专利名称：表面交联的含超吸收剂的复合材料的制备方法
背景本发明涉及表面交联的含超吸收剂的复合材料。更具体地，本发明涉及处理包含超吸收剂材料粒子的复合材料表面的方法。
超吸收剂材料具有许多属性，所述属性使它们在许多不同应用中具有吸引力。特别地，超吸收剂材料能够吸收大量液体如水和身体渗出物和能够在适度压力下保留这些吸收的液体。这些吸收特性使它们特别适用于一次性吸收制品如尿布，训练裤，卫生巾，失禁用品等。典型地，超吸收剂材料的粒子布置在这样一次性吸收制品的吸收芯组件中的吸收纤维网之中和/或之上。
许多早期的超吸收剂方法生产的超吸收剂材料的粒子可以假定为在整个粒子中是基本均匀交联的。与均匀或″本体″交联的超吸收剂材料相关的一个问题是当将含水液体加入它们时或当将它们加入含水液体时它们″胶凝粘连″的倾向。聚集(massed)粒子的表面快速溶胀形成柔软、可变形的层。所造成的粒子变形和粒子间粘合降低粒子间孔隙率和将超吸收剂本体的溶胀速率限制到液体通过部分溶胀本体的扩散速率。解决此问题的尝试导致含有更高交联表面层的超吸收剂材料粒子，该表面层比它的芯更为刚性。更高交联密度的壳在溶胀期间提供更刚性的表面层和最小化否则会在溶胀过程中较早发生的凝胶粘连。结果是，液体可通常通过粒子床流动到每个超吸收剂材料粒子，增加可用于溶胀的有效表面和表观溶胀速率。
然而，甚至使用表面交联的或″芯-壳″超吸收剂材料，当一次性个人卫生制品的开发者在他们的一次性吸收制品中增加超吸收剂材料的浓度时，凝胶粘连的可能性也增加。最小化凝胶粘连可能性的一种方案是采用未处理纤维的层涂覆超吸收剂材料粒子。尽管是有效的，这样未处理的纤维涂层具有在超吸收剂的溶胀粒子之间压紧的倾向，限制通过复合材料的流体渗透。此缺陷典型地导致减少超吸收剂复合材料的效力。
另一个方案要求采用化学硬化的纤维涂覆超吸收剂材料的粒子以形成吸收复合材料。硬化的纤维在水中并不溶胀到未处理的纤维在水中溶胀的程度。硬化的纤维也比未处理的纤维有更大的耐压缩程度。由所述纤维形成的所存在的用于流体流动通过吸收剂结构的纤维间通道或其它通路，因此，被硬化的纤维比未处理的纤维保持开放到更大的程度。然而，此方案有时由于在将硬化的纤维与超吸收剂粒子进行足够接触并因此形成有效吸收复合材料中通常遇到的难度而受到限制。此外，纤维硬化增加另外的工艺步骤以及伴随的复杂化和成本。所以，需要制备表面交联的含超吸收剂的复合材料的改进方法。
概述响应于上述需求，本发明人进行了广泛的研究和开发努力，导致发现了制备表面交联的含超吸收剂的复合材料的新颖方法。本发明的一个变型公开了制备表面交联的含超吸收剂的复合材料的方法。该方法提供将至少一种涂料材料的至少一个粒子引入流动气体流。流动气体流移动涂料材料通过一个区域，在该区域中将缔合剂和交联试剂施加到涂料材料。将至少一种超吸收剂材料的至少一个粒子引入所述流动气体流。保持流动气体流直到超吸收剂材料被涂料材料的至少第一层覆盖。
本发明的另一个变型提供表面交联的含超吸收剂的复合材料的制备，其中将至少一种涂料材料的至少一个粒子和超吸收剂材料的至少一个粒子引入流动气体流。该流动气体流移动超吸收剂材料和涂料材料通过一个区域，在该区域中将缔合剂和交联试剂施加到超吸收剂材料和涂料材料。保持所述流动气体流直到超吸收剂材料被涂料材料的至少第一层覆盖。
附图通过参考如下描述、所附权利要求和附图，本发明的上述和其它特征以及方面和达到它们的方式将变得更为明显，并且本发明本身将更好理解，其中
图1说明代表性流化床涂覆设备。
描述根据本发明的方法制备的表面交联的含超吸收剂的复合材料包括由涂料材料的至少一个粒子覆盖的超吸收剂材料的至少一个粒子。
“粒子”、“多个粒子”、“微粒”、“多个微粒”等表示通常为离散单元形式的材料。粒子可包括颗粒、粉状物、粉末或球。因此，粒子可具有任何所需的形状，例如立方体，棒状，多面体，球形或半球形，圆形或半圆形，角形，不规则等。也设想在此使用具有大的最大尺寸/最小尺寸比例的形状，如针状，薄片和纤维。“粒子”或“微粒”的使用也可描述包括多于一个粒子，微粒等的附聚物。
在此使用的短语“缔合”、“缔合的”和其它相似术语包括各种构型，所述构型包括其中涂料材料层的至少一个粒子的至少一部分表面与超吸收剂材料的至少一个粒子的一部分表面接触的那些；和/或，其中涂料材料层的至少一个粒子的至少一部分表面与涂料材料层的至少一个其它粒子的一部分表面接触的那些。
很多种材料可以合适地用作本发明的超吸收剂材料。然而，希望使用粒子形式的能够吸收大量流体如水和在适度压力下能保持这些吸收的流体的超吸收剂材料。甚至更希望使用相对便宜和可容易获得的超吸收剂材料。
在此使用的“超吸收剂材料”，“超吸收剂材料”等表示可水溶胀，水不溶性有机或无机材料，该材料在最有利的条件下，能够吸收至少约10倍其重量和，所需地，至少约15倍其重量的包含0.9wt％氯化钠的水溶液。这样的材料包括，但不限于形成水凝胶的聚合物，所述聚合物是如下物质的碱金属盐聚(丙烯酸)；聚(甲基丙烯酸)；丙烯酸和甲基丙烯酸与丙烯酰胺、乙烯醇、丙烯酸酯、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基磺酸、醋酸乙烯酯、乙烯基吗啉酮和乙烯基醚的共聚物；水解的丙烯腈接枝淀粉；丙烯酸接枝淀粉；与乙烯、异丁烯、苯乙烯和乙烯基醚的马来酸酐共聚物；多糖如羧甲基淀粉，羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基纤维素；聚(丙烯酰胺)；聚(乙烯基吡咯烷酮)；聚(乙烯基吗啉酮)；聚(乙烯基吡啶)；和任何上述物质的共聚物和混合物等。适用于本发明的形成水凝胶的聚合物通常购自各个商业供应商，例如DowChemical Co.，BASF或Stockhausen，Inc。
合适地，超吸收剂材料的形式为粒子，该粒子在未溶胀状态，具有约100-约1,000微米；所需地约150-约800微米；更所需地约200-约650微米；和最所需地约300-约600微米的最大横截面直径，该直径由筛分分析根据美国材料试验学会测试方法D-1921测定。应该理解超吸收剂材料的粒子可包括固体粒子，多孔粒子，或可以是附聚的粒子，该附聚的粒子包括附聚成属于所述尺寸范围的粒子的许多更小粒子。
根据本发明制备的含超吸收剂的复合材料也至少包括至少一种涂料材料的至少一个粒子的第一层。在这样的情况下，涂料材料的第一层与超吸收剂材料缔合和覆盖超吸收剂材料。第一层的涂料材料所需地为粒子形式。
根据本发明制备的含超吸收剂的复合材料也可包括多于一层的涂料材料层。在这样的情况下，任何随后的涂料材料层典型地与涂料材料在前层的至少一部分缔合和覆盖该至少一部分。任何随后层的涂料材料所需地为粒子形式。
关于涂料材料使用的“覆盖”或“覆盖的”是表示涂料材料延伸过被覆盖的材料的表面到实现根据本发明制备的含超吸收剂的复合材料的许多优点所需要的程度。例如，这包括如下状况，其中涂料材料延伸过不小于5％；或者不小于10％；或者不小于20％；或者不小于30％；或者不小于40％；或者不小于50％；或者不小于60％；或者不小于70％；或者不小于80％；或者不小于90％；和最终，或者不小于95％的正被覆盖的材料表面。这也包括，例如如下状况，其中涂料材料延伸过不大于100％；或者不大于95％；或者不大于85％；或者不大于75％；或者不大于65％；或者不大于55％；或者不大于45％；或者不大于35％；或者不大于25％；或者不大于15％；和最终，或者不大于10％的正被覆盖的材料表面。因此，涂料材料可延伸过不小于5％直到不大于100％的被覆盖的材料表面；尽管被覆盖的表面的近似百分比可根据，尤其是含超吸收剂的复合材料的通用设计和希望用途变化。术语“表面”和它的复数通常在此表示物体的外部或最顶部边界。
微粒形式的很多种天然和合成材料可以用作含超吸收剂的复合材料的涂料材料。合适的涂料材料可因此包括吸附和/或吸收材料。当然，需要使用便宜，容易获得和安全的涂料材料—这是用于在此所述的一次性吸收制品的材料的重要属性。适用于本发明的涂料材料的说明性例子包括亲水性材料的粒子。适于用作涂料材料的亲水性材料的例子包括，但不限于，天然或合成的纤维素材料，如木纸浆和从它制备的产品如粉状纤维素，和非木质纤维素材料如棉，亚麻，黄麻，马尼拉麻，龙舌兰纤维(ixtl)等，和从它们制备的产品如棉籽绒和棉絮；再生纤维素如人造丝，cupram，lyocell等；和纤维素衍生物如羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、乙基纤维素、乙酸纤维素等。特别所需的涂料材料是食品级α-纤维素粉末。也合适作为涂料材料的是天然或合成的硅酸盐，如沉淀二氧化硅、热解浴二氧化硅、二氧化硅、沸石、粘土、蛭石、珍珠岩等。所需地，合适硅酸盐涂料材料的粒子的最小直径为50微米。也发现合适用作涂料材料的是不溶性蛋白质如组织化植物蛋白(如，大豆蛋白)和玉米蛋白。
应当注意到本发明不限于仅使用一种涂料材料，也可包括两种或多种涂料材料的混合物。尽管亲水性材料已经指示为适于用作本发明中的涂料材料，但本领域技术人员容易认识到由适当已知方法处理疏水性材料的表面以使疏水性材料更多或更少具有亲水性的可能性。如先前所示，涂料材料为微粒形式；所以，可以理解涂料材料的粒子可包括固体粒子，多孔粒子，或可以是多于一个涂料材料粒子的附聚物。
为协助(i)涂料材料与超吸收剂材料的缔合和(ii)达到表面交联的所需程度，将缔合剂和交联试剂施加到适当的材料。在一种情况下，可以将缔合剂施加到适当的材料，随后施加交联试剂到适当的材料。或者，可以将交联试剂施加到适当的材料，随后施加缔合剂到适当的材料。另一种替代方案提供对适当的材料同时施加缔合剂和交联试剂。例如，可以形成包括缔合剂和交联试剂的混合物。缔合剂和交联试剂的合适混合物可包括各种其它材料，只要它们不干扰在此所述的表面交联。例如，混合物可包括溶剂，如水、醇、丙酮等。将混合物典型地以液体或半液体形式施加到超吸收剂材料和/或涂料材料。
与缔合剂和/或交联试剂结合使用的术语″施加″包括如下状况，其中超吸收剂材料的至少一个粒子的至少一部分表面具有在其上的有效数量的缔合剂和/或交联试剂，以通过机械和/或化学结合促进超吸收剂材料的至少那部分表面到涂料材料的至少一个粒子的一部分表面的粘合；涂料材料的至少一个粒子的至少一部分表面具有在其上的有效数量的缔合剂和/或交联试剂，以通过机械和/或化学结合促进涂料材料的至少那部分表面到超吸收剂材料的至少一个粒子的一部分表面的粘合；和/或涂料材料的至少一个粒子的至少一部分表面具有在其上的有效数量的缔合剂和/或交联试剂，以通过机械和/或化学粘合促进涂料材料的至少那部分表面到涂料材料的至少一个其它粒子的一部分表面的粘合。
所需地，缔合剂和交联试剂施加到适当的材料的数量不小于含超吸收剂复合材料重量的1％；或者不小于2％；或者不小于3％；或者不小于4％；或者不小于5％；或者不小于10％；或者不小于15％；或者不小于20％；或者不小于25％；或者不小于30％；或者不小于40％；或者不小于50％；或者不小于60％；或者不小于70％；或者不小于75％；或者不小于80％；或者不小于85％；或者不小于90％；或者不小于95％；或者不小于96％；或者不小于97％；和最终，或者不小于98％。缔合剂和交联试剂加到适当的材料的数量也可以不大于含超吸收剂的复合材料重量的99％；或者不大于98％；或者不大于97％；或者不大于96％；或者不大于95％；或者不大于90％；或者不大于85％；或者不大于80％；或者不大于75％；或者不大于70％；或者不大于60％；或者不大于50％；或者不大于40％；或者不大于30％；或者不大于25％；或者不大于20％；或者不大于15％；或者不大于10％；或者不大于5％；或者不大于4％；或者不大于3％；或最终，或者不大于2％。因此，缔合剂和交联试剂施加到适当的材料的数量以含超吸收剂的复合材料的重量计可以是不小于1％直到不大于99％；尽管缔合剂和交联试剂的近似百分比可根据，尤其是含超吸收剂的复合材料的通用设计和希望用途变化。
适用于本发明的缔合剂和交联试剂的混合物典型地通过液体或半液体的形成而制备，该液体或半液体通常能够被均匀地雾化。特别地，可以制备包括在此确定的至少一种缔合剂和至少一种交联试剂的溶液、分散体或乳液。尽管可以将混合物施加为细雾化的液滴，但也可以将它由任何其它方法如通过采用液体或半液体形式喷射，以蒸汽形式喷射和吹制等施加到选择的材料。
特定缔合剂的选择可以由本领域技术人员进行和典型地依赖于与彼此保持缔合的材料的化学组成。所需地，缔合剂适用于涉及人类接触的应用。因此，缔合剂应当是对人类无毒的和无刺激的。几种类型的缔合剂能够用于本发明。适用于本发明各种变型的说明性缔合剂包括，例如水；挥发性有机溶剂如醇；成膜材料如奶粉、乳糖、溶解性大豆蛋白和酪蛋白的水溶液；合成粘合剂如聚乙烯醇；及其混合物。水在缔合剂中的存在在预处置超吸收剂材料至润湿是特别有效的。
当单独(即不作为混合物)施加时，本领域技术人员容易认识到缔合剂典型地通过形成液体或半液体而制备，其中该液体或半液体能够通常均匀地雾化。特别地，可以制备包括在此确定的至少一种缔合剂的溶液、分散体或乳液。尽管可以将缔合剂施加为细雾化的液滴，但也可以将它由任何其它方法如通过采用液体或半液体形式喷射，以蒸汽形式喷射和吹制等施加到选择的材料。
当与超吸收剂材料结合使用时，短语“交联的”、“交联”等表示有效地使正常水溶性材料变得基本不溶于水但可溶胀的任何措施。这样的措施可包括，例如物理缠结，结晶域，共价键，离子配合物和缔合物，亲水性缔合如氢键合，和疏水性缔合物或范德华力。当与涂料材料结合使用时，短语“硬化”、“交联的”、“交联”等表示使涂料材料更耐压缩的措施。典型地，硬化来自于在涂料材料表面上的各部分之间的物理和/或化学键的产生。不难发现适于表面交联超吸收剂的交联试剂也可交联或硬化涂料材料，对含超吸收剂的复合材料提供进一步的增强。
适用于本发明的交联试剂所需地是水溶性的和包括，但不限于乙二醇二缩水甘油醚、乙酸铝、硫酸铝、甘油、碳酸乙二醇酯、季胺、多元醇、缩水甘油基化合物、碳酸亚烷基酯、甲硅烷基酯、四甲氧基硅烷、及其混合物。
本领域技术人员容易认识到将交联试剂采用有效量施加到适当的材料。即交联试剂存在的数量足以向至少一部分希望的表面提供所需的交联程度。当然，交联试剂的精确数量依赖于采用的特定交联试剂。通常，交联试剂存在的数量典型地不小于0.001％；或者不小于0.01％；或者不小于0.1％；或者不小于0.5％；或者不小于1％；或者不小于2％；或者不小于3％；或者不小于4％；或者不小于5％；或者不小于6％；或者不小于7％；或者不小于8％；和最终，或者不小于9％，基于含超吸收剂的复合材料的总重量。此外，交联试剂存在的数量典型地不大于10％；或者不大于9％；或者不大于8％；或者不大于7％；或者不大于6％；或者不大于5％；或者不大于4％；或者不大于3％；或者不大于2％；或者不大于1％；或者不大于0.1％；和最终，或者不大于0.01％，基于含超吸收剂的复合材料的总重量。因此，交联试剂可以存在的数量不小于0.001％直到不大于10％，基于含超吸收剂的复合材料的总重量；尽管交联试剂的近似重量百分比可尤其根据含超吸收剂的复合材料的通用设计和希望用途变化。本领域技术人员容易理解施加的交联试剂数量将影响发生的交联程度或密度。这样以来，更少数量的交联试剂通常导致较少的交联，而相对更大数量的交联试剂导致更多的交联。
施加的交联试剂数量依赖于各种因素。例如，当铝阳离子是交联试剂时，如果将铝阳离子以氯化铝的形式提供，那么与如果将铝阳离子以硫酸铝水合物的形式提供相比，可以使用更低重量数量的氯化铝。这是因为硫酸铝的分子量大于氯化铝的分子量。为提供用于交联的同等数量铝离子，更大重量的硫酸铝是必须的(与氯化铝相比)。本领域技术人员可容易地由试验确定用于表面交联给定材料的给定交联试剂的最优数量。
当单独(即不作为混合物)施加时，本领域技术人员也容易认识到交联试剂可以通过形成液体或半液体而制备，其中该液体或半液体通常能够均匀地雾化。特别地，可以制备包括在此确定的至少一种交联试剂的溶液、分散体或乳液。尽管可以将交联剂施加为细雾化的液滴，但也可以将它由任何其它方法如通过采用液体或半液体形式喷射，以蒸汽形式喷射和吹制等施加到选择的材料。
在过去，将涂料材料和超吸收剂材料单独交联以获得这些益处，然后送到一起以形成吸收复合材料。然而，现在已经发现这可以在单一步骤中进行。这导致工艺复杂性的显著降低，以及制造成本的降低。此外，涂料材料现在粘合到超吸收剂的表面，增加含超吸收剂的复合材料的整体性。
在此使用的短语″吸收制品″表示吸收和包含身体流体的用具，和更具体地，表示倚靠或靠近皮肤放置以吸收和包含从身体排出的各种流体的用具。术语″一次性″在此用于描述不希望在使用一次之后洗涤或另外恢复或再用作吸收制品的吸收制品。这样的一次性吸收制品的例子包括，但不限于包括造口术产品外科被单、睡衣和消毒外套的健康护理相关产品；个人护理吸收产品如女性卫生产品、尿布、训练裤、失禁产品等；以及擦身体棉纸和面巾纸。
一次性吸收制品，例如许多个人护理吸收产品典型地包括流体渗透性顶片，连接到顶片的液体不透过性背片和布置在顶片和背片之间的吸收芯。一次性吸收制品及其组件，包括顶片，背片和吸收芯和这些组件的任何单个层，通常具有面对身体的表面和面对衣服的表面。当穿用一次性吸收制品时，在此使用的″面对身体的表面″表示朝向穿用者身体穿用或邻近穿用者身体放置的制品或组件的表面，而″面对衣服的表面″是在相对一侧上和希望朝向穿用者内衣穿用或邻近穿用者内衣放置。
根据本发明一种方法制备的含超吸收剂的复合材料适用于各种一次性吸收制品。通常，含超吸收剂的复合材料可以采用与其它吸收复合材料相似的方式进行使用例如，用于层压材料，用于相对高密度的芯(即压紧芯、压延芯、致密化芯等)，或用于相对低密度芯(即不压紧的，例如气流铺置芯)。
含超吸收剂的复合材料可以采用与流化床涂覆方法相似的方式制备。在这样方法的一个变型中，将涂料材料的至少一个粒子悬浮在流化床涂覆设备中，该设备产生通常处于接近室温的入口温度的流化气体通常为空气的强烈向上涌流或物流。流化气体的强烈向上涌流或物流向上移动涂料材料直到涂料材料通过向上流并在与流化气体向上流逆流的流化条件下向下移动。涂料材料可再进入流化气体的向上移动流。在向上移动流中期间，涂料材料通过一个区域，在该区域中将缔合剂和交联试剂施加到涂料材料。在将缔合剂和交联试剂施加到涂料材料之后，将超吸收剂材料的至少一个粒子引入设备。流化气体通常为空气的强烈向上涌流或物流，任选地在升高的入口温度(即典型地大于室温的温度)下，向上移动涂料材料和超吸收剂材料直到涂料材料和超吸收剂材料通过向上流并在与流化气体向上流逆流的流化条件下向下通过。涂料材料和超吸收剂材料可再进入流化气体的向上移动流直到形成含超吸收剂的复合材料。典型地在施加缔合剂和交联试剂之后涂料材料与超吸收剂材料缔合以形成含超吸收剂的复合材料。这样形成的含超吸收剂的复合材料包括至少由涂料材料至少一个粒子的至少第一层覆盖的超吸收剂材料的至少一个粒子。第一层的涂料材料与超吸收剂材料的表面缔合并覆盖超吸收剂材料的表面。
含超吸收剂的复合材料也可以由在此所述方法的另一个变型制备。在此变型中，将涂料材料的至少一个粒子和超吸收剂材料的至少一个粒子悬浮在流化床涂覆设备中，该设备产生通常处于接近室温的入口温度的流化气体通常为空气的强烈向上涌流或物流。流化气体的强烈向上涌流或物流向上移动涂料材料和超吸收剂材料两者直到涂料材料和超吸收剂材料移出向上流并在与流化气体向上流逆流的流化条件下向下移动。涂料材料和超吸收剂材料可再进入流化气体的向上移动流。在向上移动流中期间，涂料材料和超吸收剂材料通过一个区域，在该区域中将缔合剂和交联试剂施加到涂料材料和超吸收剂材料两者。在施加缔合剂和交联试剂之后，流化气体通常为空气的强烈向上移动流，任选地在升高的入口温度下，向上移动涂料材料和超吸收剂材料直到涂料材料和超吸收剂材料移出向上流并在与流化气体向上流逆流的流化条件下向下移动。涂料材料和超吸收剂材料可再进入流化气体的向上移动流直到形成含超吸收剂的复合材料。典型地在施加缔合剂和交联试剂之后涂料材料与超吸收剂材料缔合以形成含超吸收剂的复合材料。这样形成的含超吸收剂的复合材料包括至少由涂料材料至少一个粒子的至少第一层覆盖的超吸收剂材料的至少一个粒子。第一层的涂料材料与超吸收剂材料的表面缔合并覆盖超吸收剂材料的表面。
典型地，与图1中说明的设备相似的流化床涂覆设备可用于形成含超吸收剂的复合材料。参考图1，通常垂直安装，通常为圆筒形的腔(221)在腔近端(222)开放和在腔远端(223)关闭。腔(221)任选地具有直径小于该腔直径的内腔(224)。内腔(224)在内腔近端(225)和内腔远端(226)两处都是开放的。腔近端(222)装备含有多孔区域(228)的板(227)，该多孔区域(228)通常匹配内腔(224)的直径。内腔(224)布置在板(227)以上一定距离并通常沿腔(221)的垂直轴对准。通过多孔区域(228)提供典型地在接近室温的温度下的流化气体的向上涌流或物流(229)，如从阀门(230)从压缩气体源(231)，所述流动气体通常为空气。通过内腔近端(225)进入和通过内腔远端(226)离开，流化气体的向上移动流(229)通常如此流过内腔(224)。如在本发明方法的一个先前提及的变型中所述，将涂料材料的至少一个粒子(233)引入腔(221)。调节流化气体的向上移动流(229)以向涂料材料(233)提供流体状流动。气体的向上移动流(229)向上移动涂料材料(233)直到涂料材料移出向上流并在与流化气体向上移动流逆流的流化条件中向下移动。涂料材料(233)可再进入流化气体的向上移动流(229)。在向上移动流中期间，涂料材料通过一个区域，在该区域中在此变型中，将混合物(235)(它包括缔合剂和交联试剂)施加到涂料材料(233)。此区域通常位于喷射机构(234)附近，该喷射机构靠近板(227)的中心布置。在将混合物(235)施加到涂料材料(233)之后，将超吸收剂材料(232)的至少一个粒子引入腔(221)。如果需要，调节气体的向上移动流(229)以向超吸收剂材料(232)和涂料材料(233)提供流体状流动。在引入超吸收剂材料(232)之后，任选地提高流化气体向上移动流(229)的入口温度到超过室温的温度。通常允许超吸收剂材料(232)和涂料材料(233)在腔(221)中持续循环流动直到涂料材料与超吸收剂材料缔合以形成含超吸收剂的复合材料。然后将含超吸收剂的复合材料从腔(221)回收或除去。这样形成的含超吸收剂的复合材料包括由涂料材料的至少一个粒子的至少第一层覆盖的超吸收剂材料的至少一个粒子。第一层的涂料材料与超吸收剂材料的表面缔合并覆盖超吸收剂材料的表面。
在必须加热含超吸收剂的复合材料以进行交联的情况下，含超吸收剂的复合材料可保留在设备中和在升高的温度下经受流化气体的强烈向上涌流或物流以在含超吸收剂的复合材料的至少一部分表面上进行交联。任何这样的热处理的温度所需地不小于25℃；或者不小于30℃；或者不小于40℃；或者不小于50℃；或者不小于60℃；或者不小于70℃；或者不小于80℃；或者，不小于90℃；或者不小于100℃；或者不小于125℃；或者不小于150℃；或者不小于175℃；或者不小于200℃；或者不小于225℃；或者不小于250℃；或者不小于275℃；或者不小于300℃；或者不小于325℃；或者不小于350℃；和最终，或者，不小于375℃。此外，任何这样的热处理的温度所需地不大于400℃；或者不大于375℃；或者；不大于350℃；或者不大于330℃；或者不大于325℃；或者不大于300℃；或者不大于275℃；或者不大于250℃；或者不大于225℃；或者不大于200℃；或者不大于175℃；或者不大于150℃；或者不大于125℃；或者不大于100℃；或者不大于90℃；或者不大于80℃；或者不大于70℃；或者不大于60℃；或者不大于50℃；或者不大于40℃；和最终，或者，不大于30℃。因此，任何这样的热处理所需地为不小于25℃直到不大于400℃；尽管任何这样的热处理的近似温度可尤其根据含超吸收剂的复合材料的通用设计和希望用途变化。然而，应当注意到任何这样的热处理的温度应当不超过引起含超吸收剂的复合材料或含超吸收剂的复合材料中包括的任何材料(例如，任何涂料的纤维素部分典型地在约230℃下分解)分解的温度。本领域技术人员容易认识到，考虑交联试剂的反应性来选择热处理的时间和温度以得到所需的最终用途性能。尽管在此描述方法的变型为在设备中热处理含超吸收剂的复合材料，但为进行交联而进行的含超吸收剂的复合材料的热处理可以在设备中或在设备以外根据本领域技术人员已知的一些其它合适热处理工艺的任一种完成。本领域技术人员也将认识到可以在没有任何这样的热处理的情况下进行交联。
本发明的流化床涂覆方法在它对与涂料材料紧密缔合的超吸收剂材料的影响方面是相对温和的并因此与其它方法相比较少损害超吸收剂材料的微结构。尽管以根据流化床涂覆方法形成进行讨论，但是也可以使用各种其它方法形成含超吸收剂的复合材料，所述其它方法包括例如在其对超吸收剂材料的影响方面相对温和的V-壳共混机或其它设备。
尽管很多设备都可用于形成在此所述的含超吸收剂的复合材料，但据信流化床涂覆设备可以是最优设备。这是由于流化床涂覆设备允许对温度的相对精确控制。特别地，流化床涂覆设备可以在相对高温下运行相对短的时间，因此最小化含超吸收剂的复合材料或包含在含超吸收剂的复合材料中的任何材料分解的可能性。当需要相对高的温度以在含超吸收剂的复合材料的至少一部分表面上进行所需水平地交联时，这是特别有益的。
依赖于含超吸收剂的复合材料的希望用途，可能需要增加一个或多个额外的涂料材料层到含超吸收剂的复合材料。通常以与涂料材料的第一层相同的方式根据至少一种在此所述的工艺实施方案增加涂料材料的任何额外层。
基于在含超吸收剂的复合材料中的超吸收剂材料和涂料材料的总重量，希望根据本发明制备的含超吸收剂的复合材料的超吸收剂材料对涂料材料的重量比为约45∶55-约95∶5；或者，约60∶40-约80∶20；和最终，或者，约65∶35-约70∶30。
实施例如下实施例描述本发明的各个变型。通过考虑在此公开的本发明的说明书或实践，在本发明权利要求范围内的其它变型对本领域技术人员是显而易见的。说明书以及实施例仅仅是示例性的，本发明的范围和精神由实施例以后的权利要求限定。
用于每个如下实施例的超吸收剂是均质(即均匀)交联的聚丙烯酸酯超吸收剂材料。合适的材料是ST-10，购自The Dow Chemical Co.，Midland，Michigan的超吸收剂材料。每个如下实施例的含超吸收剂的复合材料都在流化床中在The Coating Place，Verona，Wisconsin制备。初始流化和涂覆在14-23℃的温度下进行。在流化的同时进一步热处理一些实施例以进行超吸收剂的交联。
实施例1用于此实施例的涂料材料是EXCEL 110，购自FunctionalFoods，Elizabethtown，New Jersey的食品级α-纤维素粉末。使用的组合缔合剂/表面交联试剂是从购自Sigma-Aldrich，St.Louis，Missouri的硫酸铝水合物，98％(Al2(SO4)3*xH2O制备的1wt％硫酸铝水溶液，其中x＝14-18。将大约286g超吸收剂材料和大约143g涂料材料加入流化床涂覆设备。在流化涂料材料和超吸收剂的同时，将大约77g1wt％的硫酸铝水溶液加入工艺中。流化继续大约5分钟并收集含超吸收剂的复合材料。流化和涂覆在17-22℃的温度下进行。
实施例2用于此实施例的涂料材料是EXCEL 110，购自FunctionalFoods，Elizabethtown，New Jersey的食品级α-纤维素粉末。使用的组合缔合剂/表面交联试剂是从购自Sigma-Aldrich，St.Louis，Missouri的硫酸铝水合物，98％(Al2(SO4)3*xH2O制备的1wt％硫酸铝水溶液，其中x＝14-18。将大约143g涂料材料加入流化床涂覆设备。在流化涂料材料的同时，将大约77g 1wt％的硫酸铝水溶液加入工艺中。在加入硫酸铝溶液之后，将大约286g超吸收剂材料加入工艺中。流化继续大约5分钟并收集含超吸收剂的复合材料。流化和涂覆在16-22℃的温度下进行。
实施例3用于此实施例的涂料材料是Zeofree 5175B，购自J.M.Huber，Havre de Grace，Maryland的粒状，沉淀二氧化硅。使用的组合缔合剂/表面交联试剂是从购自Sigma-Aldrich，St.Louis，Missouri的硫酸铝水合物，98％(Al2(SO4)3*xH2O制备的1wt％硫酸铝水溶液，其中x＝14-18。将大约500g超吸收剂材料和大约75g涂料材料加入流化床涂覆设备。在流化涂料材料和超吸收剂的同时，将大约134g 1wt％的硫酸铝水溶液加入工艺中。流化继续大约5分钟并收集含超吸收剂的复合材料。流化和涂覆在16-22℃的温度下进行。
实施例4用于此实施例的涂料材料是Zeofree 5175B，购自J.M.Huber，Havre de Grace，Maryland的粒状，沉淀二氧化硅。使用的组合缔合剂/表面交联试剂是从购自Sigma-Aldrich，St.Louis，Missouri的硫酸铝水合物，98％(Al2(SO4)3*xH2O制备的1wt％硫酸铝水溶液，其中x＝14-18。将大约75g涂料材料加入流化床涂覆设备。在流化涂料材料的同时，将大约134g 1wt％的硫酸铝水溶液加入工艺中。在加入硫酸铝溶液之后，将大约500g超吸收剂材料加入工艺中。流化持续大约5分钟并收集含超吸收剂的复合材料。流化和涂覆在14-23℃的温度下进行。
实施例5用于此实施例的涂料材料是EXCEL 110，购自FunctionalFoods，Elizabethtown，New Jersey的食品级α-纤维素粉末。使用的组合缔合剂/表面交联试剂是从购自Hercules，Inc.，Wilmington，Delaware的Kymene 557LX制备的4wt％Kymene水溶液。将大约286g超吸收剂材料和大约143g涂料材料加入流化床涂覆设备。在流化涂料材料和超吸收剂的同时，将大约74g 4％的Kymene水溶液加入工艺中。流化继续大约5分钟并收集含超吸收剂的复合材料。流化和涂覆在16-23℃的温度下进行。然后将流化床设备加热到约150℃。将先前在此实施例中制备的含超吸收剂的复合材料再引入该流化床涂覆设备中并加热约7分钟。当出口空气温度是大约99℃时，认为运行完全，收集含超吸收剂的复合材料。
实施例6用于此实施例的涂料材料是EXCEL 110，购自FunctionalFoods，Elizabethtown，New Jersey的食品级α-纤维素粉末。使用的组合缔合剂/表面交联试剂是从购自Hercules，Inc.，Wilmington，Delaware的Kymene 557LX制备的4wt％Kymene水溶液。将大约143g涂料材料加入流化床涂覆设备。在流化涂料材料的同时，将大约74g 4wt％的Kymene水溶液加入工艺中。在加入Kymene溶液之后，将大约286g超吸收剂材料加入工艺中。流化继续大约5分钟并收集含超吸收剂的复合材料。流化和涂覆在16-22℃的温度下进行。然后将流化床设备加热到约150℃。将先前在此实施例中制备的含超吸收剂的复合材料再引入该流化床涂覆设备中并加热约3分钟。当出口空气温度是大约113℃时，认为运行完全，收集含超吸收剂的复合材料。
实施例7用于此实施例的涂料材料是EXCEL 110，购自FunctionalFoods，Elizabethtown，New Jersey的食品级α-纤维素粉末。使用的组合缔合剂/表面交联试剂是从购自Acros Organics，Fairlawn，NewJersey的碳酸乙二醇酯制备的4wt％碳酸乙二醇酯溶液。将大约286g超吸收剂材料和大约143g涂料材料加入流化床涂覆设备。在流化涂料材料和超吸收剂的同时，将大约74g 4wt％的碳酸乙二醇酯溶液加入工艺中。流化继续大约5分钟并收集含超吸收剂的复合材料。流化和涂覆在17-22℃的温度下进行。然后将流化床设备加热到约150℃。将先前在此实施例中制备的含超吸收剂的复合材料再引入该流化床涂覆设备中并加热约6.6分钟。当出口空气温度是大约101℃时，认为运行完全，收集含超吸收剂的复合材料。
实施例8用于此实施例的涂料材料是EXCEL 110，购自FunctionalFoods，Elizabethtown，New Jersey的食品级α-纤维素粉末。使用的组合缔合剂/表面交联试剂是从购自Acros Organics，Fairlawn，NewJersey的碳酸乙二醇酯制备的4wt％碳酸乙二醇酯溶液。将大约143g涂料材料加入流化床涂覆设备。在流化涂料材料的同时，将大约74g 4wt％的碳酸乙二醇酯溶液加入工艺中。在加入碳酸乙二醇酯溶液之后，将大约286g超吸收剂材料加入工艺中。流化继续大约5分钟并收集含超吸收剂的复合材料。流化和涂覆在16-22℃的温度下进行。然后将流化床设备加热到约150℃。将先前在此实施例中制备的含超吸收剂的复合材料再引入该流化床涂覆设备中并加热约3分钟。当出口空气温度是大约107℃时，认为运行完全，收集含超吸收剂的复合材料。
实施例9用于此实施例的涂料材料是Zeofree 5175B，购自J.M.Huber，Havre de Grace，Maryland的粒状，沉淀二氧化硅。使用的组合缔合剂/表面交联试剂是从购自Humco Holding Group，Inc.，Texarkana，Texas的Glycerin USP制备的5wt％甘油溶液。将大约65g涂料材料加入流化床涂覆设备。在流化涂料材料的同时，将大约34g 5wt％的甘油溶液加入工艺中。在加入甘油溶液之后，将大约260g超吸收剂材料加入工艺中。流化继续大约5分钟并收集含超吸收剂的复合材料。流化和涂覆在14-23℃的温度下进行。(注意不加热交联此实施例的材料；然而，相信可以加热它们以交联。)考虑到以上情况，将发现可实现本发明的几个优点并得到其它有利的结果。
由于可以在上述方法中进行各种变化而不背离本发明的范围，所以以上说明书中包含和附图中显示的所有内容应当解释为说明性的，不具有限制性的意义。
权利要求
1.表面交联的含超吸收剂的复合材料的制备方法，所述方法包括(a)将至少一种涂料材料的至少一个粒子引入流动气体流，该流动气体流移动涂料材料通过一个区域，在该区域中将缔合剂和交联试剂施加到涂料材料；(b)将至少一种超吸收剂材料的至少一个粒子引入所述流动气体流；和(c)保持所述流动气体流直到超吸收剂材料被所述涂料材料的至少第一层覆盖。
2.根据权利要求1的方法制备的表面交联的含超吸收剂的复合材料。
3.权利要求1的方法，其中所述流动气体流包括空气。
4.权利要求3的方法，进一步包括(d)加热所述流动气体流到足以在含超吸收剂的复合材料的至少一部分表面上进行交联的升高的温度。
5.权利要求1的方法，其中所述涂料材料包括亲水性材料。
6.权利要求5的方法，其中所述涂料材料包括纤维素材料。
7.权利要求5的方法，进一步包括(d)加热所述流动气体流到足以在含超吸收剂的复合材料的至少一部分表面上进行交联的升高的温度。
8.根据权利要求4的方法制备的表面交联的含超吸收剂的复合材料。
9.权利要求1的方法，其中所述涂料材料包括硅酸盐。
10.权利要求9的方法，进一步包括(d)加热所述流动气体流到足以在含超吸收剂的复合材料的至少一部分表面上进行交联的升高的温度。
11.根据权利要求10的方法制备的表面交联的含超吸收剂的复合材料。
12.表面交联的含超吸收剂的复合材料的制备方法，所述方法包括(a)将至少一种涂料材料的至少一个粒子引入流动气体流；(b)将至少一种超吸收剂材料的至少一个粒子引入流动气体流，所述流动气体流移动超吸收剂材料和涂料材料通过一个区域，在该区域中将缔合剂和交联试剂施加到超吸收剂材料和涂料材料；和(c)保持流动气体流直到超吸收剂材料被涂料材料的至少第一层覆盖。
13.根据权利要求12的方法制备的表面交联的含超吸收剂的复合材料。
14.权利要求12的方法，其中所述流动气体流包括空气。
15.权利要求14的方法，进一步包括(d)加热所述流动气体流到足以在含超吸收剂的复合材料的至少一部分表面上进行交联的升高的温度。
16.权利要求12的方法，其中所述涂料材料包括亲水性材料。
17.权利要求16的方法，其中所述涂料材料包括纤维素材料。
18.权利要求16的方法，进一步包括(d)加热所述流动气体流到足以在含超吸收剂的复合材料的至少一部分表面上进行交联的升高的温度。
19.根据权利要求15的方法制备的表面交联的含超吸收剂的复合材料。
20.权利要求12的方法，其中所述涂料材料包括硅酸盐。
21.权利要求20的方法，进一步包括(d)加热所述流动气体流到足以在含超吸收剂的复合材料的至少一部分表面上进行交联的升高的温度。
22.根据权利要求21的方法制备的表面交联的含超吸收剂的复合材料。
全文摘要
表面交联的含超吸收剂的复合材料。更特别地，处理包含超吸收剂材料粒子的复合材料表面的方法。
文档编号A61L15/60GK1889981SQ200480036655
公开日2007年1月3日 申请日期2004年8月30日 优先权日2003年12月10日
发明者W·G·里弗斯, S·K·梅利乌斯 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司