用于从溶胀的超吸收性聚合物喷出水的方法和使用该方法回收卫生吸收性制品的方法

摘要

本发明涉及用于从处于凝胶状态的溶胀的超吸收性聚合物去除水的方法，和使用该方法回收卫生吸收性制品的方法。根据本发明的通过将处于凝胶状态的溶胀的超吸收性聚合物浸入其中混合了容易获得的海水和容易以低成本获得的氯化钙的组合物中保持特定时间段来从溶胀的超吸收性聚合物去除水的方法，能够容易且经济地从处于凝胶状态的溶胀的SAP去除水。因此，它们可以有利地用于经济和环境友好地在用于吸收人废物的目的之后回收包括由SAP和纤维素纸浆组成的吸收体的卫生吸收性制品。

说明书

技术领域

本发明涉及用于从处于凝胶状态的溶胀的超吸收性聚合物喷出水的 方法，和使用该方法回收卫生吸收性制品的方法。更具体地，本发明涉及 用于通过将处于凝胶状态的超吸收性聚合物浸入组合物中保持10分钟至4 小时、容易且经济地去除超吸收性聚合物所吸收的水的方法，该组合物中 混合了容易获得的海水和易于处理的基于海水重量按重量计0.5至3％的 廉价氯化钙；并且本发明涉及用于回收使用过的卫生吸收性制品如尿布的 经济且环境友好的方法。

背景技术

每年包括尿布的卫生吸收性制品的使用越来越多。目前，所有使用过 的卫生吸收性制品均通过焚烧或垃圾填埋而废弃不用。然而，这样的焚烧 或垃圾填埋涉及缺乏垃圾填埋场的问题，或者涉及焚烧导致的高处理成本 并且由于在该处理期间产生的二氧化碳而不利地影响环境的问题，因为使 用过的卫生吸收性制品含有包括诸如尿液的人废物的水分。

另外，因为相对于处理人废物的目的而言，制造卫生吸收性制品消耗 了大量的材料(资源)，已越来越需要在使用后回收或再次使用卫生吸收 性制品。因此，需要通过分解或分离吸收性制品的主要成分而有效且经济 地将使用过的卫生吸收性制品回收成单一成分而不造成生态破坏问题的 方法。

前述的应当是这样的技术，该技术能够将卫生吸收性制品成分分离成 单一资源，以便回收使用过的卫生吸收性制品如尿布。一般地，诸如婴儿 尿布的卫生吸收性制品由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、超吸收性聚合物 (SAP)、纤维素纸浆等组成。

在卫生吸收性制品的主要组分之中，诸如聚丙烯或聚乙烯的物理结合 的那些可通过压碎容易地分离，但是通过将超吸收性聚合物和纤维素纸浆 以均匀的分布机械混合而制备的、具有特定排列的吸收体不能机械地或通 过其它物理方式被分离成单一材料，原因是超吸收性聚合物当吸收包括人 废物的水分时成为凝胶状态，而被溶胀到更大体积并与纤维素纸浆纤维缠 结。

为了将这样的处于凝胶状态的超吸收性聚合物和纤维素纸浆分离成 单一资源，应当通过去除超吸收性聚合物所吸收的水分来将超吸收性聚合 物从凝胶状态转变成原始颗粒状态。

因此，为了将使用过的具有由超吸收性聚合物和纤维素纸浆组成的吸 收体的卫生吸收性制品通过将它们的成分分离成单一材料来回收，应当开 发这样的技术，该技术通过使超吸收性聚合物所吸收的水分被排出以将聚 合物从凝胶状态转变成原始颗粒状态，使其更加容易地将超吸收性聚合物 和纤维素纸浆分离成单一材料。

第2011-0029724号韩国公开专利公开了通过使用诸如盐卤、醋酸和次 氯酸的化学物质将超吸收性聚合物与纸浆分开，从而分离其中水被吸入单 一材料中的吸收体的成分。然而，该技术的问题在于所使用的物质造成非 常刺激性的气味，形成有害气体并且在其处理期间不易处理，并且所使用 的盐卤成本高，为此需要另外的纯化或处理。

另外，通过机械压碎并再挤出形成低级燃料来回收使用过的尿布或类 似物的技术是已知的，但是这样的技术是不经济的，因而不能实际使用。

发明内容

本发明的目的在于，解决如上所述的常规的技术问题，并且提供用于 在用于吸收目的之后，经济地和容易地去除超吸收性聚合物所吸收的水分 的方法，所述超吸收性聚合物能够吸收基于其自身重量几百倍的水分。

本发明的另一个目的在于提供环境友好且经济的用于回收使用过的 卫生吸收性制品的方法，所述卫生吸收性制品包括由超吸收性聚合物和纤 维素纸浆组成的吸收体，该方法涉及使超吸收性聚合物所吸收的水分被排 出从而将聚合物从凝胶状态转变为原始状态，以使超吸收性聚合物可以容 易地与纤维素纸浆分开。

为了实现以上目的，提供了用于从溶胀的超吸收性聚合物喷出水的方 法，所述方法包括将处于凝胶状态的溶胀的超吸收性聚合物浸入用于去除 水分的组合物中10分钟至4小时，该组合物中混合了海水和基于海水重 量按重量计0.5至3％的氯化钙。

另外，本发明提供了用于回收卫生吸收性制品的方法，所述卫生吸收 性制品包括作为吸收体的超吸收性聚合物和纤维素纸浆，其中通过使用所 述方法来吸收水分。

根据本发明的方法，能够容易地并经济地高效去除超吸收性聚合物所 吸收的水分。

另外，本发明的方法可以有利地用来在用于人废物处理目的之后回收 包括由超吸收性聚合物和纤维素纸浆组成的吸收体的卫生吸收性制品，所 述吸收体借助常规化学方法难以被分离成单一资源。

附图简述

图1是显示根据海水的氯化钙(CaCl₂)浓度的水分置换(％)的图。

图2是显示根据与海水的反应时间的水分置换(％)的图。

图3是显示根据使用不同的用于去除水分的组合物的水分置换(％) 的图。

图4示出的图显示根据氯化钙(CaCl₂)浓度的水分置换(％)。

实施本发明的最佳方式

本发明提供了用于从溶胀的超吸收性聚合物喷出水的方法，以及使用 该方法回收卫生吸收性制品的方法。

更具体地，本发明提供了用于通过将处于凝胶状态的溶胀的超吸收性 聚合物浸入水溶液中保持特定时间段、从处于凝胶状态的溶胀的超吸收性 聚合物喷出水的方法，该水溶液中混合了特定比例的廉价且易于获得的氯 化钙，和容易获得且不进行单独纯化或处理的海水或者具有类似组成的人 造海水。

根据本发明的用于从溶胀的超吸收性聚合物喷出水的方法包括，将处 于凝胶状态的溶胀的超吸收性聚合物浸入用于去除水分的组合物中保持 10分钟至4小时，该组合物中混合了海水和基于海水重量按重量计0.5至 3％的氯化钙。

包括婴儿尿布的卫生吸收性制品一般由衬里、吸收性传输层、吸收体、 防水膜和腿/腰带等组成。另外，吸收体由超吸收性聚合物材料和纤维素纸 浆组成。本文下面简述每种成分的功能和作用。

衬里与使用者的皮肤直接接触，在人废物出现时将其向吸收体输送并 保持其表面干燥。另外，吸收性传输层用来在人废物通过衬里之后将人废 物传输到吸收体，并且用来防止废物返回到衬里。另外，由纤维素纸浆和 超吸收性聚合物组成的吸收体能够吸收相对于其自身重量几百倍的水分， 该吸收体被聚丙烯非织造织物覆盖，以便保持其形状。衬里、防水膜、腰 带和腿带以及吸收体通过物理或化学结合方式相互固定。

吸收体成分之一—超吸收性聚合物的吸收能力是随着待吸收的溶液 与聚合物材料之间的接触面积的增加、随着由于聚合物材料内部与其外部 的离子浓度差而造成的渗透压的增加、和随着聚合物材料中分子链之间的 排斥的增加而增加的函数。该吸收在理想的情况下是可逆的。

因此，当通过引入用于去除被吸收在超吸收性聚合物材料中的水分的 溶液而形成新外部环境，从而形成从聚合物材料内部向外的渗透流，或者 从而降低聚合物材料中的分子链之间的排斥时，聚合物材料所吸收的水分 可被排出。

由于本领域中的超吸收性聚合物材料通常经由丙烯酸和氢氧化钠的 聚合而获得，因此钠离子被包含在超吸收性聚合物分子中。另外，当与包 括诸如尿液、人造尿液或水的人废物的水分接触时，聚合物分子中的钠离 子容易离解从而在聚合物材料内部与外部之间形成浓度梯度，由此导致聚 合物材料中水分从外部流入。另一方面，如果在聚合物材料外部提供相对 较高的钠离子浓度，则形成逆流以便从聚合物材料喷出聚合物材料中所吸 收的水分。

同时，超吸收性聚合物材料之间的分子间排斥是通过随着包含在聚合 物分子内的钠离子的氧化而产生的负电荷引起的，并且如果存在可减弱负 电荷之间的排斥的氧化剂(如，二价金属阳离子)，则该排斥被减弱从而 减小了聚合物分子链之间的距离，由此使得可保留水分的空间更窄以使聚 合物材料中所吸收的水分能够被排出。

虽然当吸收性材料处于强酸性环境中时也可出现类似效果，但是由于 处理中的困难和用于回收的溶液的气味等，这样的方法不被认为适合作为 实际供选择的方案。

用于本发明的超吸收性聚合物(SAP)不是具体限定的，而是可以使 用通常用于卫生吸收性制品中的任何SAP。另外，它们是可商购的。针对 本发明，可以使用具有以下性能的SAP：

外观：白色粉末

pH：5.5-6.5(@5.0g/10.9％NaCl溶液)

比重：0.6-0.8g/cm(表观密度)

吸收能力：49-55g/g

在压力(0.9psi)下的吸收能力：19.5-21g/g

凝胶强度：65,000-90,000达因/cm²

在本发明中，处于凝胶状态的溶胀的超吸收性聚合物是指处于凝胶状 态的SAP，其中吸收基于其重量的40至1,000倍的水分。为了检查它们在 使用吸收性制品的类似条件下的功能，可通过允许SAP吸收诸如人造尿 液、或作为真正人废物的尿液或蒸馏水的水分来获得它们，所述人造尿液 即类似于人尿液的按重量计0.9％NaCl水溶液(下文中被称作"生理盐水")。

本发明中，作为用于从处于凝胶状态的溶胀的超吸收性聚合物喷出水 的用于去除水分的组合物中的海水，可直接使用天然海水而不用进行进一 步的处理或纯化，或者可针对该应用购买或制备具有与海水类似的组成的 人造海水。

可用于本发明中的海水可具有2.0至4.0％的盐度(％)并包含按重量 计1.5至3.1％的氯化钠和按重量计0.4至0.8％的碱土金属离子如Mg²⁺和 Ca²⁺。

因此，基于盐度为3.5％的海水，海水包含按重量计约2.7％的氯化钠， 其为尿液盐度(按重量计0.9％)的约3倍，并且因此，如果将处于凝胶状 态的溶胀的SAP浸入含有海水的水溶液中，该溶液起到形成从SAP材料 的内部到外部的渗透流的作用。另外，海水中所含的碱土金属离子如Mg²⁺和Ca²⁺与处于凝胶状态的溶胀的SAP材料内的阴离子相互作用，从而降低 SAP分子之间的排斥。因此，进一步增加了将SAP所吸收的水分排出到 分子外的效果。

根据本发明的用于去除水分的组合物中使用的氯化钙是易于处理的， 容易以低成本获得，具有很低的毒性或气味，并且由于其非常高的离子化 程度，大多数作为离子存在于水溶液中。纯度为按重量计74至99％的可 商购的氯化钙可以不经纯化直接使用。当去除SAP所吸收的水时，使用通 过向海水中添加基于海水重量的按重量计0.5至3％的氯化钙而获得组合 物，这可提供的作用是另外增加了除含在海水本身中的Ca²⁺离子外的Ca²⁺浓度，从而进一步降低处于凝胶状态的SAP内的阴离子之间的排斥，由此 使得更有效地排出SAP所吸收的水分成为可能。

含有海水和氯化钙的水溶液可具有7.0至8.0的pH范围，这是希望的， 因为在该范围中从处于凝胶状态的溶胀的超吸收性聚合物喷出水的效率 高。

因此，根据本发明的方法，其中将处于凝胶状态的溶胀的超吸收性聚 合物浸入容易获得而不用进一步处理或纯化的天然海水，和可以低成本获 得并具有很低的毒性或气味的氯化钙的混合水溶液中，能够以80至90％ 的高置换率、容易且经济地去除超吸收性聚合物所吸收的水分。

根据本发明的方法可以有利地用于环境友好和经济地回收在用于吸 收目的之后的包括婴儿尿布的卫生吸收性制品，所述卫生吸收性制品包括 由SAP和纤维素纸浆组成的吸收体。

根据下面提供的实施例进一步描述和说明本发明。然而，应当注意， 以下实施例仅是用于说明性目的存在并且无意于限制本发明的范围。

实验实施例：

通过进行如下所述的置换程序来确定已由具有与尿液类似的组成的 生理盐水溶胀的处于凝胶状态的超吸收性聚合物的水分置换率：

1.向SAP(SAP GS 4700,LG Chem.)添加每1g的超吸收性聚合物 (SAP)100g的生理盐水，并使聚合物充分吸收水分40分钟。

2.通过使用300μm的网从其中去除未吸收的生理盐水，从而获得处 于凝胶状态的溶胀的SAP样品。在该时刻，在生理盐水的情况下，超吸收 性聚合物吸收基于其重量按重量计约43至50倍的水分，从而获得每1g SAP约43至50g的处于凝胶状态的超吸收性聚合物。

3.将溶胀的SAP样品浸入每种用于去除水分的组合物中(按重量计 约溶胀的SAP的2倍)，并保持40分钟用于反应。

4.在反应完成后，经由300μm的网过滤剩余的溶胀的SAP，并测量 包含被置换的水分的滤液的量。

5.计算置换前/后的吸收能力(g/g)以获得水分置换率。

实施例1：海水各个主要组分的置换效果

为了确定海水各个主要组分的置换效果，检测了人造海水的主要组分 (参见，http：//en.wikipedia.org/wiki/Artificial_sea water)，所述主要组分 概述于表1中。

<表1>

实验实施例1的置换实验如下进行：在以上实验实施例的步骤1中使 用100g的生理盐水，并使用具有所述浓度的每种组分的水溶液和海水作 为用于去除水分的组合物，而反应时间为10分钟。分别确定置换前处于 凝胶状态的溶胀的SAP的吸收能力(g/g)和置换后SAP的吸收能力(g/g)， 结果示于表2中。

<表2>

根据上表2，作为确定由海水分离的各个主要组分的置换率的结果，可 发现在海水的成分中，从处于凝胶状态的溶胀的SAP去除水分的效果特别 地来自氯化钠、氯化镁和氯化钙。

实施例2：根据海水盐度、氯化钙浓度和反应时间的置换效果

东海水取自Joyang-dong、Sokcho-shi、Gangwon-do的海岸，西海水取 自Youngjong-do、Incheon的海岸。元素分析是由Korea Testing and Research  Institute(KTR)按要求进行的，结果示于表3中。

<表3>

向来自东海和西海的海水分别添加氯化钙以获得浓度为按重量计0.1 至5％的混合水溶液。通过使用混合水溶液作为用于从溶胀的SAP样品去 除水分的组合物，进行实验实施例1(条件是，步骤3中的反应时间为10 分钟)，并且确定根据氯化钙浓度的水分置换率并示于图1中。

另外，通过使用其中混合了海水和基于海水重量按重量计0.5％的氯化 钙作为用于从溶胀的SAP样品去除水分的组合物的水溶液，在将步骤3 中的反应时间变成10～60分钟的情况下确定水分置换率。结果示于图2中。

如图1和2中可见，在与具有2.2％的盐度的西海水相比具有3.2％的 更高的盐度的东海水的情况下，水分置换效果更高，并且这样的由于盐度 差异而造成的置换效率差异可通过置换反应时间来补偿。另外可发现，因 为由于包括盐度的成分差异造成的置换效率差异可以通过反应时间补偿， 所以盐度为约2.0％至4.0％的海水可以用作从溶胀的SAP样品去除水分的 组合物。

实施例3：其它材料的置换效果

实验实施例是通过使用按体积计5％的醋酸水溶液和如下所示的水溶 液(A至K)作为用于从其中吸收了人造尿液(生理盐水)的处于凝胶状 态的SAP去除水分的组合物来进行的，反应时间为40分钟。分别确定了 在置换前其中吸收了人造尿液的处于凝胶状态的SAP的吸收能力(g/g) 和在置换后其吸收能力(g/g)，从而测试各种物质的置换效果，结果示于 表4和图3中。

·A：按重量计5％的氯化钙(CaCl₂)水溶液

·B：按重量计5％的氯化钠(NaCl)水溶液

·C：按重量计5％的硫酸钠(Na₂SO₄)水溶液

·D：按重量计5％的氯化钾(KCl)的水溶液

·E：按重量计5％的碳酸氢钠(NaHCO₃)水溶液

·F：按重量计5％的溴化钾(KBr)水溶液

·G：东海水

·H：西海水

·K：蒸馏水

<表4>

组分 醋酸 A B C D E F G H K 置换前(g/g) 42.5 42.5 43.0 42.5 42.5 42.5 44.0 44.0 44.0 44.0 置换后(g/g) 20.0 4.0 29.0 35.0 32.0 34.0 37.0 20.0 21.0 68.0

正如从表4和图3中可见的，在使用5wt％的醋酸水溶液作为用于从 处于凝胶状态的溶胀的SAP去除水分的组合物的情况下，置换率低至 54％，而在使用5wt％的氯化钙水溶液的情况下置换率高达90％，这显示 出从溶胀的SAP去除水分的优异效果。另外，在海水(G和H)的情况下， 人造尿液的置换效果稍微低于在氯化钙的情况下的置换效果，但是置换效 果与在醋酸(52-54％)的情况下的置换效果相当。另外可发现，用水置换 尤其显示出其中溶胀的SAP吸收人造尿液的结果，正如在K的情况下(蒸 馏水)，这导致不能由水置换。

实施例4：根据氯化钙浓度的置换效果

实验实施例1是通过使用按重量计0.5至5％的氯化钙水溶液或按重量 计0.5％的东海水中的氯化钙水溶液作为从其中吸收了人造尿液的处于凝 胶状态的SAP去除水分的组合物来进行的。分别确定了置换前其中吸收了 人造尿液的处于凝胶状态的SAP的吸收能力(g/g)和置换后其吸收能力 (g/g)，从而测试每种溶液的置换效果。结果示于表5和图4中。

<表5>

氯化钙浓度 5％ 2％ 1％ 0.5％ 0.5％+海水 置换前(g/g) 42.5 42.5 43.0 43.5 43.5 置换后(g/g) 4.0 6.0 15.0 37.0 8.0 置换率(％) 90.6 85.9 65.1 14.9 81.6

从表5和图4的结果可发现，在使用氯化钙水溶液来从其中吸收了人 造尿液的处于凝胶状态的SAP去除水分的情况下，应当使用至少按重量计 2％的氯化钙，以便提供80％或更高的水分置换率，而在氯化钙水溶液中 使用海水而非水的情况下(换言之，在使用其中混合了海水和氯化钙的水 溶液的情况下)，低至按重量计0.5％的氯化钙浓度可提供80％或更高的高 置换率。因此，使用其中混合了海水和氯化钙的水溶液来从处于凝胶状态 的SAP去除水分是经济上有利的。

实施例5：回收原料的效果

在使用通过使用其中混合了海水和氯化钙(浓度：按重量计0.5至3 wt％)的水溶液从由纤维素和SAP组成的吸收体去除SAP中所吸收的水 分的根据本发明的方法之后，为了分别确定纤维素和SAP原料的回收率， 如下进行回收测试：

·制备5g的绒毛浆(GP4860,Georgia-Pacific)，该绒毛浆是通常在吸 收性制品中使用的。

·制备10g的SAP(SAP GS 4700,LG Chem.)，所述SAP是通常在吸 收性制品中使用的。

·将所述绒毛浆放入烧杯中并向其添加600cc的生理盐水，随后搅拌。

·在搅拌下将所述SAP与其混合，随后使SAP充分吸收水分40分钟 以成为凝胶状态。

·从其中去除吸收后的残留生理盐水，随后向其添加1500cc的表5中 示出的组合物，随后置换40分钟至4小时。

·在反应完成后，通过使用1.18mm的网从其中分离绒毛浆。

·通过使用300μm的网从其中分离SAP。

·每个分离的样品均在105至110℃下在干燥器中干燥至少12小时， 测量干燥前/后的重量来确定所添加的SAP的初始量和SAP的回收量，随 后由其计算SAP回收率(％)。

如上所述，SAP回收率(％)是在与吸收性制品的实际应用类似的条 件下，在生理盐水中人工地溶胀SAP和纤维素纸浆之后，使用根据本发明 的组合物从处于凝胶状态的吸收体去除水的情况下确定的。结果示于表6 中。

<表6>

正如由表6可见，SAP回收率(％)随着氯化钙浓度、反应时间和海 水盐度的增加而增加。

虽然已用优选实施方案阐述了本发明，但是其并不受限于所公开的实 施方案，而是与之相反，本发明的范围是通过以下权利要求确定的。也就 是说，对于本领域普通技术人员所理解的是，本发明旨在涵盖包含在所附 权利要求范围内的各种修改和等同方案。