BRPI0920242B1

BRPI0920242B1 - processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila

Info

Publication number: BRPI0920242B1
Application number: BRPI0920242-0A
Authority: BR
Inventors: Michael Azad; Scott Smith; Mark C. Joy; Geoffrey W. Blake; Michael S. Jarman
Original assignee: Evonik Stockhausen, Llc
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2020-12-29
Also published as: EP2334344B1; WO2010046265A1; KR20110086057A; JP5380541B2; EP2334344A1; US8962910B2; TWI526478B; KR101647166B1; CN102186508B; US20120271260A1; BRPI0920242B8; CN104072928B; TW201026756A; US20150157759A1; BRPI0920242A2; JP2012505940A; CN104072928A; CN102186508A; US20100100066A1; US8222477B2

Abstract

PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE POLÍMERO SUPERABSORVENTE CONTENDO ARGILA, POLÍMERO SUPERABSORVENTE, ARTIGO SANITÁRIO, FRALDA, MÉTODO DE ABSORVER UM MEIO AQUOSO, E FRALDA TENDO UM NÚCLEO Um processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, o processo incluindo as etapas de (I) polimerizar uma mistura de polimerização compreendendo: (a) um ou mais monômeros etilenicamente insaturados contendo carboxila, (b) um ou mais agentes de reticulação, (c) opcionalmente um ou mais comonômeros copolimerizáveis com o monômero contendo carboxila, (d) agente neutralizante para neutralizar parcialmente o polímero até de cerca de 50% a cerca de 99% em peso, e (e) um meio de polimerização para formar um hidrogel parcialmente neutralizado reticulado, (II) misturar uma argila ou hidrogel parcialmente neutralizado reticulado para formar hidrogel de polímero superabsorvente-argila parcialmente neutralizado; (III) secar o hidrogel parcialmente neutralizado reticulado a uma temperatura de cerca de 190°C a cerca de 210°C e por um período de tempo de cerca de 15 minutos a cerca de 120 minutos, e (IV) triturar o hidrogel de polímero superabsorvente-argila parcialmente neutralizado até partículas.

Description

FUNDAMENTOS

Um material superabsorvente em geral se refere a um material insolúvel em água, intumescente em água capaz de absorver pelo menos cerca de 10 vezes o seu peso e até cerca de 30 vezes ou mais o seu peso em uma solução aquosa contendo 0,9 por cento em peso de solução de cloreto de sódio em água. A presente invenção se refere a partículas de polímero superabsorvente que absorvem água, líquidos aquosos e sangue, e a um método para fazer o polímero superabsorvente e as partículas. O acrônimo SAP, como aqui utilizado e como geralmente utilizado na indústria, é usado no lugar de polímero superabsorvente, composição de polímero superabsorvente, partículas de polímero superabsorvente, ou suas variações.

Um polímero superabsorvente é um polímero reticulado parcialmente neutralizado que é capaz de absorver grandes quantidades de líquidos aquosos e fluidos corporais, tal como urina ou sangue, com intumescência e a formação de hidrogéis, e de retê-los sob certa pressão de acordo com a definição geral de material superabsorvente. Uma composição de polímero superabsorvente é um polímero superabsorvente que foi tratado na superfície e que pode incluir reticulação de superfície e/ou outro tratamento da superfície do polímero superabsorvente.

Composições de polímero superabsorvente comercialmente disponíveis incluem ácidos poliacrílicos reticulados ou polímeros de enxerto amido-ácido acrílico reticulados nos quais alguns dos grupos carboxílicos são neutralizados com solução de hidróxido de sódio ou solução de hidróxido de potássio. Partículas de composição de polímero superabsorvente são partículas de polímeros superabsorventes ou composições de polímero superabsorvente, e geralmente têm um tamanho de partícula de cerca de 150mícrons a cerca de 850mícrons. Uma ampla pesquisa de polímeros superabsorventes, e seu uso e fabricação, é dada em F.L. Buchholz e A.T. Graham (editores) em “Modern Superabsorbent Polymer Technology”, Wiley-VCH, New York, 1998.

Uma utilização primária de SAP e partículas de SAP é em artigos sanitários, tal como fraldas de bebês, produtos de incontinência ou absorventes higiênicos. Por razões de caimento, conforto e estéticas e por aspectos ambientais, há uma tendência crescente para fazer artigos sanitários menores e mais finos. Isto vem sendo realizado reduzindo o teor de fibra de felpa de alto volume nestes artigos. Para assegurar uma capacidade de retenção total constante de fluidos corporais nos artigos sanitários, mais conteúdo de SAP está sendo usado nestes artigos sanitários.

Argilas e outros produtos minerais foram adicionados aos SAP sem uma tentativa de melhorar o desempenho do SAP. Por exemplo, a adição de sílica amorfa finamente dividida, tal como AEROSIL®, disponível de Evonik GmbH, Alemanha, ou CAB-O-SIL®, disponível de Cabot Corporation, ou uma bentonita na superfície do pós ou grânulos de SAP é conhecida. As patentes norte americanas US 5.140.076 e 4.734.478 divulgam a adição de sílica durante a reticulação da superfície de pós de SAP secos. A patente norte americana US 4.286.082 divulga misturas de sílica e SAP para uso em artigos de higiene.

Geralmente, em misturas de partículas de SAP secas com um pó de sílica, a sílica adere às superfícies das partículas de SAP e altera as propriedades da superfície das partículas de SAP, mas não suas propriedades de absorção intrínsecas. Por exemplo, o pó de sílica é hidrofílico ou hidrofóbico, o que influencia principalmente a taxa na qual um fluido é absorvido pelas partículas de SAP.

Outras patentes e pedidos divulgando partículas de SAP e uma argila incluem a patente inglesa GB 2.082.614 revelando uma composição absorvente seca, sólida, intumescente em água preparada misturando partículas de SAP secas e 1% a 75% em peso da mistura de um material extensor selecionado de derivados de celulose não reticulados, amido, certas argilas e certos minerais e misturas dos mesmos.

A patente norte americana US 5.733.576 divulga um processo de produzir agentes absorventes contendo (a) um polímero ou copolímero sintético intumescente em água e (b) um composto polimérico natural ou sintético que a temperatura normal é um pó derramável e é parcialmente solúvel ou insolúvel em água. Os agentes de absorção podem conter argila como um agente de enchimento neutro.

A patente internacional WO 01/68156 divulga um polímero hidrofílico intumescente formador de hidrogel contendo aluminossilicato e tendo permeabilidade intensificada e propriedades aperfeiçoadas de controle de odor. O aluminossilicatos podem ser adicionados antes, durante ou após a polimerização.

A patente norte americana US 5.514.754 divulga partículas de polímero superabsorvente contendo uma argila em que a argila é adicionada a um hidrogel de SAP antes da neutralização do SAP para fornecer partículas tendo taxas de aquisição de fluido aperfeiçoadas e uma permeabilidade melhorada de um fluido através das partículas SAP-argila intumescidas.

A presente invenção é dirigida a melhorar as propriedades das partículas de SAP introduzindo argila no hidrogel de SAP sob condições específicas. Foi constatado que a adição de argila a um hidrogel de SAP parcialmente neutralizado e a secagem do hidrogel-argila a temperaturas elevadas pode melhorar as propriedades de desempenho do SAP. Portanto, a presente invenção é dirigida a melhorara taxa de absorção do SAP e o desempenho de permeabilidade, sem afetar adversamente outras propriedades de absorção e retenção de fluido das partículas de SAP, pela adição de argila durante o processo de fabricação.

SUMÁRIO

A presente invenção é dirigida a partículas de SAP e métodos de fabricação de polímeros superabsorventes contendo argila. Mais particularmente, a presente invenção é dirigida a SAP contendo argila compreendendo uma resina de absorção de água e argila, e a um método de fabricar essas partículas de SAP-argila.

Uma modalidade da presente invenção compreende um processo para a produção de polímero superabsorvente contendo argila e partículas do mesmo com base em um processo para a preparação de polímero superabsorvente compreendendo as etapas de: (I) polimerizar uma mistura de polimerização compreendendo: (a) um ou mais monômeros etilenicamente insaturados contendo carboxila, (b) um ou mais agentes de reticulação, (c) opcionalmente um ou mais comonômeros copolimerizáveis com o monômero contendo carboxila, (d) agente neutralizante para neutralizar parcialmente o polímero de cerca de 50% a cerca de 99% em peso, e (e) um meio de polimerização para formar um hidrogel parcialmente neutralizado reticulado; (II) misturar argila ao hidrogel parcialmente neutralizado reticulado para formar um hidrogel de polímero superabsorvente-argila parcialmente neutralizado; (III) secar o hidrogel parcialmente neutralizado reticulado a uma temperatura de cerca de 190°C a cerca de 210°C e por um período de tempo de cerca de 15 minutos a cerca de 120 minutos; e (IV) triturar o hidrogel de polímero superabsorvente-argila parcialmente neutralizado até partículas.

Uma modalidade da presente invenção inclui a preparação de polímero superabsorvente contendo argila em que o polímero superabsorvente está presente emuma quantidade de cerca de 90% a cerca de 99,5% em peso e a argila está presente em uma quantidade de cerca de 10% a cerca de 0,5% em peso.

Outra modalidade da presente invenção também inclui moer o hidrogel de polímero superabsorvente contendo argila em particulado de polímero superabsorventetendo um tamanho de partícula de cerca de 150μm a cerca de 850μm conforme medidopor peneiramento através de uma peneira malha 20 padrão dos EUA retido por uma peneira malha 100 padrão dos EUA.

Uma modalidade da presente invenção ainda inclui um particulado de polímero superabsorvente feito pelo processo anterior. Além disso, a presente invenção é dirigida a composições absorventes ou artigos sanitários, tal como fraldas, que podem conter composições de polímero superabsorvente da presente invenção.

Várias outras características e vantagens da presente invenção serão aparentes da descrição que se segue. Na descrição, é feita referência a modalidades exemplares da invenção. Essas modalidades não representam o escopo completo da invenção. Portanto, referência deve ser feita às reivindicações neste documento para interpretar o escopo inteiro da invenção. No interesse da brevidade e concisão, quaisquer faixas de valores estabelecidos neste relatório contemplam todos os valores dentro da faixa e devem ser interpretadas como suporte para reivindicações recitando quaisquer subfaixas tendo pontos terminais que são valores numéricos reais dentro da faixa especificada em questão. Por meio de um exemplo hipotético ilustrativo, uma revelação neste relatório de uma faixa de 1 a 5 deve ser considerada como suportando reivindicações para qualquer uma das seguintes faixas: 1 a 5, 1 a4, 1 a 3, 1 a 2; 2 a 5, 2 a 4; 2 a 3; 3 a 5; 3 a 4 e 4 a 5.

FIGURAS

As características, os aspectos e as vantagens anteriores e outros da presente invenção se tornarão mais bem compreendidos com respeito à descrição, às reivindicações em anexo e aos desenhos em anexo a seguir onde: a Figura 1 é uma vista lateral do aparelho de teste empregado para o Teste de Permeabilidade em Leito de Gel de Intumescência Livre; a FIG 2 é uma vista lateral em seção transversal de um conjunto de cilindro/copo empregado no aparelho de Teste de Permeabilidade em Leito de Gel de Intumescência Livre mostrado na Figura 1; a FIG 3 é uma vista superior de um êmbolo empregado no aparelho de teste de Teste de Permeabilidade em Leito de Gel de Intumescência Livre mostrado na Figura 1, e a FIG 4 é uma vista lateral do aparelho de teste empregado para o Teste de Carga sob Absorvência.

DEFINIÇÕES

Note-se que, quando empregados na presente divulgação, os termos “compreende”, “compreendendo” e outros derivados do termo raiz “compreender” se destinam a ser termos de extremidade aberta que especificam a presença de quaisquer características, elementos, inteiros, etapas ou componentes declarados e não se destinam a evitar a presença ou adição de uma ou mais outras características, elementos, inteiros, etapas, componentes ou grupos da mesma. O termo artigo “absorvente” geralmente se refere a dispositivos que podem absorver e conter fluidos. Por exemplo, artigos absorventes para cuidados pessoais se referem a dispositivos que são colocados contra ou próximo a pele para absorver e conter os vários fluidos descarregados do corpo. O termo “reticulado” usado em referência ao polímero superabsorvente refere-se a quaisquer meios para efetivamente tornar materiais normalmente solúveis em água substancialmente insolúveis em água, mas intumescentes. Esses meios de reticulação podem incluir, por exemplo, entrelaçamento físico, domínios cristalinos, ligações covalentes, complexos e associações iônicas, associações hidrofílicas, tal como ligações de hidrogênio, associações hidrofóbicas, ou forças de Van der Waals. O termo “Darcy” é uma unidade CGS de permeabilidade. Um Darcy é a permeabilidade de um sólido através do qual um centímetro cúbico de fluido, tendo uma viscosidade de um centipoise, fluirá em um segundo través de uma seção de um centímetro de espessura e um centímetro quadrado de seção transversal, se a diferença de pressão entre os dois lados do sólido for uma atmosfera. Acontece que a permeabilidade tem as mesmas unidades que a área; uma vez que não há nenhuma unidade SI de permeabilidade, metros quadrados são usados. Um Darcy é igual a aproximadamente 0, 98692 x 10-12m2 ou cerca de 0, 98692 x 10- 8cm2 . O termo “descartável” é aqui utilizado para descrever artigos absorventes que não se destinam a ser lavados ou de outra forma restaurados ou reutilizados como um artigo absorvente após uma única utilização. Exemplos desses artigos absorventes descartáveis incluem, mas não se limitam a, artigos absorventes de cuidados pessoais, artigos absorventes de saúde/médicos e artigos absorventes domésticos/industriais. O termo “composição de polímero superabsorvente seca” geralmente se refere à composição de polímero superabsorvente tendo menos de cerca de 10% de umidade. O termo “tamanho de partícula mediano em massa” de uma dada amostra de partículas de composição de polímero superabsorvente é definido como o tamanho de partícula que divide a amostra ao meio em uma base de massa, isto é, metade da amostra, em peso, tem um tamanho de partícula maior do que o tamanho de partícula mediano em massa e metade da amostra em massa tem um tamanho de partícula menor do que o tamanho de partícula mediano em massa. Assim, por exemplo, o tamanho de partícula mediano em massa de uma amostra de partículas de composição de polímero superabsorvente é de 2 mícrons se metade das amostras, em peso, forem medidas como mais de 2 mícrons. Os termos “partícula”, “particulado”, e similares, quando usados com o termo “polímero superabsorvente”, referem-se a forma de unidades discretas. As unidades podem compreender flocos, fibras, aglomerados, grânulos, pós, esferas, materiais pulverizados, ou similares, bem como suas combinações. As partículas podem ter qualquer forma desejada: por exemplo, cúbica, similar a haste, poliédrica, esférica ou semiesférica, arredondada ou semiarredondada, angular, irregular, etc. Formas tendo uma alta razão de aspecto, como agulhas, flocos e fibras, também são contempladas para inclusão aqui. Os termos “partícula” ou “particulado” podem incluir também uma aglomeração compreendendo mais de uma partícula individual, particulado ou similares. Adicionalmente, uma partícula, particulado ou qualquer aglomeração desejada dos mesmos podem ser compostos por mais de um tipo de material. O termo “polímero” inclui, mas não se limita a, homopolímeros, copolímeros, por exemplo, de blocos, de enxerto, aleatórios e copolímeros, terpolímeros alternados, etc., e misturas e modificações dos mesmos. Além disso, a menos que de outra forma especificamente limitado, o “polímero” incluirá todos os possíveis isômeros configuracionais do material. Estas configurações incluem, mas não estão limitadas a isotáticas, sindiotáticas e simetrias atáticas. O termo “poliolefina” como aqui utilizado geralmente inclui, mas não se limita a, materiais tais como polietileno, polipropileno, polisobutileno, poliestireno, copolímero de etileno e acetato de vinila e similares, os homopolímeros, copolímeros, terpolímeros, etc. dos mesmos e misturas e modificações dos mesmos. O “poliolefina” incluirá todas as estruturas possíveis da mesma que incluem, mas não se limitam a, simetrias isotáticas, sinodiotáticas e aleatórias. Copolímeros incluem copolímeros atáticos e em bloco. O termo “materiais superabsorventes” refere-se a materiais orgânicos ou inorgânicos intumescentes em água, insolúveis em água incluindo polímeros superabsorventes e composições de polímero superabsorvente capazes de, sob as condições mais favoráveis, absorver pelo menos cerca de 10 vezes o seu peso, ou pelo menos cerca de 15 vezes seu peso, ou pelo menos cerca de 25 vezes seu peso em uma solução aquosa contendo cloreto de sódio a 0,9 por cento em peso. O termo “composição de polímero superabsorvente” refere-se a uma composição de polímero superabsorvente que compreende um aditivo de superfície de acordo com a presente invenção. Os termos “polímero superabsorvente” e “preproduto de polímero superabsorvente” referem-se a um material que é produzido conduzindo todas as etapas para fazer um polímero superabsorvente como aqui descrito, até e incluindo a secagem do material e a moagem grosseira em um esmagador. O termo “polímero superabsorvente contendo argila” e “polímero superabsorvente-argila” e “SAP-argila” serão utilizados em todo o documento para representar polímero superabsorvente que contém argila, conforme estabelecido no presente pedido. O termo “reticulação de superfície” significa que o nível de ligações cruzadas funcionais nas proximidades da superfície da partícula de polímero superabsorvente em geral é mais alto do que o nível de ligações cruzadas funcionais no interior da partícula de polímero superabsorvente. Como usado aqui, “superfície” descreve os limites voltados para fora da partícula. Para partículas de polímero superabsorvente porosas, as superfícies expostas internas também estão incluídas na definição de superfície. O termo “termoplástico” descreve um material que amolece quando exposto ao calor e que substancialmente retorna a uma condição não amolecida quando esfriado até a temperatura ambiente. O termo “% em peso”ou “% p”, quando utilizado neste documento e referindo-se aos componentes da composição de polímero superabsorvente, deve ser interpretado como baseado no peso da composição de polímero superabsorvente seca, a menos que especificado de outra maneira neste documento. Estes termos podem ser definidos com linguagem adicional nas porções restantes do relatório.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Uma modalidade da presente invenção compreende um processo para a produção de polímeros superabsorventes contendo argila com base em um processo para a preparação de polímero superabsorvente que contém argila compreendendo as etapas de: (I) polimerizar uma mistura de polimerização compreendendo: (a) um ou mais monômeros etilenicamente insaturados contendo carboxila, (b) um ou mais agentes de reticulação, (c) opcionalmente um ou mais comonômeros copolimerizáveis com o monômero contendo carboxila, (d) agente neutralizante para neutralizar parcialmente o polímero até de cerca de 50% a cerca de 99% em peso, e (e) um meio de polimerização para formar um hidrogel parcialmente neutralizado reticulado, (II) misturar argila ao hidrogel parcialmente neutralizado reticulado para formar hidrogel de polímero superabsorvente-argila parcialmente neutralizado; (III) secar o hidrogel parcialmente neutralizado reticulado a uma temperatura de cerca de 190°C a cerca de 210°C e por um período de tempo de cerca de 15 minutos a cerca de 120 minutos, e (IV) triturar o hidrogel de polímero superabsorvente-argila parcialmente neutralizado até partículas O componente de SAP das partículas SAP-argila é preparado por processos contínuos e descontínuos bem conhecidos. Os monômeros compreendendo o componente SAP das partículas SAP-argila são tipicamente polimerizados em solução aquosa para formar um hidrogel SAP. No entanto, o componente SAP das partículas presentes pode ser preparado por qualquer outro método conhecido daqueles versados na técnica, como polimerização em suspensão inversa.

Um polímero superabsorvente, conforme estabelecido nas modalidades da presente invenção, é obtido pela polimerização inicial de cerca de 55% a cerca de 99,9% em peso do polímero superabsorvente de grupo ácido polimerizável insaturado contendo monômero. Um monômero adequado inclui qualquer um daqueles contendo grupos carboxila, tal como ácido acrílico, ácido metacrílico ou ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfônico, ou suas misturas. É desejável que pelo menos cerca de 50% em peso, e mais desejável, pelo menos, cerca de 75% em peso dos grupos ácidos sejam grupos carboxila.

Os grupos ácidos são neutralizados até o ponto de pelo menos cerca de 25% em mol, isto é, os grupos ácidos estão desejavelmente presentes como sais de sódio, potássio ou amônio. Em alguns aspectos, o grau de neutralização pode ser de pelo menos cerca de 50% em mol. Em alguns aspectos, é desejável utilizar polímeros obtidos pela polimerização de ácido acrílico ou ácido metacrílico, cujos grupos carboxila são neutralizados até o grau de cerca de 50% em mol a cerca de 80% em mol na presença de agentes de reticulação interna.

Em alguns aspectos, o monômero adequado que pode ser copolimerizado com o monômero etilenicamente insaturado pode incluir, mas não se limita a,acrilamida, metacrilamida, acrilato de hidroxietila, dimetilaminoalquil (met)-acrilato, met)- acrilatosetoxilados, dimetilaminopropilacrilamida ou cloreto de acrilamidopropiltrimetilamônio. Esse monômero pode estar presente em uma faixa de 0% a cerca de 40% em peso do monômero copolimerizado.

O polímero superabsorvente da invenção também inclui agentes de reticulação interna. O agente de reticulação interna tem pelo menos duas ligações duplas etilenicamente insaturadas ou uma ligação dupla etilenicamente insaturada e um grupo funcional que é reativo em direção a grupos ácidos do grupo ácido insaturado polimerizável contendo monômero, ou vários grupos funcionais que são reativos em direção a grupos ácidos podem ser utilizados como o componente de reticulação interno e estão desejavelmente presentes durante a polimerização do grupo ácido insaturado polimerizável contendo um monômero.

Exemplos de agentes de reticulação interna incluem, mas não se limitam a, amidas alifáticas insaturadas, tal como metilenobisacriloumetacrilamidaou etilenobisacrilamida; ésteres de polióis alifáticos ou polióisalcoxiladod com ácidos etilenicamente insaturados, tal como di(met)acrilatos ou tri(met)acrilatos de butanodiol ou etileno glicol, poliglicóis ou trimetilolpropano;ésteres de die triacrilato de trimetilolpropano que podem ser oxialquilados, desejavelmente etoxilados, com cerca de 1 a cerca de 30 moles de óxido de alquileno; ésteres de acrilato e metacrilato de glicerol e pentaeritritol e de glicerol e pentaeritritoloxietilados desejavelmente com cerca de 1 a cerca de 30moles de óxido de etileno; compostos alila, tal como (met)acrilato de alila, (met)acrilatode alilaalcoxiladoreagido com desejavelmente cerca de 1 a cerca de 30 moles de óxido de etileno, cianureto de trialila, isocianurato detrialila, éster dialilade ácido maléico, ésteres de polialila, tetraliloxietano, trialilamina, tetraliletilenodiamina, dióis, polióis, compostos hidróxialila ou acrilato e ésteres alilade ácido fosfórico ou ácido fosforo; e monômeros que são capazes de reticular, tal como compostos N-metilol de amidas insaturadas, tal como de matacrilamida ou acrilamida e os éteres derivados dos mesmos. Reticuladores iônicos, tal como sais de metais polivalentes também podem ser empregados. Misturas de agentes de reticulação mencionados também podem ser empregadas. O conteúdo dos agentes de reticulação interna é de cerca de 0,001% a cerca de 5%, em peso, tal como de cerca de 0,2% a cerca de 3%, em peso, com base na quantidade total do grupo ácido insaturado polimerizável contendo monômero.

Em alguns aspectos, iniciadores podem ser utilizados para iniciação da polimerização de radicais livres. Iniciadores apropriados incluem, mas não se limitam a, compostos azo ou peroxo, sistemas redox ou iniciadores UV, sensibilizadores e/ou radiação.

Como observado anteriormente, a reação de polimerização se processa rapidamente para render um hidrogel altamente viscoso que é extrusado, por exemplo, em uma superfície plana, tal como uma correia transportadora em movimento contínuo. O hidrogel de SAP neutralizado, em seguida, é triturado e a argila é adicionada, tipicamente como pasta de argila aquosa, e intimamente misturada com as partículas de hidrogel de SAP trituradas. A argila também pode ser adicionada como partículas sólidas ou um pó. Os componentes hidrogel de SAP e argila podem, então, ser intimamente misturados, por exemplo, por extrusão, para dispersar a argila nas e sobre as partículas de hidrogel. A mistura SAP-argila neutralizada resultante é, então, secada e dimensionada e, opcionalmente, reticulada na superfície para fornecer partículas SAP-argila neutralizadas. A trituração das partículas de hidrogel de SAP-argila pode ser realizada de forma simultânea ou sequencial.

Após trituração, as partículas de hidrogel SAP- argila viscosas são desidratadas (isto é, secadas) para obter partículas de SAP-argila em forma sólida ou em pó. A etapa de desidratação pode ser realizada, por exemplo, aquecendo as partículas de hidrogel SAP-argila viscosas a uma temperatura de cerca de 190°C a cerca de 210°C por cerca de 15 minutos a cerca de 120 minutos em um forno de ar forçado, ou um período de cerca de 15 minutos a cerca de 110 minutos ou de cerca de 15 minutos a cerca de 100 minutos, ou de cerca de 20 minutos a cerca de 100 minutos. O hidrogel SAP-argila seco pode, então, ser submetido a meios mecânicos adicionais para redução do tamanho de partícula e classificação, incluindo picagem, moagem e peneiramento.

Essas composições de SAP-argila podem incluir polímero superabsorvente presente em uma quantidade de cerca de 90% a cerca de 99,5%, ou cerca de 91% a cerca de 99%, ou cerca de 92% a cerca de 98% em peso, ea argila está presente em uma quantidade de cerca de 0,5% a cerca de 10%, ou cerca de 1 a cerca de 9% em peso, ou de cerca de 2 a cerca de 8% em peso.

Componente de Argila

Uma modalidade da presente invenção inclui a preparação de polímero superabsorvente em que o polímero superabsorvente está presente em uma quantidade de cerca de 60% a cerca de 90%, em peso, ea argila está presente em uma quantidade de cerca de 0,5% a cerca de 10%, em peso, ou de cerca de 1 a cerca de 9% em peso ou de cerca de 2 a cerca de 8% em peso.

Argila útil nas presentes partículas de SAP-argila pode ser argila intumescente ou não intumescente. Argilas intumescentes têm a capacidade de absorver água e são materiais orgânicos em camadas intumescentes. Argilas intumescentes apropriadas incluem, mas não se limitam a, montmorilonita, saponita, nontronita, laponita, beidelita, hectorita, sauconita, estevensita, vermiculita, volconscoíta, magadiita, medmontita, kenyaitee suas misturas.

A argila intumescente pode ser uma argila esmectita ou vermiculita. Mais preferivelmente, a argila é uma argila esmectita. Exemplos de esmectitas adequadas incluem, mas não se limitam a, montmorilonita (muitas vezes denominada como bentonita), beidelita, nontronita, hectorita, saponita,sauconita e laponita. Bentonita é uma combinação de ocorrência natural de partículas de argila, rica em montmorilonita e incluindo também outras esmectitas, bem como constituintes minerais não de argila.

Argilas não intumescentes apropriadas incluem, sem limitação, minerais de caulim (incluindo caulinita,diquitae nacrita), minerais fibrosos, minerais de mica (incluindo ilita), minerais de clorita, sepolita, paligorsquita, bauxitae suas misturas.

A argila também pode ser uma argila organofílica. Como usado aqui, e daqui por diante, o termo “organofílica” é definido como a propriedade de um composto absorver pelo menos seu próprio peso e, de preferência, muitas vezes seu próprio peso, de um composto imiscível em água orgânico. Um composto organofílico, opcionalmente, pode absorver água ou um composto miscível em água.

Os termos “argila organofílica” e “organoargila” são usados intercambiavelmente aqui para se referir a vários tipos de argila, por exemplo, esmectitas que têm íons organoamônio usando em lugar de cátions metálicos (por exemplo, sódio e/ou potássio) presentes entre as camadas de argila. O termo “íon de organoamônio” se refere a um íon de amônio substituído em que um ou mais átomos de hidrogênio são substituídos por um grupo orgânico alifático ou aromático. As organoargilas, portanto, são compostos sólidos que têm um componente inorgânico e um componente orgânico.

Substratos de argila de argila organofílica podem incluir as argilas do tipo esmectita, particularmente argilas do tipo esmectitas que têm uma capacidade de troca catiônica de pelo menos 75 miliequivalentes por 100 gramas de argila. Substratos de argila úteis incluem, mas não se limitam a, variedade Wyomingde ocorrência natural de bentonita e argilas semelhantes, e hectorita, que é uma argila de silicato magnésio-lítio. As argilas podem primeiro ser convertidas na forma de sódio, se elas já não estiverem nesta forma. Esta conversão pode ser efetuada por uma reação de troca catiônica usando um composto de sódio solúvel pelos métodos conhecidos na técnica. Argilas tipo esmectita preparadas sinteticamente também podem ser utilizadas, por exemplo, montmorilonita, bentonita, beidelita, hectorita, saponita e estevensita. Outros substratos de argila úteis incluem nontronita, ilita, atapulgitae terra de fuller.

Organoargilasúteis na presente invenção também incluem aquelas previstas na A patente norte americana US 2.531.427, em que as organoargilas citadas na patente '427 são incorporadas neste documento para referência. Estas orgaargilas são argilas modificadas que exibem, em um líquido inorgânico, algumas das propriedades que uma argila não tratada exibe em água. Por exemplo, a capacidade de intumescer em líquidos orgânicos e formar géis estáveis e dispersões coloidais é desejada.

Geralmente, o íon organoamônio substituído no substrato de argila tem um grupo orgânico que varia de uma metade de hidrocarboneto alifático tendo 1 a 24 átomos de carbono a uma metade orgânica aromática, tal como um grupo benzila que pode ter uma variedade de grupos substituído no anel fenila. O número de metade de benzila versus hidrocarboneto alifático substituídas no íon amônio pode variar de 3 a 0 metades aromáticas por metade alifática (isto é, dimetildioctadecil 0:2, metil benzildioctadecil 1:2, dibenzildioctabenzil 2:2, tribenziloctadecil 3:1, e metil dibenziloctadecil 2:1). A quantidade de íon organoamônio substituído no substrato de argila tipicamente é de cerca de 0,5% a cerca de 50% em peso da argila organofílica.

Organoargilas podem compreender um ou mais dos seguintes tipos de argilas montmorilonita modificadas por cátions de organoamônio ou organoargilas de benzila, tal como bentonita dimetilbenzil (sebo hidrogenado) amônio; bentonita metil benzildi(sebo hidrogenado) amônio; e mais geralmente argilas montmorilonita modificadas por cátions de organoamônio.

As argilas montmorilonita que podem ser assim modificadas são os principais constituintes da rocha de bentonita e têm as composições químicas e as características descritas, por exemplo, em Berry & Mason, “Mineralogy”, pp 508-509 (1959). Argilas montmorilonita modificadas deste tipo (isto é, organoargilas) estão disponíveis comercialmente em Southern Clay Products, Inc., Gonzales, Texas, sob denominações comerciais tais como CLAYTONE® 34 e 40, e de NL Industries, Inc., New York, NY, sob denominações comerciais tais como BENTONE® 27, 34 e 38. Outras organoargilas úteis na invenção são as organoargilas dialquildimetil amônio mais altas, tal como bentonita dimetildi(sebo hidrogenado) amônio; as organoargilas benzil amônio, tal como bentonitadimetilbenzil(sebo hidrogenado) amônio; e organoargilasetilhidroxi amônio, tal como bentonita metil bis(2-hidroxietil) octadecilamônio. Exemplos de argilas organofílicas não intumescentes são argilas bentoníticas tratadas com uma amina contendo três a oito átomos de carbono, por exemplo, propilamina, butilamina ou octilamina.

Outras argilas comercialmente disponíveis incluem argilas ULTRAGLOSS® (caulim hidratado) da BASF Corporation, Florham Park, NJ; Purified Clay de Nanocor Technologies, Arlington Heights, IL; e HYDROGLOSS® de Huber, Atlanta, GA.

Outro componente de argila adequado compreende os aluminossilicatos. Aluminossilicatos úteis são silicatos de não zeólita em que uma porção dos átomos de silício é substituída por átomos de alumínio. Como o átomo de alumínio tem uma carga positiva nuclear de menos do que a do átomo de silício, cada átomo de alumínio substituindo um átomo de silício aumenta a carga negativa do ânion da estrutura em uma unidade. Cátions adicionais, por conseguinte, são necessários para neutralizar a molécula. Por conseguinte, além de átomos de alumínio, os aluminossilicatos podem incluir átomos de metal adicionais, por exemplo, átomos de metal alcalino e alcalino terroso, tal como sódio, potássio, magnésio, cálcio, ferro e zinco. Aluminossilicatosúteis têm uma estrutura em camadas. De acordo com a presente invenção, ambos os aluminossilicatos de ocorrência natural e sintéticos são úteis.

Aluminossilicatos de ocorrência natural incluem as micas. Micas são silicatos de folha infinita contendo camadas de tetraedros. Um exemplo de um aluminossilicato tipo folha útil para as finalidades da invenção é aliminossilicato sintético saponita. Sapontoa sintética (CAS No. 1319-41-1) está disponível comercialmente como um pó branco, inodoro. Exemplos de micas de ocorrência natural úteis são muscovita, biotita, flogopita, lepidolita, zinvaldita, paragonita e montmorilonita.

A argila não trabalha como um SAP com respeito a absorver e reter grandes quantidades de um fluido aquoso. Uma argila tipicamente é denominada, e considerada, como um diluente para partículas de SAP em uma tentativa de melhorar uma ou mais propriedades do SAP. Também é esperado que outras propriedades do SAP seriam adversamente afetadas diluindo um SAP com a argila. No entanto, conforme demonstrado a seguir, após adicionar a argila às partículas de SAP, as propriedades benéficas associadas a um SAP são reduzidas a um nível substancialmente inferior ao esperado, enquanto outras propriedades benéficas são melhoradas.

Tratamento Superficial

Em modalidades em que um agente de reticulação de superfície é usado, o agente de reticulação de superfície é aplicado às partículas secas de SAP. Após aplicação do agente de reticulação de superfície, as partículas de SAP- argila são submetidas a condições em que o agente de reticulação de superfície reage com uma porção dos grupos carboxila ou amino do SAP para reticular as superfícies das partículas de SAP. Em geral, a reticulação de superfície é um processo que acredita-se aumentar a densidade de reticulação da matriz polimérica nas proximidades da superfície da partícula de polímero superabsorvente com respeito à densidade de reticulação do interior da partícula.

Em alguns aspectos particulares, agentes de reticulação de superfície desejáveis incluem produtos químicos com um ou mais grupos funcionais que são reativos em direção a grupos pendentes das cadeias poliméricas, tipicamente os grupos ácidos. O agente de reticulação de superfície pode estar presente em uma quantidade de cerca de 0,001% a cerca de 5% em peso da composição de polímero superabsorvente seca, e tal como de cerca de 0,1% a cerca de 3%, em peso, e tal como de cerca de 0,1% a cerca de 1%, em peso, com base no peso da composição de polímero superabsorvente seca. Os requerentes concluíram que uma etapa de tratamento térmico após adição do agente de reticulação de superfície é desejável.

Em um aspecto particular, o polímero superabsorvente particulado pode ser revestido ou tratado na superfície com um carbonato de alquileno seguido de aquecimento para efetuar reticulação de superfície, o que podem melhorar a densidade de reticulação de superfície e as características de resistência do gel da partícula da composição de polímero superabsorvente. Mais especificamente, o agente de reticulação de superfície é revestido no particulado de polímero superabsorvente misturando o particulado de polímero com uma solução aquosa de álcool do agente de reticulação de superfície de carbonato de alquileno. A quantidade de álcool é determinada pela solubilidade do carbonato de alquileno e é mantida tão baixa quanto possível por vários motivos. Álcoois adequados podem incluir metanol, isopropanol, etanol, butanol ou butil glicol, bem como misturas destes álcoois. Em alguns aspectos, o solvente é água desejavelmente, que tipicamente é usada em uma quantidade de cerca de 0,3% em peso a cerca de 5,0%, em peso, com base no peso da composição de polímero superabsorvente seca. Em outros aspectos, o agente de reticulação de superfície de carbonato de alquileno é dissolvido em água sem qualquer álcool. Em ainda outros aspectos, o agente de reticulação de superfície de carbonato de alquileno pode ser aplicado a partir de uma mistura em pó, por exemplo, com um material transportador inorgânico, tal como dióxido de silício (SiO2), ou em estado de vapor por sublimação do carbonato de alquileno.

Para atingir as propriedades de reticulação de superfície desejadas, o carbonato de alquileno é distribuído uniformemente no polímero superabsorvente particulado. Para esta finalidade, misturação é efetuada em misturadores adequados conhecidos na técnica, tal como misturadores de leito fluidizado, misturadores de pás, misturadores de tambor rotativo, ou misturadores de rosca sem fim dupla. Também é possível realizar o revestimento do polímero superabsorvente particulado durante uma das etapas de processo na produção do polímero superabsorvente particulado. Em um aspecto particular, um processo adequado para este fim é o processo de polimerização de suspensão inversa.

O tratamento térmico, que pode se seguir ao tratamento de revestimento, pode ser realizado da seguinte forma. Em geral, o tratamento térmico é a uma temperatura de cerca de 100°C a cerca de 300°C. Temperaturas mais baixas são possíveis se forem usados agentes de reticulação de epóxido altamente reativos. No entanto, se carbonatos de alquileno forem usados, então, o tratamento térmico é adequadamente a uma temperatura de cerca de 150°C a cerca de 250°C. Neste aspecto particular, a temperatura de tratamento depende do tempo de residência e do tipo de carbonato de alquileno. Por exemplo, a uma temperatura de cerca de 150°C, o tratamento térmico é realizado por uma hora ou mais. Em contraste, a uma temperatura de aproximadamente 250°C, alguns minutos (por exemplo, de cerca de 0,5 minuto a cerca de 5 minutos) são suficientes para alcançar aspropriedades de reticulação de superfície desejadas. O tratamento térmico pode ser realizado em secadores convencionais ou fornos conhecidos na técnica.

Em alguns aspectos, a composição de polímero superabsorvente da presente invenção pode incluir de 0% a cerca de 5% em peso, ou de cerca de 0,001% a cerca de 5% em peso, ou de cerca de 0,01% a cerca de 0,5% em peso da composição de polímero superabsorvente de um revestimento polimérico, tal como um revestimento termoplástico, ou um revestimento catiônico, ou uma combinação de um revestimento termoplástico e um revestimento catiônico. Em alguns aspectos particulares, o revestimento polimérico desejavelmente é um polímero que pode estar em um estado sólido, de emulsão, suspensão, coloidal ou solubilizado, ou combinações dos mesmos. Revestimentos poliméricos adequados para esta invenção podem incluir, mas não estão limitados a, um revestimento termoplástico tendo uma temperatura de fusão termoplástica em que o revestimento polimérico é aplicado à superfície de partícula coincidente com ou em seguida a uma temperatura da partícula de polímero superabsorvente tratada a aproximadamente a temperatura de fusão termoplástica.

Exemplos de polímeros termoplásticos incluem, mas não estão limitados a, poliolefina, polietileno, poliéster, poliamida, poliuretano, estirenopolibutadieno, polietileno de baixa densidade linear (LLDPE), copolímero de etileno-ácido acrílico (EAA), copolímero de etileno- metacrilato de alquila (EMA), polipropileno (PP), polipropilenomaleatado, copolímero de etileno acetato de vinila (EVA), poliéster, poliamida e misturas de todas as famílias de poliolefinas, tal como misturas de PP, EVA, EMA, EEA, EBA, HDPE, MDPE, LDPE, LLDPE e/ou VLDPE, também podem ser vantajosamente empregados. O termo poliolefina como aqui utilizado é definido acima. Em aspectos particulares, os requerentes concluíram que polipropileno maleatado é um polímero termoplástico desejável para utilização na presente invenção. Um polímero termoplástico pode ser funcionalizado para ter benefícios adicionais, tal como solubilidade ou dispersibilidade em água.

Revestimentos poliméricos desta invenção também podem incluir um polímero catiônico. Um polímero catiônico como aqui utilizado refere-se a um polímero ou mistura de polímeros compreendendo um grupo funcional, ou grupos funcionais, tendo um potencial de se tornarem íons carregados positivamente mediante ionização em uma solução aquosa. Grupos funcionais apropriados para um polímero

catiônico incluem, mas não estão limitados a, grupos amino primário, secundário ou terciário, grupos imino, grupos imido, grupos amido e grupos amônio quaternário. Exemplos de polímeros catiônicos sintéticos incluem, mas não estão limitados a, sais ou sais parciais de poli(vinil aminas), poli(alilaminas), poli(etileno imina), poli(amino propanol vinil éteres), poli(acrilamidopropiltrimetilcloreto de amônio), poli(dialildimetil cloreto de amônio). Poli(vinil aminas) incluem, mas não estão limitadas a, LUPAMIN®9095 disponível de BASF Corporation, Mount Olive, New Jersey. Exemplos de polímeros catiônicos de base natural incluem, mas não estão limitados a, quitina parcialmente desacetilada, quitosana e sais de quitosana. Polipeptídeos sintéticos, tal como poliasparaginas, polilisinas, poliglutaminas e poliargininas também são polímeros catiônicos adequados.

Os polímeros absorventes de acordo com a invenção podem compreender de 0 a cerca de 5% em peso de um sal de metal polivalente, com base no peso da mistura, na superfície do polímero. O sal de metal polivalente é preferencialmente solúvel em água. Exemplos de cátions metálicos preferenciais incluem os cátions de Al, Fe, Zr, Mg e Zn. Preferencialmente, o cátion de metal tem uma valência de pelo menos +3, com o Al sendo o mais preferido. Exemplos de ânions preferidos no sal de metal polivalente incluem haletos, clorohidratos, sulfatos, nitratos e acetatos, com cloretos, sulfatos, clorohidratos e acetatos sendo preferidos, clorohidratos e sulfatos sendo mais preferidos e sulfatos sendo os mais preferidos. Sulfato de alumínio é o sal de metal polivalente mais preferido e é facilmente comercialmente disponível. A forma preferida de sulfato de alumínio é o sulfato de alumínio hidratado, de preferência sulfato de alumínio tendo de 12 a 14 águas de hidratação. Misturas de sais de metais polivalentes podem ser empregadas.

O polímero e o sal de metal polivalente adequadamente são misturados através de mistura seca ou, preferencialmente, em solução usando meios bem conhecidos por aqueles especializados na técnica. Soluções aquosas são preferíveis. Com a mistura seca, um aglutinante pode ser empregado em uma quantidade suficiente para assegurar que uma mistura substancialmente uniforme do sal e do polímero superabsorvente é mantida. O aglutinante pode ser água ou um composto orgânico não volátil tendo um ponto de ebulição de pelo menos 150°C. Exemplos de aglutinantes incluem água, polióis, tal como propileno glicol, glicerina e poli(etileno glicol).

As composições de polímero superabsorvente acordo com a invenção podem incluir de cerca de 0,01% a cerca de 2% em peso ou de cerca de 0,01% a cerca de 1%, em peso, com base na composição de polímero superabsorvente seca de um composto metálico inorgânico insolúvel em água. O composto metálico inorgânico insolúvel em água pode incluir, mas não está limitado a, um cátion selecionado de alumínio, titânio, cálcio ou ferro e um ânion selecionado de fosfato, borato ou sulfato. Exemplos de compostos metálicos inorgânicos insolúveis em água incluem fosfato de alumínio e um borato de metal insolúvel. O composto metálico inorgânico pode ter um tamanho de partícula mediano em massa de menos de cerca de 2μm e pode ter um tamanho de partícula mediano em massa de menos de cerca de 1μm.

O composto metálico inorgânico pode ser aplicado na forma física seca na superfície das partículas de polímero superabsorvente. Para isto, as partículas de polímero superabsorvente podem ser intimamente misturadas com o composto de metal inorgânico finamente dividido. O composto de metal inorgânico finamente dividido é adicionado geralmente aproximadamente a temperatura ambiente às partículas de polímero superabsorvente e misturado até uma mistura homogênea estar presente. Para esta finalidade, a mistura é efetuada em misturadores adequados conhecidos na técnica, tal como misturadores de leito fluidizado, misturadores de pás, misturadores de tambor rotativo ou misturadores de parafusos sem fio duplos. A misturação das partículas de SAP com o composto de metal inorgânico insolúvel em água finamente dividido pode ocorrer antes ou depois de qualquer reticulação de superfície, por exemplo, durante a aplicação do agente de reticulação de superfície.

Alternativamente, uma suspensão de um composto metálico inorgânico insolúvel em água finamente dividido pode ser preparada e aplicada a um SAP particulado. A suspensão é aplicada, por exemplo, por pulverização. Meios de dispersão úteis para preparar a suspensão incluem água, solventes orgânicos, tal como álcoois, por exemplo, metanol, etanol, isopropanol, cetonas, por exemplo, acetona, metiletilcetona ou misturas de água com os solventes orgânicos mencionados acima. Outros meios de dispersão úteis incluem auxiliares de dispersão, surfactantes, coloidais protetores, modificadores de viscosidade e outros auxiliares para assistir na preparação da suspensão. A suspensão pode ser aplicada em misturadores de reação tradicionais ou sistemas de misturação e secagem, conforme descrito acima, a uma temperatura na faixa de temperatura ambiente a menos do que o ponto de ebulição do meio de dispersão, de preferência aproximadamente a temperatura ambiente. É apropriado combinar a aplicação da suspensão com uma etapa de reticulação de superfície dispersando o sal de metal insolúvel em água finamente dividido na solução do agente de reticulação de superfície. Alternativamente, a suspensão também pode ser aplicada antes ou após a etapa de reticulação de superfície. A aplicação da pasta pode ser seguida por uma etapa de secagem.

Em alguns aspectos, as composições de polímero superabsorvente de acordo com a invenção podem incluir de 0% a cerca de 5%, ou de cerca de 0,01% a cerca de 3%, em peso da composição de polímero superabsorvente seca de sílica. Exemplos de sílica incluem sílica defumada, sílica precipitada, dióxido de silício, ácido silícico e silicatos. Em alguns aspectos particulares, dióxido de silício microscópico não cristalino é desejável. Os produtos incluem SIPERNAT® 22S e AEROSIL® 200 disponíveis de Evonik Corporation, Parsippany, Nova Jersey. Em alguns aspectos, o diâmetro de partícula do pó inorgânico pode ser de 1.000μm ou menor, tal como l00μm ou menor.

Em alguns aspectos, as composições de polímero superabsorvente podem incluir também de 0% a cerca de 30% em peso da composição de polímero superabsorvente seca, tal como de cerca de 0,1% a cerca de 5%, em peso, de polímeros solúveis em água baseado no peso do composição de polímero superabsorvente seca, de acetato de polivinila ou parcialmente ou totalmente hidrolisado, polivinilpirrolidona, amido ou derivativos de amido, poliglicóis, óxidos de polietileno, óxidos de polipropileno ou ácidos poliacrílicos.

Em alguns aspectos, aditivos de superfície adicionais podem ser opcionalmente empregados com as partículas de polímero superabsorvente, tal como substâncias de ligação a odor, tal como ciclodextrinas, zeólitas, sais inorgânicos ou orgânicos e materiais similares; aditivos antiaglomerantes, agentes de modificação de fluxo, surfactantes, modificadores de viscosidade e similares. Além disso, aditivos de superfície podem ser empregados que desempenham diversos papéis durante as modificações de superfície. Por exemplo, um único aditivo pode ser um surfactante, modificador de viscosidade e pode reagir para reticular cadeias poliméricas.

Em alguns aspectos, as composições de polímero superabsorvente da presente invenção podem ser, depois de uma etapa de tratamento térmico, tratadas com água de modo que a composição de polímero superabsorvente tenha teor de água de até cerca de 10% em peso da composição de polímero superabsorvente. Esta água pode ser adicionada com um ou mais dos aditivos de superfície acima adicionados ao polímero superabsorvente.

As composições de polímero superabsorvente de acordo com a invenção podem ser preparadas de formacontínua ou descontínua, de forma industrial em grande escala, a pós-reticulação de acordo com a invenção sendo realizada em conformidade. O monômero parcialmente neutralizado, tal como ácido acrílico, é convertido em um gel por polimerização de radical livre em solução aquosa na presença de agentes de reticulação e quaisquer outros componentes, eo gel é triturado, secado, moído e peneirado até o tamanho de partícula desejado. As partículas de composição de polímero superabsorvente da presente invenção geralmente incluem tamanhos de partículas que variam de 150 a cerca de 850 mícrons. A presente invenção pode incluir pelo menos cerca de 40% em peso das partículas tendo um tamanho de partícula de cerca de 300μm a cerca de 600μm, ou pelo menos cerca de 50% em peso das partículas tendo um tamanho de partícula de cerca de 300μm a cerca de 600μm, ou pelo menos cerca de 60% em peso das partículas tendo um tamanho de partícula de cerca de 300μm a cerca de 600μm, como medido por peneiramento através de uma peneira malha 30 padrão dos EUA e retido em uma peneira malha 50 padrão dos EUA. Além disso, a distribuição de tamanho das partículas de SAP da presente invenção pode incluir menos de cerca de 30% em peso de partículas de SAP tendo um tamanho maior do que cerca de 600mícrons e de menos de cerca de 30% em peso de partículas de SAP tendo um tamanho de menos de cerca de 300mícrons, conforme medida usando, por exemplo, um RO-TAP®Mechanical Sieve Shaker ModelB disponível de W.S. Tyler, Inc., Mentor, Ohio. É bem conhecido daqueles versados na técnica que a distribuição de tamanho de partícula das partículas de SAP se assemelha a uma distribuição normal ou uma curva em forma de sino. É também conhecido que por várias razões, a distribuição normal da distribuição de tamanho de partícula pode ser distorcida em qualquer direção.

Surpreendentemente, verificou-se que as propriedades de absorção e retenção de partículas de SAP podem ser melhoradas pela adição de argila a um hidrogel de SAP parcialmente neutralizado e secando o hidrogel- argila a temperaturas elevadas, enquanto mantendo as propriedades de absorção sob carga a 0,9 psi. Em particular, incorporando as partículas resultantes de SAP- argila em um núcleo de fralda se fornecem núcleos tendo taxas de aquisição de fluido melhoradas. O polímero superabsorvente que contém argila da presente invenção exibe certas características, ou propriedades, como medidas por Permeabilidade em Leito de Gel de Intumescência Livre (GBP), Capacidade de Retenção Centrífuga (CRC) e absorvência sob carga a cerca de 0,9 psi (AUL (0,9 psi)) e tempo de vórtice. O Teste de Permeabilidade em Leito de Gel de Intumescência Livre (GBP) é uma medição da permeabilidade de um leito intumescido de material superabsorvente em Darcy (por exemplo, separado da estrutura absorvente) sob uma pressão de confinamento depois do que é comumente denominado como condições de “intumescência livre”. Neste contexto, o termo “intumescência livre” significa que o material superabsorvente é deixado intumescer sem uma carga de restrição de intumescência mediante absorção de solução de teste, como será descrito. O Teste de Capacidade de Retenção Centrífuga (CRC) mede a capacidade da composição de polímero superabsorvente reter líquido na mesma depois ser saturada e submetida a centrifugação sob condições controladas. A capacidade de retenção resultante é declarada em gramas de líquido retido por grama de peso da amostra (g/g). O tempo de vórtice é uma medida da taxa de absorção de intumescência livre do polímero.

Um polímero superabsorvente contendo particulado de argila feito por um processo da presente invenção pode ter uma capacidade de retenção centrífuga de cerca de 25g/g a cerca de40g/g, ou de cerca de 26 a cerca de 30g/g, e pode ter uma absorção sob carga a 0,9psi de cerca de 10g/g a cerca de 20g/g, ou de cerca de 13g/g a cerca de 18g/g, e uma permeabilidade em leito de gel de intumescência livre de cerca de 5 a cerca de l00 Darcy, e um tempo de vórtice de cerca de 70 segundos ou menos, ou de cerca de 30 a cerca de 70 segundos. O polímero superabsorvente que contém argila de acordo com a presente invenção pode ser empregado em muitos produtos, incluindo papel higiênico, fraldas ou revestimentos de ferimentos, e eles têm a propriedade de absorver rapidamente grandes quantidades de sangue menstrual, urina ou outros fluidos corporais. Uma vez que os agentes de acordo com a invenção retêm os líquidos absorvidos, mesmo sob pressão e também são capazes de distribuir mais líquido dentro da construção no estado intumescido, eles são mais desejavelmente empregados em concentrações mais altas, com respeito ao material fibroso hidrofílico, tal como felpa, quando comparados às composições superabsorventes presentes convencionais. Eles também são adequados para uso como uma camada homogênea superabsorvente sem conteúdo de felpa dentro da construção da fralda como um resultado de quais artigos particularmente finos são possíveis. Os polímeros são ainda adequados para uso em artigos de higiene (produtos para incontinência) para adultos. Os resultados dos testes acima mostram que as partículas absorventes de SAP-argila da presente invenção podem ser utilizadas para absorver fluidos aquosos. O fluido pode ser um fluido corporal, um resíduo industrial, ou qualquer outro fluido que se deseja absorver. O fluido absorvido pode ser qualquer fluido contendo água e tipicamente contém eletrólitos, por exemplo, urina, sangue, salina, menstruação e líquidos similares.

As presentes partículas de SAP-argila, portanto, são úteis em artigos de higiene pessoal compreendendo: (A) uma folha superior permeável a fluido; (B) uma folha posterior impermeável a fluido; (C) um núcleo posicionado entre (A) e (B ), o dito núcleo compreendendo: (C1) cerca de 10 a 100% em peso das partículas de SAP-argila da presente invenção, e (C2) 0 a cerca de 90% em peso de um material de fibra; (D) opcionalmente, uma ou mais camadas de tecido posicionadas diretamente acima e/ou abaixo do dito núcleo (C); e (E) opcionalmente, uma camada de aquisição posicionada entre (A) e (C).

A folha superior permeável a fluido (A) é a camada que está em contato direto com a pele do usuário. A folha superior (A) geralmente compreende fibras sintéticas ou celulósicas ou filmes, isto é, poliésteres, poliolefinas, raiom ou fibras naturais, tal como algodão. No caso de materiais não tecidos, as fibras geralmente são unidas juntas por ligantes como um poliacrilato. Materiais preferidos são poliésteres,raiom e misturas dos mesmos, polietileno e polipropileno. A camada impermeável a fluido (B) é geralmente uma folha de polietileno ou polipropileno.

O núcleo (C) inclui partículas de SAP-argila (C1) da presente invenção, e também pode incluir um material de fibra (C2). O material de fibra (C2) tipicamente é hidrofílico, isto é, fluidos aquosos são rapidamente distribuídos pelas fibras. O material de fibra é tipicamente celulose, celulose modificada, raiom ou poliéster, tal como polietileno tereftalato. Fibras preferidas são fibras de celulose, tal como polpa. As fibras podem ter um diâmetro de cerca de 1 a cerca de 200μm, ou cerca de 10 a cerca de l00μm e um comprimento mínimo de cerca de lmm.

A quantidade de material de fibra (C2) com base no peso total do núcleo é tipicamente de cerca de 20% a cerca de 80%, em peso, ou cerca de 40% a cerca de 70% pelo peso total de C(1) e C(2). O núcleo (C) tipicamente também pode ser um núcleo altamente carregado (por exemplo, 60 a 95% em peso de partículas de SAP-argila/5 a 40% em peso de felpa).

As partículas de SAP-argila, muitas vezes estão presentes no núcleo (C) como uma folha prensada contendo as partículas e, opcionalmente, felpa e/ou fibras não tecidas. Uma única camada ou folha absorvente contendo partículas de SAP-argila da presente invenção pode ser usada como o componente absorvente de um núcleo (C). Uma pluralidade de camadas absorventes ou folhas pode ser utilizada no núcleo (C), juntamente com uma camada de mecha (por exemplo, uma camada de tecido) entre as camadas absorventes ou folhas para proporcionar melhor absorção de um fluido entre e através das folhas absorventes. Em outras modalidades, pelo menos uma das camadas absorventes ou folhas em um núcleo (C) contém fibras não tecidas para melhorar a resistência úmida do núcleo absorvente e ajudar na absorção.

Um núcleo (C) pode conter duas a cinco camadas absorventes ou folhas. Ao utilizar um laminado de camadas ou folhas absorventes finas, ao contrário de uma única camada ou folha absorvente mais espessa, a expansão horizontal do núcleo é reduzida e a expansão vertical é promovida. Este recurso fornece um bom transporte de fluido através do núcleo, fornece uma fralda de melhor ajuste após um insulto inicial e evita vazamento quando a fralda é posteriormente reumedecida por um segundo e adicional insulto. Em modalidades mais preferidas, o núcleo (C) contém um laminado de duas ou mais camadas ou folhas absorventes de partículas de SAP-argila em que uma camada de absorção é posicionada entre cada camada ou folha absorvente e na parte superior e na parte inferior do laminado.

Uma camada ou folha absorvente contendo partículas de SAP-argila da presente invenção, ou um laminado compreendendo essas camadas ou folhas, está presente em um núcleo absorvente para fornecer um peso base desejado (isto é, peso de SAP no núcleo) de cerca de 50 a cerca de 800g/m2, ou de cerca de 150 a cerca de 600 g/m2. Para alcançar o máximo proveito da presente invenção, o peso de base é de cerca de 300 a cerca de 550 g/m2. O peso de base desejado do núcleo está relacionado com a utilização final do núcleo. Por exemplo,fraldas para recém-nascidos têm um peso de base baixo, ao contrário de um peso de base médio para crianças e um peso de base alto para fraldas noturnas.

Em outra modalidade, um núcleo de fralda da presente invenção pode incluir uma folha superior (A), um núcleo(C) e uma folha de forro (B), isto é, uma camada de aquisição não está presente. Um exemplo de uma folha superior (A) são as fibras de polipropileno com comprimento de mecha tendo um denier de cerca de 1,5, tal como polipropileno tipo 151 Hercules comercializado por Hércules, Inc., Wilmington, Del. Como usado neste documento, o termo “fibras de comprimento de grampo” se refere a ter um comprimento de pelo menos cerca de 15,9 milímetros. A folha de forro (B) é impermeável a líquidos e tipicamente é fabricada de um filme plástico fino, embora outros materiais impermeáveis a líquido flexíveis também possam ser usados. A folha de forro evita que exsudatos absorvidos e contidos no núcleo absorvente (C) umedeçam artigos, tal como lençóis e roupas íntimas, que entram em contato com a fralda.

Para um artigo absorvente tendo um núcleo (C) que contém um componente de “felpa”, a “felpa” compreende um material fibroso na forma de uma teia ou matriz. Fibras incluem fibras de ocorrência natural (modificadas ou não modificadas). Exemplos de fibras de ocorrência natural não modificadas/modificadas incluem algodão, grama Esparto, bagaço, pelos, linho, seda, lã , polpa de madeira, polpa de madeira quimicamente modificada e juta.

Os núcleos também podem incluir uma fibra não tecida opcional, por exemplo, polipropileno, polietileno, polietileno tereftalato, viscose e suas misturas.Além disso, uma malha de fibra aberta de fibras não tecidas pode ser usada, por exemplo, fibra de acetato de celulose. Fibras não tecidas podem ser feitas por processos de termoligação depositada a seco, ligação por ar cardada, ligação em fiação ou fiação-fusão em sopro-fiação. Fibras não tecidas transmitem resistência úmida adicional a uma camada ou folha absorvente quando usadas em uma quantidade de cerca de 10 a cerca de 20 gramas por metro quadrado (g/m2) de material de folha. Fibras adequadas, e malhas de fibras, podem ser feitas de cloreto de polivinila, fluoreto de polivinila, politetrafluoretileno, cloreto de polivinilideno, poliacrílicos como ORLON®, acetato de polivinila, acetato de polietilvinil, álcool polivinílico insolúvel ou solúvel, poliolefinascomo polietileno (por exemplo, PULPEX®) e polipropileno, poliamidas (por exemplo, náilon), poliésteres (por exemplo, DACRON® ou KODEL®),poliuretanos, poliestirenos e similares. Fibrashidrofílicas são preferenciais e incluem raiom, fibras de poliéster, tal como polietileno tereftalato (por exemplo, DACRON®), náilon hidrofílico (por exemplo, HYDROFIL®) e similares. Fibras hidrofílicas apropriadas também podem ser obtidas hidrofilizando fibras hidrofóbicas, tal como fibras termoplásticas tratadas com surfactante ou tratadas com sílica derivadas, por exemplo, de poliolefinas, tal como polietileno ou polipropileno, poliacrílicos, poliamidas, poliestirenos, poliuretanos e similares. Os resultados aperfeiçoados demonstrados por um núcleo contendo partículas de SAP-argila da presente invenção permitem que a espessura do núcleo seja reduzida. Tipicamente, núcleos contendo 50% ou mais de felpa ou polpa atingem rápida absorção de líquido enquanto evitam problemas como bloqueio de gel. Os núcleos presentes, que contêm partículas de SAP-argila adquirem líquidos suficientemente rápido para evitar problemas como bloqueio de gel e, portanto, a quantidade de felpa ou polpa no núcleo pode ser reduzida ou eliminada. Uma redução na quantidade de felpa de baixa densidade resulta em um núcleo mais fino e, consequentemente, uma fralda mais fina. Portanto, um núcleo da presente invenção pode conter pelo menos 50% de partículas de SAP-argila, de preferência pelo menos 60%, e até 80% de partículas de SAP-argila. Em várias modalidades, a presença de uma felpa não é mais necessária ou desejada. O polímero superabsorvente que contém argila de acordo com a invenção pode também ser empregado em artigos absorventes que são adequados para outras utilizações. Em particular, as composições de polímero superabsorvente desta invenção podem ser usadas em composições absorventes para absorventes de água ou líquidos aquosos, desejavelmente em construções para a absorção de fluidos corporais, em estruturas tipo folha espumadas e não espumadas, em materiais de embalagem, em construções para crescimento de plantas, como agentes de melhoria de solo, ou como transportadores de composto ativo. Para isto, elas são processadas em uma teia por misturação com papel ou felpa ou fibras sintéticas ou distribuindo as partículas de composição de polímero superabsorvente entre substratos de papel, felpa ou têxteis não tecidos, ou processando em materiais transportadores. Elas são ainda adequadas para uso em composições absorventes, tais como curativos, embalagens, absorventes agrícolas, bandejas de comida e almofadas, entre outros.A presente invenção pode ser mais bem entendida com referência aos exemplos a seguir.

PROCEDIMENTOS DE TESTE Teste de Capacidade de Retenção Centrífuga

O Teste de Capacidade de Retenção Centrífuga (CRC) mede a capacidade do polímero superabsorvente reter líquido no mesmo depois de ser saturado e submetido a centrifugação sob condições controladas. A capacidade de retenção resultante é declarada em gramas de líquido retido por grama de peso da amostra (g/g). A amostra a ser testada é preparada de partículas que são prepeneiradas através de uma peneira malha 30 padrão dos EUA e retidas em uma peneira malha 50 padrão dos EUA. Como resultado, a amostra de polímero superabsorvente compreende partículas de tamanho na faixa de cerca de 300 a cerca de 600 mícrons. As partículas podem ser prepeneiradas manualmente ou automaticamente. A capacidade de retenção é medida colocando cerca de 0,2 g da amostra de polímero superabsorvente prepeneirada em um saco permeável à água que conterá a amostra enquanto permite que uma solução de teste (0,9 por cento em peso de cloreto de sódio em água destilada) seja livremente absorvida pela amostra. Um material de saco de chá selável a quente, tal como aquele disponível de Dexter Corporation (tendo uma sede em Windsor Locks, Connecticut, EUA), como papel de filtro selável a quente designação de modelo 1234T, funciona bem para a maioria das aplicações. O saco é formado dobrando uma amostra de 5 polegadas por 3 polegadas do material de saco ao meio e selando a quente duas das extremidades abertas para formar um bolsão retangular de 2,5 polegadas por 3 polegadas. As vedações a quente estão cerca de 0,25 polegada dentro da extremidade do material. Após a amostra ser colocada no bolsão, a borda aberta remanescente do bolsão também é selada a quente. Sacos vazios também são feitos para servirem como controles. Três amostras são preparadas para cada composição de polímero superabsorvente a ser testada.

Os sacos selados são submersos em uma panela que contém a solução de teste a cerca de 23°C, certificando- se que os sacos são mantidos embaixo até eles estarem completamente molhados. Após molhar, as amostras permanecem na solução por cerca de 30 minutos, em cujo tempo elas são removidas da solução e, temporariamente, colocadas sobre uma superfície plana não absorvente.

Os sacos molhados são, então, colocados na cesta em que os sacos molhados são separados uns dos outros e são colocados na borda externa periférica da cesta, em que a cesta é de uma centrífuga adequada capaz de submeter as amostras a uma força g de cerca de 350. Uma centrífuga adequada é uma CLAY ADAMS DYNAC II, modelo #0103, tendo uma cesta de coleta de água, um medidor digital de rpm e uma cesta de drenagem usinada adaptada para conter e drenar as amostras de saco uniforme. Quando múltiplas amostras são centrifugadas, as amostras são colocadas em posições opostas dentro da centrífuga para equilibrar a cesta quando em rotação. Os sacos (incluindo os sacos molhados, vazios) são centrifugados a cerca de l.600rpm (por exemplo, para atingir uma força g de alvo de cerca de 290g com uma variância de cerca de 280 a cerca de 300g) por 3 minutos. Força g é definida como uma unidade de força inercial em um corpo que é submetido a rápida aceleração ou gravidade,igual a 32 ft/s2 ao nível do mar. Os sacos são retirados e pesados, com os sacos vazios (controles) sendo pesados primeiro, seguidos pelos sacos contendo as amostras de composição de polímero superabsorvente. A quantidade de solução retida pela amostra de polímero superabsorvente, levando em conta a solução retida pelo próprio saco, é a capacidade de retenção centrífuga (CRC) do polímero superabsorvente, expressa em gramas de fluido por grama de polímero superabsorvente. Mais particularmente, a capacidade de retenção é determinada pela seguinte equação: amostra/saco após centrífuga-saco vazio após centrífuga-peso da amostra seca peso da amostra seca

As três amostras são testadas e os resultados são mediados para determinar a Capacidade de Retenção de Centrífuga(CRC) da composição de polímero superabsorvente.

Teste de Permeabilidade de Leito Gel deIntumescência Livre (FSGBP)

Como usado aqui, o Teste de Permeabilidade de Leito Gel de Intumescência Livre, também denominado

Permeabilidade de Leito de Gel (GBP) sob Teste de Pressão de Intumescência de 0 psi, determina a permeabilidade de um leito intumescido de partículas de gel (por exemplo, tal como o material absorvente tratado na superfície ou o material superabsorvente antes de ser tratado na superfície), sob o que é comumente denominado como condições de “intumescência livre”. O termo “intumescência livre” significa que as partículas de gel são deixadas intumescer sem uma carga de restrição mediante absorção de solução de teste, como será descrito. Um aparelho adequado para realizar o Teste de Permeabilidade de Leito Gel é mostrado nas FIGS. 1, 2 e 3, e indicado geralmente como 500. O conjunto de aparelho de teste 528compreende um recipiente de amostra, geralmente indicado em 530 e um êmbolo, geralmente indicado em 536. O êmbolo compreende um eixo 538 tendo um furo de cilindro furado no eixo longitudinal e uma cabeça 550 posicionada na parte inferior do eixo. O furo do eixo 562 tem um diâmetro de cerca de 16 mm. A cabeça do êmbolo é fixada ao eixo, tal como por adesão. Doze furos 544 são furados no eixo geométrico radial do eixo, três posicionados a cada 90 graus tendo diâmetros de cerca de 6,4 mm. O eixo 538 é usinado de uma haste de LEXAN ou material equivalente e tem um diâmetro externo de cerca de 2,2 cm e um diâmetro interno de cerca de 16 mm.

A cabeça do êmbolo 550 tem um anel interno concêntrico de sete furos 560 e um anel externo de 14 furos 554, todos os furos tendo um diâmetro de cerca de 8,8 milímetros, bem como um furo de cerca de 16 milímetros alinhado com o eixo. A cabeça do êmbolo 550 é usinada de uma haste de LEXAN ou material equivalente e tem uma altura de aproximadamente 16 mm e um diâmetro de tamanho tal que ele encaixa dentro do cilindro 534 com mínima folga de parede, mas ainda desliza livremente. O comprimento total da cabeça do êmbolo 550 e eixo 538 é de cerca de 8,25 centímetros, mas pode ser usinado no topo do eixo para obter a massa desejada do êmbolo 536. O êmbolo 536 compreende uma tela de tecido de aço inoxidável malha 100 que é esticada biaxialmente até a tensão e fixada à extremidade inferior do êmbolo 536. A tela é fixada à cabeça do êmbolo 550 usando um solvente adequado, que faz com que a tela seja firmemente aderida à cabeça do êmbolo 550. Cuidados devem ser tomados para evitar que solvente em excesso migre para as porções abertas da tela e reduzam a área aberta para fluxo de líquido. Solvente acrílico Weld-on 4 de IPS Corporation (com sede em Gardena, Califórnia, EUA) é um solvente adequado. O recipiente de amostra 530 compreende um cilindro 534 e uma tela 566 de tecido de aço inoxidável malha 400 que é esticada biaxialmente até a tensão e fixada à extremidade inferior do cilindro 534. A tela é fixada ao cilindro usando um solvente adequado que faz com que a tela seja firmemente aderida ao cilindro. Cuidados devem ser tomados para evitar que solvente em excesso migre para as porções abertas da tela e reduzam a área aberta para fluxo de líquido. Solvente acrílico Weld-on 4 de IPS Corporation (com sede em Gardena, Califórnia, EUA) é um solvente adequado. Uma amostra de partícula de gel, indicada como 568 na FIG 2, é suportada na tela 566 dentro do cilindro 534 durante os testes. O cilindro 534 pode ser furado de uma haste transparente de LEXAN ou material equivalente, ou ele pode ser cortado de um tubo de LEXAN ou material equivalente, e tem um diâmetro interno de cerca de 6 cm (por exemplo, uma área de seção transversal de cerca de 28,27 cm2), uma espessura de parede de cerca de 0,5 cm e uma altura de aproximadamente 7,95 centímetros. Um degrau é usinado no diâmetro externo do cilindro 534 de modo que uma região 534a com um diâmetro externo de 66 mm exista para o fundo 31 milímetros do cilindro 534. Um anel-O540 que encaixa no diâmetro da região 534a pode ser colocado no topo do degrau. O peso anular 548 tem um furo escareado de cerca de 2,2 cm de diâmetro e 1,3 cm de profundidade, de modo que ele deslize livremente sobre o eixo 538. O peso anular também tem um furo passante 548a de cerca de 16 mm. O peso anular 548 pode ser feito de aço inoxidável ou de outros materiais adequados resistentes à corrosão na presença da solução de teste, a qual é solução de cloreto de sódio a 0,9% em peso em água destilada. O peso combinado do êmbolo 536 e do peso anular 548 equivale a aproximadamente 596 gramas (g), o que corresponde a uma pressão aplicada à amostra 568 de cerca de 0,3 libras por polegada quadrada (psi), ou cerca de 20,7 dinas/cm2 (2,07 kPa), sobre uma área de amostra de cerca de 28,27 cm2.

Quando a solução de teste flui através do aparelho de teste durante o teste, conforme descrito abaixo, o recipiente de amostra 530 geralmente repousa sobre uma barragem 600. O objetivo desta barragem é desviar líquido que transborda pela parte superior do recipiente de amostra 530 e desviar o líquido de transbordamento para um dispositivo de coleta separado 601. A barragem pode ser posicionada acima de uma balança 602 com um béquer 603 repousando na mesma para coletar solução salina passando através da amostra intumescida 568.

Para realizar o Teste de Permeabilidade de Leito de Gel sob condições de “intumescência livre”, o êmbolo 536 com o peso 548 assentado no mesmo, é colocado em um recipiente de amostra vazio 530 e a altura do topo do peso 548 até o fundo do recipiente de amostra 530 é medida utilizando um medidor adequado com uma precisão de 0,01 mm. A força que o medidor de espessura aplica durante a medição deve ser tão baixa quanto possível, de preferência inferior a cerca de 0,74 Newton. É importante medir a altura de cada recipiente de amostra vazio 530, êmbolo 536 e peso 548 em combinação e manter rastreamento de qual êmbolo 536 e peso 548 é usado quando se utilizam aparelhos de testes múltiplos. O mesmo êmbolo 536 e peso 548 devem ser utilizados para medição quando a amostra 568 é posteriormente intumescida em seguida a saturação. Também é desejável que a base na qual o copo de amostra 530 repousa esteja em nível ea superfície superior do peso 548 seja paralela à superfície inferior do copo de amostra 530.

A amostra a ser testada é preparada de partículas de composição de polímero superabsorvente que são prepeneiradas através de uma peneira malha 30 padrão dos EUA e retidas em uma peneira malha 50 padrão dos EUA. Como resultado, a amostra de teste compreende partículas de tamanho na faixa de cerca de 300 a cerca de 600 mícrons. As partículas de polímero superabsorvente podem ser prepeneiradas com, por exemplo, um RO-TAP Mechanical Sieve Shaker Modelo B disponível de W.S. Tyler, Inc., Mentor, Ohio. Peneiramento é realizado por 10 minutos. Cerca de 2,0 g da amostra são colocados no recipiente de amostra 530 e espalhados uniformemente no fundo do recipiente de amostra. O recipiente com 2,0 gramas de amostra nele, sem o êmbolo 536 e o peso 548no mesmo, é, então, imerso na solução salina 0,9% por um período de tempo de cerca de 60 minutos para saturar a amostra e deixar a amostra intumescer livre de qualquer carga de restrição. Durante a saturação, o copo de amostra 530 é ajustado em uma malha localizada no reservatório de líquido, de modo que o copo de amostra 530 seja ligeiramente levantado acima da parte inferior do reservatório de líquido. A malha não inibe o fluxo de solução salina para o copo de amostra 530. Uma malha adequada pode ser obtida como peça número 7308 de Eagle Supplyand Plastic, tendo sede em Appleton, Wisconsin, EUA.A saline não cobre totalmente as partículas de composição de polímero superabsorvente, como seria comprovado por uma superfície de salina perfeitamente plana na célula de teste. Além disso, a profundidade de salina não é permitida cair tão baixo que a superfície dentro da célula seja definida exclusivamente pelo superabsorvente intumescido, ao invés da salina.

No final deste período, o conjunto de êmbolo 536 e peso 548 é colocado na amostra saturada 568 no recipiente de amostra 530 e, em seguida, o recipiente de amostra 530, êmbolo 536, peso 548 e amostra 568 são removidos da solução. Após remoção e antes de ser medido, o recipiente de amostra 530, êmbolo 536, peso 548 e amostra 568 devem permanecer em repouso por cerca de 30 segundos em uma placa adequada plana, de grade grande não deformável de espessura uniforme. A espessura da amostra saturada 568 é determinada novamente medindo a altura do topo do peso 548 até o fundo do recipiente de amostra 530, utilizando o mesmo medidor de espessura usado anteriormente, contanto que o ponto zero esteja inalterado em relação à medida de altura inicial. O recipiente de amostra 530, êmbolo 536, peso 548 e amostra 568 podem ser colocados em uma placa plana, de grade grande não deformável de espessura uniforme que vai evitar que líquido no recipiente de amostra seja liberado para uma superfície plana devido à tensão superficial. A placa tem uma dimensão global de 7,6 cm por 7,6 cm e cada grade tem uma dimensão de tamanho de célula de 1,59 cm de comprimento por 1,59 cm de largura por 1,12 cm de profundidade. Um material de placa plana, de grade grande não deformável é um painel difusor parabólico, número de catálogo 1624K27, disponível de McMaster Carr Supply Company, tendo sede em Chicago, Illinois, EUA, que pode, então, ser cortado com as dimensões adequadas. Esta placa plana de grade grande não deformável deve estar presente também quando medindo a altura do conjunto vazio inicial. A medição de altura deve ser feita tão logo quanto possível após o medidor de espessura ser engatado. A medição de altura obtida medindo o recipiente de amostra vazio 530, êmbolo 536 e peso 548 é subtraída da medição de altura obtida após saturar a amostra 568. O valor resultante é a espessura ou altura “H” da amostra intumescida.

A medição de permeabilidade é iniciada distribuindo um fluxo da solução salina a 0,9% para o recipiente de amostra 530 com a amostra saturada 568, êmbolo 536, e peso 548 dentro. A taxa de fluxo de solução de teste para o recipiente é ajustada para fazer com que a solução salina transborde pelo topo do cilindro 534, dessa forma resultando em uma pressão consistente igual à altura do recipiente de amostra 530. A solução de teste pode ser adicionada por qualquer meio adequado que seja suficiente para assegurar uma quantidade de transbordamento pequena, mas consistente, do topo do cilindro, tal como com uma bomba dosadora 604. O líquido de transbordamento é desviado para um dispositivo de coleta separado 601. A quantidade de solução passando através da amostra 568 versus tempo é medida por gravimetria utilizando a balança 602 e o béquer 603. Os pontos de dados da balança 602 são coletados a cada segundo por pelo menos sessenta segundos uma vez que o transbordamento tenha começado. A coleta de dados pode ser feita manualmente ou com software de coleta de dados. A taxa de fluxo, Q, através da amostra intumescida 568 é determinada em unidades de gramas/segundo (g/s) por uma adequação de quadrados mínimos lineares de fluido que passa através da amostra 568 (em gramas) versus tempo (em segundos). Permeabilidade em cm2 é obtida pela seguinte equação: K=[Q*H*μ]/[A*μ*P], onde K = Permeabilidade (cm2), Q=taxa de fluxo(g/s), H=altura da amostra intumescida (cm), μ=viscosidade do líquido (poise) (cerca de um centipoise para a solução de teste utilizada com este Teste), A=área de seção transversal para fluxo de líquido (28,27 cm2 para o recipiente de amostra utilizado com este Teste), p=densidade do líquido (g/cm3) (cerca de um g/cm3 para a solução de teste utilizada com este Teste) e P=pressão hidrostática (dinas/cm2) (normalmente cerca de 7,797 dinas/cm2). A pressão hidrostática é calculada de P=μ*g*h, onde p=densidade do líquido (g/cm3), g=aceleração da gravidade, nominalmente, 981 cm/s2 e h=altura do fluido, por exemplo, 7,95 compara o Teste de Permeabilidade de Leito de Gel aqui descrito. Um mínimo de duas amostras é testado e os resultados são mediados para determinar a permeabilidade de leito de gel da amostra.

Teste de Absorvência sob Carga (AUL0,9psi)

O Teste de Absorvência sob Carga (AUL) mede a habilidade de partículas de composição de polímero superabsorvente absorverem uma solução de cloreto de sódio a 0,9 por cento em peso em água destilada a temperatura ambiente (solução de teste), enquanto o material está sob uma carga de 0,9psi. O aparelho para testar AUL consiste em: • Um conjunto AUL incluindo um cilindro, um pistão 4,4g e um peso de 317g padrão. Os componentes deste conjunto são descritos em mais detalhes abaixo. • Uma bandeja de plástico quadrada de fundo plano é suficientemente ampla para permitir que fritas de vidro se situem no fundo sem contato com as paredes da bandeja. Uma bandeja de plástico que é de 9” por 9” (22,9 cm x 22,9 cm), com uma profundidade de 0,5 a 1” (1,3 cm a 2,5 cm) é comumente utilizada para este método de teste. • Uma frita de vidro sinterizado de 12,5 cm de diâmetro com uma porosidade “C” (25 a 50 mícrons). Esta frita é preparada com antecedência através de equilíbrio em salina (cloreto de sódio a 0,9% em água destilada, em peso). Além de ser lavada com pelo menos duas porções de salina fresca, a frita deve ser imersa em salina por pelo menos 12 horas antes das medições AUL. • Círculos de papel de filtro de 12,5 cm de diâmetro Grau 1 Whatman. • Um abastecimento de salina (cloreto de sódio a 0,9% em água destilada, em peso).

Com referência à FIG 4, o cilindro 412 do conjunto AUL 400 usado para conter as partículas da composição de polímero superabsorvente 410 é feito de tubo termoplástico de uma polegada (2,54 cm) de diâmetro interno usinado ligeiramente para assegurar concentricidade. Após usinagem, um tecido de arame de aço inoxidável 414 de malha 400 é fixado ao fundo do cilindro 412 aquecendo o tecido de arame de aço 414 em uma chama até ao rubro, após o que o cilindro 412 é mantido no tecido de arame de aço até esfriado. Um ferro de soldar pode ser utilizado para retocar a selagem se danificada ou em caso de quebra. Cuidados devem ser tomados para manter uma base plana lisa e não distorcer o interior do cilindro 412.

O pistão 4,4g (416) é feito de um material sólido de uma polegada de diâmetro (por exemplo, PLEXIGLAS®) e usinado para encaixar apertadamente sem se ligar ao cilindro 412.

Um peso de 317g padrão 418 é usado para fornecer uma carga de restrição de 62.053 dinas/cm2 (cerca de 0,9psi). O peso é cilíndrico, de 1 polegada (2,5 cm) de diâmetro, o peso de aço inoxidável é usinado para encaixar apertadamente sem se ligar ao cilindro.

A menos que de outra forma especificado, uma amostra 410 correspondente a uma camada de pelo menos cerca de 300 g/m2 (0,16g) de partículas de composição de polímero superabsorvente é utilizada para teste de AUL. A amostra 410 é tomada de partículas de composição de polímero superabsorvente que são prepeneiradas através de malha #30 padrão dos EUA e retidas em malha #50 padrão dos EUA. As partículas de composição de polímero superabsorvente podem ser prepeneiradas, por exemplo, com um RO-TAP® Mechanical Sieve Shaker Modelo B disponível de W.S. Tyler, Inc., Mentor, Ohio. Peneiramento é realizado por cerca de 10 minutos.

O interior do cilindro 412 é limpo com um pano antiestático antes de colocar as partículas de composição de polímero superabsorvente 410 no cilindro 412.

A quantidade desejada da amostra de partículas de composição de polímero superabsorvente peneiradas 410 (cerca de 0,16g) é descarregada em um papel de pesagem e distribuída uniformemente no tecido de arame 414 na parte inferior do cilindro 412. O peso das partículas de composição de polímero superabsorvente no fundo do cilindro é registrado como “SA", para uso no cálculo AUL descrito abaixo. Toma-se cuidado para assegurar que nenhuma partícula de polímero superabsorvente fique aderida na parede do cilindro. Depois de colocar cuidadosamente o pistão 4,4g 412 e peso de 317g 418 nas partículas de composição de polímero superabsorvente 410 no cilindro 412, o conjunto AUL 400, incluindo o cilindro, pistão, peso e partículas de composição de polímero superabsorvente é pesado e o peso registrado como peso “A”.

Uma frita de vidro sinterizado 424 (descrita acima) é colocada na bandeja de plástico 420, com salina 422 adicionada a um nível igual aquele da superfície superior da frita de vidro 424. Um único círculo de papel de filtro 426 é colocado suavemente sobre a frita de vidro 424 e o conjunto AUL 400 com as partículas de composição de polímero superabsorvente 410 é, então, colocado em cima do papel de filtro 426. O conjunto AUL 400 é, então,deixado permanecer no topo do papel de filtro 426 por um período de teste de uma hora, com atenção dada a manter o nível de salina na bandeja constante. No final do período de teste de uma hora, o aparelho AUL é pesado, então, com este valor registrado como peso “B”. O AUL (0,9psi) é calculado da seguinte forma: AUL(0,9psi)=(B-A)/AS onde A = Peso da Unidade AUL com SAP seco. B = Peso da Unidade AUL com SAP após 60 minutos de absorção. SA = peso de SAP real. Um mínimo de dois testes é realizado e os resultados são mediados para determinar o valor AUL sob carga de 0,9psi. As amostras são testadas a cerca de 23°C e cerca de 50% de umidade relativa.

Teste de Tempo de Vórtice

O teste de vórtice mede a quantidade de tempo em segundos necessária para 2g de um material superabsorvente fechar um vórtice criado agitando 50 ml de solução salina a 600 rotações por minuto sobre uma placa de agitação magnética. O tempo que leva para o vórtice fechar é uma indicação da taxa de absorção de intumescência livre domaterial superabsorvente.

Equipamentos e materiais 1. Béquer Schott Duran de 100 ml e cilindro graduado de 50 ml. 2. Placa de agitação magnética programável capaz de fornecer 600 rotações por minuto (tal como aquela disponível comercialmente de PMC Industries, sob a designação comercial de Dataplate® Modelo #721). 3. Barra de agitação magnética sem anéis, 7,9 mm x 32 mm, revestida de Teflon® (tal como aquela comercialmente disponível de Baxter Diagnostics, sob a designação comercial S/PRIM. Barras de agitação redondas de pacote único com anel articulado removível). 4. Cronômetro. 5. Balança com precisão de +/- 0,01 g. 6. Solução salina0,87% p/p Blood Bank Saline disponível de Baxter Diagnostics (considerada para os fins deste pedido equivalente a 0,9% em peso de salina). 7. Papel de pesagem. 8. Ambiente com atmosfera em condição padrão: Temp = 23°C +/- 1°Ce Umidade Relativa=50% +/- 2%. Procedimento de teste 1. Medir 50ml +/- 0,01ml de solução salina no béquer de 100 ml. 2. Colocar a barra de agitação magnética no béquer. 3. Programar a placa de agitação magnética para 600 rotações por minuto. 4. Colocar o béquer no centro da placa de agitação magnética de modo que a barra de agitação magnética seja ativada. O fundo do vórtice deve ser perto do topo da barra de agitação. 5. Descarregar 2g +/- 0,01g do material superabsorvente a ser testado no papel de pesagem. NOTA: O material superabsorvente é testado como recebido (isto é, como ele iria para um compósito absorvente tal como aqueles aqui descritos). Nenhum peneiramento até um tamanho de partícula específico é feito, embora o tamanho de partícula seja conhecido por ter um efeito neste teste. 6. Enquanto a solução salina é agitada, rapidamente derramar o material superabsorvente a ser testado na solução salina e disparar o cronômetro. O material superabsorvente a ser testado deve ser adicionado à solução salina entre o centro do vórtice e a lateral do béquer. 7. Paralisar o cronômetro quando a superfície da solução salina se tornar plana e registrar o tempo. 8. O tempo, registrado em segundos, é relatado como o Tempo de Vórtice.

EXEMPLOS

Os exemplos a seguir são fornecidos para ilustrar a invenção e não limitar o escopo das reivindicações. A menos que de outra forma indicado todas as partes e percentagens são em peso.

Preproduto [Um Procedimento Preparativo Típico]

Em um vaso de polietileno equipado com um agitador e serpentinas de resfriamento foram adicionados 25,0 kg de NaOH 50% a 37 kg de água destilada e resfriados a 20°C. 9,6 kg de ácido acrílico glacial foram, então, adicionados à solução cáustica e a solução foi novamente resfriada a 20°C. 47,8g de acrilato de monoaliléter de polietileno glicol, 47,8g de triacrilato de propano trimetiloletoxilado produto SARTOMER® 454 e 19,2 kg de ácido acrílico glacial foram adicionados à primeira solução, seguidos de resfriamento a 4 a 6°C. Nitrogênio foi borbulhado através da solução de monômero por cerca de 10 minutos. A solução de monômero foi, então, descarregada em bateladas de 7,7 kg em bandejas retangulares. A cada batelada 80g de solução aquosa de H2O2 a 1% em peso, 120g de solução aquosa de persulfato de sódio a2% em peso e 72g de solução aquosa de eritorbato de sódio a 0,5% em peso foram adicionados de forma homogênea à corrente de solução de monômero por injeção da solução de eritorbato de sódio na corrente da solução de monômero sendo transportada do tanque de monômero para uma bandeja. O monômero iniciado foi deixado polimerizar por 20 minutos. O hidrogel resultante foi picado e extrusado com uma extrusora comercial Hobart 4M6, seguido de secagem em um forno de ar forçado Procter & Schwartz Modelo 062 a 195°C por 12 minutos com fluxo para cima e seis minutos com fluxo de ar para baixo em uma bandeja de metal perfurada de 20” x 40”até um nível de umidade no produto final inferior a 5% em peso. O material seco foi moído grosseiramente em um esmagador Prodeva Modelo 315-S, laminado em um laminador de rolos MPI 666-F de três estágios e peneirado com um Minox MTS 600DS3V para remover partículas maiores que 850μm e menores do que 150μm.

Exemplos Comparativos 1 a 6

Para os Exemplos Comparativos 1 a 6 aqui estabelecidos, argila caulim foi adicionada ao gel extrudado com a ajuda de um bocal e amassada bem antes da secagem.Tabela 1 -Polímero de Base Seco a 185°C por 18 minutos

Exemplos comparativos 7 a 12

O Preproduto foi revestido em um misturador AnvilMIX9180 com 1% de carbonato de etileno, 4% de águae 350ppm de Chemcor 43G40SP (disponível de Chemcor Corporation, Chester, Nova York) polipropileno maleatado com base no peso da composição de polímero superabsorvente seca. O polímero superabsorvente revestido foi tratado termicamente a cerca de 195°C por aproximadamente 40 minutos de tempo de residência a fim de efetuar a reticulação de superfície das partículas de polímero. Tabela 2 - Exemplos da Tabela 1 após Reticulação deSuperfície

Exemplos comparativos 13 e 14 - Exemplos 1 a 10

Tabela 3 -Polímero de Base Seco a 195°C por 18 minutos

Tabela 4 - Exemplos da Tabela 3 após Reticulação deSuperfície

Exemplo comparativo 15 e Exemplo 11

No Exemplo 11, a argila foi adicionada ao hidrogel de polímero superabsorvente do produto comercial SXM9200 (SXM9200 está disponível comercialmente de Evonik Stockhausen, Greensboro, NC) e seca a 195°C por 18 minutos. A Tabela 5 mostra uma comparação entre SXM9200 sem e com argila caulim. As propriedades do polímero permaneceram intactas após ~4% em peso de argila serem adicionados aopolímero. Além disso, como mostra a Tabela 5, os resultados do teste de Vórtice melhoram com a adição de argila ao hidrogel SXM9200 (isto é, o polímero torna-se mais rápido sob o teste de Vórtice) e a permeabilidade do polímero SAP-argila, tal como medido pela Permeabilidade de Leito de Gel de Intumescência Livre, aumenta.Tabela 5 - SXM9200 com argila em hydrogel

Exemplo Comparativo 16 e Exemplo 12 - Fraldas

Fraldas foram construídas usando estrutura de 45% de SAP em que o SAP foi um de 1) SXM9200, 2) SXM9200 incluindo argila caulim no polímero. SXM9200 está disponível comercialmente de Evonik Stockhausen, Inc., Greensboro, Carolina do Norte. A construção de todos os núcleos de fraldas foi de um núcleo 600 GSM e densidade de 0,13 com uma mistura homogênea de SAP e polpa com uma leve camada de pó de polpa. As especificações de peso alvo foram alcançadas e mantidas dentro da variabilidade normal de produção. Cada núcleo foi montado utilizando uma folha de forro múltipla, folha superior hidrofílica 18GSMe SBPP ADL 30 GSM. Um bloco de 4”x4” pesado (3,6 kg) é colocado no núcleo de fralda liso 2,5 cm à frente da linha de centro do núcleo da fralda; resultando em uma pressão de teste de 0,5 psi. O artigo foi insultado com 80 ml de salina deixados penetrar no núcleo da fralda. Registrar o tempo de aquisição. O bloco pesado foi deixado permanecer no núcleo da fralda por um período de 5 minutos. Após o período de 5 minutos, o bloco foi removido. A reumidificação foi medida colocando uma pilha prepesada de papel de filtro de 9,0 cm sobre o ponto de insulto e aplicando um peso de 2,2 kg. Após 2 minutos, remover o peso, pesar o papel de filtro e registrar os valores reumidificados. O teste foi repetido para um total de 3 aquisições. Se o núcleo da fralda a qualquer momento deixar de adquirir o volume de líquido dentro dos 5 minutos permitidos, o teste é interrompido e registrado como tal.Tabela 6 - Resultados de Teste de Fralda

Como mostrado na Tabela 6, a adição da argila ao hidrogel de acordo com as condições da invenção fornece um tempo adequado de fluido na fralda. Diferente dos exemplos de operação, ou quando de outra forma indicado, todos os números que expressam quantidades de ingredientes, condições de reação e assim por diante utilizados no relatório e nas reivindicações devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca”. Assim, a menos que indicado em contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos no relatório anterior e nas reivindicações em anexo são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas que se procuram obter pela presente invenção. No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina de equivalentes ao escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico devem ser interpretado à luz do número de dígitos significativos e enfoques de arredondamento comuns. Não obstante que as faixas numéricas e os parâmetros estabelecendo o amplo escopo da invenção são aproximações, os valores numéricos estabelecidos nos exemplos específicos são relatados tão precisamente quanto possível. Qualquer valor numérico, no entanto, inerentemente contém alguns erros necessariamente resultantes do desvio padrão encontrado em suas respectivas medições de teste.

Claims

1. PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE POLÍMERO SUPERABSORVENTE CONTENDO ARGILA, o processo compreendendo: (I) polimerizar uma mistura de polimerização compreendendo: (a) um ou mais monômeros etilenicamente insaturados contendo carboxila, (b) um ou mais agentes de reticulação, (c) opcionalmente um ou mais comonômeros copolimerizáveis com o monômero contendo carboxila, (d) agente neutralizante para neutralizar parcialmente o polímero de 50% a 99% em peso, e (e) um meio de polimerização para formar um hidrogel parcialmente neutralizado reticulado; (II) misturar uma argila ao hidrogel parcialmente neutralizado reticulado para formar um hidrogel de polímero superabsorvente-argila parcialmente neutralizado; (III) secar o hidrogel parcialmente neutralizado reticulado a uma temperatura de 190°C a 210°C e por um período de tempo de 15 minutos a 120 minutos; e (IV) triturar o hidrogel de polímero superabsorvente-argila parcialmente neutralizado até partículas, e em que o polímero superabsorvente estar presente em uma quantidade de 90% a 98% em peso e a argila estar presente em uma quantidade de 0,5% a 10% em peso, e por a argila na etapa (ii) ser argila intumescente ou não intumescente, caracterizado por o hidrogel SAP (polímero superabsorvente) neutralizado é triturado e a argila é adicionada e intimamente misturada com as partículas de hidrogel SAP trituradas, e por o hidrogel SAP e os componentes de argila estão intimamente misturados para dispersar a argila nas e sobre as partículas de hidrogel.

2. Processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda a etapa de moer o hidrogel polímero superabsorvente-argila em particulado de polímero superabsorvente tendo um tamanho de partícula de 150μm a 850μm conforme medido por peneiramento através de uma peneira malha 20 padrão dos EUA e retido em uma peneira malha 100 padrão dos EUA.

3. Processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por pelo menos 40% em peso do particulado de polímero superabsorvente ter um tamanho de partícula de 300μm a 600μm, conforme medido por peneiramento através de uma peneira malha 30 padrão dos EUA e ser retido em uma peneira malha 50 padrão dos EUA.

4. Processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a argila ser uma argila intumescente selecionada do grupo consistindo em montmorilonita, saponita, nontronita, laponita, beidelita, hectorita, sauconita, estevensita, medmontita, volconscoíta, magadiita, vermiculita, kenyaitee suas misturas.

5. Processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a argila ser uma argila não intumescente selecionada do grupo consistindo em um caulim mineral, mineral fibroso, mineral de mica, mineral de clorita, sepolita, paligorsquita, bauxitae misturas dos mesmos.

6. Processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por a argila compreender um caulim mineral.

7. Processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita solução de monômero incluir misturas de monômero etilenicamente insaturado solúvel em água ou seus sais.

8. Processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o dito monômero etilenicamente insaturado ser uma amida, um ácido carboxílico ou seus ésteres, aminas vinílicas ou seus sais ou suas misturas.

9. Processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito polímero ser um polímero reticulado de ácido poliacrílico, poliacrilato de sódio ou copolímeros dos mesmos, reticulado com um monômero polivinílico.

10. Processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita solução de monômero inclui um iniciador.

11. Processo para a preparação de polímero superabsorvente contendo argila, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita etapa de polimerização produzir um polímero absorvente de fluido aquoso intumescente em água ou gel de copolímero.