可生物降解的高性能吸收性聚合物及其方法与流程

背景技术：

1、本公开内容一般地涉及可生物降解的高性能吸收剂的组合物及其制造方法和用途。

技术实现思路

1、本发明尤其涉及高性能吸收性聚合物，例如如本文所述的各种pga聚合物。在一些实施方案中，本公开提供了一系列基于生物的、可生物降解的、基于γ-聚谷氨酸(γ-pga)的交联聚合物，其具有特性例如自由溶胀能力、离心保留容量、负荷下吸收率、盐水流动传导率和/或适用于各种应用(例如卫生应用(例如尿布、卫生棉条等))的其他特性；以及作为用于医疗、结构、土木工程、建筑、食品、农业等的液体吸收剂。

2、相对其自身的质量，高性能吸收性聚合物(也可以称为超吸收性聚合物(sap))可以吸收并保留大量的液体(例如水、水溶液)。例如，婴儿尿布、成人失禁产品和女性卫生产品中的应用占sap的最多最终用途中的一些。传统上，这些应用中使用的sap由部分中和的聚(丙烯酸)[paa]和/或聚(丙烯酰胺)[pam]链制成，其使用各种不同的交联剂进行交联。尽管其用途广泛，但基于这些交联聚合物的sap存在许多问题，包括但不限于[1]围绕基于石油的聚合物的生产过程的可持续性问题(例如，由于其高含量的化石来源碳而导致温室气体排放；需要数十万年才能自然形成，而仅需要短时间消耗)；[2]由来自基于paa的sap产品的丙烯酰胺引起的毒性问题；[3]sap缺乏可生物降解性导致这些产品的报废特性差，从而导致需要通过焚烧或填埋进行处置。这些问题的规模是巨大的：仅在美国的消耗量就相当于每年约300亿一次性尿布。

3、这些问题导致该行业转向基于化石的sap的某些基于生物和/或可生物降解的替代品。感兴趣的sap的特定特性，特别是对于卫生应用，包括盐水吸收率(也称为自由溶胀能力)、离心保留容量(crc)、负荷下吸收率(aul)、凝胶流动渗透性(gfp)和涡旋速度(测量吸收速率)。然而，在本发明之前开发的基于生物和/或可生物降解的替代品，例如基于纤维素和/或基于淀粉的聚合物，在工业用途中通常存在多种缺点：例如，许多尚未以工业规模制造，许多报告的工艺可能非常高(例如，与高水平的碳二亚胺和/或n-羟基琥珀酸酰亚胺交联的pga、γ-辐射等)，某些和/或许多(例如基于淀粉的材料)表现出关于功能和/或性能的重大问题，包括较差的液体保留(crc)、不足的负荷下吸收率(aul)、不希望的颜色和气味、和/或当液体过饱和时渗出“粘液”。例如，当与基于paa的sap相比时，以前商业化的基于淀粉的sap(lysorb-220，aul＝6g/g以及crc＝17g/g)显示出差的aul和crc。

4、某些商业化、基于化石燃料的sap的特性在下表1中进行了描述。

5、表1.某些基于化石燃料的sap的非织造标准方案(nwsp)特性

6、

7、*1nwsp 241.3；*2nwsp 242.3；*3涡旋；*4在0.3psi下使用0.9重量％生理盐水测量

8、尤其地，本公开包括对这些挑战的认识，并提供解决这样的挑战的聚合物组合物及其产品。例如，在一些实施方案中，本公开提供了与商业制造和使用的sap(例如用于卫生产品如尿布的paa/pam聚合物)相比具有相当特性的pga聚合物。在一些实施方案中，提供的pga聚合物是交联的，并且具有用于工业用途，特别地用于卫生产品的合适特性，例如可生物降解性、分子量、自由溶胀能力、sfc(溶胀聚合物让液体流动通过的能力)、强度、aul、crc、吸收率和/或gfp。在一些实施方案中，本公开提供了用于制造这样的pga聚合物从的技术。尤其地，提供的制造技术使用低成本和/或低水平的材料(例如，交联剂)和/或不需要高成本设施(例如，用于γ辐射的那些)，与许多制备现有聚合物的现有技术相比，可以以低成本提供聚合物制剂。在一些实施方案中，本公开提供包含所提供的pga聚合物的制造的产品/制品(例如，卫生产品如尿布)。

1.一种聚谷氨酸(pga)组合物，其中所述组合物包含多个pga分子，所述多个pga分子各自独立地以其酸、盐、酯或酰胺形式存在，其中所述多个pga分子各自独立地具有约0.001mm或更大的分子量。

2.一种聚谷氨酸(pga)组合物，其中所述组合物包含多个pga分子，所述多个pga分子各自独立地包含独立于以下结构的一个或更多个单元：

3.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述pga的分散度(mw/mn)为约1.1至10。

4.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述pga的mp为约20万da至200万da。

5.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述pga的mn为约2万da至200万da。

6.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述pga的mw为约40万da至500万da。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的组合物，其中所述组合物的分子量通过尺寸排阻色谱法测量。

8.根据权利要求3至6中任一项所述的组合物，其中所述组合物的分子量根据程序b使用ri检测测量。

9.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述组合物按重量计包含相当部分(例如，约30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％等或更多)分子量大于0.02mm、0.7m或1m的pga分子。

10.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述组合物按摩尔比计包含相当部分(例如，约30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％等或更多)分子量大于0.02mm、0.7m或1m的pga分子。

11.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述组合物是交联的。

12.根据权利要求11所述的组合物，其中交联剂是山梨糖醇聚缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚或新戊基二缩水甘油醚。

13.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中交联剂的重量百分比(重量％)为约0.01％至10％。

14.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含表面交联的pga颗粒。

15.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中通过使用盐水的涡旋测试方法测量的吸收时间小于90秒。

16.根据权利要求1或2所述的组合物，其中负荷下吸收率(aul)在0.3psi下使用盐水为约12g/g或更大。

17.根据权利要求1或2所述的组合物，其中负荷下吸收率(aul)在0.7psi下使用盐水为约10g/g或更大。

18.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述组合物的crc使用盐水为15g/g至50g/g。

19.根据权利要求1或2所述的组合物，其中使用盐水使用涡旋测试测量的吸收速度为30秒至60秒。

20.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述组合物的盐水吸收率为20g/g至50g/g。

21.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述组合物具有可生物降解性。

22.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中当通过oecd301-b测量时，不少于约60％的聚合物在28天内降解。

23.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述组合物的盐水流动传导率为约15×10-7cm3秒g-1。

24.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述组合物的约80重量％至95重量％为尺寸为约150微米至约600微米的颗粒。

25.一种用于制备根据前述权利要求中任一项所述的pga组合物的方法，包括使多个谷氨酸单元聚合以提供根据前述权利要求中任一项所述的组合物。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述pga由微生物制备。

27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述pga组合物由可再生原料制备。

28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括使pga聚合物交联。

29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括使所述pga组合物与交联剂组合物接触。

30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中交联剂组合物为或者包含二缩水甘油醚、三缩水甘油醚、含有3个或更多个环氧基的聚缩水甘油醚、或其组合。

31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括使所述pga组合物与约0.01重量％至10重量％的交联剂接触。

32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括用辐射使pga聚合物交联。

33.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述组合物制成特定颗粒尺寸。

34.一种制品，包括根据前述权利要求中任一项所述的组合物。

35.根据权利要求34所述的制品，其中所述制品为或者包括尿布。

36.根据权利要求34所述的制品，其中所述制品为或者包括失禁垫或卫生巾。

37.根据权利要求34所述的制品，其中所述制品为或者包括创面覆盖物。

38.一种方法，包括：

39.根据权利要求38所述的方法，其中所述液体为或者包含体液。

40.根据权利要求38所述的方法，其中所述液体为或者包含血液。

41.根据权利要求38所述的方法，其中所述液体为或者包含尿。

42.根据说明书中描述或者根据实施方案1至162中任一项所述的组合物、制剂、方法、用途或制品。