[发明专利]以聚乙烯基胺为基础的超吸收性凝胶及其制备方法

说明书

相关申请交义参考

本申请是未决的1997年11月19日提交的美国申请序列号08/974,119的部分继续申请。

发明领域

本发明涉及含有聚乙烯基胺或其盐的超吸收性凝胶，以及制造聚乙烯基胺的改进方法。本超吸收性凝胶包含聚乙烯基胺，优选与酸性超吸收性聚合物如聚丙烯酸混合的聚乙烯基胺，或者包含聚乙烯基胺的盐掺和。

发明背景

吸水性树脂广泛用于卫生用品、保健用品、揩布、保水剂、脱水剂、污泥促凝剂、一次性毛巾和浴席、一次性门垫、增稠剂、一次性宠物用废物袋、防凝结剂、各种化学药品的释放控制制。吸水性树脂可以各种化学形式得到，包括饱和的和不饱和的天然的和合成的聚合物，例如：淀粉丙烯腈接枝聚合物的水解产物、羧甲基纤维素、交联的聚丙烯酸酯、磺化聚苯乙烯、水解的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷和聚丙烯腈。

这类吸水性树脂称为“超吸收性聚合物”，缩写为SAPs，一般是低交联的亲水聚合物。在Goldman等的美国专利No 5,669,894中概括地叙述了SAPs。SAPs在其化学本性方面能够有区别，但是所有SAPs，即使在中压下，也都能吸收并保持相当于其本身重量许多倍的含水液体。例如，SAPs能够吸收其自身重量100倍或更多的蒸馏水。在受限制的压力下吸收含水液体的能力是用于诸如尿布的保健制品的SAP的重要技术规格。

SAPs的惊人的膨胀性能和吸收性被认为是由下述原因造成的，(a)在沿聚合物链电荷之间的静电排斥，和(b)平衡离子的渗透压。然而，已知，这种吸收性能在含有诸如盐水、尿和血等电解质的溶液的情况下会大辐度下降。在此类生理液体存在下，这些聚合物不能起有效SAPs的作用。

对含电解质液体的吸收能力的降低，可采用一般市售的SAP即聚丙烯酸钠对去离子水和0.9wt％氯化钠(NaCl)溶液的吸收性能举例说明。聚丙烯酸钠能够吸收：在0psi下每克SAP(g/g)吸收146.2g去离子水，在0.28 psi下每克聚合物103.8g去离子水，在0.7 psi下每克聚合物34.3g去离子水。可是，相同的聚丙烯酸钠，在0psi、0.28 psi和0.7 psi下，分别仅仅能够吸收43.5g、29.7g和24.8g的0.9％NaCl水溶液。所以，SAPs对诸如尿或月经等体液的吸收能力远远低于对去离子水的吸收能力，因为这些体液含有电解质。这些吸收性能的严重下降称为“盐中毒”。

现将盐中毒作用解释如下。SAPs的吸水和保水特性是由于在聚合物结构中存在着可离解的官能基团。一般说，可离解基团是羧基，当聚合物是干燥的的情况下，大比例的羧基呈盐的形式存在，在与水接触的时候，则会离解和溶剂化。在离解状态下，聚合物链含有许多具有相同电荷的官能基团，所以它们彼此排斥。这种电荷排斥使聚合物结构膨胀，接着再吸收水分子。然而，聚合物的膨胀受到在聚合物结构中交联的限制，在聚合物中存在足够数量的交联，则会防碍聚合物的增溶。

推理可得：存在相当浓度的电解质妨碍可离解官能团的离解，从而导致“盐中毒”作用。所以，诸如钠离子和氯离子之类的溶解离子对SAP凝胶有两种作用。由于在凝胶内部和外部存在平衡离子，上述离子屏蔽聚合物电荷，并且消除了渗透压的不平衡。所以，溶解离子使离子凝胶实际上转变为非离子凝胶，从而失去了溶胀性能。

为吸收含诸如尿等电解质的液体最普通使用的SAP是中和了的聚丙烯酸，即，含有至少50％，最多100％的中和了的羧基基团者。然而，中和了的聚丙烯酸对盐中毒是敏感的。所以，为了提供对盐中毒敏感性较低的SAP，或者必须开发不同于中和了的聚丙烯酸的SAP，或者必须对中和的聚丙烯酸进行改进或处理，以便至少部分地克服盐中毒作用。

以前的研究人员致力于阻止盐中毒作用，从而改善SAPs的吸收诸如月经和尿之类的含有电解质的液体的性能。例如：Tanaka等的美国专利No 5,274,018公开了一种SAP组合物，其包含一种可溶胀的亲水聚合物，如聚丙烯酸，和一种可离解的表面活性剂，其用量为足以在上述聚合物上形成至少一层表面活性剂层。在另一个实施方案中，将诸如含季铵基团的和呈氢氧化物(即OH)形式的凝胶等阳离子凝胶和阴离子凝胶(即，聚丙烯酸)一起使用，以便通过离子交换从溶液中除去电解质。