專利名稱：熔噴的吸收性纖維和復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及提高了吸收性的吸收性材料。更具體地說，本發(fā)明涉及由可熔融加工的聚合物制成的吸收性纖維以及含有該吸收性纖維的吸收性復合材料。本發(fā)明還涉及制備吸收性纖維和吸收性復合材料的方法。
背景技術：
吸收性材料在用于吸收和吸納液體的一次性個人護理吸收性制品如尿布、運動褲、婦女襯墊、成人失禁制品和專業(yè)健康護理制品中是有用的。根據本領域已知方法，吸收材料或超吸材料往往與水不溶性纖維混合，制成一次性個人護理吸收性制品的吸收芯中使用的吸收性復合材料。
微粒狀超吸收劑被廣泛地用作一次性個人護理吸收性制品的超吸材料。然而，由于超吸顆粒在制造一次性個人護理吸收性制品過程中不能保持靜止并且在一次性個人護理吸收性制品中可能移動位置，因此往往難以使用。
吸收性纖維或超吸纖維代替超吸顆粒用在一次性個人護理吸收性制品中可能有利，這是由于纖維能夠提高產品的整體性、更好的包容性、降低產品的膨松性并提高吸收性如快速吸收液體和液體分布性能。此外，使用纖維還可以提高產品屬性，如更薄更柔軟的產品，這種產品提供更好的適體性、更少的凝膠移動性以及潛在的對吸收性制品制備方法的簡化。
目前可得的市售吸收性纖維是通過溶液紡絲方法制成的，如用于制造紡織纖維的溶液干紡法或用于制造非織造織物的溶液噴紡法(blowing spinning process)。溶液紡絲方法起始于聚合物水溶液。然后將聚合物溶液紡成纖維，并交聯(lián)形成水可溶脹的水不溶性纖維。然而，這種溶液紡絲方法由于聚合物溶液中存在過量水，因此生產率低并且費用高。鑒于這些原因，吸收性纖維沒有被廣泛用于一次性個人護理吸收性制品的吸收性材料中。
有些聚合物當溫度高于某一點時可以加工成不同形狀或形式，并且可以稱作“可熔融加工的”。其它聚合物當達到某一高溫時將降解而不是熔融，并且可以稱作“不可熔融加工的”。
由可熔融加工的聚合物如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)制成的纖維，以低成本被廣泛地用于非織造業(yè)中。然而，由于高的疏水性，它們不能用于一次性個人護理吸收性制品的吸收性復合材料中，因為所述疏水性產生差的流體處理性能如不濕潤和不芯吸。
1994年1月18日授予Allen等人的美國專利5,280,079，1992年9月15日授予Allen的美國專利5,147,956，1990年10月9日授予Allen等人的美國專利4,962,172，1992年9月29日授予Le-Khac的美國專利5,151,465，和1991年11月19日授予Gupta的美國專利5,066,742都描述了吸收性纖維。然而，其中所述吸收性纖維是通過溶液紡絲法制成的。另外，用于形成纖維的水溶性聚合物是不可熔融加工的。此外，超吸短纖維是以商品名FIBERDRI購自CamelotSuperabsorbent Ltd，Calgary，Canada的異丁烯-馬來酸酐共聚物基吸收性纖維，或以商品名OASIS101購自Technical Absorbents，Grimsby，United Kingdom的聚丙烯酸鈉基吸收性纖維。這些市售的超吸纖維也是通過不可熔融加工的水溶性聚合物的溶液紡絲方法制成的。這些短纖維是由干紡法紡織纖維制成的。它們可以通過氣流鋪網法引入到吸收芯中，但是不與芯的其它組分如超吸顆粒和絨毛纖維形成鍵。該方法形成的吸收芯不是一種穩(wěn)定的結構。
需要能夠以高生產率和低成本制造的吸收性纖維，并且需要含有這些吸收性纖維的吸收性復合材料。還需要能夠表現(xiàn)出提高了的干濕整體性的穩(wěn)定的吸收性復合材料。還需要一種制備吸收性纖維和吸收性復合材料的高生產率、低成本方法。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及由可熔融加工的聚合物制成的吸收性纖維和含有該吸收性纖維的吸收性復合材料。本發(fā)明還涉及制備吸收性纖維和吸收性復合材料的方法。
在本發(fā)明的一個實施方案中，吸收性纖維包括可熔融加工的水溶性聚合物，將它熔噴，然后交聯(lián)形成水溶脹但水不溶的吸收性纖維。零載荷下，所得吸收性纖維的吸收性至少為約5克流體每克纖維(g/g)?？扇廴诩庸さ乃苄跃酆衔锟梢允欠请x子均聚物，如聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、羥丙基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、甲乙基纖維素、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺、聚乙烯醇、聚(環(huán)氧乙烷-共聚-環(huán)氧丙烷)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和它們的組合?？扇廴诩庸さ乃苄跃酆衔镞€可以是至少一種離子單體和一種非離子單體如丙烯酸鈉(目前用于市售的超吸材料)和甲基丙烯酸甲酯(目前用于市售的可熔融加工的聚合物)的共聚物。
在本發(fā)明的另一實施方案中，吸收性復合材料包括可熔融加工的水溶性聚合物和市售超吸材料，所述聚合物與親水性纖維一起熔噴(所述親水性纖維如木漿絨毛(wood pulp fluff)、棉、棉短絨、其它纖維素纖維、再生纖維素纖維、天然纖維或改性的或紡絲的短纖維(spunstaple fibers)和親水性合成纖維，如購自Allied Corporation，Morristown，New Jersey，USA的商品名為HYDROFIL的那些，和它們的組合)。聚合物交聯(lián)形成水溶脹的但水不溶的吸收性纖維。零載荷下，所得吸收性復合材料的吸收性至少為約5克液體每克纖維(g/g)，并且還可以是超吸的，在零載荷下吸收性至少為約10g/g或最高達約50g/g。上述實施方案中，可熔融加工的水溶性聚合物可以是非離子的均聚物，如聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、羥丙基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、甲乙基纖維素、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺、聚乙烯醇、聚(環(huán)氧乙烷-共聚-環(huán)氧丙烷)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和它們的組合，或者可以是至少一種離子單體和一種非離子單體如丙烯酸鈉和甲基丙烯酸甲酯的共聚物。
這兩個實施方案中，交聯(lián)劑都可以噴在熔噴纖維表面。交聯(lián)劑必須帶有至少兩個官能團，該官能團能夠與可熔融加工的聚合物表面上的官能團反應。為了引發(fā)交聯(lián)反應，需要后處理如熱處理、微波輻射、電子束輻射(e-束)、紫外線(UV)照射、蒸汽處理或蒸氣處理。
本發(fā)明還涉及制備吸收性纖維和吸收性復合材料的方法，包括將可熔融加工的水溶性聚合物熔融、擠出該聚合物、將聚合物紡成纖維、加入交聯(lián)劑和固化所得纖維的步驟。
附圖簡述

圖1是具有吸收芯的尿布的分解透視圖，所述吸收芯中含有吸收材料。
圖2A-2C表示根據本發(fā)明一個實施方案的吸收性復合材料的照片。
圖3是圖解表示用于制備本發(fā)明一實施方案中的吸收性纖維和吸收性復合材料的方法和設備。
定義該說明書的上下文中，下面的每個術語或短語將包括下面的含義。
“聚合物”包括但不限于均聚物、共聚物如嵌段、接枝、無規(guī)和交替共聚物、三元共聚物等和它們的混合物和變體。此外，除非特別限定，術語“聚合物”應當包括材料的所有可能的幾何構型。這些構型包括但不限于全同立構、間同立構和無規(guī)立構對稱。
“非織造織物或網”表示具有單個纖維或線交織結構的網，但這些纖維或線不以如針織織物那樣的規(guī)則或可識別的方式交織。非織造織物或網可以用多種方法制成，如熔噴法、紡粘法、氣流鋪網法和粘合精梳網法。非織造織物的單位重量通常用盎司每平方碼(osy)或克每平方米(gsm)表示，所用纖維直徑通常用微米表示(注，由osy轉換為gsm，是用osy乘以33.91)。
“紡粘纖維”是指小直徑纖維，它是這樣形成的，從圓形或其它形狀的噴絲板的許多細毛細管中以長絲形式熔融擠出熱塑性材料，然后通過下面專利中的方法快速降低擠出長絲的直徑，所述專利如Appel等的美國專利4,340,563，Dorschner等的美國專利3,692,618，Matsuki等的美國專利3,802,817，Kinney等的美國專利3,338,992和3,341,394，Hartmann的美國專利3,502,763，Petersen的美國專利3,502,538和Dobo等的美國專利3,542,615，所有這些專利都全部引入本文以供參考。紡粘纖維被驟冷并且當它們沉積在凝聚面上時一般不粘稠。紡粘纖維通常是連續(xù)的，一般平均直徑大于約7微米，更尤其是約10至30微米之間。
“熔噴纖維”是這樣形成的纖維，通過許多細的通常為圓形的模頭毛細管，以熔融線或長絲的形式擠出熔融的熱塑性材料，進入集中的高速熱氣流(如空氣)中，該氣流使熔融的熱塑性材料的長絲變細，減小其直徑，該直徑可以達到微纖維直徑。因此，熔噴纖維被高速氣流攜帶，并沉積在凝聚面上形成無規(guī)分散的熔噴纖維網。該方法公開在如Butin等的美國專利3,849,241中。熔噴纖維可以是連續(xù)或不連續(xù)的微纖維，直徑一般小于10微米，當沉積在凝聚面上時，一般自身粘合。用于本發(fā)明的熔噴纖維優(yōu)選長度上基本是連續(xù)的。
“共生(coform)材料”是指在形成非織造網時，將單獨的聚合物和添加劑流混入單個沉淀流中生成的產物。這種方法教導在例如Anderson等的美國專利4,100,324中，該專利被引入本文以供參考。Lau的美國專利4,818,646公開了通過擠出模頭的中央槽，引入超吸材料以及木漿絨毛、纖維素或短纖維，以與非織造網的樹脂纖維混合。加入木漿絨毛、短纖維或其它材料來改變所得網的特性，如強度和吸收性。
“紙漿纖維”是指來自天然物質如木質和非木質植物的纖維。木質植物包括例如落葉樹和松柏樹。非木質植物包括例如棉、亞麻、細莖針茅草、馬利筋屬植物、稻草、黃麻和甘蔗。
“交聯(lián)”是指有效地賦予通常水溶性的材料以基本上水不溶但水溶脹性能的任何方法。這種方法包括例如物理纏結、結晶區(qū)域、共價鍵、離子絡合和締合、親水性締合如氫鍵和疏水性締合或范德華力。
“親水性”說明通過水性液體與纖維接觸時可以被其濕潤的纖維或纖維表面。反過來，材料的濕潤程度可以用接觸角和所涉及液體和材料的表面張力來說明。適合測試具體纖維材料或纖維材料共混物的濕潤性的設備和技術可以是Cahn SFA-222 Surface Force AnalyzerSystem或基本上等價的系統(tǒng)。當用該系統(tǒng)測試時，接觸角小于90°的纖維定為“可濕潤的”或“親水的”，而接觸角大于90°的纖維定為“不可濕潤的”或“疏水的”。
“超吸材料”是指在最好的條件下，水溶脹水不溶的有機或無機物，在含有0.9wt％氯化鈉的水溶液中，該物質能夠吸收其自身重量的至少約10倍重量，優(yōu)選至少約20倍重量。超吸材料包括顆粒、纖維、非織造物、膜、共生物(coform)、印刷品、涂層、其它結構形式和它們的組合?！八苊?、水不溶”是指材料在過量水中溶脹至平衡體積但不溶于水的能力。水溶脹、水不溶材料一般保持其原始特性或物理結構，但是當吸收水時為高度膨脹的狀態(tài)。
“零載荷下的吸收性(AUZL)”是指在忽略不計的施加載荷(約0.01磅每平方英寸)下，測試1克材料1小時內可以吸收0.9wt％氯化鈉水溶液的量(以克表示)的試驗結果。
“水溶性”是指基本上溶解在過量水中形成溶液，由此失去其原始形狀并基本上以分子狀態(tài)分散在整個水溶液中的物質。按常規(guī)，水溶性材料不會含有大量的交聯(lián)，因為交聯(lián)易于使材料水不溶。“水不溶”材料是根據該定義不是水溶性的材料。
“可熔融加工”是指具有熔點的結晶的或半結晶聚合物，或具有軟化點的無定形聚合物，因此可以熱加工為不同形狀或形式，例如熔噴纖維。為了成為可熔融加工的聚合物，結晶或半結晶聚合物必須具有熔點以及合理的熱穩(wěn)定性和熔融加工性如恰當的熔融流變性。對于無定形聚合物來說，它們必須具有軟化點以及合理的熱穩(wěn)定性和熔融加工性如恰當的熔融流變性。
“溶劑”是指一種物質，尤其是液體形式的物質，它能夠溶解本發(fā)明所用聚合物形成分子水平上基本均勻分散的混合物。
術語“吸收性制品”包括但不限于尿布、運動褲、游泳衣、吸收性襯褲、嬰兒尿布、成年人失禁制品、婦女衛(wèi)生制品、醫(yī)用服裝、襯墊、繃帶、吸收性被單、和醫(yī)用擦拭用品、以及工業(yè)工作服。
在說明書的剩下部分，可以用其它語言來定義這些術語。
本發(fā)明優(yōu)選實施方案的詳述本發(fā)明涉及由可熔融加工的聚合物制成的吸收性纖維和含有該吸收性纖維的吸收性復合材料。吸收性復合材料可以用于一次性個人護理吸收性制品的吸收芯中。吸收性復合材料可以用于吸收性制品如尿布、運動褲、游泳衣、成年人失禁制品、婦女護理制品和醫(yī)用吸收性制品。本發(fā)明還涉及制備吸收性纖維和吸收性復合材料的方法。
圖1描述了一次性尿布的分解透視圖。參考圖1，一次性尿布10包括外層12、體側內襯14、和位于體側內襯14和外層12之間的吸收芯40。吸收芯40可以包括本發(fā)明的吸收性纖維或吸收性復合材料。體側內襯14和外層12由常規(guī)的非吸收性材料制成?！胺俏招浴笔侵赋颂畛溆谐鼊┑拇又猓靠瞬牧蠈?.9％氯化鈉水溶液的吸收能力不超過5g的材料。
體側內襯14由高度透過液體的材料構成。這一層的作用是將液體從穿用者轉移到吸收芯40。合適的透過液體的材料包括多孔的織造物、多孔的非織造物、帶孔的膜、開孔泡沫和棉胎。合適的體側內襯材料的其它實例包括但不限于聚烯烴纖維如聚丙烯、聚乙烯或聚酯纖維的任何柔軟多孔片材；紡粘聚丙烯、聚乙烯或聚酯纖維網；人造纖維網；合成或天然纖維或它們的組合的粘合精梳網。1999年5月18日授予Laux等的美國專利5,904,675(被引入本文以供參考)提供了合適的貯液材料的其它實例。該層還可以是多孔的塑料膜。合適的棉胎包括某些氣流形成的熱化學和化學熱物理木漿。制品10各層的大小根據穿用者的大小和形狀而改變。
外層材料12應當對水蒸汽透氣。通常，外層12的濕蒸汽透過率(MVTR)至少為約300g/m2-24小時，理想地至少為約1000g/m2-24小時，或至少為約3000g/m2-24小時，該透過率是利用INDA測試方法IST-70.4-99測試的，該測試方法被引入本文以供參考。
連接到外層12上的是腰部彈性體26、緊固帶28和腿部彈性體30。腿部彈性體30一般具有載體片材32和單個的彈性條34。圖1的尿布是一種基本尿布實施方案的一般性代表?？梢詫δ虿疾考脑O計和材料進行各種改變。
如圖1所示尿布實施方案的構成方法和材料更詳細地公開于1996年4月23日授予Hanson等的常規(guī)轉讓美國專利5,509,915中，該專利被引入本文以供參考。對圖1所示尿布可能的改變見1994年11月15日授予Latimer等的常規(guī)轉讓美國專利5,509,915和5,364,382。
根據本發(fā)明一實施方案，吸收性纖維包括可熔融加工的水溶性聚合物，它被熔噴，然后交聯(lián)形成水溶脹但水不溶吸收性纖維。合適的可熔融加工的水溶性聚合物包括非離子均聚物如聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、羥丙基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、甲乙基纖維素、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺、聚乙烯醇、聚(環(huán)氧乙烷-共聚-環(huán)氧丙烷)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和它們的組合。為了提高它們的熔融加工性，需要進行一定程度改性。這些改性包括但不限于加入低百分含量的添加劑、摻合物、和/或共聚單體。本發(fā)明所用的改性聚乙烯醇購自位于Osaka Japan的Nippon Gohsei。
盡管非離子水溶性和可熔融加工聚合物是吸收性的，但是由于大分子鏈上缺乏離子電荷基團，因此不是超吸的。目前市售的顆粒超吸材料由離子的聚丙烯酸酯制成。然而，純的離子水溶性聚合物一般是不可熔融加工的。
另一種可熔融加工的水溶性聚合物可以是離子和非離子單體的共聚物。對該共聚物合適的單體包括離子單體如丙烯酸鈉(它可購自Milwaukee，Wisconsin，USA的Aldrich Chemical Co.)和非離子單體如甲基丙烯酸甲酯(它可購自Milwaukee，Wisconsin，USA的AldrichChemical Co.)。為了得到既是水溶性的又是可熔融加工的共聚物，以干重為基準的單體比例是關鍵。優(yōu)選地，以干重為基準的單體比例為約30∶70至約70∶30?？梢愿鶕绢I域已知的常規(guī)方法聚合形成共聚物。由于離子共聚單體的加入，因此水溶性且可熔融加工的共聚物比非離子均聚物具有更高的吸收性。
不管是均聚物還是共聚物，聚合物的分子量都是重要的。為了具有高的流體吸收性，聚合物的分子量必須至少為約10,000。然而，由于熔噴設備不能處理太高的粘度，因此聚合物的分子量不能超過約1,000,000。合適的聚合物的分子量為約50,000至1,000,000之間，理想地為約100,000至1,000,000之間，或約100,000至500,000之間。
在形成纖維后，纖維仍然是水溶性的。將含有交聯(lián)劑的溶液噴在熔噴纖維表面，根據所用交聯(lián)劑的性能，在固化步驟后立即或之后形成水溶脹但水不溶纖維。合適的交聯(lián)劑可以是反應性的或潛在的。反應性交聯(lián)劑在紡絲過程會交聯(lián)纖維。潛在交聯(lián)劑不交聯(lián)纖維，通常需要一些活化能來引發(fā)交聯(lián)，例如加熱。交聯(lián)劑理想地具有兩個官能團，所述官能團能夠與可熔融加工的聚合物上的側基官能團反應。合適的交聯(lián)劑包括二醇、多元醇、二胺、多元胺、二羧酸、多元羧酸、二醛、多醛、丁二醇、二亞乙基三胺、檸檬酸、戊二醛和乙二醇二縮水甘油醚、三價或四價金屬離子，和上述物質的組合。
交聯(lián)劑上合適的官能團取決于可熔融加工的聚合物。例如，如果用聚乙烯醇作為可熔融加工的聚合物，交聯(lián)劑上合適的官能團包括羧酸基團(與聚乙烯醇上的羥基形成酯鍵)，醛基(與聚乙烯醇上的羥基形成縮醛鍵)，或環(huán)氧基(與聚乙烯醇上的羥基形成醚鍵)。然而，如果可熔融加工的聚合物具有不同類型的官能團如氨基或羧酸或其它官能團，交聯(lián)劑上合適的官能團將不同。例如，如果聚合物帶有羧酸官能團，交聯(lián)劑上合適的官能團包括羥基(與聚合物上的羧酸基團形成酯鍵)，氨基(與聚合物上的羧酸基團形成酰胺鍵)，或三價或四價金屬離子(與聚合物上的羧酸基團形成離子鍵)。
市售交聯(lián)劑的實例之一是購自位于Wilmington，Delaware的Hercules Incorporated的KYMENE。KYMENE含有能夠與聚乙烯醇上的羥基反應的官能團。KYMENE被廣泛地用于交聯(lián)纖維素纖維。然而，化學組成是有專利性的。
當使用潛在交聯(lián)劑時，為了引發(fā)交聯(lián)反應，需要后處理工序。這種后處理工序包括熱處理、微波輻射、e-束輻射、UV照射、蒸汽處理或蒸氣處理。
根據本發(fā)明另一實施方案，吸收性復合材料包括可熔融加工的水溶性聚合物，它與親水性纖維和市售超吸材料一起熔噴形成共生材料。聚合物交聯(lián)形成水溶脹但水不溶性吸收性纖維。
任何一種上述分子量為約10,000至1,000,000的均聚物或共聚物都適合作為本發(fā)明該實施方案中的可熔融加工的水溶性聚合物。
超吸材料可以是任何市售超吸材料，如超吸顆?；虺w維。市售超吸顆粒的實例包括SANWETIM 3900和SANWETIM 5000P，購自位于Portsmouth，Virginia的Hoescht Celanese；DRYTECH2035，購自位于Midland，Michigan的Dow Chemical Co.和FAVORSXM 880，SXM 9543，購自位于Greensboro，North Carolina的Stockhausen。任何上述市售超吸短纖維都適合作為超吸纖維。
親水性纖維優(yōu)選以商品名Coosa CR 1654購自位于Coosa Pine，Alabama，USA的US Alliance Forest Products Corporation的木漿絨毛。
如圖2A-2C所示，作為共生材料的所得吸收性復合材料包括該實例中由聚乙烯醇、親水性纖維該實例中為木漿絨毛38制成的吸收性纖維36和該實例中作為超吸顆粒的超吸材料39。
本發(fā)明還包括制備吸收性纖維和吸收性復合材料的方法。參考圖3，料斗50裝有可熔融加工的水溶性聚合物粒料。單或雙螺桿擠出機52通過常規(guī)加熱裝置(arrangement)熔融粒料，形成可熔融擠出的組合物，在擠出機52中旋轉的擠出機螺桿(沒有畫出)的作用下，將該組合物通過熔噴模頭54擠出?？蓴D出的組合物被送入模頭54中。模頭54和通過它的氣源通過常規(guī)裝置(沒有畫出)加熱。除了紡絲模頭直徑之外，為了控制纖維直徑還要調整氣流速度。
為了制成僅包括本發(fā)明吸收性纖維的非織造物，接著，將合有交聯(lián)劑的溶液通過用氣流60表示的噴霧器噴在氣生纖維流56上。然后吸收性纖維通過真空67直接到達包括帶66和輥68的成形線(formingwire)64上，氣流形成非織造物，然后將該非織造物干燥并通過后處理工序處理來引發(fā)交聯(lián)反應。使用成形線64下面的真空盒67可以幫助纖維在成形線64上形成均勻網。后處理可以是熱處理、微波處理、e-束輻射、UV照射、蒸汽處理或蒸氣處理。然后將非織造物纏繞，并收集到絡紗機70上。
為了制成本發(fā)明吸收性復合材料(它是共生材料)，將氣生纖維流56與包括單個的親水性纖維優(yōu)選木漿絨毛的第二氣流58合并，以便于在一個步驟中綜合不同纖維材料。將含有交聯(lián)劑的溶液通過氣流60表示的噴霧器噴在氣生纖維流56上。超吸材料可以通過輔助氣流62與親水性纖維和交聯(lián)劑同時加入。然后將集合的氣流通過真空67直接到達包括帶66和輥68的成形線64上，氣流形成共生材料。氣流可以通過常規(guī)方法如鼓風機(沒有畫出)供給。
任何上述可熔融加工的聚合物、超吸材料、親水性纖維和交聯(lián)劑都可以用于制備吸收性纖維和/或吸收性復合材料。
在形成共生材料后，將共生材料干燥，然后為了引發(fā)交聯(lián)反應而通過后處理工序進行處理。這種后處理有時稱作“固化”。這種處理可以是熱處理、微波處理、e-束輻射、UV照射、蒸汽處理或蒸氣處理中的任何一種。然后將共生材料纏繞，并收集到絡紗機70上。
當熱處理作為共生材料的后處理工序時，有時共生材料出現(xiàn)不希望的變色。例如，當包括木漿纖維的共生材料在高于140℃下加熱固化2小時以上時，由于木漿纖維的氧化，固化的共生材料具有從黃色到棕色的暗色。當熔噴纖維由聚乙烯醇制成時，也出現(xiàn)這種變色。
降低或消除變色的有效方法包括但不限于(1)通過使用催化劑或低溫可固化交聯(lián)劑來降低固化溫度；(2)利用不同的固化方法如微波輻射或e-束輻射來固化共生材料；(3)利用不同類型的可熔融加工聚合物，如羥丙基纖維素；(4)利用本身可交聯(lián)的聚合物，如硅烷接枝的聚環(huán)氧乙烷，它能夠通過濕氣的謗導而自身交聯(lián)；和(5)利用抗氧劑。
在制備共生材料過程中，在纖維紡絲期間在超吸材料/木漿絨毛/超吸纖維混合區(qū)噴水有助于提高纖維內部或超吸顆粒內部的粘合。因此，交聯(lián)劑的濃度在控制吸收性復合材料的結構和完整性上起作用。如果需要更多的水，可以制備更稀的交聯(lián)劑溶液，反之亦然。另一方面，交聯(lián)劑濃度影響交聯(lián)纖維表面的表皮厚度，濃度越稀，交聯(lián)表面的皮層越厚。
測試方法-零載荷下的吸收性零載荷下的吸收性(AUZL)是下面的測試，在忽略不計的載荷或束縛力下，測試吸收性材料吸收液體(如蒸餾水中0.9wt％氯化鈉水溶液)的能力。每種樣品稱出約0.16g熔噴網或共生盤狀物(直徑約1英寸)，并放入塑料樣品杯中。樣品杯由內徑為1英寸外徑為1.25英寸的塑料圓柱體組成。樣品杯的底部是通過下述方法將具有150微米開孔的100目金屬網粘結到圓柱體底部形成的，所述方法是將金屬網加熱到塑料的熔點以上，將塑料圓柱體壓在熱網上熔融塑料并將網粘合到塑料圓柱體上。然后將樣品用重4.4g的塑料隔盤覆蓋，該隔盤產生約0.01磅每平方英寸的壓力。將樣品杯放在裝有約25ml 0.9wt％氯化鈉溶液的Petri盤子中。1小時后，取出杯子，并放在多層紙巾上，吸干網或共生材料縫隙中的液體。將杯子移動到有干紙巾的位置繼續(xù)吸干，直到紙巾上沒有看得出的液體痕記。杯子濕與干之間的重量差表示被網或共生材料吸收的液體的總重量，用于計算AUZL。
實施例實施例1將水溶性聚乙烯醇EcomatyAX-10000(購自Nippon Gohsei，Osaka，Japan)通過Killion線(2″模頭尖梢(die tip)，0.35mm模頭，20孔/英寸，其它參數列在表1中)熔噴成連續(xù)的長絲。氣壓為4至8psi?？刂茪饬鳒囟纫员M可能地接近模頭溫度(該實施例中為412°F)，以使模頭尖梢上不發(fā)生任何冷卻或加熱作用。真空度為約8英寸水。將長絲收集到具有有孔表面的移動輸送帶上形成熔噴非織造物，該非織造物仍然是水溶性的，并以1g纖維與30g溶液的重量比，浸入86.5％甲醇、12.3％水和1.2％乙二醇二縮水甘油醚的溶液中。然后將非織造物從溶液中取出，用紙巾吸干。80℃下干燥濕的非織造物，然后在130℃下固化20小時。固化的非織造物是水溶脹但水不溶的，在0.9％NaCl鹽水中，零載荷下吸收性(AUZL)為約7.5g/g。
表1
注加熱1、加熱2和加熱3分別表示擠出機中3個區(qū)的溫度。
實施例2如表2所述制備幾個包括不同交聯(lián)劑的溶液。將實施例1中制備的聚乙烯醇非織造物分別用溶液處理，并在不同溫度下加熱固化一定時間。將固化的非織造物在鹽水中進行AUZL測試。下面表2中記錄了固化的非織造物的AUZL值和顏色。
表2
實施例3利用Killion線將聚乙烯醇熔噴成連續(xù)長絲。在接近模頭尖梢位置，將包括1.25％、2.5％或5％檸檬酸或KYMENE的溶液分別噴在纖維表面上。以50％聚乙烯醇和50％木漿絨毛的比例，還制備了含有木漿絨毛CR 1654的共生材料。聚乙烯醇纖維紡絲產量約30克每分鐘(gpm)，溶液噴灑產量約10gpm。工藝條件列在表3中。氣壓為4至8psi?？刂茪饬鳒囟纫员M可能地接近模頭溫度，以使模頭尖梢處不發(fā)生冷卻或加熱作用。真空度約8英寸水。所得非織造物在130℃烘箱中加熱長達4天。固化的非織造物完全交聯(lián)，變?yōu)樗蝗苄?。在所有固化的非織造物中再次出現(xiàn)變色。處理的非織造物的AUZL值為約7至8g/g。
表3
注加熱1、加熱2和加熱3分別表示擠出機中3個區(qū)的溫度。
實施例4將表面用5％檸檬酸或KYMENE溶液噴過并由實施例3制備的未固化非織造物在微波爐(GE Model JE1250GM，1.5kW，Vac/Hz 120/60)中，在強度1(最低檔)下處理至少10小時。微波爐的強度不能超過1，否則非織造物纖維將由于局部太高的溫度而熔融。微波處理的非織造物完全是白色的(沒有變色)，并且是水溶脹的、水不溶的。
實施例5利用Killion線將聚乙烯醇熔噴成連續(xù)長絲。在接近模頭尖梢位置，將包括5％KYMENE和0.5％表面活性劑Rhodamox LO(購自Rhone-Poulenc Inc.)的溶液噴在纖維表面上。還以48％超吸顆粒、26％聚乙烯醇和26％木漿絨毛的比例，制成既含有市售超吸顆粒RAVORSXM 880又含有木漿絨毛CR 1654的共生材料。工藝參數列在表4中。氣壓、溫度和真空度與前面實施例規(guī)定的相同。共生材料的基重為484gsm。在接近模頭尖梢位置，將包括5％KYMENE和0.5％表面活性劑Rhodamox LO的溶液噴在共生材料表面上。將共生材料在150℃下加熱固化3小時。令人驚奇的是，固化的共生側鏈幾乎沒有可能由于存在Rhodamox LO表面活性劑而出現(xiàn)的變色。在0.9％NaCl鹽水中，共生材料具有的AUZL高達23g/g。
表4
注加熱1、加熱2和加熱3分別表示擠出機中3個區(qū)的溫度。
盡管本發(fā)明所述實施方案是目前優(yōu)選的，但是在不偏離本發(fā)明精神和范圍的前提下可以作出各種改變和改進。本發(fā)明的范圍通過后面的權利要求給出，落在等同物含義內和范圍內的所有變化都將包括在內。
權利要求
1.一種吸收性纖維，包括可熔融加工的水溶性聚合物；和交聯(lián)劑；其中吸收性纖維在零載荷下的吸收性至少為約5g/g。
2.如權利要求1所述的吸收性纖維，其中聚合物包括選自聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、羥丙基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、甲乙基纖維素、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺、聚乙烯醇、聚(環(huán)氧乙烷-共聚-環(huán)氧丙烷)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和它們的組合的聚合物。
3.如權利要求1所述的吸收性纖維，其中聚合物包括共聚物。
4.如權利要求3所述的吸收性纖維，其中共聚物的至少一種單體是丙烯酸鈉。
5.如權利要求3所述的吸收性纖維，其中共聚物的至少一種單體是甲基丙烯酸甲酯。
6.如權利要求3所述的吸收性纖維，其中共聚物包括，以干重量計，第一單體與第二單體的比例為約30∶70至約70∶30。
7.如權利要求3所述的吸收性纖維，其中共聚物包括丙烯酸鈉和甲基丙烯酸甲酯。
8.如權利要求1所述的吸收性纖維，其中聚合物的分子量在約10,000至約1,000,000的范圍內。
9.如權利要求1所述的吸收性纖維，其中聚合物的分子量在約50,000至約1,000,000的范圍內。
10.如權利要求1所述的吸收性纖維，其中聚合物的分子量在約100,000至約500,000的范圍內。
11.如權利要求1所述的吸收性纖維，其中交聯(lián)劑包括至少兩個能夠與聚合物上的官能團反應的官能團。
12.如權利要求11所述的吸收性纖維，其中交聯(lián)劑的至少兩個官能團包括選自羧酸基團、環(huán)氧基團、羥基、氨基、醛基、三價金屬離子和四價金屬離子的官能團。
13.如權利要求1所述的吸收性纖維，其中交聯(lián)劑包括選自二醇、多元醇、二胺、多元胺、二羧酸、多元羧酸、二醛、多醛、丁二醇、二亞乙基三胺、乙二醇二縮水甘油醚、檸檬酸、戊二醛和它們的組合的化合物。
14.如權利要求1所述的吸收性纖維，其中交聯(lián)反應是通過選自熱處理、微波輻射、e-束照射、UV照射、蒸汽處理和蒸氣處理的處理引發(fā)的。
15.一種吸收性復合材料，包括可熔融加工的水溶性聚合物；超吸材料；親水性纖維；和交聯(lián)劑；其中吸收性復合材料零載荷下的吸收性至少為約10g/g。
16.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中超吸材料包括超吸顆粒。
17.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中超吸材料包括超吸纖維。
18.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中親水性纖維包括選自木漿絨毛、棉、棉短絨、其它纖維素纖維、再生纖維素纖維、短纖維、合成的親水性纖維和它們的組合的纖維。
19.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中聚合物包括選自聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、羥丙基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、甲乙基纖維素、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺、聚乙烯醇、聚(環(huán)氧乙烷-共聚-環(huán)氧丙烷)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和它們的組合的聚合物。
20.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中聚合物包括共聚物。
21.如權利要求20所述的吸收性復合材料，其中共聚物的至少一種單體是丙烯酸鈉。
22.如權利要求20所述的吸收性復合材料，其中共聚物的至少一種單體是甲基丙烯酸甲酯。
23.如權利要求20所述的吸收性復合材料，其中共聚物包括，以干重量計，第一單體與第二單體的比例為約30∶70至約70∶30。
24.如權利要求20所述的吸收性復合材料，其中共聚物包括丙烯酸鈉和甲基丙烯酸甲酯。
25.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中聚合物的分子量在約10,000至約1,000,000的范圍內。
26.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中聚合物的分子量在約50,000至約1,000,000的范圍內。
27.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中聚合物的分子量在約100,000至約500,000的范圍內。
28.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中交聯(lián)劑包括至少兩個能夠與聚合物上的官能團反應的官能團。
29.如權利要求28所述的吸收性復合材料，其中交聯(lián)劑的至少兩個官能團包括選自羧酸基團、環(huán)氧基團、羥基、氨基、醛基、三價金屬離子和四價金屬離子的官能團。
30.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中交聯(lián)劑包括選自二醇、多元醇、二胺、多元胺、二羧酸、多元羧酸、二醛、多醛、丁二醇、二亞乙基三胺、乙二醇二縮水甘油醚、檸檬酸、戊二醛和它們的組合的化合物。
31.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中交聯(lián)反應是通過選自熱處理、微波、e-束照射、UV照射、蒸汽處理和蒸氣處理的處理引發(fā)的。
32.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中吸收性復合材料是超吸材料。
33.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中吸收性復合材料零載荷下的吸收性為至少15g/g。
34.如權利要求15所述的吸收性復合材料，其中吸收性復合材料零載荷下的吸收性最高達約50g/g。
35.一種制備吸收性纖維的方法，包括以下步驟熔融可熔融加工的水溶性聚合物；擠出聚合物；將聚合物紡成纖維；向纖維中加入交聯(lián)劑；和固化纖維。
36.如權利要求35所述的方法，其中聚合物包括選自聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、羥丙基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、甲乙基纖維素、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺、聚乙烯醇、聚(環(huán)氧乙烷-共聚-環(huán)氧丙烷)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和它們的組合的聚合物。
37.如權利要求35所述的方法，其中聚合物包括共聚物。
38.如權利要求37所述的方法，其中共聚物的至少一種單體是丙烯酸鈉。
39.如權利要求37所述的方法，其中共聚物的至少一種單體是甲基丙烯酸甲酯。
40.如權利要求37所述的方法，其中共聚物包括，以干重量計，第一單體與第二單體的比例為約30∶70至約70∶30。
41.如權利要求37所述的方法，其中共聚物包括聚丙烯酸鈉和甲基丙烯酸甲酯。
42.如權利要求35所述的方法，其中聚合物的分子量在約10,000至約1,000,000的范圍內。
43.如權利要求35所述的方法，其中聚合物的分子量在約50,000至約1,000,000的范圍內。
44.如權利要求35所述的方法，其中聚合物的分子量在約100,000至約500,000的范圍內。
45.如權利要求35所述的方法，其中交聯(lián)劑包括至少兩個能夠與聚合物上的官能團反應的官能團。
46.如權利要求45所述的方法，其中交聯(lián)劑的至少兩個官能團包括選自羧酸基團、環(huán)氧基團、羥基、氨基、醛基、三價金屬離子和四價金屬離子的官能團。
47.如權利要求35所述的方法，其中交聯(lián)劑包括選自二醇、多元醇、二胺、多元胺、二羧酸、多元羧酸、二醛、多醛、丁二醇、二亞乙基三胺、乙二醇二縮水甘油醚、檸檬酸、戊二醛和它們的組合的化合物。
48.如權利要求35所述的方法，其中交聯(lián)反應是通過選自熱處理、微波、e-束照射、UV照射、蒸汽處理和蒸氣處理的處理引發(fā)的。
49.一種尿布，包括根據權利要求35所述的方法制備的吸收性纖維。
50.運動褲，包括根據權利要求35所述的方法制備的吸收性纖維。
51.游泳衣，包括根據權利要求35所述的方法制備的吸收性纖維。
52.一種成年人失禁衣服，包括根據權利要求35所述的方法制備的吸收性纖維。
53.一種婦女衛(wèi)生制品，包括根據權利要求35所述的方法制備的吸收性纖維。
54.一種醫(yī)用吸收性制品，包括根據權利要求35所述的方法制備的吸收性纖維。
55.一種制備吸收性復合材料的方法，包括以下步驟熔融可熔融加工的水溶性聚合物；擠出聚合物；將聚合物紡成纖維；向纖維中加入親水性纖維；向纖維中加入超吸材料；向纖維中加入交聯(lián)劑；和固化纖維。
56.如權利要求55所述的方法，其中親水性纖維包括選自木漿絨毛、棉、棉短絨、其它纖維素纖維、再生纖維素纖維、短纖維、合成的親水性纖維和它們的組合的纖維。
57.如權利要求55所述的方法，其中聚合物包括選自聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、羥丙基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、甲乙基纖維素、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺、聚乙烯醇、聚(環(huán)氧乙烷-共聚-環(huán)氧丙烷)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和它們的組合的聚合物。
58.如權利要求55所述的方法，其中聚合物包括共聚物。
59.如權利要求58所述的方法，其中共聚物的至少一種單體是丙烯酸鈉。
60.如權利要求58所述的方法，其中共聚物的至少一種單體是甲基丙烯酸甲酯。
61.如權利要求58所述的方法，其中共聚物包括，以干重量計，第一單體與第二單體的比例為約30∶70至約70∶30。
62.如權利要求58所述的方法，其中共聚物包括丙烯酸鈉和甲基丙烯酸甲酯。
63.如權利要求55所述的方法，其中聚合物的分子量在約10,000至約1,000,000的范圍內。
64.如權利要求55所述的方法，其中聚合物的分子量在約50,000至約1,000,000的范圍內。
65.如權利要求55所述的方法，其中聚合物的分子量在約100,000至約500,000的范圍內。
66.如權利要求55所述的方法，其中交聯(lián)劑包括至少兩個能夠與聚合物上的官能團反應的官能團。
67.如權利要求66所述的方法，其中交聯(lián)劑的至少兩個官能團包括選自羧酸基團、環(huán)氧基團、羥基、氨基、醛基、三價金屬離子和四價金屬離子的官能團。
68.如權利要求55所述的方法，其中交聯(lián)劑包括選自二醇、多元醇、二胺、多元胺、二羧酸、多元羧酸、二醛、多醛、丁二醇、二亞乙基三胺、乙二醇二縮水甘油醚、檸檬酸、戊二醛和它們的組合的化合物。
69.如權利要求55所述的方法，其中交聯(lián)反應是通過選自熱處理、微波、e-束照射、UV照射、蒸汽處理和蒸氣處理的處理引發(fā)的。
70.一種尿布，包括根據權利要求55所述的方法制備的吸收性復合材料。
71.運動褲，包括根據權利要求55所述的方法制備的吸收性復合材料。
72.游泳衣，包括根據權利要求55所述的方法制備的吸收性復合材料。
73.一種成年人失禁衣服，包括根據權利要求55所述的方法制備的吸收性復合材料。
74.一種婦女衛(wèi)生制品，包括根據權利要求55所述的方法制備的吸收性復合材料。
75.一種醫(yī)用吸收性制品，包括根據權利要求55所述的方法制備的吸收性復合材料。
全文摘要
由可熔融加工的聚合物制成了吸收性纖維。吸收性復合材料除了天然纖維和超吸材料之外還包括吸收性纖維。還公開了超吸纖維和吸收性復合材料的制備方法。
文檔編號A61L15/60GK1652827SQ03810300
公開日2005年8月10日 申請日期2003年3月5日 優(yōu)先權日2002年5月23日
發(fā)明者秦建, 吉姆斯·洪學·王, A·J·維斯尼斯基, 蔡復家 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司