专利名称：渗透吸收剂的制作方法
大多数天然的和合成的纤维具有有限的贮存液体的能力。然而，如果一种纤维以有效方式贮存液体时，在经受任何应力下纤维不释放该液体，这类材料将在要求液体吸收的场合找到广泛的各种用途。例如具有吸收性能的纤维是被用作一次性(易处理)的吸收产品。这些产品包括手巾、女性卫生用品、医院的一次性用品、外科敷料以及工业用擦布，这些易处理吸收产品的最大市场是婴儿的尿布。近来，一次性(易处理)手巾类有用木质蓬松物作为吸收剂的，也有用超吸收的聚合物凝胶和木质蓬松物的组合物。
木质蓬松物由一束木质纤维所组成，其中单根纤维具有横截面尺寸为自约20至100微米，通常呈长而薄的带状。单根纤维的密度在约0.9至1.1克/立方厘米之间。然而，木质蓬松物在用作手巾中吸收垫时较佳地具有0.08克/立方厘米的堆积密度。在密度上的这种不同，形成单根纤维之间的大的空隙容积，在此空隙容积中贮存吸收的液体。然而，由于这种液体是通过纤维外表面上的毛细力被保持，它通过应力可以容易地被除去。已有报导，在1000克应力下，木质蓬松物的容积可以从约10克/克下降至1克/克。因此，显而易见，手巾用木质蓬松物作为吸收剂，可能流失液体内容，并由此引起各种各样的问题。
在本权利要求所描述的渗透吸收剂是一种膨胀的膜系统，它把水包封在膜壳中。此容积膨胀是本发明的一个重要方面，由于这个机理，便得到较大的吸收容量。与静态的非膨胀的结构例如木质蓬松物对比，由渗透压引起的容积膨胀产生吸收空间高达2100%(重量)或更大，业已用这些渗透吸收剂时观察到。
在手巾中应用的超吸收聚合物凝胶(AGM′S)是具有小的交联百分数的高分子量阴离子聚合物，控制AGM′S中的交联密度导致形成水不溶性颗粒和容积膨胀的溶胀度。美国专利4，703，067描述了通过无需外部加热的聚合法制备一种固体的吸收水的、交联的聚丙烯酸树脂的工艺。美国专利号4，677，174描述了通过各种单体的液相聚合法制备的吸收水的、交联的丙烯酸树脂共聚物。以上二种情况都没有结合这些渗透吸收剂作膜结构。本发明的渗透吸收剂包括了AGM′S在用于容积膨胀系统中的优点方面。
AGM′S典型地作为木质蓬松物基质支持的颗粒被分散在手巾芯内。木质纤维似薄带的性质有助于在手巾芯中液体的拦截和分布，而AGM的作用犹如不可逆贮存的载体。因此，本发明的另一个优点是改进了的不可逆液体的贮存。
这些渗透吸收剂包含膜成分。这样使液体吸收入壳体成为扩散控制的过程，其中分子扩散通过渗透的梯度通道。由于不需要和不必导入外部的压力和作用力，流率将显著地低于在传统的反渗透(RO)膜操作中所实现的。在某些方面，即在低的或非原在施加的压力降时，本发明的渗透吸收剂包括渗析过程。渗析业已定义为其中基本效应是当液体状况的重要差异是它们的溶质的化学势时，溶质通过薄膜从一种液体至另一种液体转移的任何过程。传统的渗析膜，例如用于血液透析的那些膜，具有分子量为1000或更多的原子质量单位的界限。渗透压是与分子数相关的现象;因此，源自渗透压差的高流率需要大的分子数单位对单位容积之比。因此，这些渗透吸收剂的促进成分是现有重量又有体积效果的是在500原子质量单位以下的低分子量物质。与渗析相反，这些渗透吸收剂用具有RO或超(过)滤性能的膜成分。
以下对本发明作更为详细的说明，业已发现渗透吸收剂可以制备成将能吸收许多倍于它的重量的液体，被吸收的液体的量大于前面讨论的吸收剂所吸收的量。
如前所述，一次性吸收材料或产品将在商业领域中找到广泛的各种用途。以前，这些吸收剂产品通常由组合物所组成，如木质蓬松物或聚合物凝胶和木质蓬松物的结合物。这些产品的液体保持性能组成了该物品的重要特性，术语“液体保持”包括液体的量和保持的可逆性。以下将作更详细的说明，现已揭示，将具有吸收和保持液体能力超过吸收剂重量2100%的渗透吸收剂是可以被制得的。
为此，提供一种吸收剂是本发明的一个目的。
提供具有在数量上超过吸收剂重量的不可逆地吸收液体能力的渗透吸收剂是本发明的另一个目的。
在另一方面，本发明的一个实施例子体现于一种渗透吸收剂中，它包括其中含有高渗透性促进剂的包封的半渗透聚合物膜壳。
本发明的一个特殊的具体例子，可见之于在一种渗透吸收剂中，它包括醋酸纤维素的包封的半渗透聚合物膜壳，所述的膜壳的厚度在自约5至30微米的范围，其中含有包括氯化钠的高渗透性促进剂。
如上所述，本发明涉及渗透剂吸收。这些产品包括其中含有高渗透性促进剂的包封的半渗透聚合物膜壳。这些吸收剂将找到广泛的各种用途。作为例子，这些具有高吸收值的材料，可用于易处理的吸收剂产品，诸如婴儿尿布。通常的尿布用来吸收尿，它是具有浓度约1%的弱盐溶液。近来，尿布设计成用木质蓬松物掺合超吸收聚合物制成。目前在使用中的最流行的聚合物包括交联的聚丙烯酸的衍生物，而通常称为吸收剂胶凝材料(AGM)。当对尿溶液作测定时，以及其他给定设计制得观点来看，通过AGM的液体吸收是限制在约为重量的30倍。AGM溶胀的机理主要是通过渗透压。然而，也通过可被结合在结构中的渗透促进剂的重量百分数而受限制的。与此相反，本发明的渗透吸收剂采用一种可随意被增加浓度的渗透或高渗透性促进剂。如在以下详细的说明中所示，与限用离子物质作为渗透促进剂的AGM相对比，它可以采用各种类型的高渗透性促进剂。于是，在此事实上，本发明的促进剂的高渗透性并不如此受限制，而本发明的渗透吸收剂将表明具有大大超过AGM的吸收容量。
虽然上述讨论集中在渗透吸收剂在手巾(尿布)中的应用，但在本发明的范围内也涉及所述的吸收剂，根据所采用的特殊的聚合物膜壳和渗透性促进剂，可以以其它方式被应用。例如本发明的吸收剂也可以被用作从烃类燃料中除去不希望的液体，诸如水，这些液体的存在将对所述的燃料的使用具有有害的影响。
如在前面所述的，本发明的渗透吸收剂包括一种包封的半渗透聚合物膜壳，其中含有高渗透性促进剂。该半渗透聚合物膜(它可被采用作为吸收剂的壳组分)将包括结合渗透促进剂的高排斥作用的具有好的水渗透性的那些聚合物膜。具有这些性能的膜将允许水或液体良好地流入膜壳，同时建立高渗透压差。聚合物膜的一些代表性的例子包括由二醋酸纤维素和三醋酸纤维素等醋酸纤维素、醋酸纤维素衍生物(诸如甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素、硝基纤维素等)，磺化的聚砜、聚合电解质配合物，诸如聚苯乙烯磺酸酯和聚苄基三甲基氯化铵的配合物，长链的聚合物酰胺，包括各种尼龙，诸如尼龙4、尼龙6、尼龙7、尼龙8、尼龙9、尼龙66等所制备的那些。互穿聚合物网络薄膜，诸如通过聚醚(诸如聚乙二醇)和异氰酸酯)诸如(甲苯二异氰酸酯)反应以形成异氰酸酯封端的聚醚，以及然后使所述的聚醚和杂环含氮化合物(诸如聚乙烯基吡啶)混合所制备的那些，又如通过芳香多胺(诸如间苯二胺)和芳香多羧酰基氯(诸如苯均三甲酰氯trimeslylchbride)反应以形成界面聚合的聚合物的膜。而聚合物本身可以用作壳体，这也是本发明涉及的范围，该聚合物可以被支持在多孔的承载背衬材料上(诸如聚砜、聚碳酸酯等)。
高渗透性促进剂，它构成吸收剂的第二种成分，以及它被包封在聚合物膜壳内将较佳地包括同时对膜具有良好拒斥率的低分子量水溶性组分。这些高渗透性促进剂的一些代表性的例子将包括元素周期表中ⅠA族和ⅡA族的卤素盐类，诸如氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化铷、氯化钙、氯化钡、氯化镁、溴化锂、溴化钠、溴化钾、溴化铷、溴化钙、溴化钡、溴化镁等;糖类诸如葡萄糖、蔗糖、果糖等;多羟基化合物诸如甘油、乙二醇;铵化合物诸如氢氧化铵、氯化铵等;乳酸，碳酸氢钾，碳酸氢钠，碳酸氢锂等。可以理解，前面所列的作为膜层的聚合物和渗透促进剂仅作为可以采用的以形成渗透吸收剂的这类化合物的代表，而并不是为了限制本发明。
包括含有渗透促进剂的包封的半渗透聚合物膜壳的渗透吸收剂，其中聚合物对促进剂的重量比例在约2∶1至约1∶10范围。为了液体吸收的所需速率，渗透吸收剂所用的量取决于聚合物重量。而后者重量将取决于半渗透聚合物膜壳的厚度，在本发明较佳的实施例中，所述厚度是在自约5至30微米的范围。
渗透吸收剂的构型可以随其本身性能广泛变化，渗透吸收剂的形式的一些代表性例子将包括片材、球状、中空纤维等。这些吸收剂可通过现有技术中任何已知方法来制备。例如，当渗透吸收剂是呈片材形式时，渗透促进剂可以被置于膜的上层和较低层之间，所述的层然后经层叠以形成含有渗透促进剂包封在内的包封壳体。同样，尤其当该渗透促进剂是呈固体形式时，可以用所需的聚合物进行涂覆，然后经处理以形成所需的膜。又，如果渗透吸收剂是呈中空纤维形式，再按现有技术中任何已知的方法，该纤维可以成形为半渗透聚合物膜，接着将渗透促进剂装填入纤维的节内，并为防止漏失，将纤维的每一端予以密封。
实施例Ⅰ在本实施例中，将(面积)3×3厘米和具有20微米厚度的聚合的醋酸纤维素片材置于平坦表面上。将包括葡萄糖和蔗糖的各种不同量的渗透促进剂放在片材的中央，接着将第二层聚合的醋酸纤维素置于第一层和渗透促进剂的上面。其边缘用软化的聚合物密封以及称量每一包封件。然后，将包括包在聚合的醋酸纤维素中的渗透性促进剂的该渗透吸收剂包封件放入水中，时间周期范围为自30分至360分。接着，该包封件从水中取出，经用吸水纸巾压干，并得到湿重。试验的结果列于表1中，其中包封件A、B、C和D为含有各种不同量的葡萄糖作为渗透促进剂以及包封件E含有蔗糖作为渗透促进剂。
实施例Ⅱ用类似于上述实施例Ⅰ中所列的方法，通过把各种不同量的氯化钠包封入包括醋酸纤维素的半渗透聚合物膜壳内制备得到渗透吸收剂包封件，该醋酸纤维素具有与上述例子类似的表面积和厚度。这些标号F、G、H、I和J的包封件，被浸渍在水中时间周期范围为自90分至1060分。在指定的时间周期的终点，取出包封件，用吸水纸巾轻拍干燥，并称重。这些试验的结果列于下表Ⅱ中。
实施例Ⅲ用类似于上述实施例中所列的方法制备采用氯化钠、蔗糖和葡萄糖作为高渗透性促进剂以及醋酸纤维素作为半渗透聚合物膜的四个包封件。在包封件制备和密封后，把四个包封件中的三个浸渍在水中以及把第四个包封件浸渍在含有1%(重量)的氯化钠溶液中。这些包封件浸渍的时间周期直至48小时。在此48小时周期中，在不同的间隔取出包封件，轻拍干燥并称重。在该试验中，包封件K、L和M是被浸渍在水中的，而包封件N则是被浸渍在氯化钠溶液中的。
上表说明每一包封件具有的百分吸收率为基于促进剂重量的约2000%或更多，而水的收吸为基于聚合物重量的自2162%的氯化钠溶液至大于4600%(重量)的水的范围。吸收的对比揭示具有较大渗透性的渗透促进剂，将容许有比具有较小渗透性的渗透促进剂更大的通量。另外，在试验中采用1%氯化钠溶液的水吸收是较小的，由于在溶液中氯化钠的存在抑制了包封件的内部和吸收溶液之间的盐梯度的差别，于是导致较低的水吸收率。
实施例Ⅳ比较大周长的中空纤维是由聚合的醋酸纤维素制备的。取定长的纤维，一端密封、并在中空纤维内填入不同量的氯化锂作为高渗透性促进剂。将剩下的一端密封，形成的渗透吸收剂标以O、P和Q。这些长的和薄的包封件被浸渍在水中直至90分钟，定期地取出，轻拍干燥并称重。这些试验的结果示于下表5中。
表3以促进剂重量为基准的吸收率KLMN聚合物重量(克)0.1870.0560.2120.158促进剂本性NaCl蔗糖葡萄糖NaCl促进剂重量(克)0.2510.1340.4360.156时间(分)吸收率(%)0000015143---30-11811552606792162251181201069335405315240--608528300---938360-628--10603657---1200--1492-1320-1237--1350---218824754354---2820--2263-1880-1927--
表4以聚合物重量为基准的吸收率KLMN聚合物重量(克)0.1870.0560.2120.158促进剂本性NaCl蔗糖葡萄糖NaCl促进剂重量(克)0.2510.1340.4360.156时间(分)吸收率(%)0000015192---30-28223651609115184621161201434802833311240--1251521300---927360-1502--10604908---1200--3069-1320-2959--1350---216224755844---2820--4655-1880-4611--
权利要求
1.一种渗透吸收剂，其特征在于包括其中含有高渗透性促进剂的包封的半渗透聚合物膜壳。
2.如权利要求1所述的渗透吸收剂，其特征在于所述的半渗透聚合物膜壳具有反渗透或超(过)滤性能。
3.如权利要求1所述的渗透吸收剂，其特征在于所述的渗透性促进剂具有的分子量在500以下。
4.如权利要求1所述的渗透吸收剂，其特征在于聚合物膜对促进剂的重量比为自约2∶1至约1∶10范围。
5.如权利要求3所述的渗透吸收剂，其特征在于所述渗透性促进剂为选自元素周期表中ⅠA族或ⅡA族的金属盐类。
6.如权利要求5所述的渗透吸收剂，其特征在于所述的盐为氯化锂。
7.如权利要求5所述的渗透吸收剂，其特征在于所述的盐为氯化钠。
8.如权利要求5所述的渗透吸收剂，其特征在于所述的高渗透性促进剂为葡萄糖。
9.如权利要求3所述的渗透吸收剂，其特征在于所述的高渗透性促进剂为蔗糖。
10.如权利要求1所述的渗透吸收剂，其特征在于所述的半渗透聚合物膜为醋酸纤维素。
11.如权利要求1所述的渗透吸收剂，其特征在于所述的半渗透聚合物膜的厚度为自约5微米至30微米范围。
全文摘要
一种具有大的吸液能力的渗透吸收剂，其特征在于其中含有高渗透性促进剂的包封的半渗透聚合物，聚合物对促进剂的比例在约2∶1至1∶10的范围。该吸收剂可以是在醋酸纤维素的壳中包含有氯化钠。
文档编号B01D61/00GK1041707SQ8910744
公开日1990年5月2日 申请日期1989年9月21日 优先权日1988年9月22日
发明者拉渥特S·华脱 申请人:联合信号有限公司