專利名稱：輻射處理的吸收材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明領(lǐng)域?qū)儆谖詹牧稀?br> 背景技術(shù)：
可以吸收本身重量大約20倍的材料廣為人知。Kimura的專利號(hào)為6293935的美國(guó)專利講述了大量聚合物材料在此領(lǐng)域的應(yīng)用，包括淀粉，交聯(lián)羥甲基纖維素和聚丙烯酸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的吸附能力最強(qiáng)的材料有一些屬于堿皂化凝膠型淀粉聚丙烯腈接枝聚合物。相關(guān)的實(shí)例包括專利號(hào)為US3985616(1976年10月12)，US3935099(1976年1月27)，US3981100(1976年9月21)和US3997484(1976年12月14)的專利，所有這些都是由Weaver等提出。盡管這些專利中，有些宣稱含有淀粉的聚合物組合物可能能夠吸附超過(guò)本身重量1000倍的水，這些先前嘗試中所宣稱的一直沒有實(shí)際制備出來(lái)。目前，材料吸附流體最大能力大約是自身質(zhì)量的150倍。
由于高吸水材料提供了不斷增加的功效和便利，并且降低了消耗和環(huán)境污染，人們一直努力研究以提供更高的吸附能力。Leiggi的專利號(hào)為US6439492的專利報(bào)道了一種吸收墊，它主要包括含有吸附材料的外套并用于吸附摩托車上滴下的流體。假設(shè)是從汽車上滴下的流體的數(shù)量，那么提供比Leiggi所報(bào)道的材料更強(qiáng)的吸附能力將是有利的。
提高吸附能力的一個(gè)方法是提供含有眾多活化雙鍵的材料。Dyer等人的專利號(hào)為5863958的美國(guó)專利中，Dyer報(bào)道了由1，3，7-辛三烯或類似的共軛多烯同交聯(lián)劑制備出的聚合物，其含有至少兩個(gè)活化的雙鍵。使用這種技術(shù)的優(yōu)選產(chǎn)品是乙烯基乙二醇二甲基丙烯酸酯。Dyer等報(bào)道這種聚合物可以制備成吸附泡沫用于尿布等具體產(chǎn)品，或者制備成乳膠用于粘合劑和膠粘劑。
然而，基本沒有大家公認(rèn)的用于活化聚合物的方法，可以使聚合物的吸附能力達(dá)到自身重量的250倍或者更多。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了可廣泛應(yīng)用的用于活化聚合物的方法和設(shè)備以提高材料的親水性和吸收能力。
本發(fā)明特別關(guān)注的是活化淀粉類聚合物產(chǎn)品的方法以及產(chǎn)品和組合物本身。這里所使用的術(shù)語(yǔ)聚合物產(chǎn)品意思是含有非痕量活化的單個(gè)淀粉顆?；蚍肿拥木酆衔?。在優(yōu)選的具體例子中，一批活化的淀粉至少有100g的淀粉顆粒。
根據(jù)優(yōu)選方法，未活化的聚合物顆粒在一定條件下用一種高能量源進(jìn)行處理，在這種條件下，在顆粒表面產(chǎn)生鑲嵌式離子模式。這種表面的改性提高了顆粒吸收水和其它液體的能力，因此也增加了顆粒的親水性。盡管不希望被任何特別的理論或機(jī)理所限制，發(fā)明者目前設(shè)想所使用的能量足以打開顆粒表面大約至少1埃范圍的化學(xué)鍵。
等離子體是優(yōu)選的高能量源，盡管其它的能量源如紫外光或激光也可以使用。
根據(jù)下面本發(fā)明優(yōu)選具體實(shí)例的詳細(xì)描述以及附圖，本發(fā)明的不同目的，特點(diǎn)，各個(gè)方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。其中附圖中相同的數(shù)字代表相同的成分。
附圖簡(jiǎn)述

圖1為聚合物顆粒通過(guò)高能量源輻射處理的示意圖。
圖2是生產(chǎn)包含輻射處理過(guò)的聚合物顆粒的不同具體產(chǎn)品的示意圖。
發(fā)明詳述在圖1中，傳送帶20傳遞所裝載的聚合物顆粒30通過(guò)高能量源10。
在更一般的方面，任何合適的聚合物顆粒都可以通過(guò)任何合適的高能量源輻射處理而活化。優(yōu)選的是下面條件能量足以在至少1埃長(zhǎng)度的至少某些表面打開分子的多重共價(jià)鍵，并且足以使活化(被輻射處理的)聚合物的吸水性同沒有活化(沒有輻射處理的)的聚合物相比，以重量比為基礎(chǔ)至少提高20％。當(dāng)然，在優(yōu)選的具體例子中，聚合物顆粒的輻射處理至少提高它們的吸水性達(dá)到50％，甚至更高。
很大范圍的聚合物被預(yù)計(jì)可以用于本發(fā)明，包括葡萄糖苷，丙烯酸樹脂，丙烯酸共聚物，聚丙烯酰胺/丙烯酸共聚物，淀粉，羧甲基纖維素，羧甲基纖維素樹膠和磺化纖維素。優(yōu)選的輻射處理的聚合物是淀粉。聚合物，不論是否有本身的表面離子基團(tuán)，都可以應(yīng)用在本發(fā)明中。Honeycutt的美國(guó)5252340專利(1993年10月)和Avera的美國(guó)4865640號(hào)專利(1989年9月)描述了很多合適的淀粉。這些和其它在這里所引用的專利都包含在參考文獻(xiàn)中。聚合物優(yōu)選在輻射處理前干燥以提高輻射的吸收，隨后如果需要，在輻射處理后再懸浮在溶液中以提供更均一的溶液。聚合可以在輻射前，輻射中，或者輻射后完成。
因?yàn)槲漳芰Φ脑黾颖徽J(rèn)為涉及表面效應(yīng)，聚合物優(yōu)選制備成顆粒形式，并具有90000到700000的分子量。優(yōu)選顆粒具有不超過(guò)大約5毫米的平均中間直徑(假設(shè)顆粒是球形的)。對(duì)有些應(yīng)用，更小的顆粒是優(yōu)選的，例如直徑為150-1000微米。除非另外提及，這里所用的范圍應(yīng)該被認(rèn)為是包括這些端點(diǎn)。另一方面，在一些情況下，顆粒相對(duì)大些，具有超過(guò)5毫米的直徑是有利的。制備和檢測(cè)的方法在美國(guó)專利申請(qǐng)20020098983中可以找到。
等離子體是目前優(yōu)選的高能量源，因?yàn)榈入x子體可以在相對(duì)較低的成本下，提供非常高水平的能量輻射。很多不同類型的等離子體可以被應(yīng)用，包括射頻感應(yīng)等離子體和電容放電等離子體。低溫等離子體是特別優(yōu)選的等離子體，它的離子化的原子溫度低于10000K。等離子體發(fā)生器中的氣體可能是任何氣體，如包括氬氣，氧氣，空氣，其它惰性氣體以及上述氣體和與主要?dú)怏w相比為少量的水蒸汽的混合物。氣體特別保持在低壓下，在這里定義為平均低于100乇。等離子體發(fā)生器甚至是開放的，工作壓力可以到1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。盡管其它足夠強(qiáng)度和抗腐蝕性的材料也可以被使用，等離子發(fā)生器優(yōu)選不銹鋼制備以降低腐蝕的影響。其它可以用來(lái)制備發(fā)生器的材料包括鈦，石英，帶有鈦涂層的不銹鋼，鉬，陽(yáng)極氧化鋁，銥，鉑等。對(duì)射頻等離子體來(lái)說(shuō)，射頻啟動(dòng)裝置外加電壓大約為500-10000伏，啟動(dòng)裝置出于安全和其它的原因需要接地。優(yōu)選的射頻等離子體的基本頻率在0.44MHZ和40.68MHZ之間，能量在100瓦到100千瓦之間。其它設(shè)想的高能量源包括激光，紫外光源和其它輻射源等。
聚合物顆?？梢砸匀魏魏线m的速率通過(guò)等離子體或其它輻射源。這可以通過(guò)試驗(yàn)容易的確定。使用上面所說(shuō)的射頻等離子體，預(yù)期在大約每小時(shí)1磅到大約200磅的范圍內(nèi)可以被有效輻射，尤其是顆粒與等離子體直接接觸時(shí)。
使用這里所描述的方法和設(shè)備，以重量比為基礎(chǔ)，淀粉或其它聚合物顆粒的流體吸收性能能夠在輻射處理后達(dá)到本身重量的250倍。通過(guò)調(diào)節(jié)功率和停留時(shí)間，預(yù)計(jì)活化后的材料可以吸收的流體重量將達(dá)到自身重量的400甚至是500倍。
在圖2中，輻射處理后的顆粒30A通過(guò)處理裝置40被選擇性加工成不同的具體產(chǎn)品-創(chuàng)可貼42，內(nèi)衣褲44，尿布45，貓糞土46，溢出吸收劑48和口服藥丸49。
從更一般的方面說(shuō)，活化的聚合物有廣泛的應(yīng)用。一種應(yīng)用的分類包括盛納動(dòng)物和人的分泌以及排泄物。這包括保護(hù)性內(nèi)衣褲比如尿布和女性用衛(wèi)生巾產(chǎn)品，和傷口用繃帶，盥洗室用面紙，貓糞土等等。另一種產(chǎn)品的分類包括溢出物清除用的袋子或其它包裹。例如它們被用于盛納和清除汽車以及其它油類溢出物。這些產(chǎn)品在這些應(yīng)用中的工作效能應(yīng)該比貓糞土，沙地或者沙的效果好的多。
活化的淀粉產(chǎn)品也可以應(yīng)用于藥物領(lǐng)域。例如，活化的產(chǎn)品可以用作藥物遞送載體。任何通過(guò)靜脈內(nèi)注射進(jìn)入人體的顆粒直徑一般必須小于1微米。較大的顆粒經(jīng)過(guò)高能量源的處理通常分裂為尺寸在亞微米范圍內(nèi)的顆粒。這樣，在優(yōu)選的具體實(shí)例中，未活化的淀粉產(chǎn)品也可以通過(guò)等離子體輻射處理，在顆粒上形成多孔的表面。這些多孔的表面隨后將能夠吸收大量的藥物化合物。這種“新”的淀粉顆粒(含有藥物化合物的活化后淀粉顆粒)隨后能夠靜脈注射進(jìn)入人體或者可以設(shè)計(jì)成病人可以口服的藥物。一旦進(jìn)入人體，淀粉將可以被消化或溶解，這樣藥用化合物就顯露出來(lái)。另一個(gè)例子包括口服或者注射活化的淀粉或其它物質(zhì)進(jìn)入人體內(nèi)，來(lái)吸收毒素或其它不希望的流體。
活化后的聚合物也可以放置進(jìn)土壤來(lái)吸收多余的濕氣，并在一段時(shí)間里保持。其它設(shè)想的產(chǎn)品包括含有化學(xué)肥料，殺蟲劑以及抗微生物試劑等的活化聚合物。
活化聚合物也能夠應(yīng)用在化學(xué)反應(yīng)中以吸收特定的反應(yīng)物或者產(chǎn)品。例如一個(gè)設(shè)想的在實(shí)驗(yàn)室和化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用是將活化后的顆粒應(yīng)用在離子交換柱中。紙和紙漿中的聚合物也可以如這里所描述的那樣活化。
本文中已經(jīng)公開了活化聚合物的具體實(shí)例和應(yīng)用，然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，除了本文已經(jīng)描述過(guò)的改進(jìn)，更多的改進(jìn)并不背離本發(fā)明的理念是可能的。因此，發(fā)明的主題內(nèi)容除了附加的權(quán)利要求書的精神外并沒有被限制。此外，在說(shuō)明內(nèi)容詳述和權(quán)利要求書時(shí)，所有的術(shù)語(yǔ)應(yīng)該以最廣泛的可能方式理解以同上下文一致。特別的，術(shù)語(yǔ)“包括”和“包含”應(yīng)該根據(jù)要素，成分，或步驟以非唯一的方式理解，這意味著所涉及的要素，成分或步驟可能出現(xiàn)，使用或同其它沒有明顯涉及的其它要素，成分或步驟相結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種制品，通過(guò)如下方法制造在一定條件下使用來(lái)自高能量源的輻射照射聚合物顆粒，在這種條件下，聚合物的吸水率以重量比為基礎(chǔ)，提高至少20％。
2.權(quán)利要求1中的制品，其中聚合物包括一種淀粉。
3.權(quán)利要求1中的制品，其中顆粒具有不大于5毫米的平均中間直徑。
4.權(quán)利要求1中的制品，其中顆粒具有大于5毫米的平均中間直徑。
5.權(quán)利要求1中的制品，其中高能量源包括一種等離子體。
6.權(quán)利要求5中的制品，其中等離子體包括一種感應(yīng)等離子體。
7.權(quán)利要求5中的制品，其中等離子體包括一種電容等離子體。
8.權(quán)利要求5中的制品，其中等離子體包括感應(yīng)和電容等離子體的結(jié)合。
9.權(quán)利要求5中的制品，其中等離子體包括氬氣等離子體。
10.權(quán)利要求5中的制品，其中等離子體包括射頻等離子體。
11.一種保護(hù)性內(nèi)衣褲，其包括權(quán)利要求1中經(jīng)照射后的顆粒。
12.一種繃帶，其包括權(quán)利要求1中經(jīng)照射后的顆粒。
13.一種貓糞土，其包括權(quán)利要求1中經(jīng)照射后的顆粒。
14.一種權(quán)利要求1中經(jīng)照射后的顆粒的包裝制品，標(biāo)明用作溢出清除材料。
15.一種藥物遞送載體，其包括權(quán)利要求1中經(jīng)照射后的顆粒。
16.一種提高聚合物的吸水率的方法，包括提供顆粒形式的聚合物，顆粒在一定條件下進(jìn)行等離子體處理，在這種條件下，將顆粒的吸水率提高至少20％。
17.權(quán)利要求16中的方法，其中聚合物包括一種淀粉。
18.權(quán)利要求1中的制品，其中顆粒具有不大于5毫米的平均中間直徑。
19.權(quán)利要求1中的制品，其中顆粒具有大于5毫米的平均中間直徑。
全文摘要
聚合物顆粒(30)被來(lái)自高能量源(10)的射線照射以提高顆粒(30)對(duì)水或者其它流體的吸收性能。使用活化后的顆粒制備的產(chǎn)品包括保護(hù)性內(nèi)褲，繃帶，貓糞土和溢出清潔材料。
文檔編號(hào)C08F2/46GK1646306SQ03807683
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月2日
發(fā)明者P·伯林, M·辛金森 申請(qǐng)人:超級(jí)吸收體公司