具有改进稳定性的颗粒超吸收聚合物组合物的制作方法
【专利说明】具有改进稳定性的颗粒超吸收聚合物组合物 发明领域
[0001] 本发明涉及吸收水、含水液体和血液的颗粒超吸收聚合物组合物，和制备颗粒超 吸收聚合物组合物的方法。特别地，本发明涉及具有高渗透性以及颗粒超吸收聚合物组合 物在加工以后的改进稳定性的颗粒超吸收聚合物组合物。本发明还涉及改进颗粒超吸收聚 合物组合物的性能（包括渗透性）的稳定性。
[0002] 发明背景
[0003] 超吸收聚合物通常指在含有0. 9重量％氯化钠水溶液的水溶液中能够吸收至少 约10倍其重量，且至多约30倍或更多其重量的水溶胀性的、水不溶性聚合物或材料。超吸 收聚合物的实例可包括交联的部分中和丙烯酸酯聚合物，以及由聚合形成超吸收水凝胶， 和形成根据超吸收聚合物的一般定义，在一定压力下能够保持含水液体的颗粒超吸收聚合 物组合物。
[0004] 超吸收聚合物水凝胶可形成颗粒，通常称为颗粒超吸收聚合物，其中可将颗粒超 吸收聚合物用表面交联和其它表面处理以及在表面交联以后进行后处理而表面处理以形 成颗粒超吸收聚合物组合物。可使用首字母缩写SAP代替超吸收聚合物、超吸收聚合物组 合物、颗粒超吸收聚合物组合物或其变体。商业颗粒超吸收聚合物组合物广泛用于多种个 人护理产品如婴儿尿布、儿童训练裤、成人失禁产品、女性护理产品等中。一般而言，这些颗 粒超吸收聚合物组合物具有至少25g的0. 9重量％氯化钠水溶液/g聚合物的离心保留容 量（CRC)。颗粒超吸收聚合物组合物还设计用于快速吸收要求高凝胶床渗透率（GBP)的体 液。商业颗粒超吸收聚合物组合物在生产和转化方法期间经受显著的加工，导致初始凝胶 床渗透率的稳定性缺乏。稳定性的这一缺乏或者各种性能（包括凝胶床渗透率）的降低可 能是吸收性制品的过早渗漏和皮肤润湿问题的一个原因。
[0005] 因此，需要或者想要可经得住吸收性产品生产和转化方法而不导致性能明显降低 的颗粒超吸收聚合物组合物。进一步需要或者想要提高颗粒超吸收聚合物组合物的渗透稳 定性的方法。
[0006] 发明概述
[0007] 本发明涉及具有改进稳定性的颗粒超吸收聚合物组合物，其包含颗粒超吸收聚合 物和基于颗粒超吸收聚合物组合物重量为〇. 01重量％至约5重量％的施涂于颗粒超吸收 聚合物表面上的中和铝盐，所述中和铝盐为具有约5. 5至约8的pH值的中和铝盐水溶液的 形式；其中颗粒超吸收聚合物组合物具有约25g至约40g的0. 9重量％含水氯化钠/g颗粒 超吸收聚合物组合物的离心保留容量和在使颗粒超吸收聚合物组合物经受加工试验以前 约20X10scm2至约200X10scm2的初始自由溶胀凝胶床渗透率（FSGBP);和约1. 30mm2/N至 约4mm2/N的压缩系数且具有颗粒超吸收聚合物组合物的小于约15重量％的量且通过标准 筛分级指定的粒径大于600μm的颗粒。
[0008] 另外，本发明涉及具有改进稳定性的颗粒超吸收聚合物组合物，其包含颗粒超吸 收聚合物和基于颗粒超吸收聚合物组合物重量为〇. 01重量％至约5重量％的施涂于颗粒 超吸收聚合物表面上的中和铝盐，所述中和铝盐为具有约5. 5至约8的pH值的中和铝盐水 溶液的形式；其中所述颗粒超吸收聚合物组合物具有颗粒超吸收聚合物组合物的不小于约 85重量％的量且通过标准筛分级指定的粒径小于600μm且大于150μm的颗粒且该颗粒具 有通过标准筛分级指定为300-400μm的重均粒径（D50)。
[0009] 另外，本发明涉及具有改进稳定性的颗粒超吸收聚合物组合物，其包含：
[0010] a)约55重量％至约85重量％的选自丙烯酸、甲基丙烯酸或者2-丙烯酰氨 基-2-甲基丙烷磺酸或其混合物的可聚合的含不饱和酸基团的单体；
[0011] b)约14重量％至约45重量％的选自氢氧化钠或氢氧化钾的碱性碱以将a)的可 聚合的含不饱和酸基团的单体中和至约50至约80摩尔％ ;
[0012] c)基于a)的重量约0.001重量％至约5.0重量％的内交联剂，其中组分a)、b)和 c)聚合成水凝胶，将所述水凝胶造粒成具有表面的颗粒超吸收聚合物；
[0013] d)基于颗粒超吸收组合物重量约0. 001重量％至约5. 0重量％的施涂于颗粒超吸 收聚合物表面上的表面交联剂；
[0014] e)基于颗粒超吸收组合物重量0. 001重量％至约5. 0重量％的施涂于颗粒超吸收 聚合物表面上的中和铝盐，所述中和铝盐为具有约5. 5至约8的pH值的中和铝盐水溶液的 形式；
[0015] 其中颗粒超吸收聚合物组合物具有约25g至约40g的0. 9重量％含水氯化钠/g 颗粒超吸收聚合物组合物的离心保留容量和在使颗粒超吸收聚合物组合物经受加工试验 以前约20X10scm2至约200X10scm2的初始自由溶胀凝胶床渗透率（FSGBP);并且在使颗 粒超吸收聚合物组合物经受加工试验以后，经处理的颗粒超吸收聚合物组合物具有约〇. 60 至约0. 99的渗透稳定性指数。
[0016] 有了上述想法，本发明的特征和优点是提供具有改进的渗透稳定性的颗粒超吸收 聚合物组合物，和提高颗粒超吸收聚合物组合物的改进稳定性的方法。本发明的大量其它 特征和优点从以下描述中获悉。
[0017] 附图简述
[0018] 图1为用于自由溶胀凝胶床渗透率试验的试验设备的侧视图；
[0019] 图2为图1所示自由溶胀凝胶床渗透率试验设备中所用筒/杯组件的横断面侧视 图；
[0020] 图3为图1所示自由溶胀凝胶床渗透率试验设备中所用柱塞的顶视图；和
[0021] 图4为用于负载吸收性试验的试验设备的侧视图。
[0022] 定义
[0023] 在本说明书的范围内，以下各术语或短语包括以下一种或多种含义。
[0024] 应当指出，当用于本公开内容中时，术语"包含"和来自根术语"包含"的其它派生 词意欲为开放性术语，其描述任何所述特征、元件、整数、步骤或组分的存在，且不意欲排除 一个或多个其它特征、元件、整数、步骤、组分或其群组的存在或加入。
[0025] 如本文所用，修饰本发明组合物中的或本发明方法中所用的成分的量的术语"约" 指可能发生的数量变化，例如通过在实践中用于制备浓缩物或使用溶液的典型测量和液体 处理程序；通过这些程序中不注意的误差；通过用于制备组合物或进行该方法的成分的生 产、来源或纯度的区别；等。术语约还包括由于由特定起始混合物产生的组合物的不同平衡 条件而不同的量。无论是否通过术语"约"修饰，术语包括量的等效物。
[0026] 如本文所用，术语"离心保留容量（CRC) "指颗粒超吸收聚合物在饱和并在受控条 件下经受离心以后将液体保留在其中的能力，并描述为g保留液体/g试样重量（g/g)，如通 过本文所述离心保留容量试验测量。
[0027] 如本文所用的术语"压缩系数（compressibility) "指如本文所述压缩系数试验中 所述，响应于压力变化，颗粒超吸收聚合物组合物的相对体积变化的度量。
[0028] 如本文所用的术语"经交联的"、"交联"、"交联剂"指有效地使通常水溶性材料基 本不溶于水但可溶胀的任何方法。该交联方法可包括例如物理缠结、结晶畴、共价键、离子 配合物和结合、亲水结合如氢键、疏水结合或范德华力。
[0029] 如本文所用，术语"内交联剂"或"单体交联剂"指在单体溶液中使用交联剂以形 成聚合物。
[0030] 如本文所用，术语"干颗粒超吸收聚合物组合物"通常指具有小于约20%水分的超 吸收聚合物组合物。
[0031] 如本文所用，术语"凝胶渗透率"为颗粒团块总体的性能且涉及粒度分布、颗粒形 状和颗粒之间开孔的连通性、剪切模量和溶胀凝胶的表面改性。实际上，超吸收聚合物组合 物的凝胶渗透率为液体如何快地流过溶胀颗粒团块的度量。低凝胶渗透率表明液体不能容 易流过超吸收聚合物组合物，其通常称为凝胶阻塞，且任何强制液流（例如尿布使用期间 尿的二次应用）必须采用替代路径（例如尿布渗漏）。
[0032] 当与术语"超吸收聚合物"一起使用时，术语"颗粒"等指离散单元的形式。该单元 可包括片、纤维、聚集体、颗粒、粉末、球、粉状材料等及其组合。颗粒可具有任何所需形状： 例如立方体、条状多面体、球形或半球形、圆形或半圆形、有角的、不规则等。
[0033] 术语"颗粒超吸收聚合物"和"颗粒超吸收聚合物组合物"指离散形式的超吸收聚 合物和超吸收聚合物组合物的形式，其中"颗粒超吸收聚合物"和"颗粒超吸收聚合物组合 物"可具有小于1000μm，或者约150μm至约850μm的粒度。
[0034] 当用于本文中时，术语"渗透率"应意指多孔结构，在这种情况下，交联聚合物的有 效连通性的度量，并可根据空隙分数，和颗粒超吸收聚合物组合物的连通性程度描述。
[0035] 当用于本文中时，术语"渗透稳定性指数"应意指在受控条件下经受加工试验以后 颗粒超吸收聚合物保持初始渗透率的能力。它指如本文所述加工试验中所述经加工试样的 渗透率与原始试样的渗透率的比。
[0036] 术语"聚合物"包括但不限于均聚物、共聚物如嵌段、接枝、无规和交替共聚物、三 元共聚物等，及其混合物和改性物。此外，除非另外明确限制，术语"聚合物"应包括材料的 所有可能结构异构体。这些构型包括但不限于全同立构、间同立构和无规立构对称。
[0037] 如本文所用，术语"聚烯烃"通常包括但不限于材料如聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、 聚苯乙烯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物等，其均聚物、共聚物、三元共聚物等，及其混合物和改性 物。术语"聚烯烃"应包括其所有可能的结构，其包括但不限于全同立构、间同立构和无规 立构对称。共聚物包括无规和嵌段共聚物。
[0038] 如本文所用，术语"超吸收聚合物"指在最有利的条件下能够在含有0. 9重量％氯 化钠的水溶液中吸收至少约10倍其重量，或至少约15倍其重量，或至少约25倍其重量的 水溶胀性的、水不溶性有机或无机材料，包括超吸收聚合物和超吸收聚合物组合物。
[0039] 如本文所用，术语"超吸收聚合物组合物"指根据本发明包含表面添加剂的超吸收 聚合物。
[0040] 如本文所用，术语"表面交联"指在超吸收聚合物颗粒表面附近官能交联的水平， 其通常高于超吸收聚合物颗粒内部官能交联的水平。如本文所用，"表面"描述颗粒的外面 边界。
[0041] 如本文所用，术语"热塑性材料"描述当暴露于热下时软化并在冷却至室温时充分 恢复非软化状况的材料。
[0042] 除非本文中另外描述，如本文所用以及指干颗粒超吸收聚合物组合物的组分，术 语"重量％ "应当解释为基于干超吸收聚合物组合物的重量。
[0043] 当用于本文中时，术语"水分含量"应意指通过水分含量试验测量包含在颗粒超吸 收聚合物组合物中的水的量。
[0044] 这些术语在说明书的其余部分中可用附加语言定义。
[0045] 发明详述
[0046] 尽管描述了实施方案的典型方面用于阐述，该详述和附图应不认为是对本发明范 围的限制。因此，本领域技术人员可想到各种改进、改变和可选方案而不偏离本发明的精神 和范围。作为假设的说明性实例，应认为该说明书中1-5的公开内容支持权利要求在任何 以下范围内：1 _5 ;1_4 ;1_3 ;1_2 ;2_5 ;2_4 ;2_3 ;3_5 ;3_4 ;和 4_5。
[0047] 根据本发明，具有改进稳定性的颗粒超吸收聚合物组合物可使用本文所述方法实 现。具有改进稳定性的这些颗粒超吸收聚合物组合物具有与目前市售的颗粒超吸收聚合物 组合物相比对颗粒超吸收聚合物组合物的加工具有改进的抗性和降低的功能损失。
[0048] 在另一实施方案中，本发明涉及具有改进稳定性的颗粒超吸收聚合物组合物，其 包含颗粒超吸收聚合物和基于颗粒超吸收聚合物组合物重量为〇. 01重量％至约5重量％ 的施涂于颗粒超吸收聚合物表面上的中和铝盐，所述中和铝盐为具有约5. 5至约8的pH 值的中和铝盐水溶液的形式；其中颗粒超吸收聚合物组合物具有约25g至约40g的0. 9重 量％含水氯化钠/g颗粒超吸收聚合物组合物的离心保留容量和在使经处理的颗粒超吸收 聚合物组合物经受加工试验以前约20X10scm2至约200X10scm2的初始自由溶胀凝胶床 渗透率（FSGBP);和约1. 30mm2/N至约4mm2/N的压缩系数，且具有颗粒超吸收聚合物组合物 的小于约15重量％，或者约3重量％至约15重量％，或者约6重量％至约15重量％的量 且通过标准筛分级指定粒径大于600μm的颗粒超吸收聚合物。
[0049] 另外，本发明涉及具有改进稳定性的颗粒超吸收聚合物组合物，其包含：
[0050] a)约55重量％至约85重量％的选自丙烯酸、甲基丙烯酸或者2-丙烯酰氨 基-2-甲基丙烷磺酸或其混合物的可聚合的含不饱和酸基团的单体；
[0051 ]b)约14重量％至约45重量％的选自氢氧化钠或氢氧化钾的碱性碱以将a)的可 聚合的含不饱和酸基团的单体中和至约50至约80摩尔％ ;
[0052] c)基于a)的重量约0.001重量％至约5.0重量％的内交联剂，其中组分a)、b)和 c)聚合成水凝胶，将所述水凝胶造粒成具有表面的颗粒超吸收聚合物；
[0053] d)基于颗粒超吸收组合物重量约0. 001重量％至约5. 0重量％的施涂于颗粒超吸 收聚合物表面上的表面交联剂；
[0054] e)基于颗粒超吸收组合物重量0. 001重量％至约5. 0重量％的施涂于颗粒超吸收 聚合物表面上的中和铝盐，所述中和铝盐为具有约5. 5至约8的pH值的中和铝盐水溶液的 形式；
[0055] 其中颗粒超吸收聚合物组合物具有约25g至约40g的0. 9重量％含水氯化钠/g 颗粒超吸收聚合物组合物的离心保留容量和在使经处理的颗粒超吸收聚合物组合物经受 加工试验以前约20\10 8〇112至约200\108〇112的初始自由溶胀凝胶床渗透率$568?);并 且在使经处理的颗粒超吸收聚合物组合物经受加工试验以后，该经处理的颗粒超吸收聚合 物组合物具有约0. 60至约0. 99的渗透稳定性指数且具有颗粒超吸收聚合物组合物的小于 约15重量％，或者约3重量％至约15重量％，或者约6重量％至约15重量％的量且通过 标准筛分级指定粒径大于600μm的颗粒超吸收聚合物。
[0056] 在另一实施方案中，具有改进稳定性的颗粒超吸收聚合物组合物可通过包括以下 步骤的方法制备：
[0057]a)提供颗粒超吸收聚合物；
[0058] b)制备pH值为约5. 5至约8的水溶液的形式的中和铝盐；和
[0059]c)将中和铝盐水溶液施涂于颗粒超吸收聚合物的表面上；且
[0060] 其中颗粒超吸收聚合物组合物具有约50摩尔％至约80摩尔％的中和度；且颗 粒超吸收聚合物组合物具有约25g至约40g的0. 9重量％含水氯化钠/g颗粒超吸收聚 合物组合物的离心保留容量和在使经处理的颗粒超吸收聚合物组合物经受加工试验以前 约20X10scm2至约200X10scm2的自由溶胀凝胶床渗透率（FSGBP);和约1. 30mm2/N至约 4mm2/N的压缩系数，其中所