專利名稱：無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對含水介質具有高吸收容量的產(chǎn)品生產(chǎn)，更具體涉及包括能形成水凝膠的顆粒狀超吸收聚合物的濕鋪薄網(wǎng)結構。
超吸收聚合物(SAP)是在水或其它液體中能吸收其自身重量若干倍的合成交聯(lián)聚合材料。這種材料在商業(yè)上是用作添加劑的，以增加諸如尿布、衛(wèi)生巾、手術服、一次性防塵布等的吸收性，它們也是工業(yè)應用的產(chǎn)品。
由于從1966年以來超吸收聚合物及產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)已獲得5000個以上的專利，因而證明了這些聚合物的商業(yè)意義。它們的大多數(shù)已經(jīng)有了最終的應用?，F(xiàn)今的許多研究和開發(fā)繼續(xù)針對最終的應用，包括在吸收產(chǎn)品中固定SAP。
因為超吸收聚合物是交聯(lián)的，并且在溶劑中不形成溶液，它們最常以粉狀和粒狀進行操作。
用氣流成網(wǎng)法形成無紡網(wǎng)結構時，存在著產(chǎn)品設計問題和健康問題。粉末狀超吸收聚合物在無紡網(wǎng)結構的纖維狀支承基質中有附聚的趨向，這樣便在網(wǎng)結構中產(chǎn)生不均勻的吸收容量。
制造無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品的另一方法是濕鋪法。與氣流成網(wǎng)法相同，用濕鋪法在纖維網(wǎng)形成時也有伴隨而來的問題。
在由纖維和超吸收聚合物進行濕鋪成網(wǎng)的先有技術方法中慣用的方法是將組分懸浮在含水介質中以將其送至片材成形裝置，諸如成型金屬網(wǎng)。含纖維的水分散體系常稱之為供料。
濕鋪成網(wǎng)法水介質中的超吸收聚合物還存在其它問題。超吸收聚合物懸浮在水介質中時趨于溶脹和有粘性。超吸收聚合物在濕法成網(wǎng)過程中存在的相對高的剪力下還易于破裂。懸浮體系介質常常是難于脫液的，且此后不易干燥。終產(chǎn)品趨于變硬，不能再濕到可接受的程度。
對于開拓有效方法生產(chǎn)用于一次性吸收產(chǎn)品的具有改進的組合性能的無紡纖維狀超吸收網(wǎng)一直是引起注意的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一改進的方法以生產(chǎn)濕鋪法無紡纖維狀超吸收網(wǎng)結構。
本發(fā)明的另一目的是提供密度、柔軟性和吸收容量呈現(xiàn)有利結合的新型無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點從附圖
和實施例將會變得十分明顯。
與本發(fā)明相關的背景出版物包括EP 437816和美國專利Nos.4,354,901；4,610,678；4,986,882；5,049,235；5,137,600；5,167,765；5,453,323；以及5,531,728；在此提供參考。
本發(fā)明的一個或多個目的是用下面的生產(chǎn)無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品的方法完成的，該方法包括(1)形成0.1-1wt％包括(a)平均旦數(shù)(denier)為0.1-28、平均長度約0.3-15mm的聚合物纖維、(b)平均粒度約0.1-1.0mm的形成水凝膠的粒狀超吸收聚合物(聚合物纖維與粒狀超吸收聚合物的重量比約20∶80-80∶20)和(c)約0.05-7.50摩爾I族金屬鹽溶液的組分的水漿料，(2)由漿料形成脫液的薄網(wǎng)結構，(3)干燥網(wǎng)狀結構以得到超吸收產(chǎn)品，這種超吸收產(chǎn)品具有的含水量低于約10wt％、每平方米小于約80-400克的總基重、厚度約0.5-5mm、每克超吸收產(chǎn)品約10-30克含水介質的總吸收容量和每平方厘米約1075-4500毫克的ASTM硬挺度。
本發(fā)明旨在提供一種濕鋪薄網(wǎng)結構的無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括(a)平均旦數(shù)約0.1-28、平均長度約0.3-15mm的聚合物纖維和(b)平均粒度約0.1-1.0mm的粒狀能形成水凝膠的超吸收聚合物(聚合物纖維與粒狀超吸收聚合物的重量比約為20∶80-80∶20)；其中超吸收產(chǎn)品的水含量低于紡10wt％、總基重約為每平方米80-400克、厚約0.5-5mm、總吸收容量為每克超吸收產(chǎn)品約10-30克含水介質、ASTM硬挺度為每平方厘米約1075-4500毫克。
本發(fā)明的超吸收產(chǎn)品的總基重可在每平方米約50-700克范圍內(nèi)改變，優(yōu)選的范圍為每平方米的80-400克。
本發(fā)明的超吸收產(chǎn)品是用濕鋪法提供的。濕鋪纖維網(wǎng)的技術在生產(chǎn)無紡網(wǎng)結構中被廣泛采用，在諸如US 5,531,728之類的出版物中有所敘述，適合的濕鋪法包括手工鋪網(wǎng)和利用造紙機的濕鋪法(如US 3,301,746中所述)。一般，濕鋪網(wǎng)是將纖維水漿沉積在金屬網(wǎng)篩上，將濕鋪漿料脫水形成濕網(wǎng)，然后將濕網(wǎng)干燥。
水漿料中的懸浮固體含量一般約在0.1-2wt％，基于總漿料重計算。
該方法中的含水漿料可具有的pH范圍約為2-10，優(yōu)選約3-8。
漿料的沉積可用被稱之為高位調漿箱的設備來完成。高位調漿箱有一開口用以將纖維水漿運送到金屬網(wǎng)篩上。金屬網(wǎng)篩常被稱為成型網(wǎng)(forming wire)。成型網(wǎng)可有用于干式壓板(dry lap)和其它造紙加工中所用的構造和篩目大小。優(yōu)選使用的篩目大小約70-約100(Tyler標準篩度)。
在形成網(wǎng)后，將濕網(wǎng)脫水和干燥。脫水可用吸允許箱或其它真空裝置進行。脫水后將網(wǎng)從成型網(wǎng)移至干燥織物上，它將網(wǎng)運送到干燥裝置。
干燥可用一熱鼓風干燥機或諸如吸允箱之類的真空設備來完成，網(wǎng)結構的水含量降至約10wt％以下，優(yōu)選約5wt％以下。
本發(fā)明的無紡超吸收產(chǎn)品所使用的纖維的平均旦數(shù)約為0.1-28(優(yōu)選范圍約0.5-3)、平均長度約0.3-15mm。纖維的具體類型選自能提供并適合摻入無紡超吸收產(chǎn)品的一個范圍很寬的有機和無機纖維材料的種類。
有機聚合物纖維之例是乙酸纖維素、人造纖維、諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯之類的聚酯纖維、聚氟乙烯、聚偏二氯乙烯、丙烯酸酯類、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、二組分纖維、三組分纖維及其混合物，以及其它纖維。如US 4,483,743和US 4,761,203中所述的膨脹微纖化纖維素纖維之類的高表面積纖維也是適合的。無機纖維之例是玻璃、陶瓷、硅灰石等。
在本發(fā)明無紡超吸收產(chǎn)品中采用的能形成水凝膠的超吸收聚合物一般具有原始粒度平均約0.1-.10mm。
超吸收聚合物之例是衍生自與多官能反應物交聯(lián)的乙烯基單體的聚合物。超吸收聚合物的其它種類有淀粉改性的聚丙烯酸和水解聚丙烯腈以及它們的堿金屬鹽。
超吸收聚合物在文獻中有所敘述，諸如美國專利號3,661,815；3,669,103；3,889,768；4,076,663；4,286,082；4,959,061；4,986,882；4,990,541；5,098,951；5,145,906；5,443,899，在此提供參考。
商業(yè)提供的有注冊商標的超吸收聚合物包括SANWET 1M-4500和IM-4510(Hoechst Celanese Corp.,Charlotte,N.C.)；DRYTECH520(Dow Chem.Co.,Midland,Mich.)；AQUA KEEP(Seitetsu JagakuCo.,Ltd.)；ARASORB(Arakawa Chemical Co.,)；ARIDALL 1125(Chemical Corporation)；和FAVOR(Stockhausen,Inc.)。
在本發(fā)明制備無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品的方法中，其主要方面是包含有一水溶液含量約為0.05-7.50摩爾的I族金屬。無機鹽和有機鹽都是有用的，雖然無機鹽因其一般有較高的離子濃度而保證了金屬陽離子與陰離子的離解因而是優(yōu)選的。非限制性鹽的說明例是堿金屬鹵化物，諸如氯化鈉、溴化鈉、氯化鉀和溴化鉀；堿金屬硝酸鹽，諸如硝酸鈉、硝酸鉀；以及堿金屬硫酸鹽，包括硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸氫鈉和硫酸氫鉀。堿金屬硫酸鹽是特別優(yōu)選的，因為已發(fā)現(xiàn)某些堿金屬鹵化物(例如氯化鈉)能引起加工管道(包括不銹鋼管道)產(chǎn)生銹斑。其它有利的鹽包括碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、硫酸氫鉀、磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸氫二鈉和磷酸氫二鉀、磷酸二氫鈉和磷酸二氫鉀。除堿金屬鹽外，在漿液溶液中加入銨鹽也是有用的。特別是無機銨鹽在完成本發(fā)明目的中是有用的，并且可作為可回收的廢品，例如作為化肥。有用的銨鹽的實例包括溴化銨、碘化銨、硝酸銨、硫酸銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨、磷酸銨、磷酸氫銨和磷酸二氫銨。優(yōu)選的鹽濃度為0.05-2.50摩爾。諸如氯化鈣之類的水溶性多價金屬鹽是不太理想的，因為它能使聚合物纖維和超吸收粒子形成配合物并抑制網(wǎng)狀結構的超吸收容量。
I族金屬鹽的存在在濕鋪法中起重要的作用。它在初始的水漿階段抑制超吸收聚合物的溶脹。漿液階段中的超吸收聚合物的溶脹能使加工過程失敗和/或形成不可接受的網(wǎng)結構和/或要求過量的干燥時間，如實施例所證明。
另一抑制水漿階段中超吸收聚合物溶脹的方法是將水漿的溫度維持在約0-25℃，優(yōu)選約0-10℃。
本發(fā)明方法可以選擇性地包括一網(wǎng)幅加壓步驟以增加無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品的密度。超吸收產(chǎn)品的密度最好是在約0.02-0.07克/立方厘米范圍。
本發(fā)明超吸收產(chǎn)品的拉伸強度可在約0.3-2磅斷裂負荷范圍內(nèi)變化。本發(fā)明的超吸收產(chǎn)品具有強度、柔軟性和吸收容量的最好結合。
下面的實施例是對本發(fā)明的進一步說明。其組分和具體拼料都是典型的，各種修改可出自已經(jīng)公開的內(nèi)容，均在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
A超吸收產(chǎn)品的硬挺度的測量是按ASTMD 1388-64B超吸收產(chǎn)品樣品(1×5英寸)的拉伸強度測定是用Syntech儀，使用下列條件標距長度3英寸初始速度3英寸/分鐘第二速度3英寸/分鐘拉伸強度記錄為最大負荷(斷裂前最大負荷)磅數(shù)。
C超吸收產(chǎn)品的吸收容量是在負荷下按下述步驟測定的。
用2英寸直徑的圓口模切機從超吸收片材切取6個樣品，并以爐干燥2小時。
用10克氯化鈉和去離子水制備1升鹽溶液。
將樣品固定在樣品夾中，每一樣品上放置一重量(0.5psi)。在盤中加入測定量的1.0％鹽溶液(73.4+2°F)并將各樣品置于鹽溶液中。
吸液10分鐘后，從盤中取出樣品，移去負荷。記錄各樣品吸收的鹽溶液重量。吸收重量以6個樣品的平均值計算。
實施例Ⅰ此例說明采用常規(guī)濕鋪法制備無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品。
將醋酸纖維素纖維(1.5克，1.8旦/單絲×6.35mm)、超吸收聚合物(1.5克，SANWET 1M-4510；Hoechst CelaneseCorp.)和水(20,737克)在1升的Waring實驗室混合器中混合15秒鐘。漿液混合物的pH為6左右，在約2分鐘內(nèi)有凝膠形成。將混合物傾入盛有12升水(20℃)的18升實驗室規(guī)模高位調料箱中，用手工混合后將水放出。此過程所經(jīng)歷的總時間為3分鐘左右。將預形成的網(wǎng)結構脫液。延長干燥期不能得到試驗用的可接受手抄紙。
實施例Ⅱ此便說明用本發(fā)明方法制備無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品。
按實施例Ⅰ的步驟進行，但采用鹽溶液(20,737克；5wt％NaCl)并且脫液的網(wǎng)預制物用水洗滌以除去鹽份。
用本發(fā)明方法的終產(chǎn)品具有如下的規(guī)格水含量1.98％總基重275克/平方米厚度 4.2mm(標準誤差0.222mm)ASTM硬挺度2039.2毫克/平方厘米吸收容量 24克鹽溶液/1克產(chǎn)品與用常規(guī)濕鋪法生產(chǎn)的實施例Ⅰ中的較差的超吸收產(chǎn)品比較，按本發(fā)明的實施例Ⅱ的超吸收產(chǎn)品具有優(yōu)良的強度和柔軟性，并有高的吸收容量。
實施例Ⅲ本例說明以中試規(guī)模按本發(fā)明方法制備本發(fā)明的無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品。
采用下述步驟在中試車間生產(chǎn)25英寸寬的濕鋪法超吸收產(chǎn)品。
將醋酸纖維素(29磅；1.8旦/單絲×0.25英寸)、Celbond105雙組分纖維(3磅；Hoechst Celanese)、超吸收聚合物(35磅；SANWET 1M-4510)和氧烷基化胺分散劑(100毫升；Nalco 92PE049)加入含5％鹽溶液(室溫)的1700加侖的罐中，混合物在罐中的駐留時間為45分鐘左右，罐中漿液的pH為6左右。
將傾斜式絲網(wǎng)機的傳送帶速設定在15英尺/分。脫液網(wǎng)幅在440°F下進行干燥。
用本發(fā)明方法得到的終產(chǎn)品的規(guī)格如下水含量2.02％總基重210克/平方米厚度 2.895mm(標準誤差0.203mm)ASTM硬挺度4002.1毫克/平方厘米拉伸強度 0.4磅斷裂負荷吸收容量 13克鹽溶液/每克產(chǎn)品實施例Ⅳ此例說明按本發(fā)明方法用聚酯纖維制備的本發(fā)明無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品。
按照實施例Ⅲ的步驟，采用聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維(6.5磅；MP 500°F；Hoechst Celanese)、Celbond 105纖維(25磅)、超吸收聚合物(35磅；SANWET 1M-4510)和分散劑(100毫升，MileasT,ICI Americas和100毫升Nalco PEφ49)。
此方法得到的終產(chǎn)品的規(guī)格如下水含量2.2％總基重170克/平方米厚度 1.75mm(標準誤差0.073mm)ASTM硬挺度2161毫克/平方厘米拉伸強度 0.4磅斷裂負荷吸收容量 13克鹽溶液/每克產(chǎn)品實施例Ⅴ此例說明按本發(fā)明方法的無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品的制備。
在一實驗室用混合器將醋酸纖維素纖維(總量為2.51克的1.8旦/單絲×6.35mm和1.8旦/單絲×12.7mm纖維)、超吸收聚合物(5.85 SANWET 1M-4510；Hoechst Celanese Corp.)和鹽溶液(42.6克無水硫酸鈉(Fisher Chemical)溶于991.4克蒸餾水制備1升的0.3M溶液)混合15秒鐘，將混合物傾入盛有11升水(20℃)的18升實驗室規(guī)模的高位調漿箱中，用手混合好。然后釋放水。此步驟的總經(jīng)歷時間約為3分鐘。將預成型的網(wǎng)結構加熱一延長的干燥期，得到了可接受的手抄紙并進行了測試。
本發(fā)明的終產(chǎn)品的規(guī)格如下總基重 250克/平方米總吸收率 39克鹽溶液/克產(chǎn)品離心保留容量 15克鹽溶液/克產(chǎn)品100克負荷下的吸收容量20克鹽溶液/克產(chǎn)品超吸收產(chǎn)品的總吸收率測定如下準確稱量0.200克網(wǎng)幅，將其置于6×6cm的茶袋內(nèi)，然后封好茶袋的開口并將茶袋置于0.87％鹽水的表面1分鐘，再浸入鹽水20分鐘。在此浸吸期完成后取出茶袋并將其懸掛滴流5分鐘，記錄空白茶袋和含超吸收劑的茶袋重量。
總吸收率的測定使用了3個茶袋的平均數(shù)。
超吸收產(chǎn)品的離心保留容量的測定如下將兩個測試總吸收率的茶袋和兩個空白濕茶袋放入離心籃中，使茶袋和空白茶袋互相相對放置，含樣品的茶袋不要交迭。離心開始，馬達以1400轉/分的速度快速旋轉茶袋3分鐘，停止離心，茶袋稱重。
權利要求
1．一種生產(chǎn)無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品的方法，該方法包括(1)形成包括(a)平均旦數(shù)約0.1-28、平均長度約0.3-15mm的纖維、(b)平均粒度約0.1-1.0mm的顆粒狀能形成水凝膠的超吸收聚合物和(c)I族金屬鹽的含水漿料；(2)從漿料形成脫液的薄網(wǎng)結構；(3)干燥薄網(wǎng)結構以提供超吸收產(chǎn)品。
2．權利要求1所述的方法，其中纖維選自有機和無機纖維。
3．權利要求1所述的方法，其中含水漿料的溫度約在0-25℃。
4．權利要求1所述的方法，其中所說的漿料的pH范圍約在2-10。
5．權利要求4所述的方法，其中所說的漿料的pH范圍約在3-8。
6．權利要求1所述的方法，其中I族金屬鹽是無機鹽。
7．權利要求6所述的方法，其中無機鹽是堿金屬硫酸鹽。
8．權利要求7所述的方法，其中無機鹽是硫酸鈉。
9．權利要求1所述的方法，其中纖維與顆粒狀超吸收聚合物的重量比約在20∶80-80∶20之間。
10．權利要求1所述的方法，其中纖維與顆粒狀超吸收聚合物的重量比約在20∶80-50∶50之間。
11．權利要求1所述的方法，其中I族金屬鹽以0.05-7.50摩爾的溶液濃度存在于漿料中。
12．權利要求1所述的方法，其中I族金屬鹽以0.05-2.50摩爾的溶液濃度存在于漿料中。
13．權利要求1所述的方法，其中所說的超吸收產(chǎn)品的水含量低于約10wt％，總基重約80-400克/平方米、厚度約0.5-5mm、總吸收容量約為每克超吸收產(chǎn)品10-30克含水介質、ASTM硬挺度約1075-4500毫克/平方厘米。
14．一種制備無紡濕鋪法超吸收聚合物浸漬結構的方法，該方法包括以下步驟將纖維、與所說纖維分離的超吸收聚合物和水(經(jīng)用I族金屬鹽處理以抑制超吸收聚合物溶脹)混合以形成供料；將供料脫液形成預成型結構；將預成型結構干燥以形成無紡濕鋪法超吸收聚合物浸漬結構。
15．權利要求14所述的方法，其中I族金屬鹽是無機鹽。
16．權利要求15所述的方法，其中無機鹽為堿金屬硫酸鹽。
17．權利要求16所述的方法，其中無機鹽為硫酸鈉。
18．權利要求14所述的方法，其中纖維選自有機纖維和無機纖維。
19．權利要求14所述的方法，其中纖維與超吸收聚合物的重量比約在20∶80-80∶20之間。
20．按權利要求14的方法生產(chǎn)的超吸收產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明提供了生產(chǎn)濕鋪法無紡纖維狀超吸收產(chǎn)品的改進方法,該產(chǎn)品具有強度、柔軟性和吸收容量的優(yōu)良組合。在本方法的水漿階段采用了Ⅰ族金屬鹽溶液以最大限度減少超吸收聚合物組成的溶脹。
文檔編號D21H21/14GK1220324SQ981167
公開日1999年6月23日 申請日期1998年7月31日 優(yōu)先權日1997年12月18日
發(fā)明者J·M·尤里彼德斯, S·F·尼爾森, L·C·菲利普斯 申請人:塞拉尼斯阿希德特Llc公司