[发明专利]粘土连接的聚合物凝胶

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的粘土连接的凝胶、该凝胶的形成方法及其用途。

背景技术

吸收制品技术的发展已经促使人们寻求具有令人想望的性质的吸收(通常为超吸收)材料，例如高的吸收性、高的凝胶强度和对穿用者低的健康风险。包含粘土纳米颗粒和聚合物的凝胶已经被确认为适合于这种应用的新类型的吸收材料。粘土纳米颗粒连接聚合物结构，以提供因此可包含较少的(或者甚至没有)有机本体交联剂(bulk crosslinker)的强固的材料。

将粘土纳米颗粒结合到聚合物凝胶中的一种方式是将粘土纳米颗粒添加到包括引发剂、本体交联剂和单体的传统聚合反应中。在这样的材料中，纳米颗粒是不会通过化学键与聚合物结合的，而是被物理捕获在其三维网络结构内。不认为这种材料属于本发明意义内的“粘土连接”。

在WO 00/72958中提供了这类材料的例子，它描述了一种包括单体、粘土颗粒、交联剂和混合流体的“MCX”混合物。当将该MCX混合物暴露于聚合引发剂时会发生聚合，并且形成网状聚合物/粘土合金。该粘土颗粒不是被牢固地结合到这种原料内的聚合物链上，而是仅嵌入到聚合物基质中。也就是说，他们没有起到交联剂的作用。因此，如果不存在足够多的有机交联作用，则该粘土可能与聚合物中分离开，这可能导致该材料完整性和性质的问题，以及所不希望的粘土纳米颗粒的脱离。

同样地，CA 2 381 910描述了具有间隙化合物的吸水聚合物。该粘土(沸石)不是作为交联剂的结构部分。该沸石是用来吸收臭味的。

将粘土纳米颗粒结合到聚合物凝胶中的可选方式是形成包含由聚合物交联的纳米颗粒的交联材料，即所谓的“粘土连接的凝胶”。将单体添加到粘土纳米颗粒的分散体中，然后用适当的引发剂体系聚合，以便在纳米颗粒之间形成连接。形成了粘土纳米颗粒和聚合物的三维网络，其中任何特定的(particular)粘土纳米颗粒都通过聚合物而连接至至少一个其它粘土纳米颗粒。因为粘土纳米颗粒化学结合到聚合物上，因此这种材料比粘土纳米颗粒仅仅嵌入聚合物网络内的那些材料更牢固结实。由于这个缘故，粘土纳米颗粒从这种材料的漏出也将会被减少到最小。

例如，EP 1 160 286公开了一种基于聚丙烯酰胺的有机/无机的混合水凝胶。

另一个例子可以参见Zhu等人的Macromol.Rapid Communications，2006，27，1023-1028，其描述了一种以粘土连接的聚丙烯酰胺为基础的纳米复合(NC)凝胶。获得了高的抗张强度。

迄今为止，已经将中性的(不带电荷的)聚合物例如聚丙烯酰胺用于形成粘土连接的凝胶(参见EP 1 160 286和上述引用的其它文献)。现在将说明当将带电物种引入粘土纳米颗粒分散体中时所遭遇困难的理由。

在纳米范围，纳米颗粒之间的作用力例如静电力或范德华力将变得重要，这意味着纳米颗粒的行为往往相当不同于较大颗粒的行为。纳米颗粒的粘土往往在小的距离范围内就具有显著差异的表面电荷分布。例如，合成锂皂石是合成的、扁圆形的、厚度大约1nm和直径为25nm的硅酸盐。在水分散体中，合成锂皂石在它的表面上具有强的负电荷，而在它的边缘上具有弱的定域正电荷。这种纳米颗粒上的表面电荷将会导致在水溶液中形成例如Na⁺离子的双电层。在每个粘土纳米颗粒(或在每个纳米颗粒的某些地区域)周围形成的双电层会导致纳米颗粒在水溶液中彼此排斥，因而提供通常透明的或半透明且具有低粘度的无相互作用的粒子分散体。

将带电荷的水溶性化合物添加到粘土纳米颗粒分散体中会减少维持Na+离子远离该纳米颗粒表面的渗透压，以致该双电层变得更薄。因此，该纳米颗粒可以彼此靠近，这将导致它们的聚集。因为低浓度的粘土纳米颗粒分散体最初是透明的，但是当加入带电化合物时就会变混浊并形成沉淀物，因此，可以通过眼睛清楚地观察到聚集。当加入带电荷的水溶性化合物时，高浓度的粘土纳米颗粒分散体就会形成凝胶状的聚集物。

Weian等人的Materials Letters，2005，59，2876-2880描述了使用反应性插入剂、随后加入丙烯酸及其聚合物，从而使蒙脱土稳定的方法。