納米多孔超吸收顆粒制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了超吸收顆粒，所述超吸收顆粒具有約50至約2,000微米的中值尺寸并且包含多孔網(wǎng)絡(luò)，所述多孔網(wǎng)絡(luò)包括平均橫截面尺寸為約10至約500納米的多個納米孔，其中所述超吸收顆粒表現(xiàn)出約80秒或更短的渦旋時間，以及5達(dá)西或更大、10達(dá)西或更大、20達(dá)西或更大、30達(dá)西或更大、60達(dá)西或更大、或90達(dá)西或更大的自由溶脹凝膠床滲透率(GBP)。一種形成此類超吸收顆粒的方法，所述方法包括形成包含超吸收聚合物和溶劑體系的組合物；使所述組合物與非溶劑體系接觸以通過相轉(zhuǎn)化引發(fā)所述多孔網(wǎng)絡(luò)的形成；從所述組合物中除去非溶劑；以及使所述超吸收顆粒進(jìn)行表面交聯(lián)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】納米多孔超吸收顆粒
技術(shù)介紹
超吸收材料用于多種多樣的應(yīng)用中以幫助吸收流體。這些材料通常能夠吸收其自身重量幾倍的量的流體(例如，水、鹽水等)。然而，與許多常規(guī)的超吸收材料相關(guān)聯(lián)的一個問題是，當(dāng)它們最初與流體接觸時，吸收速率可能相對緩慢。因此，目前需要表現(xiàn)出相對快的吸收速率(特別是在最初與流體接觸時)的超吸收材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)本公開的一個方面，公開了超吸收顆粒，其具有約50微米至約2,000微米的中值尺寸并且包含多孔網(wǎng)絡(luò)，該多孔網(wǎng)絡(luò)包括平均橫截面尺寸為約10納米至約500納米的多個納米孔。超吸收顆粒表現(xiàn)出約80秒或更短的渦旋時間，以及5達(dá)西或更大的自由溶脹凝膠床滲透率(GBP)。在另一方面，一種用于形成前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的超吸收顆粒的方法包括：形成包含超吸收聚合物和溶劑體系的組合物；使組合物與非溶劑體系接觸以通過相轉(zhuǎn)化引發(fā)多孔網(wǎng)絡(luò)的形成；從組合物中除去非溶劑；以及表面交聯(lián)超吸收顆粒。本公開的其他特征和方面在下文更詳細(xì)地討論。附圖說明針對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的本公開的完整且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開內(nèi)容(包括其最佳模式)在說明書的剩余部分中參照附圖更具體地闡述，在附圖中：圖1描繪了可用于測量本公開的多孔超吸收顆粒的負(fù)荷下吸收性(“AUL”)的設(shè)備；圖2示出了圖1的AUL組件；圖3A-3F示出了實(shí)施例1的超吸收顆粒的SEM顯微照片，其中圖3A(456X)、圖3B(10,000X，斷裂)和圖3C(55,000X，斷裂)示出了孔形成之前的顆粒，并且圖3D(670X)、圖3E(10,000X，斷裂)和圖3F(55,000X，斷裂)示出了孔形成之后的顆粒；圖4示出了實(shí)施例1中提及的對照顆粒在溶劑交換之前的孔徑分布；圖5示出了實(shí)施例1的顆粒在用甲醇進(jìn)行溶劑交換之后的孔徑分布；圖6示出了實(shí)施例2的顆粒在用乙醇進(jìn)行溶劑交換之后的孔徑分布；圖7示出了實(shí)施例3的顆粒在用異丙醇進(jìn)行溶劑交換之后的孔徑分布；并且圖8示出了實(shí)施例4的顆粒在用丙酮進(jìn)行溶劑交換之后的孔徑分布。在本說明書和附圖中對附圖標(biāo)記的反復(fù)使用旨在代表本公開的相同或類似的特征或元件。具體實(shí)施方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照本公開的各個方面，其一個或多個實(shí)例在下文示出。每個實(shí)例都以說明本公開而非限制本公開的方式提供。事實(shí)上，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，在不背離本公開的范圍或精神的情況下，可以對本公開做出各種修改和變化。例如，作為一個方面的一部分而說明或描述的特征可以用于另一個方面以產(chǎn)生又一個方面。因此，本公開旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)的此類修改和變化。一般來講，本公開涉及超吸收顆粒，這些超吸收顆粒通常具有約50微米至約2,000微米、在一些方面約100微米至約1,000微米、以及在一些方面約200微米至約700微米的中值尺寸(例如，直徑)。如本文所用的術(shù)語“中值”尺寸，是指所述顆粒的“D50”尺寸分布，這意味著至少50％的所述顆粒具有所指示的尺寸。顆粒同樣可以具有在上述范圍內(nèi)的D90尺寸分布(至少90％的顆粒具有所指示的尺寸)?？梢允褂靡阎募夹g(shù)(諸如通過超速離心、激光衍射等)來測定顆粒的直徑。例如，可以根據(jù)諸如ISO13320：2009的標(biāo)準(zhǔn)測試方法來測定顆粒尺寸分布。顆粒還可以具有任何所需的形狀，諸如薄片、結(jié)節(jié)狀、球形、管狀等?？梢钥刂祁w粒的尺寸以優(yōu)化具體應(yīng)用的性能。不管其具體的尺寸或形狀是怎樣的，超吸收顆粒在本質(zhì)上都是多孔的，并且通常具有多孔網(wǎng)絡(luò)，該多孔網(wǎng)絡(luò)可以包含閉合孔和開放小室孔的組合。顆粒的總孔隙率可能相對高。例如，顆?？梢员憩F(xiàn)出約2平方米/克(m2/g)或更大、在一些方面約5至約150m2/g、以及在一些方面約15至約40m2/g的總孔面積?？紫堵拾俜直纫部梢詾榧s5％或更大，在一些方面為約10％至約60％，以及在一些方面為約15％至約60％。作為孔隙率特征的另一個參數(shù)是堆積密度。就這一點(diǎn)而言，如經(jīng)由壓汞法在0.58psi的壓力下測定，本專利技術(shù)的超吸收顆粒的堆積密度可以例如小于約0.7克/立方厘米(g/cm3)，在一些方面為約0.1至約0.65g/cm3，以及在一些方面為約0.2至約0.6g/cm3。為了獲得所需的孔特性，該多孔網(wǎng)絡(luò)通常包含多個納米孔，這些納米孔具有約10納米至約500納米、在一些方面約15納米至約450納米、以及在一些方面約20納米至約400納米的平均橫截面尺寸(例如，寬度或直徑)。術(shù)語“橫截面尺寸”通常是指孔的基準(zhǔn)尺寸(例如，寬度或直徑)，該基準(zhǔn)尺寸與其長軸(例如，長度)基本上正交。應(yīng)當(dāng)理解，該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可以存在多種類型的孔。例如，還可以形成具有約0.5微米至約30微米、在一些方面約1微米至約20微米、以及在一些方面約2微米至約15微米的平均橫截面尺寸的微孔。然而，納米孔可以在該網(wǎng)絡(luò)中以相對高的量存在。例如，納米孔可以占顆粒的總孔體積的至少約25體積％，在一些方面至少約40體積％，以及在一些方面約40體積％至80體積％。在給定單位體積的該材料內(nèi)，納米孔所占據(jù)的平均體積百分比也可以是每cm3約15％至約80％，在一些方面約20％至約70％，以及在一些方面每立方厘米顆粒的約30％至約60％。也可以采用多種亞型的納米孔。例如，在某些方面，第一納米孔可以被形成為具有約80納米至約500納米、在一些方面約90納米至約450納米、以及在一些方面約100納米至約400納米的平均橫截面尺寸，而第二納米孔可以被形成為具有約1納米至約80納米、在一些方面約5納米至約70納米、以及在一些方面約10納米至約60納米的平均橫截面尺寸。納米孔可以具有任何規(guī)則或不規(guī)則的形狀，諸如球形、細(xì)長形等。不管有多大，該多孔網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的孔的平均直徑通常將為約1納米至約1,200納米，在一些方面為約10納米至約1,000納米，在一些方面為約50納米至約800納米，以及在一些方面為約100納米至約600納米。部分由于該多孔網(wǎng)絡(luò)的特殊性質(zhì)，本專利技術(shù)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所得的超吸收顆粒在它們開始接觸流體(諸如水、鹽(例如氯化鈉)的水性溶液、體液(例如尿液、血液等)，諸如此類)的具體時間段期間可以表現(xiàn)出提高的吸收速率。這種增加的速率可以通過多種方式來表征。例如，顆?？梢员憩F(xiàn)出短渦旋時間，其是指根據(jù)下文所述的測試，一定量的超吸收顆粒使通過攪拌0.9重量百分比(％)氯化鈉溶液形成的渦旋閉合所需的時間量(以秒為單位)。更具體地，超吸收顆粒可以表現(xiàn)出約80秒或更短、在一些方面約60秒或更短、在一些方面約45秒或更短、在一些方面約35秒或更短、在一些方面約30秒或更短、在一些方面約20秒或更短、以及在一些方面約0.1秒至約10秒的渦旋時間。另選地，在與氯化鈉的水性溶液(0.9重量％)接觸0.015千秒(“ks”)之后，顆粒的吸收速率可以為約300g/g/ks或更高，在一些方面為約400g/g/ks或更高，在一些方面為約500g/g/ks或更高，以及在一些方面為約600g/g/ks至約1,500g/g/ks。高吸收速率甚至可以保留相對長的時間段。例如，在與氯化鈉的水性溶液(0.9重量％)接觸0.06ks或本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.超吸收顆粒，所述超吸收顆粒具有約50微米至約2,000微米的中值尺寸并且包含多孔網(wǎng)絡(luò)，所述多孔網(wǎng)絡(luò)包括平均橫截面尺寸為約10納米到約500納米的多個納米孔，其中所述超吸收顆粒表現(xiàn)出約80秒或更短的渦旋時間，以及5達(dá)西或更大的自由膨脹凝膠床滲透率(GBP)。/n

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】1.超吸收顆粒，所述超吸收顆粒具有約50微米至約2,000微米的中值尺寸并且包含多孔網(wǎng)絡(luò)，所述多孔網(wǎng)絡(luò)包括平均橫截面尺寸為約10納米到約500納米的多個納米孔，其中所述超吸收顆粒表現(xiàn)出約80秒或更短的渦旋時間，以及5達(dá)西或更大的自由膨脹凝膠床滲透率(GBP)。


2.如權(quán)利要求1所述的超吸收顆粒，其中所述顆粒表現(xiàn)出10達(dá)西或更大的GBP。


3.如權(quán)利要求1所述的超吸收劑顆粒，其中所述顆粒表現(xiàn)出20達(dá)西或更大的GBP。


4.如權(quán)利要求1所述的超吸收劑顆粒，其中所述顆粒表現(xiàn)出60達(dá)西或更大的GBP。


5.如權(quán)利要求1所述的超吸收顆粒，其中所述顆粒表現(xiàn)出90達(dá)西或更大的GBP。


6.如權(quán)利要求1所述的超吸收顆粒，其中所述顆粒在被放置成與0.9重量％氯化鈉的水性溶液接觸0.015千秒之后表現(xiàn)出約300g/g/ks或更高的吸收速率。


7.如權(quán)利要求1所述的超吸收顆粒，其中所述超吸收顆粒在被放置成與0.9重量％氯化鈉的水性溶液接觸0.015千秒之后表現(xiàn)出約500g/g/ks或更高的吸收速率。


8.如權(quán)利要求1所述的超吸收顆粒，其中所述超吸收顆粒在被放置成與0.9重量％氯化鈉的水性溶液接觸0.120千秒之后表現(xiàn)出約160g/g/ks或更高的吸收速率。


9.如權(quán)利要求1所述的超吸收顆粒，其中所述顆粒表現(xiàn)出約20g/g或更高的離心保留容量。


10.如權(quán)利要求1所述的超吸收制品，其中所述多孔網(wǎng)絡(luò)還包括微...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：V·A·托波爾卡雷夫，A·N·皮克特，K·戈德爾斯，M·M·麥萊茲瓦，T·T·托爾，D·瑟倫斯，高橋一裕，上田祐介，富岡惠，
申請(專利權(quán))人：金伯利克拉克環(huán)球有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US