WO2003104299A1 - Verfahren zur herstellung von estern von polyalkoholen - Google Patents

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WO2003104299A1
WO2003104299A1 PCT/EP2003/005940 EP0305940W WO03104299A1 WO 2003104299 A1 WO2003104299 A1 WO 2003104299A1 EP 0305940 W EP0305940 W EP 0305940W WO 03104299 A1 WO03104299 A1 WO 03104299A1
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polyalcohol
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Thomas Jaworek
Thomas Daniel
Lothar Wolf
Rainer Königer
Reinhold Schwalm
Gabriele Hartmann
Stefan Wickel
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Basf Aktiengesellschaft
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G65/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
    • C08G65/02—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from cyclic ethers by opening of the heterocyclic ring
    • C08G65/32—Polymers modified by chemical after-treatment
    • C08G65/329—Polymers modified by chemical after-treatment with organic compounds
    • C08G65/331—Polymers modified by chemical after-treatment with organic compounds containing oxygen
    • C08G65/332—Polymers modified by chemical after-treatment with organic compounds containing oxygen containing carboxyl groups, or halides, or esters thereof
    • C08G65/3322—Polymers modified by chemical after-treatment with organic compounds containing oxygen containing carboxyl groups, or halides, or esters thereof acyclic
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS 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
    • A61L15/00—Chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings or absorbent pads
    • A61L15/16—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons
    • A61L15/42—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L15/60—Liquid-swellable gel-forming materials, e.g. super-absorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/08—Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides with the hydroxy or O-metal group of organic compounds

Definitions

  • a disadvantage of these compounds is that for the at least partial separation of starting materials and by-products - the crosslinkers used in the mentioned document have a content of acrylic acid of less than 0.1% by weight - complex cleaning operations are required.
  • a disadvantage of this process is that due to the low reaction temperature, the reaction times are up to 35 hours and the excess acid in the reaction mixture is removed by neutralization with subsequent phase separation.
  • the polyhydric alcohol A has at least two hydroxyl functions
  • Crosslinking in this document is understood as meaning, unless otherwise stated, radical crosslinking (gel crosslinking, internal crosslinking, cross-linking of linear or slightly crosslinked polymer). This crosslinking can take place via free-radical or cationic polymerization mechanisms or other, for example Michael addition, esterification or esterification mechanisms, preferably by free-radical polymerization.
  • Hydrogel-forming polymers which absorb aqueous liquids are preferably those having an absorption of distilled water of at least their own weight, preferably 10 times their own weight, and this absorption is preferably also achieved under a pressure of 0.7 psi.
  • the polyols can also carry additional functionalities such as ether functions (-0-), carboxyl functions (-C00H) or -CC 4 -alkyloxycarbonyl (ester groups), where -CC 4 -alkyl in this specification methyl, ethyl, iso-propyl , n-propyl, n-butyl, iso-butyl, sec-butyl or terfc-butyl.
  • R 1 , R 2 independently of one another are hydrogen, C 1 -C 10 -alkyl, preferably C 1 -C 4 -alkyl, C 1 -C 10 -hydroxyalkyl, preferably C 1 -C 4 -alkyl, carboxyl or C 1 -C 4 -alkyloxycarbonyl, preferably hydrogen, hydroxymethyl and C 1 -C 4 -alkyl and particularly preferably hydroxymethyl and C 1 -C 4 -alkyl.
  • sugar alcohols examples include sorbitol, mannitol, maltitol, isomalt, diglycerol, threitol, erythritol, adonite (ribitol), arabitol (lixit), xylitol and dulcitol (galactitol).
  • polyesterols are e.g. those into consideration, such as can be prepared by esterification of polycarboxylic acids, preferably dicarboxylic acids, with the abovementioned polyols.
  • Y is a straight-chain or branched, optionally substituted alkylene group having 2 to 20 carbon atoms or an optionally substituted cycloalkylene or arylene group having 6 to 12 carbon atoms or a single bond
  • the saponification i. the cleavage of the ester groups contained in the polyesterol, for example, at least 10% based on the ester groups in the starting compound, preferably at least 25%, more preferably at least 50%, very particularly preferably at least 75% and in particular at least 90% ,
  • reaction mixture is then acidified and esterified with the carboxylic acid B as described.
  • the underlying alcohol to be esterified has the formula Vlla,
  • R 8 , R 10 , x and y are as defined above.
  • the alkylene oxide chain may preferably be composed of ethylene oxide, propylene oxide and / or butylene oxide units. Such a chain may be composed of a species of an alkylene oxide or a mixture of alkylene oxides. When a mixture is used, the different alkylene oxide units may be random or block or blocks of individual species.
  • one radical R 10 per alkylene oxide unit is preferably hydrogen and the other is methyl or hydrogen, particularly preferably both radicals R 10 are hydrogen.
  • the preferred number of alkylene oxide units in each chain depends on the number of chains.
  • the esterifying agent is a straight-chain or branched ethylenically unsaturated carboxylic acid having 2 to 10 carbon atoms or its esters, preferably having 2 to 4 and more preferably having 2 to 3 carbon atoms ethylenically unsaturated carboxylic acid, most preferably acrylic acid, methacrylic acid or their esters, especially acrylic acid.
  • R 1 , R 2 have the meanings given above,
  • k, 1, m, q are each independently an integer from 1 to 10, preferably 1 to 5, particularly preferably 3 to
  • Equally preferred is one to 20 times, preferably one to ten times, more preferably two to ten times, very preferably two to five times, especially three to five times and especially three to four times alkoxylated, preferably ethoxylated, propoxylated or mixed-ethoxylated-propoxylated and particularly preferred ethoxylated glycerol (here exceptionally calculated in moles of alkoxy groups per mole of glycerol).
  • the indicated degrees of alkoxylation in each case relate to the average degree of alkoxylation.
  • the data for the number-average and weight-average molecular weight M n and M w relate here to gel permeation chromatographic measurements, polystyrene being used as standard and tetrahydrofuran as eluent. The method is described in the Analyst Taschenbuch Vol. 4, pages 433 to 442, Berlin 1984.
  • R 1, R 2, Y have the abovementioned meanings, k, 1, m, q, r, s independently of one another are each an integer from 1 to 30, preferably 1 to 20, particularly preferably 1 to 10 and in particular 1 to 5 and
  • hydroquinone monomethyl ether particularly preferred are hydroquinone monomethyl ether, hydroquinone, and alkylphenols, optionally in combination with Tripehnyl- phosphite and / or hypophosphorous acid.
  • Suitable circulation evaporators are known to the person skilled in the art and are described, for example, in R. Billet, Verdampfertechnik, HTB-Verlag, bibliographisches Institut Mannheim, 1965, 53.
  • Examples of circulation evaporators are shell-and-tube heat exchangers, plate heat exchangers, etc. Of course, several heat exchangers may be present in the circulation.
  • They are generally used in an amount of from 0.1 to 5% by weight, based on the esterification mixture, preferably from 0.5 to 5, more preferably from 1 to 4 and very particularly preferably from 2 to 4% by weight.
  • the amount of solvent used is 10 to 200% by weight, preferably 20 to 100% by weight, particularly preferably 30 to 100% by weight, based on the sum of polyhydric alcohol and carboxylic acid B.
  • the organic phase when used as reflux, can be used to control the temperature in the esterification.
  • the usable carboxylic acid B is not limited in its composition and in the case of crude (meth) acrylic acid, for example, the following components:
  • the pure (meth) acrylic acid used is generally stabilized with 100-300 ppm of hydroquinone monomethyl ether or other storage stabilizers in amounts which allow comparable stabilization.
  • an inert gas preferably an oxygen-containing gas, more preferably air or a mixture of air and nitrogen (lean air) may be circulated through or over the reaction mixture, for example in amounts of 0.1-1, preferably 0.2-0.8 and more preferably 0.3-0.7 m3 / m3h, based on the volume of the reaction mixture.
  • the course of the esterification a) can be followed by monitoring the amount of water discharged and / or the decrease in the concentration of carboxylic acid in the reactor.
  • the reaction can be terminated, for example, as soon as 90% of the theoretically expected amount of water has been discharged through the solvent, preferably at least 95% and particularly preferably at least 98%.
  • Removal of the reaction water can be omitted, for example, if the carboxylic acid B is used in a high stoichiometric excess, for example of at least 1.5: 1, preferably at least 2.5: 1 and very particularly preferably at least 5: 1. In this case, a substantial part of the resulting water remains close in the reaction mixture.
  • the proportion of water is removed from the reaction mixture, which is determined by the volatility at the applied temperature and, moreover, no measures for the separation of the resulting reaction water are carried out.
  • at least 10% by weight of the resulting water of reaction remain in the reaction mixture, preferably at least 20% by weight, more preferably at least 30% by weight, most preferably at least 40% and especially at least 50% by weight.
  • the reactor mixture can be cooled in the usual manner to a temperature of 10 to 30 ° C and optionally by adding solvent which is the same as the optionally for the azeotropic removal of water.
  • the reaction can be stopped with a suitable diluent G and brought to a concentration of, for example, 10 to 90% by weight, preferably 20 to 80%, more preferably 20 to 60%, very preferably 30 to 50% and especially diluted about 40%, for example, to reduce the viscosity.
  • a suitable diluent G preferably 10 to 90% by weight, preferably 20 to 80%, more preferably 20 to 60%, very preferably 30 to 50% and especially diluted about 40%, for example, to reduce the viscosity.
  • the diluent G is selected from the group consisting of water, a mixture of water with one or more indefinitely soluble organic solvents, or a mixture of water with one or more simple or higher functionality alcohols, e.g. Methanol and glycerin.
  • the alcohols preferably carry 1, 2 or 3 hydroxy groups and have preferably between 1 and 10, in particular up to 4, carbon atoms. Preference is given to primary and secondary alcohols.
  • Preferred alcohols are methanol, ethanol, isopropanol, ethylene glycol, 1, 2-propanediol or 1, 3-propanediol. 35 d) If necessary, the reaction mixture may be discolored, for example by treatment with activated charcoal or metal oxides, e.g. Alumina, silica, magnesia, zirconia, boria or mixtures thereof, in amounts of, for example, 0.1-
  • the reaction mixture may further be subjected to a pre-wash e) and / or a neutralization f) and / or a post-wash g), preferably only a neutralization f).
  • neutralization f) and prewash e) can also be reversed in the order.
  • carboxylic acid B for example (meth) acrylic acid and / or catalyst C can be at least partially recovered by acidification and extraction with a solvent and used again.
  • the reaction mixture is in a washing machine with a washing liquid, for example water or a 5 to 30% by weight, preferably 5 to 20, particularly preferably 5 to 15% by weight sodium chloride, potassium chloride , Ammonium chloride, sodium sulfate or ammonium sulfate solution, preferably water or saline.
  • a washing liquid for example water or a 5 to 30% by weight, preferably 5 to 20, particularly preferably 5 to 15% by weight sodium chloride, potassium chloride , Ammonium chloride, sodium sulfate or ammonium sulfate solution, preferably water or saline.
  • the quantitative ratio of reaction mixture: washing liquid is generally 1: 0.1-1, preferably 1: 0.2-0.8, particularly preferably 1: 0.3-0.7.
  • Prewash e is preferably used when metal salts, preferably copper or copper salts, are used as inhibitors (with).
  • the addition of the base takes place in such a way that the temperature in the apparatus does not rise above 60 ° C, preferably between 20 and 35 ° C and the pH is 4-13.
  • the dissipation of the heat of neutralization is preferably carried out by cooling the container with the aid of internal cooling coils or by double-wall cooling.
  • a solvent is contained in the reaction mixture, this can be substantially removed by distillation. Preference is given to optionally containing solvent after weighing. see and / or neutralization removed from the reaction mixture, if desired, but this can also be done before washing or neutralization.
  • Storage stabilizer preferably hydroquinone monomethyl ether added that after removal of the solvent 100-500, preferably 200-500 and more preferably 200-400 ppm thereof in the final ester (residue) are included.
  • an inert gas preferably an oxygen-containing gas, more preferably air or a mixture of air and nitrogen (lean air) can be introduced into the distillation apparatus, for example 0.1-1, preferably 0.2-0.8 and particularly preferably 0, 3 - 0.7 m3 / m3h, based on the volume of the reaction mixture.
  • the residual solvent content in the residue is after the
  • trays bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred; of the trays are those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Barrel or Intalox saddles, Top-Pak etc. or braids, preferred.
  • the carboxylic acid B contained in the reaction mixture is preferably not more than 75% by weight, more preferably not more than 50% by weight, very preferably not more than 25% by weight, in particular not more than 10% by weight and especially not more separated from the reaction mixture as 5% by weight, based on the carboxylic acid B present in the reaction mixture after the end of the reaction.
  • step b) can be dispensed with, so that only the proportion of water of reaction and carboxylic acid B is removed from the reaction mixture, which is determined by the volatility at the applied temperature. This can preferably be prevented by substantially complete condensation.
  • the reaction mixture thus obtained preferably has an acid number gem.
  • the reaction mixture can be diluted in step c), in which case it is preferably reacted within 6 hours, more preferably within 3 hours to the hydrogel. Preferably, it can be neutralized in a step f).
  • Ester F in the substance mixture 0.1 to 40% by weight, particularly preferably 0.5 to 20, very particularly preferably 1 to 10, in particular 2 to 5 and especially 2 to 4% by weight, - carboxylic acid B 0.5 99.9% by weight, particularly preferably 0.5-50% by weight, very particularly preferably 1-25, in particular 2-15 and especially 3 to 5% by weight,
  • Polymerization inhibitor D 0-5% by weight, more preferably 0.01
  • reaction mixture from the esterification including their work-up steps, if they are passed through, for example, the reaction mixture of f), or, if omitted f), from b), or, if omitted on b), the reaction mixture from a
  • N may be added with additional monoethylenically unsaturated compounds N which carry no acid groups but are copolymerizable with the hydrophilic monomers M may then be polymerized to produce water-absorbing hydrogels in the presence of at least one radical initiator K and optionally at least one grafting base L.
  • R 3 is hydrogen, methyl or ethyl
  • R 6 is hydrogen, amino or hydroxy- (C ⁇ -C) -alkyl
  • organic peroxides such as benzoyl peroxide, tert. Butyl hydroperoxide, methyl ethyl ketone peroxide, cumene hydroperoxide, azo compounds such as azobisisobutyronitrile and inorganic peroxy compounds such as (NH) 2 S 2 0s. KS 2 0s or H0 2 .
  • the present invention furthermore relates to crosslinked hydrogels which comprise at least one hydrophilic monomer M in a polymerized form and are crosslinked with an ester F of a polyhydric alcohol A with at least one ethylenically unsaturated carboxylic acid B.
  • the ester can be used according to the invention or in a prior art known manner are prepared, preferably in the inventive manner.
  • esters F are those of the formula VII, as defined above, in which y is independently of one another
  • the present invention further relates to the use of the above-mentioned hydrogel-forming polymers in sanitary articles comprising
  • (S) optionally a tissue layer located directly above and below the core (R) and (T) optionally a receiving layer located between (P) and (R).
  • hydrogel-forming polymer according to the invention 25, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 to 100% by weight of hydrogel-forming polymer according to the invention, more preferably 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 , 49 to 100% by weight of hydrogel-forming polymer according to the invention, in the more preferred range 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 to 100% by weight of inventive
  • the liquid-impermeable layer (Q) is usually made of a film of polyethylene or polypropylene.
  • diapers The construction and the form of diapers is well known and is described, for example, in WO 95/26 209 p. 66, line 34 to p. 69, line 11, DE 196 04 601 A1, EP-A-0 316 518 and EP-A-A. 0 202 127 described.
  • diapers and other hygiene articles are also described in WO 00/65084, in particular on pages 6-15, WO 00/65348,
  • WO 95/24173 Absorbent Article for Controlling Odor, WO 91/11977: Body Fluid Odor Control, EP 389023: Absorbent Sanitary Articles, WO 94/25077: Odor Control Material, WO 97/01317: Absorbent Hygienic Article, WO 99/18905, EP 834297, US 5,762,644, US 5,895,381, WO 98/57609, WO
  • hydrogel-forming polymers according to the invention are outstandingly suitable as absorbents for water and aqueous liquids, so that they can be used advantageously as a water-retaining agent in agricultural horticulture, as a filtration aid and especially as an absorbent component in hygiene articles such as diapers, tampons or sanitary napkins.
  • Fiber materials of the absorbent composition are Fiber materials of the absorbent composition
  • thermoplastic polyvinyl lyolefinmaschinen such as polyethylene fibers (PULPEX®), polypropylene fibers and polyethylene-polypropylene bicomponent fibers, esterfasern poly-, such as polyethylene terephthalate (DACRON ® or K0 DEL®), copolyesters, polyvinyl acetate, polyethylvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride , Polyacrylics, polyamides, copolyamides, polystyrene and copolymers of the abovementioned polymers, as well as two-component fibers of polyethylene terephthalate-polyethylene-isophthalate copolymer, polyethylvinyl acetate / polypropylene, polyethylene / polyester, polypropylene / polyester, copolyester / polyester, polyamide fibers (nylon) , Polyurethane fibers, polystyrene
  • thermoplastic fibers are preferably used in combination with thermoplastic fibers.
  • thermoplastic fibers During the heat treatment, the latter partly migrate into the matrix of the existing fiber material and thus form connecting points and renewed stiffening elements on cooling.
  • thermoplastic fibers means an extension of the pore dimensions present after heat treatment. In this way it is possible, by continuously adding thermoplastic fibers during the formation of the absorption layer, to continuously increase the proportion of thermoplastic fibers to the cover sheet, resulting in a likewise continuous increase in pore sizes.
  • Thermoplastic fibers can be formed from a variety of thermoplastic polymers having a melting point of less than 190 ° C, preferably between 75 ° C and 175 ° C. At these temperatures, no damage to the cellulose fibers is to be expected.
  • the fibers in the absorbent composition of the present invention may be hydrophilic, hydrophobic or a combination of both.
  • a fiber is said to be hydrophilic when the contact angle between the liquid and the fiber (or its surface) is smaller than 90 2 , or if the liquid tends to spit spontaneously on the same surface. Both processes are usually coexistent.
  • a fiber is said to be hydrophobic if a contact angle of greater than 90 ° is formed and no spreading is observed. Preference is given to using hydrophilic fiber material.
  • Suitable hydrophilic fibers for use in the absorbent composition according to the invention are, for example
  • Suitable hydrophilic fibers can also be obtained by hydrophilizing hydrophobic fibers, such as, for example, treating thermoplastic fibers obtained from polyolefins (such as polyethylene or polypropylene, polyamides, polystyrenes, polyurethanes, etc.) with surfactants or silica. For reasons of cost and availability, however, cellulose fibers are preferred.
  • the highly swellable hydrogel particles are embedded in the described fiber material. This can be done in many ways by z. B. with the hydrogel material and the fibers together builds up an absorption layer in the form of a matrix, or by incorporation harnesslCher hydrogels in layers of fiber mixture, where they are finally fixed, either by adhesive or lamination of the layers.
  • Mixture of synthetic fiber and cellulose fiber, wherein the mixing ratio of (100 to 0) synthetic fiber: (0 to 100) cellulose fiber can vary.
  • the cellulose fibers used can additionally be chemically stiffened to increase the dimensional stability of the hygiene article.
  • Chemically crosslinked cellulose fibers are known and known in
  • Examples of methods of obtaining an absorbent composition consisting of, for example, a support material to which one or both sides highly swellable hydrogels are fixed are known and included in, but not limited to, the invention.
  • the duration of the heat treatment depends on the type of synthetic fiber, its quantity and the speed of production of the hygiene article. In general, the duration of the heat treatment is between 0.5 second and 3 minutes, preferably 1 second to 1 minute.
  • the absorbent composition is generally provided, for example, with a liquid permeable cover layer and a liquid impermeable backsheet.
  • leg cuffs and adhesive tapes are applied, thus completing the hygiene article.
  • the materials and types of the permeable topsheet and impermeable backsheet, as well as the leg seals and tapes are well known to those skilled in the art and not particularly limited. Examples of this can be found in WO 95/26 209.
  • the advantage of the present invention resides in the fact that the esters F which can be used as crosslinkers do not have to be purified after their preparation, especially that the carboxylic acid B, for example acrylic acid, does not have to be separated off, since this usually constitutes a monomer for preparing the hydrogels.
  • Example 8 (about 5 times per glycerol molecule ethoxylated glycerol triacrylate)
  • Example 9 (about 9 times per glycerol molecule ethoxylated glycerol triacrylate)
  • Example 11 (about 13 times per molecule of ethoxylated dipentaerythritol)
  • Example 12 (about 4 times per molecule of ethoxylated sorbitol acrylate)
  • Example 13 (about 6 times per molecule of ethoxylated sorbitol acrylate)
  • Example 15 (about 10 times per molecule of ethoxylated sorbitol 15 acrylate)
  • the product is cleaned via K300 filter.
  • the acid number was 78 mg KOH / g.
  • the viscosity of the dark colored product was 406 mPas.
  • the measuring cell for determining the AUL 0.7 psi represents a Plexiglas cylinder with an inner diameter of 60 mm and a height of 50 mm, which has on the underside a glued stainless steel sieve bottom with a mesh size of 36 ⁇ .
  • the measuring cell also includes a plastic plate with a diameter of 59 mm and a weight, which can be placed together with the plastic plate in the measuring cell. The weight of the plastic plate and the weight together amount to 1345g.
  • the weight of the empty Plexiglas cylinder and the plastic plate is determined and recorded as Where.
  • crosslinkers the types indicated in Table 1 were added in the amounts indicated there, in each case based on acrylic acid used. Thereafter, 0.28% by weight of sodium persulfate and 0.0056% by weight of ascorbic acid, based in each case on the acrylic acid monomer used, were added as the polymerization initiator.
  • the reaction started, and the temperature of the kneader shell was readjusted so that the heat of reaction was not dissipated through the jacket. This leads to an almost adiabatic heating of the reaction mixture, in which case the polymerization takes place with stirring. At the end of the reaction, the temperature is maintained for about an hour. Afterwards, a fine crumbly gel could be emptied.
  • the gel was dried for 3 h at 160 C in a convection oven, ground with a laboratory roller mill, and sieved at 100-850 microns. This is the normal base polymer of Table 1.
  • the dry normal base polymer powder was with a solution of 0.06 wt.% Ethylenglykoldiglycidylether (Nagase, Japan), 3.43 wt.% Water and 1.47 wt.% Propanediol-1, 2 -in each case based on the polymer under Stirring homogeneously sprayed.
  • the wet powder was then tempered in the oven at 150 C for 60 min. It was then sieved again at 850 microns to remove agglomerates.
  • the properties of this postcrosslinked polymer were determined and are listed in Table 1.

Abstract

Verfahren zur Veresterung ungesättigter Säuren mit Polyalkoholen und Verwendung der so erhältlichen Reaktionsgemische.

Description

Verfahren zur Herstellung von Estern von Polyalkoholen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein vereinfachtes Verfahren zur Veresterung ungesättigter Säuren mit Polyalkoholen und Verwendung der so erhältlichen Reaktionsgemische.
Quellbare Hydrogel-bildende Polymerisate, sogenannte Super- absorber (Super-Absorbing Polymers, SAP), sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei handelt es sich um Netzwerke flexibler hydrophiler Polymerisate, die sowohl ionischer als auch nichtionischer Natur sein können. Diese sind in der Lage, wässrige Flüssigkeiten unter Bildung eines Hydrogels zu absorbieren und zu binden und werden daher bevorzugt für die Herstellung von Tampons, Windeln, Damenbinden, Inkontinenzartikeln, Trainingsunterwäsche für Kinder, Schuheinlagen und anderen Hygieneartikeln bei der Absorption von Körperflüssigkeiten verwendet. Superabsorber weren außerdem in anderen Gebieten der Technik eingesetzt, bei denen Flüssigkeiten, insbesondere Wasser oder wässrige Lösungen absorbiert werden. Diese Gebiete sind z.B. Lagerung, Verpackung, Transport (Verpackungsmaterial wassersensitiver Artikel, wie z.B. Blumentransport, Schock Protection) ; Lebensmittelsektor (Transport von Fisch, Frischfleisch; Absorption von Wasser, Blut in Frischfisch/-Fleisch-Verpackungen) ; Medizin (Wundpflaster, wasserabsorbierendes Material für Brandverbände oder für andere nässende Wunden) , Kosmetik (Trägermaterial für Pharmachemikalien und Medikamente, Rheumapflaster, Ultraschallgel, Kühlgel, Kosme- tikverdicker, Sonnenschutz); Verdicker für Öl/Wasser bzw. Wasser/ Öl-Emulsionen; Textil (Handschuhe, Sportbekleidung, Feuchtigkeitsregulation in Textilien, Schuheinlagen); chem.-techn. Anwendungen (Katalysator für org. Reaktionen, Immobilisierung großer funktioneller Moleküle (Enzyme) , Adhesiv für Agglomerationen, Wärmespeicher, Filtrationshilfsmittel, hydrophile Komponente in Polymerlaminaten, Dispergiermittel, Verflüssiger); Bau- und Konstruktionswesen, Installation (Pulverspritzguss, lehmbasierende Putze, Vibrationshemmendes Medium, Hilfsmittel bei Tunnelgrabungen in wasserreichem Untergrund, Kabelummantelung) ; Wasserbehand- lung, Abfallbehandlung, Wasserabtrennung (Enteisungsmittel , wiederverwendbare Sandsäcke) ; Reinigung; Agrarindustrie (Bewässerung, Rückhaltung von Schmelzwasser und Tauniederschläge, Kompo- stierungszusatz, Schutz der Wälder vor Pilz-/Insektenbefall, verzögerte Freitsetzung von Wirkstoffen an Pflanzen) ; im Feuerschutz (Funkenflug) (Abdecken von Häusern bzw. Bedecken von Hauswänden mit SAP Gel, da das Wasser eine sehr hohe Wärmekapazität hat, kann ein Entflammen verhindert werden; Versprühen von SAP Gel bei Bränden wie z.B. Waldbränden); Coextrusionsmittel in thermoplastischen Polymeren (Hydrophilierung von Mehrschichtfolien) ; Herstellung von Folien und thermoplastischen Formkörpern, die Wasser absorbieren können (z.B. Regen- und Tauwasser speichernde Folien für die Landwirtschaft) ; SAP haltige Folien zum Frischhalten von Obst und Gemüse, die in feuchte Folien verpackt werden können; der SAP speichert vom Obst und Gemüse abgegebenes Wasser ohne Bildung von Kondensationstropfen und gibt das Wasser teilweise an das Obst und Gemüse wieder ab, so daß weder Faulen noch Verwelken einritt; SAP-Polystyrol Coextrudate z.B. für Lebensmittelverpackungen wie Fleisch, Fisch, Geflügel, Obst und Gemüse) ; Trägersubstanz in Wirkstoffformulierungen (Phar a, Pflanzenschutz) . In den Hygieneartikeln befinden sich die Super- absorber in aller Regel im sog. absorbent core, der als weitere Materialien unter anderem Fasern (Cellulosefasern) umfasst, die als eine Art Flüssigkeitsreservoir die spontan beaufschlagten Flüssigkeitsmengen Zwischenspeichern und eine gute Kanalisation der Körperflüssigkeiten im absorbent core hin zum Superabsorber gewährleisten sollen.
Der aktuelle Trend im Windelaufbau besteht darin, dünnere Konstruktionen mit reduziertem Cellulosefaseranteil und erhöhtem Hy- drogelanteil herzustellen. Mit dem Trend zu immer dünner werdenden Windelkonstruktionen hat sich das Anforderungsprofil an die wasserquellbaren hydrophilen Polymeren über die Jahre deutlich verändert. Während zu Beginn der Entwicklung hochsaugfähiger Hydrogele zunächst allein das sehr hohe Quellvermögen in Vordergrund stand, hat sich später gezeigt, dass auch die Fähigkeit des Superabsorbers zur Flüssigkeitsweiterleitung und -Verteilung von entscheidender Bedeutung ist. Es hat sich gezeigt, dass herkömmliche Superabsorber an der Oberfläche bei Benetzung mit Flüssigkeit stark anquellen, so dass der Flüssigkeitstransport ins Partikelinnere stark erschwert oder ganz unterbunden wird. Diese Eigenart des Superabsorbers wird auch als "Gelblocking" bezeichnet. Aufgrund der höheren Beladung des Hygieneartikels (Polymer pro Flächeneinheit) darf das Polymer im gequollenen Zustand keine Sperrschicht für nachfolgende Flüssigkeit bilden. Weist das Produkt gute Transporteigenschaften auf, so kann eine optimale Ausnutzung des gesamten Hygieneartikels gewährleistet werden. Das Phänomen des Gelblockings wird somit unterbunden, das im Extremfall zum Austritt der Flüssigkeit, der sog. Leakage des Hygiene- artikels führt. Die Flüssigkeitsweiterleitung und -Verteilung ist also bei der anfänglichen Absorption von Körperflüssigkeiten von entscheidender Bedeutung. Gute Transporteigenschaften besitzen beispielsweise Hydrogele, die im gequollenen Zustand eine hohe Gelfestigkeit aufweisen. Gele mit nur geringer Gelfestigkeit sind unter einem angewendetem Druck (Körperdruck) deformierbar, verstopfen Poren in dem Super- absorber / Cellulosefaser-Saugkörper und verhindern dadurch eine weitere Flüssigkeitsaufnahme. Eine erhöhte Gelfestigkeit wird in aller Regel durch eine höhere Vernetzung erreicht, wodurch allerdings die Retention des Produktes verringert wird. Eine elegante Methode zur Erhöhung der Gelfestigkeit stellt die Oberflächen- nachvernetzung dar. Bei diesem Verfahren werden getrocknete
Superabsorber mit durchschnittlicher Vernetzungsdichte einer zusätzlichen Vernetzung unterworfen. Durch die Oberflächennachver- netzung steigt die Vernetzungsdichte in der Schale der Superabsorberpartikel, wodurch die Absorption unter Druckbelastung auf ein höheres Niveau gehoben wird. Während die Absorptionskapazität in der Superabsorberschale sinkt, weist der Kern der Superabsorberpartikel durch das Vorhandensein beweglicher Polymerketten eine im Vergleich zur Schale verbesserte Absorptionskapazität auf, so dass durch den Schalenaufbau eine verbesserte Flüssig- keitsweiterleitung gewährleistet wird, ohne dass der Effekt des Gelblockings auftritt. Es ist durchaus wünschenswert, dass die Gesamtkapazität des Superabsorbers nicht spontan, sondern zeitversetzt ausgeschöpft wird. Da der Hygieneartikel in der Regel mehrmals mit Urin beaufschlagt wird, muss das Absorptionsvermögen des Superabsorbers sinnvollerweise nicht nach der ersten Disposition erschöpft sein.
Hydrophile, hochquellfähige Hydrogele sind insbesondere Polymere aus (co)polymerisierten hydrophilen Monomeren, Pfropf (co)polymere von einem oder mehreren hydrophilen Monomeren auf einer geeigneten Pfropfgrundlage, vernetzte Cellulose- oder Stärkeether, vernetzte Carboxymethylcellulose, teilweise vernetztes Polyalkylen- oxid oder in wäßrigen Flüssigkeiten quellbare Naturprodukte, wie beispielsweise Guarderivate . Solche Hydrogele werden als wäßrige Lösungen absorbierende Produkte zur Herstellung von Windeln, Tampons, Damenbinden und anderen Hygieneartikeln, aber auch als wasserzurückhaltende Mittel im landwirtschaftlichen Gartenbau verwendet .
Zur Verbesserung der Anwendungseigenschaften, wie z.B. Rewet in der Windel und AUL, werden hydrophile, hochquellfähige Hydrogele im allgemeinen Oberflächen- oder gelnachvernetzt . Diese Nachvernetzung ist dem Fachmann an sich bekannt und erfolgt bevorzugt in wäßriger Gelphase oder als Oberflächennachvernetzung der ge- mahlenen und abgesiebten Polymerpartikel. Aus WO 93/21237 sind (Meth)acrylate von alkoxylierten mehrwertigen C2 - Cio-Kohlenwasserstoffen als Vernetzer bekannt. Diese können als Gemische mit Nebenprodukten aus dem Herstellungsprozeß eingesetzt werden. 5
Nachteilig an diesen Verbindungen ist, daß zur zumindest teilweisen Abtrennung von Einsatzstoffen und Nebenprodukten - die in der genannten Schrift eingesetzten Vernetzer weisen einen Gehalt an Acrylsäure von weniger als 0,1 Gew% auf - aufwendige Reini- 10 gungsoperationen erforderlich sind.
Die Herstellung solcher höheren (Meth) acrylsäureester durch säurekatalysierte Veresterung von (Meth) acrylsäure mit den entsprechenden Alkoholen in Gegenwart eines Inhibitors/Inhibitorsy- 15 stems sowie gegebenenfalls eines Lösungsmittels, wie z.B. Benzol, Toluol, Cyclohexan, ist allgemein bekannt.
Da bekanntlich der Bildung des Esters aus (Meth) acrylsäure und Alkohol eine Gleichgewichtsreaktion zugrunde liegt, wird, um 20 wirtschaftliche Umsätze zu erzielen, in der Regel ein Einsatzstoff im Überschuß eingesetzt und/oder das gebildete Veresterungswasser und/oder der Zielester aus dem Gleichgewicht entfernt .
25 Daher wird bei der Herstellung der höheren (Meth) acrylsäureester in der Regel das Reaktionswasser entfernt und meist ein Überschuß an (Meth) acrylsäure eingesetzt.
US 4 187 383 beschreibt ein Veresterungsverfahren von 30 (Meth) acrylsäure mit organischen Polyolen bei einer Reaktionstemperatur von 20 bis 80 °C mit einem Äquivalentüberschuß von 2 bis 3 : 1.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß durch die niedrige Reak- 35 tionstemperatur die Reaktionszeiten bis zu 35 Stunden betragen und der Überschuß Säure im Reaktionsgemisch durch eine Neutralisation mit anschließender Phasentrennung entfernt wird.
WO 2001/14438 (Derwent-Abstract Nr. 2001-191644/19) und WO 40 2001/10920 (Chemical Abstracts 134:163502) beschreiben Verfahren zur Veresterung von (Meth) acrylsäure mit Polyalkylenglykolmonoal- kylethern im Verhältnis 3:1 - 50:1 in Gegenwart von Säuren und Polymerisationsinhibitoren und, nach Desaktivierung des sauren Katalysators, Copolymerisation des Rückstandes aus (Meth)acryl- 45 säureester und (Meth) acrylsäure bei pH 1,5 - 3,5, sowie dessen Verwendung als Zementadditiv. Nachteilig an diesen Verfahren ist, daß es auf Polyalkylenglykol- monoalkylether beschränkt ist, daß der Katalysator desaktiviert werden muß und daß derartige Copolymerisate nicht als Vernetzer für Hydrogele eingesetzt werden können, da sie lediglich eine Funktionalität aufweisen.
Es bestand die Aufgabe, das Herstellungsverfahren für Substanzen, die als Radikalvernetzer für Superabsorber verwendbar sind, zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Esters F eines Polyalkohols A mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B, umfassend die Schritte a) Umsetzung eines Polyalkohols A mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B in Anwesenheit mindestens eines Veresterungskatalysators C und mindestens eines Polymerisationsinhibitors D sowie gegebenenfalls eines mit Wasser ein Azeotrop bildenden Lösungsmittels E unter Bildung eines Esters F, b) gegebenenfalls Entfernen zumindest eines Teils des in a) entstehenden Wassers aus dem Reaktionsgemisch, wobei b) während und/ oder nach a) erfolgen kann, f) gegebenenfalls Neutralisation des Reaktionsgemischs, h) falls ein Lösungsmittel E eingesetzt wurde gegebenenfalls Ent- fernen dieses Lösungsmittels durch Destillation und/oder i) Strippen mit einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Gas, wobei
- der Polyalkohol A mindestens zwei Hydroxyfunktionen aufweist,
- der molare Überschuß der ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B zum Polyalkohol A je zu veresternder Hydroxygruppe in A mindestens 1,05:1 beträgt und
- die in dem nach dem letzten Schritt erhaltenen Reaktionsgemisch enthaltene, gegebenenfalls neutralisierte Carbonsäure B im wesentlichen im Reaktionsgemisch verbleibt.
Der molare Überschuß von B zu A beträgt (je zu veresternder Hydroxygruppe im Polyalkohol A) mindestens 1,05 : 1, bevorzugt mindestens 1,1:1, besonders bevorzugt mindestens 1,25:1, ganz besonders bevorzugt mindestens 1,5:1 und insbesondere mindestens 2,5:1.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird B in einem Überschuß von beispielsweise größer als 5:1, bevorzugt größer als 10:1, besonders bevorzugt größer als 20:1, ganz besonders bevorzugt größer 50:1, insbesondere größer 75:1 und speziell größer als 100:1 eingesetzt. Die so erhältlichen Veresterungsprodukte können im wesentlichen ohne weitere Reinigung, besonders ohne wesentliche Abtrennung des Überschusses an Carbonsäure B und des Gehalts an Veresterungskatalysator C, als Radikalvernetzer in Hydrogelen eingesetzt werden.
Unter Vernetzung wird in dieser Schrift wenn nicht anders erwähnt die Radikalvernetzung (Gelvernetzung, Innenvernetzung, Quervernetzung von linearem oder schwach vernetzten Polymer) als ver- standen. Diese Vernetzung kann über radikalische oder kationische Polymerisationsmechanismen oder andere, beispielsweise Michael- Addition, Ver- oder U esterungsmechanismen erfolgen, bevorzugt durch radikalische Polymerisation.
Wässrige Flüssigkeiten absorbierende Hydrogel-formende Polymere sind bevorzugt solche mit einer Absorption von destilliertem Wasser von mindestens dem Eigengewicht, bevorzugt dem 10-fachem Eigengewicht, diese Absorption wird bevorzugt auch unter einem Druck von 0,7 psi erreicht.
Erfindungsgemäß einsetzbare Polyalkohole A sind Verbindungen, die mindestens zwei Hydroxyfunktionen (-0H) aufweisen, bevorzugt mindestens drei, besonders bevorzugt drei bis zehn, ganz besonders bevorzugt drei bis sechs und insbesondere drei bis vier.
Die Polyalkohole können aliphatisch, cycloaliphatisch oder aromatisch sein, bevorzugt aliphatisch oder cycloaliphatisch und ganz besonders bevorzugt aliphatisch, geradkettig oder verzweigt und gegebenenfalls substituiert mit funktionellen Gruppen.
In der Regel weisen die Polyalkohole zwei bis 50 Kohlenstoffato e auf und bevorzugt drei bis 40.
Das Molgewicht der einsetzbaren Polyalkohole beträgt in der Regel, wenn nicht anders angegeben, unter 5000 g/mol, bevorzugt unter 2500 g/mol, besonders bevorzugt unter 1500 g/mol, ganz besonders bevorzugt unter 1000 g/mol und insbesondere unter 800 g/ mol .
Bevorzugte Polyalkohole A sind Polyole, funktionalisierte Poly- ole, alkoxylierte Polyole, Zuckeralkohole, teilweise alkoxylierte Zuckeralkohole, Polyetherole, Polyesterole, zumindest teilweise alkoxylierte Polyesterole und zumindest teilweise verseifte, alkoxylierte Polyesterole. Beispiele für Polyole sind Trimethylolbutan, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Neopentylglykol , Hydroxypivalinsäureneopentyl- glykolester, Pentaerythrit, Glycerin, 1 , 2-Ethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, 2-Ethyl-l, 3-Propandiol, 2-Methyl-l, 3-Proρan- diol, Hydrochinon, Bisphenol A, Bisphenol F, Bisphenol B, 2, 2-Bis (4-hydroxycyclohexyl)propan, 1,1-, 1,2-, 1,3- und 1, 4-Cyclohexandimethanol, 1,2-, 1,3- oder 1, -Cyclohexandiol, But-2-en-l,4-diol und But-2-in-l, 4-diol .
Die Polyole können auch noch zusätzliche Funktionalitäten tragen wie z.B. Etherfunktionen (-0-) , Carboxylfunktionen (-C00H) oder Cι-C4-Alkyloxycarbonylfunktionen (Estergruppen) , wobei Cι-C4-Alkyl in dieser Schrift Methyl, Ethyl, iso-Propyl, n-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, seλr-Butyl oder terfc-Butyl bedeutet.
Beispiele für solche funktionalisierten Polyole sind Ditrimethyl- olpropan, Dipentaerythrit, Dimethylolpropionsäure, Dimethylolbut- tersäure, Trimethylolessigsäure, Hydroxypivalinsäure und die 2-Hydroxyethyl- oder Cι-C4-Alkylester dieser genannten Säuren. Bevorzugte Polyole sind solche der Formel (I) :
Figure imgf000008_0001
OH OH
Darin bedeuten
R1, R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Ci - Cio-Alkyl, bevorzugt Ci - C4-Alkyl, Ci - Cio-Hydroxyalkyl, bevorzugt Hydroxy-Ci - C4-Alkyl, Carboxyl oder Ci - C4-Alkyloxy- carbonyl, bevorzugt Wasserstoff, Hydroxymethyl und Ci - C4-Alkyl und besonders bevorzugt Hydroxymethyl und Ci - C4-Alkyl .
Dabei können die Alkylreste jeweils geradkettig oder verzweigt sein.
Beispiele für R1 und R2 sind Wasserstoff, Methyl, Ethyl, iso-Propyl, n-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sefc-Butyl, tert-Butyl, n-Pen- tyl , n-Hexyl , n-Heptyl , n-Octyl , n-Decyl , Hydroxymethyl , Carboxyl , Methoxycarbonyl , Ethoxycarbonyl oder n-Butoxycarbonyl , bevorzugt Wasserstoff, Hydroxymethyl, Methyl und Ethyl, besonders bevorzugt Hydroxymethyl, Methyl und Ethyl. Besonders bevorzugte mehrwertige Alkohole der Formel (I) sind Trimethylolbutan, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Neopentyl- glykol, Pentaerythrit, 2-Ethyl-l, 3-Propandiol,
2-Methyl-l, 3-Propandiol, 1, 3-Propandiol, Dimethylolpropionsäure, Dimethylolpropionsäuremethylester, Dimethylolpropionsäureethyle- ster, Dimethylolbuttersäure, Dimethylolbuttersäuremethylester oder Dimethylolbuttersäureethylester, bevorzugt sind Neopentyl- glykol, Trimethylolpropan, Pentaerythrit und Dimethylolpropionsäure, ganz besonders bevorzugt sind Neopentylglykol , Tri- methylolpropan und Pentaerythrit und insbesondere Trimethylolpropan und Pentaerythrit.
Beispiele für Zuckeralkohole sind Sorbit, Mannit, Maltit, Isomalt, Diglycerol, Threit, Erythrit, Adonit (Ribit) , Arabit (Ly- xit) , Xylit und Dulcit (Galactit) .
Beispiele für Polyetherole sind Poly-THF mit einer Molmasse zwischen 162 und 2000, bevorzugt zwischen 162 und 1458, besonders bevorzugt zwischen 162 und 1098, ganz besonders bevorzugt zwi- sehen 162 und 738 und insbesondere zwischen 162 und 378,
Poly-1, 3-propandiol und Poly-1 , 2-propandiol mit einer Molmasse zwischen 134 und 1178, bevorzugt zwischen 134 und 888, besonders bevorzugt zwischen 134 und 598 und ganz besonders bevorzugt zwischen 134 und 308, Polyethylenglykol mit einer Molmasse zwischen 106 und 898, bevorzugt zwischen 106 und 458, besonders bevorzugt von 106 bis 400, ganz besonders bevorzugt zwischen 106 und 235 und insbesondere Diethylenglykol, Triethylenglykol und Tetra- ethylenglykol .
Als Polyesterole kommen z.B. solche in Betracht, wie sie durch Veresterung von Polycarbonsäuren, vorzugsweise Dicarbonsäuren, mit den oben genannten Polyolen hergestellt werden können.
Die Ausgangsstoffe für solche Polyesterole sind dem Fachmann be- kannt. Bevorzugt können als Polycarbonsäuren Oxalsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Dodekandisäure, o-Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Trimellithsäure, Azelainsäure, 1, 4-Cyclohexandi- carbonsäure oder Tetrahydrophthalsäure, deren Isomere und Hydrie- rungsprodukte sowie veresterbare Derivate, wie Anhydride oder Dialkylester, beispielsweise C1-C4-Alkylester, bevorzugt Methyl-, Ethyl- oder n-Butylester, der genannten Säuren eingesetzt werden.
Als Hydroxygruppen tragende Carbonsäuren oder Lactone kommen 4-Hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-2-naphthalinsäure, Pivalolacton oder ε-Caprolacton in Betracht. Als Polyole kommen die oben genannten mehrfunktionellen Alkohole, vorzugsweise Neopentylglykol, Trimethylolpropan, Tri ethylolethan, Pentaerythrit, Dimethylol- propionsäure oder Dimethylolbuttersäure in Betracht.
Bevorzugte Beispiele für derartige Polyesterole sind solche der Formel (Illa-c) ,
Figure imgf000010_0001
(lila) (Illb) (IIIc) worin
R1, R2 die oben genannten Bedeutungen haben und
Y eine geradkettige oder verzweigte, gegebenenfalls substituierte Alkylengruppe mit 2 bis 20 Kohlenstoff- atomen oder eine gegebenenfalls substituierte Cyclo- alkylen- oder Arylengruppe mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen oder eine Einfachbindung
bedeute .
Beispiele für Y sind eine Einfachbindung, Methylen, 1,2-Ethylen, 1, 3-Propylen, 1,4-Butylen, 1,6-Hexylen, 1, 7-Heptylen, l,8-0ctylen, cis-1, 2-Ethenylen, trans-1, 2-Ethenylen, 1,2-, 1,3- oder 1, 4-Phenylen, 1, 2-Cyclohex-l-enylen, 1,2-, 1,3- oder 1 , 4-Cyc1ohexy1en, 4-Carboxy-1 , 2-phenylen, 2-Carboxy-1 , 4-phenylen oder l-Carboxy-2 , 4-phenylen.
Bevorzugte Gruppen Y sind 1,2-Ethylen, 1,4-Butylen und 1,2-, 1,3- oder 1, 4-Phenylen.
Selbstverständlich liegen herstellungsbedingt in der Regel Gemische vor, in denen zusätzlich niedere und höhere Oligomere ent- halten sein können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Reaktionsgemische von zumindest teilweise verseiften Polyesterolen als Polyalkohole A zur Herstellung des Esters F eingesetzt. Dazu werden die z.B. oben beschriebenen Polyesterole mit einer geeigneten Base zumindest teilweise verseift und anschließend, gegebenenfalls nach Abtrennung der im Reaktionsgemisch verbliebenen basischen Bestandteile, mit der Carbonsäure B verestert.
Geeignete Basen sind beispielsweise NaOH, KOH, Ca(0H) , Kalkmilch, NaC03 oder KC03, beispielsweise als Feststoff, Lösung oder Suspension, bevorzugt in Form einer 10 - 50 Gew%igen Lösung, besonders bevorzugt in Form einer 20-40 Gew%igen wäßrigen Lösung.
Die Verseifung, d.h. die Spaltung der im Polyesterol enthaltenen Estergruppen, erfolgt zu beispielsweise mindestens 10% bezogen auf die Estergruppen in der Ausgangsverbindung, bevorzugt zu mindestens 25%, besonders bevorzugt zu mindestens 50%, ganz beson- ders bevorzugt zu mindestens 75% und insbesondere zu mindestens 90 %.
Falls basische Bestandteile, wie z.B. das basische Salz der Carbonsäure, aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden sollen, kann dies beispielsweise über Ionentauscher, z.B. saure oder stark saure Ionentauscher erfolgen.
Das Reaktionsgemisch wird anschließend angesäuert und mit der Carbonsäure B wie beschrieben verestert.
Polyester (meth) acrylate können in mehreren Stufen oder auch einstufig, wie z.B. in EP-A 279 303 beschrieben, aus (Meth) acrylsäure, Polycarbonsäure und Polyol hergestellt werden.
Ebenfalls als Polyalkohole einsetzbar sind alkoxylierte Polyole und Polyesterole, die durch Umsetzung eines Polyols oder Poleste- rols mit mindestens einem Alkylenoxid erhältlich sind.
Erfindungsgemäß lassen sich auch solche Verbindungen der Formel VII enthaltende Reaktionsgemische darstellen.
R8-(O(CH(Rl0)CH(R10)O)y-C(=O)-R9)x (VII) ,
worin
R8 ein mehrwertiger, geradkettiger oder verzweigter C2-Cιo-Alkyl- rest, R9 unabhängig voneinander ein geradkettiger oder verzweigter C-Cιo-Alkenylrest, R10 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl, x unabhängig voneinander eine positive ganze Zahl von 2 oder größer und y unabhängig voneinander für x=2 eine Zahl von 3 bis 8 und für x=3 oder größer eine Zahl von 2 bis 7 ist.
Der zugrundeliegende zu veresternde Alkohol weist dabei die For- mel Vlla auf,
R8-(0(CH(Rl°)CH(Rlθ)0)y-H)x (Vlla) ,
worin R8, R10, x und y wie oben definiert sind.
Die Verbindungen der Formel (VII) sind in der Regel 2 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisende mehrwertige Alkohole Vlla, die mit zwischen 2 und 8 Alkylenoxideinheiten pro Hydroxygruppe alkoxyliert sind und deren endständige Hydroxygruppe jeder Alky- lenoxidkette mit einer 2 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisenden ungesättigten Carbonsäure oder deren Ester verestert ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Startalkohol um einen 3 - 6 Kohlenstoffatome aufweisenden mehrwertigen Alkohol, der bevorzugt 2 bis 4 Hydroxygruppen trägt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Startalkohol um Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, 1, 3-Propandiol, Propylenglykol , 1, 4-Butandiol oder Butylenglykol . Ganz besonders bevorzugt sind Trimethylolpropan, Glycerin und Pentaerythrit als Startalkohol.
Geeignete Alkylenoxide sind beispielsweise Ethylenoxid, Propylen- oxid, iso-Butylenoxid, Vinyloxiran und/oder Styroloxid.
Die Alkylenoxidkette kann bevorzugt aus Ethylenoxid-, Propylen- oxid- und/oder Butylenoxideinheiten zusammengesetzt sein. Eine solche Kette kann sich aus einer Spezies eines Alkylenoxides oder aus einem Gemisch von Alkylenoxiden zusammensetzen. Wird ein Gemisch verwendet, können die unterschiedlichen Alkylenoxideinheiten statistisch oder als Block oder Blöcke einzelner Spezies vorliegen. Bevorzugt ist als Alkylenoxid Ethylenoxid, Propylen- oxid oder ein Gemisch daraus, besonders bevorzugt ist es Ethylenoxid oder Propylenoxid und ganz besonders bevorzugt Ethylenoxid. Somit ist bevorzugt ein Rest R10 pro Alkylenoxideinheit Wasserstoff und der andere Methyl oder Wasserstoff, besonders bevorzugt sind beide Reste R10 Wasserstoff.
Die bevorzugte Anzahl der Alkylenoxideinheiten in jeder Kette ist abhängig von der Anzahl der Ketten.
Das Veresterungsmittel ist eine 2 bis 10 Kohlenstoffatome aufwei- sende, geradkettige oder verzweigte ethylenisch ungesättigte Carbonsäure oder deren Ester, bevorzugt eine 2 bis 4 und besonders bevorzugt eine 2 bis 3 Kohlenstoffatome aufweisende ethylenisch ungesättigte Carbonsäure, ganz besonders bevorzugt Acrylsäure, Methacrylsäure oder deren Ester, insbesondere Acrylsäure.
Häufig liegen die Verbindungen der Formel VII als Gemisch von Verbindungen, die durch diese Formel beschrieben werden, und Nebenprodukten des Herstellungsprozesses vor.
Insbesondere bevorzugt sind unter diesen Verbindungen VII die je Hydroxygruppe bis zu sechsfach, besonders bevorzugt die bis zu vierfach und ganz besonders bevorzugt die vierfach ethoxylierten Verbindungen, im folgenden Verbindungen Vllb genannt. Diese weisen eine erhöhte Hydrolysestabilität auf.
Gleichermaßen bevorzugt sind Verbindungen VII, die je Hydroxygruppe
- für x=2 mehr als achtfach, besonders bevorzugt mehr als zehnfach, ganz besonders bevorzugt mehr als zwölffach und insbesondere mindestens 15fach, beziehungsweise - für x=3 oder größer mehr als siebenfach, besonders bevorzugt mehr als neunfach, ganz besonders bevorzugt mehr als zwölffach und insbesondere mindestens 15fach ethoxyliert sind, im folgenden Verbindungen VIIc genannt, da diese in der Regel eine erhöhte Wasserlöslichkeit aufweisen.
Denkbar sind auch solche Verbindungen VII, bei denen für x = 2 y Werte von 0, 1 oder 2 und für x = 3 y Werte von 0 oder 1 annehmen kann.
Insbesondere sind Mischungen aus den Verbindungen Vllb und VIIc vorteilhaft, beispielsweise solche mit einem Gewichtsverhältnis Vllb:VIIc von 10:90 bis 90:10, bevorzugt 20:80 bis 80:20, besonders bevorzugt 30:70 bis 70:30 und ganz besonders bevorzugt von 40:60 bis 60:40.
Bevorzugte Beispiele für derartige alkoxylierte Polyole sind die Alkoxylierungsprodukte (Ha) , (Ilb) oder (IIc) von Polyolen der Formel (I) ,
Figure imgf000014_0001
( Ha) ( Ilb) ( IIc >
worin
R1, R2 die oben genannten Bedeutungen haben,
k, 1, m, q unabhängig voneinander je für eine ganze Zahl von 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 5, besonders bevorzugt 3 bis
5 und insbesondere 4 steht und
jedes Xi für i = 1 bis k, 1 bis 1, 1 bis m und 1 bis q unabhängig voneinander ausgewählt sein kann aus der Gruppe - CH2_CH2_0-, -CH2_CH(CH3)-0-, -CH (CH3) -CH2_0-,
-CH2_C(CH3)2-0-, -C(CH3)2_CH2_0-, -CH_CHVin-0-, -CHVin-CH2_0- , -CH2_CHPh-0- und -CHPh-CH2-0- , bevorzugt aus der Gruppe -CH2_CH2_0-, -CH2_CH (CH3) -O- und -CH(CH3)-CH2-0-, und besonders bevorzugt -CH2_CH2-0-,
worin Ph für Phenyl und Vin für Vinyl steht.
Bevorzugt handelt es sich dabei um ein- bis fünffach, besonders bevorzugt drei- bis fünffach und ganz besonders bevorzugt vier- fach ethoxyliertes, propoxyliertes oder gemischt ethoxyliertes und propoxyliertes und insbesondere ausschließlich ethoxyliertes Neopentylglykol, Trimethylolpropan, Trimethylolethan oder Pentaerythrit.
Unter diesen besonders bevorzugt sind solche mehrwertigen Alkohole der Formel (Ilb) .
Gleichermaßen bevorzugt ist ein ein bis 20fach, bevorzugt ein bis zehnfach, besonders bevorzugt zwei bis zehnfach, ganz besonders bevorzugt zwei bis fünffach, insbesondere drei bis fünffach und speziell drei bis vierfach alkoxyliertes, bevorzugt ethoxyliertes, propoxyliertes oder gemischt-ethoxyliert-propoxyliertes und besonders bevorzugt ethoxyliertes Glycerin (hier ausnahmsweise berechnet in mol Alkoxygruppen pro mol Glycerin) . Die angegebenen Alkoxylierungsgrade beziehen sich dabei jeweils auf den mittleren Alkoxylierungsgrad.
Das zahlenmittlere Molgewicht Mn der alkoxylierten Polyole beträgt bevorzugt nicht mehr als 1000 g/mol, besonders bevorzugt nicht mehr als 800 g/mol und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 550 g/mol.
Die Angaben zum zahlenmittleren und gewichtsmittleren Molekular- gewicht Mn und Mw beziehen sich hier auf gelpermeationschromato- graphische Messungen, wobei Polystyrol als Standard und Tetra- hydrofuran als Elutionsmittel verwendet wurde. Die Methode ist im Analytiker Taschenbuch Bd. 4, Seiten 433 bis 442 , Berlin 1984 beschrieben.
Beispiele für alkoxylierte Zuckeralkohole sind solche Verbindungen, die aus Zuckeralkoholen, beispielsweise aus den oben aufgeführten Zuckeralkoholen, durch Alkoxylierung, beispielsweise mit den oben aufgeführten Alkylenoxiden, bevorzugt mit Ethylenoxid und/oder Propylenoxid und ganz besonders bevorzugt mit Ethylenoxid erhältlich sind. Beispiele dafür sind
die aufgeführten Tetrole, die im statistischen Mittel pro mol Zuckeralkohol 2 - 30fach, bevorzugt 2 - 20fach, besonders bevorzugt 3-10fach und insbesondere 3, 4, 5, 6, 7 oder 8fach alkoxyliert sind,
die aufgeführten Pentole, die im statistischen Mittel pro mol Zuckeralkohol 3 - 35fach, bevorzugt 3-28fach, besonders bevorzugt 4-20fach und insbesondere 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder lOfach alkoxyliert sind,
höhere Zuckeralkohole, die im statistischen Mittel pro mol Zuckeralkohol 4-50fach, bevorzugt 6-40fach, besonders bevorzugt 7-30fach, ganz besonders bevorzugt 8-20fach und insbesondere 10-15fach alkoxyliert sind.
Bevorzugte alkoxylierte Zuckeralkohole sind solche, bei denen mindestens eine Hydroxygruppe des Zuckeralkohols nicht alkoxyliert ist.
Bevorzugte Beispiele für alkoxylierte Polesterole sind solche der Formel (IVa-c) ,
Figure imgf000016_0001
( IVa) ( IVb)
Figure imgf000016_0002
( IVc )
worin
R^R^Y die oben genannten Bedeutungen haben, k, 1, m, q, r, s unabhängig voneinander je für eine ganze Zahl von 1 bis 30, bevorzugt 1 bis 20, besonders bevorzugt 1 bis 10 und insbesondere 1 bis 5 steht und
jedes Xi für i = 1 bis k, 1 bis 1, 1 bis m, 1 bis q, 1 bis r und 1 bis s unabhängig voneinander ausgewählt sein kann aus der Gruppe -CH2-CH2_0- , -CH2-CH (CH3) -0-, -CH (CH3) -CH2_0-, -CH2_C(CH3)2-0-, -C(CH3)2_CH2-0-, -CH2_CHVin-0- , -CHVin- CH2_0-, -CH2-CHPh-0- und -CHPh-CH2_0- , bevorzugt aus der
Gruppe -CH2-CH2_0-, -CH2_CH (CH3) -0- und -CH (CH3) -CH2_0-, und besonders bevorzugt -CH_CH_0- ,
worin Ph für Phenyl und Vin für Vinyl steht,
bedeuten.
Bevorzugt handelt es sich dabei um unalkoxyliertes oder ein- bis zehnfach, besonders bevorzugt zwei- bis fünffach ethoxyliertes, propoxyliertes oder gemischt ethoxyliertes und propoxyliertes, mit Adipinsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure oder Isophthalsäure verstertes Neopentylglykol, Trimethylolpropan, Trimethylolethan oder Pentaerythrit.
Die Umsetzung der Alkohole mit einem Alkylenoxid ist dem Fachmann an sich bekannt. Mögliche Durchführungsformen finden sich in Hou- ben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, 4. Auflage, 1979, Thieme Verlag Stuttgart, Hrsg. Heinz Kropf, Band 6/la, Teil 1, Seiten 373 bis 385.
Werden gemischt alkoxylierte Alkohole verwendet, so können die darin enthaltenen unterschiedlichen Alkoxygruppen zueinander im molaren Verhältnis von beispielsweise 0,05 - 20 : 1, bevorzugt 0,1 - 10 : 1 und besonders bevorzugt 0,2 - 5 : 1 stehen.
An die Viskosität der erfindungsgemäß einsetzbaren Polyalkohole werden keine besonderen Ansprüche gestellt, außer daß sie bei einer Temperatur bis zu ca. 80 °C problemlos pumpbar sein sollten, bevorzugt sollten sie eine Viskosität unter 1000 mPas aufweisen, bevorzugt unter 800 mPas und ganz besonders bevorzugt unter 500 mPas.
Werden als Polyalkohole drei- oder höherwertige Polyalkohole in die Veresterung eingesetzt, so kann es für deren erfindungsgemäße Verwendung als Radikalvernetzer sinnvoll sein, die Polyalkohole lediglich teilzuverestern. Dies bedeutet, daß bei einem n-werti- gen Polyalkohol lediglich mindestens 2 der n Hydroxygruppen mit der Carbonsäure B verestert werden.
Für n=3 beträgt der Veresterungsgrad mindestens 2, für n=4 minde- stens 2, bevorzugt mindestens 2,5 und besonders bevorzugt mindestens 3, für n=5 oder größer mindestens 2, bevorzugt mindestens 3 und besonders bevorzugt mindestens 4.
In einem solchen Fall berechnet sich der einzusetzende stöchiome- trische Überschuß an Carbonsäure B auf den angestrebten Veresterungsgrad, beträgt also beispielsweise das 2/n-fache der oben angegebenen molaren Überschüsse. Selbstverständlich kann die Veresterung auch, z.B. durch Kühlung oder Verdünnung, abgebrochen werden, wenn der gewünschte Veresterungsgrad erreicht ist.
Erfindungsgemäß einsetzbare ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren B sind solche Verbindungen, die mindestens eine Carboxylgruppe (-COOH) , bevorzugt eine, und mindestens eine, bevorzugt eine, ethylenisch ungesättigte Gruppe aufweisen. Die erfindungsgemäß einsetzbaren Carbonsäuren können aliphatisch, cycloaliphatisch oder aromatisch sein, bevorzugt aliphatisch oder cycloaliphatisch und ganz besonders bevorzugt aliphatisch, gerad- kettig oder verzweigt und gegebenenfalls substituiert mit funk- tionellen Gruppen.
In der Regel weisen die Carbonsäuren drei bis zehn Kohlenstoffatome auf, bevorzugt drei bis fünf und besonders bevorzugt drei bis vier.
Beispiele für ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren B sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Maleinsäure einschließlich deren Anhydrid, Fumarsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesacon- säure, Vinylessigsäure, Allylessigsäure oder Crotonsäure.
Bevorzugte Carbonsäuren B sind α,ß-ungesättigte Carbonsäuren.
Besonders bevorzugt sind Methacrylsäure und Acrylsäure, in dieser Schrift (Meth) acrylsäure genannt, ganz besonders bevorzugt ist Acrylsäure.
Erfindungsgemäß einsetzbare Veresterungskatalysatoren C sind Schwefelsäure, Aryl- oder Alkylsulfonsäuren oder Gemische davon. Beispiele für Arylsulfonsäuren sind Benzolsulfonsäure, para-Tolu- olsulfonsäure oder Dodecylbenzolsulfonsäure, Beispiele für Alkyl- sulfonsäuren sind Methansulfonsäure, Ethansulfonsäure oder Tri- fluor ethansulfonsäure. Auch stark saure Ionentauscher oder Zeo- lithe sind als Veresterungskatalysatoren einsetzbar. Bevorzugt sind Schwefelsäure und Ionentauscher.
Erfindungsgemäß einsetzbare Polymerisationsinhibitoren D sind beispielsweise Phenole wie Alkylphenole, beispielsweise o-, m- oder p-Kresol (Methylphenol), 2-tert .-Butyl-4-methylphenol, 6-tert . -Butyl-2 , -dimethyl-phenol , 2 , 6-Di-tert . -Butyl-4-methyl- phenol, 2-tert . -Butylphenol , 4-tert . -Butylphenol, 2 , -di-tert .- Butylphenol, 2-Methyl-4-tert. -Butylphenol, 4-tert. -Bu- tyl-2, 6-dimethylphenol, oder 2, 2 ' -Methylen-bis- (6-tert . -bu- tyl-4-methylphenol) , 4 , 4 ' -Oxydiphenyl , 3 , 4-Methylendioxydiphenol (Sesamol) , 3 , 4-Dimethylphenol, Hydrochinon, Brenzcatechin (1,2-Dihydroxybenzol) , 2- (1' -Methylcyclohex-1 ' -yl) -4, 6-dimethyl- phenol, 2- oder 4- (1 '-Phenyl-eth-1 ' -yl) -phenol, 2-tert-Bu- tyl-6-methylphenol , 2,4, 6-Tris-tert-Butylphenol , 2 , 6-Di-tert . -butylphenol, 2, 4-Di-tert. -butylphenol, 4-tert . -Butylphenol, Nonyl- phenol [11066-49-2], Octylphenol [140-66-9], 2 , 6-Dimethylphenol , Bisphenol A, Bisphenol F, Bisphenol B, Bisphenol C, Bisphenol S, 3 , 3 ' , 5, 5 ' -Tetrabromobisphenol A, 2, 6-Di-tert-Butyl-p-kresol, Ko- resin® der BASF AG, 3 , 5-Di-tert-Butyl-4-hydroxybenzoesäuremethyl- ester, 4-tert-Butylbrenzcatechin, 2-Hydroxybenzylalkohol, 2-Methoxy-4-methylphenol, 2 , 3 , 6-Trimethylphenol , 2,4,5-Tri- methylphenol , 2 , 4, 6-Trimethylphenol, 2-Isopropylphenol, 4-Iso- propylphenol , 6-Isopropyl-m-Kresol , n-Octadecyl-ß- (3 , 5-di-tert-bu- 5 tyl-4-hydroxyphenyl)propionat,
1,1, 3-Tris- (2-methyl-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl)butan, 1,3, 5-Trimethyl-2, 4, 6-tris- (3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxy- benzyl)benzol, 1,3, 5,-Tris-(3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxy- benzyl) isocyanurat, 1,3,5, -Tris-(3 , 5-di-tert-butyl-4-hydroxy-
10 phenyl) -propionyloxyethyl-isocyanurat,
1,3, 5-Tris- (2 , 6-dimethyl-3-hydroxy-4-tert-butylbenzyl) -isocyanurat oder Pentaerythrit-tetrakis- [ß- (3, 5, -di-tert-bu- tyl-4-hydroxyphenyl) -propionat] , 2 , 6-Di-terfc. -butyl-4-dimethyla- minomethyl-phenol, 6-seλ:.-Butyl-2, 4-dinitrophenol, Irganox® 565,
15 1141, 1192, 1222 und 1425 der Firma Ciba Spezialitätenchemie, 3- (3 ' , 5 '-Di-tert. -butyl-4 ' -hydroxyphenyl)propionsäureoctadecyle- ster, 3- (3' , 5 '-Di-tert. -butyl-4' -hydroxyphenyl )propionsäurehexa- decylester, 3- (3' , 5 ' -Di-tert. -butyl- ' -hydroxyphenyl)propionsäu- reoctylester, 3-Thia-l, 5-pentandiol-bis- [ (3 ' , 5 '-di-tert. -bu-
20 tyl-4 '-hydroxyphenyl)propionat] , 4, 8-Dioxa-l, 11-undecandiol- bis- [ (3 ' , 5 '-di-tert. -butyl-4 ' -hydroxyphenyl) propionat] , 4, 8-Dioxa-l, 11-undecandiol-bis- [ (3 ' -tert. -butyl-4 ' -hydroxy- 5 ' -methylphenyl ) propionat] , 1 , 9-Nonandiol-bis- [ (3 ' , 5 ' -di-te . - butyl-4 ' -hydroxyphenyl) propionat] , 1 , 7-Heptandiamin-
25 bis [3- (3 ' , 5 ' -di-ter .-butyl-4 ' -hydroxyphenyl )propionsäureamid] , 1, 1-Methandiamin-bis [3- (3 ' , 5 ' -di-ter . -butyl-4 ' -hydroxyphenyl) propionsäureamid] , 3- (3 ', 5 ' -di-tert. -Butyl-4 '-hydroxyphenyl) propionsäurehydrazid, 3- (3 ' , 5 ' -di-Methyl-4 ' -hydroxyphenyl) propionsäurehydrazid. Bis (3-fcert. -Butyl-5-ethyl-2-hydroxy-
30 phen-l-yl)methan, Bis (3 , 5-di-tert. -Butyl-4-hydroxy- phen-l-yl)methan, Bis [3- (1 '-methylcyclohex-1 ' -yl) -5- methyl-2-hydroxy-phen-l-yl]methan, Bis (3-tert.-Bu- tyl-2-hydroxy-5-methyl-phen-l-yl)methan, 1, 1-Bis (5-tert.-Bu- tyl-4-hydroxy-2-methyl-phen-l-yl) ethan, Bis (5-tert.-Bu-
35 tyl-4-hydroxy-2-methyl-phen-l-yl) sulfid, Bis (3-terfc . -Bu- tyl-2-hydroxy-5-methyl-phen-l-yl) sulfid,
1, 1-Bis (3, 4-Dimethyl-2-hydroxy-phen-l-yl) -2-methylpropan, 1 , 1-Bis (5-tert. -Butyl-3-methyl-2-hydroxy-phen-l-yl) -butan, 1,3, 5-Tris [l'-(3'',5" -di-ter . -Butyl-4 ' ' -hydroxy-
40 phen-1' '-yl) -meth-1 ' -yl] -2 , 4, 6-trimethylbenzol,
1,1, 4-Tris ( 5 ' -tert. -Butyl-4 ' -hydroxy-2 ' -methyl-phen-1 ' -yl) butan, Aminophenole, wie z.B. para-Aminophenol , Nitrosophenole, wie z.B. para-Nitrosophenol, p-Nitroso-o-Kresol , Alkoxyphenole, beispielsweise 2-Methoxyphenol (Guajacol, Brenzcatechinmonomethylether) , 5 2-Ethoxyphenol, 2-Isopropoxyphenol , 4-Methoxyphenol (Hydrochinon- monomethylether) , Mono- oder Di-tert . -Butyl-4-methoxyphenol, 3 , 5-Di-tert-butyl-4-hydroxyanisol , 3-Hydroxy-4-methoxybenzylalko- hol, 2, 5-Dimethoxy-4-hydroxybenzylalkohol (Syringaalkohol) , 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd (Vanillin) , 4-Hydroxy-3-ethoxyben- zaldehyd (Ethylvanillin) , 3-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd (Isovanillin) , l-(4-Hydroxy-3-methoxy-phenyl) ethanon (Acetovanillon) , Eugenol, Dihydroeugenol , Isoeugenol, Tocopherole, wie z.B. α-, ß-, Y~. δ- und ε-Tocopherol, Tocol, α-Tocopherolhydrochinon, sowie 2 , 3-Dihydro-2 , 2-dimethyl-7-hydroxybenzofuran (2 , 2-Dimethyl-7-hy- droxycumaran) , Chinone und Hydrochinone wie Hydrochinon oder Hydrochinonmonomethylether, 2 , 5-Di- er . -Butylhydrochinon, 2-Me- thyl-p-hydrochinon, 2 , 3-Dimethylhydrochinon, Trimethylhydro- chinon, 4-Methylbrenzcatechin, tert-Butylhydrochinon, 3-Methyl- brenzcatechin, Benzochinon, 2-Methyl-p-hydrochinon, 2 , 3-Dimethyl- hydrochinon, Trimethylhydrochinon, 3-Methylbrenzcatechin, 4-Me- thylbrenzcatechin, tert-Butylhydrochinon, 4-Ethoxyphenol , 4-Buto- xyphenol, Hydrochinonmonobenzylether, p-Phenoxyphenol , 2-Methyl- hydrochinon, 2 , 5-Di-tert .-Butylhydrochinon, Tetramethyl-p-benzo- chinon, Diethyl-1 , 4-cyclohexandion-2 , 5-dicarboxylat , Phenyl-p- benzochinon, 2 , 5-Dimethyl-3-benzyl-p-benzochinon, 2-Iso- propyl-5-methyl-p-benzochinon (Thymochinon) , 2 , 6-Diisopropyl-p- benzochinon, 2 , 5-Dimethyl-3-hydroxy-p-benzochinon, 2, 5-Dihydroxy- p-benzochinon, Embelin, Tetrahydroxy-p-benzochinon, 2,5-Dimeth- oxy-1, 4-benzochinon, 2-Amino-5-methyl-p-benzochinon, 2,5-Bisphe- nylamino-1, 4-benzochinon, 5, 8-Dihydroxy-l, 4-naphthochinon, 2-An- ilino-1, 4,naphthochinon, Anthrachinon, N,N-Dimethylindoanilin, N,N-Diphenyl-p-benzochinondiimin, 1 , 4-Benzochinondioxim, Coeruli- gnon, 3,3' -Di-tert-butyl-5 , 5 ' -dimethyldiphenochinon, p-Rosolsäure (Aurin), 2 , 6-Di-tert-butyl-4-benzyliden-benzochinon, 2, 5-Di- tert .-Amylhydrochinon, N-Oxyle wie 4-Hydroxy-2 , 2 , 6, 6-tetramethyl- piperidin-N-oxyl , 4-Oxo-2 ,2,6, 6-tetramethyl-piperidin-N-oxyl , 4-Acetoxy-2 ,2,6, 6-tetramethyl-piperidin-N-oxyl , 2,2,6, 6-tetrame- thyl-piperidin-N-oxyl, 4, 4 ' , 4 ' '-Tris (2,2,6, 6-tetramethyl-piperi- din-N-oxyl ) -phosphit , 3-Oxo-2 ,2,5, 5-tetramethyl-pyrrolidin-N- oxyl , l-0xyl-2 ,2,6, 6-tetramethyl-4-methoxypiperidin, l-0xyl-2, 2,6, 6-tetramethyl-4-trimethylsilyloxypiperidin, l-0xyl-2 ,2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl-2-ethylhexanoat , l-0xyl-2 ,2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl-stearat , l-0xyl-2 ,2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl-benzoat , l-0xyl-2, 2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl- (4-tert-butyl)benzoat, Bis ( l-Oxyl-2 ,2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl ) -succinat, Bis (l-Oxyl-2,2, 6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl) -adipat, 1, 10-Dekan- disäure-bis (l-0xyl-2 ,2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl) ester, Bis (l-Oxyl-2, 2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl) -n-butylmalonat, Bis (l-Oxyl-2,2 , 6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl) -phthalat, Bis (l-0xyl-2 ,2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl) -isophthalat, Bis (l-0xyl-2, 2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl) -terephthalat,
Bis (l-0xyl-2, 2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl) -hexahydroterephtha- lat, N,N'-Bis (l-Oxyl-2,2, 6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl) -adipina- mid, N- ( l-Oxyl-2 ,2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl ) -caprolactam, N- (l-Oxyl-2 ,2,6, 6-tetramethylpiperidin-4-yl) -dodecylsuccinimid, 2,4, 6-Tris-[N-butyl-N-(l-Oxyl-2,2, 6, 6-tetramethyl- piperidin-4-yl] triazin, N,N' -Bis (l-Oxyl-2 ,2,6, 6-tetramethyl- piperidin-4-yl) -N,N'-bis-formyl-l, 6-diaminohexan, 4, 4 '-Ethylen- bis (l-Oxyl-2,2, 6, 6-tetramethylpiperazin-3-on) aromatische Amine wie Phenylendiamine, N,N-Diphenylamin, N-Nitroso-diphenylamin, Nitrosodiethylanilin, N,N'-Dialkyl-para-phenylendiamin, wobei die Alkylreste gleich oder verschieden sein können und jeweils unab- hängig voneinander aus 1 bis 4 Kohlenstoffatome bestehen und geradkettig oder verzweigt sein können, beispielsweise N,N'-Di- iso-butyl-p-phenylendiamin, N,N'-Di-iso-propyl-p-phenylendiamin, Irganox 5057 der Firma Ciba Spezialitätenchemie, N,N'-Di-iso- butyl-p-phenylendiamin, N,N'-Di-isσ-propyl-p-phenylendiamin, p- Phenylendi min, N-Phenyl-p-Phenylendiamin, N,N'-Diphenyl- p-phenylendiamin, N-Isopropyl-N-phenyl-p-phenylendiamin, N,N'Di- sec-butyl-p-phenylendiamin (Kerobit® BPD der BASF AG) , N-Phenyl- N'-isopropyl-p-phenylendiamin (Vulkanox® 4010 der Bayer AG) , N- (1 , 3-Dimethylbutyl) -N' -phenyl-p-phenylendiamin, N-Phe- nyl-2-naphthylamin, Imoinodibenzyl , N,N'-Diphenylbenzidin, N-Phe- nyltetraanilin, Acridon, 3-Hydroxydiphenylamin, 4-Hydroxydipheny- lamin, Hydroxylamine wie N,N-Diethylhydroxylamin, Harnstoffderivate wie Harnstoff oder Thioharnstoff , phosphorhaltige Verbindungen, wie Triphenylphosphin, Triphenylphosphit, Hypo- phosphorige Säure oder Triethylphosphit, schwefelhaltige
Verbindungen, wie Diphenylsulfid, Phenothiazin oder Metallsalze, wiebeispielsweise Kupfer-, Mangan-, Cer-, Nickel-, Chrom- -chlorid, -dithiocarbamat, -sulfat, -salicylat oder -acetat oder Gemische davon. Bevorzugt sind die genannten Phenole und Chinone, besonders bevorzugt sind Hydrochinon, Hydrochinonmonomethylether, 2-tert . -Butyl-4-methylphenol , 6-tert . -Butyl-2 , 4-dimethyl-phenol , 2 , 6-Di-tert . -Butyl-4-methylphenol , 2 , 4-di-tert . -Butylphenol , Triphenylphosphit, Hypophosphorige Säure, CuCl2 und Guajacol, ganz besonders bevorzugt sind Hydrochinon und Hydrochinonmonomethyl- ether.
Besonders bevorzugt sind Hydrochinonmonomethylether, Hydrochinon, und Alkylphenole, gegebenenfalls in Kombination mit Tripehnyl- phosphit und/oder Hypophosphoriger Säure.
Zur weiteren Unterstützung der Stabilisierung kann ein Sauerstoffhaltiges Gas, bevorzugt Luft oder ein Gemisch aus Luft und Stickstoff (Magerluft) anwesend sein. Unter den aufgeführten Stabilisatoren sind solche bevorzugt, die aerob sind, d.h. solche, die zur Entfaltung ihrer vollen Inhibitorwirkung die Anwesenheit von Sauerstoff erfordern.
Erfindungsgemäß einsetzbare Lösungsmittel E sind besonders solche, die sich zur azeotropen Entfernung des Reaktionswassers, falls gewünscht, eignen, vor allem aliphatische, cycloali- phatische und aromatische Kohlenwasserstoffe oder Gemische davon.
Vorzugsweise kommen n-Pentan, n-Hexan, n-Heptan, Cyclohexan,
Methylcyclohexan, Benzol, Toluol oder Xylol zur Anwendung. Besonders bevorzugt sind Cyclohexan, Methylcyclohexan und Toluol.
Für die Veresterung können die dem Fachmann bekannten Herstell- und/oder Aufarbeitungsverfahren von mehrwertigen Alkoholen angewendet werden, beispielsweise die eingangs erwähnten oder die in DE-A 199 41 136, DE-A 38 43 843, DE-A 38 43 854, DE-A 199 37 911, DE-A 199 29 258, EP-A 331 845, EP 554 651 oder US 4 187 383 beschriebenen.
Im allgemeinen kann die Veresterung wie folgt durchgeführt werden:
Die Veresterungsapparatur besteht aus einem gerührten Reaktor, bevorzugt aus einem Reaktor mit Umlaufverdampfer und einer aufgesetzten Destillationseinheit mit Kondensator und Phasentrenn- gefäß.
Bei dem Reaktor kann es sich beispielsweise um einen Reaktor mit Doppelwandheizung oder/und innenliegenden Heizschlangen handeln. Vorzugsweise wird ein Reaktor mit außenliegendem Wärmetauscher und Natur- oder Zwangsumlauf, d.h. unter Verwendung einer Pumpe, besonders bevorzugt Naturumlauf, bei dem der Kreislaufström ohne mechanische Hilfsmittel bewerkstelligt wird, eingesetzt.
Selbstverständlich kann die Reaktion auch in mehreren Reaktionszonen, beispielsweise einer Reaktorkaskade aus zwei bis vier, bevorzugt zwei bis drei Reaktoren durchgeführt werden.
Geeignete Umlaufverdampfer sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise beschrieben in R. Billet, Verdampfertechnik, HTB- Verlag, Bibliographisches Institut Mannheim, 1965, 53. Beispiele für Umlaufverdampfer sind Rohrbündelwärmetauscher, Plattenwärmetauscher, etc. Selbstverständlich können im Umlauf auch mehrere Wärmetauscher vorhanden sein .
Die Destillationseinheit ist von an sich bekannter Bauart. Dabei kann es sich um eine einfache Destillation handeln, die gegebenenfalls mit einem Spritzschutz ausgestattet ist, oder um eine Rektifikationskolonne. Als Kolonneneinbauten kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Pak- kungen und/oder Schüttungen. Von den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt, von den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern oder Geflechten bevorzugt.
In der Regel sind 5 bis 20 theoretische Böden ausreichend.
Der Kondensator und das Trenngefäß sind von herkömmlicher Bauart.
Carbonsäure B und Polyalkohol A werden in der Veresterung a) in der Regel im molaren Überschuß wie oben angegeben bezogen auf die Hydroxygruppen des Alkohols eingesetzt. Der eingesetzte Überschuß kann bis zu ca. 1000:1 betragen, falls gewünscht.
Als Veresterungskatalysatoren C kommen die oben angeführten in Frage .
Sie werden in der Regel in einer Menge von 0,1 - 5 Gew%, bezogen auf das Veresterungsgemisch, eingesetzt, bevorzugt 0,5 - 5, besonders bevorzugt 1 - 4 und ganz besonders bevorzugt 2 - 4 Gew% .
Falls erforderlich kann der Veresterungskatalysator aus dem Reaktionsgemisch mit Hilfe eines Ionenaustauschers entfernt werden. Der Ionenaustauscher kann dabei direkt in das Reaktionsgemisch gegeben und anschließend abfiltriert oder das Reaktionsgemisch kann über eine Ionenaustauscherschüttung geleitet werden.
Bevorzugt wird der Veresterungskatalysator im Reaktionsgemisch belassen. Handelt es sich jedoch bei dem Katalysator um einen Ionentauscher, so wird dieser bevorzugt entfernt, beispielsweise durch Filtration.
Zur weiteren Unterstützung der Stabilisierung kann ein sauer- stoffhaltiges Gas, bevorzugt Luft oder ein Gemisch aus Luft und Stickstoff (Magerluft) anwesend sein. Dieses sauerstoffhaltige Gas wird vorzugsweise in den Sumpfbereich einer Kolonne und/oder in einen Umlaufverdampfer eindosiert und/oder durch das Reaktionsgemisch und/oder über dieses geleitet.
Das Polymerisationsinhibitor (gemisch) D (wie oben angeführt) wird in einer Gesamtmenge von 0,01 - 1 Gew%, bezogen auf das Veresterungsgemisch, eingesetzt, bevorzugt 0,02 - 0,8, besonders bevorzugt 0,05 - 0,5 Gew%.
Das Polymerisationsinhibitor (gemisch) D kann beispielsweise als wäßrige Lösung oder als Lösung in einem Edukt oder Produkt eingesetzt werden.
b) Das bei der Reaktion entstehende Reaktionswasser kann während oder nach der Veresterung a) abdestilliert werden, wobei dieser Vorgang durch ein mit Wasser ein Azeotrop bildendes Lösungsmittel unterstützt werden kann.
Als Lösungsmittel E zur azeotropen Entfernung des Reaktionswassers, falls gewünscht, eignen sich die oben angeführten Verbindungen .
Bevorzugt ist die Durchführung der Veresterung in Gegenwart eines Lösungsmittels.
Die eingesetzte Menge an Lösungsmittel beträgt 10 - 200 Gew%, vorzugsweise 20 - 100 Gew%, besonders bevorzugt 30 bis 100 Gew% bezogen auf die Summe von Polyalkohol und Carbonsäure B.
Denkbar ist jedoch auch eine Durchführung ohne Schleppmittel, wie sie z.B. in der DE-Al 38 43 854, Sp. 2, Z. 18 bis Sp. 4, Z. 45 beschrieben ist, jedoch im Unterschied dazu mit den oben genannten Stabilisatoren.
Falls das im Reaktionsgemisch enthaltene Wasser nicht über ein azeotropbildendes Lösungsmittel entfernt wird, so ist es möglich, dieses über Strippen mit einem inerten Gas, bevorzugt einem sauerstoffhaltigen Gas, besonders bevorzugt mit Luft oder Magerluft zu entfernen, beispielsweise wie in der DE-A 38 43 843 beschrieben.
Die Reaktionstemperatur der Veresterung a) liegt allgemein bei 40 - 160 °C, bevorzugt 60 - 140°C und besonders bevorzugt 80 - 120°C. Die Temperatur kann im Reaktionsverlauf gleichbleiben oder ansteigen, bevorzugt wird sie im Reaktionsverlauf angehoben. In diesem Fall ist die Endtemperatur der Veresterung um 5 - 30 °C hö- her als die Anfangstemperatur. Die Temperatur der Veresterung kann durch Variation der Lösungsmittelkonzentration im Reaktionsgemisch bestimmt und geregelt werden, wie in DE-A 199 41 136 und der deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 100 63 175.4 be- schrieben.
Falls ein Lösungsmittel eingesetzt wird, so kann dieses über die dem Reaktor aufgesetzte Destillationseinheit vom Reaktionsgemisch abdestilliert werden.
Das Destillat kann wahlweise entfernt werden, oder, nach Kondensation, in einen Phasentrennapparat geführt werden. Die so erhaltene wäßrige Phase wird in der Regel ausgeschleust, die organische Phase kann als Rücklauf in die Destillationseinheit geführt und/oder direkt in die Reaktionszone geleitet werden und/ oder in einen Umlaufverdampfer geführt werden, wie in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 100 63 175.4 beschrieben.
Bei Verwendung als Rücklauf kann die organische Phase, wie in der DE-A 199 41 136 beschrieben, zur Steuerung der Temperatur in der Veresterung verwendet werden.
Die Veresterung a) kann drucklos aber auch bei Überdruck oder Un- terdruck durchgeführt werden, vorzugsweise wird bei normalem Druck gearbeitet.
Die Reaktionszeit beträgt in der Regel 2 - 20 Stunden, vorzugsweise 4 - 15 und besonders bevorzugt 7 bis 12 Stunden.
Die Reihenfolge der Zugabe der einzelnen Reaktionskomponenten ist erfindungsgemäß nicht wesentlich. Es können alle Komponenten gemischt vorgelegt und anschließend aufgeheizt werden oder es können eine oder mehrere Komponenten nicht oder nur teilweise vorge- legt und erst nach dem Aufheizen zugegeben werden.
Die einsetzbare Carbonsäure B ist in ihrer Zusammensetzung nicht beschränkt und kann im Fall von Roh- (Meth) acrylsäure beispielsweise folgende Komponenten aufweisen:
(Meth) acrylsäure 90 - 99,9 Gew%
Essigsäure 0,05 - 3 Gew%
Propionsäure 0,01 - 1 Gew%
Diacrylsäure 0,01 - 5 Gew%
Wasser 0,05 - 5 Gew%
Carbonylhaltige 0,01 - 0,3 Gew% Inhibitoren 0,01 - 0,1 Gew%
Maleinsäure (-anhydrid) 0,001 - 0,5 Gew%
Die eingesetzte Roh- (Meth) acrylsäure ist in der Regel stabili- siert mit 200 - 600 ppm Phenothiazin oder anderen Stabilisatoren in Mengen, die eine vergleichbare Stabilisierung ermöglichen. Unter dem Ausfruck Carbonylhaltige werden hier beispielsweise Aceton und niedere Aldehyde, wie z.B. Formaldehyd, Acetaldehyd, Crotonaldehyd, Acrolein, 2- und 3- Furfural und Benazaldehyd, verstanden.
Unter Roh- (Meth) acrylsäure wird hier das (meth) acrylsäurehaltige Gemisch verstanden, das nach Absorption der Reaktionsgase der Propan/Propen/Acrolein- beziehungsweise Isobutan/Isobuten/Metha- crolein-Oxidation in einem Absorptionsmittel und anschließender Abtrennung des Absorptionsmittels anfällt beziehungsweise das durch fraktionierende Kondensation der Reaktionsgase gewonnen wird.
Selbstverständlich kann auch Rein- (Meth) acrylsäure eingesetzt werden mit beispielsweise folgender Reinheit:
(Meth) acrylsäure 99,7 - 99,99 Gew%
Essigsäure 50 - 1000 Gew.ppm Propionsäure 10 - 500 Gew.ppm
Diacrylsäure 10 - 500 Gew. pm
Wasser 50 - 1000 Gew.ppm
Carbonylhaltige 1 - 500 Gew.ppm
Inhibitoren 1 - 300 Gew.ppm Maleinsäure (-anhydrid) 1 - 200 Gew.ppm
Die eingesetzte Rein- (Meth) acrylsäure ist in der Regel stabilisiert mit 100 - 300 ppm Hydrochinonmonomethylether oder anderen Lagerstabilisatoren in Mengen, die eine vergleichbare Stabilisierung ermöglichen.
Unter reiner bzw. vorgereinigter (Meth) acrylsäure wird allgemein (Meth) acrylsäure verstanden, deren Reinheit mind. 99,5 Gew% beträgt und die im wesentlichen frei von den aldehydischen, anderen carbonylhaltigen und hochsiedenden Komponenten ist.
Die während der Veresterung abdestillierte wäßrige Phase des über die aufgesetzte Kolonne, wenn vorhanden, abgetrennten Kondensats, die in der Regel 0,1 - 10 Gew% Carbonsäure B, beispielsweise (Meth) acrylsäure anthalten kann, wird abgetrennt und ausgeschleust. Vorteilhaft kann die darin enthaltene Carbonsäure, beispielsweise (Meth) acrylsäure mit einem Extraktionsmittel, bevorzugt dem gegebenenfalls in der Veresterung verwendeten Lösungsmittel, beispielsweise mit Cyclohexan, bei einer Temperatur zwischen 10 und 40 °C und einem Verhältnis von wäßriger Phase zu Extraktionsmittel von 1 : 5 - 30, bevorzugt 1 : 10 - 20, extrahiert und in die Veresterung zurückgeführt werden.
Zur weiteren Unterstützung des Umlaufs kann ein inertes Gas, bevorzugt ein Sauerstoffhaltiges Gas, besonders bevorzugt Luft oder ein Gemisch aus Luft und Stickstoff (Magerluft) in den Umlauf, durch oder über das Reaktionsgemisch geleitet werden, beispielsweise in Mengen von 0,1 - 1, bevorzugt 0,2 - 0,8 und besonders bevorzugt 0,3 - 0,7 m3/m3h, bezogen auf das Volumen des Reaktionsgemisches .
Der Verlauf der Veresterung a) kann durch Verfolgung der ausge- tragenen Wassermenge und/oder die Abnahme der Carbonsäurekonzentration im Reaktor verfolgt werden.
Die Reaktion kann beispielsweise beendet werden, sobald 90 % der theoretisch zu erwartenden Wassermenge durch das Lösungsmittel ausgetragen worden sind, bevorzugt bei mindestens 95% und besonders bevorzugt bei mindestens 98%.
Das Ende der Reaktion kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, daß im wesentlichen kein weiteres Reaktionswasser mehr über das Schleppmittel enfernt wird. Wird Carbonsäure B zusammen mit dem Reaktionswasser ausgetragen, so ist deren Anteil beispielsweise durch Rücktitration eines Aliquots der wäßrigen Phase bestimmbar.
Auf ein Entfernen des Reaktionswasers kann beispielsweise verzichtet werden, wenn die Carbonsäure B in einem hohen stöchiome- trischen Überschuß eingesetzt wird, beispielsweise von mindestens 1,5:1, bevorzugt mindestens 2,5:1 und ganz besonders bevorzugt mindestens 5:1. In diesem Fall verbleibt ein wesentlicher Teil der entstandenen Wasser enge im Reaktionsgemisch. Während oder nach der Reaktion wird lediglich der Anteil an Wasser aus dem Reaktionsgemisch entfernt, der durch die Flüchtigkeit bei der angelegten Temperatur bestimmt ist und es werden darüberhinaus keine Maßnahmen zur Abtrennung des entstandenen Reaktionswassers durch- geführt. So können beispielsweise mindestens 10 Gew% des entstandenen Reaktionswassers im Reaktionsgemisch verbleiben, bevorzugt mindestens 20 Gew%, besonders bevorzugt mindestens 30 Gew%, ganz besonders bevorzugt mindestens 40 und insbesondere mindestens 50 Gew%. c) Nach Beendigung der Veresterung kann das Reaktorgemisch auf übliche Weise auf eine Temperatur von 10 bis 30 °C abgekühlt werden und gegebenenfalls durch Zugabe von Lösungsmittel, das das gleiche wie das gegebenenfalls zur azeotropen Entfernung von Was-
5 ser verwendete Lösungsmittel oder ein anderes sein kann, eine beliebige Zielesterkonzentration eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Reaktion mit einem geeigneten Verdünnungsmittel G gestoppt werden und auf eine Konzen- 10 tration von beispielsweise 10 - 90 Gew%, bevorzugt 20 - 80 %, besonders bevorzugt 20 bis 60%, ganz besonders bevorzugt 30 bis 50% und insbesondere ca. 40% verdünnt, beispielsweise um die Viskosität zu verringern.
15 Wichtig ist dabei, daß sich nach Verdünnung eine im wesentlichen homogene Lösung bildet.
Dies erfolgt bevorzugt erst relativ kurz vor dem Einsatz in der Herstellung des Hydrogels, beispielsweise nicht mehr als 24 Stun- 20 den vorher, bevorzugt nicht mehr als 20, besonders bevorzugt nicht mehr als 12, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 6 und insbesondere nicht mehr als 3 Stunden vorher.
Das Verdünnungsmittel G ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend 25 aus Wasser, ein Gemisch von Wasser mit einem oder mehreren in Wasser unbegrenzt löslichen organischen Lösemittel oder ein Gemisch von Wasser mit einem oder mehreren einfachen oder ehr- fachfunktionellen Alkoholen, z.B. Methanol und Glycerin. Die Alkohole tragen bevorzugt 1, 2 oder 3 Hydroxygruppen und weisen 30 bevorzugt zwischen 1 bis 10, insbesondere bis 4 C-Atome auf. Bevorzugt sind primäre und sekundäre Alkohole.
Bevorzugte Alkohole sind Methanol, Ethanol, Isopropanol, Ethylen- glykol , 1 , 2-Propandiol oder 1 , 3-Propandiol . 35 d) Falls erforderlich kann das Reaktionsgemisch einer Entfärbung, beispielsweise durch Behandlung mit Aktivkohle oder Metalloxiden, wie z.B. Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Magnesiumoxid, Zirkonoxid, Boroxid oder Gemischen davon, in Mengen von beispielsweise 0,1 -
40 50 Gew%, bevorzugt 0,5 bis 25 Gew%, besonders bevorzugt 1 - 10 Gew% bei Temperaturen von beispielsweise 10 bis 100 °C, bevorzugt 20 bis 80 °C und besonders bevorzugt 30 bis 60 °C unterworfen werden.
45 Dies kann durch Zugabe des pulver- oder granulatförmigen Entfärbungsmittels zum Reaktionsgemisch und nachfolgender Filtration oder durch Überleiten des Reaktionsgemisches über eine Schüttung des Entfärbungsmittels in Form beliebiger, geeigneter Formkörper erfolgen.
Die Entfärbung des Reaktionsgemisches kann an beliebiger Stelle des Aufarbeitungsverfahrens erfolgen, beispielsweise auf der Stufe des rohen Reaktionsgemisches oder nach gegebenenfalls erfolgter Vorwäsche, Neutralisation, Wäsche oder Lösungsmittelent- fernung.
Das Reaktionsgemisch kann weiterhin einer Vorwäsche e) und/oder einer Neutralisation f) und/oder einer Nachwäsche g) unterworfen werden, bevorzugt lediglich einer Neutralisation f) . Gegebenenfalls können Neutralisation f) und Vorwäsche e) in der Reihenfolge auch vertauscht werden.
Aus der wäßrigen Phase der Wäschen e) und g) und/oder Neutralisation f) kann enthaltene Carbonsäure B, beispielsweise (Meth) acrylsäure und/oder Katalysator C durch Ansäuern und Extraktion mit einem Lösungsmittel zumindest teilweise wiedergewon- nen und von Neuem eingesetzt werden.
Zur Vor- oder Nachwäsche e) oder g) wird das Reaktionsgemisch in einem Waschapparat mit einer Waschflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder einer 5 - 30 Gew%-igen, bevorzugt 5 - 20, besonders bevorzugt 5 - 15 Gew%-igen Kochsalz-, Kaliumchlorid-, Ammoniumchlorid-, Natriumsulfat- oder Ammoniumsulfatlösung, bevorzugt Wasser oder Kochsalzlösung, behandelt.
Das Mengenverhältnis Reaktionsgemisch : Waschflüssigkeit beträgt in der Regel 1: 0,1 - 1, bevorzugt 1 : 0,2 - 0,8, besonders bevorzugt 1 : 0,3 - 0,7.
Die Wäsche oder Neutralisation kann beispielsweise in einem Rührbehälter oder in anderen herkömmlichen Apparaturen, z.B. in einer Kolonne oder Mixer-Settler-Apparatur, durchgeführt werden.
Verfahrenstechnisch können für eine Wäsche oder Neutralisation im erfindungsgemäßen Verfahren alle an sich bekannten Extraktionsund Waschverfahren und -apparate eingesetzt werden, z.B. solche, die in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th ed, 1999 Electronic Release, Kapitel: Liquid - Liquid Extraction - Apparatus, beschrieben sind. Beispielsweise können dies ein- oder mehrstufige, bevorzugt einstufige Extraktionen, sowie solche in Gleich- oder Gegenstromfahrweise, bevorzugt Gegenstromfahrweise sein. Vorzugsweise werden Siebboden- oder gepackte beziehungsweise Füllkörperkolonnen, Rührbehälter oder Mixer-Settler-Apparate, sowie gepulste Kolonnen oder solche mit rotierenden Einbauten eingesetzt.
Die Vorwäsche e) wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn Metallsalze, bevorzugt Kupfer oder Kupfersalze als Inhibitoren (mit) verwendet werden.
Eine Nachwäsche g) kann zur Entfernung von Base- oder Salzspuren aus dem in f) neutralisierten Reaktionsgemisch vorteilhaft sein.
Zur Neutralisation f) kann das gegebenenfalls vorgewaschene Reaktionsgemisch, das noch geringe Mengen an Katalysator und die Hauptmenge an überschüssiger Carbonsäure, beispielsweise
(Meth) acrylsäure enthalten kann, mit einer 5 - 25, bevorzugt 5 - 20, besonders bevorzugt 5 - 15 Gew%igen wäßrigen Lösung einer Base, wie beispielsweise Alkali- oder Erdalkalimetalloxide, -hy- droxide, -carbonate oder -hydrogencarbonate, bevorzugt Natron- lauge, Kalilauge, Natriumhydrogencarbonat , Natriumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Kaiziumhydroxid, Kalkmilch, Ammoniak, Ammoniakwasser oder Kaliumcarbonat , der gegebenenfalls 5 - 15 Gew% Kochsalz, Kaliumchlorid, Ammoniumchlorid oder Ammoniumsulfat zugesetzt sein können, besonders bevorzugt mit Natronlauge oder Natronlauge-Kochsalz-Lösung, neutralisiert werden. Der Neutralisationsgrad beträgt bevorzugt 10 bis 80 Mol%, vorzugsweise 20 bis 80 Mol%, besonders bevorzugt 40 bis 80 Mol%, bezogen auf die Säuregruppen enthaltenden Monomere. Diese Neutralisation kann vor und/oder während der Polymerisation erfolgen, bevorzugt vor der Polymerisation.
Die Zugabe der Base erfolgt in einer Weise, daß die Temperatur im Apparat nicht über 60 °C ansteigt, bevorzugt zwischen 20 und 35 °C beträgt und der pH-Wert 4 - 13 beträgt. Die Abfuhr der Neutra- lisationswärme erfolgt vorzugsweise durch Kühlung des Behälters mit Hilfe von innenliegenden Kühlschlangen oder über eine Doppelwandkühlung.
Das Mengenverhältnis Reaktionsgemisch : Neutralisationsflüssig- keit beträgt in der Regel 1: 0,1 - 1, bevorzugt 1 : 0,2 - 0,8, besonders bevorzugt 1 : 0,3 - 0,7.
Hinsichtlich der Apparatur gilt das oben Gesagte.
h) Falls ein Lösungsmittel im Reaktionsgemisch enthalten ist, so kann dieses durch Destillation im wesentlichen entfernt werden. Bevorzugt wird gegebenenfalls enthaltenes Lösungsmittel nach Wä- sehe und/oder Neutralisation aus dem Reaktionsgemisch entfernt, falls gewünscht kann dieses aber auch vor der Wäsche beziehungsweise Neutralisation erfolgen.
Dazu wird das Reaktionsgemisch mit einer derartigen Menge an
Lagerstabilisator, bevorzugt Hydrochinonmonomethylether versetzt, daß nach Abtrennung des Lösungsmittels 100 - 500, bevorzugt 200 - 500 und besonders bevorzugt 200 - 400 ppm davon im Zielester (Rückstand) enthalten sind.
Die destillative Abtrennung der Hauptmenge an Lösungsmittel erfolgt beispielsweise in einem Rührkessel mit Doppelwandheizung und/oder innenliegenden Heizschlangen unter vermindertem Druck, beispielsweise bei 20 - 700 mbar, bevorzugt 30 bis 500 und beson- ders bevorzugt 50 - 150 mbar und einer Temperatur von 40 - 80 °C. Selbstverständlich kann die Destillation auch in einem Fallfilmoder Dünnschichtverdampfer erfolgen. Dazu wird das Reaktionsgemisch, bevorzugt mehrmals im Kreislauf, unter vermindertem Druck, beispielsweise bei 20 - 700 mbar, bevorzugt 30 bis 500 und beson- ders bevorzugt 50 - 150 mbar und einer Temperatur von 40 - 80 °C durch den Apparat geführt .
Vorteilhaft kann ein inertes Gas, bevorzugt ein Sauerstoffhaltiges Gas, besonders bevorzugt Luft oder ein Gemisch aus Luft und Stickstoff (Magerluft) in den Destillationsapparat eingeleitet werden, beispielsweise 0,1 - 1, bevorzugt 0,2 - 0,8 und besonders bevorzugt 0,3 - 0,7 m3/m3h, bezogen auf das Volumen des Reaktionsgemisches .
Der Restlösungsmittelgehalt im Rückstand beträgt nach der
Destillation in der Regel unter 5 Gew%, bevorzugt 0,5 - 5 % und besonders bevorzugt 1 bis 3 Gew% .
Das abgetrennte Lösungsmittel wird kondensiert und bevorzugt wie- derverwendet .
Falls erforderlich kann zusätzlich oder anstelle der Destillation eine Lösungsmittelstrippung i) durchgeführt werden.
Dazu wird der Zielester, der noch geringe Lösungsmittelmengen enthält, auf 50 - 90 °C, bevorzugt 80 - 90 °C erwärmt und die restlichen Lösungsmittelmengen mit einem geeigneten Gas in einer geeigneten Aparatur entfernt. Zur Unterstützung kann gegebenenfalls auch ein Vakuum angelegt werden. Geeignete Apparaturen sind beispielsweise Kolonnen von an sich bekannter Bauart, die die üblichen Einbauten, z.B. Böden, Schüttungen oder gerichtete Packungen, bevorzugt Schüttungen aufweisen. Als Kolonneneinbauten kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Füllkörper. Von den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt, von den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Barrel- oder Intalox-Sätteln, Top-Pak etc. oder Geflechten, bevorzugt.
Denkbar ist hier auch ein Fallfilm-, Dünnfilm- oder Wischfilmverdampfer, wie z.B. ein Luwa-, Rotafilm- oder Sambayverdampfer, der als Spritzschutz beispielsweise mit einem Demister ausgerüstet sein kann.
Geeignete Gase sind unter den Strippbedingungen inerte Gase, bevorzugt Sauerstoffhaltige Gase, besonders bevorzugt Luft oder Gemische aus Luft und Stickstoff (Magerluft) oder Wasserdampf, insbesondere solche, die auf 50 bis 100 °C temperiert sind.
Die Strippgasmenge beträgt beispielsweise 5 - 20, besonders bevorzugt 10 - 20 und ganz besonders bevorzugt 10 bis 15 m3/m3h, bezogen auf das Volumen des Reaktionsgemisches.
Falls notwendig kann der Ester in einem beliebigen Stadium des Aufarbeitungsverfahrens, bevorzugt nach Wäsche/Neutralisation und gegebenenfalls erfolgter Lösungsmittelentfernung einer Filtration j) unterworfen werden, um ausgefallene Spuren an Salzen sowie ge- gebenenfalls enthaltenem Entfärbungsmittel zu entfernen.
In einer denkbaren Ausführungsform wird die Veresterung a) des Polyalkohols A mit der Carbonsäure B in einem wie oben angeführten molaren Überschuß von mindestens 5:1 in Gegenwart mindestens eines Veresterungskatalysators C und mindestens eines
Polymerisationsinhibitors D ohne ein mit Wasser ein Azeotrop bildendes Lösungsmittel durchgeführt.
Die im Überschuß eingesetzte Carbonsäure B wird in einer bevor- zugten Ausführungsform im wesentlichen nicht abgetrennt, d.h. es wird lediglich der Anteil an Carbonsäure B aus dem Reaktionsgemisch entfernt, der durch die Flüchtigkeit bei der angelegten Temperatur bestimmt ist und es werden darüberhinaus keine Maßnahmen zur Abtrennung der Carbonsäure durchgeführt, wie beispiels- weise destillative, rektifikative, extraktive, wie z.B. Wäschen, absorptive, wie z.B. Überleiten über Aktivkohle oder über Ionen- tauscher, und/oder chemische Schritte, wie z.B. Abfangen der Carbonsäure mit Epoxiden.
Bevorzugt wird die im Reaktionsgemisch enthaltene Carbonsäure B zu nicht mehr als 75 Gew%, besonders bevorzugt zu nicht mehr als 50 Gew%, ganz besonders bevorzugt zu nicht mehr als 25 Gew%, insbesondere zu nicht mehr als 10 Gew% und speziell zu nicht mehr als 5 Gew% aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt, bezogen auf die nach Reaktionsende im Reaktionsgemisch enthaltene Carbonsäure B. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann auf die Stufe b) verzichtet werden, so daß lediglich der Anteil an Reaktionswasser und Carbonsäure B aus dem Reaktionsgemisch entfernt wird, der durch die Flüchtigkeit bei der angelegten Temperatur bestimmt ist. Dies kann bevorzugt durch im wesentlichen vollständige Kondensation verhindert werden.
Weiterhin verbleibt auch der eingesetzte Veresterungskatalysator C im wesentlichen im Reaktionsgemisch.
Das so erhältliche Reaktionsgemisch weist bevorzugt eine Säurezahl gem. DIN EN 3682 von mindestens 25 mg KOH/g Reaktionsgemisch auf, besonders bevorzugt von 25 bis 80 und ganz besonders bevorzugt von 25 bis 50 mg KOH/g auf.
Auf eine Vor- oder Nachwäsche e) oder g) wird bevorzugt verzichtet, lediglich ein Filtrationsschritt j) kann sinnvoll sein.
Anschließend kann das Reaktionsgemisch im Schritt c) verdünnt werden, in diesem Fall wird es bevorzugt innerhalb von 6 Stunden, besonders bevorzugt innerhalb von 3 Stunden zum Hydrogel umgesetzt. Bevorzugt kann es in einem Schritt f) neutralisiert werden.
Die Abfolge der Schritte c) , j) und f) ist dabei beliebig.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Stoffgemisch enthaltend
- mindestens einen Ester F, erhältlich nach einem der oben beschriebenen Veresterungsverfahren,
- Carbonsäure B und - Verdünnungsmittel G.
Als weitere Komponenten können enthalten sein
- Veresterungskatalysator C in protonierter oder unprotonierter Form, - Polymerisationsinhibitor D sowie - gegebenenfalls Lösungsmittel E, falls ein solches in der Ver- sterung verwendet wurde.
Das Stoffgemisch kann gegebenenfalls neutralisiert sein und einen pH-Wert aufweisen, wie oben unter f) aufgeführt.
Wenn das Stoffgemisch neutralisiert ist, so ist zumindest ein Teil der Carbonsäuren B in deren wasserlöslichen Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumsalze überführt.
Bevorzugtes Stoffgemisch enthält an
- Ester F im Stoffgemisch 0,1 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 20, ganz besonders bevorzugt 1 bis 10, insbesondere 2 bis 5 und speziell 2 bis 4 Gew.-%, - Carbonsäure B 0,5 - 99,9 Gew%, besonders bevorzugt 0,5 - 50 Gew%, ganz besonders bevorzugt 1 - 25, insbesondere 2 - 15 und speziell 3 bis 5 Gew%,
- Veresterungskatalysator C 0 - 10 Gew%, besonders bevorzugt 0,02
- 5, ganz besonders bevorzugt 0,05 - 2,5 Gew% und insbesondere 0,1 - 1 Gew%,
- Polymerisationsinhibitor D 0 - 5 Gew%, besonders bevorzugt 0,01
- 1,0, ganz besonders bevorzugt 0,02 - 0,75, insbesondere 0,05 - 0,5 und speziell 0,075 - 0,25 Gew%,
- Lösungsmittel E 0 - 10 Gew%, besonders bevorzugt 0 - 5 Gew%, ganz besonders bevorzugt 0,05 - 1,5 Gew% und insbesondere 0,1 -
0,5 Gew%, mit der Maßgabe, daß die Summe immer 100 Gew% beträgt, sowie
- gegebenenfalls Verdünnungsmittel G ad 100 Gew% .
Die nach dem obigen Verfahren erhältlichen Reaktionsgemische und erfindungsgemäßen Stoffgemische können Verwendung finden
- als Radikalvernetzer von wasserabsorbierenden Hydrogelen,
- als Ausgangsstoff für die Herstellung von Polymerdispersionen,
- als Ausgangsstoff für die Herstellung von Polyacrylaten (außer Hydrogelen) ,
- als Lackrohstoff oder
- als Zementadditiv.
Zur Verwendung als Radikalvernetzer von wasserabsorbierenden Hydrogelen sind insbesondere solche erfindungsgemäßen Stoffgemische geeignet, die eine Wasserlöslichkeit (bei 25 °C in destilliertem Wasser) von mindestens 5 Gew%, bevorzugt mindestens 10 Gew%, besonders bevorzugt mindestens 20 Gew%, ganz besonders bevorzugt mindestens 30 Gew% und insbesondere von mindestens 50 Gew% aufweisen. k) Das Reaktionsgemisch aus der Veresterung, inklusive deren Aufarbeitungsschritte, soweit diese durchlaufen werden, beispielsweise das Reaktionsgemisch aus f) , bzw, wenn auf f) verzichtet wird, aus b) , beziehungsweise, wenn auf b) verzichtet wird, das Reaktionsgemisch aus a) , kann gegebenenfalls mit zusätzlichen monoethylenisch ungesättigten Verbindungen N versetzt werden, die keine Säuregruppen tragen, aber mit den hydrophilen Monomeren M copolymerisierbar sind, kann dann zur Herstellung von wasserabsorbierenden Hydrogelen in Gegenwart mindestens eines Radikal- Starters K und gegebenenfalls mindestens einer Pfropfgrundlage L polymerisiert werden.
Vorteilhaft kann
1) das Reaktionsgemisch aus k) nachvernetzt werden.
Zur Herstellung k) dieser hydrophilen, hochquellfähigen Hydrogele geeignete hydrophile Monomere M sind beispielsweise polymerisationsfähige Säuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, α-Chloracrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Vinylsulfonsäure, Vinylphosphonsäure, Maleinsäure einschließlich deren Anhydrid, Fumarsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Glutaconsäure, Aconitsäure, Allyl- sulfonsäure, Sulfoethylacrylat, Sulfomethacrylat, Sulfopropyla- crylat, Sulfopropylmethacrylat, 2-Hydroxy-3-acryloxypropylsulfon- säure, 2-Hydroxy-3-methacryl-oxypropylsulfonsäure, Allylphosphon- säure, Styrolsulfonsäure, 2-Acrylamido-2methylpropansulfonsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropanphosphonsäure sowie deren Amide, Hydroxyalkylester und aminogruppen- oder ammoniumgruppenhaltige Ester und Amide. Die Monomeren können allein oder in Mischung un- tereinander eingesetzt werden. Des weiteren wasserlösliche N-Vi- nylamide oder auch Diallyldimethyl-ammoniumchlorid. Bevorzugte hydrophile Monomere sind Verbindungen der Formel V
Figure imgf000035_0001
worin
R3 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl,
R4 die Gruppe -COOR6, eine Sulfonylgruppe oder Phosphonylgruppe, eine mit einem (Cι~C ) -Alkylalkohol veresterte Phosphonylgruppe oder eine Gruppe der Formel VI
Figure imgf000036_0001
H H-
R5 Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder eine Carboxylgruppe,
R6 Wasserstoff, Amino oder Hydroxy- (Cχ-C ) -Alkyl und
R7 eine Sulfonylgruppe, eine Phosphonylgruppe oder eine Carboxylgruppe bedeuten.
Beispiele für (C1-C4)- Alkylalkohol sind Methanol, Ethanol, n-Pro- panol oder n-Butanol .
Besonders bevorzugte hydrophile Monomere sind Acrylsäure und Methacrylsäure .
Zur Optimierung von Eigenschaften kann es sinnvoll sein, zusätzliche monoethylenisch ungesättigte Verbindungen N einzusetzen, die keine Säuregruppen tragen, aber mit den säuregruppentragenden Monomeren copolymerisierbar sind. Hierzu gehören beispielsweise die Amide und Nitrile von monoethylenisch ungesättigten Carbonsäure, z. B. Acrylamid, Methacrylamid und N-Vinylformamid, N-Vi- nylacetamid, N-Methyl-vinylacetamid, Acrylnitril und Methacryl- nitril. Weitere geeignete Verbindungen sind beispielsweise Vinyl- ester von gesättigten Cι~ bis C4-Carbonsäuren wie Vinylfor iat, Vinylacetat oder Vinylpropionat, Alkylvinylether mit mindestens 2 C-Atomen in der Alkylgruppe, wie z. B. Ethylvinylether oder Butylvinylether, Ester von monoethylenisch ungesättigten C3- bis Cg-Carbonsäuren, z. B. Ester aus einwertigen Ci- bis Cis-Alkoholen und Acrylsäure, Methacrylsäure oder Maleinsäure, Halbester von Maleinsäure, z. B. Maleinsäuremono-methylester, N-Vinyllactarne wie N-Vinylpyrrolidon oder N-Vinylcaprolactam, Acrylsäure- und Methacrylsäureester von alkoxylierten einwertigen, gesättigten Alkoholen, z. B. von Alkoholen mit 10 bis 25 C-Atome, die mit 2 bis 200 Mol Ethylenoxid und/oder Propylenoxid pro Mol Alkohol umgesetzt worden sind, sowie Monoacrylsäureester und Monomethacryl- säureester von Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol, wobei die Molmassen (Mn) der Polyalkylenglykole beispielsweise bis zu 2000 betragen können. Weiterhin geeignete Monomere sind Styrol und alkylsubstituierte Styrole wie Ethylstyrol oder tert.-Butyl- styrol .
Diese keine säuregruppentragenden Monomere können auch in Mischung mit anderen Monomeren eingesetzt werden, z. B.
Mischungen aus Vinylacetat und 2-Hydroxyethylacrylat in beliebigem Verhältnis. Diese keine Säuregruppen tragenden Monomere wer- den der Reaktionsmischung in Mengen zwischen 0 und 50 Gew.-%, vorzugsweise kleiner 20 Gew.-% zugesetzt.
Bevorzugt bestehen die vernetzten (Co) Polymere aus Säuregruppen tragenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren, die gegebenenfalls vor oder nach der Polymerisation in ihre Alkali- oder Ammoniumsalze überführt werden, und aus 0 - 40 Gew.-% bezogen auf ihr Gesamtgewicht keine säuregruppentragenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren.
Die Herstellung (meth) acrylsäurehaltiger (Co) Polymere, Polyacryl- säuren und Superabsorbern ist vielfach vorbeschrieben und daher hinreichend bekannt, siehe z.B. "Modern Superabsorbent Polymer Technology", F.L. Buchholz and A.T. Graham, Wiley-VCH, 1998.
Bevorzugt sind solche Hydrogele, die durch vernetzende Polymerisation oder Copolymerisation von säuregruppentragenden monoethylenisch ungesättigten Monomeren M oder deren Salzen erhalten werden.
Bei dem Verfahren zur Nachvernetzung wird das Ausgangspolymer mit einem Nachvernetzer behandelt und bevorzugt während oder nach dem Behandeln durch Temperaturerhöhung nachvernetzt und getrocknet, wobei der Vernetzer bevorzugt in einem inerten Lösemittel enthal- ten ist. Unter inerten Lösemittel werden solche verstanden, die bei der Reaktion weder mit dem Ausgangspolymer noch mit dem Nachvernetzer im wesentlichen reagieren. Bevorzugt sind solche Lösemittel, die zu mehr als 90%, bevorzugt mehr als 95%, besonders bevorzugt mehr als 99%, insbesondere zu mehr als 99,5% nicht che- misch mit dem Ausgangspolymer oder Nachvernetzer reagieren.
Bevorzugt zur Nachvernetzung 1) und Trocknung m) ist dabei der Temperaturbereich zwischen 30 und 250°C, insbesondere 50 - 200°C, ganz besonders bevorzugt ist der Bereich zwischen 100 - 180°C. Die Aufbringung der Oberflächennachvernetzungslösung erfolgt bevorzugt durch Aufsprühen auf das Polymere in geeigneten Sprühmischern. Im Anschluß an das Aufsprühen wird das Polymerpulver thermisch getrocknet, wobei die Vernetzungsreaktion sowohl vor als auch während der Trocknung stattfinden kann. Bevorzugt ist das Aufsprühen einer Lösung des Vernetzers in Reaktionsmischern oder Misch- und Trocknungsanlagen wie beispielsweise Lödige-Mi- scher, BEPEX-Mischer, NAUTA-Mischer, SHUGGI-Mischer oder PROCES- SALL. Überdies können auch Wirbelschichttrockner eingesetzt werden. Die Trocknung kann im Mischer selbst erfolgen, durch Beheizung des Mantels oder Einblasen von Warmluft. Ebenso geeignet ist ein nachgeschalteter Trockner wie z.B. ein Hordentrockner, ein Drehrohrofen, oder eine beheizbare Schnecke. Es kann aber auch z.B. eine azeotrope Destillation als Trocknungsverfahren benutzt werden. Die bevorzugte Verweilzeit bei dieser Temperatur im Reaktionsmischer oder Trockner beträgt unter 60 min. , besonders bevorzugt unter 30 min.
Bevorzugt sind obige Verfahren, wobei das Ausgangspolymere eine polymere Acrylsäure oder ein Polyacrylat ist, insbesondere eine polymere Acrylsäure oder ein Polyacrylat, die über radikalische Polymerisation erhalten wurden und bei denen ein mehrfunktio- neller ethylenisch ungesättigter Radikalvernetzer verwendet wurde.
Bevorzugt werden solche Verfahren in denen das Stoffgemisch enthaltend Radikalvernetzer, also den Ester F, und Verdünnungsmittel G in einem Verhältnis von 0,1 - 20 Gew.-%, insbesondere 0,5 - 10 Gew.-% bezogen auf die Masse des Ausgangspolymeren eingesetzt wird.
Bevorzugt werden solche Verfahren in denen der Radikalvernetzer in einer Dosierung von 0,01 - 5,0 Gew.%, bevorzugt 0,02 - 3,0 Gew.%, ganz besonders bevorzugt 0,03 - 2,5 Gew.%, insbesondere 0,05 - 1,0 und speziell 0,1 bis 0,75 Gew.% bezogen auf das Ausgangspolymer verwendet wird.
Gegenstand der Erfindung sind auch Polymere, hergestellt nach einem der oben genannten Verfahren und deren Verwendung in Hygieneartikeln, Verpackungsmaterialien und in Nonwovens, sowie die Verwendung von einem oben genannten Stoffgemisch zur Herstellung von vernetzten oder durch Wärmebehandlung vernetzungsfähigen Polymeren, insbesondere in Lacken und Farben.
Die dabei einzusetzenden hydrophilen, hochquellfähigen Hydrogele (Ausgangspolymere) sind insbesondere Polymere aus (co)polymeri- sierten hydrophilen Monomeren M, Pfropf (co) polymere von einem oder mehreren hydrophilen Monomeren M auf eine geeignete Pfropf- grundlage L, vernetzte Cellulose- oder Stärkeether oder in wäßrigen Flüssigkeiten quellbare Naturprodukte, wie beispielsweise Guarderivate . Diese Hydrogele sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise beschrieben in US-4 286 082, DE-C-27 06 135, US-4 340 706, DE-C-37 13 601, DE-C-28 40 010, DE-A-43 44 548, DE-A40 20 780, DE-A-40 15 085, DE-A-39 17 846, DE-A-38 07 289, DE-A-35 33 337, DE-A-35 03 458, DE-A-42 44 548, DE-A-42 19 607, DE-A-40 21 847, DE-A-38 31 261, DE-A-35 11 086, DE-A-31 18 172, DE-A-30 28 043, DE-A-44 18 881, EP-A-0 801 483, EP-A-0 455 985, EP-A-0 467 073, EP-A-0 312 952, EP-A-0 205 874, EP-A-0 499 774, DE-A 26 12 846, DE-A-40 20 780 EP-A-0 20 5674, US-5 145 906, EP-A-0 530 438, EP-A-0 670 073, US4 057 521, US-4 062 817, US-4 525 527, US-4 295 987, US-5 011 892, US-4 076 663 oder US-4 931 497. Besonders geeignet sind auch hochquellfähige Hydrogele aus einem Herstellprozeß wie in WO 01/38402 beschrieben, sowie anorganisch- organische hybride hochquellfähige Hydrogele wie in DE 198 54 575 beschrieben. Der Inhalt der vorstehend genannten Patentdokumente, insbesondere die nach den Verfahren hergestellten Hydrogele, sind ausdrücklich Bestandteil der vorliegenden Offenbarung.
Geeignete Pfropfgrundlagen L für hydrophile Hydrogele, die durch Pfropfcopolymerisation olefinisch ungesättigter Säuren erhältlich sind, können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Beispiele sind Stärke, Cellulose oder Cellulosederivate sowie andere Polysaccharide und Oligosaccharide, Polyalkylenoxide, insbesondere Polyethylenoxide und Polypropylenoxide, sowie hydrophile Polyester.
Das wasserabsorbierende Polymer kann über radikalisehe Pfropfcopolymerisation von Acrylsäure oder Acrylat auf eine wasserlösliche Polymermatrix erhalten werden. Geeignete wasserlösliche Po- lymermatrices sind beispielsweise, aber nicht ausschliesslich, Alginate, Polyvinylalkohol , und Polysacharide wie etwa Stärke. Bei der Pfropfcopolymerisation im erfindungsgemäßen Sinne wird ein mehrfunktioneller ethylenisch ungesättigter Radikalvernetzer eingesetzt.
Das wasserabsorbierende Polymer kann ein organisch-anorganisches Hybridpolymer aus einer polymeren Acrylsäure oder einem Polyacrylat einerseits und einem Silikat, Aluminat, oder Alumosilikat andererseits sein. Insbesondere können polymere Acrylsäure oder Polyacrylat verwendet werden, die über radikalische Polymeri- sation erhalten wurden, und bei denen ein mehrfunktioneller ethylenisch ungesättigter Radikalvernetzer verwendet wurde und bei deren Herstellprozeß ein in Wasser lösliches Silikat oder lösliches Aluminat oder Gemische von beiden eingesetzt wurde.
Bevorzugte Hydrogele sind insbesondere Polyacrylate, Polymeth- acrylate sowie die in US-4 931 497, US-5 011 892 und US-5 041 496 beschriebene Pfropfpolymere . Ganz besonders bevorzugte Hydrogele sind die in WO 01/38402 beschriebenen Kneterpolymere und die in DE 198 545 75 beschriebenen hybriden organisch-anorganischen Hydrogele auf Basis von Polyacrylaten. Die erfindungsgemäß hergestellten, als Radikalvernetzer in Hydrogelen verwendbaren Substanzen können allein oder in Kombination mit anderen Vernetzern, beispielsweise Innen- oder Oberflächen- vernetzern verwendet werden, beispielsweise den folgenden:
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 Trimethylol- propantriacrylat und AIlylVerbindungen wie Allyl (meth) acrylat, Triallylcyanurat, Maleinsäurediallylester, Polyallylester, Te- traallyloxyethan, Triallylamin, Tetraallylethylendiamin, Allyl- ester der Phosphorsäure sowie Vinylphosphonsäurederivate, wie sie beispielsweise in EP-A-0 343 427 beschrieben sind. Besonders bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren jedoch Hydrogele, die unter Verwendung von Polyallylethern als Vernetzer und durch saure Homopolymerisation von Acrylsäure hergestellt werden. Geeignete Vernetzer sind Pentaerythritoltri- und -tetraallylether, Polyethylenglykoldiallylether, Monoethylenglykol-diallylether, Glyceroldi- und Triallylether, Polyallylether auf Basis Sorbitol, sowie ethoxylierte Varianten davon. Weiterhin besonders bevorzugte Vernetzer sind die Polyethylenglykol-diacrylate, ethoxylierte Derivate von Trimethylolpropantriacrylat z.B. Sartomer SR 9035, sowie ethoxylierte Derivate von Glycerindiacrylat und Glycerintriacrylat . Selbstverständlich können auch Gemische der obigen Vernetzer eingesetzt werden.
Ganz besonders bevorzugt sind solche Hydrogele, die mit einem erfindungsgemäß hergestellten Ester F als Radikalvernetzer herge- stellt werden.
Das wasserabsorbierende Polymer ist bevorzugt eine polymere Acrylsäure oder ein Polyacrylat. Die Herstellung dieses wasserabsorbierenden Polymeren kann nach einem aus der Literatur bekann- ten Verfahren erfolgen. Bevorzugt sind Polymere, die vernetzende Comonomere enthalten (0,001 - 10 mol-%) , ganz besonders bevorzugt sind jedoch Polymere, die über radikalische Polymerisation erhalten wurden und bei denen ein mehrfunktioneller ethylenisch ungesättigter Radikalvernetzer verwendet wurde.
Die hydrophilen, hochquellfähigen Hydrogele können durch an sich bekannte Polymerisationsverfahren hergestellt werden. Bevorzugt ist die Polymerisation in wäßriger Lösung nach dem Verfahren der sogenannten Gelpolymerisation. Dabei werden wie oben angeführt verdünnte, bevorzugt wäßrige, besonders bevorzugt 15 bis 50
Gew.-% ige wäßrige Lösungen eines oder mehrerer hydrophiler Mono- merer und gegebenenfalls einer geeigneten Pfropfgrundlage L in Gegenwart eines Radikalinitiators bevorzugt ohne mechanische Durchmischung unter Ausnutzung des Trommsdorff-Norrish-Effektes (Makromol. Chem. 1, 169 (1947)), polymerisiert . Die Polymerisationsreaktion kann im Temperaturbereich zwischen 0°C und 150°C, vorzugsweise zwischen 10°C und 100°C, sowohl bei Normaldruck als auch unter erhöhtem oder erniedrigtem Druck durchgeführt werden. Wie üblich kann die Polymerisation auch in einer Schutzgasatmosphäre, vorzugsweise unter Stickstoff, ausgeführt werden. Zur Auslösung der Polymerisation können energiereiche elektromagneti- sehe Strahlen oder die üblichen chemischen Polymerisationsinitiatoren K herangezogen werden, z. B. organische Peroxide, wie Benzoylperoxid, tert . -Butylhydroperoxid, Methylethylketonperoxid, Cumolhydroperoxid, Azoverbindungen wie Azodiisobutyronitril sowie anorganische Peroxiverbindungen wie (NH )2S20s. KS20s oder H02.
Sie können gegebenenfalls in Kombination mit Reduktionsmitteln wie z.B. Ascorbinsäure, Natriumhydrogensulfit, und Eisen (11)- sulfat oder Redoxsystemen, welche als reduzierende Komponente eine aliphatische und aromatische Sulfinsäure, wie Benzolsulfin- säure und Toluolsulfinsäure oder Derivate dieser Säuren enthalten, wie z. B. Mannichaddukte aus Sulfinsäuren, Aldehyden und Aminoverbindungen, wie sie in der DE-C-1 301 566 beschrieben sind, verwendet werden. Durch mehrstündiges Nachheizen der Polymerisatgele im Temperaturbereich 50° bis 130°C, vorzugsweise 70° bis 100°C, können die Qualitätseigenschaften der Polymerisate noch verbessert werden.
Die erhaltenen Gele werden zu 0 - 100 mol-%, bevorzugt zu 25 - 100 mol-%, und besonders bevorzugt zu 50 - 85 mol-% bezogen auf eingesetztes Monomer neutralisiert, wobei die üblichen Neutralisationsmittel verwendet werden können, bevorzugt Alkalimetall- hydroxide, Alkalimetalloxide oder die entsprechenden Alkali- metallcarbonate, besonders bevorzugt jedoch Natriumhydroxid, Natriumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat .
Üblicherweise wird die Neutralisation durch Einmischung des Neutralisationsmittels als wäßrige Lösung oder bevorzugt auch als Feststoff erreicht. Das Gel wird hierzu mechanisch zerkleinert, z.B. mittels eines Fleischwolfes, und das Neutralisationsmittel wird aufgesprüht, übergestreut oder aufgegossen, und dann sorgfältig untergemischt. Dazu kann die erhaltene Gelmasse noch mehrmals zur Homogenisierung gewolft werden. Die neutralisierte Gelmasse wird dann mit einem Band- oder Walzentrockner getrocknet bis der Restfeuchtegehalt vorzugsweise unter 10 Gew.-%, ins- besondere unter 5 Gew.-% liegt. Die Polymerisation an sich kann aber auch nach jedem anderen der in der Literatur beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Insbesondere kann die Neutralisation der Acrylsäure auch vor der Polymerisation durchgeführt werden, wie oben im Schritt f) be- schrieben. Die Polymerisation kann dann in einem dem Fachmann bekannten Bandreaktor oder einem Knetreaktor kontinuierlich oder auch diskontinuierlich durchgeführt werden. Bei Durchführung der Polymerisation in einem Bandreaktor ist die Initiation mittels elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt mittels UV-Strahlung, oder alternativ die Initiation mit einem Redoxinitiatorsystem besonders bevorzugt. Ganz besonders bevorzugt ist auch die Kombination beider Initiationsmethoden: elektromagnetische Strahlung und chemisches Redoxinitiatorsystem simultan.
n) Das getrocknete Hydrogel kann hiernach gemahlen und gesiebt werden, wobei zur Mahlung üblicherweise Walzenstühle, Stiftmühlen oder Schwingmühlen eingesetzt werden können. Die bevorzugte Partikelgröße des gesiebten Hydrogels liegt vorzugsweise im Bereich 45 - 1000 μm, bevorzugt bei 45 - 850 um, besonders bevorzugt bei 200 - 850 μm, und ganz besonders bevorzugt bei 300 - 850 μm. In diesen Bereichen liegen bevorzugt 80 Gew.-% der Teilchen, insbesondere 90 Gew.-% der Teilchen. Die Größenverteilung kann mit etablierten Lasermethoden bestimmt werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind weiterhin vernetzte Hydrogele, die mindestens ein hydrophiles Monomer M in einpoly- merisierter Form enthalten und vernetzt sind mit einem Ester F eines Polyalkohols A mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B. Der Ester kann erfindungsgemäß oder auf eine im Stand der Technik bekannte Weise hergestellt werden, bevorzugt auf erfindungsgemäße Weise.
Als Ester F sind solche Verbindungen einsetzbar, wie sie vorstehend beschrieben sind. Polyalkohole A und ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren B sind ebenfalls solche, wie vorstehend beschrieben.
Bevorzugt werden als Ester F solche eingesetzt, bei denen das Polyalkohol A ausgewählt ist aus der Liste Polyol, das als zu- sätzliche Funktionalität mindestens eine Ether-, Carboxyl- oder Ci - C4-Alkyloxycarbonylfunktion aufweist, Zuckeralkohole, teilweise alkoxylierte Zuckeralkohole, Polyesterole, zumindest teilweise alkoxylierte Polyesterole und zumindest teilweise verseifte, alkoxylierte Polyesterole, wie sie jeweils oben beschrieben sind. Besonders bevorzugt sind solche Ester F, bei denen das Polyalkohol A ausgewählt ist aus der Liste Ditrimethylolpropan, Dipentaerythrit, Dimethylolpropionsäure und Dimethylolbutter- säure .
Weitere bevorzugte Ester F sind solche der Formel VII, wie oben definiert, in denen y unabhängig voneinander
- für x=2 eine Zahl größer als 8, bevorzugt mehr als 10, besonders bevorzugt mehr als 12 und insbesondere mindestens 15 und - für x=3 oder größer eine Zahl größer als 7, bevorzugt mehr als
9, besonders bevorzugt mehr als 12 und insbesondere mindestens 15 ist.
Gleichfalls bevorzugt sind Ester F der Formel VII, wie oben defi- niert, in denen y unabhängig voneinander bis zu 6, besonders bevorzugt bis zu 4 und ganz besonders bevorzugt 4 bedeutet.
Verwendbar sind auch Ester F der Formel VII, wie oben definiert, in denen für x = 2 y Werte von 0, 1 oder 2 und für x = 3 y Werte von 0 oder 1 annehmen kann.
Die durch die Formel VII beschriebenen Polyalkohole A in den Estern F, die als Vernetzer in den vorstehend genannten Hydrogelen verwendet werden, können jeweils ethoxyliert, propoxyliert oder gemischt ethoxyliert und propoxyliert und insbesondere ausschließlich ethoxyliert sein, d.h. R10 in Formel VII kann beispielsweise unabhängig voneinander Wasserstoff und/oder Methyl und insbesondere ausschließlich Wasserstoff bedeuten.
Besonders bevorzugt sind als Ester F der Formel VII solche Ester F eines Polyalkohols A mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B, wobei es sich bei dem Polyalkohol A um ein pro Glycerin drei bis vierfach ethoxyliertes Glycerin oder um ein pro Hydroxygruppe vierfach ethoxyliertes Trimethylolpropan oder Pentaerythrit handelt.
Der CRC-Wert [g/g] der erfindungsgemäßen Hydrogel-formenden Polymere kann nach den in der Beschreibung angegebenen Methoden gemessen werden und liegt bevorzugt größer 15, insbesondere 16, 18, 20 ,22, 24, oder höher, besonders bevorzugt bei 25 insbesondere bei 26, 27, 28, 29, insbesondere bevorzugt bei 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 oder höher.
Der AUL-0, 7psi-Wert [g/g] der erfindungsgemäßen Hydrogel-formen- den Polymere kann nach den in der Beschreibung angegebenen Methoden gemessen werden und liegt bevorzugt größer 8, insbesondere 9,
10, 11, 12, 13, 14 oder höher, besonders bevorzugt bei 15 ins- besondere bei 16, 17, 18, 19, oder höher, insbesondere bevorzugt größer 20, insbesondere 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, oder höher.
Der AUL-0, 5psi-Wert [g/g] der erfindungsgemäßen Hydrogel-formen- den Polymere kann nach den in der Beschreibung angegebenen Methoden gemessen werden und liegt bevorzugt größer 8, insbesondere 9, 10, 11, 12, 13, 14 oder höher, besonders bevorzugt bei 15 insbesondere bei 16, 17, 18, 19, oder höher, insbesondere bevorzugt größer 20, insbesondere 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, oder höher.
Einsatz und Verwendung der erfindungsgemäßen Hydrogel-formenden Polymere
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung der oben genannten Hydrogel-formenden Polymeren in Hygieneartikel, umfassend
(P) eine obere flüssigkeitsdurchlässige Abdeckung
(Q) eine untere flüssigkeitsundurchlässige Schicht
(R) einen zwischen (P) und (Q) befindlichen Kern, enthaltend
10 - 100 Gew.-% des erfindungsgemäßem Hydrogel-formenden Po- lymer
0 - 90 Gew.-% hydrophiles Fasermaterial bevorzugt 20 - 100 Gew.-% des erfindungsgemäßem Hydrogel- formenden Polymer, 0 - 80 Gew.-% hydrophiles Fasermaterial mehr bevorzugt 30 - 100 Gew.-% des erfindungsgemäßem Hydrogel-formenden Polymer, 0 - 70 Gew.-% hydrophiles Fasermaterial noch mehr bevorzugt 40 - 100 Gew.-% des erfindungsgemäßem Hydrogel-formenden Polymer, 0 - 60 Gew.-% hydrophiles Fasermaterial besser bevorzugt 50 - 100 Gew.-% des erfindungsgemäßem
Hydrogel-formenden Polymer 0 - 50 Gew.-% hydrophiles
Fasermaterial besonders bevorzugt 60 - 100 Gew.-% des erfindungsgemäßem Hydrogel-formenden Polymer, 0 - 40 Gew.-% hydrophiles
Fasermaterial insbesondere bevorzugt 70 - 100 Gew.-% des erfindungsgemäßem Hydrogel-formenden Polymer, 0 - 30 Gew.-% hydrophiles Fasermaterial außerordentlich bevorzugt 80 - 100 Gew.-% des erfindungsgemäßem Hydrogel-formenden Polymer, 0 - 20 Gew.-% hydrophiles Fasermaterial am meisten bevorzugt 90 - 100 Gew.-% des erfindungsgemäßem Hydrogel-formenden Polymer, 0 - 10 Gew.-% hydrophiles Fasermaterial
5 (S) gegebenenfalls eine sich unmittelbar oberhalb und unterhalb des Kerns (R) sich befindende Tissueschicht und (T) gegebenenfalls eine zwischen (P) und (R) sich befindende Auf- nahmeschicht .
10 Die Prozentangaben sind so zu verstehen, dass bei 10 - 100 Gew.%, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 bis jeweils 100 Gew.-% an erfindungsgemäßem Hydrogel-formenden Polymer und alle dazwischen- liegendnen %-Angaben (z.B. 12,2%) möglich sind und entsprechend hydrophiles Fasermaterial von 0 bis jeweils 89, 88, 87, 86, 85,
15 83, 82, 81 Gew.-% und dazwischen liegende Prozentangaben (z.B. 87,8%) möglich sind. Liegen weitere Materialien im Kern vor, so verringern sich entsprechend die Prozentwerte an Polymer und Faser. Das ananloge gilt für die bevorzugten Bereiche, so z.B. bei außerordentlich bevorzugt können 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87,
20 88, 89 Gew.% für das erfindungsgemäßem Hydrogel-formenden Polymer und entsprechend 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11 Gew-% des Fasermaterials vorliegen. So können im bevorzugten Bereich 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 bis 100 Gew.-% erfindungsgemäßes Hydrogel-formendes Polymer, im mehr bevorzugten Bereich 30, 31,
25 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 bis 100 Gew.-% erfindungsgemäßes Hydrogel-formendes Polymer, im noch mehr bevorzugten Bereich 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 bis 100 Gew.-% erfindungsgemäßes Hydrogel-formendes Polymer, im besser bevorzugten Bereich 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 bis 100 Gew.-% erfindungs-
30 gemäßes Hydrogel-formendes Polymer, im besonders bevorzugten Bereich 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69 bis 100 Gew.-% erfindungsgemäßes Hydrogel-formendes Polymer, im insbesondere bevorzugten Bereich 70, 71, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79 bis 100 Gew.-% erfindungsgemäßes Hydrogel-formendes Polymer und im am
35 meisten bevorzugten Bereich 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99 oder 100 Gew.-% erfindungsgemäßes Hydrogel-formendes Polymer vorliegen.
Unter Hygieneartikel sind dabei sowohl Inkontinenzeinlagen und 40 Inkontinenzhosen für Erwachsene als auch Windeln für Babys zu verstehen.
Bei der flüssigkeitsdurchlässigen Abdeckung (P) handelt es sich um die Schicht, die direkten Hautkontakt hat. Das Material hier- 5 für besteht hierbei aus üblichen synthetischen oder halbsynthetischen Fasern oder Filme von Polyester, Polyolefine, Rayon oder natürlichen Fasern wie Baumwolle. Bei nichtgewebten Materialien sind die Fasern in der Regel durch Bindemittel wie Polyacrylate zu verbinden. Bevorzugte Materialien sind Polyester, Rayon und deren Blends, Polyethylen und Polypropylen. Beispiele für flüssigkeitsdurchlässige Schichten sind beschrieben in 5 WO 99/57355 AI, EP 102 388 3 A2.
Die flüssigkeitsundurchlässige Schicht (Q) besteht in der Regel aus einer Folie aus Polyethylen oder Polypropylen.
10 Der Kern (R) enthält neben dem erfindungsgemäßen Hydrogel-formendem Polymer hydrophiles Fasermaterial. Unter hydrophil ist zu verstehen, daß sich wäßrige Flüssigkeiten schnell über die Faser verteilen. Für gewöhnlich ist das Fasermaterial Cellulose, modifizierte Cellulose, Rayon, Polyester wie Polyethylenterephthalat .
15 Besonders bevorzugt werden Cellulosefasern wie Zellstoff. Die Fasern haben in der Regel einen Durchmesser von 1 - 200 μm, bevorzugt 10 - 100 μm. Darüberhinaus haben die Fasern eine Mindestlänge von 1 mm.
20 Der Aufbau und die Form von Windeln ist allgemein bekannt und beispielsweise in der WO 95 / 26 209 S. 66 Zeile 34 bis S. 69 Zeile 11, DE 196 04 601 AI, EP-A-0 316 518 und EP-A-0 202 127 beschrieben. Allgemein werden Windeln und andere Hygieneartikel auch in WO 00/65084, insbesondere auf Seiten 6-15, WO 00/65348,
25 insbesondere auf Seiten 4 - 17, WO 00/35502, insbesondere Seiten 3-9, DE 19737434, WO 98/8439 beschrieben. Hygieneartikel für die Damenhygiene werden in folgenden Literaturstellen beschrieben. Die erfindungsgemäßen wäßrige Flüssigkeiten absorbierende Hydro- gel-formende Polymere können dort eingestzt werden. Literatur-
30 stellen Damenhygiene: WO 95/24173: Absorption Article for Controlling Odour, WO 91/11977: Body Fluid Odour Control, EP 389023: Absorbent Sanitary Articles, WO 94/25077: Odour Control Material, WO 97/01317: Absorbent Hygienic Article, WO 99/18905, EP 834297, US 5,762,644, US 5,895,381, WO 98/57609, WO
35 2000/065083, WO 2000/069485, WO 2000/069484, WO 2000/069481, US 6,123,693, EP 1104666, WO 2001/024755, WO 2001/000115, EP 105373, WO 2001/041692, EP 1074233. Tampons werden in folgenden Schriften beschrieben: WO 98/48753, WO 98/41179, WO 97/09022, WO 98/46182, WO 98/46181, WO 2001/043679, WO 2001/043680, WO 2000/061052, EP
40 1108408, WO 2001/033962, DE 200020662, WO 2001/001910, WO
2001/001908, WO 2001/001909, WO 2001/001906, WO 2001/001905, WO 2001/24729. Inkontinenzartikel werden in folgenden Schriften beschrieben: Disposable Absorbent Article for Incontinent Individuais: EP 311344 Beschreibung S. 3 - 9; Disposable Absorbent Ar-
45 ticle: EP 850623; Absorbent Article: WO 95/26207; Absorbent Article: EP 894502; Dry Laid Fibrous Structure: EP 850 616; WO 98/22063; WO 97/49365; EP 903134; EP 887060; EP 887059; EP 887058; EP 887057; EP 887056; EP 931530; WO 99/25284; WO 98/48753. Damenhygiene- und Inkontinenzartikel wird in folgenden Schriften beschrieben: Catamenial Device: WO 93/22998 Beschreibung S. 26 - 33; Absorbent Members for Body Fluids: WO 95/26209 Beschreibung S. 36 - 69; Disposable Absorbent Article: WO
98/20916 Beschreibung S. 13 - 24; Improved Composite Absorbent Structures: EP 306262 Beschreibung S. 3 - 14; Body Waste Absorbent Article: WO 99/45973. Diese Referenzen und die Referenzen dort, werden hiermit ausdrücklich in die Offenbarung der Erfin- düng einbezogen .
Die erfindungsgemäßen Hydrogel-formenden Polymere eignen sich hervorragend als Absorptionsmittel für Wasser und wäßrige Flüssigkeiten, so daß sie vorteilhaft als Wasser zurückhaltendes Mittel im landwirtschaftlichen Gartenbau, als Filtrationshilfsmittel und besonders als saugfähige Komponente in Hygieneartikeln wie Windeln, Tampons oder Damenbinden eingesetzt werden können.
Einlagerung und Fixierung der erfindungsgemäßen hochquellfähigen Hydrogele
Zusätzlich zu den oben beschriebenen hochquellfähigen Hydrogelen liegen in der absorbierenden Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung Kompositionen vor, welche die hochquellfähigen Hydrogele enthalten oder an denen sie fixiert sind. Jede Komposition ist geeignet, die die hochquellfähigen Hydrogele aufnehmen kann und die darüber hinaus in die Absorptionsschicht integriert werden kann. Eine Vielzahl derartiger Zusammensetzungen ist bereits bekannt und eingehend in der Literatur beschrieben. Eine Komposition zum Einbau der hochquellfähigen Hydrogele kann z. B. eine Fasermatrix sein, die aus einem Cellulosefasergemisch (air- laid web, wet laid web) oder aus synthetischen Polymerfasern (meltblown web, spunbonded web) , oder aber aus einem Misch-Faser- werk aus Cellulosefasern und synthetischen Fasern besteht. Mögli- ehe Fasermaterialien werden im sich anschließenden Kapitel detailliert beschrieben. Der Prozeß eines air-laid web ist beispielsweise geschildert in WO 98/28 478. Des weiteren können offenporige Schäume oder ähnliches zum Einbau hochquellfähiger Hydrogele dienen.
Alternativ kann eine derartige Komposition durch Fusion zweier Einzelschichten entstehen, wobei eine oder besser eine Vielzahl an Kammern gebildet werden, die die hochquellfähigen Hydrogele enthalten. Ein derartiges Kammersystem ist detailliert geschil- dert in EP 0 615 736 AI S . 7 Zeile 26 ff. In diesem Fall sollte mindestens eine der beiden Schichten wasserdurchlässig sein. Die zweite Schicht kann entweder wasserdurchlässig oder wasserundurchlässig sein. Als Schichtenmaterial können Tissues oder sonstiges Gewebe, geschlossene oder offenpo- rige Schäume, perforierte Filme, Elastomere oder Gewebe aus Fasermaterial zum Einsatz gelangen. Wenn die absorbierende Zusammensetzung aus einer Komposition von Schichten besteht, sollte das Schichtenmaterial eine Porenstruktur aufweisen, deren Porenabmessungen klein genug sind, um die hochquellfähigen Hydro- gelpartikel zurückzuhalten. Obige Beispiele zur Komposition der absorbierenden Zusammensetzung schließen auch Laminate aus mindestens zwei Schichten mit ein, zwischen die die hochquellfähigen Hydrogele eingebaut und fixiert werden.
Generell besteht die Möglichkeit, Hydrogelpartikel innerhalb des Absorbent Cores zur Verbesserung der sog. Dry- und Wet-Integrity zu fixieren. Unter Dry- und Wet-Integrity versteht man die Fähigkeit, hochquellfähige Hydrogele derart in die absorbierende Zusammensetzung einzubauen, daß sie äußeren Krafteinwirkungen so- wohl im nassen als auch im trockenen Zustand standhalten und es nicht zu Verschiebungen oder Austritt von hochquellfähigem Polymer kommt. Unter Krafteinwirkungen sind vor allem mechanische Belastungen zu verstehen, wie sie im Bewegungsablauf beim Tragen des Hygieneartikels auftreten, oder aber die Gewichtsbelastung, unter der der Hygieneartikel vor allem im Inkontinenzfall steht. Zur Fixierung gibt es eine Vielzahl an Möglichkeiten, die dem Fachmann bekannt sind. Beispiele wie die Fixierung durch Wärmebehandlung, Zusatz von Adhäsiven, Thermoplasten, Bindermaterialien sind verzeichnet in WO 95/26 209 S. 37 Zeile 36 bis S. 41 Zeile 14. Besagte Passage ist somit Bestandteil dieser Erfindung. Methoden zur Erhöhung der Wet Strength finden sich auch in WO 2000/36216 AI.
Des weiteren kann die absorbierende Zusammensetzung aus einem Trägermaterial, wie z. B. einem Polymerfilm bestehen, auf dem die hochquellfähigen Hydrogelpartikel fixiert werden. Die Fixierung kann sowohl ein- als auch beidseitig vorgenommen werden. Das Trägermaterial kann wasserdurchlässig oder wasserundurchlässig sein.
In obige Kompositionen der absorbierenden Zusammensetzung werden die hochquellfähigen Hydrogele mit einem Gewichtsanteil von 10 bis 100 Gew%, bevorzugt 20 - 100 Gew.-%, mehr bevorzugt 30 - 100 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 40 - 100 Gew.-%, besser bevorzugt 50 - 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 - 100 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 70 - 100 Gew.-%, außerordentlich bevorzugt 80 - 100 Gew.-% und am meisten bevorzugt 90 - 100 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht der Komposition und der hochquellfähigen Hydrogele eingebaut .
Fasermaterialien der absorbierenden Zusammensetzung
Dem Aufbau der vorliegenden erfindungsgemäßen absorbierenden Zusammensetzung liegen vielfältige Fasermaterialien zugrunde, die als Fasernetzwerk oder Matrices zum Einsatz gelangen. Mit eingeschlossen von der vorliegenden Erfindung sind sowohl Fasern na- türlichen Ursprungs (modifiziert oder unmodifiziert) , als auch Synthesefasern.
Einen detaillierten Überblick über Beispiele von Fasern, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, gibt Patent WO 95/26 209 S. 28 Zeile 9 bis S. 36 Zeile 8. Besagte Passage ist somit Bestandteil dieser Erfindung.
Beispiele für Cellulosefasern schließen jene ein, die üblicherweise bei Absorptionsprodukten verwendet werden, wie Flauschzell- stoff und Zellstoff vom Baumwolltyp. Die Materialien (Nadel- oder Laubhölzer) , Herstellungsverfahren, wie chemischer Zellstoff, halbchemischer Zellstoff, chemothermischer mechanischer Zellstoff (CTMP) und Bleichverfahren sind nicht besonders eingeschränkt. So finden beispielsweise natürliche Cellulosefasern wie Baumwolle, Flachs, Seide, Wolle, Jute, Ethylcellulose und Celluloseacetat Anwendung .
Geeignete synthetische Fasern werden hergestellt aus Polyvinylchlorid, Polyvinylflourid, Polytetraflourethylen, Polyvinyliden- chlorid, PolyacrylVerbindungen wie ORLON , Polyvinylacetat , Poly- ethylvinylacetat, löslicher oder unlöslicher Polyvinylalkohol . Beispiele für synthetische Fasern schließen thermoplastische Po- lyolefinfasern, wie Polyethylenfasern (PULPEX®) , Polypropylenfasern und Polyethylen-Polypropylen-Zweikomponentenfasern, Poly- esterfasern, wie Polyethylenterephthalatfasern (DACRON® oder K0- DEL®) , Copolyester, Polyvinylacetat, Polyethylvinylacetat , Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyacryle, Polyamide, Copolyamide, Polystyrol und Copolymere der vorstehend genannten Polymere, sowie Zweikomponentenfasern aus Polyethylen- terephthalat-Polyethylen-Isophthalat-Copolymer, Polyethylvinyl- acetat/Polypropylen, Polyethylen/Polyester, Polypropylen/Polyester, Copolyester/Polyester, Polyamidfasern (Nylon) , Polyurethanfasern, Polystyrolfasern und Polyacrylnitrilfasern ein. Bevorzugt sind Polyolefinfasern, Polyesterfasern und deren Zwei- komponentenfasern. Weiterhin bevorzugt sind in der Wärme haftende Zweikomponentenfasern aus Polyolefin vom Hülle-Kern-Typ und Sei- te-an-Seite-Typ wegen ihrer ausgezeichneten Formbeständigkeit nach der Flüssigkeitsabsorption.
Die genannten synthetischen Fasern werden bevorzugt in Kombina- tion mit thermoplastischen Fasern eingesetzt. Bei der Hitzebehandlung migrieren letztere teilweise in die Matrix des vorhandenen Fasermaterials und stellen so beim Abkühlen Verbindungsstellen und erneute Versteifungselemente dar. Zusätzlich bedeutet der Zusatz thermoplastischer Fasern eine Erweiterung der vorliegenden Porenabmessungen nach erfolgter Hitzebehandlung. Auf diese Weise ist es möglich, durch kontinuierliches Zudosieren von thermoplastischen Fasern während der Bildung der Absorptionsschicht den Anteil thermoplastischer Fasern zum Deckblatt hin kontinuierlich zu steigern, wodurch ein ebenso kontinuierlicher Anstieg der Porengrößen resultiert. Thermoplastische Fasern können aus einer Vielzahl thermoplastischer Polymere gebildet werden, die einen Schmelzpunkt von weniger als 190°C, bevorzugt zwischen 75°C und 175°C aufweisen. Bei diesen Temperaturen ist noch keine Schädigung der Cellulosefasern zu erwarten.
Längen und Durchmesser der vorstehend beschriebenen Synthesefasern sind nicht besonders eingeschränkt und im allgemeinen kann jede beliebige Faser mit einer Länge von 1 bis 200 mm und einem Durchmesser von 0,1 bis 100 Denier (Gramm pro 9 000 Meter) bevor- zugt verwendet werden. Bevorzugte thermoplastische Fasern weisen eine Länge von 3 bis 50 mm, besonders bevorzugte eine Länge von 6 bis 12 mm auf. Der bevorzugte Durchmesser der thermoplastischen Faser liegt zwischen 1,4 und 10 Decitex, besonders bevorzugt zwischen 1,7 und 3,3 Decitex (Gramm pro 10 000 Meter). Die Form ist nicht besonders eingeschränkt und Beispiele schließen gewebeartige, schmale zylinderartige, geschnitten-/spaltgarnartige, stapelfaserartige und endlosfaserartige ein.
Die Fasern in der erfindungsgemäßen absorbierenden Zusammen- setzung können hydrophil, hydrophob oder eine Kombination aus beiden sein. Gemäß der Definition von Robert F. Gould in der Publikation "Kontaktwinkel, Benetzbarkeit und Adhäsion", American Chemical Society (1964) wird eine Faser als hydrophil bezeichnet, wenn der Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit und der Faser (bzw. ihrer Oberfläche) kleiner aus 902 ist, oder wenn die Flüssigkeit zum spontanen Spreiten auf derselben Oberfläche tendiert. Beide Vorgänge sind in aller Regel coexistent. Umgekehrt wird eine Faser als hydrophob bezeichnet, wenn ein Kontaktwinkel von größer als 90° ausgebildet wird und kein Spreiten beobachtet wird. Bevorzugt wird hydrophiles Fasermaterial eingesetzt. Besonders bevorzugt gelangt Fasermaterial zum Einsatz, das zur Körperseite hin schwach hydrophil und in der Region um die hochquellfähigen Hydrogele am stärksten hydrophil ist. Im Herstellungsprozeß wird durch den Einsatz von Schichten unterschiedlicher Hydrophilie ein Gradient erzeugt, der die auftreffende Flüssigkeit zum Hydrogel kanalisiert, wo letztendlich die Absorption erfolgt.
Geeignete hydrophile Fasern für den Einsatz in der erfindungs- gemäßen absorbierenden Zusammensetzung sind beispielsweise
Cellulosefasern, modifizierte Cellulosefasern, Rayon, Polyesterfasern wie z. B. Polyethylenterephthalat (DACRON®) , und hydrophiles Nylon (HYDROFIL®) . Geeignete hydrophile Fasern können auch erhalten werden durch Hydrophilierung hydrophober Fasern, wie z.B. die Behandlung thermoplastischer Fasern, erhalten aus Poly- olefinen (wie z. B. Polyethylen oder Polypropylen, Polyamide, Polystyrole, Polyurethane usw.) mit Tensiden oder Silica. Aus Kostengründen und aus Gründen der Verfügbarkeit werden jedoch Cellulosefasern bevorzugt.
Die hochquellfähigen Hydrogelpartikel werden in das beschriebene Fasermaterial eingebettet. Dies kann auf vielfältige Weise geschehen, indem man z. B. mit dem Hydrogelmaterial und den Fasern zusammen eine Absorptionsschicht in Form einer Matrix aufbaut, oder durch Einlagerung hochquellfähiger Hydrogele in Schichten aus Fasergemisch, wo sie letztendlich fixiert werden, sei es durch Haftmittel oder Laminierung der Schichten.
Die flüssigkeitsaufnehmende und -verteilende Fasermatrix kann da- bei aus synthetischer Faser oder Cellulosefaser oder einem
Gemisch aus synthetischer Faser und Cellulosefaser bestehen, wobei das Mischungsverhältnis von (100 bis 0) synthetische Faser : (0 bis 100) Cellulosefaser variieren kann. Die eingesetzten Cellulosefasern können zur Erhöhung der Formbeständigkeit des Hy- gieneartikels zusätzlich chemisch versteift sein.
Die chemische Versteifung von Cellulosefasern kann auf unterschiedlichen Wegen erreicht werden. Zum einen kann eine Faserversteifung erreicht werden durch Zusatz geeigneter Überzüge / Coatings zum Fasermaterial. Derartige Zusätze schließen beispielsweise Polyamid-Epichlorhydrm-Überzüge (Kymene 557 H, Hercoles, Inc. Wilmington Delaware, USA), Polyacrylamid- Überzüge (beschrieben in U.S. Patent 3,556,932 oder als Handelsprodukt der Marke Parez® 631 NC, American Cyanamid Co., Stamford, CT, USA), Melamin-Formaldehyd-Überzüge und Polyethylenimin-Überzüge mit ein. Die chemische Versteifung von Cellulosefasern kann auch durch chemische Reaktion erfolgen. So kann z. B. die Zugabe von geeigneten Vernetzersubstanzen eine Vernetzung bewirken, die innerhalb der Faser stattfindet. Geeignete Vernetzersubstanzen sind typische Substanzen, die zur Vernetzung von Monomeren eingesetzt werden. Mit eingeschlossen, jedoch nicht limitiert darauf, sind C2-C8 Dialdehyde, C2-Cs Monoaldehyde mit saurer Funktionalität, und insbesondere C2-C9 Polycarbonsäuren. Spezifische Substanzen aus dieser Reihe sind beispielswiese Glutaraldehyd, Glyoxal, Glyoxylsäure, Formaldehyd und Citronensäure. Diese Substanzen reagieren mit mindestens 2 Hydroxyl-Gruppen innerhalb einer einzelnen Cellulosekette oder zwischen zwei benachbarten Cellulose- ketten innerhalb einer einzelnen Cellulosefaser. Durch die Vernetzung erfolgt eine Verteifung der Fasern, die durch diese Be- handlung eine größere Formbeständigkeit verliehen bekommen. Zusätzlich zu ihrem hydrophilen Charakter weisen diese Fasern einheitliche Kombinationen aus Versteifung und Elastizität auf. Diese physikalische Eigenschaft ermöglicht es, die kapillare Struktur auch bei gleichzeitigem Kontakt mit Flüssigkeit und Kom- pressionskräften beizubehalten und ein vorzeitiges Kollabieren zu verhindern.
Chemisch vernetzte Cellulosefaseren sind bekannt und in
WO 91/11162, U.S. Patent 3,224,926, U.S. Patent 3,440,135, U.S. Patent 3,932,209, U.S. Patent 4,035,147, U.S. Patent 4,822,453, U.S. Patent 4,888,093, U.S. Patent 4,898,642 und U.S. Patent 5,137,537 beschrieben. Die chemische Vernetzung bewirkt eine Versteifung des Fasermaterials, was sich letztendlich in einer verbesserten Formbeständigkeit des gesamten Hygieneartikels wider- spiegelt. Die einzelnen Schichten werden durch dem Fachmann bekannte Methoden, wie z. B. Verschmelzen durch Wärmebehandlung, Zugabe von Schmelzklebern, Latexbindern usw. miteinander verbunden.
Herstellungsverfahren der absorbierenden Zusammensetzung
Die absorbierende Zusammensetzung setzt sich zusammen aus Kompositionen, welche hochquellfähige Hydrogele enthalten, und den hochquellfähigen Hydrogelen, die in besagten Kompositionen vor- liegen oder daran fixiert sind.
Beispiele für Verfahren, mit denen man eine absorbierende Zusammensetzung erhält, die beispielsweise aus einem Trägermaterial bestehen, an den ein- oder beidseitig hochquellfähige Hydrogele fixiert sind, sind bekannt und von der Erfindung mit eingeschlossen, jedoch nicht limitiert darauf. Beispiele für Verfahren, mit denen man eine absorbierende Zusammensetzung erhält, die beispielsweise aus in ein Fasermaterial-Gemisch aus synthetischen Fasern (a) und Cellulosefasern (b) eingebetteten hochquellfähigen Hydrogelen (c) besteht, wobei das Mischungsverhältnis von (100 bis 0) synthetische Faser : (0 bis 100) Cellulosefaser variieren kann, schließen (1) ein Verfahren, bei dem (a) , (b) und (c) gleichzeitig gemischt werden, (2) ein Verfahren, bei dem ein Gemisch aus (a) und (b) in (c) eingemischt wird, (3) ein Verfahren, bei dem ein Gemisch aus (b) und (c) mit (a) gemischt wird, (4) ein Verfahren, bei dem ein Gemisch aus (a) und (c) in (b) eingemischt wird, (5) ein Verfahren, bei dem (b) und (c) gemischt werden und (a) kontinuierlich zudosiert wird, (6) ein Verfahren, bei dem (a) und (c) gemischt werden und (b) kontinuierlich zudosiert wird, und (7) ein Verfahren, bei dem (b) und (c) getrennt in (a) eingemischt werden, ein. Von diesen Beispielen sind die Verfahren (1) und (5) bevorzugt. Die Vorrichtung, die in diesem Verfahren verwendet wird, ist nicht besonders eingeschränkt und es kann eine übliche, dem Fachmann bekannte Vorrichtung verwendet werden.
Die entsprechend erzeugte absorbierende Zusammensetzung kann optional einer Hitzebehandlung unterworfen werden, so daß eine Absorptionsschicht mit hervorragender Formbeständigkeit im feuchten Zustand resultiert. Das Verfahren zur Hitzebehandlung ist nicht besonders eingeschränkt. Beispiele schließen Hitzebehandlung durch Zufuhr heißer Luft oder Infrarotbestrahlung mit ein. Die Temperatur bei der Hitzebehandlung liegt im Bereich 60°C bis 230°C, bevorzugt zwischen 100°C und 200°C, besonders bevorzugt zwischen 100°C und 180°C.
Die Dauer der Hitzebehandlung hängt ab von der Art der synthetischen Faser, deren Menge und der Herstellungsgeschwindigkeit des Hygieneartikels. Generell beträgt die Dauer der Hitzebehandlung zwischen 0,5 Sekunde bis 3 Minuten, bevorzugt 1 Sekunde bis 1 Mi- nute.
Die absorbierende Zusammensetzung wird im allgemeinen beispielsweise mit einer für Flüssigkeit durchlässien Deckschicht und einer für Flüssigkeit undurchlässigen Unterschicht versehen. Wie- terhin werden Beinabschlüsse und Klebebänder angebracht und so der Hygieneartikel fertiggestellt. Die Materialien und Arten der durchlässien Deckschicht und undurchlässigen Unterschicht, sowie der Beinabschlüsse und Klebebänder sind dem Fachmann bekannt und nicht besonders eingeschränkt. Beispiele hierfür finden sich in WO 95/26 209. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht darin, daß die als Vernetzer verwendbaren Ester F nach ihrer Herstellung nicht aufgereinigt werden müssen, besonders daß nicht die Carbonsäure B, beispielsweise Acrylsäure, abgetrennt werden muß, da diese in der Regel ein Monomer zur Herstellung der Hydrogele darstellt.
Experimenteller Teil
In dieser Schrift verwendete ppm- und Prozentangaben beziehen sich, falls nicht anders angegeben, auf Gewichtsprozente und - ppm.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch das nachfolgende Beispiel näher erläutert .
Beispiele
Herstellung von Acrylat-Rohestern als Superabsorbervernetzer
Die Herstellung der Superabsorbervernetzer erfolgt in den Beispielen durch Veresterung von Polyetherolen mit Acrylsäure wobei die Abtrennen des Wassers in einer azeotropen Destillation erfolgt. Veresterungskatalysator ist in den Beispielen Schwefelsäure. Die Reaktanden werden zusammen mit einer Stabilisator- mischung bestehend aus Hydrochinonmonomethylether, Triphenyl- phosphit und Hypophosphorige Säure in den Beispielen in Methyl- cyclohexan als Schleppmittel vorgelegt. Die Reaktionsmischung wird dann auf ca. 98°C erwärmt bis die azeotrope Destillation beginnt. Während der azeotropen Destillation steigt die Temperatur in der Reaktionsmischung an. Die abgetrennte Wassermenge wird bestimmt. Die Destillation wird abgebrochen, wenn mindestens die theoretische Wassermenge abgetrennt wurde. Anschließend wird das Schleppmittel in einer Vakuumdestillation entfernt. Das Produkt wird abgekühlt und als Vernetzer in der Superabsorberherstellung eingesetzt.
Umsatz und Ausbeute der Umsetzung wird nicht genau bestimmt, da das in der Veresterung abgetrennte Wasser auch Acrylsäure enthält und auch während der Vakuumdestillation des Schleppmittels Acryl- säure entfernt wird. Auch der Rohester enthält noch freie Acrylsäure, die zusammen mit dem Katalysator titriert wird (Säurezahl) .
Alle Mengenangaben sind, soweit nicht anders angegeben, Gewichts- teile. Herstellung des Esters
Säurezahlen wurden gem. DIN EN 3682 bestimmt.
Beispiel 1 (Polyethylenglycol 400 Diacrylat)
740 Teile Polyethylenglycol mit einer mittleren Molmasse von ca. 400 (Pluriol 400®, BASF AG) wurden mit 320 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 354 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe wurden 3 Teile Hydrochinonmonomethylether, 1 Teil Triphenylphosphit und 1 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es wurden 65 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wurde. Das Produkt wurde über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl betrug 50,4 mg KOH/g und wurde durch Zugabe von 72 Teilen Acrylsäure auf Säurezahl 99 mg KOH/g eingestellt. Die Viskosität des leicht gelblichen Produktes (Jodfarbzahl 1) betrug 91 mPas .
Beispiel 2 (Polyethylenglycol 600 Diacrylat)
810 Teile Polyethylenglycol mit einer mittleren Molmasse von ca. 600 (Pluriol® 600, BASF AG) wurden mit 234 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 448 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe wurden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1 Teil Triphenylphosphit und 1 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es wurden 40 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wurde. Das Produkt wurde über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl betrug 54 mg KOH/g und wurde durch Zugabe von 70 Teilen Acrylsäure auf Säurezahl 100 mg KOH/g eingestellt. Die Viskosität des leicht gelblichen Produktes betrug 100 mPas .
Beispiel 3 (ca. 3fach d.h. einfach je Hydroxygruppe ethoxyliertes TMP Triacrylat)
579 Teile 3fach ethoxyliertes Trimethylolpropan werden mit 562 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 380 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe werden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1 Teil Triphenylphosphi und 1 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es werden 125 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wird. Das Produkt wird über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl liegt bei 38 mg KOH/g. Die Viskosität des fast farblosen Produktes (Jodfarbzahl 0-1) liegt bei 200 mPas .
Beispiel 4 (ca. 7fach je Molekül TMP ethoxyliertes TMP Triacry- lat)
681 Teile 7fach ethoxyliertes Trimethylolpropan (Polyol TP 70®, Perstorp) wurden mit 414 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 365 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe wurden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1 Teil Triphenylphosphit und 1 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es wurden 102 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wurde. Das Produkt wurde über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl betrug 26 mg KOH/g und wurde durch Zu- gäbe von 105 Teilen Acrylsäure auf Säurezahl 99 mg KOH/g eingestellt. Die Viskosität des fast farblosen Produktes (Jodfarbzahl 0-1) betrug 73,2 mPas .
Beispiel 5 (ca. 15fach je Molekül TMP ethoxyliertes TMP Triacry- lat)
750 Teile 15fach ethoxyliertes Trimethylolpropan (Emulan® TE15, BASF AG) wurden mit 216 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 322 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe wurden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1 Teil Triphenylphosphit und 1 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es wurden 44 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wurde. Das Produkt wurde über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl betrug 36 mg KOH/g. Die Viskosität des fast farblosen Produktes (Jodfarbzahl 0-1) betrug 324 mPas .
Beispiel 6 (ca. 20fach je Molekül TMP ethoxyliertes TMP Triacrylat)
830 Teile ca. 20fach ethoxyliertes Trimethylolpropan wurden mit 216 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 345 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe wurden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1 Teil Triphenylphosphit und 1 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es wurden 44 Teile Wasser abge- trennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wurde. Das Produkt wurde über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl betrug 36 mg KOH/g und wurde durch Zugabe von 96 Teilen Acrylsäure auf Säurezahl 101 mg KOH/g eingestellt. Die Viskosität des fast farblosen Produktes {Jodfarbzahl 0-1) betrug 324 mPas. Beispiel 7 (ca. 3fach je Glycerinmolekül ethoxyliertes Glycerin Triacrylat)
561 Teile ca. 3fach ethoxyliertes Glycerin wird mit 605 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 390 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe werden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1,5 Teile Triphenylphosphit und 1,5 Teile Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es werden 130 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wird. Das Produkt wird über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl beträgt 30 mg KOH/g. Die Viskosität des fast farblosen Produktes (Jodfarbzahl 0-1) liegt bei 380 mPas.
Beispiel 8 (ca. 5fach je Glycerinmolekül ethoxyliertes Glycerin Triacrylat)
940 Teile ca. 5fach ethoxyliertes Glycerin (Lupranol® VP9209, BASF Schwarzheide GmbH) wurde mit 670 Teilen Acrylsäure und 6 Teilen Schwefelsäure in 500 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe wurden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1,5 Teil Triphenylphosphit und 1,5 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es werden 44 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wird. Das Produkt wird über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl beträgt 29 mg KOH/g.
Beispiel 9 (ca. 9fach je Glycerinmolekül ethoxyliertes Glycerin Triacrylat)
704 Teile ca. 9fach ethoxyliertes Glycerin (Lutron® HF1, BASF AG) wurde mit 363 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 356 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe wurden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1,5 Teil Triphenylphosphit und 1,5 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es wurden 76 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestilla- tion entfernt wurde. Das Produkt wurde über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl betrug 71 mg KOH/g und wurde durch Zugabe von 8 Teilen Acrylsäure auf eine Säurezahl von 100 mg KOH/g eingestellt. Die Viskosität des fast farblosen Produktes (Jodfarbzahl 0-1) war 113 mPas .
Beispiel 10 (ca. 5fach je Molekül Pentaerythri ol ethoxyliertes Pentaerytrithol Tetraacrylat)
382 Teile ca. 5fach ethoxyliertes Pentaerytrithols werden mit 348 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 180 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe werden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1,5 Teil Triphenylphosphit und 1,5 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es werden 72 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wird. Das Produkt wird über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl liegt bei 35 mg KOH/g. Die Viskosität des dunkel ge- färbten Produktes (Jodfarbzahl nicht bestimmbar) liegt bei 280 mPas .
Beispiel 11 (ca. 13fach je Molekül ethoxyliertes Dipentaerytri- thol)
545 Teile ca. 13fach ethoxyliertes Dipentaerytrithols (DPP 130 der Firma Perstorp AB) werden mit 585 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 400 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe werden 3 Teile Hydrochinonmonomethylether, 1,5 Teile Triphenylphosphit und 1,5 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es werden 130 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wird. Das Produkt wird über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl liegt bei 45 mg KOH/g. Die Viskosität des leicht gefärbten Produktes (Jodfarbzahl 1-2) liegt bei 1600 mPas .
Beispiel 12 (ca. 4 fach je Molekül ethoxyliertes Sorbitol Acrylat)
490 Teile ca. 4fach ethoxyliertes Sorbitol werden mit 444 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 448 Teilen Toluol verestert. Als Hilfsstoffe werden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1,5 Teil Triphenylphosphit und 1,5 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es werden 96 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wird. Das Produkt wird über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl liegt bei 45 mg KOH/g. Die Viskosität des dunkel gefärbten Produktes (Jodfarbzahl 3-4) liegt bei 990 mPas.
Beispiel 13 (ca. 6 fach je Molekül ethoxyliertes Sorbitol Acrylat)
601 Teile ca. 6fach ethoxyliertes Sorbitol werden mit 444 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 448 Teilen Cyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe werden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1,5 Teil Triphenylphosphit und 1,5 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es werden 96 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wird. Das Produkt wird über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl liegt bei 45 mg KOH/g. Die Viskosität des dunkel gefärbten Produktes (Jodfarbzahl 2-3) liegt bei 700 mPas . Beispiel 14 (ca. 8 fach je Molekül ethoxyliertes Sorbitol Acrylat)
689 Teile ca. 8fach ethoxyliertes Sorbitol werden mit 444 Teilen 5 Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 448 Teilen Toluol verestert. Als Hilfsstoffe werden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1,5 Teil Triphenylphosphit und 1,5 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es werden 100 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wird. Das Produkt 10 wird über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl liegt bei 45 mg KOH/g. Die Viskosität des dunkel gefärbten Produktes (Jodfarbzahl 5) liegt bei 700 mPas .
Beispiel 15 (ca. 10 fach je Molekül ethoxyliertes Sorbitol 15 Acrylat)
788 Teile ca. 8fach ethoxyliertes Sorbitol werden mit 444 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 448 Teilen Toluol verestert. Als Hilfsstoffe werden 3 Teilen Hydrochinonmonomethyl-
20 ether, 1,5 Teil Triphenylphosphit und 1,5 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es werden 106 Teile Wasser abgetrennt bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wird. Das Produkt wird über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl liegt bei 45 mg KOH/g. Die Viskosität des dunkel gefärbten Produktes (Jodfarbzahl
25 10-15) liegt bei 500 mPas .
Beispiel 16 (ca. 13 fach je Molekül ethoxyliertes Sorbitol Hexaa- crylat)
30 625 Teile ca. 13fach ethoxyliertes Sorbitol wurde mit 518 Teilen Acrylsäure und 5 Teilen Schwefelsäure in 381 Teilen Methylcyclohexan verestert. Als Hilfsstoffe wurden 3 Teilen Hydrochinonmonomethylether, 1,5 Teil Triphenylphosphit und 1,5 Teil Hypophosphoriger Säure zugesetzt. Es wurden 116 Teile Wasser abgetrennt
35 bevor das Schleppmittel durch Vakuumdestillation entfernt wurde. Das Produkt wird über K300-Filter gereinigt. Die Säurezahl betrug 78 mg KOH/g. Die Viskosität des dunkel gefärbten Produktes (Jodfarbzahl nicht bestimmbar) war 406 mPas .
40 Herstellung von Hydrogelen
Zur Bestimmung der Güte der Oberflächenvernetzung kann das getrocknete Hydrogel mit folgenden Testmethoden untersucht werden.
5 Testmethoden
a) Zentrifugenretentionskapazität (CRC Centrifuge Retention Ca- pacity)
Bei dieser Methode wird die freie Quellbarkeit des Hydrogels im Teebeutel bestimmt. Zur Bestimmung der CRC werden 0,2000 ± 0,0050 g getrocknetes Hydrogel (Kornfraktion 106 - 850 μm) in einem 60 x 85 mm großen Teebeutel eingewogen, der anschließend verschweißt wird. Der Teebeutel wird für 30 Minuten in einen Überschuss von 0,9 Gew.%igen Kochsalzlösung gegeben (mindestens 0,83 1 Kochsalz- Lösung / l g Polymerpulver) . Anschließend wird der Teebeutel 3 Minuten lang bei 250 g zentrifugiert . Die Bestimmung der Flüssigkeitsmenge geschieht durch Auswägen des zentrifugierten Teebeutels.
b) Absorption unter Druck (AUL Absorbency Under Load) (0,7 psi)
Die Messzelle zur Bestimmung der AUL 0,7 psi stellt ein Plexiglas-Zylinder mit einem Innendurchmesser von 60 mm und einer Höhe von 50 mm dar, der an der Unterseite einen angeklebten Edelstahl- Siebboden mit einer Maschenweite von 36 μ besitzt. Zu der Messzelle gehört weiterhin eine Plastikplatte mit einem Durchmesser von 59 mm und ein Gewicht, welches zusammen mit der Plastikplatte in die Messzelle hineingestellt werden kann. Das Gewicht der Plastikplatte und das Gewicht betragen zusammen 1345 g. Zur Durchführung der Bestimmung der AUL 0,7 psi wird das Gewicht des leeren Plexiglas-Zylinders und der Plastikplatte ermittelt und als Wo notiert. Dann werden 0,900 ± 0,005 g Hydrogel-formendes Polymer (Korngrößenverteilung 150 - 800 μm) in den Plexiglas-Zylinder eingewogen und möglichst gleichmäßig auf dem Edelstahl-Siebboden verteilt. Anschließend wird die Plastikplatte vorsichtig in den Plexiglas-Zylinder hineingelegt und die gesamte Einheit gewogen; das Gewicht wird als Wa notiert. Nun wird das Gewicht auf die Plastikplatte in dem Plexiglas-Zylinder gestellt. In die Mitte der Petrischale mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Höhe von 30 mm wird eine keramische Filterplatte mit einem Durchmesser von 120 mm und einer Porosität 0 gelegt und soviel 0,9 Gew.%ige Natriumchloridlösung eingefüllt, dass die Flüssigkeitsoberfläche mit der Filterplattenoberfläche abschließt, ohne dass die Oberfläche der Filterplatte benetzt wird. Anschließend wird ein rundes Filterpapier mit einem Durchmesser von 90 mm und einer Porengröße < 20 μ (S&S 589 Schwarzband von Schleicher & Schüll) auf die keramische Platte gelegt. Der Hydrogel-formendes Polymer enthaltende Plexiglas-Zylinder wird mit Plastikplatte und Gewicht nun auf das Filterpapier gestellt und dort für 60 Minuten belas- sen. Nach dieser Zeit wird die komplette Einheit aus der Petri- schale vom Filterpapier herausgenommen und anschließend das Gewicht aus dem Plexiglas-Zylinder entfernt. Der gequollenes Hydrogel enthaltende Plexiglas-Zylinder wird zusammen mit der Plastik- platte ausgewogen und das Gewicht als notiert.
Die Absorption unter Druck (AUL) wird wie folgt berechnet:
AUL 0,7 psi [g/g] = [Wb-Wa] / [Wa-W0]
Der AUL 0,5psi wird analog mit geringerem Druck gemessen.
c) Die Bestimmung des nach 16 h extrahierbare Anteils (Extract. 16h) erfolgte analog, wie in EP-AI 811 636, S. 13, Z. 1 bis Z. 19 beschrieben.
Beispiel 18-27:
Herstellung des Grundpolymers
In einem Laborkneter (Werner und Pfleiderer LUK 8.0 K2) wurden 6 kg einer 40 Gew.%igen wäßrigen Acrylsäurelösung vorgelegt, die zu 77 mol% mit Natriumhydroxid neutralisiert worden war.
Als Vernetzer wurden die in Tabelle 1 angegebenen Typen in den dort angegebenen Mengen jeweils bezogen auf auf eingesetzte Acrylsäure zugegeben. Danach wurden als Polymerisationsstarter 0,28 Gew.% Natriumpersulfat und 0,0056 Gew.% Ascorbinsäure -jeweils bezogen auf eingesetztes Acrylsäuremonomer- zugegeben.
Die Reaktion startete, und die Temperatur des Knetermantels wurde so nachgeregelt, daß die Reaktionswärme nicht über den Mantel abgeführt wurde. Dadurch kommt es zu einer fast adiabatischen Auf- heizung der Reaktionsmischung wobie die Polymerisation unter Rühren stattfindet. Am Endpunkt der Reaktion wird die Temperatur noch ca. eine Stunde beibehalten. Danach konnte jeweils ein fein- krümmeliges Gel entleert werden.
Das Gel wurde für 3h bei 160 C im Umluftschrank getrocknet, mit einem Laborwalzenstuhl gemahlen, und bei 100 - 850 Mikrometer abgesiebt. Dies ist das normale Grundpolymer der Tabelle 1.
Alternativ wurde das Gel zunächst 6h bei 90 C im versiegelten Plastikbeutel getempert, und erst danach wurde für 3h bei 160 C im Umluftschrank getrocknet, mit einem Laborwalzenstuhl gemahlen, und schließlich bei 100 - 850 Mikrometer abgesiebt. Dies ist das hydrolysierte Grundpolymer der Tabelle 1.
Nachvernetzung :
Das trockene normale Grundpolymerpulver wurde mit einer Lösung aus 0,06 Gew. % Ethylenglykoldiglycidylether (Firma Nagase, Japan), 3,43 Gew.% Wasser und 1,47 Gew.% Propandiol-1, 2 -jeweils bezogen auf eingesetztes Polymer- unter Rühren homogen besprüht. Das feuchte Pulver wurde dann im Trockenschrank bei 150 C für 60 min getempert. Danach wurde nochmals bei 850 Mikrometer gesiebt um Agglomerate zu entfernen. Die Eigenschaften dieses nachvernetzten Polymers wurden bestimmt und sind in Tabelle 1 aufgeführt .
Tabelle 1
σ- to
Figure imgf000063_0001
Die Löslichkeit des Vernetzers wird durch Zugabe des Vernetzers zur Reaktionsmischung bei Raumtemperatur bestimmt. Die Beurteilung erfolgt visuell. Folgende Skala wird verwendet Klar = vollständige klare Lösung
Trüb = mit bloßem Auge beobachtbare deutliche Trübung in der Lösung Tropfen = Aufschwimmen des Vernetzers in Tropfenform Die anderen erfindungsgemäßen Produkte können analog umgesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Esters F eines Polyalkohols A mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B, umfassend die Schritte a) Umsetzung eines Polyalkohols A mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B in Anwesenheit mindestens eines Veresterungskatalysators C und mindestens eines Polymerisationsinhibitors D sowie gegebenenfalls eines mit
Wasser ein Azeotrop bildenden Lösungsmittels E unter Bildung eines Esters F, b) gegebenenfalls Entfernen zumindest eines Teils des in a) entstehenden Wassers aus dem Reaktionsgemisch, wobei b) wäh- rend und/oder nach a) erfolgen kann, f) gegebenenfalls Neutralisation des Reaktionsgemischs, h) falls ein Lösungsmittel E eingesetzt wurde gegebenenfalls Entfernen dieses Lösungsmittels durch Destillation und/oder i) Strippen mit einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Gas, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Polyalkohol A mindestens zwei Hydroxyfunktionen aufweist,
- der molare Überschuß der ethylenisch ungesättigten Carbon- säure B zum Polyalkohol A je zu veresternder Hydroxygruppe in
A mindestens 1,05:1 beträgt und
- die in dem nach dem letzten Schritt erhaltenen Reaktionsgemisch enthaltene, gegebenenfalls neutralisierte Carbonsäure B im wesentlichen im Reaktionsgemisch verbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbonsäure B aus dem nach dem letzten Schritt erhaltenen, Ester F enthaltenden Reaktionsgemisch zu nicht mehr als 75 Gew% abgetrennt wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem letzten Schritt erhaltene, Ester F enthaltende Reaktionsgemisch eine Säurezahl gem. DIN EN 3682 von mindestens 25 mg KOH/g aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das das nach dem letzten Schritt erhaltene, Ester F enthaltende Reaktionsgemisch einen Gehalt an Carbonsäure B von mindestens 0,5 Gew% aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyalkohol A ein Polyol eingesetzt wird, das als zusätzliche Funktionalität mindestens eine Ether-, Carboxyl- oder Ci - C -Alkyloxycarbonylfunktion trägt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyalkohol A ein Polyol eingesetzt wird, das ausgewählt ist aus der Gruppe Ditrimethylolpropan, Dipentaerythrit, Dimethylolpropionsäure und Dimethylolbutter- säure.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Polyalkohol A eingesetzt wird, ausgewählt unter der Gruppe der Polyole, funktionali- sierte Polyole, alkoxylierte Polyole, Zuckeralkohole, teilweise alkoxylierte Zuckeralkohole, Polyetherole, Polyesterole, zumindest teilweise alkoxylierte Polyesterole und zumindest teilweise verseifte, alkoxylierte Polyesterole.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyalkohol A ein pro Hydroxygruppe des Polyalkohols vierfach ethoxyliertes Polyol eingesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Polyol um Trimethylolpropan oder Pentaerythrit handelt .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyalkohol A ein 3-4fach ethoxyliertes Glycerin eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Reaktionsschritt k) eingesetzte Ester F einen Veresterungsgrad bezogen auf den eingesetzten n-wertigen Polyalkohol A von mindestens 2 und weniger als n aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyalkohol die Formel Vlla aufweist,
Rδ- (0 (CH (RIO) CH (RIO) o) y-H) (Vlla)
worin
R8 ein mehrwertiger, geradkettiger oder verzweigter C2-Cι0-Alkylrest , x unabhängig voneinander eine positive ganze Zahl von 2 oder größer und y unabhängig voneinander für x=2 eine Zahl von 3 bis 8 und für x=3 oder größer eine Zahl von 2 bis 7 ist. 5
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß R10 Wasserstoff und y unabhängig voneinander für jedes x eine positive ganze Zahl von 1 bis 6 bedeutet. 10
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß
R10 Wasserstoff und y unabhängig voneinander für jedes x eine positive ganze Zahl 15 von 1 bis 4 bedeutet.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Rio Wasserstoff und für x=2 y unabhängig voneinander eine positive ganze Zahl von 20 mehr als 8 beziehungsweise für x=3 oder größer y unabhängig voneinander eine positive ganze Zahl von mehr als 7 bedeutet.
16. Verfahren nach Anspruch 12 oder 15, dadurch gekennzeichnet, 25 daß
R10 Wasserstoff und y unabhängig voneinander für jedes x eine positive ganze Zahl von 15 oder mehr bedeutet.
30 17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umsetzung a) das molare Verhältnis der der mindestens einen ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B zum Polyalkohols A mindestens 5:1 beträgt, bezogen auf die Hydroxygruppen des Polyalkohols A.
35
18. Verfahren zur Herstellung eines vernetzten Hydrogels, umfassend die Schritte a) Umsetzung eines Polyalkohols A mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B in Anwesenheit minde-
40 stens eines Veresterungskatalysators C und mindestens eines Polymerisationsinhibitors D sowie gegebenenfalls eines mit Wasser ein Azeotrop bildenden Lösungsmittels E unter Bildung eines Esters F, b) gegebenenfalls Entfernen zumindest eines Teils des in a) 5 entstehenden Wassers aus dem Reaktionsgemisch, wobei b) während und/oder nach a) erfolgen kann, f) gegebenenfalls Neutralisation des Reaktionsgemischs, h) falls ein Lösungsmittel E eingesetzt wurde gegebenenfalls Entfernen dieses Lösungsmittels durch Destillation und/oder i) Strippen mit einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Gas, k) Polymerisieren des Reaktionsgemischs aus einer der Stufen a) bis i) , soweit durchlaufen, mit gegebenenfalls zusätzlichen monoethylenisch ungesättigten Verbindungen N, sowie gegebenenfalls mindestens einem weiteren copolymerisierbaren hydrophilen Monomer M in Gegenwart mindestens eines Radikal- Starters K und gegebenenfalls mindestens einer Pfropfgrundlage L,
1) gegebenenfalls Nachvernetzung des aus k) erhaltenen Reaktionsgemisches , m) Trocknung des aus k) oder 1) erhaltenen Reaktionsgemisches und n) gegebenenfalls Mahlen und/oder Sieben des aus k) , 1) oder m) erhaltenen Reaktionsgemisches .
19. Verfahren zur Herstellung eines vernetzten Hydrogels, umfas- send die Schritte a) bis i) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 und zusätzlich k) Polymerisieren des Reaktionsgemischs aus einer der Stufen a) bis i) , soweit durchlaufen, mit gegebenenfalls zusätzlichen monoethylenisch ungesättigten Verbindungen N, sowie ge- gebenenfalls mindestens einem weiteren copolymerisierbaren hydrophilen Monomer M in Gegenwart mindestens eines Radikalstarters K und gegebenenfalls mindestens einer Pfropfgrundlage L,
1) gegebenenfalls Nachvernetzung des aus k) erhaltenen Reak- tionsgemisches, m) Trocknung des aus k) oder 1) erhaltenen Reaktionsgemisches und n) gegebenenfalls Mahlen und/oder Sieben des aus k) , 1) oder m) erhaltenen Reaktionsgemisches.
20. Polymer, erhältlich nach einem Verfahren eines der Ansprüche 18 bis 19.
21. Vernetztes Hydrogel, enthaltend mindestens ein hydrophiles Monomer M in einpolymerisierter Form, vernetzt mit einem
Ester F enthaltenden Reaktionsgemisch, wie es erhältlich nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 17 ist.
22. Vernetztes Hydrogel, enthaltend mindestens ein hydrophiles Monomer M in einpolymerisierter Form, vernetzt mit einer Verbindung der Formel R8- (O (CH (R10) CH (R10) O) y-C (=O) -R ) x (VII ) ,
worin
5 R8 ein mehrwertiger, geradkettiger oder verzweigter C -Cιo-Alkylrest, R9 unabhängig voneinander ein geradkettiger oder verzweigter
C2-Cιo-Alkenylrest , R10 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl, 10 x unabhängig voneinander eine positive ganze Zahl von 2 oder größer und y unabhängig voneinander für x=2 eine Zahl größer als 8 und für x=3 oder größer eine Zahl größer als 7 ist.
15 23. Vernetztes Hydrogel, enthaltend mindestens ein hydrophiles
Monomer M in einpolymerisierter Form, vernetzt mit einer Verbindung der Formel
R8- (0 (CH (R10) CH (RIO) 0) y-C (=0) -R9)x (VII)
20 worin
R8 ein mehrwertiger, geradkettiger oder verzweigter C -Cιo-Alkylrest , 25 R9 unabhängig voneinander ein geradkettiger oder verzweigter C2 _Cιo-Alkenylrest , R10 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl, x unabhängig voneinander eine positive ganze Zahl von 2 oder größer und 30 y 4 ist.
24. Vernetztes Hydrogel, enthaltend mindestens ein hydrophiles
Monomer M in einpolymerisierter Form, vernetzt mit einer Verbindung der Formel
35
R8-(O(CH(R10)CH(R10)O)y-C(=O)-R9)x (VII),
worin
40 R8 ein mehrwertiger, geradkettiger oder verzweigter C2-Cιo-Alkylrest, R9 unabhängig voneinander ein geradkettiger oder verzweigter
C2-Cιo-Alkenylrest, R10 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl, 5 x unabhängig voneinander eine positive ganze Zahl von 2 oder größer und y unabhängig voneinander für x=2 0, 1 oder 2 und für x=3 0 oder 1 ist.
25. Vernetztes Hydrogel, enthaltend mindestens ein hydrophiles 5 Monomer M in einpolymerisierter Form, vernetzt mit einem
Ester F eines Polyalkohols A mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B, wobei es sich bei dem Polyalkohol A um ein pro Glycerin drei bis vierfach ethoxyliertes Glycerin oder um ein pro Hydroxygruppe vierfach ethoxyliertes 10 Trimethylolpropan oder Pentaerythrit handelt.
26. Vernetztes Hydrogel, enthaltend mindestens ein hydrophiles Monomer M in einpolymerisierter Form, vernetzt mit einem Ester F eines Polyalkohols A mit mindestens einer ethylenisch
15 ungesättigten Carbonsäure B, wobei der Polyalkohol A ausgewählt ist aus der Liste Polyol, das als zusätzliche Funktionalität mindestens eine Ether-, Carboxyl- oder Ci - C-Alkyloxycarbonylfunktion aufweist, Zuckeralkohole, teilweise alkoxylierte Zuckeralkohole, Polyesterole, zumindest
20 teilweise alkoxylierte Polyesterole und zumindest teilweise verseifte, alkoxylierte Polyesterole.
27. Vernetztes Hydrogel, enthaltend mindestens ein hydrophiles Monomer M in einpolymerisierter Form, vernetzt mit einem
25 Ester F eines Polyalkohols A mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B, wobei der Polyalkohol A ausgewählt ist aus der Liste Ditrimethylolpropan, Dipentaerythrit, Dimethylolpropionsäure und Dimethylolbuttersäure.
30 28. Verwendung eines Polymers gemäß einem der Ansprüche 20 bis 27 in Hygieneartikeln, Verpackungsmaterialien und in Nonwovens .
29. Stoffgemisch, enthaltend
- 0,1 bis 40 Gew.-% mindestens eines Esters F eines Polyalko- 35 hols A und mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B,
- 0,5 - 99,9 Gew% mindestens einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure B,
- 0 - 10 Gew% mindestens eines Veresterungskatalysators C,
40 - 0 - 5 Gew% mindestens einen Polymerisationsinhibitors D und
- 0 - 10 Gew% eines Lösungsmittels E, mit der Maßgabe, daß die Summe immer 100 Gew% beträgt.
45
30. Stoffgemisch gemäß Anspruch 29, enthaltend zusätzlich
- Verdünnungsmittel G ad 100 Gew% .
31. Verwendung eines Reaktionsgemisches erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder eines Stoffgemisches nach Anspruch 29 oder 30
- als Radikalvernetzer von wasserabsorbierenden Hydrogelen,
- als Ausgangsstoff für die Herstellung von Polymerdispersionen, - als Ausgangsstoff für die Herstellung von Polyacrylaten,
- als Lackrohstoff oder
- als Zementadditiv.
32. Verwendung eines Gemisches aus - Reaktionsgemisch erhältlich nach einem der Ansprüche 13 oder 14 und
- Reaktionsgemisch erhältlich nach Anspruch 16 als Radikalvernetzer von wasserabsorbierenden Hydrogelen.
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