辐射处理的吸收材料 本申请要求美国临时申请号为60/415970的权益，在此合并作为参考。
【发明领域】
本发明领域属于吸收材料。
【发明背景】
可以吸收本身重量大约20倍的材料广为人知。Kimura的专利号为6293935的美国专利讲述了大量聚合物材料在此领域的应用，包括淀粉，交联羟甲基纤维素和聚丙烯酸。已经发现的吸附能力最强的材料有一些属于碱皂化凝胶型淀粉聚丙烯腈接枝聚合物。相关的实例包括专利号为US3985616(1976年10月12)，US3935099(1976年1月27)，US3981100(1976年9月21)和US3997484(1976年12月14)的专利，所有这些都是由Weaver等提出。尽管这些专利中，有些宣称含有淀粉的聚合物组合物可能能够吸附超过本身重量1000倍的水，这些先前尝试中所宣称的一直没有实际制备出来。目前，材料吸附流体最大能力大约是自身质量的150倍。
由于高吸水材料提供了不断增加的功效和便利，并且降低了消耗和环境污染，人们一直努力研究以提供更高的吸附能力。Leiggi的专利号为US6439492的专利报道了一种吸收垫，它主要包括含有吸附材料的外套并用于吸附摩托车上滴下的流体。假设是从汽车上滴下的流体的数量，那么提供比Leiggi所报道的材料更强的吸附能力将是有利地。
提高吸附能力的一个方法是提供含有众多活化双键的材料。Dyer等人的专利号为5863958的美国专利中，Dyer报道了由1，3，7-辛三烯或类似的共轭多烯同交联剂制备出的聚合物，其含有至少两个活化的双键。使用这种技术的优选产品是乙烯基乙二醇二甲基丙烯酸酯。Dyer等报道这种聚合物可以制备成吸附泡沫用于尿布等具体产品，或者制备成乳胶用于粘合剂和胶粘剂。
然而，基本没有大家公认的用于活化聚合物的方法，可以使聚合物的吸附能力达到自身重量的250倍或者更多。
发明概述
本发明提供了可广泛应用的用于活化聚合物的方法和设备以提高材料的亲水性和吸收能力。
本发明特别关注的是活化淀粉类聚合物产品的方法以及产品和组合物本身。这里所使用的术语聚合物产品意思是含有非痕量活化的单个淀粉颗粒或分子的聚合物。在优选的具体例子中，一批活化的淀粉至少有100g的淀粉颗粒。
根据优选方法，未活化的聚合物颗粒在一定条件下用一种高能量源进行处理，在这种条件下，在颗粒表面产生镶嵌式离子模式。这种表面的改性提高了颗粒吸收水和其它液体的能力，因此也增加了颗粒的亲水性。尽管不希望被任何特别的理论或机理所限制，发明者目前设想所使用的能量足以打开颗粒表面大约至少1埃范围的化学键。
等离子体是优选的高能量源，尽管其它的能量源如紫外光或激光也可以使用。
根据下面本发明优选具体实例的详细描述以及附图，本发明的不同目的，特点，各个方面和优点将变得更加明显。其中附图中相同的数字代表相同的成分。
附图简述：
图1为聚合物颗粒通过高能量源辐射处理的示意图。
图2是生产包含辐射处理过的聚合物颗粒的不同具体产品的示意图。
发明详述
在图1中，传送带20传递所装载的聚合物颗粒30通过高能量源10。
在更一般的方面，任何合适的聚合物颗粒都可以通过任何合适的高能量源辐射处理而活化。优选的是下面条件：能量足以在至少1埃长度的至少某些表面打开分子的多重共价键，并且足以使活化(被辐射处理的)聚合物的吸水性同没有活化(没有辐射处理的)的聚合物相比，以重量比为基础至少提高20％。当然，在优选的具体例子中，聚合物颗粒的辐射处理至少提高它们的吸水性达到50％，甚至更高。
很大范围的聚合物被预计可以用于本发明，包括葡萄糖苷，丙烯酸树脂，丙烯酸共聚物，聚丙烯酰胺/丙烯酸共聚物，淀粉，羧甲基纤维素，羧甲基纤维素树胶和磺化纤维素。优选的辐射处理的聚合物是淀粉。聚合物，不论是否有本身的表面离子基团，都可以应用在本发明中。Honeycutt的美国5252340专利(1993年10月)和Avera的美国4865640号专利(1989年9月)描述了很多合适的淀粉。这些和其它在这里所引用的专利都包含在参考文献中。聚合物优选在辐射处理前干燥以提高辐射的吸收，随后如果需要，在辐射处理后再悬浮在溶液中以提供更均一的溶液。聚合可以在辐射前，辐射中，或者辐射后完成。
因为吸收能力的增加被认为涉及表面效应，聚合物优选制备成颗粒形式，并具有90000到700000的分子量。优选颗粒具有不超过大约5毫米的平均中间直径(假设颗粒是球形的)。对有些应用，更小的颗粒是优选的，例如直径为150-1000微米。除非另外提及，这里所用的范围应该被认为是包括这些端点。另一方面，在一些情况下，颗粒相对大些，具有超过5毫米的直径是有利的。制备和检测的方法在美国专利申请20020098983中可以找到。
等离子体是目前优选的高能量源，因为等离子体可以在相对较低的成本下，提供非常高水平的能量辐射。很多不同类型的等离子体可以被应用，包括射频感应等离子体和电容放电等离子体。低温等离子体是特别优选的等离子体，它的离子化的原子温度低于10000K。等离子体发生器中的气体可能是任何气体，如包括氩气，氧气，空气，其它惰性气体以及上述气体和与主要气体相比为少量的水蒸汽的混合物。气体特别保持在低压下，在这里定义为平均低于100乇。等离子体发生器甚至是开放的，工作压力可以到1标准大气压。尽管其它足够强度和抗腐蚀性的材料也可以被使用，等离子发生器优选不锈钢制备以降低腐蚀的影响。其它可以用来制备发生器的材料包括钛，石英，带有钛涂层的不锈钢，钼，阳极氧化铝，铱，铂等。对射频等离子体来说，射频启动装置外加电压大约为500-10000伏，启动装置出于安全和其它的原因需要接地。优选的射频等离子体的基本频率在0.44MHZ和40.68MHZ之间，能量在100瓦到100千瓦之间。其它设想的高能量源包括激光，紫外光源和其它辐射源等。
聚合物颗粒可以以任何合适的速率通过等离子体或其它辐射源。这可以通过试验容易的确定。使用上面所说的射频等离子体，预期在大约每小时1磅到大约200磅的范围内可以被有效辐射，尤其是颗粒与等离子体直接接触时。
使用这里所描述的方法和设备，以重量比为基础，淀粉或其它聚合物颗粒的流体吸收性能能够在辐射处理后达到本身重量的250倍。通过调节功率和停留时间，预计活化后的材料可以吸收的流体重量将达到自身重量的400甚至是500倍。
在图2中，辐射处理后的颗粒30A通过处理装置40被选择性加工成不同的具体产品-创可贴42，内衣裤44，尿布45，猫粪土46，溢出吸收剂48和口服药丸49。
从更一般的方面说，活化的聚合物有广泛的应用。一种应用的分类包括盛纳动物和人的分泌以及排泄物。这包括保护性内衣裤比如尿布和女性用卫生巾产品，和伤口用绷带，盥洗室用面纸，猫粪土等等。另一种产品的分类包括溢出物清除用的袋子或其它包裹。例如它们被用于盛纳和清除汽车以及其它油类溢出物。这些产品在这些应用中的工作效能应该比猫粪土，沙地或者沙的效果好的多。
活化的淀粉产品也可以应用于药物领域。例如，活化的产品可以用作药物递送载体。任何通过静脉内注射进入人体的颗粒直径一般必须小于1微米。较大的颗粒经过高能量源的处理通常分裂为尺寸在亚微米范围内的颗粒。这样，在优选的具体实例中，未活化的淀粉产品也可以通过等离子体辐射处理，在颗粒上形成多孔的表面。这些多孔的表面随后将能够吸收大量的药物化合物。这种“新”的淀粉颗粒(含有药物化合物的活化后淀粉颗粒)随后能够静脉注射进入人体或者可以设计成病人可以口服的药物。一旦进入人体，淀粉将可以被消化或溶解，这样药用化合物就显露出来。另一个例子包括口服或者注射活化的淀粉或其它物质进入人体内，来吸收毒素或其它不希望的流体。
活化后的聚合物也可以放置进土壤来吸收多余的湿气，并在一段时间里保持。其它设想的产品包括含有化学肥料，杀虫剂以及抗微生物试剂等的活化聚合物。
活化聚合物也能够应用在化学反应中以吸收特定的反应物或者产品。例如一个设想的在实验室和化学工业中的应用是将活化后的颗粒应用在离子交换柱中。纸和纸浆中的聚合物也可以如这里所描述的那样活化。
本文中已经公开了活化聚合物的具体实例和应用，然而，对本领域技术人员来说，除了本文已经描述过的改进，更多的改进并不背离本发明的理念是可能的。因此，发明的主题内容除了附加的权利要求书的精神外并没有被限制。此外，在说明内容详述和权利要求书时，所有的术语应该以最广泛的可能方式理解以同上下文一致。特别的，术语“包括”和“包含”应该根据要素，成分，或步骤以非唯一的方式理解，这意味着所涉及的要素，成分或步骤可能出现，使用或同其它没有明显涉及的其它要素，成分或步骤相结合。