吸收材料制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供了一種超吸收材料，它包括下列材料的組合：（１）一種陽(yáng)離子超吸收劑，其中２０－１００％的官能團(tuán)呈堿的形式；和（２）一種陽(yáng)離子交換劑，其中５０－１００％官能團(tuán)呈酸的形式。這種組合特別有效地在含有電解質(zhì)的溶液（如月經(jīng)和尿液）中用作超吸收劑。（*該技術(shù)在2015年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種吸收材料，更具體地，涉及一種通常稱(chēng)作“超吸收劑”的那類(lèi)材料。通常稱(chēng)為“超吸收劑”的物質(zhì)通常是輕度交聯(lián)的親水聚合物。這些聚合物的化學(xué)性質(zhì)可有所不同，但它們都具有能吸收和保留等于它們自身重量許多倍的含水流體，甚至在中等壓力下也如此。例如，超吸收劑通常可吸收最高可達(dá)其自身重量100倍或100倍以上的蒸餾水。已建議把超吸收劑用于許多不同的工業(yè)應(yīng)用，在這些應(yīng)用中可利用其吸水性和/或存留性的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)例包括農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、堿性電池和過(guò)濾器的制備。然而超吸收材料的初級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域是保健和/或衛(wèi)生產(chǎn)品的制備，如一次性衛(wèi)生巾和小孩或成人尿失禁用的一次性尿布。在這些保健和/或衛(wèi)生產(chǎn)品中，通常把超吸收劑與纖維素纖維結(jié)合使用來(lái)吸收體液(如月經(jīng)或尿液)。然而，超吸收劑對(duì)體液的吸收能力顯著低于對(duì)去離子水的吸收能力。通常認(rèn)為這種作用來(lái)自于體液的電解質(zhì)含量，并把這種作用稱(chēng)為“鹽中毒”。超吸收劑的吸水性和保留水的性能是由于在該聚合物結(jié)構(gòu)中存在可電離的官能團(tuán)。這些基團(tuán)通常是羧酸根，當(dāng)該聚合物在干燥狀態(tài)時(shí)，高含量的羧酸根呈鹽的形式，但當(dāng)與水接觸時(shí)，產(chǎn)生了離解化作用和溶劑化作用。在其離解狀態(tài)時(shí)，該聚合物鏈有一系列連到該鏈上的官能團(tuán)，這些官能團(tuán)具有相同的電荷，因此互相排斥。這導(dǎo)致該聚合物結(jié)構(gòu)的膨脹，從而該膨脹允許進(jìn)一步吸收水分子，雖然這種膨脹受到該聚合物結(jié)構(gòu)中交聯(lián)引起的限制，在該聚合物中必須充分交聯(lián)以防止聚合物的溶解。認(rèn)為在水中大濃度電解質(zhì)的存在干擾了這些官能團(tuán)的離解，并產(chǎn)生了“鹽中毒”作用。雖然大多數(shù)市售的超吸濕劑是陰離子的，但同樣可以制備官能團(tuán)是如季銨根的陽(yáng)離子超吸濕劑。這類(lèi)材料也必須呈鹽的形式以用作超吸濕劑，而且其性能也受到鹽中毒的影響。已作過(guò)許多嘗試來(lái)抑制鹽中毒作用，并提高超吸收劑吸收含電解質(zhì)液體(如月經(jīng)和尿液)的性能。因此日本專(zhuān)利申請(qǐng)OPI No.57-45，057公開(kāi)了一種吸收劑，該吸收劑是超吸收劑如交聯(lián)聚丙烯酸酯與粉狀或粒狀離子交換樹(shù)脂的混合物。EP-A-0210756涉及一種吸收結(jié)構(gòu)，它包括超吸收劑和陰離子交換劑，任選地還有陽(yáng)離子交換劑，其中這兩種離子交換劑都呈纖維狀。將超吸收劑與離子交換劑結(jié)合來(lái)試圖減小鹽中毒作用，其作法是使用離子交換劑，通常將陰離子交換劑和陽(yáng)離子交換劑結(jié)合使用，來(lái)減少該液體中鹽的含量。該離子交換劑對(duì)超吸收劑的性能沒(méi)有直接影響，也不可能將鹽的含量充分減少到對(duì)該組合物的總吸收性能有所希望的影響的程度。另外，除昂貴外，該離子吸收劑自身沒(méi)有吸收作用，因此對(duì)該超吸收劑起稀釋作用。本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)目的是提供一種在電解質(zhì)存在下(如在月經(jīng)或尿液的情況下)具有改進(jìn)性能的超吸收劑。本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種超吸收材料，它包括下面材料的組合(1)一種陽(yáng)離子超吸收劑，其中20-100％官能團(tuán)呈堿的形式；和(2)一種陽(yáng)離子交換劑，其中50-100％官能團(tuán)呈酸的形式。該陽(yáng)離子超吸收材料優(yōu)選具有50-100％，更優(yōu)選具有基本上為100％呈堿形式的官能團(tuán)。該陽(yáng)離子交換劑優(yōu)選具有基本上為100％的呈酸形式的官能團(tuán)。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)，現(xiàn)已意外地發(fā)現(xiàn)將呈堿的形式的陽(yáng)離子吸收劑和呈酸的形式的陽(yáng)離子交換劑相結(jié)合，用作超吸收劑在含有電解質(zhì)的溶液(如月經(jīng)和尿)情況下特別有效。雖然不希望受任何具體的理論束縛，但相信本專(zhuān)利技術(shù)的超吸收材料與含有電解質(zhì)的溶液接觸時(shí)具有如下兩重效果(1)把陽(yáng)離子超吸收劑從非吸收形式轉(zhuǎn)化成用作超吸收劑的鹽的形式；和(2)陽(yáng)離子超吸收劑向其鹽形式的轉(zhuǎn)化對(duì)由陽(yáng)離子交換劑增強(qiáng)的溶液具有去離子作用。陽(yáng)離子超吸收劑中的官能團(tuán)通常是強(qiáng)離子交換劑的季銨根。因此，當(dāng)該陽(yáng)離子超吸收劑與電解質(zhì)溶液如食鹽溶液接觸時(shí)，它溶脹且該超吸收劑中的OH離子部分地被溶液中的Cl所代替，且該溶液的pH變成強(qiáng)堿性。但陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的存在通過(guò)使該平衡反應(yīng)有利于使該陽(yáng)離子超吸收劑完全轉(zhuǎn)變?yōu)槠潲}的形式的方向移動(dòng)來(lái)阻止該溶液成為強(qiáng)堿性。在這種情況下，溶液中的鈉離子被陽(yáng)離子交換樹(shù)脂所代替，溶液中氯離子被呈堿的形式的陽(yáng)離子超吸收劑所代替，因此引起該食鹽溶液充分的脫鹽，從而提高了該超吸收劑的吸收性。這種當(dāng)與含電解質(zhì)的溶液接觸時(shí)從陽(yáng)離子超吸收劑向其鹽形式的轉(zhuǎn)化、以及陽(yáng)離子交換劑結(jié)合鈉離子的作用，對(duì)該溶液有明顯的去鹽作用，從而通過(guò)減輕鹽中毒作用而提高了該超吸收劑的性能。與使用離子交換樹(shù)脂來(lái)使該溶液脫鹽并結(jié)合已呈鹽的形式的超吸收材料(參見(jiàn)上面引用的日本專(zhuān)利申請(qǐng)OPI No.57-45057和EP-A-0210756)相反，該堿的形式的陽(yáng)離子超吸收劑也對(duì)該溶液具有脫鹽作用。這就比使用離子交換劑和鹽形式的超吸收劑具有大得多的脫鹽效果。應(yīng)注意溶液中電解質(zhì)對(duì)該溶液中超吸收劑的吸收能力的影響不是線(xiàn)性的，因?yàn)殡S著鹽含量的增加其吸收能力不是有規(guī)律地下降。因此，在某一濃度范圍內(nèi)，通過(guò)使該溶液鹽含量產(chǎn)生相當(dāng)小的降低，可導(dǎo)致吸收能力相當(dāng)大的增加。該陽(yáng)離子超吸收劑可以是任何具有超吸收性能的材料，其中官能團(tuán)是陽(yáng)離子。通常這些官能團(tuán)連接到輕度交聯(lián)的丙烯酸基礎(chǔ)聚合物上。例如，該基礎(chǔ)聚合物可以是聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物、聚乙烯醚、聚乙烯磺酸、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯嗎啉。也可以使用這些單體的共聚物。也可以使用基于淀粉和纖維素的聚合物，包括羥丙基纖維素、羧甲基纖維素和丙烯酸接枝的淀粉。具體的基礎(chǔ)聚合物包括交聯(lián)的聚丙烯酸酯、水解的丙烯腈接枝淀粉、淀粉聚丙烯酸酯和異丁烯/馬來(lái)酸酐共聚物。特別優(yōu)選的基礎(chǔ)聚合物是淀粉聚丙烯酸酯和交聯(lián)的聚丙烯酸酯。適當(dāng)?shù)年?yáng)離子官能團(tuán)的例子包括季銨根或伯、仲或叔胺基，這些基團(tuán)應(yīng)呈堿的形式。對(duì)于纖維素衍生物，定義具有官能團(tuán)的衍生物的取代度(DS)為每一個(gè)纖維素葡糖酐單元所具有的官能團(tuán)(通常為季銨根)的數(shù)。其DS通常為0.1-1.5。以類(lèi)似方法，可定義合成聚合物的DS為每一個(gè)單體或共聚單體單元所具有官能團(tuán)的數(shù)。其DS通常為1，如每聚丙烯酸酯單體單元有1個(gè)季銨根。優(yōu)選的基礎(chǔ)聚合物包括多糖類(lèi)和基于二甲基二烯丙基氯化銨的聚合物。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，該陽(yáng)離子超吸收劑可以是由下述反應(yīng)制得的多糖超吸收劑纖維多糖如纖維素與過(guò)量的季銨化合物反應(yīng)，該季銨化合物含有至少一個(gè)能與多糖羥基反應(yīng)的基團(tuán)且具有0.5-1.1的取代度。該季銨化合物具有通式 或 其中n為1-16的整數(shù)；X是鹵素；Z是如鹵化物或羥基的陰離子；且R、R1、R2和R3，可相同或不同，每一個(gè)是氫、烷基、羥烷基、鏈烯基或芳基，并且R2可另外代表下式殘基 或 其中p是2-10的整數(shù)，n、R、R1、R3、X和Z定義如上。在WO 92/19652中更詳細(xì)介紹了這種陽(yáng)離子多糖超吸收劑。根據(jù)另一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，該陽(yáng)離子超吸收劑可以是基于交聯(lián)纖維素的超吸收劑，特別為具有超吸收性的纖維陽(yáng)離子多糖，該多糖被季銨根取代并具有至少為0.5的取代度，將該多糖交聯(lián)到足夠程度使得其在水中不溶。在我們同時(shí)待審的專(zhuān)利申請(qǐng)....(內(nèi)部參考號(hào)DR44)中更詳細(xì)介紹了這種超吸收劑。根據(jù)再一個(gè)實(shí)施方案，該陽(yáng)離子超吸收劑可以是水可溶脹的、水不溶性的聚合物，該聚合物含有從二烯丙基季銨鹽單體衍生的、由適當(dāng)?shù)亩喙δ芤蚁┗衔锝宦?lián)的單元，其特征在于該聚合物已用自由基催化劑在水相中通過(guò)自由基聚合制備。在我們同時(shí)待審的專(zhuān)利申請(qǐng).....(內(nèi)部參考號(hào)DR43)更詳細(xì)介紹了這種超吸收劑本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超吸收材料，它包括下列材料的組合：ｉ）一種陽(yáng)離子超吸收劑，其中２０－１００％的官能團(tuán)呈堿的形式；和ｉｉ）一種陽(yáng)離子交換劑，其中５０－１００％的官能團(tuán)呈酸的形式。

【技術(shù)特征摘要】
...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈恩弗蘭科帕隆博，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：普羅克特和甘保爾公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]