[发明专利]聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)基超吸收凝胶

说明书

发明领域

本发明涉及含有聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)或其盐的超吸收凝胶，而且还涉及制造N-(二烷基氨基烷基)(甲基)丙烯酰胺单体的一种改进方法。该超吸收凝胶包含一种聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)，而且优选的是一种与酸性超吸收聚合物如聚丙烯酸混合的聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)；或者包含一种聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)的盐。

发明背景

吸水树脂广泛地用于清洁用品、卫生用品、抹布、保水剂、脱水剂、污水凝聚剂、一次性纸巾和浴垫、一次性门垫、增稠剂、一次性宠物用废物垫、防凝聚剂和各种化学品的释放控制剂等。吸水树脂可以以各种化学形式得到，这包括取代的或未取代的天然和合成聚合物，比如淀粉丙烯腈接枝聚合物的水解产物、羧甲基纤维素、交联聚丙烯酸盐、磺化聚苯乙烯、水解的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧亚乙基、聚乙烯基吡咯烷酮和聚丙烯腈。

这样的吸水树脂称作“超吸收聚合物”或者叫SAP，它们一般是轻度交联的亲水聚合物。在Goldman等人的美国专利5，669，894中一般性地讨论了SAP。在其化学属性上，SAP可以是不相同的，但甚至在适度的压力下，它们都能够吸收和保留为其自身重量许多倍的含水流体。比如，SAP可以吸收相当于自身重量100倍或更多的蒸馏水。在有限的压力下吸收含水流体的能力对于在卫生用品，如在尿布中使用的SAP是一项很重要的要求。

SAP奇迹般的溶胀和吸收性能源于(a)沿聚合物链上电荷之间的静电排斥，以及(b)相反离子的渗透压。然而已经知道，在含有电解质的溶液如盐水、尿液和血液中此吸收性能会大幅度下降。在这些生理液体存在下，这些聚合物就不再是有效的SAP了。

典型的商品SAP，即聚丙烯酸钠在去离子水和在0.9％(重量)的氯化钠(NaCl)水溶液中的性能可以说明含电解质的液体的吸收性能会降低。在0psi下，聚丙烯酸钠每克SAP可以吸收146.2g去离子水(g/g)，在0.28psi下，每克聚合物可以吸收103.8g去离子水，而在0.7psi下，每克聚合物可以吸收34.3g去离子水。相反，在0、0.28和0.7psi下，同样的聚丙烯酸钠只能分别吸收43.5g、29.7g和24.8g浓度为0.9％的氯化钠水溶液。因此，SAP对体液如尿或经血的吸收能力就比对去离子水要低得多，因为这些液体都含有电解质。这种吸收性能的严重下降称作“盐中毒”。

盐中毒效应可以解释如下：SAP的吸水和保水特性是由于在聚合物结构中存在着可离子化的官能基团。这种可离子化的基团一般是羧基，当聚合物是干态时，高含量的羧基呈盐的形式，当与水接触时，它们发生离解从而溶剂化。在离解状态，聚合物链含有许多带有相同电荷因而互相排斥的官能基。这种电子的排斥作用导致聚合物结构的膨胀，因此进一步能够吸收水分子。然而，聚合物的膨胀受到聚合物结构中交联的限制，这种交联存在有足够的数量以避免聚合物的增溶作用。

已经形成理论的是，高浓度电解质的存在干扰了可离子化官能基团的离解，从而导致“盐中毒”效应。因此，溶解的离子，如钠离子和氯离子对SAP凝胶有两种影响。这些离子屏蔽了聚合物的电荷，而且这些离子由于在凝胶内部和凝胶外部存在相反离子而消除了渗透压不平衡。因此溶解的离子有效地将离子凝胶转化为非离子凝胶，也就丧失了溶胀性能。

用于吸收含电解质液体如尿的最普通的SAP是中和的，即含有至少50％，以至直至100％的中和羧基的聚丙烯酸。然而，中和的聚丙烯酸容易发生盐中毒。因此，为了提供一种不太容易发生盐中毒的SAP，必须开发一种与中和的聚丙烯酸不同的SAP，或者说必须将中和的聚丙烯酸进行改性或处理，使得至少部分地克服盐中毒的效应。

先有技术的研究人员一直试图抵消盐中毒效应，并且借此改善SAP对含电解质液体如经血和尿的吸收性的性能。比如，Tanaka等人的美国专利5，274，018公开了一种SAP组合物，它含有可溶胀的亲水聚合物，如聚丙烯酸和一定数量足可以在聚合物上形成一层单层表面活性剂的可离子化表面活性剂。在另一个实施方案中，阳离子凝胶如含有季铵基团和呈氢氧化物(即OH)形式的凝胶与阴离子凝胶(即聚丙烯酸)一起使用，以通过离子交换从溶液中除去电解质。