Модифицированные полисахариды с улучшенными абсорбционными свойствами и способы их получения - RU2152403C1

Чертежи

Показать все 30 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение касается модифицированных полисахаридов, имеющих улучшенные абсорбционные свойства. Более конкретно, настоящее изобретение касается модифицированных полисахаридов, имеющих улучшенную способность к абсорбции жидкости при внешнем давлении и после старения, и способа получения этих полисахаридов.

Известно использование набухающих в воде и обычно нерастворимых в воде абсорбентов, обычно называемых суперабсорбентами, в изделиях для личной гигиены, содержащих абсорбенты. Такие абсорбирующие материалы /абсорбенты/ обычно используются в поглощающих влагу изделиях, таких как пеленки, тренировочные брюки, изделия для взрослых людей, страдающих недержанием, и изделия для женской гигиены, для того, чтобы увеличить поглощающую способность таких изделий при уменьшении их общего объема. Такие абсорбенты обычно находятся в поглощающих влагу изделиях в волокнистой матрице из древесноцеллюлозной ваты. Матрица из древесноцеллюлозной ваты обычно имеет абсорбционную емкость около 6 грамм жидкости на грамм ваты. Абсорбенты, описанные выше, обычно имеют абсорбционную емкость, превышающую их вес в воде по крайней мере в 10 раз, предпочтительно в 20 раз и часто вплоть до 100 раз.

Очевидно, что использование таких абсорбентов в изделиях для личной гигиены может снизить общий объем и в то же время увеличить поглощающую способность таких изделий.

Было описано большое количество различных материалов, которые можно использовать в качестве абсорбентов в таких изделиях для личной гигиены. К таким материалам относятся природные вещества, такие как агар, пектин, природные смолы, карбоксиалкилированный крахмал и карбоксиалкилцеллюлоза, а также синтетические материалы, такие как полиакрилаты, полиакриламиды и гидролизованный полиакрилонитрил. Хотя известно, что абсорбенты на основе природных материалов используются в изделиях для личной гигиены, их использование в таких изделиях не получило широкого распространения. Использование абсорбентов из природных материалов в изделиях для личной гигиены не получило широкого распространения по крайней мере отчасти потому, что их абсорбционные свойства обычно хуже по сравнению с синтетическими абсорбентами, такими как полиакрилаты. В частности, многие природные материалы при набухании в жидкости имеют тенденцию образовывать мягкие студенистые массы. В случае применения их в абсорбирующих изделиях присутствие таких мягких студенистых масс препятствует транспорту жидкости в волокнистой матрице, в которой находятся эти абсорбенты. Это явление известно как гель- блокирование. Как только происходит гель-блокирование, последующие порции попадающей на изделие жидкости не могут эффективно поглощаться изделием, и изделие начинает пропускать жидкость. Кроме того, многие природные материалы имеют плохие абсорбционные свойства, особенно когда подвергаются внешнему давлению.

В противоположность этому, синтетические абсорбенты часто способны абсорбировать большие количества жидкости, оставаясь при этом жесткими и не липкими. Поэтому синтетические абсорбенты можно вводить в абсорбирующие изделия, и при этом вероятность гель-блокирования является минимальной.

Материалы на основе карбоксиалкилцеллюлозы и другие модифицированные полисахариды известны в технике. Как правило, карбоксиалкилцеллюлозные материалы получают из целлюлозного материала, который обрабатывают карбоксиалкилирующими реагентами, такими как хлоралкановые кислоты, предпочтительно монохлоруксусная кислота, и щелочью, такой как гидроксид натрия, возможно, в присутствии спирта. Такой процесс описан, например, в патенте США 3723413, выданном 27 марта 1973 г. Чаттерджи и др. Такие карбоксиалкилцеллюлозы обычно растворимы в воде. Известны способы превращения таких водорастворимых карбоксиалкилцеллюлоз в нерастворимые в воде продукты.

В патенте США 2639239, выданном 19 мая 1953 г. Эллиоту, описан способ, в котором выпускаемая промышленностью водорастворимая соль щелочного металла и карбоксиметилцеллюлозы со степенью замещения от 0,5 до 1 подвергается термообработке в течение 10 час, в результате которой такая водорастворимая карбоксиметилцеллюлоза приобретает способность к образованию частиц геля с высокой степенью набухания.

Аналогично этому, в патенте США 3723413, рассмотренном выше, описана термообработка карбоксиалкилцеллюлозы в присутствии оставшихся в смеси карбоксиалкилирующих реагентов и побочных продуктов, в результате которой карбоксиалкилцеллюлоза становится нерастворимой в воде и приобретает желаемые абсорбционные и удерживающие свойства и характеристики.

В патенте США 3345358, выданном 3 октября 1967 г Инклаару, описан способ получения гелеобразующих производных полисахаридов, таких как карбоксиметилированный крахмал. Способ состоит в подкислении тонкоизмельченных карбоксиметиловых эфиров полисахаридов путем обработки их кислотой в метаноле или в другой смешивающейся с водой органической жидкости. Таким путем в исходное вещество вводятся кислотные карбоксиметильные группы. Вещество выдерживают в кислой, негидролизующей среде, что приводит к образованию сложноэфирных связей, в силу чего происходит сшивание макромолекул обрабатываемого вещества друг с другом. Затем вещество нейтрализуют щелочью. Как описано в патенте, полученные таким образом производные способны образовывать гель при добавлении воды.

В патенте США 3379720, выданном 23 апреля 1968 г Рейду, описан процесс получения модифицированных полисахаридов, таких как простые и сложные эфиры целлюлозы, который включает суспендирование водорастворимого полисахарида в любой инертной среде, подкисление указанного полисахарида, удаление избытка кислоты из подкисленного полисахарида, его высушивание и термоотверждение.

В патенте США 4689408, выданном 25 августа 1987 г. Гельману и др., описан способ получения солей карбоксиметилцеллюлозы. Способ включает обработку карбоксиметилцеллюлозы водой, добавление нерастворителя для карбоксиметилцеллюлозы и выделение карбоксиметилцеллюлозы. Указывается, что карбоксиметилцеллюлоза имеет абсорбционную способность по крайней мере 25 грамм жидкости на грамм карбоксиметилцеллюлозы.

К сожалению, известные модифицированные полисахариды не обладают абсорбционными свойствами, сравнимыми со многими синтетическими материалами с высокой абсорбционной способностью. Это препятствовало широкому применению таких карбоксиалкилполисахаридов в качестве абсорбентов в изделиях для личной гигиены.

Желательно разработать и получить материал с высокой абсорбционной способностью на основе природных веществ, имеющий стабильные во времени абсорбционные свойства, аналогичные свойствам синтетических материалов с высокой абсорбционной способностью, и поэтому пригодный для использования в абсорбирующих изделиях для личной гигиены.

Настоящее изобретение касается набухающего в воде нерастворимого в воде карбоксиалкилполисахарида. Карбоксиалкилполисахарид характеризуется тем, что он имеет эффективную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой /AUL/ и имеет эффективную стабильность абсорбционных свойств после старения.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения касается карбоксиалкилполисахарида, который имеет начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой по крайней мере около 14 и сохраняет по крайней мере около 50% этой величины после старения в течение 60 суток при 24^oC и при относительной влажности по крайней мере 30%.

Настоящее изобретение, кроме того, касается способов получения набухающего в воде, нерастворимого в воде карбоксиалкилполисахарида, который имеет эффективную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и имеет эффективную стабильность абсорбционных свойств после старения.

Один способ, предложенный в настоящем изобретении, включает стадии приготовления смеси, состоящей из водорастворимого карбоксиалкилполисахарида, воды и сшивающего агента. Карбоксиалкилполисахарид выделяют из смеси и подвергают термообработке при повышенной температуре в течение такого промежутка времени, который необходим, чтобы карбоксиалкилполисахарид имел эффективную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и эффективную стабильность абсорбционных свойств после старения.

Один из вариантов осуществления такого способа включает приготовление смеси, состоящей из водорастворимого карбоксиалкилполисахарида, воды и сшивающего агента; выделение указанного карбоксиалкилполисахарида из указанной смеси; и термообработки указанного выделенного карбоксиалкилполисахарида при температуре выше 50^oC в течение времени, необходимого для сшивания указанного карбоксиалкилполисахарида, чтобы сделать указанный карбоксиалкилполисахарид набухающим в воде и нерастворимым в воде, так чтобы набухающий в воде нерастворимый в воде карбоксиалкилполисахарид имел начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой по крайней мере около 14 и сохранял по крайней мере около 50% начальной величины абсорбционной способности под нагрузкой после старения в течение 60 суток при 24^oC и при относительной влажности по крайней мере 30%.

Другой способ, предложенный в настоящем изобретении, включает стадии приготовления смеси, состоящей из водорастворимого карбоксиалкилполисахарида и воды. Карбоксиалкилполисахарид выделяют из смеси и подвергают термообработке при некоторой температуре в течение некоторого промежутка времени, так чтобы карбоксиалкилполисахарид после обработки имел эффективную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и имел эффективную стабильность абсорбционных свойств после старения.

Один из вариантов такого способа включает получение смеси, состоящей из водорастворимого карбоксиалкилполисахарида и воды; выделение указанного карбоксиалкилполисахарида из указанной смеси; и термообработку указанного выделенного карбоксиалкилполисахарида при температуре от 200 до 250^oC в течение промежутка времени от 50 до 90 секунд, причем во время указанной термообработки происходит сшивание указанного карбоксиалкилполисахарида, в результате чего он приобретает способность набухать в воде и не растворяться в воде, причем набухающий в воде и нерастворимый в воде карбоксиалкилполисахарид имеет начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой по крайней мере 14 и сохраняет по крайней мере 50% начальной величины абсорбционной способности под нагрузкой после старения в течение 60 суток при 24^oC и относительной влажности по крайней мере 30%.

Еще один способ, предложенный в настоящем изобретении, включает стадии приготовления смеси, состоящей из водорастворимого карбоксиалкилполисахарида и воды, причем эта смесь имеет pH от 4,0 до 7,5. Карбоксиалкилполисахарид выделяют из смеси и подвергают термообработке при определенной температуре в течение определенного промежутка времени, так чтобы карбоксиалкилполисахарид имел эффективную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и имел эффективную стабильность абсорбционных свойств после старения.

Один из вариантов осуществления такого способа включает приготовление смеси, состоящей из водорастворимого карбоксиалкилполисахарида и воды, где pH смеси составляет от 4,0 до 7,5; выделение указанного карбоксиалкилполисахарида из указанной смеси; и термообработку указанного выделенного из смеси карбоксиалкилполисахарида при температуре выше 50^oC в течение времени, эффективного для сшивания указанного карбоксиалкилполисахарида, в результате чего указанный карбоксиалкилполисахарид приобретает способность набухать в воде и становится нерастворимым в воде, причем набухающий в воде и нерастворимый в воде карбоксиалкилполисахарид имеет начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой по крайней мере 14 и сохраняет по крайней мере 50% начальной величины абсорбционной способности под нагрузкой после старения в течение 60 суток при 24^oC и относительной влажности по крайней мере 30%.

Еще один способ, предложенный в настоящем изобретении, включает стадии приготовления смеси, состоящей из водорастворимого карбоксиалкилполисахарида, лимонной кислоты, катализатора и воды. Карбоксиалкилполисахарид выделяют из смеси так, чтобы карбоксиалкилполисахарид имел эффективную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и имел эффективную стабильность абсорбционных свойств после старения.

Один из вариантов осуществления такого способа включает получение смеси, состоящей из водорастворимого карбоксиалкилполисахарида, воды, лимонной кислоты и гипофосфита натрия, и выделение указанного карбоксиалкилполисахарида из указанной смеси, причем полученный набухающий в воде, нерастворимый в воде карбоксиалкилполисахарид имеет начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой по крайней мере 14 и сохраняет по крайней мере 50% начальной величины абсорбционной способности под нагрузкой после старения в течение 60 суток при 24^oC и относительной влажности по крайней мере 30%.

Еще один способ, предложенный в настоящем изобретении, включает стадии приготовления смеси, состоящей из водорастворимого карбоксиалкилполисахарида, иона алюминия и воды. Карбоксиалкилполисахарид выделяют из смеси так, чтобы он имел эффективную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и эффективную стабильность абсорбционных свойств после старения.

Один из вариантов осуществления такого способа включает приготовление смеси, состоящей из водорастворимого карбоксиалкилполисахарида, воды и сшивающего агента, содержащего ион алюминия, и выделение указанного карбоксиалкилполисахарида из указанной смеси, причем получают набухающий в воде, нерастворимый в воде карбоксиалкилполисахарид, который имеет начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой, равную по крайней мере 14, и сохраняет по крайней мере 50% начальной величины абсорбционной способности под нагрузкой после старения в течение 60 суток при 24^oC и относительной влажности по крайней мере 30%.

Еще один способ, предложенный в настоящем изобретении, включает приготовление карбоксиалкилполисахарида в виде реакционной дисперсии, выделение карбоксиалкилполисахарида из реакционной дисперсии, приготовление смеси, состоящей из выделенного карбоксиалкилполисахарида и воды, и выделение карбоксиалкилполисахарида из смеси; при этом карбоксиалкилполисахарид содержит эффективное количество исходной кристаллической структуры полисахарида, так что карбоксиалкилполисахарид имеет эффективную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и эффективную стабильность абсорбционных свойств после старения.

Один из вариантов осуществления такого способа включает:
а. Приготовление реакционной дисперсии, содержащей растворитель и полисахарид, имеющий исходную кристаллическую структуру;
b. Добавление карбоксиалкилирующего реагента к реакционной дисперсии в условиях, при которых карбоксиалкилирующий реагент эффективно реагирует с полисахаридом, и образуется карбоксиалкилполисахарид;
с. Выделение карбоксиалкилполисахарида из реакционной дисперсии;
d. Приготовление смеси, состоящей из выделенного карбоксиалкилполисахарида и воды; и
e. Выделение карбоксиалкилполисахарида из смеси, причем выделенный карбоксиалкилполисахарид содержит такое количество исходной кристаллической структуры полисахарида, которое позволяет получить набухающий в воде, нерастворимый в воде карбоксиалкилполисахарид, имеющий начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой, равную по крайней мере 14, и сохраняющий по крайней мере 50% начальной величины абсорбционной способности под нагрузкой после старения в течение 60 суток при 24^oC и при относительной влажности по крайней мере 30%.

На чертеже показан прибор для определения величин абсорбционной способности под нагрузкой для абсорбирующего материала.

В одном аспекте, настоящее изобретение касается набухающего в воде, нерастворимого в воде модифицированного полисахарида, который первоначально имеет эффективные абсорбционные свойства и в основном сохраняет такие свойства после старения.

Модифицированные полисахариды, пригодные для использования в настоящем изобретении, обычно растворимы в воде перед обработкой модифицированного полисахарида, в результате которой получают модифицированный полисахарид с желаемыми начальными и стабильными во времени абсорбционными характеристиками, как описано здесь. Как принято в этом описании, модифицированный полисахарид считается растворимым в воде, если он в основном растворяется в избытке воды с образованием истинного раствора, теряя при этом свою первоначальную форму дисперсного порошка и становясь молекулярно диспергированным в водном растворе. Альтернативно этому, модифицированный полисахарид может набухать в воде до такой степени, что он на вид теряет свою первоначальную структуру, даже если истинный раствор не образуется. Как правило, водорастворимые модифицированные полисахариды не должны содержать значительного числа сшивок, поскольку сшивание приводит к тому, что модифицированные полисахариды становятся нерастворимыми в воде.

Используемый здесь термин "набухающий в воде, нерастворимый в воде", в отношении модифицированного полисахарида означает, что если поместить модифицированный полисахарид в избыток раствора хлористого натрия в воде с концентрацией 0,9 вес.%, он набухает до равновесного объема, но не переходит в раствор. Сам по себе набухающий в воде, нерастворимый в воде модифицированный полисахарид обычно сохраняет свою первоначальную физическую структуру, но во время абсорбции водного раствора он сильно увеличивается в объеме и поэтому должен иметь достаточную физическую монолитность, чтобы быть устойчивым к течению и слипанию между соседними частицами. Набухающий в воде, нерастворимый в воде модифицированный полисахарид используемый в настоящем изобретении, эффективно сшивается, чтобы он стал практически нерастворимым, но при этом способным вначале абсорбировать раствор хлористого натрия в воде с концентрацией 0,9 вес. % в количестве, превышающем его собственный вес по крайней мере в 14 раз, под приложенной внешней нагрузкой около 0,3 фунт/кв. дюйм /0,021 кг/см²/.

Модифицированные полисахариды, пригодные для использования в настоящем изобретении, включают, без ограничений, карбоксилированные, сульфированные, сульфатированные и фосфатированные производные полисахаридов, их соли и их смеси. Примерами подходящих полисахаридов являются целлюлоза, крахмал, гуар, каррагинан, агар, геллановая смола, хитин, хитозан и их смеси.

Карбоксиалкилполисахариды, пригодные для использования в настоящем изобретении, включают карбоксиалкилцеллюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза, карбоксиэтилцеллюлоза, карбоксиалкилированный крахмал, карбоксиалкилированный каррагинан, карбоксиалкилированный агар, карбоксиалкилированная геллановая смола и их смеси. Предпочтительным карбоксиалкилполисахаридом является карбоксиалкилцеллюлоза, причем предпочтительной карбоксиалкилцеллюлозой является карбоксиметилцеллюлоза.

Способы получения карбоксиалкилполисахаридов известны специалистам в данной области. В качестве исходного материала используют полисахарид, такой как вата из древесной целлюлозы, хлопок, хлопковые очесы, крахмал и агар. Полисахарид может быть в форме волокон или волокон, измельченных в порошок. Обычно полисахарид диспергируют в растворителе, таком как вода или спирт, и в дисперсию добавляют карбоксиалкилирующие реагенты. Карбоксиалкилирующие реагенты обычно включают в себя хлоралкановую кислоту, такую как монохлоруксусная кислота, и основание, такое как гидроксид натрия. Карбоксиалкилирующие реагенты добавляют к дисперсии при условиях, эффективно способствующих реакции карбоксиалкилирующих реагентов с полисахаридом и модификации полисахарида в результате этой реакции. Такие эффективные условия могут быть различными, и они обычно зависят, например, от температуры, давления, условий смешения и относительных количеств исходных веществ, растворителей и реагентов, используемых для модификации полисахарида.

Один способ, предложенный в настоящем изобретении, включает получение карбоксиалкилполисахарида из полисахарида, имеющего первоначально кристаллическую структуру, с сохранением эффективного количества кристалличности исходного полисахарида, и при этом сохраняются такие функции кристаллической части полисахарида, как способность к образованию сшивок, так что полученный карбоксиалкилполисахарид имеет эффективную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и эффективно сохраняет свои абсорбционные свойства после старения.

В таком процессе полисахарид диспергируют в растворителе, и карбоксиалкилирующие реагенты добавляют к дисперсии. Карбоксиалкилирующие реагенты добавляют к дисперсии в условиях, позволяющих карбоксиалкилирующим реагентам эффективно реагировать и модифицировать полисахарид, при одновременном сохранении эффективной части исходной кристалличности полисахарида. Такие эффективные условия могут быть различными и будут зависеть, например, от температуры, давления, условий смешения и типов и относительных количеств используемых исходных веществ, растворителей и реагентов. Обычно затем карбоксиалкилполисахарид выделяют из дисперсии. После этого выделенный карбоксиалкилполисахарид диспергируют в водной смеси и выделяют из этой смеси, используя, например, описанные здесь методы. Такой выделенный из смеси кристаллический сшитый карбоксиалкилполисахарид содержит такое количество кристаллической структуры исходного полисахарида, которое позволяет эффективно получить кристаллический сшитый карбоксиалкилполисахарид, имеющий эффективную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и эффективную стабильность после старения.

Известно, что многие полисахариды, такие как целлюлоза и хитин, являются высококристалличными веществами. Степень кристалличности зависит от источника получения полисахарида и его предыдущей обработки. Высокоупорядоченные кристаллические структуры и менее упорядоченные аморфные области обычно имеют различную реакционноспособность по отношению к действующим на полисахарид реагентам. Результат этого различия в реакционноспособности состоит в том, что аморфные области обычно замещаются в первую очередь и в наибольшей степени, а высококристалличные области замещаются в последнюю очередь и в наименьшей степени. Набухание полисахарида в щелочах улучшает доступ модифицирующих реагентов в кристаллические области и облегчает реакции модифицирования. Если общая степень замещения полисахарида достаточно высока, и замещение распределено относительно равномерно, то обычно достигается полная растворимость модифицированного полисахарида в водном растворе. Однако, если общая степень замещения относительна низка или замещение распределено относительно неравномерно, полученный модифицированный полисахарид будет иметь структуру цепи, состоящую из чередующихся растворимых и нерастворимых сегментов, подобно блок-сополимеру. Нерастворимые сегменты, как правило, будут находиться в кристаллических областях, оставшихся после реакции модификации. Таким образом, кристаллическая область функционирует как узел сшивки для растворимых модифицированных сегментов полисахарида. Такую кристалличность исходного полисахарида или модифицированного конечного продукта можно определить аналитическими методами, такими как оптическая микроскопия или рентгенография. Модифицированный продукт после диспергирования в водном растворе может сохранить некоторые характеристики волокна исходного полисахарида.

Возьмем карбоксиметилирование целлюлозы в качестве примера для обсуждения. Карбоксиметилирование представляет собой процесс модифицирования, который, как обычно считают, является кинетически контролируемым и необратимым. После того, как произошло замещение карбоксиметильными группами, расположение этих групп в цепи целлюлозы обычно является фиксированным. Конкретная схема распределения карбоксиметильных групп в молекуле полученной целлюлозы зависит от соотношения реагентов и условий реакции во время синтеза.

В целлюлозе более доступные аморфные области замещаются предпочтительно по сравнению с кристаллическими областями. Следовательно, карбоксиметильные группы неравномерно распределены по цепи целлюлозы. Использование избытка щелочи или проведение реакции до более высокой степени замещения позволяет осуществить замещение в кристаллических областях, что приводит к более равномерному замещению и более полной растворимости в воде.

С другой стороны, сохранение кристаллических областей природной целлюлозы может быть полезным при некоторых условиях. Например, было найдено, что кристаллическую сшитую карбоксиметилцеллюлозу можно получить различными способами, включая следующие: использование в процессе в качестве щелочи гидроксида калия вместо гидроксида натрия; использование меньшего, чем стехиометрическое отношения щелочи к карбоксиалкилирующему реагенту, такому как хлоруксусная кислота; использование в реакции более низкого отношения карбоксиметилирующих реагентов к целлюлозе; изменение состава растворителя в суспензионном процессе, или сочетание этих различных способов проведения процесса. Такие условия реакции можно создать для того, чтобы способствовать образованию структур карбоксиметилцеллюлозы, которые имеют сегменты кристаллической целлюлозы, и карбоксиалкилированные сегменты, в полученных конечных молекулярных структурах. Один типичный результат, характерный для этой молекулярной структуры, состоит в том, что когда вышеупомянутая карбоксиметилцеллюлоза растворяется в воде, дисперсия остается полупрозрачной или волокнистой; тогда как растворимая, относительно равномерная замещенная карбоксиметилцеллюлоза дает чистый и прозрачный раствор.

Щелочь используется при получении карбоксиметилцеллюлозы в качестве агента, вызывающего набухание целлюлозы, и нейтрализующего реагента для любых кислот, таких как соляная кислота, выделяющихся в результате реакции карбоксиметилирования. Гидроксид натрия обычно используется в качестве щелочи в процессе промышленного производства карбоксиметилцеллюлозы. Было обнаружено, что использование гидроксида калия в качестве щелочи при карбоксиметилировании целлюлозы приводит к более неравномерному распределению карбоксиметильных групп по цепи целлюлозы, чем использование гидроксида натрия, даже при относительно высовой степени замещения. Такое неравномерное распределение карбоксиметильных групп обычно способствует сохранению части кристаллитов исходной целлюлозы в полученном конечном карбоксиметилполисахариде, что обычно приводит к улучшению абсорбционных свойств карбоксиметилполисахарида. И наоборот, тот же самый процесс, но с использованием в качестве щелочи гидроксида натрия вместо гидроксида калия, приводит к получению водорастворимой карбоксиметилцеллюлозы с относительно худшими абсорбционными свойствами.

Можно полагать, что различия между использованием гидроксида калия и гидроксида натрия связаны с сольватирующей способностью иона калия. Ион калия, будучи более крупным катионом, чем ион натрия, возможно, не способен проникать в некоторые кристаллические области целлюлозы, и в результате такие кристаллические области целлюлозы обычно остаются нетронутыми в ходе карбоксиметилирования, и образуется продукт реакции с более неравномерным распределением замещающих групп. Такое неравномерное распределение замещающих групп может иметь место даже в карбоксиметилцеллюлозе с относительно высокой степенью замещения, например со степенью замещения свыше 1.

Использование избыточного количества щелочи по отношению к карбоксиметилирующему реагенту, такому как хлоруксусная кислота, обычно дает более равномерно замещенную карбоксиметилцеллюлозу, которая растворима в воде, если степень замещения достаточно высока. Однако было найдено, что при недостатке щелочи по отношению к карбоксиалкилирующему реагенту можно получить нерастворимую в воде и относительно неравномерно замещенную карбоксиметилцеллюлозу с желаемыми абсорбционными свойствами. Можно полагать, что этот феномен имеет место потому, что недостаток щелочи по отношению к карбоксиалкилирующему реагенту снижает степень набухания в структуре целлюлозы, что в свою очередь способствует преимущественному замещению в аморфных областях по сравнению с кристаллическими областями.

Использование относительно низкого соотношения карбоксиалкилирующего реагента к полисахариду, как например хлоруксусной кислоты к целлюлозе, также можно применить для получения карбоксиалкилполисахарида с желаемыми абсорбционными свойствами. Кроме того, использование относительно низкого соотношения карбоксиалкилирующего агента к полисахариду обычно означает более низкие затраты на сырье и снижение числа реакций с образованием побочных продуктов, причем оба этих фактора обычно выгодны и по экономическим, и по экологическим причинам.

Такие кристаллические сшитые карбоксиалкилполисахариды обычно необходимо обрабатывать посредством процесса гомогенизации, такого как диспергирование, и выделять из водной смеси, но обычно нет необходимости в каких-либо дополнительных стадиях обработки, таких как термическая или химическая обработка, для того, чтобы получить желаемую начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и стабильные во времени абсорбционные свойства, как описано в этом изобретении.

В результате диспергирования кристаллической сшитой карбоксиалкилцеллюлозы в воде волокнистая структура и ориентированная упаковка молекулярных цепей модифицированной целлюлозы уменьшаются. Как только растворимые сегменты цепей карбоксиалкилцеллюлозы начинают взаимопроникать друг в друга в дисперсии, образуется беспорядочная свернутая и переплетенная молекулярная конфигурация, которая затем сохраняется при высушивании. В процессе растворения также могут образоваться более крупные агрегаты кристаллических областей, которые служат в качестве зон супер-связывания для цепей карбоксиалкилцеллюлозы, что дает возможность образования истинной трехмерной сетки.

Многократное поглощение и удаление жидкости, по-видимому, не влияет на абсорбционные свойства кристаллической сшитой карбоксиалкилцеллюлозы. Считается, что стабильность физических сшивок должна зависеть от размера кристаллических областей, которые служат в качестве узлов для сшивок. В том случае, если размер кристаллических областей больше некоторой эффективной величины, например больше микрона, эти узлы будут стабильными и как правило будут нечувствительными к действию молекул воды. При таком эффективном размере кристаллических областей обычно наблюдается полупрозрачность дисперсии кристаллической сшитой карбоксиметилцеллюлозы в водном растворе.

Любой метод выделения карбоксиалкилполисахарида из реакционной дисперсии без неприемлемого ухудшения абсорбционных свойств карбоксиалкилполисахарида, пригоден для использования в настоящем изобретении. Примерами таких методов являются сушка путем испарения воды /испарительная сушка/, сушка вымораживанием, осаждение, сушка в критической точке и т.п. Однако следует понимать, что возможно провести карбоксиалкилирование исходного полисахарида таким образом, что раствор карбоксиалкилполисахарида можно будет получить и непосредственно, без стадии промежуточного выделения. Например, процесс модифицирования можно провести в условиях низкой влажности. То есть, исходный полисахарид можно увлажнить, например, 1 частью воды на каждую часть исходного полисахарида. Затем можно смешать карбоксиалкилирующие реагенты с увлажненным исходным полисахаридом с тем, чтобы провести карбоксиалкилирование. После этого можно добавить к карбоксиалкилполисахариду дополнительное количество воды, чтобы получить смесь карбоксиалкилполисахарида и воды. Таким образом, не понадобится никакой стадии выделения между образованием карбоксиалкилполисахарида и любыми последующими стадиями обработки, такими как приготовление смеси карбоксиалкилполисахарида и воды, для того, чтобы придать карбоксиалкилполисахариду стабильность во времени. Однако, если в исходном полисахариде присутствует слишком много воды, реакция карбоксиалкилирования может не пройти в достаточной степени.

В случае, когда карбоксиалкилполисахарид представляет собой карбоксиалкилцеллюлозу, карбоксиалкилцеллюлоза, пригодная для использования в настоящем изобретении, обычно имеет среднюю степень замещения от 0,3 до 1,5, более приемлемо от 0,4 до 1,2. Степень замещения указывает на среднее число карбоксиалкильных групп, таких как карбоксиметильные группы, присутствующих в ангидроглюкозном звене целлюлозного материала. Вообще, максимальное среднее число карбоксиалкильных групп, которое может присутствовать в ангидроглюкозном звене целлюлозы, равно 3,0. Когда карбоксиалкилцеллюлоза имеет среднюю степень замещения в пределах от 0,3 до 1,5, карбоксиалкилцеллюлоза обычно растворима в воде перед ее обработкой с целью получения карбоксиалкилцеллюлозы с желаемыми начальными и стабильными во времени абсорбционными свойствами, описанной в настоящем изобретении. Однако специалисты в данной области могут определить, что другие характеристики, такие как истинное распределение модифицирующих замещающих групп в полисахариде, могут также оказывать влияние на растворимость карбоксиалкилполисахарида в воде.

Промышленность выпускает карбоксиалкилцеллюлозу с молекулярными весами в широком диапазоне. Карбоксиалкилцеллюлоза, имеющая относительно высокий молекулярный вес, часто предпочтительна для использования в настоящем изобретении. Тем не менее, для использования в настоящем изобретении пригодны молекулярные веса в широком диапазоне. Обычно удобнее всего выражать молекулярный вес карбоксиалкилцеллюлозы в терминах вязкости ее 1,0%-ного /по весу/ водного раствора при 25^oC. Карбоксиметилцеллюлоза, пригодная для использования в настоящем изобретении, обычно имеет вязкость 1,0%-ного /по весу/ водного раствора при 25^oC от 10 сантипуаз /10 мПа• с/ до 80000 сантипуаз /80000 мПа•с/, предпочтительно от 500 сантипуаз /500 мПа•с/ до 80000 сантипуаз /80000 мПа•с/ и более предпочтительно от 1000 сантипуаз /1000 мПа•с/ до 80000 сантипуаз /80000 мПа•с/.

Было обнаружено, что сшитые карбоксиалкилполисахариды, имеющие улучшенные абсорбционные свойства, которые описаны в настоящем изобретении, имеют относительно низкие вязкости водного раствора по сравнению с карбоксиалкилполисахаридами, которые не проявляют улучшенных абсорбционных свойств, как в настоящем изобретении. Например, при измерении вязкости 1%-ного /по весу/ водного раствора, содержащего 0,9 вес.% хлористого натрия /солевой раствор/, который доводили до достижения равновесия при 25^oC, например, путем перемешивания в течение 18 часов, было найдено, что карбоксиалкилполисахариды настоящего изобретения имеют вязкость менее 400 сантипуаз, предпочтительно менее 300 сантипуаз и наиболее приемлемо - менее 200 сантипуаз. Было найдено, что карбоксиалкилполисахариды настоящего изобретения имеют вязкость, которая обычно на 50%, предпочтительно на 60% и наиболее приемлемо на 70% меньше, чем вязкость идентичного во всех других отношениях карбоксиалкилполисахарида, который не был получен или обработан с целью достижения улучшенных абсорбционных свойств, как описано в настоящем изобретении. Например, если карбоксиалкилполисахарид, который не был получен или обработан с целью достижения улучшенных абсорбционных свойств, как в настоящем изобретении, имеет вязкость около 800 сантипуаз, то карбоксиалкилполисахарид, который был получен или обработан с целью придания ему улучшенных абсорбционных свойств, как в настоящем изобретении, будет иметь вязкость менее 400 сантипуаз, предпочтительно менее 320 сантипуаз, и наиболее приемлемо - менее 240 сантипуаз.

Найдено, что способ, предложенный в настоящем изобретении, приводит к улучшению начальной величины AUL в модифицированных полисахаридах с молекулярными весами в широком интервале. Хотя модифицированные полисахариды высокого молекулярного веса обычно предпочтительны, важно то, что можно достичь улучшения и в модифицированных полисахаридах низкого молекулярного веса. Низкомолекулярные модифицированные полисахариды обычно дешевле, чем высокомолекулярные модифицированные полисахариды. В соответствии с этим использование низкомолекулярных модифицированных полисахаридов экономически выгоднее. Кроме того, удобнее работать с водными растворами, содержащими относительно высокие концентрации низкомолекулярных модифицированных полисахаридов, чем с водными растворами, содержащими высокие концентрации высокомолекулярных модифицированных полисахаридов. Это обусловлено тем, что водные растворы высокомолекулярных модифицированных полисахаридов имеют более высокую вязкость по сравнению с водными растворами, содержащими такую же концентрацию низкомолекулярных модифицированных полисахаридов. К тому же, по соображениям эффективности часто желательно приготовить водный раствор с максимально высокой концентрацией модифицированных полисахаридов, так, чтобы еще было возможно эффективно работать с этим водным раствором.

Подходящие карбоксиалкилцеллюлозы выпускаются многими фирмами. Примером выпускаемой промышленностью карбоксиалкилцеллюлозы является карбоксиметилцеллюлоза, выпускаемая фирмой "Aqualon Company" под торговым названием "целлюлозная смола "Agualon или Blanose".

Карбоксиалкилполисахариды, описанные в настоящем изобретении, обладают способностью абсорбировать жидкость, находясь под внешним давлением или нагрузкой, и этой свойство называется здесь "абсорбционная способность под нагрузкой" /AUL/. Было найдено, что синтетические полимерные материалы, такие как полиакрилаты, имеющие обычно высокую абсорбционную способность под нагрузкой, характеризуются минимальным гель-блокированием, когда они входят в состав абсорбирующих изделий. Метод, которым определяется величина абсорбционной способности под нагрузкой, описан ниже, в связи с примерами. Величины абсорбционной способности под нагрузкой, определенные, как описано ниже, и приведенные в этом описании, выражены как количество, в граммах, водного раствора, содержащего 0,9 вес.% хлористого натрия, которое может абсорбировать один грамм модифицированного полисахарида за 60 мин под нагрузкой, например, 0,3 фунт/кв. дюйм /0,021 кг/см²/. Как общее правило, желательно, чтобы карбоксиалкилполисахарид имел начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой при нагрузке около 0,3 фунт/кв. дюйм по крайней мере 14, предпочтительно по крайней мере 17, более предпочтительно по крайней мере 20, приемлемо по крайней мере 24, более приемлемо по крайней мере 27 и вплоть до 50 г/г. Используемый здесь термин "начальная величина абсорбционной способности под нагрузкой" обозначает такую величину AUL, которую имеет карбоксиалкилполисахарид при измерении в пределах одних суток после приготовления карбоксиалкилполисахарида, если карбоксиалкилполисахарид хранится при обычных условиях, таких как температура около 24^oC и относительная влажность от 30 до 60%. Было найдено, что условия, при которых хранится карбоксиалкилполисахарид, потенциально могут ухудшать абсорбционные свойства карбоксиалкилполисахарида по мере его старения. Даже в относительно мягких условиях, таких как обычные условия - при 24^oC и при относительной влажности не менее 30%, лучше от 30 до 60%, обычно происходит ухудшение абсорбционных свойств карбоксиалкилполисахарида по мере его старения. Как правило, такие условия хранения, как относительно более высокие температуры и/или относительно более высокая относительная влажность, по сравнению с обычными условиями, могут приводить к более быстрому и/или более резкому ухудшению абсорбционных свойств карбоксиалкилполисахаридов при их старении.

Карбоксиалкилполисахариды, описанные в настоящем изобретении, проявляют тенденцию сохранять начальную величину AUL после старения. Конкретно, карбоксиалкилполисахариды настоящего изобретения могут сохранять свыше 50% и лучше свыше 70% от начальной величины AUL после старения в течение 60 суток. Как правило, условия старения - это обычные условия - примерно 24^oC и относительная влажность по крайней мере 30%. Например, если карбоксиалкилполисахарид настоящего изобретения имеет начальную величину AUL около 20, этот карбоксиалкилполисахарид может иметь величину AUL по крайней мере около 10 и лучше около 14 после старения в течение 60 суток при температуре около 24^oC и относительной влажности по крайней мере 30%. Аналогичные в других отношениях карбоксиалкилполисахариды не сохраняют свою начальную величину AUL после старения в аналогичных условиях.

Предпочтительно карбоксиалкилполисахариды настоящего изобретения сохраняют свыше 50% и более предпочтительно свыше 70% от начальной величины AUL после выдерживания в течение 60 суток при 24^oC и относительной влажности около 100%.

Как описано выше, карбоксиалкилполисахарид - это предпочтительно карбоксиалкилцеллюлоза, такая как карбоксиметилцеллюлоза или карбоксиэтилцеллюлоза. Такая карбоксиалкилцеллюлоза имеет начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой, равную по крайней мере 14, предпочтительно по крайней мере 17, более предпочтительно по крайней мере 20, лучше по крайней мере 24 и еще лучше по крайней мере 27, и сохраняет более 50%, предпочтительно более 70% от начальной величины AUL после старения в течение 60 суток при 24^oC и относительной влажности по крайней мере 30%, и, предпочтительно сохраняет 50%, предпочтительно более 70% от начальной величины AUL после старения в течение 60 суток при 24^oC и относительной влажности около 100%.

Можно высказать гипотезу, не считая ее единственно возможной, что феномен уменьшения AUL со временем обусловлен диссоциацией узлов сшивки карбоксиалкилполисахарида. Узлы сшивки обычно можно разделить на две группы. Первая группа - это узлы сшивки, которые могут состоять из относительно постоянных /прочных/ сшивок, таких как сложноэфирные или амидные связи, образующиеся, например, в результате применения сшивающего агента на основе полиаминов, или ионные связи, образующиеся, например, в результате использования в качестве сшивающего агента поливалентного иона металла, или физические сшивки, образующиеся, например, из сохранившейся кристаллической структуры. Вторая группа - это узлы сшивок, которые могут состоять из относительно непрочных сшивок, таких как водородные связи в молекуле карбоксиалкилполисахарида.

Чтобы улучшить стабильность при старении карбоксиалкилполисахарида желательно увеличивать количество относительно прочных сшивок, которые имеются в карбоксиалкилполисахариде, но не до такой степени, чтобы произошло полное сшивание карбоксиалкилполисахарида. Карбоксиалкилполисахариды, описанные в настоящем изобретении, пригодны для использования в содержащих абсорбенты предметах одежды и изделиях для личной гигиены, таких как пеленки, тренировочные брюки, предметы женской гигиены, изделия для взрослых людей, страдающих недержанием, и в медицинских изделиях, таких как перевязочные средства для ран или хирургические покрывала или халаты.

Было найдено, что модифицированные полисахариды, описанные в настоящем изобретении, можно получить различными способами. В общем получают водную смесь водорастворимого карбоксиалкилполисахарида, воды и, возможно, сшивающего агента. Такая водная смесь обычно содержит от 0,01 до 90 вес.%, предпочтительно от 0,1 до 30 вес.% и более предпочтительно от 2 до 25 вес.% карбоксиалкилполисахарида от общего веса смеси. Смесь обычно содержит от 99,99 до 10 вес.%, предпочтительно от 99,9 до 70 вес.% и более предпочтительно от 98 до 75 вес.% воды.

Полагают, что растворение карбоксиалкилполисахарида в водной смеси приводит к переплетению отдельных сегментов карбоксиалкилполисахарида друг с другом. В результате такого переплетения цепи полисахарида в смеси взаимопроникают друг в друга, так что возникает молекулярная конфигурация в виде статистических, переплетенных клубков, которая, как можно полагать, эффективно образует узлы сшивки, и которая дает возможность дополнительного сшивания карбоксиалкилполисахарида при дальнейшей обработке, как например при термообработке. Чтобы произошло эффективное переплетение отдельных сегментов карбоксиалкилполисахарида друг с другом, создают условия для того, чтобы перед стадиями дополнительной обработки образовалась стабильная гомогенная смесь, находящаяся в равновесии, чтобы гарантировать эффективное растворение карбоксиалкилполисахарида в воде. Следует учесть, что может существовать нерастворимая часть карбоксиалкилполисахарида, которая не будет растворяться в воде. Например, сохранившиеся неизменными кристаллические области кристаллического сшитого полисахарида обычно не растворяются в воде, тогда как некристаллические области будут растворяться.

Карбоксиалкилполисахарид обычно растворяют в растворителе, который содержит по крайней мере 30 вес.% воды, предпочтительно 50 вес.% воды, лучше 75 вес. % воды и еще лучше 100 вес.% воды. Когда вместе с водой используется другой растворитель, этим другим подходящим растворителем может быть метанол, этанол и ацетон. Однако использование таких других, неводных растворителей может препятствовать образованию гомогенной смеси, и поэтому цепи карбоксиалкилполисахарида не будут эффективно переходить в раствор и взаимопроникать друг в друга.

Сшивающие агенты, пригодные для использования в настоящем изобретении, обычно растворимы в воде. Одним из подходящих сшивающих агентов является органическое соединение, содержащее по крайней мере две функциональных группы или функциональности, способные реагировать с карбоксильными, амино- или гидроксильными группами карбоксиалкилполисахарида. Желательно, чтобы такой органический сшивающий агент был выбран из группы, состоящей из диаминов, полиаминов, диолов и полиолов и их смесей; в особенности из группы, состоящей из первичных диолов, первичных полиолов, первичных диаминов и первичных полиаминов и их смесей. Среди диолов и полиолов обычно более предпочтительны те, которые имеют большую длину углеродной цепи /≥4/. В частности, сшивающий агент можно выбрать из группы, состоящей из глутамата хитозана, желатина типа А, диэтилентриамина, этиленгликоля, бутиленгликоля, поливинилового спирта, гиалуроновой
кислоты, полиэтиленимина и их производных, а также их смесей. Другие подходящие органические сшивающие агенты включают монохлоруксусную кислоту, хлорацетат натрия, лимонную кислоту, бутантетракарбоновую кислоту и аминокислоты, как например аспарагиновую кислоту, а также их смеси.

Применение сшивающего агента, особенно диамина или полиамина, в некоторых процессах, описанных в настоящем изобретении, может улучшить начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой у карбоксиалкилполисахарида, полученного согласно настоящему изобретению, по сравнению с идентичным в других отношениях карбоксиалкилполисахаридом, полученным в аналогичном процессе, но без сшивающего агента. Конкретно, карбоксиалкилполисахариды, полученные с использованием сшивающего агента, могут иметь начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой по крайней мере на 10% и предпочтительно по крайней мере на 20% больше, чем идентичный в других отношениях карбоксиалкилполисахарид без сшивающего агента. Идентичный в других отношениях карбоксиалкилполисахарид может иметь тот же состав, и может быть получен в точно таком же процессе, как карбоксиалкилполисахарид настоящего изобретения, за исключением того, что он не будет содержать сшивающего агента.

Другие подходящие сшивающие агенты включают ионы металлов с более, чем двумя положительными зарядами, такие как Al³⁺, Fe³⁺, Ce³⁺, Ti⁴⁺, Zr⁴⁺ и Ce⁴⁺. Подходящие сшивающие агенты, содержащие ионы металлов, включают те из переходных элементов, которые обычно имеют вакантные d-орбитали. Подходящими сшивающими агентами, которые содержат ионы металлов, являются AlCl₃, FeCl₃, Ce₂(SO₄)₃, Zr(NH₄)₄( CO₃)₄ и Ce(NH₄)₄(SO₄)₄ • 2H₂O, другие хорошо известные соединения, содержащие ионы металлов, а также их смеси. Предполагается, что такие сшивающие агенты с ионами металлов, используемые для сшивания карбоксиалкилполисахарида, образуют ионные связи с карбоксильными группами карбоксиалкилполисахарида. Ионы металлов только с двумя положительными зарядами, такие как Zn²⁺, Ca²⁺ или Mg²⁺, обычно не обеспечивают достаточного сшивания карбоксиалкилполисахарида, которое дало бы желаемые абсорбционные свойства, описанные в настоящем изобретении.

Сшивающий агент обычно используют в количестве от 0,01 до 20, предпочтительно от 0,05 до 10 и лучше от 0,1 до 5 вес.% от общего веса карбоксиалкилполисахарида, присутствующего в смеси.

Обычно порядок смешения карбоксиалкилполисахарида, воды и сшивающего агента не является критическим фактором при использовании сшивающего агента. Либо карбоксиалкилполисахарид, либо сшивающий агент в отдельности можно добавить к воде и затем добавлять остальные вещества, или все три вещества можно добавлять вместе в одно и то же время. Однако, может оказаться предпочтительнее, при использовании некоторых сшивающих агентов сначала добавить карбоксиалкилполисахарид и воду, а затем добавить к смеси сшивающий агент. Например, если в качестве сшивающего агента используется лимонная кислота, может быть предпочтительно, чтобы карбоксиалкилполисахарид и вода сначала были смешаны друг с другом, и затем к смеси была добавлена лимонная кислота.

Вообще, катализатор для сшивания не нужен, но может оказаться полезным, чтобы способствовать сшиванию карбоксиалкилполисахаридов настоящего изобретения. Например, если использовать в качестве сшивающего агента лимонную кислоту, то в качестве катализатора сшивания полезно использовать гипофосфит натрия. Такие катализаторы сшивания можно использовать в количестве от 0,01 до 3 вес.%, лучше от 0,1 до 1,0 вес. % от общего веса использованного карбоксиалкилполисахарида.

Водную смесь карбоксиалкилполисахарида, воды и, возможно, сшивающего агента обычно можно приготовить при любой температуре, при которой карбоксиалкилполисахарид растворим в воде. Обычно такие температуры находятся в пределах от 10^oC до 100^oC. Как общее правило, приготовление смеси хорошо проводить при перемешивании.

Водная смесь может быть кислой /pH меньше 7/, нейтральной /pH равно 7/ или щелочной /pH больше 7/. При желании смесь можно подкислить путем добавления водного раствора неорганической кислоты, такой как соляная кислота, азотная кислота и т.п., или водного раствора органической кислоты, такой как уксусная кислота и т.п. Аналогично этому, если желательно получить водную смесь со щелочным pH, к смеси можно добавить основание, такое как водный раствор гидроксида натрия, гидроксида калия, аммиака и т.п. Величина pH водной смеси обычно находится в интервале от 2 до 12, предпочтительно от 4 до 9, более предпочтительно от 4 до 7,5 и лучше всего от 6 до 7,5. Выделенный карбоксиалкилполисахарид обычно имеет такое же значение pH, как смесь. Однако, когда карбоксиалкилполисахарид выделяется путем испарительной сушки, такая сушка обычно приводит к снижению pH выделенного карбоксиалкилполисахарида, если смесь была щелочной.

В том случае, когда карбоксиалкилполисахарид настоящего изобретения предназначен для использования в изделиях для личной гигиены, таких как пеленки, тренировочные брюки и предметы женской гигиены, обычно желательно, чтобы карбоксиалкилполисахарид имел нейтральную реакцию. По этой причине обычно предпочтительно, чтобы водная смесь была приготовлена с нейтральным pH. Если водная смесь после приготовления имеет кислый или щелочной pH, то выделяемый из нее карбоксиалкилполисахарид может быть кислым или щелочным /соответственно/, но может быть нейтрализован. Если выделенный карбоксиалкилполисахарид является кислым, он может быть нейтрализован, например, путем контактирования с газообразным основанием, например, аммиаком. Если выделенный карбоксиалкилполисахарид является щелочным, то его можно нейтрализовать, например, путем контактирования с кислым газом, таким как диоксид углерода.

После приготовления смеси карбоксиалкилполисахарида, воды и, возможно, сшивающего агента, карбоксиалкилполисахарид выделяют из смеси. Любой способ выделения карбоксиалкилполисахарида из смеси, если он не приводит к неприемлемому ухудшению абсорбционных характеристик карбоксиалкилполисахарида, пригоден для использования в настоящем изобретении. Примерами таких способов служат испарительная сушка, сушка вымораживанием, осаждение, сушка в критической точке и т.п.

Выделение карбоксиалкилполисахарида из смеси здесь означает, что практически вся вода выделяется из карбоксиалкилполисахарида перед дополнительной обработкой. Однако следует отметить, что даже после удаления практически всей воды, может остаться небольшое количество воды, захваченной внутри кристаллической структуры карбоксиалкилполисахарида. Количество воды, оставшейся захваченной внутри структуры карбоксиалкилполисахарида, будет обычно зависеть от метода и условий выделения карбоксиалкилполисахарида. Обычно остается захваченным в выделенном полисахариде менее 15 вес.%, предпочтительно менее 10 вес.% и более предпочтительно менее 5 вес.% от исходного количества воды в смеси.

Предпочтительно карбоксиалкилполисахарид выделяют из смеси испарительной сушкой. Как общее правило, карбоксиалкилполисахарид можно выделять испарительной сушкой при температуре в пределах от 10^oC до 100^oC, предпочтительно от 50^oC до 80^oC. Естественно, можно использовать более высокие температуры, если смесь находится под давлением. Более низкие температуры можно использовать, если смесь находится под вакуумом.

Другие способы выделения включают осаждение, при котором к смеси карбоксиалкилполисахарида, воды и, возможно, сшивающего агента добавляют осадитель, такой как метанол, этанол или ацетон, чтобы высадить карбоксиалкилполисахарид из смеси. Карбоксиалкилполисахарид можно затем выделить фильтрованием. Если для выделения карбоксиалкилполисахарида используется осаждение, может быть желательно промывать выделенный карбоксиалкилполисахарид, чтобы удалить осадитель.

В зависимости от формы, в которой выделяется карбоксиалкилполисахарид, может оказаться необходимым или желательным изменить форму карбоксиалкилполисахарида. Например, если применяется испарительная сушка, карбоксиалкилполисахарид можно выделить в форме пленки или листа. Может быть желательно измельчить пленочный или листовой материал и превратить его в материал, состоящий из частиц или хлопьев.

Желаемая форма выделенного карбоксиалкилполисахарида будет зависеть в большой степени от его последующего использования. Если карбоксиалкилполисахарид предназначен для использования в абсорбирующих изделиях для личной гигиены, обычно желательно, чтобы карбоксиалкилполисахарид находился в форме дискретных частиц, волокон или хлопьев. Если он находится в форме частиц, обычно желательно, чтобы частица имела максимальный поперечный размер в пределах от 50 мкм до 2000 мкм, предпочтительно в пределах от 100 мкм до 1000 мкм, более предпочтительно в пределах от 300 мкм до 600 мкм.

Обычно выделенный из смеси карбоксиалкилполисахарид необходимо подвергнуть термообработке при повышенной температуре в течение некоторого времени. В результате такой термообработки происходит сшивание или дополнительное сшивание карбоксиалкилполисахарида, благодаря которому достигается желаемая начальная величина AUL и стабильность при старении, как описано здесь.

Однако, если, например, в качестве сшивающего агента используется лимонная кислота, а в качестве катализатора сшивания используется гипофосфит натрия, возможно получить карбоксиалкилполисахарид, который имеет эффективную начальную величину AUL, и улучшенную стабильность при старении, не проводя последующую стадию процесса, такую как термообработка, после выделения карбоксиалкилполисахарида из водной смеси.

Вообще, если термообработка необходима, любая комбинация температуры и времени, которая эффективна для достижения желаемой степени сшивания без нежелательного повреждения карбоксиалкилполисахарида, так чтобы карбоксиалкилполисахарид имел желаемую начальную величину AUl и стабильность при старении, как описано здесь, подходит для использования в настоящем изобретении. Как правило, когда используется сшивающий агент, карбоксиалкилполисахарид следует подвергать термообработке при температуре в пределах от 50 до 250^oC, предпочтительно от 80^oC, до 250^oC, более предпочтительно от 100^oC до 200^oC и лучше от 100^oC до 160^oC. Чем выше используемая температура, тем короче период времени, обычно необходимый для достижения желаемой степени сшивания. Было найдено, что если использовать очень высокие температуры при эффективной продолжительности обработки, как например, температуру от 200^oC до 250^oC в течение времени от 50 до 90 секунд, можно достичь для карбоксиалкилполисахарида эффективной начальной величины AUL и достаточной стабильности при старении без использования сшивающего агента.

Обычно процесс термообработки продолжается в течение периода времени от 1 минуты до 600 минут, предпочтительно от 2 минут до 200 минут и более предпочтительно от 5 минут до 100 минут.

В случае, если водная смесь карбоксиалкилполисахарида, воды и, возможно, сшивающего агента имеет кислую реакцию, время, необходимое для осуществления сшивания, может быть сокращено. Можно предположить, не считая такое предположение единственно возможным, что это обусловлено тем, что в слабокислой среде карбоксиалкилполисахарид обычно будет содержать больше свободных карбоксильных групп, так что может образоваться большее число сложноэфирных связей даже во время термообработки при относительно низкой температуре. Если водная смесь слабощелочная, наблюдается тенденция к увеличению продолжительности процесса сшивания при данной температуре по сравнению со слабокислой и нейтральной смесью. Несмотря на это, аналогичные основные абсорбционные свойства могут быть достигнуты и для кислой, и для нейтральной, и для щелочной водной смеси. В некоторых случаях может быть желательно придать водной смеси и выделенному карбоксиалкилполисахариду кислотный характер для того, чтобы снизить температуру или сократить время термообработки. В этом случае карбоксиалкилполисахарид можно нейтрализовать после стадии термообработки.

В результате процесса термообработки карбоксиалкилполисахарид сшивается или дополнительно сшивается и обычно становится набухающим в воде и нерастворимым в воде. Можно полагать, не считая такое предположение единственно возможным, что в результате процесса термообработки происходит в некоторой степени самосшивание карбоксиалкилполисахарида, независимо от присутствия сшивающего агента, путем образования сложноэфирных связей. Это самосшивание является дополнением к любому сшиванию, обусловленному присутствием сшивающего агента. Далее, когда сшивающий агент - диамин или полиамин, считают, что сшивание происходит путем амидирования карбоксильной группы через образование аммонийной соли. Этерификация посредством процесса самосшивания происходит в первую очередь в слабокислой, нейтральной или слабощелочной среде. Этерификация посредством самосшивания не протекает в заметной степени в относительно щелочной среде. Сшивание под действием сшивающего агента может происходить как в кислой, так и в щелочной среде. Таким образом, присутствие сшивающего агента дает возможность проводить сшивание в широком интервале pH.

Обычно существует оптимальная степень сшивания или количество сшивок для данного карбоксиалкилполисахарида, которая обеспечивает оптимальную начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой и стабильность при старении данного модифицированного полисахарида. Если степень сшивания слишком мала, карбоксиалкилполисахарид может иметь относительно низкую начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой из-за недостаточной прочности геля. Если степень сшивания слишком велика, карбоксиалкилполисахарид может аналогичным образом иметь относительно низкую начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой вследствие неспособности карбоксиалкилполисахарида абсорбировать жидкость.

Специалисты в данной области могут узнать, что наличие сшивок, образовавшихся в результате этерификации или амидирования, можно определить различными аналитическими методами. Например, можно использовать инфракрасную спектроскопию или ядерный магнитный резонанс, чтобы определить присутствие сложноэфирных или амидных поперечных связей.

В другом аспекте, настоящее изобретение касается набухающего в воде, нерастворимого в воде карбоксиалкилполисахарида, характеризующегося тем, что этот карбоксиалкилполисахарид имеет сшивки, образовавшиеся путем этерификации и амидирования. Такой карбоксиалкилполисахарид предпочтительно получают способами, описанными выше. Несмотря на это, не имеется в виду, что описанные способы являются единственными способами, с помощью которых может быть получен такой карбоксиалкилполисахарид.

Методы испытаний.

Абсорбционная способность под нагрузкой. Абсорбционная способность под нагрузкой /AUL/ - это испытание, в котором измеряется способность абсорбента абсорбировать жидкость /например, раствор хлористого натрия в дистиллированной воде с концентрацией 0,9 вес.%/, находясь под действием приложенной нагрузки или сдерживающей силы.

Прибор и метод для определения AUL будет описан со ссылкой на чертеж, на котором показан вид прибора в перспективе во время испытания. На чертеже показан лабораторный подъемный столик 1, имеющий регулирующую ручку 2 для подъема и пускания платформы 3. На лабораторном штативе 4 укреплена пружина 5, соединенная с датчиком 6 модифицированного толщиномера, проходящем через корпус 7 толщиномера, жестко закрепленный на лабораторном штативе. Пластмассовая чашка для образца 8, в которой находится испытываемый образец суперабсорбента, имеет дно, проницаемое для жидкости, и помещается в чашке Петри 9, в которой содержится абсорбируемый солевой раствор. Груз 10 помещается сверху на дисковой подкладке /не видна/, которая лежит на образце суперабсорбента /не виден/.

Чашка для образца состоит из пластмассового цилиндра с внутренним диаметром 1 дюйм /2,54 см/ и наружным диаметром 1,25 дюйма /3,18 см/. Дно чашки для образца представляет собой металлическую сетку 100 меш с отверстиями диаметром 150 мкм, приклеенную к концу цилиндра путем нагревания сетки выше температуры плавления пластмассы и прижимания пластмассового цилиндра к нагретой сетке с тем, чтобы расплавить пластмассу и прикрепить сетку к пластмассовому цилиндру.

Модифицированный толщиномер, используемый для измерения расширения образца в результате абсорбции раствора - это цифровой автоматический индикатор Mitutoy Digimatic Jndicatic Jndicator, JDC серия 543, модель 543-180, имеющий пределы измерений 0 - 0,5 дюйма и точность 0,00005 дюйма/ фирма "Miitutoyo Corporation" 31-19, Шиба 5-хом, Минато-ку, Токио 108, Япония/. В поставляемом фирмой " Mitutoyo Corporation" толщиномере имеется пружина, соединенная с датчиком внутри корпуса прибора. Эту пружину удаляют, чтобы датчик мог свободно падать, развивая при падении вниз силу около 27 г. Кроме того, также снимают с датчика крышку, расположенную на верху корпуса прибора, чтобы присоединить датчик к подвешенной на штативе пружине 5 /полученной от фирмы "Mc Master-Garr Supply", Чикаго, Иллинойс, N 9640К41/, которая служит для противодействия или уменьшения направленного вниз усилия датчика до величины 1 г ± 0,5 г. К верхней части датчика можно приклеить крючок из проволоки для присоединения подвешенной пружины. Нижний конец датчика также снабжен дополнительной иглой /фирма "Mitutoyo Corporation", деталь N 131279/, чтобы датчик можно было вставлять в чашку для образца.

Для проведения испытания образец абсорбирующего материала весом 0,160 г, который был просеян через сито так, чтобы размер частиц составлял от 300 до 600 мкм, помещали в чашку для образца. Затем образец накрывали пластмассовой дисковой подкладкой весом 4,4 г, которая имела размер немного меньше, чем внутренний диаметр чашки для образца и служила для защиты образца от повреждения во время испытания. Затем сверху на дисковую подкладку помещали груз весом 100 г, создавая таким образом нагрузку около 0,3 фунт/кв.дюйм /0,021 кг/см²/. Чашку для образца помещали в чашку Петри на платформе, и лабораторный подъемный столик поднимали до тех пор, пока она не коснется кончика датчика. Прибор поставлен на ноль. В чашку Петри наливали достаточное количество солевого раствора /50-100 мл/, чтобы начать испытание. Расстояние, на которое поднимался груз в результате расширения образца по мере абсорбции им солевого раствора, измеряли с помощью датчика. Это расстояние, умноженное на площадь внутреннего поперечного сечения чашки для образца, является мерой увеличения объема образца в результате абсорбции. Умножив эту величину на плотность солевого раствора и зная вес образца, легко рассчитать количество абсорбированного солевого раствора. Вес солевого раствора, абсорбированного через 60 мин, дает величину AUL>, выраженную в граммах солевого раствора, абсорбированного на грамм абсорбента. При желании показания модифицированного толщиномера можно непрерывно вводить в компьютер /Mitutoyo Digimatic Miniprocessor ДР-2ДХ/ с тем, чтобы провести расчеты и получить величины AUL. Для контроля величину AUL можно также определить путем измерения разницы в весе чашки для образца до и после испытания, причем эта разница в весе будет соответствовать количеству раствора, абсорбированного образцом.

Примеры.

Пример 1.

Использовали два вида натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы /CMC/, выпускаемые фирмой "Agualon Company" под торговым названием Agualon - Целлюлозная смола CMC-7HCF или CMC-9H4F. Карбоксиметилцеллюлоза CMC-7HCF имела среднюю степень замещения около 0,7 и вязкость 1%-ного водного раствора при 25^oC около 1000-2800 сантипуаз. CMC-9H4F имела среднюю степень замещения около 0,9 и вязкость 1%-ного водного раствора при 25^oC около 2500-6000 сантипуаз. Каждый вид карбоксиметилцеллюлозы в отдельности растворяли в дистиллированной воде, чтобы получить раствор, содержащий 2 вес.% карбоксиметилцеллюлозы от общего веса раствора. Сшивающий агент растворяли в воде, получая раствор, содержащий 0,5 вес.% сшивающего агента от общего веса раствора. В качестве сшивающих агентов использовали глутамат хитозана, выпускаемый фирмой "Protan Biopolymer A/S", Норвегия под торговым названием "SeQ Cure G; 1,4-бутиленгликоль, выпускаемый фирмой "Aldrich Chemical Co"; полиэтиленимин /молекулярный вес 50000-100000/, выпускаемый фирмой "Polysciences"; натриевую соль гиалуроновой кислоты, выпускаемую фирмой "Sigma"; желатин типа А, выпускаемый фирмой "Aldrich Chemical Co" под торговым названием 300 Bloom; и диэтилентриамин, выпускаемый фирмой "Aldrich Chemical Co". Водный раствор, содержащий сшивающий агент, затем добавляли к каждому из водных растворов, содержащих карбоксиметилцеллюлозу, чтобы получить различные концентрации сшивающего агента относительно общего веса карбоксиметилцеллюлозы, присутствующей в водном растворе. Полученные смеси, содержащие воду, карбоксиметилцеллюлозу и сшивающий агент, затем тщательно перемешивали. Карбоксиметилцеллюлозу выделяли из раствора посредством испарительной сушки при 80^oC в воздушной сушилке Blue M. После сушки выделенную карбоксиметилцеллюлозу измельчали в гранулы в смесителе и подвергали термообработке при различной продолжительности обработки и при различных температурах в печи. Были проведены опыты с различными комбинациями карбоксиметилцеллюлозы, сшивающего агента, различными концентрациями сшивающего агента, температурами термообработки и продолжительностью термообработки. Были измерены начальные величины абсорбционной способности под нагрузкой для различных образцов карбоксиметилцеллюлозы, обработанных таким образом. Количественные данные о каждой комбинации карбоксиметилцеллюлозы и сшивающего агента, а также их начальная величина AUL приведены в табл. 1. Аналогично были определены величины AUL для контрольных образцов карбоксиметилцеллюлозы СМС-7НСF и СМС-9Н4F. Эти результаты также приведены в табл. 1.

Как можно видеть из данных табл. 1, способ, предложенный в настоящем изобретении, значительно увеличивает начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой у исходных карбоксиметилцеллюлозных материалов. Все использованные сшивающие агенты эффективно увеличивают начальные величины абсорбционной способности под нагрузкой. Кроме того, видно, что сшивающие агенты эффективны во всем интервале концентраций.

Пример 2.

Водный раствор глутамата хитозана, использованный в примере 1, является слабокислым. Для того, чтобы оценить эффект pH, использовали сшивающий агент с основными свойствами диэтилентриамин, выпускаемый фирмой "Aldrich Chemical Co"/. Как и в предыдущем примере, карбоксиметилцеллюлозу /СМС-7НСF/ растворяли в воде, получая водный раствор с концентрацией 2 вес.%. Диэтилентриамин растворяли в воде, получая водный раствор с концентрацией 0.5 вес.%. Затем водный раствор диэтилентриамина прибавляли к водному раствору карбоксиметилцеллюлозы, чтобы получить концентрацию диэтилентриамина 2 вес.% от общего веса карбоксиметилцеллюлозы, присутствующей в водном растворе. Карбоксиметилцеллюлозу затем выделяли путем испарительной сушки и измельчали в порошок, как описано в примере 1. Материал для сравнения приготовляли путем растворения карбоксиметилцеллюлозы /CMC-7HCF/ в дистиллированной воде с получением раствора с концентрацией 2 вес.%. К водному раствору карбоксиметилцеллюлозы затем добавляли 0,004 вес.% гидроксида натрия. Карбоксиметилцеллюлозу, приготовленную для сравнения, выделяли и измельчали, как описано в примере 1. Оба образца затем нагревали при различных температурах в течение 30 мин. Для полученных полимеров определяли начальную абсорбционную способность под нагрузкой. Результаты определения приведены в табл. 2.

Как можно видеть из табл. 2, карбоксиметилцеллюлоза без сшивающего агента в щелочной среде не показывает увеличения начальных величин абсорбционной способности под нагрузкой после термообработки. В противоположность этому, видно, что для карбоксиметилцеллюлозы, содержащей сшивающий агент со свойствами основания, диэтилентриамин, начальная величина AUL увеличивается в результате термообработки. Можно полагать, это показывает, что самосшивание карбоксиметилцеллюлозы при относительно щелочном pH происходит с трудом.

Пример 3.

Образцы NN 65-71 получали, приготовляя водный раствор, содержащий 2 вес. % карбоксиметилцеллюлозы /СМС-7НСF/. К водному раствору прибавляли количество гидроксида натрия, достаточное, чтобы довести pH раствора до 9. В растворе отсутствовали сшивающие агенты. Затем карбоксиметилцеллюлозу по способу, описанному в примере 1, выделяли, измельчали, подвергали термообработке при 150^oC в течение различных промежутков времени, и определяли абсорбционную способность под нагрузкой.

Образцы NN 72-77 получали, приготовляя водный раствор, содержащий 2 вес. % карбоксиметилцеллюлозы /СМС-7НСF/. К раствору затем добавляли 0,5 вес.% глутамата хитозана, аналогично тому, как указано в примере 1. Было найдено, что pH раствора составлял 7,4. Затем карбоксиметилцеллюлозу по методике, описанной в примере 1, выделяли, измельчали, подвергали термообработке при 150^oC в течение различных промежутков времени и определяли начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой.

Образцы NN 78-103 получали таким же образом как образцы NN 72-77, за исключением того, что к водному раствору, содержащему карбоксиметилцеллюлозу и глутамат хитозана, перед выделением добавляли гидроксид натрия. Количество добавляемого гидроксида натрия достаточно, чтобы довести pH раствора до 9,2, 10,1 или 10,9. Затем карбоксиметилцеллюлозу по методике, описанной в примере 1, выделяли, измельчали, подвергали термообработке при 150^oC в течение различных промежутков времени и определяли начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой.

Результаты этих испытаний /образцы NN 65-103/ приведены в табл. 3.

Как можно видеть из табл. 3, щелочная карбоксиметилцеллюлоза, не содержащая никакого сшивающего агента /образцы 65-71) не показывает заметного увеличения начальных величин абсорбционной способности под нагрузкой в результате термообработки. В противоположность этому, образцы 7-103 показывают увеличение начальных величин AUL. Очевидно, что при более низком pH время термообработки, требуемое для оптимизации начальных величин AUL, меньше, чем при высоком pH.

Пример 4.

Использовали карбоксиметилцеллюлозу, выпускаемую фирмой "Agualon Company" под торговым названием "целлюлозная смола Agualon СМС-7L. Эта карбоксиметилцеллюлоза имеет относительно низкий молекулярный вес, которому соответствует вязкость 2%-ного водного раствора при 25^oC около 25-50 сантипуаз. Образец N 104 /сравнительный/ получали путем приготовления водного раствора, содержащего 2 вес.% карбоксиметилцеллюлозы /СМС-7L/. Карбоксиметилцеллюлозу выделяли и сушили, как описано в примере 1. Было найдено, что этот материал имел начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой 2,1. Образец N 105 /сравнительный/ получали аналогично образцу N 104, за исключением того, что после выделения этот материал измельчали и подвергали термообработке при 170^oC в течение 160 минут. Полученный материал имел начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой 8,6. Ни тот, ни другой материал не содержали сшивающего агента.

Образец N 106 получали путем приготовления водного раствора, содержащего 2 вес. % карбоксиметилцеллюлозы /CМС-7L/. К водному раствору добавляли 1 вес. % глутамата хитозана, таким же образом, как описано в примере 1. Затем карбоксиметилцеллюлозу выделяли и измельчали, как указано в примере 1. Полученный материал затем подвергали термообработке в течение двух часов при 170^oC. Было найдено, что полученный материал имеет начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой, равную 14,7.

Из сказанного выше видно, что присутствие сшивающего агента - глутамата хитозана значительно улучшает начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой для низкомолекулярной карбоксиметилцеллюлозы по сравнению с материалами, не подвергавшимися термообработке, и с материалами, подвергнутыми термообработке, но не содержащими сшивающего агента.

Пример 5.

Чтобы определить поведение при старении абсорбентов, полученных согласно настоящему изобретению, и сравнительных образцов абсорбентов, были приготовлены следующие образцы:
Образец N 107 получали аналогично образцу N 2.

Образец N 108 получали аналогично образцам N 25-28, за исключением того, что материал нагревали при 150^oC в течение 70 минут.

Образец N 109 получали аналогично образцу N 42. Были получены различные начальные величины AUL.

Образец N 110 получали аналогично образцу N 24, за исключением того, что материал нагревали в течение 20 мин.

Образец N 111 получали по методу, указанному в примере 1, используя этиленгликоль в качестве сшивающего агента. Образец подвергали термообработке при 170^oC в течение 30 минут.

Образцы NN 107-111 помещали в условия контролируемой температуры и влажности. Поддерживалась температура 24^oC и относительная влажность 30%. Для образцов определяли величину AUL в различные моменты в течение 60 суток. Результаты приведены в табл. 4. Приводимые в таблице величины "сохранение AUL " показывают величину AUL через 60 суток, выраженную в процентах от величины AUL через 0 суток /начальной величины AUL. То есть величина AUL через 60 суток, деленная на величину AUL за 0 суток.

Как можно видеть из таблицы 4, хотя одна лишь термообработка, в отсутствие сшивающего агента дает приемлемую начальную величину AUL, сохранение AUL через 60 суток составляет только 34,5% /образец N 107/
Добавление сшивающего агента в соответствии с настоящим изобретением дает улучшение сохранения величины AUL после 60 суток /образцы NN 108-111/.

Пример 6.

В этом примере оценивается использование поливалентных ионов металлов в качестве сшивающих агентов. Карбоксиметилцеллюлозу растворяли в дистиллированной воде, получая растворы, содержащие 2 вес.% карбоксиметилцеллюлозы от общего веса раствора. Сшивающий агент, содержащий ион металла, растворяли в воде, получая раствор. Затем водный раствор, содержащий сшивающий агент на основе иона металла, добавляли к отдельным водным растворам, содержащим карбоксиметилцеллюлозу, чтобы получить в водном растворе различные концентрации сшивающего агента по отношению к общему весу карбоксиметилцеллюлозы, присутствующей в растворе. Полученные смеси, содержащие воду, карбоксиметилцеллюлозу и сшивающий агент, затем тщательно перемешивали. Карбоксиметилцеллюлозу выделяли из раствора посредством испарительной сушки при температуре от 30^oC до 50^o C. После сушки, выделенную карбоксиметилцеллюлозу измельчали и просеивали через сито, получая гранулы размером от 300 до 600 мкм. Эти гранулы затем подвергали термообработке в течение различного времени и при различных температурах в печи. Были проделаны опыты с различными комбинациями карбоксиметилцеллюлозы, сшивающего агента на основе ионов металла, при различных концентрациях сшивающего агента, температурах термообработки и времени термообработки. Были измерены начальные величины абсорбционной способности под нагрузкой, а также изменение свойств при старении для различных образцов карбоксиметилцеллюлозы. Испытания на изменение свойств при старении проводили при температуре окружающей среды 23^oC и относительной влажности от 30 до 60%. Количественные данные о соотношении карбоксиметилцеллюлозы и сшивающего агента и величины AUL приведены в табл. 5. Таким же образом определяли величины AUL для контрольных образцов карбоксиметилцеллюлозы. Эти результаты также приведены в табл. 5.

Образец N 126 получали аналогично образцу N 114 и поместили в условия с контролируемой температурой и влажностью. Поддерживали температуру около 23^oC и относительную влажность около 100%. Для образцов определяли величину AUL в различные моменты времени в ходе старения. Результаты приведены в табл. 6.

Карбоксиметилцеллюлозу /Agualon CMC-7H4F/ растворяли в дистиллированной воде, приготовляя раствор с концентрацией 2 вес.%, и перемешивали при помощи промышленного смесителя Hobart при скорости перемешивания от низкой до средней. К растворам прибавляли различные количества карбоната аммония-циркония /AZC/. Растворы выпаривали при 50^oC в течение ночи в конвенционной сушилке. После измельчения и просеивания через сито у образцов определяли величины AUL при отсутствии дополнительной термообработки /время дополнительной термообработки 0 минут/. Для дополнительного сшивания образцов использовали дополнительную термообработку /отверждение/ при температуре 110^oC в течение различных промежутков времени. После этого у образцов снова определяли величины AUL. Результаты приведены в табл. 7.

Карбоксиметилцеллюлозу /Adualon СМС-7H4F/ растворяли в дистиллированной воде, чтобы получить растворы с концентрацией 2 вес.%, и перемешивали при помощи промышленного смесителя Hobart при скорости перемешивания от низкой до средней. Для образцов 133-141 к растворам добавляли 3 вес.% карбоната аммония-циркония, в расчете на вес карбоксиметилцеллюлозы. Для образца 142 к раствору добавляли 1 вес.% карбоната аммония-циркония, в расчете на вес карбоксиметилцеллюлозы. Образец 133 сушили при 50^oC в течение двух суток в конвекционной сушилке. Образцы 134-135 сушили при 50^oC в течение четырех суток в конвекционной сушилке. Образцы 136-141 сушили при 80^oC в течение четырех суток в конвекционной сушилке. Образец 142 сушили при 80^oC в течение двух суток в конвекционной сушилке и затем подвергали термообработке в течение 20 минут при 80^oC. После измельчения и просеивания через сито, образцы помещали в среду с контролируемой температурой и влажностью. Поддерживали температуру около 23^oC и относительную влажность около 100%. Для образцов определяли величины AUL в различные моменты времени в ходе старения. Результаты приведены в табл. 8.

Карбоксиметилцеллюлозу, полученную из целлюлозной массы, полученной в крафт-процессе из северных твердых пород дерева, где использовали гидроксид натрия для щелочной обработки после беления; и где целлюлозная масса имели вязкость около 43 сантипуаз и степень полимеризации /среднечисловую/ около 2023; и где карбоксиметилцеллюлоза имела степень замещения в пределах от 0,7 до 0,9 растворяли в дистиллированной воде, получая растворы с концентрацией 2 вес.%, и перемешивали при помощи промышленного смесителя Hobart при скорости перемешивания от низкой до средней. К растворам добавляли хлорид трехвалентного железа /0.6 вес.% в расчете на вес CMC/. Растворы сушили в течение ночи при 80^oC в конвекционной сушилке. После измельчения и просеивания через сито у образцов определяли величины AUL. Для дополнительного сшивания образцов применяли последующую термообработку при температуре 140^oC в течение различных промежутков времени. У образцов снова определяли величины AUL. Результаты приведены в табл. 9.

Образец N 144 представляет собой материал из табл. 9, где CMC была подвергнута термообработке при температуре 140^oC в течение 25 мин. Образец N 145 представляет собой материал из табл. 9, где CMC была подвергнута термообработке при температуре 140^oC в течение 30 мин. Эти образцы помещали в среду с контролируемыми температурой и влажностью. Поддерживалась температура около 23^oC и относительная влажность около 100%. У образцов определяли величину AUL в различные моменты времени при старении в течение 20 суток. Результаты приведены в табл. 10.

Карбоксиметилцеллюлозу растворяли в дистиллированной воде, чтобы получить растворы с концентрацией 2 вес.%, и перемешивали при помощи промышленного смесителя Hobart при скорости перемешивания от низкой до средней. В образцах 146 и 148 использовали карбоксиметилцеллюлозу Agualon CMC-7H4F. В образце 147 использовали карбоксиметилцеллюлозу, аналогичную той, которую приготовляли для дальнейшей обработки, чтобы получить образец, показанный в табл. 9. К растворам прибавляли различные количества сульфата трехвалентного церия. Растворы сушили при 80^oC в течение ночи в конвекционной сушилке. После размола и просеивания через сито у образцов определяли величины AUL. Для дополнительного сшивания образцов использовали дополнительную термообработку при температуре 140^oC в течение различных промежутков времени. После этого у образцов снова определяли величины AUL. Результаты приведены в табл. 11.

Образец N 149 представляет собой материал из табл. 11 при весовом соотношении СМС/Се₂ (SO₄)₃ от 100 к 1, где СМС подвергали термообработке при температуре 140^oC в течение 60 мин. Этот образец помещали в среду с контролируемыми обычными условиями - температурой около 23^oC и относительной влажностью от 30 до 60%. Для образца определяли величину AUL в различные моменты времени на протяжении 11-месячного периода. Результаты приведены в табл. 12.

Образец N 150 представляет собой карбоксиметилцеллюлозу Agualon СМС-7Н4F, к которой не добавляли сшивающий агент. Образец N 151 представляет собой материал из табл. 11, где весовое соотношение CMC/Ce₂ (SO₄)₃ равно 100/1 и где CMC подвергали термообработке при температуре 140^oC в течение 50 мин. Образец N 152 представляет собой материал из табл. 11, где весовое соотношение СМС/Се₂(SO₄)₃ равно 100/1 и где CMC подвергали термообработке при температуре 140^oC в течение 100 мин. Эти образцы помещали в среду с контролируемой температурой и влажностью. Поддерживалась температура около 23^oC и относительная влажность около 100%. Для образцов определяли величину AUL в различные моменты времени в ходе старения. Результаты приведены в табл. 13.

Пример 7.

Карбоксиметилцеллюлозу /Agualon CMC-7H4F/ растворяли в дистиллированной воде, чтобы получить растворы с концентрацией 3 вес. % и перемешивали при помощи промышленного смесителя Waring, работавшего на низкой скорости. К растворам были добавлены различные количества кислот в расчете на вес использованной CMC. Растворы наливали в лотки с тефлоновым покрытием и сушили при 75^oC в течение ночи в конвекционной сушилке. После измельчения и просеивания через сито у образцов определяли величины AUL. Результаты приведены в табл. 14.

Дополнительные образцы, где в качестве сшивающей добавки использовали монохлоруксусную кислоту /МСАА/, приготовляли по той же методике, которая была использована для приготовления образцов, приведенных в табл. 14. Эти образцы помещали в среду с контролируемой температурой и влажностью. Для образцов 170 и 171 поддерживали температуру около 23^oC и относительную влажность около 100%. Для образцов 172 и 173 поддерживали температуру около 110^oF /около 43^oC/ и относительную влажность около 80%. Для образцов 174 и 175 поддерживали температуру около 23^oC и относительную влажность при нормальных условиях - от 30 до 60%. Для образцов определяли величину AUL при 0,3 фунт/кв. дюйм /0,021 кг/см²/ и различные моменты времени в ходе старения. Результаты приведены в табл. 15.

Различные количества уксусной кислоты добавляли к воде, чтобы достичь желаемой величины pH. Карбоксиметилцеллюлозу /Agualon СМС-7H4F/ растворяли в подкисленной воде, чтобы получить растворы CMC с концентрацией 3 вес.%, и перемешивали при помощи промышленного смесителя Waring, работавшего на низкой в скорости. После того, как CMC полностью растворялась в подкисленной воде, измеряли pH смеси. Эта величина pH приведена в табл. 16. Растворы выливали в лотки с тефлоновым покрытием, сушили при 40^oC в течение ночи в конвекционной сушилке и затем измельчали и просеивали через сито. Для дополнительного сшивания образцов использовали термообработку при различных температурах и в течение различных промежутков времени. Эти образцы помещали в среду с контролируемыми температурой и влажностью. Для образцов 176-180 использовали карбоксиметилцеллюлозу Agualon CMC-7H4F, и проводили термообработку при 140^oC в течение 90 мин, а условия старения были следующими: температура 23^oC и относительная влажность от 30 до 60%. Для образцов 181-182 использовали карбоксиметилцпллюлозу Agualor СМС-7НСF, тепловую обработку проводили при 100^oC в течение 120 мин для образца 181 и при 150^oC в течение 35 мин для образца 182, и условия старения были следующими: температура около 23^oC и относительная влажность от 30 до 60%.

Пример 8.

Карбоксиметилцеллюлозу /Agualon CMC-7H4F/ растворяли в дистиллированной воде, чтобы получить растворы с концентрацией 2 вес.%, и перемешивали при помощи промышленного смесителя Hobart при низкой и средней скорости перемешивания. К растворам добавляли различные количества аспарагиновой кислоты /AA/. Растворы сушили при 80^oC в течение ночи в конвекционной сушилке. После измельчения и просеивания через сито для образцов определяли величины AUL, при нагрузке 0,3 фунт/кв. дюйм/см²/. Для дополнительного сшивания образцов применяли термообработку при температуре 140^oC в течение различных промежутков времени. После такой обработки для образцов снова определяли величины AUL при нагрузке 0,3 фунт/кв.дюйм. Результаты приведены в табл. 17.

Образец N 188 представляет собой материал из табл. 17, для которого весовое отношение аспарагиновая кислота/СМС равно 2,5/100 и где CMC подвергали термообработке при температуре 110^oC в течение различных промежутков времени. Для образцов определяли величину AUL при нагрузке 0,3 фунт/кв.дюйм после термообработки. Результаты приведены в табл. 18.

Образец N 189 представляет собой материал из таблицы 18, где CMC подвергали термообработке при температуре 110^oC в течение 10 мин. Образец N 190 представляет собой материал из табл. 18, где CMC подвергали термообработке при температуре 110^oC в течение 15 мин. Образец N 191 представляет собой материал из табл. 18, где CMC подвергали термообработке при 110^oC в течение 20 мин. Образец N 192 представляет собой контрольный материал, где к CMC не добавляли аспарагиновую кислоту и где CMC подвергали термообработке при температуре 140^oC в течение 30 мин. Эти образцы помещали в среду с контролируемой температурой и влажностью. Поддерживали температуру около 23^oC и относительную влажность около 100%. Для образцов определяли величину AUL, при нагрузке 0,3 фунт/кв.дюйм, в различные моменты времени в ходе старения. Результаты приведены в табл. 19.

Пример 9.

Карбоксиметилцеллюлозу /Aualon CMC-7H4F/растворяли в дистиллированной воде, чтобы получить раствор с концентрацией 2 вес.%, и перемешивали в смесителе из нержавеющей стали с мешалкой. К растворам добавляли различные количества лимонной кислоты /СА/ в качестве сшивающего агента и гипофосфита натрия /SHP/ в качестве катализатора сшивания. Растворы хорошо перемешивали при 25^oC, выливали в лотки с тефлоновым покрытием и сушили при 95^oC в течение 16 час в конвекционной сушилке. После измельчения и просеивания через сито, чтобы выделить фракцию с размером частиц от 300 до 600 мкм, определяли для образцов величины AUU при нагрузке 0,3 фунт/кв.дюйм. Результаты приведены в табл. 20.

Образцы 196, 197, и 199 помещали в среду с контролируемой температурой и влажностью. Поддерживали температуру около 25^oC и относительную влажность около 100%. Для образцов определяли величину AUL при нагрузке 0,3 фунт/кв, дюйм в различные моменты времени по ходу старения. Результаты приведены в табл. 21.

Пример 10.

Для получения образцов карбоксиметилцеллюлозы из целлюлозы использовали обычную синтетическую схему суспензионного процесса, которую в общем можно описать следующим образом: 15 г целлюлозы помешали в 400 мл изопропанола в реактор, снабженный механической мешалкой, патрубком для ввода инертного газа и датчиком для контроля температуры. Затем добавляли тридцать пять миллилитров воды /содержащей желаемое количество щелочи/. Суспензию перемешивали в течение получаса при комнатной температуре /около 23^oC/ и затем добавляли соответствующее количество хлоруксусной кислоты /CAA/. Реакцию проводили в течение 3 час при 60^oC. Затем суспензию отфильтровывали, полученный продукт дважды промывали смесью /400 мл/ метанола и воды 70:30 /по объему/, промывали один раз 400 мл метанола и сушили. Выделенную карбоксиметилцеллюлозу затем диспергировали в воде, сушили при 30^oC и измельчали в гранулы. Отбирали фракцию с размером частиц от 300 до 600 мкм для определения абсорбционной способности. Степень замещения у полученной карбоксиметилцеллюлозы измеряли методом¹H-ЯМР- спектроскопии. Морфологические особенности дисперсий карбоксиметилцеллюлозы наблюдали с помощью поляризационной оптической микроскопии и диффракции рентгеновских лучей. Испытания с целью определения AUL проводились при нагрузке 0,3 фунт/кв.дюйм. Испытания на старение проводились путем помещения гранулированных образцов в камеру, заполненную водяным паром /относительная влажность 100%/ при комнатной температуре /около 24^oC/. Через определенные интервалы времени образцы вынимали из камеры и сушили при обычных условиях окружающей среды в течение двух суток перед проведением испытаний на абсорбционную способность. Неиспользованные образцы помещали обратно в камеру для продолжения старения.

Для следующих образцов использовались различные виды целлюлозной массы или карбоксиметилцеллюлозы, как указано в табл. 22-24. Целлюлозная смола Aqualon CMC-7H4F указана под обозначением CMC-7Н4F. Целлюлозная масса, выпускаемая фирмой "ITT Rayonier Corp", под торговым названием Porosanier-I, которая представляет собой древесную целлюлозу из южной сосны с характеристической вязкостью около 8,4 дл/г и содержанием альфа-целлюлозы 98,7%, указана под обозначением 1TT. Целлюлозная масса, выпускаемая фирмой "Southern Cellulose Products" под торговым названием Grade 1050, представляющая собой целлюлозу из хлопковых очесов, с содержанием альфа-целлюлозы около 99,2%, указана под обозначением SC. Целлюлозная масса, полученная путем крафт-процесса без холодной щелочной обработки после беления, имеющая вязкость около 15,3 сантипуаз и содержание альфа-целлюлозы около 94,6%, указана под обозначением CR# 8. Целлюлозная масса, полученная посредством крафт-процесса из щепы хвойной древесины южных пород, где используется гидроксид натрия для холодной щелочной обработки после беления, имеющая вязкость около 19,8 сантипуаз и степень полимеризации /среднечисловую/ около 1477 указана под обозначением CR# 10. Целлюлозная масса, полученная посредством крафт-процесса из хвойной древесины южных пород, где использовался гидроксид натрия для холодной щелочной обработки после беления, имеющая вязкость около. 16,6 сантипуаз и степень полимеризации /среднечисловую/ около 1368, указана под обозначением CR#11. Целлюлозная масса, полученная посредством крафт-процесса из осиновой щепы без холодной щелочной обработки после беления, имеющая вязкость около 41,2 сантипуаз и степень полимеризации /среднечисловую/ около 1997, указана под обозначением CR#18. Целлюлоза, использованная для получения образца 143 в табл. 9, указана под обозначением CR#21.

Для сравнения, синтезировали образцы водорастворимой карбоксиметилцеллюлозы. В табл. 22 приведены условия реакции и величины абсорбционной способности полученных образцов. Все образцы растворимы в солевом растворе, применяемом для испытаний, и величины AUL определены для образцов, выдержанных при температуре окружающей среды /около 24^oC/ и при относительной влажности около 100%.

Приготовляли образцы, используя в качестве щелочи гидроксид калия /КОН/. В табл. 23 даны условия реакции и величины абсорбционной способности полученных образцов. Все образцы при диспергировании в воде дают полупрозрачную и волокнистую дисперсию.

Как можно видеть, например, из сравнения образцов 207 и 212, использование гидроксида калия вместо гидроксида натрия приводит к получению карбоксиметилцеллюлозы, которая имеет и высокую начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой, и хорошую стабильность при старении.

Образцы 213 и 214 получали, используя количество щелочи меньше стехиометрического, на что указывает молярное отношение щелочи к хлоруксусной кислоте, меньшее, чем 2: 1. Образцы 215-222 получали с использованием меньшего количества модифицирующего агента, как показывается молярное отношение хлоруксусной кислоты к целлюлозе, которое меньше, чем 1:1.

В табл. 24 даны условия реакции и величины абсорбционной способности полученных образцов.

Образцы 208 и 214-217 также помещали в среду с контролируемой температурой и влажностью. Поддерживали температуру 23^oC и относительную влажность около 100%. Для образцов определяли величину AUL при нагрузке 0,3 фунт/кв. дюйм в различные моменты времени по ходу старения. Результаты приведены в табл. 25.

Пример 11.

Карбоксиметилцеллюлозу /Aqualon CMC-7H4F/ растворяли в дистиллированной воде, чтобы получить растворы с концентрацией 2 вес.%, и перемешивали их при помощи промышленного смесителя Habart, работающего при низкой и средней скорости перемешивания. Растворы сушили при 80^oC в течение ночи в конвекционной сушилке, и затем высушенный продукт измельчали и просеивали через сито. Для сшивания образцов применяли последующую термообработку при температуре 226^oC в течение различных промежутков времени. Эти образцы помещали в среду с контролируемой температурой и влажностью. Для образцов 223-228 поддерживали температуру 37,8 и относительную влажность 80%. Для образцов 229-234 поддерживали температуру 25^oC и относительную влажность около 100%. Для образцов определяли величину AUL, при нагрузке 0,3 фунт/кв.дюйм в различные моменты времени по ходу старения. Результаты приведены в табл. 26.

Хотя настоящее изобретение описано через конкретные способы его осуществления, описанные выше, специалистам в данной области будут понятны многочисленные возможные эквивалентные изменения и модификации изобретения. В соответствии с этим, конкретные примеры, приведенные выше, не предполагают никоим образом ограничивать область, охватываемую этим изобретением, как это изложено в прилагаемой формуле изобретения.

Реферат

Описывается способ получения набухающего в воде нерастворимого в воде карбоксиалкилполисахарида, включающий стадии приготовления гомогенной смеси, состоящей из водорастворимого полисахарида и воды, выделения указанного полисахарида из указанной смеси и термообработку указанного выделенного карбоксиалкилполисахарида при 200 - 250^oC в течение 50 - 90 с, а также полисахарид, полученный указанным способом. Набухающий в воде нерастворимый полисахарид имеет начальную величину абсорбционной способности под нагрузкой по меньшей мере 17 г/г и сохраняет по меньшей мере около 50% начальной величины абсорбционной способности под нагрузкой после старения в течение 60 суток при 24^oС и относительной влажности по меньшей мере 30%. 6 с. и 39 з.п. ф-лы, 26 табл., 1 ил.

Формула