WO1999055767A1 - Mechanically stable hydrogels - Google Patents

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WO1999055767A1
WO1999055767A1 PCT/EP1999/002702 EP9902702W WO9955767A1 WO 1999055767 A1 WO1999055767 A1 WO 1999055767A1 EP 9902702 W EP9902702 W EP 9902702W WO 9955767 A1 WO9955767 A1 WO 9955767A1
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ionically crosslinked
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crosslinked hydrogels
gel
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PCT/EP1999/002702
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Volker Frenz
Rüdiger Funk
Norbert Herfert
Fritz Engelhardt
Ulrich Riegel
Uwe Stüven
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Basf Aktiengesellschaft
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L15/00Chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings or absorbent pads
    • A61L15/16Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons
    • A61L15/42Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L15/60Liquid-swellable gel-forming materials, e.g. super-absorbents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/44Preparation of metal salts or ammonium salts
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F13/00Bandages or dressings; Absorbent pads
    • A61F13/15Absorbent pads, e.g. sanitary towels, swabs or tampons for external or internal application to the body; Supporting or fastening means therefor; Tampon applicators
    • A61F13/53Absorbent pads, e.g. sanitary towels, swabs or tampons for external or internal application to the body; Supporting or fastening means therefor; Tampon applicators characterised by the absorbing medium
    • A61F2013/530481Absorbent pads, e.g. sanitary towels, swabs or tampons for external or internal application to the body; Supporting or fastening means therefor; Tampon applicators characterised by the absorbing medium having superabsorbent materials, i.e. highly absorbent polymer gel materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/14Water soluble or water swellable polymers, e.g. aqueous gels

Definitions

  • the present invention relates to ionically crosslinked hydrogels, obtainable by adding aluminates of the formula (I)
  • M is potassium or sodium and n is an integer from 1 to 10,
  • water-insoluble, crosslinked polymers containing carboxyl groups which are capable of swelling and forming hydrogels in aqueous liquids and body fluids, such as e.g. Take up urine or blood and retain the amount of fluid absorbed under a certain pressure.
  • Substances are preferably used which contain two or more groups which can form covalent bonds with the carboxyl groups of the hydrophilic polymers (EP-A-0 349 240).
  • Polyglycidyl ethers, haloepoxy compounds, polyols, polyamines or polyisocyanates can be used as crosslinking agents.
  • DE-A-3 314 019, EP-A-0 317 106 and DE-A-3 737 196 describe polyfunctional azidine compounds, 2
  • EP-A-372 981, JP-A-03 179 008, US-A-5 314 420 and US-A-4 690 971 describe the use of polyvalent metal ions in general for surface crosslinking.
  • the invention thus relates to ionically crosslinked hydrogels, obtainable by adding aluminates of the formula (I)
  • M is potassium or sodium and n is an integer from 1 to 10,
  • the ionic crosslinking by means of aluminate ions takes place homogeneously in the gel form of the polymeric hydrogels before drying to form powders or granules.
  • hydrogel structures are produced by adding aluminumates I, preferably [Al (OH) 4 ] " , to polymers containing carboxyl groups and / or alkali metal or ammonium carboxylate groups, aqueous gels, so-called hydrogels, which can be uncrosslinked or pre-crosslinked by covalent bonds.
  • AI (OH) 3 dissolves as an amphoteric hydroxide both in acid
  • the Alumination [AI (OH) 4 ] is not stable and condenses easily to higher molecular weight oxo compounds under water. Instead of condensation, the Alumination [AKOH 4 )] - like the isolation of sodium salts of the composition 3 Na 2 0 -Al 2 ⁇ 3 -6H 2 0 shows can also be stabilized by taking up 2 OH ions
  • K 2 [H 6 A1 2 0 7 ] K 2 0 • A1 2 0 3 • 3 H 2 0
  • covalently crosslinked hydrogels which are obtained by polymerizing 90-99.99 mol% of a monounsaturated monomer containing carboxyl groups and / or alkali metal or ammonium carboxylate groups and 0.01-10 mol% of a crosslinking agent.
  • Suitable crosslinkers are in particular methylenebisacryl or methacrylamide, esters of unsaturated mono- or polycarboxylic acids of polyols, such as diacrylate or triacrylate, e.g. Butanediol or ethylene glycol diacrylate or methacrylate as well as triethylolpropane triacrylate and allyl compounds such as allyl (meth) acrylate, tri-allylcyanurate, maleic acid diallyl ester, polyallyl ester, tetraallyloxyethane, triallylamine, tetraallyl ethylene diphosphate such as phosphate and allyl ester diamine, for example allyl esters, A-0 343 427.
  • esters of unsaturated mono- or polycarboxylic acids of polyols such as diacrylate or triacrylate, e.g. Butanediol or ethylene glycol diacrylate or methacrylate as well as triethyl
  • hydrogels which are prepared using polyallyl ethers as crosslinking agents and by acidic homopolymerization of acrylic acid are particularly preferred.
  • Suitable crosslinkers are pentaerythritol tri- and tetraallyl ether, polyethylene glycol diallyl ether, monoethylene glycol diallyl ether, glycerol di- and tri-allyl ether, polyallyl ether based on sorbitol, and alkoxylated variants thereof.
  • Monounsaturated monomers are, for example, vinyl acetic acid and preferably acrylic acid and methacrylic acid and their alkali metal or ammonium salts, e.g. Sodium, potassium and ammonium acrylates. Preference is given to ionically crosslinked hydrogel structures which are composed of 50 to 99.99% by weight of structural units which are derived from acrylic acid.
  • Such hydrogels are generally known and are produced by conventional processes.
  • the ionically crosslinked hydrogel structures according to the invention are preferably obtained by free-radically polymerizing aqueous acrylic acid solutions with the addition of polyolefinically unsaturated compounds, for example the above-mentioned crosslinking agents.
  • the polymerization process gives water-containing hydrogels, which are then added to pH values between 3.0 and 9.5, preferably between 4.0 and 7.5, by adding illuminations as described above in connection with bases such as sodium or potassium hydroxide. 5 places.
  • the bases can be added either before the addition of the aluminate or together with the aluminate. In the former case, neutralized or partially neutralized gels are crosslinked. It is also possible to polymerize partially neutralized aqueous acrylic acid solutions, preferably in the presence of a crosslinking agent, and then to crosslink them with aluminates, if appropriate with the addition of a base.
  • the amount of aluminates used is 0.05 to 80 mol%, preferably 0.05 to 30 mol% of aluminum, based on the sum of carboxyl groups and alkali metal or ammonium carboxylate groups, preferably based on the acid units to be neutralized in the hydrogel.
  • the polymerization can be triggered by radical formers, such as organic or inorganic peroxides and azo compounds.
  • radical formers such as organic or inorganic peroxides and azo compounds. Examples are benzoyl peroxide, tert. -Butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, (H) 2 S 2 08, K 2 S 2 0 ⁇ , H 2 S 2 0 8 , H 2 0 2 or azodiisobutyronitrile.
  • Redox systems are also outstandingly suitable as polymerization initiators.
  • the polymerization can also be triggered by high-energy radiation.
  • compounds of the general formula I are first added to an uncrosslinked pre (co) polymer, this is usually done before drying by homogeneous mixing, for example by kneading an aqueous polymer gel in a kneader.
  • the gel particles are subjected to a drying process to remove the water. 6, then grind and set a desired particle size distribution by sieving.
  • the polymer particles produced in this way are able to absorb many times their own weight in aqueous liquids.
  • Hydrogel particles are formed, which are characterized by special physical properties.
  • hydrogel particles which have been produced in a similar way by polymerizing unsaturated water-soluble acids with the addition of polyolefinically unsaturated compounds, are subjected to repeated mechanical stress, such as exposure to strong shear forces, irreversible degradation of the hydrogel network structure takes place through the destruction of covalent bonds under mechanical stress. This has the result that the mechanical stability of the gel particles that is, the so-called gel ⁇ strength drastically decreases.
  • hydrogel structures according to the invention which in addition to covalent crosslinking elements are crosslinked according to an ionic mechanism, do not show this disadvantage since the ionic crosslinking elements are capable of recombination.
  • hydrogels according to the invention are outstandingly suitable as absorbents for aqueous liquids, for the formulation of cosmetic preparations, as consolidators and / or binders of fibrous sheet-like structures containing reactive groups, and as drilling fluids and cement sludge in the production of petroleum.
  • Hydrogels according to the invention based on acrylic acid are particularly suitable for use as so-called “super absorbing polymers” (SAP) for the use of hygiene articles, for example diapers, tampons or sanitary napkins. These preferably contain 50 to 99.99, in particular up to 98% by weight of structural units which are derived from acrylic acid. Particularly preferred are hydrogels, which are copolymers of acrylic acid and di- or polyunsaturated compounds, which have been prepared in aqueous solution.
  • Hydrogels according to the invention based on carboxymethyl polysaccharides are also outstandingly suitable for use as SAP.
  • hydrogels In addition to high absorption capacity, hydrogels also have high gel strength.
  • the improved mechanical property profile of the hydrogel structures according to the invention compared to conventional covalently crosslinked products can be shown by measuring the gel recovery index.
  • the gel recovery index is measured using a Creep Meter, model RE-3305 from Yamaden Co., Ltd.
  • This device is a penetrometer, which can be used to carry out investigations of changes in structure and consistency over time or due to changing load factors.
  • the centerpiece of the device is a measuring slide that can be moved in the vertical direction with a force transducer and a stamp as a test specimen.
  • the force transducer measures the compressive or tensile forces that act on the test specimen when the slide is moved from the sample.
  • the maximum penetration depth of the test specimen when measuring the force
  • the maximum force absorption when measuring the penetration depth
  • the depth of penetration of the star apex is selected so that the force absorption in the 20th cycle (50 "3%) is the force absorption in the 1st cycle, and must therefore be individually determined for each product through preliminary tests. 8 be averaged.
  • the gel is left on the sample plate for 20 minutes at room temperature. During this time, the gel has the opportunity to recover and repair the network defects caused by the mechanical stress. After this time the test program is repeated (2nd cycle series), the depth of penetration of the stamp remains unchanged.
  • Tables 1 and 2 show the force absorption data for gels that do not have a repair effect or a complete repair effect to clarify the test method.
  • the 0 gel recovery index is calculated as follows:
  • a redox system consisting of 2.2 g 2, 2 '-azobisamidinopropane dihydrochloride, dissolved in 20 g demineralized water, 4 g potassium peroxodisulfate, dissolved in 150 g demineralized water and 0 , 4 g of ascorbic acid, dissolved in 20 g of demineralized water, added in succession and stirred.
  • the reaction solution is then left to stand without stirring, a solid gel being formed by the onset of polymerization, in the course of which the temperature rises to approximately 89.degree.
  • Example 2 The procedure is analogous to Example 1, except that only a 30% aqueous solution of NaOH is used to adjust the acidic gel to a pH of 5.8.

Abstract

The invention relates to ionically cross-linked hydrogels, characterized by the addition of compounds of the formula (I) Mn[H2n+2AlnO3n+1], in which M is potassium or sodium and n is a whole number between 1 and 10. The compounds are intended for cross-linking and their pH is adjusted to between 3.0 and 9.5.

Description

Mechanisch stabile HydrogeleMechanically stable hydrogels
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ionisch vernetzte Hydrogele, erhältlich durch Zugabe von Aluminaten der Formel (I)The present invention relates to ionically crosslinked hydrogels, obtainable by adding aluminates of the formula (I)
Mn[H2n+2Alnθ3n+l] (D, worinMn [H 2 n + 2Al n θ3n + l] ( D, where
M Kalium oder Natrium und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeuten,M is potassium or sodium and n is an integer from 1 to 10,
zu einem unvernetzten oder kovalent vernetzten Hydrogel, wobei der pH-Wert nach Zugabe von I einen Wert zwischen 3,0 und 9,5 beträgt, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung zur Absorption wäßriger Flüssigkeiten.to an uncrosslinked or covalently crosslinked hydrogel, the pH after the addition of I being between 3.0 and 9.5, a process for their preparation and their use for the absorption of aqueous liquids.
Es handelt sich dabei um wasserunlösliche, vernetzte, Carboxyl - gruppen enthaltende Polymere, welche in der Lage sind unter Quellung und Ausbildung von Hydrogelen wäßrige Flüssigkeiten und Körperflüssigkeiten, wie z.B. Urin oder Blut aufzunehmen und die absorbierten Flüssigkeitsmengen unter einem bestimmten Druck zurückzuhalten.These are water-insoluble, crosslinked polymers containing carboxyl groups, which are capable of swelling and forming hydrogels in aqueous liquids and body fluids, such as e.g. Take up urine or blood and retain the amount of fluid absorbed under a certain pressure.
Die Herstellung und Verwendung derartiger zur Hydrogelbildung be¬ fähigter Polymere ist in zahlreichen Patentschriften beschrieben, wie der EP-A-316 792, EP-A-400 283, EP-A-343 427, EP-A-205 674 und DE-A-4 418 818.The preparation and use of such be for hydrogel ¬ fähigter polymers is described in numerous patents, such as EP-A-316 792, EP-A-400 283, EP-A-343 427, EP-A-205 674 and DE-A -4 418 818.
Um Polymere herzustellen, welche Hydrogele mit besonders hoher Flüssigkeitsaufnahmekapazität, hoher Gelstärke sowie hohes Aufnahmevermögen unter Druck sind, hat es sich als notwendig erwiesen, die Polymerisatpartikel einer nachträglichen Oberflächenbehandlung zu unterwerfen.In order to produce polymers which are hydrogels with a particularly high liquid absorption capacity, high gel strength and high absorption capacity under pressure, it has proven necessary to subject the polymer particles to a subsequent surface treatment.
Bevorzuge werden Substanzen eingesetzt, welche zwei oder mehrere Gruppen enthalten, die mit den Carboxylgruppen der hydrophilen Polymere kovalente Bindungen ausbilden können (EP-A-0 349 240) .Substances are preferably used which contain two or more groups which can form covalent bonds with the carboxyl groups of the hydrophilic polymers (EP-A-0 349 240).
Als Vernetzungsmittel können Polyglycidylether, Haloepoxiver- bindungen, Polyole, Polyamine oder Polyisocyanate verwendet werden. Des weiteren werden in der DE-A-3 314 019, EP-A-0 317 106 und DE-A-3 737 196 polyfunktionelle Azidinverbindungen, 2Polyglycidyl ethers, haloepoxy compounds, polyols, polyamines or polyisocyanates can be used as crosslinking agents. Furthermore, DE-A-3 314 019, EP-A-0 317 106 and DE-A-3 737 196 describe polyfunctional azidine compounds, 2
Alkyl-di- (tri) halogenide und öllösliche Polyepoxidverbindungen genannt.Called alkyl di (tri) halide and oil-soluble polyepoxide compounds.
Gemäß der DE-B-4 020 780 wird eine verbesserte Absorption unter Druck durch oberflächenvernetzende Behandlung eines Polymeren mit 0,1 bis 5 Gew.-% Alkylencarbonat erreicht.According to DE-B-4 020 780, improved absorption under pressure is achieved by surface-crosslinking treatment of a polymer with 0.1 to 5% by weight alkylene carbonate.
Ferner ist die Oberflächenvernetzung von sogenannten superabsorbierenden Polymeren mit mehrwertigen Metallkationen bekannt. So beschreiben die EP-A-386 897, US-A-5 684 106 und US-A-4 798 861 den Einsatz von Aluminiumsalzen zur Oberflächenvernetzung.The surface crosslinking of so-called superabsorbent polymers with polyvalent metal cations is also known. EP-A-386 897, US-A-5 684 106 and US-A-4 798 861 describe the use of aluminum salts for surface crosslinking.
Die Verwendung von mehrwertigen Metalloxyden zur Oberflächenver¬ netzung wird in der JP-A-01 029 257 beschrieben und US-A-5 399 591 lehrt den Einsatz von mehrwertigen Metallkationen in Kombination mit organischen Carbonaten.The use of polyvalent metal oxides to Oberflächenver ¬ networking is described in JP-A-01029257 and US-A-5,399,591 teaches the use of polyvalent metal cations in combination with organic carbonates.
EP-A-372 981, JP-A-03 179 008, US-A-5 314 420 und US-A-4 690 971 beschreiben die Verwendung mehrwertiger Metallionen allgemein zur Oberflächenvernetzung.EP-A-372 981, JP-A-03 179 008, US-A-5 314 420 and US-A-4 690 971 describe the use of polyvalent metal ions in general for surface crosslinking.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, neue Hydrogele herzu¬ stellen, welche sich insbesondere durch eine verbesserte mecha¬ nische Stabilität der gequollenen Gelteilchen auszeichnend Ferner sollen die Hydrogele verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Gelstärke und Wasserrückhaltevermögen aufweisen.It is an object of the present invention to provide new hydrogels came near ¬ extending African particular by an improved mechanical stability of the swollen gel particles ¬ Pricing Further, the hydrogels improved properties in terms of gel strength and water retention should have.
Gegenstand der Erfindung sind somit ionisch vernetzte Hydrogele, erhältlich durch die Zugabe von Aluminaten der Formel (I)The invention thus relates to ionically crosslinked hydrogels, obtainable by adding aluminates of the formula (I)
Mn[H2n+2Aln03n+l] (Dz worinM n [H 2n + 2 Al n 0 3n + l] ( Dz where
M Kalium oder Natrium und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeuten,M is potassium or sodium and n is an integer from 1 to 10,
zu einem unvernetzten oder kovalent vernetzten Hydrogel, wobei der pH-Wert durch die Zugabe von I auf einen Wert zwischen 3,0 und 9,5 eingestellt wird.to an uncrosslinked or covalently crosslinked hydrogel, the pH being adjusted to between 3.0 and 9.5 by the addition of I.
Erfindungsgemäß erfolgt die ionische Vernetzung mittels Aluminat- ionen homogen in der Gelform der polymeren Hydrogele vor der Trocknung zu Pulvern oder Granulaten. 3According to the invention, the ionic crosslinking by means of aluminate ions takes place homogeneously in the gel form of the polymeric hydrogels before drying to form powders or granules. 3
Die Herstellung dieser Hydrogelstrukturen erfolgt durch Zugabe von Alu inaten I, vorzugsweise [AI (OH) 4]", zu Carboxylgruppen und/ oder Alkali- oder Ammoniumcarboxylatgruppen enthaltenden Polymeren wäßrigen Gelen, sogenannten Hydrogelen, welche unvernetzt oder durch kovalente Bindungen vorvernetzt sein können. AI (OH) 3 löst sich als amphoteres Hydroxyd sowohl in SäureThese hydrogel structures are produced by adding aluminumates I, preferably [Al (OH) 4 ] " , to polymers containing carboxyl groups and / or alkali metal or ammonium carboxylate groups, aqueous gels, so-called hydrogels, which can be uncrosslinked or pre-crosslinked by covalent bonds. AI (OH) 3 dissolves as an amphoteric hydroxide both in acid
AI (OH) 3 + 3H+ → Al3+ + 3H20 (a)AI (OH) 3 + 3H + → Al 3+ + 3H 2 0 (a)
unter Bildungen von Aluminiumsalzen (a) , als auch in Basenwith formation of aluminum salts (a), as well as in bases
AKOH3) + OH → AI (OH) 4- (b)AKOH 3 ) + OH → AI (OH) 4 - (b)
unter Aluminatbildung (b)with formation of aluminate (b)
AI (OH) 3 + NaOH ? NaA102 + 2 H20 (c)AI (OH) 3 + NaOH? NaA10 2 + 2 H 2 0 (c)
Das Alumination [AI (OH) 4]" ist als solches nicht beständig und kondensiert leicht unter Wasseraustritt zu höher molekularen Oxo- Verbindungen. Statt durch Kondensation kann das Alumination [AKOH4)]- wie die Isolierung von Natriumsalzen der Zusammensetzung 3 Na20-Al2θ3-6H20 zeigt, auch durch Aufnahme von 2 OH -Ionen stabilisiert werdenAs such, the Alumination [AI (OH) 4 ] " is not stable and condenses easily to higher molecular weight oxo compounds under water. Instead of condensation, the Alumination [AKOH 4 )] - like the isolation of sodium salts of the composition 3 Na 2 0 -Al 2 θ 3 -6H 2 0 shows can also be stabilized by taking up 2 OH ions
Na [AI (OH) 4] + 2 NaOH 5 Na3 [AI (OH) 6] .Na [Al (OH) 4 ] + 2 NaOH 5 Na 3 [Al (OH) 6 ].
Als erste Stufe bei der Kondensation des Aluminations unter Wasseraustritt entsteht das Di -AluminationAs the first stage in the condensation of the alumination under water leakage, the Di -Alumination is created
[AI (OH)3-0-Al (OH)3]2-[AI (OH) 3 -0-Al (OH) 3 ] 2 -
welches z.B. in Form des Kaliumsalzeswhich e.g. in the form of the potassium salt
K2 [H6A1207 ] = K20 A1203 3 H20K 2 [H 6 A1 2 0 7 ] = K 2 0 A1 2 0 3 3 H 2 0
isoliert werden kann.can be isolated.
Weitere Kondensation führt zu Polyaluminationen der allgemeinen FormelFurther condensation leads to polyaluminations of the general formula
[H2n+2Aln03n+lin-[H 2n + 2 Al n 0 3 n + li n -
n = 3 Trialuminationen n = 4 Tetraaluminationen 4 welche in Form ihrer Salzen = 3 trial illuminations n = 4 tetra illuminations 4 which in the form of their salts
Na3 [H8Al30] und Na [H10AI4O13]Na 3 [H 8 Al 30 ] and Na [H10AI 4 O13]
bekannt sind.are known.
Bevorzugt werden kovalent vernetzte Hydrogele eingesetzt, die durch Polymerisation von 90-99,99 mol-% eines Carboxylgruppen und/oder Alkali- oder Ammoniumcarboxylatgruppen enthaltenden ein- fach ungesättigten Monomeren und 0,01-10 mol-% eines Vernetzers erhalten werden.Preference is given to using covalently crosslinked hydrogels which are obtained by polymerizing 90-99.99 mol% of a monounsaturated monomer containing carboxyl groups and / or alkali metal or ammonium carboxylate groups and 0.01-10 mol% of a crosslinking agent.
Geeignete Vernetzer sind insbesondere Methylenbisacryl- bzw. -methacrylamid, Ester ungesättigter Mono- oder Polycarbonsäuren von Polyolen, wie Diacrylat oder Triacrylat, z.B. Butandiol- oder Ethylenglykoldiacrylat bzw. -methacrylat sowie Trirnethylolpropan- triacrylat und Allylverbindungen wie Allyl (meth) acrylat , Tri - allylcyanurat, Maleinsäurediallylester , Polyallylester, Tetra- allyloxyethan, Triallylamin, Tetraallylethylendiamin, Allylester der Phosphorsäure sowie Vinylphosphonsäurederivate, wie sie beispielsweise in der EP-A-0 343 427 beschrieben sind. Besonders bevorzugt werden jedoch Hydrogele, die unter Verwendung von Poly- allylethern als Vernetzer und durch saure Homopolymerisation von Acrylsäure hergestellt werden. Geeignete Vernetzer sind Penta- erythritoltri- und - tetraallylether , Polyethylenglykoldiallyl - ether, Monoethylenglykoldiallylether, Glyceroldi- und und -tri- allylether, Polyallylether auf Basis Sorbitol, sowie alkoxylierte Varianten davon.Suitable crosslinkers are in particular methylenebisacryl or methacrylamide, esters of unsaturated mono- or polycarboxylic acids of polyols, such as diacrylate or triacrylate, e.g. Butanediol or ethylene glycol diacrylate or methacrylate as well as triethylolpropane triacrylate and allyl compounds such as allyl (meth) acrylate, tri-allylcyanurate, maleic acid diallyl ester, polyallyl ester, tetraallyloxyethane, triallylamine, tetraallyl ethylene diphosphate such as phosphate and allyl ester diamine, for example allyl esters, A-0 343 427. However, hydrogels which are prepared using polyallyl ethers as crosslinking agents and by acidic homopolymerization of acrylic acid are particularly preferred. Suitable crosslinkers are pentaerythritol tri- and tetraallyl ether, polyethylene glycol diallyl ether, monoethylene glycol diallyl ether, glycerol di- and tri-allyl ether, polyallyl ether based on sorbitol, and alkoxylated variants thereof.
Einfach ungesättigte Monomere sind beispielsweise Vinylessigsäure und bevorzugt Acrylsäure und Methacrylsäure sowie deren Alkali - metall- oder Ammoniumsalze, z.B. Natrium-, Kalium- und Ammonium- acrylate. Bevorzugt sind ionisch vernetzte Hydrogelstrukturen, die zu 50 bis 99,99 Gew.- aus Struktureinheiten aufgebaut sind, die sich von der Acrylsäure ableiten.Monounsaturated monomers are, for example, vinyl acetic acid and preferably acrylic acid and methacrylic acid and their alkali metal or ammonium salts, e.g. Sodium, potassium and ammonium acrylates. Preference is given to ionically crosslinked hydrogel structures which are composed of 50 to 99.99% by weight of structural units which are derived from acrylic acid.
Solche Hydrogele sind allgemein bekannt und werden nach gängigen Verfahren hergestellt.Such hydrogels are generally known and are produced by conventional processes.
Die erfindungsgemäßen ionisch vernetzten Hydrogelstrukturen werden vorzugsweise erhalten, indem wäßrige Acrylsäurelösungen unter Zusatz mehrfach olefinisch ungesättigter Verbindungen, z.B. den obengenannten Vernetzern, radikalisch polymerisiert werden. Der Polymerisationsprozeß liefert wasserhaltige Hydrogele, welche dann durch Zugabe von Aluminationen gemäß obiger Beschreibung in Verbindung mit Basen wie Natrium- oder Kaliumhydroxid auf pH- Werte zwischen 3,0 und 9,5, bevorzugt zwischen 4,0 und 7,5 einge- 5 stellt werden. Die Zugabe der Basen kann dabei sowohl vor der Zugabe des Aluminats wie auch gemeinsam mit dem Aluminat erfolgen. Im ersteren Fall erfolgt die Vernetzung von neutralisierten oder teilneutralisierten Gelen. Ebenso ist es möglich teil- neutralisierte wäßrige Acrylsäurelösungen vorzugsweise in Gegenwart eines Vernetzers zu polymerisieren und anschließend mit Alu- minaten, gegebenenfalls unter weiterem Basenzusatz zu vernetzen.The ionically crosslinked hydrogel structures according to the invention are preferably obtained by free-radically polymerizing aqueous acrylic acid solutions with the addition of polyolefinically unsaturated compounds, for example the above-mentioned crosslinking agents. The polymerization process gives water-containing hydrogels, which are then added to pH values between 3.0 and 9.5, preferably between 4.0 and 7.5, by adding illuminations as described above in connection with bases such as sodium or potassium hydroxide. 5 places. The bases can be added either before the addition of the aluminate or together with the aluminate. In the former case, neutralized or partially neutralized gels are crosslinked. It is also possible to polymerize partially neutralized aqueous acrylic acid solutions, preferably in the presence of a crosslinking agent, and then to crosslink them with aluminates, if appropriate with the addition of a base.
Die verwendete Menge an Aluminaten beträgt 0,05 bis 80 mol-%, bevorzugt 0,05 bis 30 mol-% Aluminium, bezogen auf die Summe von Carboxylgruppen und Alkali- oder Ammoniumcarboxylatgruppen, vorzugsweise bezogen auf die zu neutralisierenden Säureeinheiten im Hydrogel .The amount of aluminates used is 0.05 to 80 mol%, preferably 0.05 to 30 mol% of aluminum, based on the sum of carboxyl groups and alkali metal or ammonium carboxylate groups, preferably based on the acid units to be neutralized in the hydrogel.
Als besonders geeignet zur Herstellung der neuartigen polymeren Hydrogele erwiesen sich Mischungen aus Natron- oder Kalilauge mit mono-, di - , tri- oder tetra-Aluminaten, oder auch von höheren Polyaluminaten der allgemeinen Formel (I)Mixtures of sodium or potassium hydroxide solution with mono-, di-, tri- or tetra-aluminates, or else higher polyaluminates of the general formula (I), have proven to be particularly suitable for the preparation of the novel polymeric hydrogels.
Mn[H2n+2Aln03n+l] (I), wobei M, Na oder K und n eine Zahl von 5 bis 10 ist, sowie deren Mischungen.M n [H 2n + 2 Al n 0 3n + l] ( I ) , where M, Na or K and n is a number from 5 to 10, and mixtures thereof.
Die Polymerisation kann durch Radikalbildner, wie z.B. organische oder anorganische Peroxide sowie Azoverbindungen ausgelöst werden. Beispiele sind Benzoylperoxid, tert. -Butylhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, ( H )2S208, K2S20β, H2S208, H202 oder Azodiiso- butyronitril . Auch Redoxsysteme eignen sich in hervorragender Weise als Polymerisationsinitiatoren. Die Polymerisation kann schließlich auch durch energiereiche Strahlung ausgelöst werden.The polymerization can be triggered by radical formers, such as organic or inorganic peroxides and azo compounds. Examples are benzoyl peroxide, tert. -Butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, (H) 2 S 2 08, K 2 S 2 0β, H 2 S 2 0 8 , H 2 0 2 or azodiisobutyronitrile. Redox systems are also outstandingly suitable as polymerization initiators. Finally, the polymerization can also be triggered by high-energy radiation.
Werden Verbindungen der allgemeinen Formel I erst einem unver- netzten Prä (Co) polymeren zugegeben, so geschieht dies in der Regel vor der Trocknung durch homogenes Vermischen, beispielsweise durch Verkneten eines wäßrigen Polymergeis in einem Kneter. Bevorzugt ist jedoch der Einsatz von kovalent vorvernetzten Hydrogelstrukturen, welche dann mit Verbindungen der Formel I vorzugsweise in Gemischen mit Basen, wie Natrium- oder Kalium- hydroxid zur Neutralisation auf die erwünschten pH-Werte eingesetzt werden.If compounds of the general formula I are first added to an uncrosslinked pre (co) polymer, this is usually done before drying by homogeneous mixing, for example by kneading an aqueous polymer gel in a kneader. However, preference is given to using covalently pre-crosslinked hydrogel structures, which are then used with compounds of the formula I, preferably in mixtures with bases, such as sodium or potassium hydroxide, for neutralization to the desired pH values.
Nach Herstellung des ionisch vernetzten Hydrogels, welche in geeigneten Apparaten wie Knetern, Extrudern oder nach Vor- Zerkleinerung in üblichen Mischaggregaten, wie z.B. Pflugschar- oder Schnecken-Mischern vorgenommen werden kann, werden die Gel- partikel einem Trocknungsprozeß zur Entfernung des Wasser unter- 6 worfen, anschließend gemahlen und durch Sieben ein erwünschtes Kornverteilungsspektrum eingestellt .After the ionically crosslinked hydrogel has been produced, which can be carried out in suitable apparatuses such as kneaders, extruders or after comminution in conventional mixing units, such as ploughshare or screw mixers, the gel particles are subjected to a drying process to remove the water. 6, then grind and set a desired particle size distribution by sieving.
Die auf diesem Wege hergestellten Polymerpartikel sind in der Lage, das Vielfache ihres Eigengewichtes an wäßrigen Flüssigkeiten aufzunehmen. Dabei bilden sich Hydrogelpartikel, welche sich durch besondere physikalische Eigenschaften auszeichnen.The polymer particles produced in this way are able to absorb many times their own weight in aqueous liquids. Hydrogel particles are formed, which are characterized by special physical properties.
Werden Hydrogelpartikel, welche auf ähnlichem Wege durch Polymerisation ungesättigter wasserlöslicher Säuren unter Zusatz mehrfach olefinisch ungesättigter Verbindungen hergestellt wurden, wiederholter mechanischer Belastung, wie z.B. Einwirkung starker Scherkräfte ausgesetzt, erfolgt irreversibler Abbau der Hydrogelnetzwerkstruktur durch Zerstörung kovalenter Bindungen unter mechanischer Belastung. Dies hat zur Folge, daß die mechanische Stabilität der Gelpartikel, d.h. die sogenannte Gel¬ stärke drastisch abnimmt.If hydrogel particles, which have been produced in a similar way by polymerizing unsaturated water-soluble acids with the addition of polyolefinically unsaturated compounds, are subjected to repeated mechanical stress, such as exposure to strong shear forces, irreversible degradation of the hydrogel network structure takes place through the destruction of covalent bonds under mechanical stress. This has the result that the mechanical stability of the gel particles that is, the so-called gel ¬ strength drastically decreases.
Die erfindungsgemäßen Hydrogelstrukturen, welche neben kovalenten Vernetzungselementen nach einem ionischen Mechanismus vernetzt sind, zeigen diesen Nachteil nicht, da die ionischen Vernetzungselemente zur Rekombination befähigt sind.The hydrogel structures according to the invention, which in addition to covalent crosslinking elements are crosslinked according to an ionic mechanism, do not show this disadvantage since the ionic crosslinking elements are capable of recombination.
Die erfindungsgemäßen Hydrogele eignen sich in hervorragender Weise als Absorbentien für wäßrige Flüssigkeiten, zur Formulierung kosmetischer Zubereitung, als Verfestiger und/oder Binder von reaktiven Gruppen enthaltenden faserigen Flächengebilden sowie als Bohrspülungen und Zementsehlamme bei der Erdölgewinnung.The hydrogels according to the invention are outstandingly suitable as absorbents for aqueous liquids, for the formulation of cosmetic preparations, as consolidators and / or binders of fibrous sheet-like structures containing reactive groups, and as drilling fluids and cement sludge in the production of petroleum.
Für die Verwendung als sogenannte "Super Absorbing Polymers" (SAP) zum Einsatz von Hygieneartikeln, beispielsweise Windeln, Tampons oder Damenbinden, eignen sich insbesondere erfindungs- gemäße Hydrogele auf Basis von Acrylsäure. Diese enthalten vorzugsweise 50 bis 99,99, insbesondere bis 98 Gew.-% Struktur - einheiten, die von der Acrylsäure abgeleitet sind. Besonders bevorzugt sind Hydrogele, die Copolymerisate aus Acrylsäure und zwei- oder mehrfach ungesättigten Verbindungen darstellen, welche in wäßriger Lösung hergestellt wurden.Hydrogels according to the invention based on acrylic acid are particularly suitable for use as so-called "super absorbing polymers" (SAP) for the use of hygiene articles, for example diapers, tampons or sanitary napkins. These preferably contain 50 to 99.99, in particular up to 98% by weight of structural units which are derived from acrylic acid. Particularly preferred are hydrogels, which are copolymers of acrylic acid and di- or polyunsaturated compounds, which have been prepared in aqueous solution.
Auch erfindungsgemäße Hydrogele auf Basis von Carboxymethyl-Poly- sacchariden eignen sich zum Einsatz als SAP in hervorragender Weise.Hydrogels according to the invention based on carboxymethyl polysaccharides are also outstandingly suitable for use as SAP.
Da die Verbindungen der allgemeinen Formel I in wäßrig alka- lischen Systemen löslich sind, können erfindungsgemäße wasser- quellbare Hydrogele mit gegenüber Verbindungen des Standes der Technik homogenerem Netzwerk erzielt werden. Dadurch weisen die 7Since the compounds of the general formula I are soluble in aqueous alkaline systems, water-swellable hydrogels according to the invention can be achieved with a network which is more homogeneous than compounds of the prior art. As a result, the 7
Hydrogele neben hoher Absorptionskapazität auch hohe Gelstärke auf .In addition to high absorption capacity, hydrogels also have high gel strength.
Durch Nachvernetzung mit Verbindungen der allgemeinen Formel I von bereits kovalent vorvernetzten Polymeren, die für den Einsatz als SAP vorgesehen sind, kann deren Leistungsfähigkeit hinsichtlich Absorption unter Druck, sowie insbesondere die mechanische Stabilität der Gelstrukturen nach mechanischer Belastung auf Grund der Rekombinationsfähigkeit der ionischen Vernetzungs- elemente wesentlich verbessert werden.By post-crosslinking with compounds of the general formula I of already covalently pre-crosslinked polymers which are intended for use as SAP, their performance with regard to absorption under pressure, and in particular the mechanical stability of the gel structures after mechanical stress, can be increased due to the recombination ability of the ionic crosslinking elements be significantly improved.
Das verbesserte mechanische Eigenschaftsprofil der erfindungsgemäßen Hydrogelstrukturen gegenüber herkömmlichen kovalent vernetzten Produkten läßt sich durch Messung des Gel-Recovery-Index zeigen.The improved mechanical property profile of the hydrogel structures according to the invention compared to conventional covalently crosslinked products can be shown by measuring the gel recovery index.
Messung des Gel-Recovery-Index:Measurement of the gel recovery index:
Die Messung des Gel-Recovery-Index erfolgt mit Hilfe eines Creep Meter, Modell RE-3305 der Firma Yamaden Co., Ltd. Bei diesem Gerät handelt es sich um ein Penetrometer , womit Untersuchungen von Struktur- und Konsistenzveränderungen über die Zeit oder durch wechselnde Belastungseinflüsse durchgeführt werden können. Kernstück des Gerätes stellt ein in vertikaler Richtung ver- schiebbarer Meßschlitten mit Kraftaufnehmer und einem Stempel als Prüfkörper dar. Der Kraftauf ehmer mißt die Druck- oder Zugkräfte, die bei der Schlittenverschiebung von der Probe auf den Prüfkörper einwirken. Zur Durchführung verschiedener Messungen kann entweder die maximale Eindringtiefe des Prüfkörpers (bei Messung der Kraft) oder die maximale Kraftaufnahme (bei Messung der Eindringtiefe) vorgegeben werden. Zur Durchführung der Messung des Gel-Recovery-Index werden 0,2 g SAP mit einer ausgesiebten Kornfraktion von 400 - 500 um in 7 g 0,9 Gew.-%iger Kochsalzlösung gegeben und das Gel 3 h lang bei Raumtemperatur gehalten, um eine homogene Quellung zu erreichen. 0,2 g dieses Gels werden auf den Probenteller gleichmäßig und ohne mechanische Belastung mit einem Spatel verteilt. Der Stempel wird nun soweit heruntergefahren, daß er gerade die Oberfläche der gequollenen SAP-Teilchen berührt. Von dieser Ausgangsstellung wird der Stempel nun in 20 Zyklen mit einer Geschwindigkeit von 0,5 mm/s in das Gel hinein- und wieder herausgefahren. Die Kraftaufnahme nimmt hierbei von Zyklus zu Zyklus ab, da durch diese mechanische Belastung ein Teil der Gelstruktur zerstört wird und somit der Elastizitätsmodul des Gels abnimmt. Die Eindringtiefe des Stern- pels wird dabei so gewählt, daß die Kraftaufnahme bei dem 20. Zyklus (50 " 3 %) der Kraftaufnahme beim 1. Zyklus beträgt, und muß daher für jedes Produkt durch Vorversuche individuell er- 8 mittelt werden. Nach den ersten 20 Zyklen wird das Gel 20 Minuten lang bei Raumtemperatur auf dem Probenteller belassen. In dieser Zeit hat das Gel Gelegenheit, sich zu erholen und die durch die mechanische Belastung entstandenen Netzwerkdefekte wieder zu 5 reparieren. Nach Ablauf dieser Zeit wird das Testprogramm wiederholt (2. Zyklenreihe), wobei die Eindringtiefe des Stempels unverändert bleibt. Tabellen 1 und 2 zeigen zur Verdeutlichung der Testmethode Daten der Kraftaufnahme für Gele, die keinen Reparatureffekt bzw. einen vollständigen Reparatureffekt aufweisen. Der 0 Gel-Recovery-Index berechnet sich wie folgt:The gel recovery index is measured using a Creep Meter, model RE-3305 from Yamaden Co., Ltd. This device is a penetrometer, which can be used to carry out investigations of changes in structure and consistency over time or due to changing load factors. The centerpiece of the device is a measuring slide that can be moved in the vertical direction with a force transducer and a stamp as a test specimen. The force transducer measures the compressive or tensile forces that act on the test specimen when the slide is moved from the sample. To carry out various measurements, either the maximum penetration depth of the test specimen (when measuring the force) or the maximum force absorption (when measuring the penetration depth) can be specified. To carry out the measurement of the gel recovery index, 0.2 g of SAP with a sieved grain fraction of 400-500 μm are placed in 7 g of 0.9% strength by weight saline solution and the gel is kept at room temperature for 3 hours in order to obtain a to achieve homogeneous swelling. 0.2 g of this gel are distributed evenly on the sample plate and without mechanical stress using a spatula. The stamp is now lowered so far that it just touches the surface of the swollen SAP particles. From this starting position, the stamp is then moved into and out of the gel in 20 cycles at a speed of 0.5 mm / s. The force absorption decreases from cycle to cycle, since this mechanical load destroys part of the gel structure and thus the elastic modulus of the gel decreases. The depth of penetration of the star apex is selected so that the force absorption in the 20th cycle (50 "3%) is the force absorption in the 1st cycle, and must therefore be individually determined for each product through preliminary tests. 8 be averaged. After the first 20 cycles, the gel is left on the sample plate for 20 minutes at room temperature. During this time, the gel has the opportunity to recover and repair the network defects caused by the mechanical stress. After this time the test program is repeated (2nd cycle series), the depth of penetration of the stamp remains unchanged. Tables 1 and 2 show the force absorption data for gels that do not have a repair effect or a complete repair effect to clarify the test method. The 0 gel recovery index is calculated as follows:
Gel-Recovery-Index = 1 [2 / A]Gel recovery index = 1 [2 / A]
A = Kraftaufnahme beim 1. Zyklus der 1. Zyklenreihe 5 C = Kraftaufnahme beim 1. Zyklus der 2. ZyklenreiheA = Force absorption during the 1st cycle of the 1st cycle 5 C = Force absorption during the 1st cycle of the 2nd cycle
Die Kraftaufnahme wird in den folgenden Tabellen in relativen Einheiten angegeben.The force absorption is given in the following tables in relative units.
0 Tabelle 1:0 Table 1:
Messung des Gel-Recovery-Index für eine Probe mit Reparatureffekt (erfindungsgemäßes Beispiel)Measurement of the gel recovery index for a sample with repair effect (example according to the invention)
Zyklus Kraftaufnähme Kraf taufnähme 1. Zyklenreihe 2. Zyklenreihe b 1 100 100Cycle Force absorption Force absorption 1st cycle series 2nd cycle series b 1 100 100
2 94,5 94,52 94.5 94.5
3 90 903 90 90
4 86 86 0 5 82 824 86 86 0 5 82 82
6 78,5 78,56 78.5 78.5
7 76 767 76 76
8 73 738 73 73
9 70,6 70,6 5 10 68 689 70.6 70.6 5 10 68 68
11 65,2 65,211 65.2 65.2
12 63 6312 63 63
13 60,6 60,613 60.6 60.6
14 58,5 58,5 014 58.5 58.5 0
15 56,5 56,515 56.5 56.5
16 54,8 54,816 54.8 54.8
17 53,3 53,317 53.3 53.3
18 52 52
Figure imgf000010_0001
5 Zyklus Kraftaufnahme Kraftaufnahme 1. Zyklenreihe 2. Zyklenreihe
18 52 52
Figure imgf000010_0001
5 Cycle Force absorption Force absorption 1st cycle row 2nd cycle row
19 50,7 50,7
Figure imgf000011_0001
20 50 50
19 50.7 50.7
Figure imgf000011_0001
20 50 50
Gel-Recovery-Index=l- [2- (100-100) /100] =1Gel recovery index = l- [2- (100-100) / 100] = 1
Tabelle 2:Table 2:
Messung des Gel-Recovery-Index für eine Probe ohne Reparatur - effekt (Stand der Technik)Measurement of the gel recovery index for a sample without repair effect (state of the art)
Zyklus Kraf taufnähme Kraf taufnähme 1. Zyklenreihe 2. ZyklenreiheCycle Force take-up Force take-up 1st cycle row 2nd cycle row
1 100 491 100 49
2 94,5 48,032 94.5 48.03
3 90 47, 093 90 47, 09
4 86 46,184 86 46.18
5 82 45,35 82 45.3
6 78,5 44,456 78.5 44.45
7 76 43,637 76 43.63
8 73 42,848 73 42.84
9 70,6 42,089 70.6 42.08
10 68 41,3510 68 41.35
11 65,2 40,6511 65.2 40.65
12 63 39,9812 63 39.98
13 60,6 39,3413 60.6 39.34
14 58,5 38,7314 58.5 38.73
15 56,5 38,1515 56.5 38.15
16 54,8 37,616 54.8 37.6
17 53,3 37,0817 53.3 37.08
18 52 36,5918 52 36.59
19 50,7 36,13
Figure imgf000011_0002
20 50 35,7
19 50.7 36.13
Figure imgf000011_0002
20 50 35.7
Gel-Recovery-Index=l- [2- (100-49) /100]=-0,02Gel recovery index = l- [2- (100-49) / 100] = - 0.02
Gele mit vollständigem Reparatureffekt zeigen einen Gel-Recovery- Index von 1,0, Gele ohne Reparatureffekt zeigen einen Gel-Recovery-Index von < 0.Gels with a complete repair effect show a gel recovery index of 1.0, gels without a repair effect show a gel recovery index of <0.
Beispiel 1example 1
In einem durch geschäumtes Kunststoffmaterial gut isolierten Polyethylengefäß mit einem Fassungsvermögen von 10 1 werden 3677,4 g entsalztes Wasser vorgelegt, und langsam 1300 g Acryl- 10 säure zudosiert. Nun erfolgt Zugabe von 10 g Pentaerythritol- triallylether als kovalenter Vernetzer. Bei einer Temperatur von 4°C werden die Initiatoren, ein Redoxsystem, bestehend aus 2,2 g 2, 2' -Azobisamidinopropan-dihydrochlorid, gelöst in 20 g entsalz - tem Wasser, 4 g Kaliumperoxodisulfat, gelöst in 150 g entsalztem Wasser sowie 0,4 g Ascorbinsäure, gelöst in 20 g entsalztem Wasser nacheinander zugegeben und verrührt. Die Reaktionslösung wird daraufhin ohne Rühren stehengelassen, wobei durch einsetzende Polymerisation, in dessen Verlauf die Temperatur bis auf ca. 89°C ansteigt, ein festes Gel entsteht. Dieses wird anschließend mechanisch zerkleinert und gleichzeitig mit einer wäßrigen Lösung 30 %iger NaOH, welche 10 Gew.-% Na-aluminat (Riedel -de Haen) enthält, auf einen pH-Wert von 5,8 eingestellt und bei 120°C getrocknet und gemahlen. Das vorliegend beschriebene Produkt hat einen GR-Index von 0,5.3677.4 g of demineralized water are placed in a polyethylene vessel with a capacity of 10 l, well insulated by foamed plastic material, and slowly 1300 g of acrylic 10 acid added. Now 10 g of pentaerythritol triallyl ether is added as a covalent crosslinker. At a temperature of 4 ° C the initiators, a redox system consisting of 2.2 g 2, 2 '-azobisamidinopropane dihydrochloride, dissolved in 20 g demineralized water, 4 g potassium peroxodisulfate, dissolved in 150 g demineralized water and 0 , 4 g of ascorbic acid, dissolved in 20 g of demineralized water, added in succession and stirred. The reaction solution is then left to stand without stirring, a solid gel being formed by the onset of polymerization, in the course of which the temperature rises to approximately 89.degree. This is then mechanically comminuted and simultaneously adjusted to a pH of 5.8 with an aqueous solution of 30% NaOH, which contains 10% by weight Na aluminate (Riedel-de Haen), and dried at 120 ° C. and ground. The product described here has a GR index of 0.5.
VergleichsbeispielComparative example
Es wird analog zu Beispiel 1 verfahren, nur wird zur Einstellung des sauren Gels auf einen pH-Wert von 5,8 ausschließlich eine 30%ige wäßrige Lösung von NaOH eingesetzt.The procedure is analogous to Example 1, except that only a 30% aqueous solution of NaOH is used to adjust the acidic gel to a pH of 5.8.
Beispiel 2Example 2
Es wird analog Beispiel 1 verfahren, nur wird jetzt zurThe procedure is analogous to example 1, but now becomes
Einstellung des sauren Geles auf einen pH-Wert von 6,1 30 %ige wäßrige KOH eingesetzt, welche 15 Gew.-% Na-aluminat gelöst ent¬ hält. Das hier resultierende Produkt besitzt einen GR-Index von 0,7, ist hervorragend für den Einsatz in Babywindeln geeignet und zeichnet sich durch gute Flüssigkeitsretention aus.Adjusting the acidic gel used at a pH of 6.1 30% aqueous KOH containing 15 wt .-% dissolved sodium aluminate ent ¬ holds. The resulting product has a GR index of 0.7, is ideal for use in baby diapers and is characterized by good fluid retention.
Beispiel 3Example 3
Unter adiabatischen Bedingungen werden in einem 1,5 1 zylin- drischen Weithalsreaktionskolben 1287 g auf 15°C abgekühltes entsalztem Wasser vorgelegt und 225 g Acrylsäure sowie 128 g Tetraallyloxyethan darin gelöst. Es wird Stickstoff in die Monomerlösung eingeleitet (ca. 2 1/Min. für ca. 20 Min.), um den Sauerstoffgehalt zu erniedrigen. Bei einem Gehalt von 1,5 ppm 02 werden 7,7 g einer 10 %igen wäßrigen Lösung von 2,2'-Azo- bis (2-amidinopropan) -dihydrochlorid zugegeben, nach weiterem N2-Einleiten und einem 02-Gehalt von 1,3 ppm werden 2,6 g einer 1 igen H202-Lösung zugegeben und schließlich bei einem 0 -Gehalt von 1,0 ppm werden 6,4 g einer 0,1 %igen Ascorbinsäurelösung zu- gegeben. Durch einsetzende Polymerisation, in deren Verlauf die Temperatur bis auf ca. 65°C ansteigt, entsteht ein festes Gel, das anschließend mechanisch zerkleinert wird. 400 g des zerkleinerten 11Under adiabatic conditions, 1287 g of demineralized water cooled to 15 ° C. are placed in a 1.5 1 cylindrical wide-neck reaction flask and 225 g of acrylic acid and 128 g of tetraallyloxyethane are dissolved therein. Nitrogen is introduced into the monomer solution (approx. 2 l / min. For approx. 20 min.) In order to reduce the oxygen content. At a content of 1.5 ppm 0 2 , 7.7 g of a 10% strength aqueous solution of 2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride are added, after further N 2 introduction and a 0 2 - Content of 1.3 ppm, 2.6 g of a 1% H 2 0 2 solution are added, and finally at a 0 content of 1.0 ppm, 6.4 g of a 0.1% ascorbic acid solution are added. The onset of polymerization, in the course of which the temperature rises to approx. 65 ° C, results in a solid gel which is then mechanically comminuted. 400 g of the crushed 11
Man erhält ein Produkt, im wesentlichen gekennzeichnet durch folgende physikalische Daten, alle gemessen in NaCl 0,9 %: Extrahierbare Anteile (16 h-Wert) 1 , 1 %, Absorption unter Druck (20 g/cm2) = 23,8 g/g, GR-Index = 0,3.A product is obtained, essentially characterized by the following physical data, all measured in NaCl 0.9%: extractables (16 h value) 1.1%, absorption under pressure (20 g / cm 2 ) = 23.8 g / g, GR index = 0.3.
Tabelle 3Table 3
Extrahierbare Absorption unter Gel-RecoveryExtractable absorption with gel recovery
Anteile Druck (20 g/cm2) IndexProportions of pressure (20 g / cm 2 ) index
16 h-Wert (%) (g/g) 16 h value (%) ( g / g )
Vergleichs10,2 9,4 0 beispielComparative 10.2 9.4 0 example
Beispiel 1 7,5 25,2 0,5Example 1 7.5 25.2 0.5
Beispiel 2 7,1 32,9 0,7Example 2 7.1 32.9 0.7
Beispiel 3 7,7 23,8 0,3
Figure imgf000013_0001
Example 3 7.7 23.8 0.3
Figure imgf000013_0001
Alle Werte sind gemessen in NaCl 0,9 %ig All values are measured in 0.9% NaCl

Claims

12Patentansprüche 12 Patent claims
1. Ionisch vernetzte Hydrogele, erhältlich durch Zugabe von Aluminaten der Formel (I)1. Ionically crosslinked hydrogels, obtainable by adding aluminates of the formula (I)
Mn[H2n+2Aln03n+1] (I),M n [H 2n + 2 Al n 0 3n + 1 ] (I),
worinwherein
M Kalium oder Natrium undM potassium or sodium and
n eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeuten,n is an integer from 1 to 10,
zu einem unvernetzten oder kovalent vernetzten Hydrogel, wobei der pH-Wert nach Zugabe von I einen Wert zwischen 3,0 und 9, 5 beträgt.to an uncrosslinked or covalently crosslinked hydrogel, the pH after addition of I being between 3.0 and 9.5.
2. Ionisch vernetzte Hydrogele nach Anspruch 1, dadurch gekenn - zeichnet, daß das eingesetzte Hydrogel Carboxylgruppen und/ oder Alkali- oder Ammoniumcarboxylatgruppen trägt.2. Ionically crosslinked hydrogels according to claim 1, characterized in that the hydrogel used carries carboxyl groups and / or alkali or ammonium carboxylate groups.
3. Ionisch vernetzte Hydrogele nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu 50 bis 99,99 Gew.-% aus Struktur - einheiten aufgebaut sind, die von der Acrylsäure abgeleitet sind.3. Ionically crosslinked hydrogels according to claim 1 or 2, characterized in that they are made up of 50 to 99.99% by weight of structural units which are derived from acrylic acid.
4. Ionisch vernetzte Hydrogele nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Hydrogel durch eine radikalische Copolymerisation hergestellt wurden.4. Ionically crosslinked hydrogels according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hydrogel used was produced by a radical copolymerization.
5. Ionisch vernetzte Hydrogele nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Zugabe von Verbindungen der Formel (I) hergestellt werden, worin n eine ganze Zahl von 2 bis 4 bedeutet.5. Ionically crosslinked hydrogels according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that they are prepared by adding compounds of the formula (I), in which n is an integer from 2 to 4.
6. Ionisch vernetzte Hydrogele nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert bei der Zugabe von Verbindungen der Formel (I) auf 4,0 bis 7,5 eingestellt wird.6. Ionically crosslinked hydrogels according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the pH is adjusted to 4.0 to 7.5 when compounds of the formula (I) are added.
7. Ionisch vernetzte Hydrogele nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Aluminaten 0,05 bis 80 mol- AI bezogen auf zu neutralisie- rende Säureeinheiten im Hydrogel beträgt. 137. Ionically crosslinked hydrogels according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the amount of aluminates is 0.05 to 80 mol-AI based on acid units to be neutralized in the hydrogel. 13
8. Ionisch vernetzte Hydrogele nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein kovalent vernetztes Hydrogel eingesetzt wird.8. Ionically crosslinked hydrogels according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that a covalently crosslinked hydrogel is used.
9. Ionisch vernetzte Hydrogele nach einem oder mehreren der An¬ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Hydrogel durch Copolymerisation von Acrylsäure mit zwei- oder mehrfach ungesättigten Verbindungen in wäßriger Lösung herge¬ stellt wurden.9. The ionically crosslinked hydrogels according to one or more of the at ¬ claims 1 to 8, characterized in that the hydrogel used were represents by copolymerization of acrylic acid with di- or poly-unsaturated compounds in aqueous solution Herge ¬.
10. Verfahren zur Herstellung von ionisch vernetzten Hydrogelen gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, indem man ein unvernetztes oder kovalent vernetztes Hydrogel mit Aluminaten I derart umsetzt, daß sich ein pH-Wert von 3,0 bis 9,5 einstellt. 10. A process for the preparation of ionically crosslinked hydrogels according to claims 1 to 9 by reacting an uncrosslinked or covalently crosslinked hydrogel with aluminates I in such a way that a pH of 3.0 to 9.5 is established.
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