物   1*   50.0   丙烯酸钾   154   1.00   1.00   2   60.0   丙烯酸钾   154   1.13   0.78   3   70.0   丙烯酸钾   157   1.65   0.32   4   58.9   丙烯酸钠   153   1.03   1.11   5   65.0   丙烯酸钠   159   1.15   0.95   6   70.0   丙烯酸钠   155   1.46   0.79

*比较例