[发明专利]可降解的超吸收性聚合物

说明书

本申请是作为一个PCT国际专利申请按以下各位的名义于2011年7月5日提交的：瑞卢塞欧公司（Reluceo,Inc.，一家美国国家公司），它是除美国外所有指定国的申请人；和谢尔盖·谢利福诺夫（Sergey Selifonov，一位美国公民）、马克·斯科尔顿（Marc Scholten，一位美国公民）以及周宁（Ning Zhou，一位中华人民共和国公民），他们是仅在美国指定国的申请人，并且本申请要求于2010年7月5日提交的美国专利申请序号61/361,448和于2010年8月3日提交的美国专利申请序号61/370,215的优先权；这些申请的内容是通过引用以其全部内容结合在此。

背景技术

商业的超吸收性聚合物（SAP）是能够吸收大量的水并在压力下保留所吸收的水的多种离子性聚合物的交联网。20世纪70年代后期开发出了基于丙烯酸的聚合物和共聚物的SAP用于商业用途，并且它们自此在许多吸收性应用中替代了纤维素的或基于纤维的产品：薄纸、棉、海绵以及绒毛浆。这些基于纤维的产品的保水容量最多是它们的重量的大约20倍，更经常是它们的重量的大约12倍。另外，当向溶胀的纤维施加压力时，众所周知的是基于纤维的吸收剂释放出所吸收的水。相比之下，基于丙烯酸的SAP吸收了它们重量的20倍以上的去离子水或蒸馏水。F·L·巴克霍尔兹（F.L.Buchholz）和A·T·格雷厄姆（A.T.Graham）（编辑）在“现代超吸收性聚合物技术（Modern Superabsorbent Polymer Technology）”，Wiley-VCH,New York,1998中给出对超吸收性聚合物和它们的用途与制造的一个综合性调查。商业的SAP的主要工业用途是作为个人一次性卫生产品如婴儿尿布、成人安全内衣以及卫生巾中的吸收剂。SAP还用于阻挡水渗透到地下电力或通信电缆中、作为园艺保水剂以及用于对溢出和水性废液进行控制。SAP的其他工业用途是已知的。

目前，工业上所采用的最常见的SAP是聚丙烯酸钠（聚丙烯酸钠盐），它典型地与一种二丙烯酸酯或双丙烯酰胺如N,N'-亚甲基-双丙烯酰胺交联的。丙烯酰胺-和乙烯-顺丁烯二酸酐的各种共聚物连同交联的羧甲基纤维素、淀粉、聚丙烯酸酯-聚乙烯醇共聚物以及聚氧化乙烯也被用作SAP。类似地，已知丙烯酸型单体衣康酸对于制造形成水凝胶的聚合物来说是有用的。然而，主要包含得自丙烯酸型单体（例如，丙烯酸、丙烯酰胺、衣康酸以及它们的盐类）的聚合的重复单元的聚合型聚电解质链的多个部分是不可生物降解的并且因此在环境中持久存在。进一步来说，当丙烯酸共聚物和接枝物结合可降解的聚合物材料一起使用时，仅仅非丙烯酸聚合物片段已被确实地证明是经历了生物降解。

已针对超吸收性用途对聚(乙烯醇)（PVOH）进行了研究。PVOH本身是可溶于水的并且被充分确立为一种可生物降解的聚合物。参见，例如，基耶利尼·E（Chiellini,E.）等人，聚合物科学进展（Prog.Polym.Sci.）28,963(2003)。阿尔伽德·B（Argade,B.）等人，应用聚合物科学杂志（J.Appl.Pol.Sci.）70,817(1998)披露了具有超吸收特性的聚(丙烯酸)-聚(乙烯醇)共聚物。PVOH被部分脱水而形成多个不饱和的部位，然后在存在丙烯酸的情况下将这些不饱和的部位聚合。Zhan,F.等人，应用聚合物科学杂志，92(5),3417(2004)，披露了通过用磷酸对PVOH进行酯化而形成的一种超吸收性聚合物。观察到该聚合物在暴露至水分中时缓慢地释放磷酸盐，并且因此用作一种缓释肥料。然而，磷酸盐释放是与有害的环境影响相关联的；此外，一种释放磷酸盐的组合物并不适用于如婴儿尿布、绷带等许多应用中。

当使一种醛与PVOH反应时，产物是一种聚(乙烯基缩醛)。聚(乙烯基缩醛)的实例包括聚(乙烯基甲缩醛)、聚(乙烯基丁缩醛)以及聚(乙烯基乙醛酸)。聚(乙烯基乙醛酸)或PVGA被描述于美国专利号2,187,570中并且是具有乳化特性的一种水溶性或碱溶性的热塑性聚电解质。Ise,N.和Okubo,T.，物理化学杂志（J.P.Chem.）70(6),1930-1935(1966)，披露了用乙醛酸部分缩醛化的PVOH的多种溶液。美国专利号4,306,031和4,350,773披露了交联的PVGA作为弱酸性阳离子交换树脂，这些树脂在水中具有10ml/g或以下的溶胀体积。并且Sakurada,I.&Ikada,Y.，京都大学化学研究所学报（Bull.Inst.Chem.Res.,Kyoto Univ）,40(1-2),25-35(1962)，描述了通过在存在水和氯化钠溶液的情况下进行电离辐射而交联的PVGA聚合物的稀溶液。