具有防结块特性的超吸收聚合物的制作方法

专利名称：具有防结块特性的超吸收聚合物的制作方法
技术领域：
本发明概括而言是涉及吸收含水液体(如水、血液和尿液)的聚合物。更具体而言，本发明涉及超吸收聚合物，即、可吸收超过20倍于自身重量的水的聚合物，该超吸收聚合物与细无机粉末混合而具有独特的防结块特性。众所周知，因为超吸收聚合物容易吸收水，所以在储存或者在运输至最终使用的制造商(例如吸收性卫生用品的制造商，所述卫生用品例如是一次性尿布、一次性成人失禁服、一次性卫生巾、以及一次性绷带，或者与光纤一起放置在电缆中的阻水带)的过程中，聚合物颗粒会从周围潮湿的环境中吸收水分并结块，也就是说，聚合物颗粒附聚在一起形成较大的块。本发明的超吸收聚合物组合物可避免结块问题。缩写在本发明的说明书使用以下缩写。


背景技术：
SAP，即、高水溶涨性聚合物，通常是通过单体含水混合物的溶剂或溶液聚合法制备的。通常情况下，在单体混合物中加入一种或多种交联剂。当聚合反应终止时，干燥所得物质，然后进行机械研磨，以产生SAP颗粒的希望粒径分布。
如上所述，SAP可用于各种吸收性物品中，因为SAP能够容易地吸收体液。但是，SAP也从空气中吸收水分，而且当暴露于潮湿环境时，会附聚成较大的块，也就是说结块。其结果是，SAP颗粒不能自由流动。
当SAP颗粒不能自由流动时，产生一些问题。例如，颗粒难以加入至吸收性物品中，这是因为低的流动性干扰了颗粒在吸收芯中的均匀分布。另外，颗粒倾向于相互粘结，而且粘结在制造设备上，例如筛网、干燥器、和制造机器。因此，必须周期性地停止生产，以便去除附聚的颗粒，清洁设备。最后，如果颗粒已吸收一些水分并附聚，则最终吸收性物品的水溶涨率将会降低。
已尝试各种方法来降低SAP的结块性。一种方法是使SAP颗粒与二氧化硅掺混。例如，Tsubakimoto、Shimomura、Irie、Masuda、Kimura和Hatsuda转让给Nippon Shokubai Kagaku Kogyo的第4,734,478号美国专利(1998年3月29日授权)公开了使0.01-10重量份的细二氧化硅与100重量份的超吸收聚合物混合。Staples、Wood和Treptow转让给DowChemical的WO94/22940(1994年10月13日公开)披露了使低于10wt％的气相法二氧化硅与超吸收聚合物混合。另外，Roe转让给The Proctor&Gamble Company的第5,419,956号美国专利(1995年5月30日授权)公开了一种最终使用的吸收性物品，其包括非常小的SAP颗粒(至少70wt％可通过美国标准50目筛网，其孔径为300μm)，该颗粒是通过溶液聚合法形成的，而且与无定形二氧化硅混合。应注意的是，二氧化硅天然为石英、沙石和玛瑙。
还尝试过使用表面活性剂来降低超吸收聚合物颗粒的附聚倾向，例如在Tsubakimoto、Shimomura、Irie和Masuda转让给Nippon ShokubaiKagaku Kogyo的第4,286,082号美国专利(1981年8月25日授权)以及Mazurak和Fries转让给Kimberly-Clark的第4,381,782号美国专利(1983年5月3日)。但是，表面活性剂也会降低超吸收聚合物的表面张力，这又会干扰聚合物吸收并保持液体的能力。
用于降低超吸收聚合物之附聚倾向的各种其他化合物如下。Staples、Henton、Rose和Fialkowski转让给Dow Chemical的第5,728,742号美国专利(1998年3月17日授权)公开了季铵盐。Engelhardt、Stueven、Daniel和Herfert转让给Hoechst Aktiengefellfchaft的第2,180,590号加拿大专利(1997年1月8日授权)公开了蜡。另外，Sumlya、Koike和Tanaka转让给Sanyo Chemical的第0 705 643 A1号欧洲专利申请(1996年4月10日公开)披露了硅油。
最后，以下是有关制造SAP的已知方法的常规背景信息。
Buchholz的文章“用超吸收聚合物保持干燥(Keeping Dry withSuperabsorbent Polymers)”(Chemtech,1994年9月)包括了制备SAP的常规方法的优秀讨论以及SAP的各种用途，例如在上述卫生用品(如尿布、失禁服等)中，在构筑下水道壁的混凝土块之间的密封复合物，以及在光纤电缆和动力传输电缆中用于阻断水的胶带。
有关SAP的制备方法的良好讨论还可参见Dahmen和Mertens转让给Chemische Fabrik Stockhausen GmbH的第5,409,771号美国专利(1995年4月25日授权)。更具体而言，该专利提到，市售的SAP通常是交联的聚丙烯酸或者交联的淀粉-丙烯酸接枝聚合物，这些聚合物的羧基部分被氢氧化钠或者苛性钾中和。其还提到，SAP可用两种方法制备，即、溶剂或溶液聚合法以及反相悬浮或乳液聚合法。
在溶剂或者溶液聚合法中，通过游离基聚合反应使水溶液转化为凝胶，所述水溶液例如是部分中和的丙烯酸和多官能网络交联剂的水溶液。所得物质然后进行干燥、研磨和过筛，以得到所希望的粒径。
另一方面，在反相悬浮或者乳液聚合法中，将例如部分中和的丙烯酸的水溶液分散在疏水性有机溶剂中，其中使用胶体或者乳化剂，然后通过游离基引发剂启动聚合反应。在聚合反应完成后，通过共沸蒸馏从反应混合物中除去水，然后过滤并干燥所得的产品。网络交联可通过在单体溶液中溶解多官能交联剂来完成。
上述专利和专利申请的内容在此并入作为参考。
发明简述和目的仍然需要具有良好防结块性质的SAP组合物。一个大的优点是使工业具有在暴露于潮湿环境时不附聚的SAP组合物，也就是说，其包括优选约90％或更多可自由流动的颗粒，这是用如下定义的防结块特性试验来测定的。
因此，本发明提供一种颗粒物质组合物，其包括与超吸收聚合物颗粒相互混合的无机粉末。聚合颗粒的粒径如下低于约60wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。用如下定义的防结块特性试验来测定，所得的颗粒物质组合物具有优异的防结块特性。
本发明还提供使SAP颗粒具有防结块特性的方法。该方法包括(A)提供SAP颗粒，其粒径如下低于约60wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网；(B)使无机粉末与聚合物颗粒混合，其中无机粉末的量为聚合物颗粒重量的0.2-10％，以产生颗粒物质组合物；以及(C)实现防结块特性，其中在约36±3℃和77±3％RH下至少约3小时后超过约90wt％的组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
另外，本发明提供包括颗粒物质组合物的吸收性物品。该颗粒物质组合物包括与超吸收聚合物颗粒相互混合的无机粉末，而且所述聚合物颗粒的粒径如下低于约60wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
再者，本发明提供使吸收性物品中的颗粒物质组合物具有防结块特性的方法。该方法包括(A)提供SAP颗粒，其粒径如下低于约60wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网；(B)使无机粉末与聚合物颗粒混合，其中无机粉末的量为聚合物颗粒重量的0.2-10％，以产生颗粒物质组合物；(C)实现防结块特性，其中在约36±3℃和77±3％RH下至少约3小时后超过约90wt％的组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网；以及(D)用步骤(C)中的颗粒物质组合物形成吸收性物品。在步骤(D)中形成吸收性物品可如下完成使颗粒物质组合物与纤维组分混合，以制造芯复合物，然后用芯复合物制造吸收性物品。
因此，本发明的目的是提供一种由无机粉末和SAP组成的颗粒物质组合物，其避免了结块问题。
再者，本发明的优点在于，即使在热且潮湿的地点储存和运输颗粒物质组合物，例如夏日的美国南部，或者赤道或其附近的热带地区，几乎或者不会产生结块问题。
本发明的再一个优点是，颗粒物质组合物可避免结块问题，并可使用典型的规则粒径分布的SAP颗粒，而不是如第5,419,956号美国专利中的小颗粒。
本发明的另一个优点是，除防结块性质外，还可仅用一种试剂对SAP进行处理，就可使颗粒物质组合物具有低粉尘性。
参考以下描述的实施例，本发明的上述一些目的和优点、以及其他目的和优点将随着描述的进行而更加明显。发明的详细描述SAP颗粒和无机粉末的混合物以下称为“颗粒物质组合物”。对于本发明，颗粒物质组合物包括与少量的无机粉末相互混合的SAP物质颗粒。SAP颗粒通常为典型的规则PSD，其意味着低于约60wt％的颗粒可通过美国标准50目筛网(筛网孔径为300μm)。优选的是，低于约50wt％可通过美国标准50目筛网，并更优选低于约40wt％可通过美国标准50目筛网，而且甚至更优选低于约30wt％可通过美国标准50目筛网。
根据本发明的SAP可通过连续或者非连续的方法大规模地制造。更具体而言，用于本发明中的SAP颗粒可通过任何已知的SAP制备方法来制造。例如。SAP可通过溶剂聚合法或者通过反相悬浮或乳液聚合法来制造，这些方法如上所述都是已知的。
因此，SAP可通过聚合至少约25wt％、更优选约55-99.9wt％的单体来制得，所述单体具有烯烃不饱和羧酸和/或磺酸基团。此等酸基包括但不限于丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、以及它们的混合物。酸基可以盐的形式存在，例如钠、钾或铵盐。
酸基通常被中和至至少约25mol％。优选的是，中和度至少为约50mol％。更特别的是，优选的SAP是由交联丙烯酸或者甲基丙烯酸形成的，它们的中和度为约50-80mol％。合适的中和剂是碱土金属和/或碱金属的氢氧化物和/或碳酸盐，例如NaOH。
对于制造SAP而言，其他有用的单体包括0-40wt％的丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、马来酸、马来酸酐、酯(例如丙烯酸羟乙基酯、丙烯酸羟丙基酯、甲基丙烯酸羟丙基酯、和二甲基-氨基烷基-甲基丙烯酸酯)、二甲基-氨基丙基丙烯酰胺、以及丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵。低于40％的这些单体是令人希望的，因为超过40％通常会产生损害作用，并使所得的SAP的溶涨率劣化。优选的量是约1-25wt％，并更优选为约2-10wt％。
在制造SAP时使用的合适网络交联剂是具有至少两个烯烃不饱和双键的交联剂，具有一个烯烃不饱和双键和一个能够与酸基反应的官能团的交联剂，以及具有多官能团的交联剂，也就是具有多个可与酸基反应的官能团的交联剂。合适类型的网络交联剂包括但不限于多元醇的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯(如丁二醇二丙烯酸酯、己二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、烯丙基氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、和乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)、丙烯酸烯丙基酯、二烯丙基丙烯酰胺、三烯丙基胺、二烯丙基醚、亚甲基二丙烯酰胺、甘油二甲基丙烯酸酯、N-羟甲基甲基丙烯酰胺、和N-羟甲基丙烯酰胺。多官能的合适网络交联剂包括但不限于醇、胺、和环氧化物，如乙二醇、丙二醇、甘油、亚乙基二胺、1,6-亚己基二胺、甘油聚缩水甘油醚、以及间苯二酚二缩水甘油醚。这些网络交联剂与以下讨论的表面交联剂不同，而且相互不混淆。
另外，根据所希望的最终用途，SAP可具有水溶性聚合物组分。该组分的含量可为0-30wt％，其包括但不限于部分或者完全皂化的聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉、淀粉衍生物、聚乙二醇类化合物、聚丙烯酸、以及它们的混合物。该组分的分子量不是关键性的，只要是水溶性的即可。优选的水溶性聚合物组分是淀粉、聚乙烯醇、以及它们的混合物。优选的是，SAP中水溶性聚合物的含量为1-5wt％，特别是如果淀粉和/或聚乙烯醇作为水溶性聚合物组分。同样，水溶性聚合物组分可以是接枝聚合物，其含有包含酸基的聚合物。
对于SAP的颗粒形状，此处没有具体的限制。SAP可以是通过反相或悬浮聚合法或者通过溶剂或溶液聚合法得到的干燥产物。典型的粒径分布范围是在20-2000微米之间，优选在40-890微米之间，并更优选在90-850微米之间。
由第5,409,771号美国专利可以知道，用碳酸亚烃酯包敷SAP颗粒，然后加热进行表面交联，通常可提高SAP的AUL特性。在0.9psi(60g/cm2)下每克SAP具有至少约13g盐水(0.9wt％氯化钠水溶液)的AUL性质是令人希望的，特别是SAP最终用于卫生用品中，例如一次性尿布，这些物品在穿戴时要经受人所产生的压力。
因此，本发明的SAP可任选地用表面交联剂包敷，所述表面交联剂例如是二醇、二胺、二环氧化物或者碳酸亚烃酯，然后加热进行表面交联。所以，至少部分的SAP颗粒优选是表面交联的。
更具体而言，如第5,409,771号美国专利所述，为用表面交联剂包敷SAP颗粒，聚合物可与碳酸亚烃酯表面交联剂的水-醇溶液混合。以下物质可用作碳酸亚烃酯，例如1,3-二氧戊环-2-酮、4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,5-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-羟乙基-1,3-二氧戊环-2-酮、1,3-二恶烷-2-酮、4-甲基-1,3-二恶烷-2-酮、4,6-二甲基-1,3-二恶烷-2-酮、1,3-二氧庚环-2-酮、以及它们的混合物。优选的碳酸亚烃酯是1,3-二氧戊环-2-酮和4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮。醇的量用碳酸亚烃酯的溶解度来确定，而且由于技术的原因，例如防止爆炸，应尽可能地低。合适的醇是甲醇、乙醇、丁醇、或者丁二醇、以及这些醇的混合物。优选的溶剂是水，其使用量相对于SAP颗粒通常为0.3-5.0wt％。在某些情况下，碳酸亚烃酯表面交联剂溶解在水中，不使用任何醇。也可用与无机载体材料如二氧化硅的粉末混合形式的碳酸亚烃酯表面交联剂(参见第5,409,771号美国专利第4栏51-54行)。
为实现所希望的表面交联性质，表面交联剂必须均匀地分布在SAP颗粒上。为此目的，在合适的混合器中进行混合，例如流化床混合器、桨式混合器、研磨辊、或者双蜗杆混合机。还可在制造SAP颗粒的工艺步骤之一中用表面交联剂包敷SAP颗粒。对此特别合适的方法是反相悬浮聚合法。
根据第5,409,771号美国专利，如下进行包敷处理后的热处理。通常情况下，热处理的温度在150-300℃之间。但是，如果使用优选的碳酸亚烃酯，热处理的温度在180-250℃之间。处理温度取决于碳酸亚烃酯的停留时间及其种类。在150℃的温度下，热处理进行几个小时。另一方面，在250℃的温度下，几分钟，例如0.5-5分钟，就足以实现所希望的表面交联性质。热处理可在常规的干燥器或炉中进行。干燥器和炉的例子包括旋转窑、流化床干燥器、盘式干燥器或者红外干燥器。
本发明中所用的细无机粉末可包括任何种类的粘土(水合硅酸铝，其通式为H2Al2Si2O8·H2O)。合适的粘土是高岭土，如Dry Branch KaolinCompany以NeoGen DGH(0.6μm的中间粒径)和NeoGen 2000(0.7μm的中间粒径)为商品名出售的高岭土。
无机粉末的平均粒径优选低于约5μm，更优选低于约3μm，而且甚至更优选低于约0.8μm。这意味着一些颗粒可大至10或15μm，或者甚至更大。无机粉末的粒径可用然后精确而且可靠的方法来测定。
无机粉末优选用足以实现防结块特性(在以下所述的温度、RH和时间的测试条件下)的量与SAP颗粒混合。通常情况下，以SAP的重量计，其量为0.2-10％，更优选为0.5-7％，而且甚至更优选为0.9-5.5％(每100份用0.9-5.5份的无机粉末)。无机粉末可以与基本上干燥状态的SAP颗粒混合，或者添加液体如水，其量以100重量份的SAP颗粒计通常最多至10重量份。
无机粉末和SAP颗粒可用任何合适的方式进行混合。合适的方式包括但不限于使用上述用于任选的表面交联剂的混合器的物理混合。因此，如果进行表面交联，(1)无机粉末可与前体SAP颗粒混合，然后与表面交联剂混合并加热，或者(2)前体SAP颗粒可以与表面交联剂混合并加热，然后与无机粉末混合。
本发明的颗粒物质组合物(包括SAP颗粒和无机粉末)可用于常规使用SAP的用途。例如，所述用途包括但不限于用于吸收性物品中，如卫生用品(如尿布、失禁服等)；构筑下水道壁(例如连接英国和法国的海底隧道，参见上述Buchholz的文章)的混凝土块之间的密封复合物；在光纤电缆和动力传输电缆中用于阻挡水的胶带或带材(还参见上述Buchholz的文章)；载体(用于杀昆虫剂、除草剂和/或杀害虫剂)；以及农业材料(如STOCKOSORB，其是Stockhausen出售的一种SAP，用于农业领域，提高土壤保持植物根部或其附近的水分和养分的能力)。
对于掺入本发明之颗粒物质组合物的吸收性物品，液体获取时间(acquisition time)是完全可以令人接受的(见实施例14、对比例15、以及下表C)，而且不必如第5,419,956号美国专利所述降低产品中SAP颗粒的平均粒径，由此来加速该时间。因此，本发明避免了众所周知的问题，即、当非常细的SAP颗粒在与液体接触而溶涨时，与纤维一起掺入的颗粒很容易被迫进入纤维间毛细管中。小的溶涨颗粒然后形成凝聚的凝胶块，其是通过流体表面张力保持在一起，由此形成凝胶障碍，流体的流动阻力随着流体流动通道被凝胶块阻断而增加，导致渗透性显著下降。
为表征在以下实施例(本发明和对比用的组合物)中制备的颗粒物质组合物(包括无机粉末和SAP)，按照以下方式测定离心保留率(CRC)、负载下的吸收度(AUL)、粉尘评价、防结块特性、获取时间和回潮性。CRC该试验是在环境温度条件下进行的。根据茶叶袋测试法测定颗粒物质组合物的保留，并取两次测量的平均值。在茶叶袋中包封约200mg的颗粒物质组合物(无机粉末和SAP)，该组合物已过筛，粒径分布为300-600微米(不是以下实施例中指出的粒径)，然后浸没在0.9wt％氯化钠水溶液中30分钟。在1600rpm下离心茶叶袋3分钟(离心直径为约18cm)，然后称重。使用两个没有任何组合物的茶叶袋作为空白对照。
接着，根据以下方程计算CRCCRC=(W3-W2-W1)/W1其中CRC=浸没30分钟后的保留(吸收液体的克数/无机粉末和SAP的组合物的克数)；所得CRC值应舍成2位数W1=无机粉末和SAP组合物的初始重量(g)W2=离心后空白茶叶袋的平均重量(没有无机粉末和SAP的组合物)(g)W3=离心后装有无机粉末和SAP组合物的茶叶袋的重量(g)AUL在环境温度下进行该试验。如下测量颗粒物质组合物在负载下对0.9wt％氯化钠水溶液的吸收度(20±2℃)。
所用设备是petri皿(直径=150mm，高度=20mm)、多孔玻璃盘(得自于Kontes Glass，其目录号为9520001223)、Whatman No.3圆过滤纸、塑料垫板(重量=5.20±0.015g)、不锈钢砝码(重量=315.3±0.09g)、分析天平(精确度为0.001g)、秒表、斜边的有机玻璃圆筒(直径=25mm，高度=33mm)、以及在圆筒底部上的筛网过滤布(400目=36μm)。垫板和砝码的组合直径为24±1mm。
在测试使用前使多孔玻璃盘浸泡在氯化钠溶液中至少1小时，然后将多孔玻璃盘放置在petri皿中。将氯化钠溶液添加在petri皿中，使得溶液略微低于多孔玻璃盘的顶部。接下来，将Whatman滤纸放置在多孔玻璃盘顶部，用氯化钠溶液彻底润湿滤纸，避免任何上清液。
将圆筒在分析天平上配衡。将初始重量为0.160±0.005g的无机粉末和SAP组合物分散在圆筒底部中的过滤网上。记录组合物样品的实际重量(SA)。
塑料垫板和不锈钢砝码小心地放在圆筒中。记录整个AUL装置的重量(A)。不锈钢砝码施加60g/cm2(注意60g/cm2约等于0.9psi)的压力负载。
然后将AUL装置放置在湿滤纸上，使组合物吸收氯化钠溶液1小时。在整个测试期间，氯化钠溶液的水平面保持在略微低于多孔玻璃盘的顶表面。
1小时后，带有溶涨组合物的装置重新称重，并记录重量(B)。根据以下方程计算已被保留的氯化钠溶液的克数。
AUL=(B-A)/SA其中AUL为0.9psi下的g/g，所得AUL值应取2位数；A是在吸收氯化钠溶液前带有组合物的AUL装置的重量(g)；B是吸收氯化钠溶液1小时后带有组合物的AUL装置的重量(g)；SA是组合物的实际重量(g)。粉尘评估该试验是在室温条件下进行的。
按以下方式制备标准物质。得到700g超吸收聚合物的样品，其既没有抗粉尘也没有流动增强处理。由该样品分出150g，然后放置在16盎司(0.48L)的French Square瓶(Baxter Scientific销售，目录号为B7519-530S)内。装有150g样品的瓶子标为粉尘标准第4号。
剩余的550g样品过筛2小时，其中使用(A)Ro-tap筛选机，(B)从头到底分别具有ASTME-11规格第50、170和325号的筛网，以及(C)集料器。
对于粉尘标准第3号，将残留在筛网中的所有样品混合在一起，然后称重149.8g放入另一个French Square瓶中。接着从集料器中称重0.2g细颗粒，并放入瓶子中，然后混合、密封以及在瓶子上贴标签。
对于粉尘标准第2号，从筛网中称重149.9g的混合物放入另一个French Square瓶中。接着从集料器中称重0.1g细颗粒，并放入瓶子中，然后混合。密封该瓶子并在瓶子上贴标签。
对于粉尘标准第1号，从筛网中称重150.0g的混合物，然后放入另一个French Square瓶中。接着密封该瓶子并在瓶子上贴标签。
根据以下某些实施例制备无机粉末和SAP的各种组合物样品，用于与4瓶粉尘标准物比较。在French Square瓶中称入150g的样品，然后盖上瓶盖，由此密封瓶子。技术人员然后抓住各瓶子的盖端，由此并列拿住样品瓶和其中一个标准瓶，面向暗的背景，使两个瓶子与地面倾斜45度角，然后快速移动，使两个瓶子都达到垂直位置，其中各瓶底朝上。重复该动作，使样品分别与4个标准瓶进行比较，以确定哪一个标准瓶最能够与样品相媲美。技术人员然后记录主观认为最能够与样品相媲美的数(粉尘标准第1、2、3或4号)，其中粉尘最大的评价为4，而粉尘最小的评价为1。
从以下实施例可以看出，许多本发明组合物(高岭土+SAP)的样品具有优异的抗粉尘性，评价为1。防结块在此所用试验是上述第5,728,742号美国专利第4栏13-41行中描述的防结块试验的变化例。
更具体而言，颗粒物质组合物(无机粉末和SAP)的防结块特性是如下测定的在组合物暴露于具体的温度和相对湿度一段时间后通过具有特定孔径的筛网的重量百分数。换言之，试验方法是测定颗粒可吸收的水分量，但仍可自由流动。
各种颗粒物质组合物的样品在36±3℃的温度和77±3％RH下进行试验，时间分别是3、6、15和24小时，各±0.25小时。将样品放置在受控的气候环境室中，由此保持温度和RH，所述室是Lab-LineInstruments(Melrose Park,Illinois)销售的，其目录号为700 ADH FTX，系列号为493-001。高温和高的RH模拟具有热且潮湿气候的地方的环境条件。
在精确至0.10g的配衡天平上精确称重各塑料盘，它们的直径约为60mm。该重量记录为杯重。将6±0.25g的各颗粒物质组合物样品均匀地分散在各塑料盘中。装有样品的各塑料盘然后放入在具体温度和RH条件下的室中，接触特定的时间。
在所述室中接触特定时间后，取出带有水合化样品的盘，并立即称重。该重量记录为最终重量。
在天平上配衡大的塑料称重舟或称重纸，然后在该舟上放置清洁、干燥的美国标准12目筛网(或者Tyler等同物)，其孔径为1700μm。然后将水合样品缓慢地从盘中倒出，并从筛网中通过。
称重从筛网中通过的样品部分并收集在所述舟中。该重量记录为通过重量，然后与样品的原始量比较。
根据以下方程记录从1700μm孔径中通过的颗粒物质组合物的百分数，即、自由流动的组合物的百分数，作为防结块性能。
％防结块=(通过重量)/(最终重量-杯重)×100所得的防结块％应取整为2位数，当然除非样品100％通过。
对于特定的接触时间，颗粒物质组合物的防结块通过性能％约为70％或更高，更优选为约85％或更高，甚至更优选为约90％或更高，并最优选为约95％或更高。
更具体而言，如果样品通过3小时的试验条件，但没有通过任何其他时间的试验，则认为样品具有轻微的防结块性质。如果通过6小时的试验条件，但没有通过15和24小时的试验，则认为样品具有中等防结块性质。如果样品通过15小时的试验条件，但没有通过24小时的试验，则认为样品具有好的防结块性质。如果样品通过24小时的试验条件，则认为样品具有非常好的防结块性质。从以下表A中可以看出，所有样品都通过轻微试验(3小时)，好于95％，而且大多数样品通过非常好的试验(24小时)，好于70％。(SAP和纤维素的芯)获取时间和回潮获取时间是添加液体和其完全从各芯中滤过之间的时间。称重各芯，然后放置在身体形状的测试仪器上，经受12.5kg的负载。通过测试仪器中的钻孔将100ml过量的0.9％盐水加至各芯的表面上。使用秒表测定获取时间。接下来是20分钟的等待时间。20分钟的等待期后，除去砝码，然后记录试验期间的任何泄漏。
回潮是指在预定的压力下从各芯的表面释放到滤纸上的液体量。为评估回潮，从测试仪器上取出各芯，放置在桌面上，下面用胶带固定。然后在各芯上放置3摞预先称重的滤纸(各40g)和3个砝码(各1270g)，放置时间为10分钟。在10分钟结束时，取下滤纸摞，并重新称重，以确定芯的回潮。所得回潮值应取舍至小数点后1位。
将物品的底部放置在身体形状的测试仪器上，然后再重复上述程序2次。
冷却后，用包含50％高岭土(NeoGen DGH)的含水浆液喷雾AP-88，使得以干燥的AP-88重量计，高岭土的计算浓度为3％。如此得到的颗粒物质组合物(AP-88和高岭土)过筛，达到约150-850微米的PSD。
对于实施例1-8，测试了所得的无机高岭土粉末和SAP颗粒物质组合物(以下表示的百分数通过美国标准50目筛网)的CRC、AUL、防结块性和粉尘评估。
结果见下表A。
表A

表A(续)

从表A可以看出，所有的SAP+高岭土样品都表现出优选的结果，对于轻微防结块性质(3小时试验)约为90％或更高，而且对于中等防结块性质(6小时试验)具有令人希望的结果，约为85％或更高。而且大多数的SAP+高岭土(除SAP+0.5％NeoGen DGH的样品)表现出优选和/或令人希望的良好防结块性质(15小时试验)和非常好的防结块性质(24小时试验)结果。
测试了所得的无机粉末和SAP颗粒物质组合物(以下表示的百分数通过美国标准50目筛网)的CRC、AUL、防结块性和粉尘评估。
结果见下表B。
表B

表B(续)

上述第5,419,956号美国专利教导使用(A)AEROSIL 200作为无机粉末以及(B)SAP+无机粉末的组合物，其中超过70％的组合物通过美国标准50目筛网。当使用AEROSIL 200作为无机粉末时，如表B中的对比例9-13所示。当超过70％的SAP+无机粉末组合物通过美国标准50目筛网时，如表B中对比例12-14所示。从表B可以看出，如果使用(A)AEROSIL 200或者(B)超过70％通过美国标准50目筛网的组合物，则发生以下情况。所得防结块性能不能令人满意，而且远低于根据本发明之高岭土+SAP的颗粒物质组合物令人希望的85％或更高、优选约90％或更高的中等防结块性质(6小时试验)、好的放结块性质(15小时试验)和非常好的防结块性质(24小时试验)。同样，所有对比例低于根据本发明之高岭土+SAP的颗粒物质组合物优选的90％或更高的轻微防结块性质(3小时试验)实施例15和对比例16(用气流成网法制成的SAP和纤维素绒毛的芯)在上述实施例8中制得的本发明颗粒物质组合物(2.5％NeoGen DGH高岭土和AP-88 SAP)以及作为对照的单独AP-88分别用于常规气流成网法，其中使用实验室规模的Dan成网机，以制备具有纤维素纤维的芯。各芯的单位重量为0.084g/cm2，而且具有35∶65的组合物(NeoGenDGH+AP-88)与纤维的比，或者AP-88与纤维的比。众所周知，此等芯可用于吸收性物品中，如卫生巾或者一次性尿布。
各吸收芯用0.9wt％盐水测试获取时间和多次回潮的性能结果。
在用根据本发明的组合物(NeoGen DGH+AP-88)制造的芯和用AP-88制造的芯之间没有统计学意义上的显著差异。因此，存在高岭土不会干扰SAP在最终产品中的性能，所述最终产品例如是卫生间或一次性尿布。
过量100ml重复3次的结果见下表C。
表C

可以理解的是，在不偏离本发明范围的情况下还可对本发明的细节进行修改。另外，上述描述仅是用于说明本发明，而绝不是对本发明范围的限制，其范围应由所附权利要求书来限制。
权利要求
1.一种颗粒物质组合物，其包括与超吸收聚合物颗粒相互混合的无机粉末，所述聚合颗粒的粒径如下低于约60wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
2.如权利要求1所述的组合物，其中低于约50wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
3.如权利要求2所述的组合物，其中低于约40wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
4.如权利要求1所述的组合物，其中所述无机粉末选自于粘土。
5.如权利要求4所述的组合物，其中所述粘土是高岭土。
6.如权利要求1所述的组合物，其中所述无机粉末包括平均粒径低于5微米的无机粉末颗粒。
7.如权利要求6所述的组合物，其中所述无机粉末颗粒的平均粒径低于约3微米。
8.如权利要求7所述的组合物，其中所述无机粉末颗粒的平均粒径低于约0.8微米。
9.如权利要求1所述的组合物，其中所述无机粉末与所述聚合物颗粒混合，其量约为所述聚合物颗粒重量的0.2-10％。
10.如权利要求9所述的组合物，其中所述无机粉末与所述聚合物颗粒混合，其量约为所述聚合物颗粒重量的0.5-7％。
11.如权利要求10所述的组合物，其中所述无机粉末与所述聚合物颗粒混合，其量为所述聚合物颗粒重量的0.9-5.5％。
12.如权利要求1所述的组合物，其中所述聚合物选自于以下组中经水解的淀粉-丙烯腈接枝共聚物、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、经皂化的乙酸乙烯基酯-丙烯酸酯共聚物、经水解的丙烯腈共聚物、经水解的丙烯酰胺共聚物、丙烯酰胺基-甲基丙烷-磺酸三聚物、丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、上述物质的网络交联产物、以及它们的混合物。
13.如权利要求1所述的组合物，其中所述聚合物颗粒的至少一部分是经表面交联的。
14.如权利要求1所述的组合物，其中所述组合物具有以下防结块特性在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少3小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
15.如权利要求14所述的组合物，其中所述组合物具有以下防结块特性在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少6小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
16.如权利要求15所述的组合物，其中所述组合物具有以下防结块特性在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少15小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
17.如权利要求16所述的组合物，其中所述组合物具有以下防结块特性在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少24小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
18.如权利要求1所述的组合物，其中所述组合物具有降尘特性。
19.一种包含颗粒物质组合物的吸收性物品，所述组合物包括与超吸收聚合物颗粒相互混合的无机粉末，所述聚合颗粒的粒径如下低于约60wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
20.如权利要求19所述的吸收性物品，其中低于约50wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
21.如权利要求20所述的吸收性物品，其中低于约40wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
22.如权利要求19所述的吸收性物品，其中所述无机粉末选自于粘土。
23.如权利要求22所述的吸收性物品，其中所述粘土是高岭土。
24.如权利要求19所述的吸收性物品，其中所述无机粉末包括平均粒径低于5微米的无机粉末颗粒。
25.如权利要求24所述的吸收性物品，其中所述无机粉末颗粒的平均粒径低于约3微米。
26.如权利要求25所述的吸收性物品，其中所述无机粉末颗粒的平均粒径低于约0.8微米。
27.如权利要求19所述的吸收性物品，其中所述无机粉末与所述聚合物颗粒混合，其量约为所述聚合物颗粒重量的0.2-10％。
28.如权利要求27所述的吸收性物品，其中所述无机粉末与所述聚合物颗粒混合，其量约为所述聚合物颗粒重量的0.5-7％。
29.如权利要求19所述的吸收性物品，其中所述无机粉末与所述聚合物颗粒混合，其量为所述聚合物颗粒重量的0.9-5.5％。
30.如权利要求19所述的吸收性物品，其中所述聚合物选自于以下组中经水解的淀粉-丙烯腈接枝共聚物、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、经皂化的乙酸乙烯基酯-丙烯酸酯共聚物、经水解的丙烯腈共聚物、经水解的丙烯酰胺共聚物、丙烯酰胺基-甲基丙烷-磺酸三聚物、丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、上述物质的网络交联产物、以及它们的混合物。
31.如权利要求19所述的吸收性物品，其中所述聚合物颗粒的至少一部分是经表面交联的。
32.如权利要求19所述的吸收性物品，其中所述颗粒物质组合物在掺入所述物品之前具有以下防结块特性在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少3小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
33.如权利要求32所述的吸收性物品，其中所述颗粒物质组合物在掺入所述物品之前具有以下防结块特性在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少6小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
34.如权利要求33所述的吸收性物品，其中所述颗粒物质组合物在掺入所述物品之前具有以下防结块特性在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少15小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
35.如权利要求34所述的吸收性物品，其中所述颗粒物质组合物在掺入所述物品之前具有以下防结块特性在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少24小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
36.如权利要求19所述的吸收性物品，其中所述组合物在掺入所述物品之前具有降尘特性。
37.一种使超吸收聚合物颗粒具有防结块特性的方法，该方法包括(A)提供超吸收聚合物颗粒，其粒径如下低于约60wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网；(B)使无机粉末与聚合物颗粒混合，其中无机粉末的量为聚合物颗粒重量的0.2-10％，以产生颗粒物质组合物；以及(C)实现防结块特性，其中在约36±3℃和77±3％相对湿度下至少约3小时后超过约90wt％的组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
38.如权利要求37所述的方法，其中低于约50wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
39.如权利要求38所述的方法，其中低于约40wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
40.如权利要求37所述的方法，其中所述无机粉末选自于粘土。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述粘土是高岭土。
42.如权利要求37所述的方法，其中所述无机粉末包括平均粒径低于5微米的无机粉末颗粒。
43.如权利要求42所述的方法，其中所述无机粉末颗粒的平均粒径低于约3微米。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述无机粉末颗粒的平均粒径低于约0.8微米。
45.如权利要求37所述的方法，其中所述无机粉末与所述聚合物颗粒混合，其量约为所述聚合物颗粒重量的0.5-7％。
46.如权利要求45所述的方法，其中所述无机粉末与所述聚合物颗粒混合，其量为所述聚合物颗粒重量的0.9-5.5％。
47.如权利要求37所述的方法，其中所述防结块特性如下在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少6小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
48.如权利要求47所述的方法，其中所述防结块特性如下在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少15小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
49.如权利要求48所述的组合物，其中所述防结块特性如下在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少24小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
50.如权利要求37所述的方法，其中所述聚合物选自于以下组中经水解的淀粉-丙烯腈接枝共聚物、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、经皂化的乙酸乙烯基酯-丙烯酸酯共聚物、经水解的丙烯腈共聚物、经水解的丙烯酰胺共聚物、丙烯酰胺基-甲基丙烷-磺酸三聚物、丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、上述物质的网络交联产物、以及它们的混合物。
51.如权利要求37所述的方法，其中所述聚合物颗粒的至少一部分是经表面交联的。
52.如权利要求37所述的方法，其还包括使组合物颗粒具有降尘特性。
53.一种使吸收性物品中的颗粒物质组合物具有防结块特性的方法，该方法包括(A)提供超吸收聚合物颗粒，其粒径如下低于约60wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网；(B)使无机粉末与聚合物颗粒混合，其中无机粉末的量为聚合物颗粒重量的0.2-10％，以产生颗粒物质组合物；(C)实现防结块特性，其中在约36±3℃和77±3％相对湿度下至少约3小时后超过约90wt％的组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网；以及(D)用步骤(C)中的颗粒物质组合物形成吸收性物品。
54.如权利要求53所述的方法，其中低于约50wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
55.如权利要求54所述的方法，其中低于约40wt％的所述聚合物颗粒可通过孔径为300微米的美国标准50目筛网。
56.如权利要求53所述的方法，其中所述无机粉末选自于粘土。
57.如权利要求56所述的方法，其中所述粘土是高岭土。
58.如权利要求53所述的方法，其中所述无机粉末包括平均粒径低于5微米的无机粉末颗粒。
59.如权利要求58所述的方法，其中所述无机粉末颗粒的平均粒径低于约3微米。
60.如权利要求59所述的方法，其中所述无机粉末颗粒的平均粒径低于约0.8微米。
61.如权利要求53所述的方法，其中所述无机粉末与所述聚合物颗粒混合，其量约为所述聚合物颗粒重量的0.5-7％。
62.如权利要求61所述的方法，其中所述无机粉末与所述聚合物颗粒混合，其量为所述聚合物颗粒重量的0.9-5.5％。
63.如权利要求53所述的方法，其中所述防结块特性如下在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少6小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
64.如权利要求63所述的方法，其中所述防结块特性如下在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少15小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
65.如权利要求64所述的组合物，其中所述防结块特性如下在约36±3℃和77±3％相对湿度的条件下至少24小时后，超过约90wt％的所述组合物颗粒可通过孔径为1700微米的美国标准12目筛网。
66.如权利要求53所述的方法，其中所述聚合物选自于以下组中经水解的淀粉-丙烯腈接枝共聚物、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、经皂化的乙酸乙烯基酯-丙烯酸酯共聚物、经水解的丙烯腈共聚物、经水解的丙烯酰胺共聚物、丙烯酰胺基-甲基丙烷-磺酸三聚物、丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、上述物质的网络交联产物、以及它们的混合物。
67.如权利要求53所述的方法，其中所述聚合物颗粒的至少一部分是经表面交联的。
68.如权利要求53所述的方法，其中步骤(D)包括使颗粒物质组合物与纤维组分混合，由此形成吸收性物品。
69.如权利要求53所述的方法，其还包括使组合物颗粒具有降尘特性。
全文摘要
本发明涉及超吸收聚合物颗粒的颗粒物质组合物,其中低于约60wt%的超吸收聚合物颗粒可通过美国标准50目筛网。该组合物具有防结块性质,而且还可降低粉尘。该组合物是通过混合超吸收聚合物和无机粉末如粘土而制成的。
文档编号A61L15/60GK1323227SQ99809792
公开日2001年11月21日 申请日期1999年8月18日 优先权日1998年8月18日
发明者孙芳, 希瑟·S·琼斯, 托马斯·A·凯泽, 孙伟年, 罗纳德·L·莫伦, 彼得·A·德亚顿, 贝恩弗里德·A·梅斯纳 申请人:斯托克豪森两合公司