[发明专利]超吸收剂的计量供给方法

说明书

本发明涉及超吸收剂的计量供给方法。

超吸收剂是已知的。超吸收剂是能够吸收和保留为其重量若干倍 的水的材料，可能高达其重量的几百倍，即使在中等压力下也是如此。 与蒸馏水或去离子水相比，对含盐溶液的吸收能力常常较低。通常， 超吸收剂的离心保留容量(“CRC”，其测定方法见下文)为至少5g/g， 优选至少10g/g，更优选至少15g/g。这种材料常常也被称为“高溶胀 性聚合物”、“水凝胶”(常常甚至用于干燥的形式)、“水凝胶形成聚 合物”、“吸水性聚合物”、“吸收性凝胶形成材料”、“可溶胀树脂”、“吸 水性树脂”等。所述材料是交联的亲水性聚合物，特别是由(共)聚合 的亲水单体形成的聚合物、一种或多种亲水单体在合适的接枝基上形成 的接枝(共)聚合物，交联的纤维素或淀粉醚，交联的羧甲基纤维素， 部分交联的聚环氧烷或可在水性液体中溶胀的天然产物，实例为瓜尔胶 衍生物，其中最广泛地使用基于部分中和的丙烯酸的吸水聚合物。通常 超吸收剂以聚合物颗粒的干粉形式制备、储藏、运输和加工，“干”通常 是指含水量低于5wt％。超吸收剂一旦吸收液体即转化为凝胶，特别是 平常当吸收水分以后转化为水凝胶。目前超吸收剂最重要的应用领域是 吸收体液。超吸收剂用于例如卫生产品，实例有婴儿尿布、成人失禁产 品或女性卫生产品。其他应用领域的实例有市售园艺领域中的保水剂、 防火储水物、用于食品包装中吸收液体或总体而言用于吸收水分。

制备超吸收剂的方法也是已知的。占市场主导地位的丙烯酸酯基超 吸收剂通过在交联剂(“内部交联剂”)的存在下、通常在水的存在下进 行丙烯酸的自由基聚合反应来制备，在聚合反应之前或之后、或任选地 部分在聚合反应之前、部分在聚合之后进行的中和步骤中，通常通过加 入碱，最常用氢氧化钠水溶液将丙烯酸中和至某个程度。这样生成的聚 合物凝胶粉碎(根据使用的反应器类型，粉碎可与聚合反应同时进行) 和干燥。通常这样制备的干粉(“基础聚合物”)通过加入另外的有机交 联剂或多价阳离子交联剂被表面交联(也称为表面“后”交联)，从而产 生比颗粒体交联程度更高的表面层。硫酸铝最常用做多价阳离子交联剂。 对超吸收剂颗粒使用多价金属阳离子有时不被视为表面交联，而是被称 为“表面络合(surface complexing)”或视为另一种形式的表面处理，尽 管其与有机表面交联剂具有相同的效果，即增加颗粒表面上单个聚合物 链之间的键的数量从而增强凝胶颗粒的硬度。有机表面交联剂和多价阳 离子表面交联剂可共同地或以任何顺序地累积使用。

表面交联使每个超吸收剂颗粒在表面附近产生较高的交联密度。这 就解决了“凝胶封锁(gel blocking)”问题，该问题是指对于早期的超吸 收剂，液体攻击会引起超吸收剂颗粒体的颗粒最外层溶胀，形成几乎连 续的凝胶层，这会有效地封锁更多量的液体(例如二次攻击)转运至凝 胶层以下的未使用的超吸收剂。虽然在一些超吸收剂应用中这是期望的 效果(例如水下电缆密封)，但当用于个人卫生产品时它会产生不期望 的效果。通过表面交联增加单个凝胶颗粒的硬度可产生凝胶层内单个凝 胶颗粒之间的开放通道，从而促进通过凝胶层的液体转运。尽管表面交 联降低了CRC或其他表示超吸收剂样品总吸收容量的参数，但能有效增 加可被含给定量的超吸收剂的卫生产品吸收的液体的量。

其他增加超吸收剂的渗透性的方法(确切地说是“凝胶床渗透性 (GBP)”或“盐水导流能力(SFC)”)也是已知的。这些方法包括将超 吸收剂与纤维如尿布核心部分中的绒毛混合，或混合能增加凝胶硬度或 在凝胶层中产生液体转运开放通道的其他组分。通常，增加GBP或SFC 的组分被称为渗透性增强剂(“PEA”)。

对超吸收剂使用添加剂的一个常见问题是超吸收剂的自由流动和强 制供给特性受到遏制。这意味着输送超吸收剂、尤其是强制供给超吸收 剂——例如向超吸收剂加工设备如尿布形成机中通过螺杆装置强制供给 超吸收剂——变得困难，或者，在产品不是强制供给、而是从高的运送 容器(如大的袋子)自由流动至位于超吸收剂运送容器下面的供给装置 (如尿布机器的超吸收剂进料斗)的设计中，自由流动可能受到遏制。

供给的问题在涉及计量时更加严重。连续并准确地计量颗粒材料的 量比计量液体困难的多，并且在尿布形成中，当预定量的超吸收剂将被 供给至尿布机的制备绒毛和超吸收剂的混合物——将要包括在各个尿布 中)——的部分时，对本质上为颗粒固体的超吸收剂进行计量是关键步 骤。所述预定量的超吸收剂需精确且高速地计量以保证尿布机器中的较 高线速度。