發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及容器和包裝材料，且更具體涉及具有減少來(lái)自和/或到達(dá)容器的熱轉(zhuǎn)移的熱屏障組件的容器。

背景技術(shù)：

隨著電運(yùn)行便攜式“小器件”的普及，售出以驅(qū)動(dòng)這些小器件的電池的數(shù)量也相應(yīng)地呈現(xiàn)了爆炸式增長(zhǎng)。在過(guò)去10年銷(xiāo)售量明顯增加的電池的一種類(lèi)型是鋰電池。例如，據(jù)估算，在1996年售出了價(jià)值約四百萬(wàn)美元的鋰電池，在2014年售出了價(jià)值約四十億美元的鋰電池。

鋰電池相對(duì)于其經(jīng)常替代的堿性電池具有優(yōu)勢(shì)。由于鋰是極具活性的材料，相對(duì)于電池中所用的材料的量，鋰傾向于提供更大的功率。另外，鋰電池的放電曲線比堿性電池更長(zhǎng)且更平坦，從而在電池的使用壽命內(nèi)提供持續(xù)的更高的電壓。

這些特征使得小裝置制造商能夠縮減電池的尺寸并提供小裝置運(yùn)行所需的同等的功率，或者在確定尺寸的電池中提供更大的功率。

盡管鋰電池比堿性電池更昂貴，但是其在小裝置或需要大量的存儲(chǔ)電量的裝置(例如照相機(jī)和智能手機(jī))中使用時(shí)具有特別良好的性能特征。

術(shù)語(yǔ)“鋰電池”是指所含的陰極或電解質(zhì)含有金屬鋰或鋰化合物的一類(lèi)電池。鋰電池的兩個(gè)主要類(lèi)別包括鋰金屬電池和鋰離子電池。

鋰電池和鋰離子電池之間具有幾個(gè)重要差別。這兩種電池間最重要的實(shí)質(zhì)差別在于鋰電池不可充電，而鋰離子電池可充電。從化學(xué)角度來(lái)看，鋰電池使用純金屬形態(tài)的鋰，而鋰離子電池使用鋰化合物，其比鋰電池中所用的單質(zhì)鋰穩(wěn)定得多。鋰電池不能充電，而鋰離子電池設(shè)計(jì)為能夠充電數(shù)百次。

與其他充電電池(例如鎳金屬氫化物充電電池或鎳鎘電池)相比，鋰電池的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，鋰電池比大多數(shù)其他類(lèi)型的充電電池具有更高的能量密度。例如，在具有同等尺寸和重量時(shí)，鋰離子電池能夠比鎳基充電電池存儲(chǔ)更多的能量。

另外，鋰離子電池的運(yùn)行電壓高于其他充電電池，從而能夠在多種應(yīng)用中使用單個(gè)單元電池，而鎳金屬氫化物或鎳鎘電池則需要多個(gè)單元。進(jìn)一步，鋰電池的自放電率低于其他類(lèi)型的充電電池，從而能夠?qū)㈦娏Υ鎯?chǔ)更長(zhǎng)時(shí)間?？偠灾啾绕渌?lèi)型的充電電池，鋰離子電池可制作得更小、更輕，具有高電壓并將電力保持得更長(zhǎng)。

遺憾的是，鋰電池與其他電池相比也具有某些缺點(diǎn)。例如，與堿性電池和鎳基電池相比，鋰電池制造起來(lái)更為昂貴。使用鋰電池的另一缺點(diǎn)在于，與鎳基電池相比，其著火的可能性更高。

認(rèn)為鋰離子電池容易著火的根源在于電池中隔膜的損壞或缺陷。鋰電池含有極薄的隔膜，將電池中的元件隔開(kāi)。當(dāng)這些隔膜損壞而不能正確工作時(shí)，電池會(huì)損壞并著火。這些“不良隔膜”損壞可能由較差的設(shè)計(jì)、制造缺陷、在電池上產(chǎn)生的外部損傷、較差的電池包裝設(shè)計(jì)、電池設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的不充分或不足夠的保護(hù)以及過(guò)充等導(dǎo)致。

由薄隔膜損傷導(dǎo)致的內(nèi)部短路導(dǎo)致在后續(xù)產(chǎn)生熱量。在特定電池中熱量的產(chǎn)生可激發(fā)所謂的熱逸散，該過(guò)程中電池會(huì)過(guò)熱并著火，從而以類(lèi)似于以下的方式引燃相鄰的電池：在一盒火柴中，如果一根點(diǎn)燃的火柴與相鄰的未點(diǎn)燃的火柴靠近，則會(huì)引燃相鄰的火柴。

對(duì)此，已有記錄表明鋰離子電池在約953華氏度時(shí)起燃，并且在燃燒過(guò)程中能超過(guò)1100華氏度。照此，燃燒的鋰離子電池通常能夠產(chǎn)生足夠的熱來(lái)引燃相鄰的電池。

電池引燃其他電池的這種能力稱(chēng)作“熱逸散”。加劇熱逸散的一個(gè)因素在于，鋰電池能夠在氧氣不存在的情況下燃燒和引燃。因此，將電池放置在真空容器中或密封容器中并不能防止容器中的電池參與熱散逸，從而使容器過(guò)熱。

已報(bào)道了多電池容器參與熱散逸而引起相鄰的多電池容納容器變得足夠熱、從而引燃其中容納的鋰電池的示例。

這種易著火的傾向會(huì)增加運(yùn)輸鋰電池的貨運(yùn)者的風(fēng)險(xiǎn)，特別是通過(guò)航空運(yùn)輸電池時(shí)。運(yùn)輸電池增加的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加運(yùn)輸電池的成本。

運(yùn)輸成本可明顯增加電池的成本，特別是考慮到現(xiàn)今出售的大多數(shù)電池在中國(guó)制造，卻在遠(yuǎn)距離的市場(chǎng)使用，例如北美和歐洲市場(chǎng)。

熱逸散在裝載有電池的飛機(jī)中能產(chǎn)生特別困擾的情況。由faa威廉休斯技術(shù)中心(“faa技術(shù)中心”)進(jìn)行的測(cè)試表明，存在與鋰電池相關(guān)的特定的傳播特征。鏈反應(yīng)熱逸散能導(dǎo)致自熱以及電池存儲(chǔ)能量的釋放。在著火情況下，貨倉(cāng)中火焰的空氣溫度可升高至鋰的自燃點(diǎn)以上。如上所述，這些高溫能引燃電池和進(jìn)一步引燃相鄰的電池，從而對(duì)貨倉(cāng)造成災(zāi)難性的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

盡管鋰離子電池的構(gòu)建中的進(jìn)步已使得這種熱散逸極為罕見(jiàn)，但是熱散逸的風(fēng)險(xiǎn)仍然存在。

已進(jìn)行了各種控制熱逸散的嘗試。大多數(shù)這種嘗試集中于阻燃劑的使用或液體抑制產(chǎn)品技術(shù)的使用。

這些嘗試背后所隱含的理論為消除火焰，從而在火焰擴(kuò)散至相鄰電池和/或相鄰容器及電池之前減少燃燒電池的實(shí)際數(shù)量，而不是防止初始的燃燒或熱逸散的產(chǎn)生。遺憾的是，這些先前的嘗試在防止鋰電池的熱逸散中并不是完全有效的。

應(yīng)理解，如果有這樣一種容器，它提供一種熱屏障來(lái)減少相鄰容器間的熱傳遞，從而減少熱逸散的量和規(guī)模(size)，進(jìn)而減少由熱逸散在區(qū)域中產(chǎn)生的熱和壓力，由此能夠限制這種火焰和爆炸的沖擊，那將是有用的。

超吸收聚合物(sap)或水凝膠是松散交聯(lián)的柔性聚合物鏈的三維網(wǎng)絡(luò)，所述聚合物鏈具有游離的離子官能團(tuán)。它們基本上是能夠在負(fù)載或未負(fù)載狀態(tài)下吸收大于15倍于其自身干重的流體的材料，所示液體例如有水、電解液、合成尿液、鹽水、諸如尿液、汗液和血液的生物液體。它們是以親水性羧酸、羧酰胺、羥基、胺、酰亞胺基團(tuán)等為特征的聚合物，不溶于水，并且是交聯(lián)的聚電解質(zhì)。由于其離子特性和互連結(jié)構(gòu)，它們吸收大量的水和其他水溶液而不會(huì)因水分子氫鍵帶來(lái)的溶解力而溶解，也不會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的熵而使得sap極度膨脹。

向聚合物提供吸收能的因素是滲透壓，其基于可移動(dòng)的抗衡離子以及聚合物電解質(zhì)與水之間的親和性。相反，抑制吸收能的因素是由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的凝膠彈性。它們不僅具有高的流體吸收能力，而且被吸收的流體不易釋放，因?yàn)樗鼈儍H通過(guò)捕集而不是將其保持在結(jié)構(gòu)中來(lái)固定流體。聚合物的制備方法例如在s.kiatkamjornwong,“超吸收聚合物和超吸收聚合物組合物(superabsorbentpolymersandsuperabsorbentpolymercompositions),scienceasia,33增刊(supplement)1(2007):39-43以及m.j.zohuriaan-mehr和k.kabiri,“超吸收聚合物材料：綜述(superabsorbentpolymermaterials:areview),”iranianpolymerjournal,17(6),(2008),451-477中有描述。

有多個(gè)美國(guó)專(zhuān)利涉及粒子超吸收干燥聚合物在防火和滅火中的應(yīng)用，包括vonblucher的美國(guó)專(zhuān)利第4,978,460號(hào)；vonblucher的美國(guó)專(zhuān)利第5,190,110號(hào)；以及pascente的美國(guó)專(zhuān)利第5,849,210號(hào)。

發(fā)明概述

配置集裝箱以運(yùn)輸熱活性材料。集裝箱包括多個(gè)限定容器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)板，配置所述結(jié)構(gòu)板以接收熱活性材料。所述容器還包括與環(huán)境相鄰配置的外部，所述環(huán)境中放置有集裝箱。在熱活性材料和放置有容器的環(huán)境之間可放置熱屏障組件。所述熱屏障包括熱屏障內(nèi)板和第三屏障外板，所述熱屏障內(nèi)板和第三屏障外板限定熱吸收材料接收腔室。可流動(dòng)聚合物基熱吸收材料配置在熱吸收材料接收腔室內(nèi)。配置熱屏障以基本圍住熱活性材料，從而減少熱活性材料和放置有集裝箱的環(huán)境之間的熱能通路。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述集裝箱還包括用于釋放壓力的壓力釋放組件，所述壓力由將要排放至容器外部的熱活性材料產(chǎn)生。

在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，集裝箱包括設(shè)置在熱吸收材料接收腔室內(nèi)的分隔組件。所述分隔組件限定一系列的單元，配置所述單元以接收和保持可流動(dòng)聚合物基熱吸收材料，從而熱吸收材料在整個(gè)熱吸收材料接收腔室中分散。

在最優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述熱活性材料包括鋰電池，且所述熱屏障在設(shè)置于容器內(nèi)的熱屏障內(nèi)部的電池的持續(xù)燃燒過(guò)程中，能夠?qū)⒎胖糜屑b箱的環(huán)境維持在小于約950華氏度的溫度。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述聚合物基熱吸收材料包含超吸收聚合物。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述聚合物基熱吸收材料基本由超吸收聚合物構(gòu)成。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述聚合物基熱吸收材料由超吸收聚合物構(gòu)成。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物經(jīng)水水合。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是干燥的。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是均聚物。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是共聚物。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是陽(yáng)離子型的(堿性吸水樹(shù)脂)。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是陰離子型的(酸性吸水樹(shù)脂)。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是含有羧酸或酸、酸酐基團(tuán)、或磺酸基團(tuán)的親水性單體的聚合物。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是含有羧酸酯或磺酸酯、羥基、酰胺、胺、腈或季銨鹽基團(tuán)的親水性單體的聚合物。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是選自下組的親水性單體的聚合物：丙烯酰胺、丙烯酸衍生物、馬來(lái)酸酐、衣康酸、丙烯酸2-羥基乙酯、二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、甲基丙烯酸烯丙酯、二甲基丙烯酸四甘醇酯、二甲基丙烯酸三乙二醇酯、二甲基丙烯酸二乙二醇酯、二甲基丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸2-叔丁基氨基乙酯、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-二甲基氨基乙酯、丙烯酸羥基丙酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以及2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸衍生物。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是丙烯酰胺和丙烯酸衍生物的共聚物。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是聚丙烯酸酯/聚丙烯酰胺共聚物。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是聚丙烯酰胺。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是聚丙烯酸酯。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是瓜爾膠。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物是交聯(lián)的。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物與油交聯(lián)。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物與礦物油交聯(lián)。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物被配制成乳液。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述乳液包含水和油。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述油是礦物油。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述乳液包含水、油以及與礦物油交聯(lián)的超吸收聚合物。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，超吸收聚合物被配制成糊料。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述糊料包含水和油。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述油是礦物油。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述糊料包含水、油以及與礦物油交聯(lián)的超吸收聚合物。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述聚合物基熱吸收材料是諾查(nochar)公司p215品牌的熱吸收材料。

應(yīng)理解，上述實(shí)施方式，以及本文他處公開(kāi)的其它實(shí)施方式的全部可允許的組合考慮為本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的集裝箱的側(cè)視圖；

圖1a是沿圖1中的線1a-1a的截面圖；

圖1b是本發(fā)明的集裝箱的底部組件的俯視圖；

圖1c是與圖1a類(lèi)似的截面圖，不同之處為在容器的內(nèi)部示出了電池盒；

圖2是分隔組件的俯視圖，所述分隔組件包括多個(gè)用于接收本發(fā)明的熱吸收材料的單元；

圖2a是沿圖2中的線2a-2a的截面圖；

圖2b是與圖2a大致類(lèi)似的熱屏障的截面圖，其中，內(nèi)板組件和外板組件結(jié)合在一起以形成熱接收材料腔室，所述腔室中容納分隔組件和熱吸收材料；

圖3是說(shuō)明容器外層的分子構(gòu)成的示意圖；

圖4是本發(fā)明的分隔組件的示意圖，其中示出了容納在一些單元中的熱吸收材料；

圖5是本發(fā)明的一種實(shí)施方式的容器的板的示意性截面圖；

圖6是本發(fā)明的集裝箱的第一替代實(shí)施方式的端視圖；

圖7是圖7所示的本發(fā)明的替代實(shí)施方式的正視圖；

圖8是圖6所示的替代實(shí)施方式容器的俯視圖；以及

圖9是沿圖7中的線9-9的截面圖。

說(shuō)明性實(shí)施方式的描述

為了促進(jìn)理解本發(fā)明的原理，下面將述及附圖所示的實(shí)施方式，并用具體文字來(lái)描述附圖。然而，應(yīng)理解這些實(shí)施方式不旨在限制本發(fā)明的范圍。任意的對(duì)圖示裝置的這種改造和進(jìn)一步改進(jìn)，進(jìn)而對(duì)所示本發(fā)明原理的進(jìn)一步應(yīng)用，都應(yīng)視為是本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能正常想到的。

如附圖中所最優(yōu)示出的情況，配置集裝箱10以運(yùn)輸熱活性材料，例如電池14的箱12。盡管熱活性具有各種各樣的加熱和冷卻功能，但是本發(fā)明的集裝箱10的設(shè)計(jì)所針對(duì)的主要熱活性材料是例如電池14的熱活性材料，特別是有燃燒傾向(雖然罕見(jiàn))并參與上述熱逸散的鋰電池和鋰離子電池(此處統(tǒng)稱(chēng)為“鋰電池”)。燃燒的鋰電池的燃燒溫度足以引起其他電池的燃燒，包括已知的相鄰集裝箱中的電池。

設(shè)計(jì)本發(fā)明的集裝箱10以提供熱屏障，所述熱屏障會(huì)防止例如燃燒電池的熱活性材料在集裝箱10的環(huán)境e中產(chǎn)生足以引起相鄰集裝箱10燃燒以及與容納有燃燒電池的特定集裝箱10相鄰的材料燃燒的熱量。

集裝箱10包括多個(gè)限定容器內(nèi)部18的結(jié)構(gòu)板16，配置所述結(jié)構(gòu)板16以接收熱活性電池14。

結(jié)構(gòu)板16還包括與外部、例如與放置有集裝箱10的環(huán)境e相鄰配置的外表面20。通常，環(huán)境e會(huì)包括運(yùn)輸工具的貨倉(cāng)，例如卡車(chē)、飛機(jī)或船。另外，在相信如此設(shè)置為有利的情況下，環(huán)境e能包括更大容器的內(nèi)部空間，從而集裝箱10包括“容器內(nèi)的容器”。

在熱活性電池14和放置有集裝箱10的環(huán)境e之間放置熱屏障組件26。所述熱屏障組件26包括熱屏障內(nèi)板28和熱屏障外板32。所述熱屏障內(nèi)板28和熱屏障外板32限定熱吸收材料接收腔室34，其中能夠放置可流動(dòng)聚合物熱吸收材料36。下面將更為詳細(xì)地描述可流動(dòng)聚合物熱吸收材料36的特性和組成。

優(yōu)選聚合物基熱吸收材料是通常具有高粘度的可流動(dòng)糊質(zhì)材料，例如糊料。從化學(xué)角度出發(fā)，可流動(dòng)聚合物應(yīng)當(dāng)是稱(chēng)作“超吸收”的類(lèi)型的化合物，能夠在乳液中吸收和保持大量的水。

可流動(dòng)聚合物基熱吸收材料36配置在熱吸收材料接收腔室34內(nèi)。配置熱屏障26以基本圍住和包裹住熱活性電池14，以減少放置有電池14的集裝箱10的內(nèi)部18與設(shè)置有集裝箱10的環(huán)境e之間的熱能遷移。

集裝箱10包括結(jié)構(gòu)部分，所述結(jié)構(gòu)部分包括多個(gè)結(jié)構(gòu)板16。在說(shuō)明性實(shí)施方式中，集裝箱10具有通常為矩形長(zhǎng)方體的構(gòu)型，所述構(gòu)型的設(shè)計(jì)接近用于容納打印紙的箱。特別地，集裝箱結(jié)構(gòu)部分包括基底部分42和蓋體部分44?；撞糠?2包括四面垂直側(cè)壁，包括第一側(cè)壁46、第二側(cè)壁48、第三壁50和第四側(cè)壁52。通常水平設(shè)置的底壁或基底壁54具有四條邊，分別與四面?zhèn)缺?6–52中的一個(gè)連接。

四面?zhèn)缺?6,48,50,52分別包括與相鄰側(cè)壁連接的第一側(cè)邊和第二側(cè)邊以及與基底壁54連接的底邊。根據(jù)基底部分42的特定結(jié)構(gòu)，側(cè)壁46-52與基底壁54可整體形成，正如紙板箱或者真空形成或沖壓的塑料容器；或者，能包括可分開(kāi)的碎料板、木材、金屬板或沿各個(gè)側(cè)邊連接的其他材料。

蓋體組件44通常與基底部分44類(lèi)似地形成，不同之處在于蓋體組件具有稍長(zhǎng)的寬度和長(zhǎng)度以及稍短的側(cè)壁部分。蓋體包括水平設(shè)置的頂板或壁58，具有四條邊。第一側(cè)壁邊沿60、第二側(cè)壁邊沿62、第三側(cè)壁邊沿(未示出)和第四側(cè)壁邊沿66分別包括與頂板58的側(cè)邊連接的邊緣。側(cè)壁邊沿60-66沿著大致垂直于水平設(shè)置的頂壁58的面延伸，并且向下延伸足夠的距離，從而當(dāng)蓋體44與基底42連接時(shí)，邊沿組件60-66的較低的端部與基底組件42的側(cè)壁部分46-52的較高部分重疊。

熱屏障組件24包括蓋體部分70，所述蓋體部分與熱屏障24的主體獨(dú)立地形成。蓋體部分70形成為與熱屏障24的剩余部分大致相同，沿著側(cè)壁60,66的內(nèi)表面和蓋體部分44的水平設(shè)置的頂壁58設(shè)置，從而當(dāng)蓋體44與底部42銜接以及諸如電池14的可燃材料放置在容器10的內(nèi)部電池接收區(qū)域18中時(shí)，諸如電池14的可燃材料被熱屏障24完全圍住并包裹。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，設(shè)置蓋體42的尺寸使得四個(gè)垂直壁邊沿58(未示出),64,66與基底組件44的四面?zhèn)缺?6-52之間存在小間隙。小間隙使得一定量的氣體能夠從腔室18內(nèi)部離開(kāi)或排出，同時(shí)仍然使蓋體44固定在基底42和側(cè)壁上。

優(yōu)選提供一些類(lèi)型的閂鎖機(jī)件以將蓋體44固定在基底42上。閂鎖機(jī)件可包括各種閂鎖機(jī)件中的任一種，包括常規(guī)的鎖扣或鎖閂以及環(huán)繞基底42和蓋體44的綁帶組件，與書(shū)寫(xiě)紙箱所采用的綁帶類(lèi)似。

在鋰電池著火的情況下，當(dāng)電池在內(nèi)部18中爆炸時(shí)，可能釋放壓力脈沖。由該壓力脈沖導(dǎo)致的氣體和壓力較好是能夠離開(kāi)容器10，以確保容器10不被壓力脈沖損壞。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，基底42和蓋體44由碎料板制得。碎料板是工程木制品，通常通過(guò)壓縮并擠出木片、鋸末或甚至鋸屑與合成樹(shù)脂或其他合適的粘合劑來(lái)制得。在一個(gè)形式中，配置粘合劑以吸收水分子。

圖3說(shuō)明了能夠用于本發(fā)明的容器10的類(lèi)型的碎料板的小片段。碎料板片段22包括浸入碎料板的第一阻燃劑。阻燃劑76優(yōu)選含有聚合物基熱吸收材料，與用于熱屏障24以及下述更詳細(xì)描述的聚合物基熱吸收材料類(lèi)似。

第一阻燃熱吸收聚合物基材料76被浸入碎料板22，所述碎料板包括多個(gè)碎料板粒子(molecule)72，所述粒子浸有多個(gè)聚合物基熱吸收材料分子74。

在以下更詳細(xì)描述的優(yōu)選形式中，熱吸收材料是聚合物基無(wú)毒材料，并且是設(shè)計(jì)用于未封住的天然纖維材料及產(chǎn)品(例如碎料板22)的無(wú)害聚合物熱吸收材料。優(yōu)選的阻燃劑76在以下更詳細(xì)描述，可從諾查公司(nochar,inc)購(gòu)得，商標(biāo)名為nochar防火劑(nochar’sfirepreventer(“nfp”))。nfp可通過(guò)噴涂、幕涂、熱浸、真空腔室、輥涂或含浸的方式施用于碎料板22。

nfp是可溶于水的產(chǎn)品，使用水作為載體來(lái)滲入碎料板22。然后將水干燥或除去，使得實(shí)質(zhì)上的熱吸收材料76留在碎料板22內(nèi)。

如以下將要進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明，nfp增加通過(guò)提高引燃所需的溫度和輸入的千卡的量而處理的材料和產(chǎn)品的第一安全，降低引燃后的熱量釋放速率，并減緩火焰的擴(kuò)散速率。

購(gòu)自諾查(nochar)公司的nfp可添加至粘接劑、粘合劑以及密封劑。

附圖中所示的本發(fā)明的熱屏障組件24包括限定容器10的基底42的基底部分27以及限定蓋體的蓋體部分29。

另外，熱屏障24可包括位于容器內(nèi)的整體的袋狀組件，所述組件包括腔室18，其中可放置熱可燃材料14的盒40。

重要的是，應(yīng)對(duì)熱屏障24進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其圍住或包裹住例如電池14的可燃材料。另外，在圖1和2所示的實(shí)施方式中，熱屏障24應(yīng)當(dāng)包括壓力釋放組件，所述壓力釋放組件可包含常規(guī)的壓力釋放閥或上述的間隙，從而能夠使燃燒或其他熱活動(dòng)產(chǎn)生的壓力從容器內(nèi)部18釋放至容器外部。

集裝箱10包括與熱屏障外板32連接的熱屏障內(nèi)板28，以形成熱吸收材料接收腔室34。熱屏障外板32和內(nèi)板28應(yīng)當(dāng)由防火材料制成，所述防火材料能夠吸收或承受高溫而不損壞或熔化。另外，制成內(nèi)板28和外板32的材料應(yīng)當(dāng)是不可燃的，并且足夠結(jié)實(shí)以牢固地保持容納在腔室34中的熱吸收熱屏障材料而不產(chǎn)生開(kāi)裂、撕裂等。

能夠在該情況下良好工作的材料的一個(gè)示例是薄鋁片材。

當(dāng)設(shè)計(jì)用于集裝箱10和熱屏障24的材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)尋求質(zhì)量和特性之間的平衡。運(yùn)輸成本通常根據(jù)重量進(jìn)行計(jì)算，因此期望選擇盡可能最輕質(zhì)的材料，從而節(jié)省運(yùn)輸成本。另一方面，足夠結(jié)實(shí)的集裝箱也是重要的，從而能夠承受集裝箱在運(yùn)輸過(guò)程中經(jīng)常遇到的粗暴動(dòng)作。優(yōu)選集裝箱足夠結(jié)實(shí)，從而能夠在多種場(chǎng)合下再利用。

如以下的更詳細(xì)的描述，優(yōu)選的熱屏障材料包括稠密的糊料。由于糊料是可流動(dòng)材料，制成外板28和32的材料應(yīng)當(dāng)足夠結(jié)實(shí)而不會(huì)輕易開(kāi)裂，原因在于開(kāi)裂可導(dǎo)致可流動(dòng)的熱吸收材料漏出至熱屏障的內(nèi)部接收腔室34之外。因此，薄箔雖然可削減重量，但是可能并不夠結(jié)實(shí)來(lái)容易地防止此類(lèi)開(kāi)裂。所以，相對(duì)于使用箔，加厚的箔或諸如鋁的金屬材料片可能是更優(yōu)選的。

分隔組件38位于熱屏障的內(nèi)部熱吸收材料接收腔室34之內(nèi)。分隔組件如圖2所示，包含通常的堅(jiān)固材料(例如金屬或塑料)構(gòu)成的格子工作組件，所述格子工作組件包括一系列的具有中空內(nèi)部的開(kāi)孔或單元80，其中可放置熱吸收可流動(dòng)聚合物36。分隔組件38的目的在于更好地分散容納在熱屏障的整個(gè)表面區(qū)域的單元中的熱吸收聚合物36。正如所理解的那樣，熱屏障材料的可流動(dòng)特性可能會(huì)導(dǎo)致熱吸收聚合物基材料在重力的影響下在腔室34的較低部分聚集和集中。通過(guò)采用分隔組件38，糊狀熱吸收材料將會(huì)被保持并分散在熱屏障的整個(gè)區(qū)域中。

如圖1c所示，可使用多個(gè)熱屏障分段，例如與側(cè)壁48,52相鄰設(shè)置的熱屏障分段84和88，以及與結(jié)構(gòu)組件16的底板54相鄰設(shè)置的熱屏障板88。另外，可提供底板分段90，其與頂板58的下側(cè)內(nèi)表面相鄰。

影響各個(gè)熱屏障分段84-90的形狀的主要因素是分隔組件38的剛度(或缺乏剛度)。例如，如果要使用常規(guī)的平面配置的堅(jiān)硬分隔組件38，屏障板24自身會(huì)呈現(xiàn)平面或墊狀的配置。但是，如果要使用更柔軟或成形的分隔板38，則可構(gòu)建任意形狀的熱屏障24，可將分隔組件38彎曲、模塑或以其他方式構(gòu)造成所述形狀。

為了形成頂板熱屏障組件90，可取大致呈平面的分隔板38，對(duì)其尺寸和配置進(jìn)行設(shè)置，使得具有與頂板58大致類(lèi)似的尺寸和形狀。對(duì)于該大致平面配置的分隔板38，可以90度的角度在主分隔組件上附加邊沿分隔組件，從而邊沿分隔組件可與蓋體組件58的邊沿62和66相鄰配置。

然后分隔組件38中的各個(gè)單元可被可流動(dòng)熱吸收材料填充。

在操作過(guò)程中，可流動(dòng)熱吸收糊料通過(guò)吸收容器10的內(nèi)部18內(nèi)的火焰所產(chǎn)生的熱來(lái)幫助阻止火焰擴(kuò)散至相鄰容器。照此，即使容器內(nèi)的溫度可能超過(guò)953度這一鋰電池的燃燒溫度閾值，容器10外部的溫度也將會(huì)顯著低于950度。

在容器的內(nèi)部18之內(nèi)，由在1100度以上劇烈燃燒的電池產(chǎn)生的高熱可能會(huì)引燃容器10的內(nèi)部18之內(nèi)的相鄰電池。照此，單個(gè)電池中的火焰可能導(dǎo)致熱逸散，使得容器10內(nèi)部18之內(nèi)的其他電池也起火。這種火焰會(huì)釋放熱量和壓力，特別是電池爆炸時(shí)。如上所述，如果內(nèi)部空間中的壓力超過(guò)預(yù)定閾值，則壓力將通過(guò)能夠通氣的間隙排出(所述間隙在容器的結(jié)構(gòu)中形成)，或者通過(guò)能夠通氣的常規(guī)壓力釋放閥排出。

盡管容器100的內(nèi)部18之內(nèi)產(chǎn)生了高熱量，容器10的外部環(huán)境e也不會(huì)升高至相鄰容器中電池的預(yù)定燃燒閾值，因?yàn)闊嵛詹牧夏軌蛭占b箱10內(nèi)的燃燒電池14產(chǎn)生的熱。照此，熱吸收材料36形成的這種熱屏蔽有效地將火焰和過(guò)量的熱限制在容器10的內(nèi)部18之內(nèi)，并且防止容器的外部環(huán)境e變得過(guò)熱。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，可對(duì)裝置10進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得熱吸收材料具有足夠的熱吸收和熱屏蔽能力，從而在容器內(nèi)部18之內(nèi)的鋰電池著火時(shí)，確保容器的外部大氣不會(huì)升至953度這一相鄰容器中鋰電池的燃燒閾值點(diǎn)。

雖然圖2所示的單元80的構(gòu)造為矩形，但是應(yīng)理解，根據(jù)分隔組件中單元的形成方式，單元80可具有各種形狀。

重要的是，熱屏障覆蓋材料28和32由阻燃材料制成，因?yàn)槿绻渲?，則屏障板28和30的火焰產(chǎn)生的熱量能夠使容器10的環(huán)境e外部的溫度顯著升高。另外，如果熱屏障板28和30著火，則火焰產(chǎn)生的熱量足以使容器結(jié)構(gòu)板16著火，從而使得熱量接近相鄰的容器。值得討論的是，這種火可能足夠強(qiáng)烈，使得附近的容器著火，從而引燃附近的電池并產(chǎn)生進(jìn)一步的熱逸散。

在容器10的初始測(cè)試階段得到的出乎意料的結(jié)果是容器10能夠限制火焰的能力。已有記錄表明鋰離子電池在約953華氏度時(shí)點(diǎn)燃，并且能在燃燒過(guò)程中超過(guò)1100華氏度。在本文公開(kāi)的容器10的測(cè)試過(guò)程中，超過(guò)1400華氏度的火焰被引入內(nèi)部腔室18并將容器10密封20分鐘、40分鐘、60分鐘，同時(shí)使火焰自行燃盡。特別地，將不需氧氣就能燃燒的照明彈(roadflare)引入內(nèi)部空腔18內(nèi)。

完成測(cè)試后，雖然材料28和32的防火層上有燃燒痕跡，但是熱屏障24成功防止了容器10的外板組件16的燃燒。照此，所有火焰均被控制在容器10的內(nèi)部空腔之內(nèi)。于是，本文公開(kāi)的容器10能夠防止內(nèi)部空腔14中引燃的鋰離子電池火焰擴(kuò)散至容器10之外，從而增加鋰離子電池運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

替代性實(shí)施方式的集裝箱100示于圖6-9。集裝箱100的配置有些使人聯(lián)想到行李箱(steamertrunk)，或者在公路上表演的樂(lè)隊(duì)用來(lái)裝運(yùn)擴(kuò)音器、鼓和其他樂(lè)器的那種集裝箱。優(yōu)選集裝箱100包括多個(gè)結(jié)構(gòu)板，所述結(jié)構(gòu)板由輕質(zhì)但結(jié)實(shí)的防火金屬材料(例如鋁或鈦)制成。另外，所述板可由防火塑料制成。

雖然容器100可制成任意尺寸，但是在最優(yōu)選的實(shí)施方式中，容器在水平面上具有方形截面，在垂直平面上具有矩形截面，使得容器(不含金屬底座或頂部組件)的寬度和長(zhǎng)度大約為390厘米，高度大約為265厘米。

替代實(shí)施方式的容器100包括基底組件103，以可拆卸的方式與蓋體105連接。蓋體105可從基底組件103拆卸，從而熱屏障(未示出)和例如電池14的貨物能夠放置在容器100的中空內(nèi)部(未示出)之內(nèi)。

由于容器100是矩形長(zhǎng)方體，其包括四個(gè)尺寸大致相同的側(cè)板106，以及大致為方形配置的基底板103。蓋體105包括頂板116和四個(gè)邊沿板118，所述邊沿板與頂板116為大致垂直關(guān)系，并自頂板向下延伸。蓋體組件可形成在邊沿板組件的邊緣，以連接基底部件側(cè)壁106的上邊緣。如圖9所示，邊沿板組件與側(cè)板的上部重疊，并且提供連接密封件(engagementseal)131，以與側(cè)板組件106的強(qiáng)化頂邊緣135密封連接。

強(qiáng)化底角組件122位于底板104與側(cè)板106的交接處。強(qiáng)化角部組件122還包括下部附加底座(dependingfeet)124，所述附加底座幫助提供與其他表面(例如地板或特定容器100下方的容器)的穩(wěn)定接合。

另外，強(qiáng)化角部組件128在頂板116與邊沿組件118相接的角部與蓋體連接。優(yōu)選如圖8所示，頂角板組件包括接收區(qū)域，其用于接收放置在特定容器上方的容器的底座124，以幫助將上方容器鎖定在下方容器的蓋體上，從而能夠防止移動(dòng)。

多個(gè)閂鎖組件136(此處示出4個(gè))與前側(cè)板及后側(cè)板組件連接，并且包括用于使蓋體105與基底104連接的鉤環(huán)閂鎖機(jī)件，其方式為蓋體和基底保持連接并且防止分離。閂鎖組件136能夠按需鎖合。

第一和第二把手140位于側(cè)板組件上，并且包括用于更容易地提起和搬運(yùn)容器100的把手。提供壓力釋放閥142，所述壓力釋放閥包括在容器100的內(nèi)部腔室和設(shè)置有容器的環(huán)境e之間延伸的氣體通路，以防止所述類(lèi)型的容器100內(nèi)部的可能引起容器100爆炸的過(guò)壓狀態(tài)。通過(guò)釋放壓力，能夠避免這種爆炸。另外，容器100還具有濕度計(jì)145。

在操作中，容器100與其他附圖所示的容器10大致類(lèi)似地操作。雖然未在圖中示出，類(lèi)似于結(jié)合圖1示出的熱屏障24的熱屏障可配置在替代實(shí)施方式容器100的內(nèi)部。

下面描述上述熱屏障24中所用的可流動(dòng)聚合物基熱吸收材料。

聚合物基熱吸收材料

本發(fā)明的聚合物基熱吸收材料包含超吸收聚合物(sap)。sap是吸水材料，能夠在水中吸收約40至約400倍于其自重的水。通過(guò)向線性聚合物的反應(yīng)混合物中添加交聯(lián)劑來(lái)制備超吸收聚合物，所述交聯(lián)劑在線性分子之間形成二維和/或三維鍵。該交聯(lián)的效果在于固定線性分子。其對(duì)水的親和性未降低，但是這種情況下必定將水吸收至交聯(lián)結(jié)構(gòu)內(nèi)。聚合物自身實(shí)際上不防止或消除燃燒，而是隔熱并固定捕集的水，否則水會(huì)從燃燒表面蒸發(fā)或流失，任一情況均會(huì)導(dǎo)致無(wú)法有效防火。

在一個(gè)實(shí)施方式中，sap被配制成液態(tài)乳液，優(yōu)選為油和水的乳液，更優(yōu)選為水和礦物油乳液。雖然因?yàn)槟鼙３纸M分均勻而需要這種乳液，但是在足夠長(zhǎng)的時(shí)間且沒(méi)有攪拌的情況下，其最終會(huì)分離為疏水層和親水層。因此，有利的是將乳液轉(zhuǎn)換為含水糊料，使用高剪切和額外的水時(shí)不易發(fā)生相分離。進(jìn)一步需要輻照乳液以誘導(dǎo)sap與礦物油之間的交聯(lián)。通過(guò)改變這些工藝的參數(shù)，能夠?qū)⑺貌牧系恼扯群头肿恿恳?guī)格化。這種優(yōu)選材料的一個(gè)示例是諾查(nochar)公司的p215^tm。在該實(shí)施方式中，應(yīng)理解除了礦物油之外，材料可包括其他交聯(lián)劑。

然后使用所得的含水糊料使本文描述的盒隔熱。在內(nèi)部發(fā)生鋰電池著火的情況下，由于糊料中水的高熱容，糊料起到有效和高效地將熱量帶離系統(tǒng)的作用。其結(jié)果是火焰被限制在盒內(nèi)并熄滅。在貨物的情況下，這確?；鹧娌粫?huì)擴(kuò)散至相鄰的貨物以及最終擴(kuò)散至運(yùn)輸工具自身。

超吸收聚合物的示例包括交聯(lián)的聚丙烯酸酯及其衍生物，例如聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鹽(例如聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸鉀)，聚丙烯酸酯/聚丙烯酰胺共聚物，以及淀粉接枝共聚物。諸如聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸鉀的聚丙烯酸鹽可在水中吸收高達(dá)其自重的約500倍及以上。然而，由于它們是鹽，其吸收能力在很大程度上取決于水中的雜質(zhì)。例如，“硬水”或具有相對(duì)高濃度的鈣離子或鎂離子的水會(huì)降低聚丙烯酸鉀的吸收能力，因?yàn)殡x子擾亂聚合物與水之間的結(jié)合。聚丙烯酰胺不受硬水影響，但是吸收能力低于聚丙烯酸鹽。已知聚丙烯酰胺在水中能夠吸收其自重的約20至約400倍的水。但是，即便在水中的吸收能力低至其自重的100倍，聚丙烯酰胺仍然能夠吸收足夠多的水來(lái)有效進(jìn)行防火。

在其他實(shí)施方式中，超吸收聚合物是親水性單體的聚合物，例如丙烯酰胺、丙烯酸衍生物、馬來(lái)酸酐、衣康酸、丙烯酸2-羥基乙酯、二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、甲基丙烯酸烯丙酯、二甲基丙烯酸四甘醇酯、二甲基丙烯酸三乙二醇酯、二甲基丙烯酸二乙二醇酯、二甲基丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸2-叔丁基氨基乙酯、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-二甲基氨基乙酯、丙烯酸羥基丙酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸衍生物，如美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2009/0069496a1(第2頁(yè)，第18-19段)中所公開(kāi)的。超吸收聚合物也可是丙烯酰胺與丙烯酸衍生物的共聚物，或丙烯酸鹽、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(amps)鹽的三元共聚物。所述鹽通?？梢允侨我鈫蝺r(jià)鹽，例如鈉鹽、鉀鹽或銨鹽。

berg等的美國(guó)專(zhuān)利第5,397,626號(hào)也描述了合適的超吸收聚合物(參見(jiàn)第6欄第47行至第8欄第53行)。如berg等所公開(kāi)的，sap包括由可聚合的不飽和含酸單體制得的交聯(lián)聚合物，所述單體包括含有至少一個(gè)碳碳烯烴雙鍵的烯鍵式不飽和酸及酸酐。更具體而言，這些單體包括烯鍵式不飽和羧酸及酸酐、烯鍵式不飽和磺酸、以及它們的混合物。

可使用一些非酸單體來(lái)制備本文的前體粒子。這種非酸單體可包括例如含酸單體的水溶性酯或水分散性酯以及完全不含羧酸或磺酸基團(tuán)的單體。任選的非酸單體于是可包括含有以下類(lèi)型的官能團(tuán)的單體：羧酸酯或磺酸酯、羥基、酰胺基、氨基、腈基和季銨鹽基。這些非酸單體是已知的材料且更詳細(xì)地描述于例如美國(guó)專(zhuān)利第4,076,663號(hào)和美國(guó)專(zhuān)利第4,062,817號(hào)。

烯鍵式不飽和羧酸和羧酸酐單體包括以下類(lèi)型的丙烯酸：丙烯酸其自身、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯代丙烯酸、α-氰基丙烯酸、β-甲基丙烯酸(巴豆酸)、α-苯基丙烯酸、β-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、α-氯代山梨酸、當(dāng)歸酸、肉桂酸、對(duì)氯肉桂酸、β-甾基丙烯酸(beta-sterylacrylicacid)、衣康酸、檸康酸、中康酸、戊烯二酸(glutaconicacid)、烏頭酸、馬來(lái)酸、富馬酸、三羧基乙烯和馬來(lái)酸酐。

用于本發(fā)明的一些超吸收聚合物材料含有羧基。這些聚合物的示例包括水解的淀粉-丙烯腈接枝共聚物、部分中和的淀粉-丙烯腈接枝共聚物、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、部分中和的淀粉-丙烯酸接枝共聚物、皂化的乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、水解的丙烯腈或丙烯酰胺共聚物、任意上述共聚物的部分交聯(lián)產(chǎn)物、部分或完全中和的聚丙烯酸以及部分中和的聚丙烯酸的部分交聯(lián)產(chǎn)物。這些聚合物可單獨(dú)使用，或者以由兩種或更多種這樣的單體的混合物形成的共聚物的形式使用。

一些超吸收聚合物材料是部分中和的聚丙烯酸及其淀粉衍生物的交聯(lián)產(chǎn)物。例如，固體sap粒子可含有約50％-約95％的中和交聯(lián)聚丙烯酸或約75％的中和交聯(lián)聚丙烯酸，例如聚(丙烯酸鈉/丙烯酸)。

所述聚合物材料交聯(lián)至一定的程度，使得聚合物不溶于水。交聯(lián)能夠使得聚合物基本不溶于水，并部分決定了聚合物的吸收能力。合適的交聯(lián)劑是本領(lǐng)域已知的，包括能夠通過(guò)與聚合物的丙烯酸或丙烯酸酯官能團(tuán)反應(yīng)來(lái)使聚丙烯酸和/或聚丙烯酸的金屬鹽交聯(lián)的雙官能或多官能分子。這種交聯(lián)劑包括二縮水甘油醚、二醇和二胺。通常，交聯(lián)劑應(yīng)當(dāng)可溶于水并能夠與聚合物反應(yīng)，從而在約50℃-約150℃的溫度范圍內(nèi)以受控方式發(fā)生交聯(lián)。合適的交聯(lián)劑包括乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇和(聚)乙二醇的二縮水甘油醚。這種試劑中的一種是乙二醇二縮水甘油醚(egdge)，是可溶于水的二縮水甘油醚。其他交聯(lián)劑在epo450923a2中公開(kāi)(日本觸媒化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社((nipponshokubaikagakukogyoco))。

erdner等的美國(guó)專(zhuān)利第7,670,515號(hào)也描述了合適的超吸收聚合物(第4欄第8行至第8欄第61行)。如erdner等所公開(kāi)的，sap通常是輕度交聯(lián)的親水性聚合物，如美國(guó)專(zhuān)利第5,669,894號(hào)和第5,559,335號(hào)中所述。各種sap的化學(xué)特性可存在差異，但是所有的sap均能吸收和保持?jǐn)?shù)倍于其自重的水性流體，甚至在中等壓力下也是如此。例如，sap能夠吸收百倍于其自重或者甚至更多的蒸餾水。

sap能夠以各種化學(xué)形式獲得，包括取代和未取代的天然和合成聚合物，例如淀粉丙烯腈接枝聚合物的水解產(chǎn)物、羧甲基纖維素、交聯(lián)聚丙烯酸酯、異丁烯和馬來(lái)酸酐的交聯(lián)和部分中和的共聚物、乙酸乙烯酯-丙烯酸共聚物的皂化產(chǎn)物、磺化聚苯乙烯、水解聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯腈。

sap通常中和至少約25摩爾百分比，優(yōu)選至少約50摩爾百分比，并且一般為約70-80摩爾百分比，以實(shí)現(xiàn)理想的吸收性?？赏ㄟ^(guò)在單體的聚合之前中和丙烯酸單體來(lái)完成中和，或者可在聚合反應(yīng)基本完成后將聚合物中和。在單體的聚合與內(nèi)交聯(lián)之后，進(jìn)行部分中和，例如50-100摩爾百分比的中和，優(yōu)選70-80摩爾百分比的中和，然后將聚合物再分，例如碎裂或切斷，以進(jìn)行更有效的干燥，然后干燥并研磨至所需的粒徑。然后聚合物可進(jìn)行表面交聯(lián)并再次干燥，以形成最終產(chǎn)物。

sap可以是酸性吸水性樹(shù)脂或堿性吸水性樹(shù)脂。可用于制備sap的單體在美國(guó)專(zhuān)利第5,149,750號(hào)以及wo01/68156中公開(kāi)，均通過(guò)引用納入本文。在一些實(shí)施方式中，sap含有中和了約25％-約100％的酸性或堿性吸水性樹(shù)脂，即，中和度(dn)為約25-約100。

sap在性質(zhì)上可以是陰離子型(酸性吸水性樹(shù)脂)或陽(yáng)離子型(堿性吸水性樹(shù)脂)。陰離子型sap基于酸性吸水性樹(shù)脂。強(qiáng)酸性或弱酸性的陰離子型sap可以是以中和形態(tài)起到sap作用的任意樹(shù)脂。酸性樹(shù)脂通常含有多個(gè)羧酸、磺酸、膦酸、磷酸和/或磺酸部分。

在一些實(shí)施方式中，sap是中和了25％-100％的酸性吸水性樹(shù)脂。酸性吸水性樹(shù)脂可以是一種樹(shù)脂或樹(shù)脂混合物。酸性樹(shù)脂可以是均聚物或共聚物。只要樹(shù)脂能夠以中和形態(tài)在水中膨脹并吸收至少10倍于其自重的水，則酸性吸水性樹(shù)脂的性質(zhì)不受限制。

酸性吸水性樹(shù)脂通常是輕度交聯(lián)的丙烯酸樹(shù)脂，例如輕度交聯(lián)的聚(丙烯酸樹(shù))。輕度交聯(lián)的酸性樹(shù)脂通常通過(guò)在內(nèi)交聯(lián)單體(即多官能有機(jī)化合物)的存在下聚合含有?；糠?例如丙烯酸)或能夠提供酸基團(tuán)的部分(即丙烯腈)的單體來(lái)制備。只要聚合物基本(即，至少10％，至少25％，至少50％，至少75％，或高達(dá)100％)是酸性單體單元，則酸性樹(shù)脂可含有本領(lǐng)域熟知的其他可共聚的單體(即，其他單烯鍵式不飽和單體)。

可用于酸性吸水性樹(shù)脂的烯鍵式不飽和羧酸和羧酸酐單體包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯代丙烯酸、α-氰基丙烯酸、β-甲基丙烯酸(巴豆酸)、α-苯基丙烯酸、β-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、α-氯代山梨酸、當(dāng)歸酸、肉桂酸、對(duì)氯肉桂酸、β-硬脂基丙烯酸(beta-stearylacrylicacid)、衣康酸、檸康酸、中康酸、戊烯二酸(glutaconicacid)、烏頭酸、馬來(lái)酸、富馬酸、三羧基乙烯和馬來(lái)酸酐。丙烯酸是一種用于制備sap的烯鍵式不飽和羧酸。

烯鍵式不飽和磺酸單體包括脂族和芳族乙烯基磺酸，例如乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、乙烯基甲苯磺酸、苯乙烯磺酸、丙烯酸磺酸和甲基丙烯酸磺酸，例如丙烯酸磺乙酯、甲基丙烯酸磺乙酯、丙烯酸磺丙酯、甲基丙烯酸磺丙酯、2-羥基-3-甲基丙烯酰氧基丙基磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。含磷酸酯的酸性樹(shù)脂通過(guò)使含有磷酸部分的烯鍵式不飽和單體(例如磷酸甲基丙烯酰氧基乙酯)均聚或共聚來(lái)制備。美國(guó)專(zhuān)利第4,076,663號(hào)中記載了合適的sap形成單體的廣泛列表。

陰離子型sap可以是例如聚(丙烯酸)、水解的淀粉-丙烯腈接枝共聚物、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、皂化的乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、水解的丙烯腈共聚物、水解的丙烯酰胺共聚物、乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物、異丁烯-馬來(lái)酸酐共聚物、聚(乙烯基磺酸)、聚(乙烯基膦酸)、聚(乙烯基磷酸)、聚(乙烯基硫酸)、磺化聚苯乙烯以及它們的混合物。一種陰離子型sap是聚(丙烯酸)。

酸性單體和可共聚的單體(如果存在可共聚的單體的話)最通常的是在多官能內(nèi)交聯(lián)單體的存在下通過(guò)自由基方法實(shí)施聚合。酸性樹(shù)脂交聯(lián)至一定的程度，足以使得聚合物不溶于水。交聯(lián)能夠使得酸性樹(shù)脂基本不溶于水，并部分決定樹(shù)脂的吸收能力。針對(duì)吸收應(yīng)用的情況，酸性樹(shù)脂是輕度交聯(lián)的，即交聯(lián)密度低于約20％、低于約10％、或約0.01％-約7％。內(nèi)交聯(lián)單體的使用量相對(duì)于單體的總重可以是少于約7wt％，并且通常是約0.1wt％-約5wt％。

內(nèi)交聯(lián)單體的示例包括但不限于下式(i)所示的聚丙烯酸(或聚甲基丙烯酸)酯，

其中x是亞乙基、亞丙基、三亞甲基、環(huán)己基、六亞甲基、2-羥基亞丙基、-(ch2ch2o)nch2ch2-，或者

其中，n和m獨(dú)立地是5-40的整數(shù)，k是1或2；以及下式(ii)所示的雙丙烯酰胺，

ch2═ch-c(═o)-nh(ch2ch2nh)1c(═o)-ch═ch2(ii)

其中i是2或3。

式(i)化合物通過(guò)使多元醇(如乙二醇，丙二醇，三羥甲基丙烷，1,6-己二醇，甘油，季戊四醇，聚乙二醇或聚丙二醇)與丙烯酸或甲基丙烯酸反應(yīng)而制得。式(ii)化合物通過(guò)使聚亞烷基多胺(例如二亞乙基三胺和三亞乙基四胺)與丙烯酸反應(yīng)而獲得。在美國(guó)專(zhuān)利第6,222,091號(hào)中公開(kāi)了具體的交聯(lián)單體。交聯(lián)劑的示例有季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇三丙烯酸酯、n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺、n,n'-亞甲基雙甲基丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。

與酸性樹(shù)脂類(lèi)似，可用于本發(fā)明的sap-黏土狀粒子的堿性吸水性樹(shù)脂、即陽(yáng)離子型sap，可以是強(qiáng)堿性或弱堿性吸水性樹(shù)脂。堿性吸水性樹(shù)脂可以是一種樹(shù)脂或樹(shù)脂混合物。堿性樹(shù)脂可以是均聚物或共聚物。只要堿性樹(shù)脂在處于帶電形態(tài)時(shí)能夠在水中膨脹并吸收至少10倍于其自重的水，則堿性吸水性樹(shù)脂的性質(zhì)不受限制。弱堿性樹(shù)脂可以以陽(yáng)離子形態(tài)呈現(xiàn)，即，堿性部分(例如氨基)的約25％-100％以帶電形態(tài)呈現(xiàn)。強(qiáng)堿性樹(shù)脂通常以羥基(oh)或碳酸氫根(hco3)的形態(tài)呈現(xiàn)。

堿性吸水性樹(shù)脂通常是輕度交聯(lián)的樹(shù)脂，例如聚(乙烯胺)或聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)。堿性樹(shù)脂還可以是例如輕度交聯(lián)的聚乙烯亞胺、聚(烯丙基胺)、聚(烯丙基胍)、聚(二甲基二烯丙基氫氧化銨)、季銨化的聚苯乙烯衍生物、胍改性的聚苯乙烯、季銨化的聚((甲基)丙烯酰胺)或酯類(lèi)似物。參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利第6,235,965號(hào)。輕度交聯(lián)的堿性吸水性樹(shù)脂可以含有其它可共聚單元并且使用內(nèi)交聯(lián)單體進(jìn)行交聯(lián)，如上面關(guān)于酸性吸水性樹(shù)脂所述。堿性樹(shù)脂的示例包括聚(乙烯胺)、聚乙烯亞胺、聚(乙烯基胍)、聚(二甲基氨基乙基丙烯酰胺)(聚(daea))和聚(二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺)(聚-(dmapma))。

用于本發(fā)明的sap的堿性吸水性樹(shù)脂通常含有氨基或胍基。因此，水溶性堿性樹(shù)脂也可以通過(guò)將未交聯(lián)的堿性樹(shù)脂懸浮或溶解在水性或醇性介質(zhì)中而在溶液中交聯(lián)，然后加入能夠通過(guò)與堿性樹(shù)脂的氨基反應(yīng)而交聯(lián)堿性樹(shù)脂的二官能或多官能化合物。這種交聯(lián)劑在美國(guó)專(zhuān)利第6,235,965號(hào)中公開(kāi)。交聯(lián)劑還在美國(guó)專(zhuān)利第5,085,787號(hào)和ep450923中公開(kāi)。交聯(lián)劑的示例有乙二醇二縮水甘油醚(egdge)，一種可溶于水的二縮水甘油醚，以及二溴烷烴，一種可溶于醇的化合物。

用于導(dǎo)入酸性樹(shù)脂或堿性樹(shù)脂中的可共聚單體包括但不限于乙烯，丙烯，異丁烯，丙烯酸c1-4烷基酯和甲基丙烯酸c1-4烷基酯，乙酸乙烯酯，甲基乙烯基醚和具有下式的苯乙烯化合物：

其中，r表示氫或c1-6烷基，并且其中所述苯環(huán)任選地被一至四個(gè)c1-4烷基或羥基取代。

合適的丙烯酸c1-4烷基酯包括但不限于丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸異丙酯，丙烯酸正丙酯，丙烯酸正丁酯等，以及其混合物。合適的甲基丙烯酸c1-4烷基酯包括但不限于甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸異丙酯，甲基丙烯酸正丙酯，甲基丙烯酸正丁酯等，以及它們的混合物或與丙烯酸c1-4烷基酯的混合物。合適的苯乙烯化合物包括但不限于苯乙烯，α-甲基苯乙烯，對(duì)甲基苯乙烯，叔丁基苯乙烯等，以及其混合物或與丙烯酸c1-4烷基酯和/或甲基丙烯酸c1-4烷基酯的混合物。

在sap的制備中可使用任意已知的聚合引發(fā)劑。有用的引發(fā)劑的示例有氧化還原引發(fā)劑和熱引發(fā)劑，例如美國(guó)專(zhuān)利6,359,049中所公開(kāi)的。所述氧化還原引發(fā)劑和熱引發(fā)劑可單獨(dú)使用或以合適的組合使用。具體的引發(fā)劑是包含過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉的氧化還原引發(fā)劑，以及偶氮引發(fā)劑，例如偶氮二異丁腈和2,2'-偶氮二(2-脒基丙烷)二鹽酸鹽，可從弗吉尼亞州里士滿的和光化學(xué)美國(guó)公司(wakochemicalsusa,richmond,virginia)以v-50的商品名購(gòu)得。引發(fā)劑通常以基于丙烯酸單體的重量計(jì)約0.1％至約10％的量、或基于單體重量計(jì)約0.5％至約5％的量(以固體計(jì)算)使用。根據(jù)引發(fā)劑的量和種類(lèi)，引發(fā)劑任選地可以與異丙醇、烷基硫醇或其它鏈轉(zhuǎn)移劑一起使用，以控制聚(丙烯酸)的分子量。

紫外(uv)光也可以用于實(shí)現(xiàn)丙烯酸的聚合。uv光可以與氧化還原引發(fā)劑和/或自由基引發(fā)劑組合使用。當(dāng)在聚合步驟中使用uv光時(shí)，也以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的量將光引發(fā)劑加入到反應(yīng)混合物中。合適的光引發(fā)劑包括但不限于2-羥基-1-[4-(羥基乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙酮，其可作為irgacure2959從紐約州霍索恩市的汽巴添加劑公司(cibaadditivesofhawthorne，ny)購(gòu)得，以及2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，其也可作為darocur1173從汽巴添加劑公司購(gòu)得。

可用于制備sap組分的工業(yè)方法包括通常用于合成sap的所有方法，例如在“現(xiàn)代超吸收聚合物技術(shù)(modernsuperabsorbentpolymertechnology)”，f.l.buchholz和a.t.graham，wiley-vch(1998)的第3章中所述。用于聚合丙烯酸的合適方法是水溶液聚合，其中含有丙烯酸和聚合引發(fā)劑的水溶液通過(guò)加入內(nèi)交聯(lián)單體(如亞甲基雙丙烯酰胺)進(jìn)行聚合反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)。

盡管已經(jīng)將各種實(shí)施方式描述為具有特定特征和/或成分的組合，但是具有來(lái)自上述任何實(shí)施方式的任何特征和/或成分的組合的其他實(shí)施方式是可能的。本說(shuō)明書(shū)使用的單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“該”包括復(fù)數(shù)的指代物，除非上下文中另有明確的說(shuō)明。

盡管已在附圖和前面的描述中詳細(xì)地說(shuō)明和描述了本發(fā)明，但是認(rèn)為本發(fā)明是說(shuō)明性的而不是限制性的，應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明的精神內(nèi)的所有變化和修改都是期望受到保護(hù)的。