纳米多孔超吸收颗粒制造技术

本发明专利技术公开了超吸收颗粒，所述超吸收颗粒具有约50至约2,000微米的中值尺寸并且包含多孔网络，所述多孔网络包括平均横截面尺寸为约10至约500纳米的多个纳米孔，其中所述超吸收颗粒表现出约80秒或更短的涡旋时间，以及5达西或更大、10达西或更大、20达西或更大、30达西或更大、60达西或更大、或90达西或更大的自由溶胀凝胶床渗透率(GBP)。一种形成此类超吸收颗粒的方法，所述方法包括形成包含超吸收聚合物和溶剂体系的组合物；使所述组合物与非溶剂体系接触以通过相转化引发所述多孔网络的形成；从所述组合物中除去非溶剂；以及使所述超吸收颗粒进行表面交联。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米多孔超吸收颗粒
技术介绍
超吸收材料用于多种多样的应用中以帮助吸收流体。这些材料通常能够吸收其自身重量几倍的量的流体(例如，水、盐水等)。然而，与许多常规的超吸收材料相关联的一个问题是，当它们最初与流体接触时，吸收速率可能相对缓慢。因此，目前需要表现出相对快的吸收速率(特别是在最初与流体接触时)的超吸收材料。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，公开了超吸收颗粒，其具有约50微米至约2,000微米的中值尺寸并且包含多孔网络，该多孔网络包括平均横截面尺寸为约10纳米至约500纳米的多个纳米孔。超吸收颗粒表现出约80秒或更短的涡旋时间，以及5达西或更大的自由溶胀凝胶床渗透率(GBP)。在另一方面，一种用于形成前述权利要求中任一项的超吸收颗粒的方法包括：形成包含超吸收聚合物和溶剂体系的组合物；使组合物与非溶剂体系接触以通过相转化引发多孔网络的形成；从组合物中除去非溶剂；以及表面交联超吸收颗粒。本公开的其他特征和方面在下文更详细地讨论。附图说明针对本领域普通技术人员的本公开的完整且能够实现的公开内容(包括其最佳模式)在说明书的剩余部分中参照附图更具体地阐述，在附图中：图1描绘了可用于测量本公开的多孔超吸收颗粒的负荷下吸收性(“AUL”)的设备；图2示出了图1的AUL组件；图3A-3F示出了实施例1的超吸收颗粒的SEM显微照片，其中图3A(456X)、图3B(10,000X，断裂)和图3C(55,000X，断裂)示出了孔形成之前的颗粒，并且图3D(670X)、图3E(10,000X，断裂)和图3F(55,000X，断裂)示出了孔形成之后的颗粒；图4示出了实施例1中提及的对照颗粒在溶剂交换之前的孔径分布；图5示出了实施例1的颗粒在用甲醇进行溶剂交换之后的孔径分布；图6示出了实施例2的颗粒在用乙醇进行溶剂交换之后的孔径分布；图7示出了实施例3的颗粒在用异丙醇进行溶剂交换之后的孔径分布；并且图8示出了实施例4的颗粒在用丙酮进行溶剂交换之后的孔径分布。在本说明书和附图中对附图标记的反复使用旨在代表本公开的相同或类似的特征或元件。具体实施方式现在将详细参照本公开的各个方面，其一个或多个实例在下文示出。每个实例都以说明本公开而非限制本公开的方式提供。事实上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不背离本公开的范围或精神的情况下，可以对本公开做出各种修改和变化。例如，作为一个方面的一部分而说明或描述的特征可以用于另一个方面以产生又一个方面。因此，本公开旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的此类修改和变化。一般来讲，本公开涉及超吸收颗粒，这些超吸收颗粒通常具有约50微米至约2,000微米、在一些方面约100微米至约1,000微米、以及在一些方面约200微米至约700微米的中值尺寸(例如，直径)。如本文所用的术语“中值”尺寸，是指所述颗粒的“D50”尺寸分布，这意味着至少50％的所述颗粒具有所指示的尺寸。颗粒同样可以具有在上述范围内的D90尺寸分布(至少90％的颗粒具有所指示的尺寸)。可以使用已知的技术(诸如通过超速离心、激光衍射等)来测定颗粒的直径。例如，可以根据诸如ISO13320：2009的标准测试方法来测定颗粒尺寸分布。颗粒还可以具有任何所需的形状，诸如薄片、结节状、球形、管状等。可以控制颗粒的尺寸以优化具体应用的性能。不管其具体的尺寸或形状是怎样的，超吸收颗粒在本质上都是多孔的，并且通常具有多孔网络，该多孔网络可以包含闭合孔和开放小室孔的组合。颗粒的总孔隙率可能相对高。例如，颗粒可以表现出约2平方米/克(m2/g)或更大、在一些方面约5至约150m2/g、以及在一些方面约15至约40m2/g的总孔面积。孔隙率百分比也可以为约5％或更大，在一些方面为约10％至约60％，以及在一些方面为约15％至约60％。作为孔隙率特征的另一个参数是堆积密度。就这一点而言，如经由压汞法在0.58psi的压力下测定，本专利技术的超吸收颗粒的堆积密度可以例如小于约0.7克/立方厘米(g/cm3)，在一些方面为约0.1至约0.65g/cm3，以及在一些方面为约0.2至约0.6g/cm3。为了获得所需的孔特性，该多孔网络通常包含多个纳米孔，这些纳米孔具有约10纳米至约500纳米、在一些方面约15纳米至约450纳米、以及在一些方面约20纳米至约400纳米的平均横截面尺寸(例如，宽度或直径)。术语“横截面尺寸”通常是指孔的基准尺寸(例如，宽度或直径)，该基准尺寸与其长轴(例如，长度)基本上正交。应当理解，该网络内可以存在多种类型的孔。例如，还可以形成具有约0.5微米至约30微米、在一些方面约1微米至约20微米、以及在一些方面约2微米至约15微米的平均横截面尺寸的微孔。然而，纳米孔可以在该网络中以相对高的量存在。例如，纳米孔可以占颗粒的总孔体积的至少约25体积％，在一些方面至少约40体积％，以及在一些方面约40体积％至80体积％。在给定单位体积的该材料内，纳米孔所占据的平均体积百分比也可以是每cm3约15％至约80％，在一些方面约20％至约70％，以及在一些方面每立方厘米颗粒的约30％至约60％。也可以采用多种亚型的纳米孔。例如，在某些方面，第一纳米孔可以被形成为具有约80纳米至约500纳米、在一些方面约90纳米至约450纳米、以及在一些方面约100纳米至约400纳米的平均横截面尺寸，而第二纳米孔可以被形成为具有约1纳米至约80纳米、在一些方面约5纳米至约70纳米、以及在一些方面约10纳米至约60纳米的平均横截面尺寸。纳米孔可以具有任何规则或不规则的形状，诸如球形、细长形等。不管有多大，该多孔网络内的孔的平均直径通常将为约1纳米至约1,200纳米，在一些方面为约10纳米至约1,000纳米，在一些方面为约50纳米至约800纳米，以及在一些方面为约100纳米至约600纳米。部分由于该多孔网络的特殊性质，本专利技术人已经发现，所得的超吸收颗粒在它们开始接触流体(诸如水、盐(例如氯化钠)的水性溶液、体液(例如尿液、血液等)，诸如此类)的具体时间段期间可以表现出提高的吸收速率。这种增加的速率可以通过多种方式来表征。例如，颗粒可以表现出短涡旋时间，其是指根据下文所述的测试，一定量的超吸收颗粒使通过搅拌0.9重量百分比(％)氯化钠溶液形成的涡旋闭合所需的时间量(以秒为单位)。更具体地，超吸收颗粒可以表现出约80秒或更短、在一些方面约60秒或更短、在一些方面约45秒或更短、在一些方面约35秒或更短、在一些方面约30秒或更短、在一些方面约20秒或更短、以及在一些方面约0.1秒至约10秒的涡旋时间。另选地，在与氯化钠的水性溶液(0.9重量％)接触0.015千秒(“ks”)之后，颗粒的吸收速率可以为约300g/g/ks或更高，在一些方面为约400g/g/ks或更高，在一些方面为约500g/g/ks或更高，以及在一些方面为约600g/g/ks至约1,500g/g/ks。高吸收速率甚至可以保留相对长的时间段。例如，在与氯化钠的水性溶液(0.9重量％)接触0.06ks或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超吸收颗粒，所述超吸收颗粒具有约50微米至约2,000微米的中值尺寸并且包含多孔网络，所述多孔网络包括平均横截面尺寸为约10纳米到约500纳米的多个纳米孔，其中所述超吸收颗粒表现出约80秒或更短的涡旋时间，以及5达西或更大的自由膨胀凝胶床渗透率(GBP)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.超吸收颗粒，所述超吸收颗粒具有约50微米至约2,000微米的中值尺寸并且包含多孔网络，所述多孔网络包括平均横截面尺寸为约10纳米到约500纳米的多个纳米孔，其中所述超吸收颗粒表现出约80秒或更短的涡旋时间，以及5达西或更大的自由膨胀凝胶床渗透率(GBP)。


2.如权利要求1所述的超吸收颗粒，其中所述颗粒表现出10达西或更大的GBP。


3.如权利要求1所述的超吸收剂颗粒，其中所述颗粒表现出20达西或更大的GBP。


4.如权利要求1所述的超吸收剂颗粒，其中所述颗粒表现出60达西或更大的GBP。


5.如权利要求1所述的超吸收颗粒，其中所述颗粒表现出90达西或更大的GBP。


6.如权利要求1所述的超吸收颗粒，其中所述颗粒在被放置成与0.9重量％氯化钠的水性溶液接触0.015千秒之后表现出约300g/g/ks或更高的吸收速率。


7.如权利要求1所述的超吸收颗粒，其中所述超吸收颗粒在被放置成与0.9重量％氯化钠的水性溶液接触0.015千秒之后表现出约500g/g/ks或更高的吸收速率。


8.如权利要求1所述的超吸收颗粒，其中所述超吸收颗粒在被放置成与0.9重量％氯化钠的水性溶液接触0.120千秒之后表现出约160g/g/ks或更高的吸收速率。


9.如权利要求1所述的超吸收颗粒，其中所述颗粒表现出约20g/g或更高的离心保留容量。


10.如权利要求1所述的超吸收制品，其中所述多孔网络还包括微...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·A·托波尔卡雷夫，A·N·皮克特，K·戈德尔斯，M·M·麦莱兹瓦，T·T·托尔，D·瑟伦斯，高桥一裕，上田祐介，富冈惠，
申请(专利权)人：金伯利克拉克环球有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US