專(zhuān)利名稱：超吸收劑纖維素纖維及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可在個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中使用的、具有超吸收性能的纖維素基纖維。本發(fā)明進(jìn)一步包括制造該纖維的方法?？稍诤橘|(zhì)中，在交聯(lián)劑和自由基引發(fā)劑存在下，通過(guò)在纖維素纖維上接枝水溶性烯鍵式不飽和單體，獲得本發(fā)明的纖維。
背景技術(shù)：
擬用于個(gè)人護(hù)理的吸收劑制品，如成人失禁墊、婦女護(hù)理產(chǎn)品和嬰兒尿布，通常由至少一片頂部片材、背面片材、置于頂部片材和背面片材之間的吸收劑芯，和有時(shí)置于頂部片材與吸收劑芯之間的捕獲層組成。吸收劑芯通常包括纖維材料和超吸收劑顆粒的混合物。這種超吸收劑聚合物通常能吸收并保留其自身重量10-100倍或更多的液體。因此，將超吸收劑材料引入到吸收劑產(chǎn)品內(nèi)使得可使用較少的紙漿，因此組裝較小和較薄的吸收產(chǎn)品。
超吸收劑聚合物以各種化學(xué)形式獲得，其中包括天然基聚合物和合成聚合物。天然基聚合物包括例如瓊脂、羧烷基纖維素、樹(shù)膠、果膠、羧烷基淀粉、硫酸纖維素，和淀粉丙烯腈接枝聚合物的水解產(chǎn)物。合成聚合物包括例如聚丙烯酸酯、磺化聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯基吡咯烷、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺和水解的聚丙烯酰胺。盡管這種天然基吸收劑材料已知用于個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中，但在這種產(chǎn)品中它們沒(méi)有得到廣泛使用，這是因?yàn)槠湮招阅芡ǔ５陀诤铣晌談┎牧?，如聚丙烯酸鈉的吸收性能。這些材料許多高的成本也阻礙了它們?cè)谙M(fèi)吸收劑產(chǎn)品中的使用。此外，天然基超吸收劑材料當(dāng)用液體溶脹時(shí)傾向于形成凝膠狀軟物料。這種凝膠物料在吸收劑產(chǎn)品內(nèi)的存在傾向于限制液體在吸收劑制品內(nèi)的傳輸和分布。這一現(xiàn)象稱為凝膠封鎖(block)。凝膠封鎖是指其中超吸收劑材料的顆粒在溶脹過(guò)程中變形并封鎖顆粒之間的隙間空間，從而妨礙液體流動(dòng)的狀況。一旦發(fā)生凝膠封鎖，則產(chǎn)品不可能有效地吸收隨后進(jìn)入的液體，和吸收劑制品傾向于泄漏。
與天然基吸收劑聚合物相反，合成超吸收劑聚合物常常能吸收大量的液體同時(shí)維持相對(duì)高的凝膠強(qiáng)度。因此，合成超吸收劑材料可摻入到吸收劑制品內(nèi)，同時(shí)最小化凝膠封鎖的可能性，普通的合成SAP顆粒的高凝膠強(qiáng)度(一旦溶脹時(shí))有助于它們維持顆粒之間的許多孔隙空間，這些孔隙空間有助于快速的流體吸收。然而，這種高的孔隙體積同時(shí)導(dǎo)致在處于飽和狀態(tài)下的產(chǎn)品內(nèi)增加的(顆粒之間的)隙間液體。當(dāng)隙間液體過(guò)多時(shí)，犧牲了吸收劑產(chǎn)品的再濕潤(rùn)價(jià)值或濕潤(rùn)感。
合成超吸收劑聚合物典型地以在整個(gè)吸收劑纖維素產(chǎn)品內(nèi)分布的粒狀粉末、顆?；蚶w維形式提供，以增加產(chǎn)品的吸收度。在例如美國(guó)專(zhuān)利Nos.4160059、4676784、4673402、5002814和5057166、5669894和5559335中一般性地公開(kāi)了超吸收劑顆粒。在例如美國(guó)專(zhuān)利Nos.3669103和3670731中公開(kāi)了摻入超吸收劑水凝膠的吸收劑制品如尿布。
在吸收劑產(chǎn)品中典型地使用的合成超吸收劑材料通常以兩步法制備。在第一步中，使用自由基引發(fā)劑聚合烯鍵式不飽和單體，然后在獨(dú)立的步驟中表面交聯(lián)。因此，兩步法使得該工藝在技術(shù)上困難且昂貴。
與合成超吸收劑聚合物伴隨的數(shù)種其它的缺點(diǎn)是例如不可生物降解。另外，可包含在吸收劑制品的纖維母體內(nèi)的超吸收劑材料的用量不應(yīng)當(dāng)超過(guò)一定限度。若超過(guò)這一限度，則在制造和運(yùn)輸過(guò)程中，吸收劑材料傾向于在纖維素纖維中物理地移動(dòng)。從纖維中分離超吸收劑材料降低產(chǎn)品的吸收度并減少超吸收劑材料的有效性。此外，當(dāng)超吸收劑材料的用量超過(guò)給定限度時(shí)，由于不存在顯著的液體虹吸(wicking)和所捕獲液體通過(guò)吸收劑制品的儲(chǔ)存層的分布導(dǎo)致芯可能不能起作用。此外，這種吸收劑芯還可能缺少足夠的強(qiáng)度保持其干燥的結(jié)構(gòu)、形狀和完整性。
為了克服這些問(wèn)題，研發(fā)了合成超吸收劑纖維。然而，這種纖維因數(shù)種顯著的障礙而告終，例如與纖維素纖維相比，超吸收劑纖維難以加工，它們?cè)谪?fù)載下具有差的吸收度、拉伸強(qiáng)度差，和這種纖維的成本顯著高于超吸收劑顆粒。結(jié)果，超吸收劑聚合物纖維沒(méi)有大量地用于吸收劑產(chǎn)品中。
本領(lǐng)域的其它科學(xué)家嘗試通過(guò)將超吸收劑顆粒附著在纖維上，克服超吸收劑顆粒從纖維素纖維移動(dòng)到吸收劑芯內(nèi)的問(wèn)題。在美國(guó)專(zhuān)利4410571中公開(kāi)了附著超吸收劑顆粒的方法，其中水可溶脹的吸收劑聚合物被轉(zhuǎn)化成非粒狀的固定匯合(confluent)層。通過(guò)在多羥基有機(jī)化合物如甘油、乙二醇或丙二醇等內(nèi)塑化聚合物顆粒，將其轉(zhuǎn)化成涂布的膜。超吸收劑為可在基底上發(fā)泡的非粒狀的固定形式。在這一方法中，超吸收劑聚合物的單個(gè)顆粒的本性喪失。超吸收劑材料的附聚性質(zhì)也可導(dǎo)致凝膠封鎖，其中當(dāng)水溶脹的聚合物封鎖流經(jīng)膜層的液體流過(guò)時(shí)，吸收性下降。
許多其它專(zhuān)利描述了將超吸收劑顆粒附著到纖維上的方法。實(shí)例包括美國(guó)專(zhuān)利2757150、美國(guó)專(zhuān)利4584357和美國(guó)專(zhuān)利4600462。一般來(lái)說(shuō)，將超吸收劑聚合物附著到纖維上的方法遭遇到數(shù)個(gè)障礙，其中包括在附著工藝過(guò)程中產(chǎn)生增加量的廢顆粒，和由于在運(yùn)輸過(guò)程中纖維的搬運(yùn)導(dǎo)致一些顆粒從纖維中過(guò)多地移動(dòng)。
具有超吸收劑性能的纖維形式的改性纖維素材料是本領(lǐng)域已知的，且在數(shù)篇專(zhuān)利中被公開(kāi)，例如美國(guó)專(zhuān)利No.6500947公開(kāi)了通過(guò)磺化纖維素纖維，制造纖維形式的超吸收劑聚合物的方法。在有機(jī)溶劑中，使用大比例的硫酸進(jìn)行磺化。已知纖維素纖維的主鏈在硫酸作用下經(jīng)歷水解，結(jié)果硫酸化纖維傾向于變短且微粒含量高。除此以外，硫酸化纖維當(dāng)用液體溶脹時(shí)，傾向于形成軟凝膠物料，這使得纖維不適于在擬用于身體廢物處理的吸收劑制品中使用。
仍需要超吸收劑聚合物化學(xué)附著在其上的纖維吸收劑材料，其吸收容量類(lèi)似于合成吸收劑纖維的吸收容量。還需要纖維形式的超吸收劑材料，它兼有常規(guī)超吸收劑聚合物的液體吸收容量和纖維素纖維的有利的液體分布性能的優(yōu)點(diǎn)。此外，還需要基于可生物降解和可再生的起始材料的超吸收劑纖維。
此處關(guān)于已知纖維素超吸收劑纖維的一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)及其制備方法的說(shuō)明不打算限制本發(fā)明的范圍。確實(shí)，本發(fā)明可包括以上所述的一些或所有方法和化學(xué)試劑且沒(méi)有相同的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
需要纖維素基超吸收劑纖維，其具有基于石化產(chǎn)品的常規(guī)超吸收劑纖維所提供的優(yōu)點(diǎn)。尤其需要纖維素基超吸收劑纖維，當(dāng)水合時(shí)，它不形成軟凝膠物料，具有良好的吸收性能。還需要簡(jiǎn)單、常規(guī)和廉價(jià)的制造這種纖維的方法。此外，需要提供吸收劑制品，它包括使用基于可再生農(nóng)業(yè)材料的超吸收劑纖維的吸收劑芯。
希望提供超吸收劑聚合物共價(jià)耦合到其上的纖維素纖維材料，其顯示出特別好的液體吸收和保留性能，特別是對(duì)含鹽液體。還希望提供纖維形式的超吸收劑材料，它兼有常規(guī)超吸收劑聚合物的液體吸收容量的優(yōu)點(diǎn)和纖維素纖維的液體分布性能的優(yōu)點(diǎn)。
列出本發(fā)明的實(shí)施方案，以滿足對(duì)熟練本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的這些需要和其它需要。例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案提供由可再生和可生物降解的天然產(chǎn)品制造的超吸收劑纖維，其中纖維提供與可商購(gòu)的合成超吸收劑纖維相當(dāng)?shù)脑谪?fù)載下的吸收度和凝膠強(qiáng)度。此外，本發(fā)明的超吸收劑纖維顯示出優(yōu)異的吸收速度。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及制造超吸收劑纖維素纖維的方法，其中在交聯(lián)劑存在下，含至少一個(gè)酸性基團(tuán)的烯鍵式不飽和單體接枝到在高稠度下的纖維素纖維上。這一方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案包括制備包括含至少一個(gè)酸性基團(tuán)的烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑的水溶液；使纖維素纖維和該水溶液接觸，同時(shí)，在惰性氛圍下，用自由基引發(fā)劑處理該纖維；和回收接枝的纖維素纖維。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的一個(gè)特征，提供在有效量交聯(lián)劑存在下，在纖維素纖維上接枝水溶性烯鍵式不飽和單體的方法，其中接枝效率大于約75％。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的另一特征，提供擬用于身體廢物處理的吸收劑芯和吸收劑制品，它包括本發(fā)明的超吸收劑纖維。
本發(fā)明各種實(shí)施方案的超吸收劑纖維不同于常規(guī)的合成超吸收劑纖維，在于它們基于可再生和可生物降解的原材料，和它們更加多孔。提高的孔隙度輔助降低凝膠封鎖和提高吸收速度。本發(fā)明實(shí)施方案的超吸收劑纖維還具有較高的接枝烯鍵式不飽和單體的效率，所述單體甚至在洗滌之后，保持接枝在纖維素主鏈上。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的一個(gè)特征，提供超吸收劑纖維，它包括纖維素和接枝到該纖維素上的至少一個(gè)烯鍵式不飽和單體。優(yōu)選超吸收劑纖維具有大于約75％的水溶性烯鍵式不飽和單體的接枝效率。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的另一特征，提供超吸收劑纖維，它包括纖維素和至少一個(gè)烯鍵式不飽和單體，其中超吸收劑纖維，當(dāng)摻入到吸收劑芯內(nèi)時(shí)，提供第三超吸入量(insult)捕獲時(shí)間小于約25秒的吸收劑芯。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的另一特征，提供超吸收劑纖維，它包括纖維素和至少一個(gè)烯鍵式不飽和單體，其中超吸收劑纖維的吸收保留效率為約0.65-約0.99，其中吸收保留效率用下述方程式表示吸收保留效率(％)＝在負(fù)載下的吸收度/在負(fù)載下的保留×100根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的另一特征，提供超吸收劑纖維，它包括纖維素和至少一個(gè)烯鍵式不飽和單體，其中超吸收劑纖維，當(dāng)摻入到吸收劑芯內(nèi)時(shí)，提供吸收效率為約0.56-約0.95的芯，其中吸收效率用下述方程式表示吸收效率(％)＝在負(fù)載下的吸收度/吸收容量×100根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的下述說(shuō)明，本發(fā)明這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。


圖1是在200×倍放大下絲光處理的纖維的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
圖2是在200×倍放大下本發(fā)明的超吸收劑纖維的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
圖3是在400×倍放大下本發(fā)明的超吸收劑纖維的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖2和3示出的纖維根據(jù)實(shí)施例3制備。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及超吸收劑纖維素纖維，含該纖維的吸收劑材料，和制造該纖維的方法。超吸收劑纖維素纖維優(yōu)選具有改進(jìn)的接枝效率，優(yōu)選數(shù)量級(jí)大于約75％，交聯(lián)密度小于約20％，自由溶脹度大于約10g/g合成鹽水/g纖維，和離心保留度大于約4.0g/g合成鹽水/g纖維。該方法包括在纖維素纖維上涂布含酸性基團(tuán)的烯鍵式不飽和單體，并將該纖維暴露于引發(fā)劑下，所述引發(fā)劑通過(guò)在纖維表面上生成反應(yīng)性自由基位點(diǎn)，能引發(fā)纖維表面上的接枝共聚反應(yīng)。因此自由基位點(diǎn)通過(guò)在纖維表面的反應(yīng)性位點(diǎn)處形成共價(jià)鍵，將單體接枝到纖維上。
此處和所附權(quán)利要求中使用的單數(shù)形式“一個(gè)”、“一(a，an)”和“這個(gè)，該(the)”包括復(fù)數(shù)形式，除非另有清楚地說(shuō)明。因此，例如，對(duì)“一個(gè)寄主細(xì)胞”的說(shuō)明包括多個(gè)這種寄主細(xì)胞，和對(duì)“一個(gè)抗體”的說(shuō)明是一個(gè)或多個(gè)抗體和熟練本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的等價(jià)物的說(shuō)明，等等。
此處所使用的術(shù)語(yǔ)“吸收劑服裝”、“吸收劑制品”或簡(jiǎn)單地“制品”或“服裝”是指吸收且容納體液和其它身體滲出液的構(gòu)置。更具體地說(shuō)，這些術(shù)語(yǔ)是指貼著穿戴者身體或者與其相鄰放置以吸收并容納從身體中排出的各種滲出液的服裝。吸收劑服裝的非窮舉列舉的實(shí)例包括尿布、尿布覆蓋物、可棄置的尿布、訓(xùn)練褲、婦女衛(wèi)生產(chǎn)品和成人失禁產(chǎn)品。這種服裝可在一次使用之后棄置或者部分棄置(“可棄置”服裝)。這種服裝可包括基本上單一的不可分離的結(jié)構(gòu)(“一體”服裝)或者它們可包括可更換的插入物或其它可互換的部件。
本發(fā)明可毫無(wú)限制地與所有前述種類(lèi)的吸收劑服裝一起使用，不管是可棄置還是其它的。此處所述的一些實(shí)施方案提供嬰兒尿布作為例舉的結(jié)構(gòu)，然而，這不打算限制要求保護(hù)的發(fā)明范圍。要理解本發(fā)明毫無(wú)限制地囊括所有種類(lèi)和類(lèi)型的吸收劑服裝，其中包括此處所述的那些。
術(shù)語(yǔ)“組件”可以指代，但不限于，所指定的選擇區(qū)域，如邊緣、角落、側(cè)面等；結(jié)構(gòu)元件，如彈性長(zhǎng)條、吸收劑墊、可拉伸層或板，材料層等。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“布置”，和措辭“置于......之上”、“置于......上方”、“置于......之下”和“置于......中”、“置于......之間”和各種變體擬指一個(gè)元件可與另一元件構(gòu)成整體，或者一個(gè)元件可以是粘結(jié)到另一元件上或者與其一起放置或者相鄰放置的獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。因此，“置于”吸收劑服裝元件上的組件，可形成或者直接或間接施加到該元件表面上，形成或者施加在多層元件的各層之間，形成或者施加到與該元件一起放置或者相鄰放置的基底上，形成或施加到元件的一層內(nèi)或者另一基底內(nèi)，或者上述的其它變體或其結(jié)合。
在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“頂部片材”和“背面片材”表示這些材料或?qū)酉鄬?duì)于吸收劑芯的關(guān)系。要理解，額外的層可存在于吸收劑芯和頂部片材與背面片材之間，和額外的層和其它材料可存在于吸收劑芯上的與頂部片材或背面片材相對(duì)的一側(cè)上。
本發(fā)明涉及可在吸收劑制品中使用的超吸收劑纖維素纖維，和尤其在形成吸收劑制品內(nèi)的吸收劑芯或捕獲層中有用的超吸收劑纖維素纖維。吸收劑制品的特殊結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)不是關(guān)鍵的，和任何吸收劑制品可受益于本發(fā)明。在例如美國(guó)專(zhuān)利Nos.5281207和6068620中公開(kāi)了合適的吸收劑服裝，每一篇公開(kāi)的內(nèi)容，其中包括各自的各幅附圖在此通過(guò)參考全文引入。熟練本領(lǐng)域的技術(shù)人員在利用此處提供的教導(dǎo)的情況下，能在吸收劑服裝、芯、捕獲層等中使用本發(fā)明的超吸收劑纖維。
本發(fā)明的超吸收劑纖維素纖維優(yōu)選具有在吸收劑制品內(nèi)所需的特征。例如，超吸收劑纖維優(yōu)選接枝效率大于約75％，更優(yōu)選大于約85％，和最優(yōu)選大于約95％。接枝效率是烯鍵式不飽和單體接枝到纖維素材料上的效率的量度。本發(fā)明的超吸收劑纖維還優(yōu)選具有小于約20％的交聯(lián)密度。
本發(fā)明的超吸收劑纖維也可在吸收劑芯中使用，其方式使得吸收劑芯具有小于約25秒的超吸入量捕獲時(shí)間。優(yōu)選地，含本發(fā)明超吸收劑纖維的吸收劑芯具有小于約22.5秒的第三超吸入量捕獲時(shí)間，更優(yōu)選小于約20秒的超吸入量捕獲時(shí)間，甚至更優(yōu)選小于約19秒，甚至更優(yōu)選小于約16.5秒，和最優(yōu)選小于約15秒。
本發(fā)明的超吸收劑纖維還優(yōu)選具有約0.65-約0.99的吸收保留效率，其中吸收保留效率用下述方程式表示吸收保留效率(％)＝在負(fù)載下的吸收度/在負(fù)載下的保留×100優(yōu)選地，吸收保留效率為約0.70-約0.99，更優(yōu)選約0.75-約0.98，和最優(yōu)選約0.8-約0.96。
本發(fā)明的超吸收劑纖維還可在吸收劑芯中使用，其方式使得吸收劑芯的吸收效率為約0.56-約0.95，其中吸收效率用下述方程式表示吸收效率(％)＝在負(fù)載下的吸收度/吸收容量×100優(yōu)選地，吸收效率為約0.57-約0.90，更優(yōu)選約0.57-約0.80，和最優(yōu)選約0.58-約0.75。
本發(fā)明的超吸收劑纖維素纖維還優(yōu)選具有大于約4g合成鹽水/g纖維(下文“g/g”)的離心保留容量，和優(yōu)選大于約6g/g。離心保留容量測(cè)量在離心力作用下纖維保留流體的能力。另外，超吸收劑纖維素纖維具有所需的性能，如自由溶脹度大于約10g/g。自由溶脹度測(cè)量在沒(méi)有進(jìn)行抑制或限制壓力的情況下纖維吸收流體的能力。優(yōu)選通過(guò)此處所述的Teabag方法測(cè)量自由溶脹度。根據(jù)實(shí)施例中更詳細(xì)地描述的工序測(cè)定本發(fā)明的超吸收劑纖維素纖維的特定特征。
根據(jù)本發(fā)明制造的纖維素纖維優(yōu)選具有與由其衍生的纖維素纖維相同的纖維結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明的纖維是水可溶脹、水不溶性的，具有高的吸收度，高的吸收速度，和高的膨脹速度。優(yōu)選通過(guò)包括下述的方法制備本發(fā)明的纖維纖維在烯鍵式不飽和單體，和優(yōu)選含有至少一個(gè)酸性基團(tuán)的烯鍵式不飽和單體的水溶液內(nèi)懸浮。懸浮液還優(yōu)選包括交聯(lián)劑或交聯(lián)劑的混合物。在一起混合以上所述的組分之后，優(yōu)選壓制纖維，以除去過(guò)量的溶液，并提供大于15％的稠度。然后可通過(guò)用自由基引發(fā)劑，優(yōu)選在去氧氛圍內(nèi)，處理纖維素纖維，從而接枝聚合該纖維素纖維。
此處所使用的術(shù)語(yǔ)“稠度”是指在混合物內(nèi)纖維素纖維的濃度。正因?yàn)槿绱?，稠度表示存在于混合物中的纖維素纖維的重量除以混合物的總重量乘以100。此處以wt％形式列出稠度。
與已知的方法相比，本發(fā)明的方法導(dǎo)致許多優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明的方法使得可使用小量的水(即高稠度)生產(chǎn)接枝纖維素纖維。另外，在本發(fā)明最優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法使得可在大于95％的接枝效率下接枝水溶性單體如丙烯酸。此處所使用的術(shù)語(yǔ)“接枝效率”是指在接枝之后，不可能從纖維中洗出的烯鍵式不飽和單體的重量百分?jǐn)?shù)。正因?yàn)槿绱?，根?jù)下述方程式測(cè)量接枝效率％接枝效率＝(接枝纖維的干重-起始纖維的干重)/烯鍵式不飽和單體的重量×100形成本發(fā)明的高吸收性纖維所使用的合適的纖維素纖維包括主要衍生于木漿的那些?？捎扇魏纬Ｒ?guī)的化學(xué)方法，例如Kraft和亞硫酸鹽法，且有或無(wú)隨后的漂白的情況下獲得合適的木漿。優(yōu)選的纖維是從各種軟木木漿中獲得的那些，如美國(guó)長(zhǎng)葉松、白干松、加勒比松樹(shù)、西部鐵杉、各種云杉(例如美國(guó)西加云杉)、黃杉屬或混合物及其結(jié)合。也可在本發(fā)明中使用由硬木木漿資源如樹(shù)膠、槭樹(shù)、櫟樹(shù)、桉樹(shù)、楊樹(shù)、櫸樹(shù)和山楊，或混合物及其結(jié)合獲得的纖維。也可在本發(fā)明中使用衍生于籽棉絨、甘蔗渣、搶麻(kemp)、亞麻和草的其它纖維素纖維。纖維可由兩種或多種上述纖維素紙漿產(chǎn)品的混合物組成。形成本發(fā)明的超吸收劑纖維使用的特別優(yōu)選的纖維是衍生于由Kraft和亞硫酸鹽造漿法制備的木漿的那些。
在本發(fā)明另一方面中，在本發(fā)明中使用的合適纖維包括精制和堿處理的纖維素纖維或“絲光處理的纖維”。圖1示出了在200×放大下絲光處理的纖維的掃描電子顯微(SEM)照片?？赏ㄟ^(guò)本領(lǐng)域已知的任何方法，如在Cellulose and Cellulose Derivatives，Vol.V，Partl，Ott，Spurlin，和Grafllin，eds.，Interscience Publisher(1954)中所述的那些，進(jìn)行堿處理?？赏ㄟ^(guò)在堿金屬的水溶液，如氫氧化鈉中混合紙漿，洗滌，中和或洗滌并中和，和任選地干燥紙漿，從而進(jìn)行紙漿的堿處理。
在堿處理中所使用的苛性堿充當(dāng)提取在紙漿化和漂白工藝之后可殘留在紙漿上的殘?jiān)缒举|(zhì)素和半纖維素等的作用。另外，用特定濃度的苛性堿溶液處理能將纖維素從其天然結(jié)構(gòu)形式，纖維素I轉(zhuǎn)化成其中羥基更易接近化學(xué)品的熱動(dòng)力學(xué)更加穩(wěn)定和較少結(jié)晶形式的纖維素II。
適合于苛性堿處理的試劑包括，但不限于，堿金屬氫氧化物，如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣和氫氧化銣，氫氧化鋰，和芐基三甲基氫氧化銨。氫氧化鈉是在苛性堿處理中使用的特別優(yōu)選的試劑，以便產(chǎn)生適合于形成本發(fā)明的超吸收劑纖維素纖維的纖維素纖維。基于溶液的重量，優(yōu)選用含約4-約30wt％，更優(yōu)選約6-約20％，和最優(yōu)選約12-約16wt％的氫氧化鈉(或者任何其它合適的苛性堿材料)的水溶液處理紙漿?？稍谄?、純化和干燥之中或之后進(jìn)行堿處理。優(yōu)選地，在漂白和/或干燥工藝期間進(jìn)行堿處理。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在室溫或接近室溫下進(jìn)行堿處理。熟練本領(lǐng)域的技術(shù)人員能使用此處提供的教導(dǎo)，在合適的溫度下用苛性堿處理纖維。在苛性堿提取之后，纖維素纖維可以是任何純度，和優(yōu)選具有含大于65wt％α-纖維素的高纖維素純度。
適合于在本發(fā)明中使用的可商購(gòu)的苛性堿提取的紙漿包括，例如獲自Rayonier Performance Fibers Division(Jesup，GA)的Porosanier-J-HP，獲自Buckeye Technologies(Perry，F(xiàn)L)的Buckeye′s HPZ，和獲自Weyerhaeuser公司(Federal Way，WA)的TRUCELL。
應(yīng)當(dāng)優(yōu)選選擇本發(fā)明的烯鍵式不飽和單體，以便實(shí)現(xiàn)所需的接枝聚合反應(yīng)和能提供具有所需性能的纖維。優(yōu)選地，適合于在本發(fā)明中使用的烯鍵式不飽和單體是含有下式的部分
并經(jīng)歷自由基聚合的那些單體。更具體地說(shuō)，烯鍵式不飽和單體可包括丙烯酸單體、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯腈、乙烯基取代的雜環(huán)化合物或其混合物。
在本發(fā)明中，優(yōu)選烯鍵式不飽和單體含有至少一個(gè)酸性基團(tuán)。合適的含有至少一個(gè)酸性基團(tuán)的烯鍵式不飽和單體是具有下面通式的丙烯酸單體 其中R表示氫、甲基或乙基。特別優(yōu)選的烯鍵式不飽和單體包括例如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯代丙烯酸、α-氰基丙烯酸、乙烯基磺酸、丙烯酰胺基丙磺酸、巴豆酸、α-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、異巴豆酸、衣康酸、堿金屬鹽和銨鹽及其混合物。
烯鍵式不飽和單體可進(jìn)一步包括丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺部分。這種單體也是熟練本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，和包括諸如丙烯酸胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、雙丙酮丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺，相應(yīng)的甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸及其鹽、乙烯基磷酸及其鹽之類(lèi)的具體化合物。丙烯腈也適合用作烯鍵式不飽和單體。
更優(yōu)選的烯鍵式不飽和單體包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯代丙烯酸、α-氰基丙烯酸、巴豆酸、α-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、異巴豆酸及其堿金屬鹽和銨鹽；衣康酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸及其鹽。
特別優(yōu)選的丙烯酸類(lèi)單體是丙烯酸、甲基丙烯酸。它們各自的鹽形式如堿金屬或銨鹽，及其混合物。
為了改進(jìn)纖維的性能，優(yōu)選使用能與親水烯鍵式不飽和單體共聚的額外的疏水烯鍵式不飽和單體?？蓪⑦@些疏水單體以約0-約20wt％，優(yōu)選不大于約15％，更優(yōu)選不大于約10％，和最優(yōu)選不大于約5％的用量范圍加入到反應(yīng)混合物中。適合在本發(fā)明中使用的疏水單體的實(shí)例包括，但不限于，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸苯氧基乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸縮水甘油酯、乙二醇二丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯、四甘醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、雙酚A二甲基丙烯酸酯及其混合物。
本發(fā)明使用的優(yōu)選丙烯酸酯單體包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、及其混合物。
可在與纖維混合之前，使用未被中和或者已中和或者部分中和的酸單體，進(jìn)行接枝。優(yōu)選地，在接枝工藝中所使用的酸單體沒(méi)有被中和。盡管不打算受到任何理論的束縛，但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，中和的丙烯酸顯示出較低的接枝傾向并導(dǎo)致具有較低接枝效率的產(chǎn)品。若烯鍵式不飽和單體被中和，則優(yōu)選通過(guò)使含水單體與用量足以中和約20至約95％存在于酸單體內(nèi)的酸基團(tuán)的堿性材料接觸，從而實(shí)現(xiàn)中和。優(yōu)選地，堿性材料的用量足以中和約40％至約85％，和最優(yōu)選約55％至約75％存在于酸單體內(nèi)的酸基團(tuán)。
可用于中和單體中的酸基團(tuán)的化合物典型地為在沒(méi)有有害地影響聚合工藝的情況下足以中和酸性基團(tuán)的那些。這種化合物的實(shí)例包括堿金屬氫氧化物，和堿金屬碳酸鹽和碳酸氫鹽。優(yōu)選地，使用鈉或鉀的氫氧化物或碳酸鹽中和單體。在測(cè)定所需的中和度時(shí)，典型地要求仔細(xì)以確保所得接枝纖維(所述接枝纖維將與待吸收的含水流體接觸或者分散在其內(nèi))的pH維持在纖維所打算應(yīng)用的合適范圍內(nèi)。優(yōu)選地，使用未中和的單體進(jìn)行接枝，然后中和，這是本領(lǐng)域已知的。
存在于反應(yīng)混合物內(nèi)的單體量可以是適合于形成具有超吸收性能、以及此處所述的其它所需性能的任何量。優(yōu)選基于反應(yīng)物的總重量計(jì)，本發(fā)明所使用的單體量在約5％-約50wt％范圍內(nèi)。優(yōu)選基于反應(yīng)物的總重量，本發(fā)明所使用的單體量在約10％-約50wt％范圍內(nèi)，和更優(yōu)選約15％-40wt％。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在自由基引發(fā)劑存在下，用烯鍵式不飽和單體接枝纖維素纖維。本發(fā)明中使用的合適的自由基引發(fā)劑包括例如，水溶性過(guò)硫酸鹽，如過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鈉和其它堿金屬過(guò)硫酸鹽，過(guò)氧化氫，硝酸鈰銨，和可使用水溶性偶氮化合物，如2，2′-偶氮雙(2-脒基丙烷)鹽酸鹽。這些引發(fā)劑中的一些，如過(guò)氧化氫可與還原物質(zhì)如鐵、亞硫酸鹽或胺結(jié)合，形成引發(fā)接枝反應(yīng)所需的已知氧化還原類(lèi)型的引發(fā)劑。這些引發(fā)劑可以以其中兩種或多種的混合物形式使用。過(guò)硫酸鹽和硝酸鈰銨是特別優(yōu)選用于本發(fā)明的引發(fā)劑。
基于纖維素纖維和烯鍵式不飽和單體的總重量，所使用的引發(fā)劑的總量可以是從約0.01-約1.0wt％，優(yōu)選約0.01-約0.5wt％范圍內(nèi)的任何值。
為了增加在負(fù)載下纖維的吸收度和最小化形成均聚物，優(yōu)選在交聯(lián)劑存在下，使纖維素纖維與烯鍵式不飽和單體反應(yīng)。優(yōu)選地，纖維具有小于約15％，更優(yōu)選小于10％，和最優(yōu)選介于0.05％至5％的交聯(lián)密度(它涉及交聯(lián)的程度或者發(fā)生了多少交聯(lián))。
交聯(lián)劑優(yōu)選以有效地使水溶性烯鍵式不飽和單體和纖維素纖維共價(jià)交聯(lián)的用量存在?？苫谖杖萘康乃璩潭群退鑿?qiáng)度以保留所吸收的流體(即在負(fù)載下的所需吸收度(AUL))，來(lái)決定交聯(lián)劑的優(yōu)選用量。可以以提供纖維此處所述的所需交聯(lián)密度的用量使用交聯(lián)劑。優(yōu)選地，基于單體和纖維的總重量，以約0.05-約5wt％的用量范圍使用交聯(lián)劑。更優(yōu)選，基于單體和纖維的總重量，交聯(lián)劑的用量范圍為約0.1-約1wt％。通常若交聯(lián)劑的使用量超過(guò)約5wt％，則所得纖維可能具有太高的交聯(lián)密度，和可顯示出降低的吸收容量和增加的強(qiáng)度以保留所吸收的流體。另一方面，若交聯(lián)劑的使用量小于約0.05wt％，則接枝的纖維具有太低的交聯(lián)密度，和當(dāng)與待吸收的流體接觸時(shí)，可變得發(fā)粘和顯示出較低的起始吸收速度和較低的在負(fù)載下的吸收度。使用此處提供的教導(dǎo)，熟練本領(lǐng)域的技術(shù)人員能決定本發(fā)明中使用的交聯(lián)劑的合適用量。
可在交聯(lián)劑存在下，通過(guò)使纖維素纖維與水溶性烯鍵式不飽和單體反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)所需的交聯(lián)。適合在本發(fā)明中使用的交聯(lián)劑包括具有能在自由基引發(fā)劑存在下聚合的多官能團(tuán)的那些交聯(lián)劑，或者能使相鄰單體的羧基和羥基同時(shí)反應(yīng)的那些交聯(lián)劑。
適合在本發(fā)明中使用的多官能團(tuán)交聯(lián)劑選自下述乙二醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、三羥甲基丙烷和季戊四醇的二丙烯酸酯和二甲基丙烯酸酯；三羥甲基丙烷和季戊四醇的三丙烯酸酯和三甲基丙烯酸酯；高度乙氧化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯；季戊四醇的四丙烯酸酯和四甲基丙烯酸酯；甲基丙烯酸烯丙酯；和四烯丙基氧基乙烷；雙丙烯酰胺，例如N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺、N，N′-亞乙基雙甲基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、N-羥甲基甲基丙烯酰胺；環(huán)氧丙烯酸酯，例如縮水甘油基丙烯酸酯、縮水甘油基甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸3-(丙烯酰氧基)-2-羥丙酯、乙二醇二丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、三甘醇三丙烯酸酯、1，1，1-三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油丙氧基三丙烯酸酯和三甘油三丙烯酸酯；烯丙基胺，例如二和三烯丙基胺；聚環(huán)氧化物，例如聚縮水甘油醚，例如乙二醇二縮水甘油醚、甘油三縮水甘油醚、甘油二縮水甘油醚、甘油丙氧化三縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇縮水甘油醚、1，4-環(huán)己醇二甲醇二縮水甘油醚、二縮水甘油基1，2-環(huán)己烷二羧酸酯、N，N-二縮水甘油基苯胺、N，N-二縮水甘油基-4-縮水甘油基氧基苯胺和二縮水甘油基1，2，3，4-四氫鄰苯二甲酸酯；環(huán)氧硅烷，其中包括環(huán)氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷、環(huán)氧丙氧基甲基三乙氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基乙基三甲氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基乙基三乙氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基乙基三甲氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基乙基三乙氧基硅烷、3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-環(huán)氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、4-環(huán)氧丙氧基丁基三甲氧基硅烷、4-環(huán)氧丙氧基丁基三乙氧基硅烷、3-環(huán)氧丙氧基丁基三甲氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基丁基三甲氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基丁基三乙氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基丁基三甲氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基丁基三乙氧基硅烷、(3，4-環(huán)氧基環(huán)己基)甲基三甲氧基硅烷、(3，4-環(huán)氧基環(huán)己基)甲基三乙氧基硅烷、環(huán)氧丙氧基甲基甲基二甲氧基硅烷、環(huán)氧丙氧基甲基甲基二乙氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基乙基甲基二甲氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基乙基甲基二乙氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基乙基甲基二甲氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基乙基甲基二乙氧基硅烷、3-環(huán)氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-環(huán)氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、4-環(huán)氧丙氧基丁基甲基二甲氧基硅烷、4-環(huán)氧丙氧基丁基甲基二乙氧基硅烷、3-環(huán)氧丙氧基丁基甲基二甲氧基硅烷、3-環(huán)氧丙氧基丁基甲基二乙氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基丁基甲基二甲氧基硅烷、2-環(huán)氧丙氧基丁基甲基二乙氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基丁基甲基二甲氧基硅烷、1-環(huán)氧丙氧基丁基甲基二乙氧基硅烷、(3，4-環(huán)氧基環(huán)己基)甲基甲基二甲氧基硅烷、和(3，4-環(huán)氧基環(huán)己基)甲基甲基二乙氧基硅烷；甲基丙烯酰氧基或丙烯酰氧基硅烷，其中包括2-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、2-丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三(甲氧基乙氧基)甲氧基硅烷；氨基硅烷，其中包括具有氨基的(烷基)烷氧基硅烷，如3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-2-(氨乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-2-(氨乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基烷基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氧基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(環(huán)己基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷和1，2-雙[N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基]-1，1，2，2-四甲基二硅氧烷。
也可使用這些交聯(lián)劑的混合物和/或共混物。
盡管交聯(lián)劑典型地可溶于烯鍵式不飽和單體的水溶液內(nèi)，但在沒(méi)有消極隱含含義的情況下，交聯(lián)劑可分散在這種溶液內(nèi)。在美國(guó)專(zhuān)利No.4833222中公開(kāi)了這種分散劑的用途，其公開(kāi)內(nèi)容在此通過(guò)參考全文引入。合適的分散劑包括羧甲基纖維素、甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇及其混合物。基于烯鍵式不飽和單體和纖維的總重量計(jì)，通常以介于約0.005至約0.1wt％的濃度提供這種分散劑。
在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，可通過(guò)各種方法制備本發(fā)明的纖維素基超吸收劑纖維。在一種方法中，將纖維素纖維以約6.0％的稠度，優(yōu)選以約4％的稠度浸漬在烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑的過(guò)量溶液內(nèi)。在攪拌約10分鐘，優(yōu)選20分鐘，和最優(yōu)選30分鐘之后，通過(guò)本領(lǐng)域已知的任何方式除去過(guò)量溶液。優(yōu)選地，通過(guò)抽濾或離心除去過(guò)量溶液，獲得稠度在約15％-約35％范圍內(nèi)的纖維?？赏ㄟ^(guò)使用單體和交聯(lián)劑的水溶液，其濃度為基于纖維吸液率提供在纖維上所需的wt％單體和交聯(lián)劑，從而實(shí)現(xiàn)纖維上所需的wt％單體和交聯(lián)劑。使用此處所提供的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員能利用合適量的單體和交聯(lián)劑，并使它們接觸足夠的時(shí)間段以實(shí)現(xiàn)所需的性能。
已發(fā)現(xiàn)，存在于反應(yīng)混合物內(nèi)的水量可影響接枝效率。例如，已發(fā)現(xiàn)，在高稠度下進(jìn)行接枝方法導(dǎo)致高的接枝效率，其數(shù)量級(jí)大于75％，優(yōu)選大于80％，和更優(yōu)選大于90％，和最優(yōu)選大于95％。
優(yōu)選地，在水存在下進(jìn)行接枝反應(yīng)，然而，可使用其它溶劑，其中包括冰醋酸和類(lèi)似物。熟練的技術(shù)人員在使用此處提供的教導(dǎo)的情況下，能進(jìn)行此處所述的接枝反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)超吸收劑纖維所需的接枝效率和其它所需性能(例如，捕獲時(shí)間、吸收效率等)。
然后可將浸漬纖維引入到配有攪拌且可在惰性氛圍下進(jìn)行反應(yīng)的方式構(gòu)造的反應(yīng)容器內(nèi)。合適的反應(yīng)容器包括，例如高Parr反應(yīng)器(水平或垂直)、反應(yīng)釜、曲拐式刀片(blade)、帶狀刀片、銷(xiāo)式刀片(pin blade)等。優(yōu)選的反應(yīng)容器包括具有玻璃或不銹鋼表面的那些。在反應(yīng)器內(nèi)部的空氣被惰性氛圍置換之后，優(yōu)選將自由基引發(fā)劑溶液藉助Teflon管道逐滴加入或者注射到纖維、交聯(lián)劑和烯鍵式不飽和單體的混合物內(nèi)。當(dāng)在高Parr反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行接枝時(shí)，優(yōu)選通過(guò)真空使反應(yīng)混合物脫氣。
在另一實(shí)施方案中，纖維素纖維可如前所述浸漬在烯鍵式不飽和單體和在水中具有相對(duì)高溶解度的含鹽的交聯(lián)劑的水溶液內(nèi)。優(yōu)選地，基于溶液的總重量，鹽濃度為約5wt％，更優(yōu)選約10％，和最優(yōu)選約20wt％。因此，基于溶液的總重量，鹽濃度可以是約5-約20wt％的任何濃度。在接枝方法內(nèi)包括鹽使得可在低稠度下進(jìn)行接枝共聚且沒(méi)有犧牲接枝效率。稠度可以低至5％，和優(yōu)選稠度介于約5至約10％。在本發(fā)明中使用的合適的成鹽劑包括，但不限于鈉、鉀和銨鹽。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，可將含濕量不大于50％的從未干燥的纖維素纖維引入到反應(yīng)器內(nèi)，并將單體的水溶液噴灑在纖維上。烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑優(yōu)選加入到纖維素纖維上，其用量提供具有此處所述的所需性能的纖維。優(yōu)選地，將烯鍵式不飽和單體加入到溶液內(nèi)，其濃度提供纖維素纖維約15％-約30％范圍內(nèi)的稠度。優(yōu)選地，鹽包括在溶液內(nèi)，和基于溶液的總重量，鹽濃度可以是約5wt％-約20wt％內(nèi)的任何值。當(dāng)包括鹽時(shí)，稠度可以是約5％-約30％內(nèi)的任何值。在單體溶液加入到纖維素纖維中之后，可從反應(yīng)器中除去空氣，然后可添加自由基引發(fā)劑溶液。在另一實(shí)施方案中，在施加含烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑的溶液之前，施加含自由基引發(fā)劑的溶液。
優(yōu)選地，在用自由基引發(fā)劑處理之前，將纖維素纖維懸浮在烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑的過(guò)量溶液內(nèi)。這種處理產(chǎn)生單體的均勻分布并提供單體在纖維素晶體區(qū)域內(nèi)較好的滲透和促進(jìn)接枝反應(yīng)。
反應(yīng)溫度以及反應(yīng)時(shí)間段部分地取決于所使用的自由基引發(fā)劑，和本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員使用此處提供的教導(dǎo)，能決定合適的反應(yīng)溫度和時(shí)間。例如，引發(fā)劑如硝酸鈰銨典型地不要求加熱生成自由基，因此反應(yīng)可在室溫下進(jìn)行。優(yōu)選地，接枝聚合反應(yīng)在約20-約40℃范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行。作為額外的實(shí)例，當(dāng)使用過(guò)硫酸鹽引發(fā)劑時(shí)，反應(yīng)優(yōu)選在約50℃和約80℃范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行。反應(yīng)優(yōu)選進(jìn)行一段時(shí)間直到殘留的單體含量低于固體總重量的5wt％。在本發(fā)明的上下文中，反應(yīng)完成所要求的時(shí)間，一般來(lái)說(shuō)可以是約30分鐘-約120分鐘范圍內(nèi)的任何值。
反應(yīng)優(yōu)選在惰性氣體如氮?dú)?、氬氣、氦氣、氖氣和二氧化碳等的環(huán)境大氣壓下進(jìn)行。然而，也可在壓力推動(dòng)下進(jìn)行反應(yīng)或者任選地在壓力推動(dòng)下進(jìn)行反應(yīng)。優(yōu)選地，壓力小于150psi，更優(yōu)選小于100psi，甚至更優(yōu)選小于80psi，和最優(yōu)選小于50psi。壓力通常可以是約1psi-150psi的任何值。
在除去為延長(zhǎng)單體儲(chǔ)存期與單體包括在一起的任何抑制劑的情況下，可加速反應(yīng)。然而，通常不需要除去包含在單體內(nèi)的抑制劑。
在反應(yīng)完成之后，可從反應(yīng)器中取出接枝纖維，并使用可在沒(méi)有對(duì)纖維性能具有有害影響的情況下，用于中和單體酸性基團(tuán)的化合物，中和到范圍為約4-約8范圍內(nèi)的pH。這種化合物的實(shí)例包括堿金屬氫氧化物，堿金屬碳酸鹽，和堿金屬碳酸氫鹽，氫氧化銨，和氨氣。優(yōu)選地，使用氫氧化鈉或鉀或其碳酸鹽中和單體。優(yōu)選使用過(guò)量水，在約6％，優(yōu)選4％，和最優(yōu)選3％的稠度下進(jìn)行中和。在中和之后，優(yōu)選從水溶液中取出纖維。在沒(méi)有不可接受地負(fù)面影響接枝纖維吸收性能的情況下，從水溶液中回收接枝纖維的任何方法對(duì)于本發(fā)明的使用來(lái)說(shuō)是可接受的。被接受的方法的實(shí)例包括蒸發(fā)干燥、冷凍干燥、臨界點(diǎn)干燥、使用有機(jī)溶劑脫水等。
此處所使用的從水溶液中回收接枝纖維是指從纖維中除去在纖維中和中所使用的基本上所有水，和若存在的話，未反應(yīng)的單體和均聚物。優(yōu)選地，通過(guò)脫水從水溶液中回收接枝纖維，在所述脫水中，將脫水劑如丙酮、甲乙酮、甲醇、乙醇、丙醇或異丙醇加入到纖維的含水混合物中。然后可通過(guò)抽濾或離心，回收脫水纖維。
在前面所述的纖維脫水中所使用的小量水或溶劑可保持截留在接枝纖維的纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)。優(yōu)選地，基于接枝纖維的重量，在回收接枝纖維之后，殘留在纖維內(nèi)的水量小于200wt％，更優(yōu)選小于100wt％的纖維，和最優(yōu)選基于接枝纖維的重量，小于50wt％的纖維。然后可在室溫下或者在烘箱中，優(yōu)選在低于100℃的溫度下進(jìn)行纖維干燥。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的超吸收劑纖維可形成為手抄紙。這種手抄紙可通過(guò)或者濕法成網(wǎng)或者氣流成網(wǎng)法形成?？扇鐚?shí)驗(yàn)部分所述，通過(guò)在含與水混溶的有機(jī)溶劑的水溶液內(nèi)懸浮纖維，從而制備濕法成網(wǎng)的手抄紙。合適的與水混溶的有機(jī)溶劑包括醇和酮，如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、甲乙酮及其混合物。然后可或者通過(guò)壓縮該片材并致密化，或者它可制成具有低的密度(例如輥壓物品)以供在吸收劑制品中直接使用。
可通過(guò)表面交聯(lián)進(jìn)一步改進(jìn)本發(fā)明纖維的性能特征?？梢砸猿Ｒ?guī)方式，使用能與接枝纖維的官能團(tuán)反應(yīng)的交聯(lián)劑進(jìn)行表面交聯(lián)。優(yōu)選將交聯(lián)劑施加到為片材或絨毛形式，優(yōu)選含與水混溶的有機(jī)溶劑如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、甲乙酮及其混合物的水溶液形式的纖維表面上。
合適的表面交聯(lián)劑包括例如多環(huán)氧化物和硅烷化合物如在本專(zhuān)利前面所述的那些。
多元醇如乙二醇、甘油、1，2-丙二醇、1，4-丙二醇、聚乙二醇、聚甘油、季戊四醇、山梨醇。
碳酸衍生物如脲、胍(guadine)和二氰胺。
特別優(yōu)選的表面交聯(lián)劑是多環(huán)氧化物和硅烷。
優(yōu)選將交聯(lián)劑溶液通過(guò)噴涂施加到纖維表面上，同時(shí)纖維為片材或絨毛形式，接著在空氣強(qiáng)制烘箱內(nèi)，在約100-約220℃的溫度下，優(yōu)選約120-約200℃，和最優(yōu)選約140-約190℃下加熱處理過(guò)的纖維約5-約30分鐘。
本發(fā)明的纖維素基超吸收劑纖維的特征在于，具有高的結(jié)構(gòu)完整度。此處所使用的結(jié)構(gòu)完整度涉及常規(guī)纖維素纖維的形狀、強(qiáng)度、勁度和回彈性。本發(fā)明的纖維因高的吸收容量、高的離心保留率、高的吸收速度和良好的液體輸送性以及虹吸性能也是值得注意的。
本發(fā)明的超吸收劑纖維素纖維根據(jù)此處列出的試驗(yàn)工序測(cè)定的自由溶脹度大于10.0g/g合成鹽水(0.9wt％NaCl)/g纖維。更優(yōu)選自由溶脹度大于20.0g/g，和最優(yōu)選高于25g/g。自由溶脹度可以是約8-約35g/g，更優(yōu)選約10-約30g/g，和最優(yōu)選約12-約25g/g中的任何值。
此處列出的試驗(yàn)工序測(cè)定的本發(fā)明的超吸收劑纖維素纖維的離心保留容量，優(yōu)選大于4.0g/g合成鹽水(0.9wt％NaCl)/g纖維。更優(yōu)選離心保留容量大于6.0g/g，和最優(yōu)選高于10.0g/g。離心保留容量可以是在約4.0-約13.0g/g中的任何值。
根據(jù)本發(fā)明制備的超吸收劑纖維素纖維可例如用作吸收劑芯內(nèi)的吸收劑材料或者吸收劑制品的捕獲/分布層。這些應(yīng)用典型地要求良好的吸收度和孔隙度。超吸收劑纖維可例如在非織造、絨毛吸收劑應(yīng)用中使用?？瑟?dú)立地使用該纖維，或者使用常規(guī)技術(shù)，如氣流成網(wǎng)技術(shù)，將其摻入到其它纖維素纖維內(nèi)，形成共混物。在氣流成網(wǎng)法中，纖維單獨(dú)或結(jié)合于與其它纖維的共混物中，典型地在成形篩網(wǎng)上噴吹或者藉助真空在篩網(wǎng)上拉伸。也可使用濕法成網(wǎng)法，結(jié)合本發(fā)明的超吸收劑纖維與其它纖維素纖維，形成共混物的片材或網(wǎng)輻。
可將本發(fā)明的超吸收劑纖維摻入到優(yōu)選擬用于身體廢物處理的各種吸收劑制品，如成人失禁墊、婦女護(hù)理產(chǎn)品和嬰兒尿布內(nèi)。也可采用本發(fā)明的超吸收劑纖維，和其它吸收劑產(chǎn)品如濾紙制造毛巾和擦拭巾(wipe)。因此，本發(fā)明的額外特征是提供包括本發(fā)明的超吸收劑纖維的吸收劑芯，或者吸收劑制品的其它組件。
正如本領(lǐng)域公知的，典型地使用虹吸液體的絨毛紙漿，和儲(chǔ)存液體的吸收劑聚合物(有時(shí)稱為超吸收劑聚合物(SAP))，從而制備吸收劑芯。如前所述，本發(fā)明的超吸收劑纖維具有在吸收劑芯中使用的許多所需性能。此外，本發(fā)明的超吸收劑纖維高度多孔。因此，本發(fā)明的超吸收劑纖維可用作SAP的替代或者與SAP結(jié)合，制備具有改進(jìn)的孔隙度、松密度、回彈性、虹吸、柔軟度、吸收劑容量、在負(fù)載下的吸收度、低的第三超吸入透印性(third insult strikethrough)、高離心保留容量等的吸收劑復(fù)合材料(或芯)。該吸收劑復(fù)合材料可用作擬用于身體廢物處理的吸收劑制品的吸收劑芯。
在本發(fā)明中，優(yōu)選基于復(fù)合材料的總重量，超吸收劑纖維以約10-約80wt％范圍的用量存在于吸收劑復(fù)合材料內(nèi)。更優(yōu)選，超吸收劑纖維以約20-約60wt％的用量存在于吸收劑復(fù)合材料內(nèi)。也可使用常規(guī)的纖維素纖維和本發(fā)明的超吸收劑纖維以及任選的額外SAP的混合物制造吸收劑復(fù)合材料。優(yōu)選地，基于纖維混合物的總重量，本發(fā)明的超吸收劑纖維以約1-80wt％的用量存在于纖維混合物內(nèi)，和更優(yōu)選以約10-約60wt％的用量存在。任何常規(guī)的纖維素纖維可結(jié)合本發(fā)明的超吸收劑纖維一起使用。合適的額外的常規(guī)纖維素纖維包括任何一種如前所述的木纖維、苛性堿處理的纖維、人造絲、棉絨、及其混合物和結(jié)合。
可使用任何合適的SAP或其它吸收劑材料作為任選的組分形成本發(fā)明的吸收劑復(fù)合材料、吸收劑芯和吸收劑制品。SAP可以是例如纖維、薄片或顆粒形式，和優(yōu)選能吸收數(shù)倍其重量的鹽水(0.9％NaCl在水中的溶液)和/或血液。SAP當(dāng)經(jīng)歷負(fù)載時(shí)，還優(yōu)選能保留液體。在本發(fā)明中使用的超吸收劑聚合物的非限制性實(shí)例包括目前在市場(chǎng)上可獲得的任何SAP，其中包括，但不限于，聚丙烯酸酯聚合物，淀粉接枝的共聚物，交聯(lián)的羧甲基纖維素衍生物，及其混合物和結(jié)合。
基于復(fù)合材料的總重量，根據(jù)本發(fā)明制造的吸收劑復(fù)合材料優(yōu)選含有總量為約20-約60wt％，和更優(yōu)選約30-約60wt％的本發(fā)明的超吸收劑纖維和任選的SAP。
制造本發(fā)明的吸收劑復(fù)合材料的方法可包括形成纖維，纖維素或其它纖維，或超吸收劑纖維和其它纖維的混合物的墊，并將超吸收劑纖維和任選的超吸收劑聚合物顆粒摻入到該墊內(nèi)。該墊可濕法成網(wǎng)或者氣流成網(wǎng)。優(yōu)選該墊氣流成網(wǎng)。
優(yōu)選含本發(fā)明超吸收劑纖維的吸收劑芯的干燥密度介于約0.1g/cm3至約0.50g/cm3，和更優(yōu)選約0.2g/cm3-0.4g/cm3?？蓪⑽談┬緭饺氲礁鞣N吸收劑制品，優(yōu)選擬用于身體廢物處理的那些制品，如尿布、訓(xùn)練褲、成人失禁產(chǎn)品、婦女護(hù)理產(chǎn)品和毛巾(濕和干擦拭巾)內(nèi)。
盡管不打算受到任何操作理論的限制，以下所示的反應(yīng)流程代表纖維素纖維與含有羧酸基團(tuán)的烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷反應(yīng)的可能機(jī)理之一。為了闡述目的，而不是限制本發(fā)明的接枝反應(yīng)，提供該流程
為了評(píng)價(jià)本發(fā)明的各特征，使用數(shù)個(gè)試驗(yàn)，表征由目前所述方法導(dǎo)致的超吸收劑纖維的性能改進(jìn)。
下述實(shí)施例闡述而不是限制本發(fā)明。盡管參考特別優(yōu)選的實(shí)施方案和實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，可在沒(méi)有脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明作出各種改性。
實(shí)施例使用下述試驗(yàn)方法測(cè)量并確定本發(fā)明的超吸收劑纖維素纖維的各種物理特征。
試驗(yàn)方法Teabag方法Teabag方法是測(cè)量本發(fā)明的超吸收劑纖維素纖維在零負(fù)載下的吸收容量或“自由溶脹度”而使用的試驗(yàn)方法。在該試驗(yàn)中，將以干重為基礎(chǔ)計(jì)，2.000g(±0.001g)超吸收劑纖維放置在預(yù)稱重(±0.001g)的布制茶袋內(nèi)，隨后用熨斗封合裝有超吸收劑纖維的茶袋的開(kāi)口端。然后，將茶袋和內(nèi)容物放置在0.9％鹽水溶液的平鍋內(nèi)，并使之浸泡30分鐘，然后從該溶液中取出茶袋，在滴落支架上懸掛，并使之滴干10分鐘。稱重茶袋和內(nèi)容物，并測(cè)定保留在纖維內(nèi)的溶液含量。不含纖維的茶袋在類(lèi)似的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，并充當(dāng)對(duì)照空白。使用該結(jié)果計(jì)算保留在每克超吸收劑纖維素纖維內(nèi)以克計(jì)的鹽水量并以單位g/g的形式表達(dá)為自由溶脹度。根據(jù)下述方程式測(cè)定自由溶脹度自由溶脹度＝[樣品重量-(干燥樣品的重量+茶袋的重量+被空白吸收的液體重量)]/干燥樣品的重量。
吸收度試驗(yàn)方法使用吸收度試驗(yàn)方法確定本發(fā)明的超吸收劑纖維在負(fù)載下的吸收度和在負(fù)載下的保留。在100目金屬篩網(wǎng)粘附在圓柱體底部“池”(其含有直徑0.995英寸的塑料圓隔板)上且重量為約4.4g的內(nèi)徑1英寸的塑料圓柱體內(nèi)進(jìn)行吸收度試驗(yàn)。在該試驗(yàn)中，測(cè)定到含圓隔板的池的重量最接近0.0001g，然后從該圓柱體中取出隔板，并將約0.35g(以干重為基礎(chǔ))超吸收劑纖維在圓柱體內(nèi)氣流成網(wǎng)。然后將圓隔板插回到纖維上的圓柱體內(nèi)，并稱重該圓柱體組為最接近0.0001g。用4psi的負(fù)載壓榨在池內(nèi)的纖維60秒，然后除去負(fù)載，并使纖維墊平衡60秒。測(cè)量墊片厚度，并使用該結(jié)果計(jì)算交聯(lián)纖維的干燥松密度。
然后，通過(guò)放置100g重物到圓隔板之上，施加0.3psi的負(fù)載到纖維墊上，并使墊片平衡60秒，之后測(cè)量墊片厚度。然后在含有足量鹽水溶液(0.9wt％鹽水)的培養(yǎng)皿內(nèi)懸掛該池及內(nèi)容物以接觸池底。使該池在培養(yǎng)皿內(nèi)靜置10分鐘，然后取出并懸掛在另一倒空的培養(yǎng)皿內(nèi)并使之滴落30秒，然后除去100g重物，并測(cè)定該池和內(nèi)容物的重量。然后，測(cè)定每克纖維所吸收的鹽水溶液的重量并以在負(fù)載下的吸收度(g/g)形式表達(dá)。再次在零負(fù)載下，在含鹽水溶液的托盤(pán)內(nèi)懸掛含纖維的池。使該池與鹽水溶液接觸10分鐘。然后，將0.3psi的負(fù)載放回到該池內(nèi)的纖維上，并使該池與鹽水溶液接觸另外10分鐘。然后除去100g重物，并測(cè)定池和內(nèi)容物的重量。然后，測(cè)定每克纖維所吸收的鹽水溶液的重量并以在負(fù)載下的保留(g/g)形式表達(dá)。
然后，在1400rpm下離心該池3分鐘(Centrifuge Model HN，International Equipment Co.，Needham HTS，USA)并稱重。利用所得結(jié)果計(jì)算每克纖維保留的鹽水溶液的重量，并以離心保留容量(g/g)形式表達(dá)。
實(shí)施例1該實(shí)施例提供在高稠度下制造本發(fā)明超吸收劑纖維的代表性方法。
以33.7％固體濕棉卷形式獲得從未干燥過(guò)的Rayfloc-J-LD樣品，其獲自Jesup，Georgia的Rayonier mill，和它是由RayonierPerformance Fibers Division，Jesup，GA和Fernandina Beach，F(xiàn)L銷(xiāo)售的、在要求良好吸收度的產(chǎn)品，例如在尿布內(nèi)的吸收劑芯等中使用的未處理的美國(guó)長(zhǎng)葉松牛皮紙漿。將40.0g(以干重為基礎(chǔ))樣品懸浮在丙烯酸(180.0g)和亞甲基雙丙烯酰胺(5.0g)的水溶液(1.0L，考慮到在從未干燥過(guò)的紙漿內(nèi)存在的水量)內(nèi)。攪拌該混合物約15分鐘，然后通過(guò)抽濾(離心或機(jī)械壓榨)除去過(guò)量液體，獲得吸液率為約110.0g的纖維。這一吸液率在纖維上提供約20.0g丙烯酸和0.55g亞甲基雙丙烯酰胺。將此處理的纖維加料在一2升Pyrex反應(yīng)釜中。該反應(yīng)釜配有通過(guò)橡膠塞插入的熱電偶、在與機(jī)械混合器相連的玻璃柄上的Teflon刀片式攪拌器，通過(guò)配有橡膠塞的接管插入的氣體入口聚乙烯管道，和與用油部分填充的氣阱相連的氣體出口接管。攪拌在反應(yīng)釜內(nèi)的纖維并用氮?dú)獯祾咧辽?0分鐘，以除去氧氣。然后，藉助注射器逐滴添加硝酸鈰(IV)銨溶液(在100ml 0.1N硝酸內(nèi)，0.5g)。反應(yīng)混合物的最終稠度為約16％。使所得反應(yīng)混合物在室溫下反應(yīng)約10-20分鐘，然后在40℃下約1小時(shí)。然后使用英國(guó)的開(kāi)毛機(jī)，通過(guò)將所得接枝纖維分散在水(約1L)內(nèi)，徹底洗滌所得接枝纖維，然后過(guò)濾。然后，使用英國(guó)的開(kāi)毛機(jī)，通過(guò)在1升含碳酸氫鈉(4.0g)的水內(nèi)攪拌約5分鐘，中和纖維到約6-7的pH。然后將所得凝膠轉(zhuǎn)移到塑料容器(4L)內(nèi)，并用丙酮(2L)稀釋?zhuān)估w維脫水并沉淀。然后通過(guò)抽濾收集所得纖維，并空干，得到57.0g干燥纖維(85％接枝效率)。
實(shí)施例2以43.3％固體濕棉卷形式從Jesup，Georgia的Rayonier mill獲得從未干燥過(guò)的Porosanier-J的樣品(商購(gòu)于Jesup，Georgia的Rayonier mill的絲光處理的纖維)。將40.0g(以干重為基礎(chǔ))樣品懸浮在丙烯酸(180.0g)和亞甲基雙丙烯酰胺(5.0g)的水溶液(1.0L，考慮到在從未干燥過(guò)的紙漿內(nèi)存在的水量)內(nèi)。攪拌該混合物約15分鐘，然后通過(guò)抽濾(離心或機(jī)械壓榨)除去過(guò)量液體，獲得吸液率為約110.0g的纖維。這一吸液率在纖維上提供約20.0g丙烯酸和0.55g亞甲基雙丙烯酰胺。將處理過(guò)的纖維引入到與實(shí)施例1所述一樣配備的2L Pyrex反應(yīng)釜內(nèi)。攪拌在反應(yīng)釜內(nèi)的纖維并用氮?dú)獯祾咧辽?0分鐘，以除去氧氣。然后，藉助注射器逐滴添加過(guò)硫酸鉀(在100ml蒸餾水內(nèi)，0.5g)。反應(yīng)混合物的最終稠度為約16％。使所得反應(yīng)混合物在室溫下反應(yīng)約10-20分鐘，然后在70℃下約1小時(shí)。然后使用英國(guó)的開(kāi)毛機(jī)，通過(guò)將所得接枝纖維分散在約1L水內(nèi)，徹底洗滌所得接枝纖維，然后過(guò)濾。然后，使用英國(guó)的開(kāi)毛機(jī)，通過(guò)在1升含碳酸氫鈉(4.0g)的水內(nèi)攪拌約5分鐘，中和纖維到約6-7的pH。然后將所得凝膠轉(zhuǎn)移到塑料容器(4L)內(nèi)，并用丙酮(2L)稀釋?zhuān)估w維脫水并沉淀。然后通過(guò)抽濾收集所得纖維，并空干，得到56.0g干燥纖維(80％接枝效率)。
實(shí)施例3在臥式高Parr反應(yīng)器(Parr Instrument Company，Moline，Illinois)內(nèi)裝載40.0g如實(shí)施例1所述用丙烯酸和亞甲基雙丙烯酰胺溶液處理的Porosanier-J纖維樣品。該反應(yīng)器連接到真空泵、惰性氣體圓柱體和經(jīng)Teflon管道連接到高壓樣品圓柱體。通過(guò)使用惰性氣體如氮?dú)饨o反應(yīng)器加壓并使用真空泵抽真空至少2次，使反應(yīng)器內(nèi)的纖維脫氣。在該高壓樣品圓柱體內(nèi)裝載如實(shí)施例2所述引發(fā)劑水溶液并通過(guò)用氮?dú)馐蛊浼訅汉陀谜婵毡贸檎婵者M(jìn)行脫氣。在正壓下氣體加入含引發(fā)劑的圓柱體和所述含該處理纖維的Parr反應(yīng)器處于減壓下的同時(shí)，攪拌下在纖維中緩慢添加引發(fā)劑。在加完引發(fā)劑溶液之后，在Parr反應(yīng)器內(nèi)用二氧化碳使壓力升高到約50psi。在室溫下攪拌所產(chǎn)生的反應(yīng)混合物10分鐘。然后，在約30分鐘內(nèi)增加溫度到約70℃，并在70℃下維持1小時(shí)。在約1小時(shí)之后，冷卻反應(yīng)器到室溫，從反應(yīng)器中取出纖維，如實(shí)施例1所述純化和中和，得到約58.5g接枝效率為92.5％的接枝纖維。
在掃描電子顯微鏡(SEM)下檢查根據(jù)實(shí)施例3制備的纖維，并拍攝200×和400×的纖維照片。分別在圖2和3中提供了這些照片。通常絲光處理的纖維(圖1)具有如圖1所示的圓形的形狀，如圖2和3所示，在接枝之后，纖維捻轉(zhuǎn)、卷曲且具有扁平的帶狀形狀。
實(shí)施例4重復(fù)實(shí)施例3，所不同的是在該實(shí)驗(yàn)中使用交聯(lián)劑的混合物。將40.0g(以干重為基礎(chǔ))纖維懸浮在丙烯酸(180.0g)、亞甲基雙丙烯酰胺(5.0g)和甘油二縮水甘油醚(3.0g)的水溶液(1.0L)內(nèi)。接枝纖維的烘干重量為59.0g(95％接枝效率)。
實(shí)施例5重復(fù)實(shí)施例3，所不同的是在該實(shí)驗(yàn)中使用交聯(lián)劑的混合物。將40.0g(以干重為基礎(chǔ))纖維懸浮在丙烯酸(180.0g)、亞甲基雙丙烯酰胺(2.5g)和3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(2.5g)的水溶液(1.0L)內(nèi)。接枝纖維的烘干重量為58.6g(93.0％接枝效率)。
實(shí)施例6該實(shí)施例說(shuō)明了在低稠度下制造本發(fā)明的超吸收劑纖維的代表性方法。
將稠度為約33.7％的40.0g(以干重為基礎(chǔ))從未干燥過(guò)的Rayfloc-J-LD樣品引入到2L Pyrex反應(yīng)釜內(nèi)，如實(shí)施例1所述的一樣配備反應(yīng)釜。向反應(yīng)釜內(nèi)的纖維中添加含丙烯酸(20.0g)、亞甲基雙丙烯酰胺(0.6g)的鹽水溶液(20％，700g)。攪拌在反應(yīng)釜內(nèi)的混合物并用氮?dú)獯祾咧辽?0分鐘，以除去氧氣。然后，藉助注射器逐滴添加過(guò)硫酸鉀溶液(在50ml內(nèi)，0.5g)，產(chǎn)生總重量為約800g和纖維稠度為約5％的漿料。使所得反應(yīng)混合物在室溫下反應(yīng)約10-20分鐘，然后在約70℃下約1小時(shí)，以確保反應(yīng)完成。在約1小時(shí)之后，從反應(yīng)釜中取出所產(chǎn)生的纖維，并用水(3×1L)徹底洗滌，以確保完全除去鹽、未反應(yīng)的單體和均聚物。然后用碳酸氫鈉水溶液(4.0g在1L水中)中和纖維到約6-7的pH。將所得凝膠轉(zhuǎn)移到塑料容器(4L)內(nèi)，并用丙酮(1L)稀釋?zhuān)估w維脫水并沉淀。然后通過(guò)抽濾收集所得纖維，并空干，得到54.3g接枝纖維(71.5％接枝效率)。
實(shí)施例7將40.0g(以干重為基礎(chǔ))從未干燥過(guò)的Rayfloc-J-LD樣品懸浮在丙烯酸(90.0g)、亞甲基雙丙烯酰胺(2.50g)和鹽(200.0g)的水溶液(1.0L，考慮到在從未干燥過(guò)的紙漿內(nèi)存在的水量)內(nèi)。攪拌該混合物約15分鐘，然后通過(guò)抽濾除去過(guò)量溶液，獲得吸液率為約220.0g的纖維。這一稠度在纖維上提供約20.0g丙烯酸和0.55g亞甲基雙丙烯酰胺。將處理過(guò)的纖維裝載在高Parr反應(yīng)器內(nèi)，并如以上實(shí)施例3一樣使反應(yīng)器脫氣。將引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀的水溶液(0.5g，在100.0g內(nèi))裝載在脫氣過(guò)的高壓樣品圓柱體內(nèi)，并如實(shí)施例3所述加入到Parr反應(yīng)器內(nèi)的纖維中。所產(chǎn)生的漿料的總重量為約360.0g，和纖維稠度為約11％。在室溫下攪拌漿料約10分鐘，然后在約30分鐘內(nèi)，增加溫度到70℃，并維持在70℃下1小時(shí)。在約1小時(shí)之后，冷卻反應(yīng)器到室溫，從反應(yīng)器中取出纖維，然后如實(shí)施例6所述洗滌并干燥，產(chǎn)生58.9g接枝效率為約94.5％的接枝纖維。
實(shí)施例8如實(shí)施例3所述在高Parr反應(yīng)器內(nèi)裝載40.0g(干重樣品)從未干燥過(guò)的Porosanier-J樣品通過(guò)使用惰性氣體如氮?dú)饨o反應(yīng)器加壓并使用真空泵抽真空至少2次，使反應(yīng)器內(nèi)的纖維脫氣。在高壓樣品圓柱體內(nèi)裝載丙烯酸(20.0g)和亞甲基雙丙烯酰胺(0.50g)的水溶液(120g)，并在另一高壓樣品圓柱體內(nèi)裝載過(guò)硫酸鉀引發(fā)劑溶液(0.5g，在100ml水內(nèi))。將這兩個(gè)圓柱體經(jīng)Teflon管道連接到高Parr反應(yīng)器上。然后通過(guò)加壓和抽真空使這兩個(gè)圓柱體脫氣。然后在約5分鐘內(nèi)添加丙烯酸和交聯(lián)劑的溶液到纖維上，同時(shí)纖維仍處于真空下并攪拌，接著添加含引發(fā)劑的溶液。在加完引發(fā)劑溶液之后，在Parr反應(yīng)器內(nèi)的壓力升高到約50psi。在室溫下攪拌所產(chǎn)生的反應(yīng)混合物約10分鐘。然后，在約30分鐘內(nèi)增加溫度到70℃，并在70℃下維持1小時(shí)。在約1小時(shí)之后，冷卻反應(yīng)器到室溫，從反應(yīng)器中取出纖維，用水徹底洗滌，并中和到pH6-7。然后，如實(shí)施例1所述，使用丙酮使溶脹的纖維脫水，得到約59.3g接枝效率為約96.5％的接枝纖維。
實(shí)施例9粉碎40.0g(干重樣品)從未干燥過(guò)的Porosanier-J樣品，然后在玻璃盤(pán)上鋪開(kāi)，在纖維上均勻地噴灑丙烯酸(20.0g)和亞甲基雙丙烯酰胺的水溶液(120g)。然后如實(shí)施例3所述，將處理過(guò)的纖維裝載在高Parr反應(yīng)器內(nèi)，并進(jìn)行反應(yīng)。這一工序得到58.7g接枝效率為約93.5％的接枝纖維。
實(shí)施例10重復(fù)實(shí)施例3，所不同的是使用乙酸作為溶劑替代水進(jìn)行接枝，并在從未干燥過(guò)的Rayfloc-J-LD上進(jìn)行接枝。接枝纖維的烘干重量為59.5g(90.3％接枝效率)。
實(shí)施例11
重復(fù)實(shí)施例10，所不同的是在從未干燥過(guò)的Porosanier上進(jìn)行接枝。接枝纖維的烘干重量為59.1g(93.5％接枝效率)。
實(shí)施例12該實(shí)施例示出了使用Porosanier-J纖維，使用各種用量的丙烯酸對(duì)根據(jù)實(shí)施例3所述在本發(fā)明中形成的超吸收劑纖維的自由溶脹度、離心保留容量和在負(fù)載下的吸收度的影響。表1概述了結(jié)果。
表1

1.wt％在纖維上的丙烯酸＝(加入到纖維上的丙烯酸重量/纖維重量)×100。
實(shí)施例13該實(shí)施例描述了制造根據(jù)本發(fā)明制造的超吸收劑纖維的手抄紙的濕法成網(wǎng)方法。使用獲自Adirondack Machine Corporation(Glensfalls，N.Y.)的12英寸×12英寸的濕法成網(wǎng)手抄紙成形機(jī)模具，制備織物基本重量為約500g/m2的12英寸×12英寸的標(biāo)準(zhǔn)手抄紙。
獲自Testing Machine Incorporation(Amityvile，N.Y.)的英國(guó)粉碎機(jī)裝載有46.5g本發(fā)明的超吸收劑纖維，然后向纖維中添加2.0升丙酮(60％)的水溶液。在3000rpm下混合該懸浮液約5分鐘。然后在獨(dú)立的料罐內(nèi)混合英國(guó)粉碎機(jī)中的內(nèi)容物與另外2升丙酮水溶液。然后將全部混合物轉(zhuǎn)移到手抄紙成形機(jī)中，混合約30秒，然后通過(guò)手抄紙成形機(jī)的成形篩網(wǎng)排干。然后從手抄紙成形機(jī)中取出該片材，壓制，以除去過(guò)量溶液，并在室溫下或者在低于100℃的烘箱內(nèi)干燥。
實(shí)施例14該實(shí)施例示出了使用過(guò)硫酸鉀(0.5g，在100ml水中)用作引發(fā)劑，使用各種用量的丙烯酸對(duì)根據(jù)使用Porosanier-J纖維的實(shí)施例8所述在本發(fā)明中形成的超吸收劑纖維的自由溶脹度、離心保留容量、在負(fù)載下的吸收度和在負(fù)載下的保留的影響。表2概述了結(jié)果。
表2

根據(jù)表1和2可看出，本發(fā)明的超吸收劑纖維素纖維的吸收劑保留效率在約0.65-約0.99范圍內(nèi)，和吸收效率在約0.56-約0.95范圍內(nèi)。
實(shí)施例15該實(shí)施例闡述了形成本發(fā)明代表性吸收劑芯的氣流成網(wǎng)方法。
使用氣流成網(wǎng)裝置制備根據(jù)本發(fā)明形成的氣流成網(wǎng)吸收劑芯。將常規(guī)纖維、本發(fā)明的超吸收劑纖維，和超吸收劑聚合物裝載在氣流成網(wǎng)裝置內(nèi)。然后施加真空，纖維和超吸收劑聚合物途徑通過(guò)塑料管道并通過(guò)空氣渦流結(jié)合到其中200目金屬篩網(wǎng)粘附到圓柱體底部的塑料圓柱體內(nèi)。該圓柱體的內(nèi)徑為60mm和高度為50mm。在纖維和超吸收劑聚合物完全使用完之后，中斷真空，并從該圓柱體中取出所得墊片。墊片的直徑為約60mm和重量為約3.0g(基本重量1061g/m2)。然后，使用水力壓機(jī)，在700psi的壓力下壓制墊片10秒到約0.3g/cm3的密度。然后將該墊片用于進(jìn)一步的評(píng)價(jià)。
實(shí)施例16在該實(shí)施例中，測(cè)量如實(shí)施例15所述，根據(jù)本發(fā)明成形的代表性吸收劑芯在負(fù)載下的吸收度和吸收容量。將吸收劑芯放置在(如實(shí)施例15所述的)含有重物夾具的預(yù)稱重的塑料圓柱體內(nèi)。將塑料重物夾具放置在墊片頂部，并在重物夾具上放置0.6PSI的負(fù)載。在塑料盤(pán)內(nèi)，放置玻璃糙化的圓柱體，其中光化表面朝上和粗糙表面朝下。該圓柱體的直徑為約120mm和厚度為約9mm。在玻璃糙化的圓柱體的中心處放置直徑約70mm的黑色條狀濾紙(Schleicher and Schnell，Dassel，德國(guó))。將鹽水溶液以足以達(dá)到玻璃糙化的圓柱體上部邊緣的用量加入到托盤(pán)內(nèi)。然后，將在0.6PSI下含墊片的塑料圓柱體放置在濾紙頂部，并使之在托盤(pán)內(nèi)靜置約30分鐘。在約30分鐘之后，從托盤(pán)中取出塑料圓柱體，并從塑料圓柱體中除去負(fù)載。然后測(cè)定塑料圓柱體及其內(nèi)容物的重量，并使用該結(jié)果測(cè)定在負(fù)載下的吸收度。將含芯的塑料圓柱體放回到在玻璃糙化的圓柱體之上的如上所述放置的含鹽水溶液的托盤(pán)中，同時(shí)在零負(fù)載下，使之與鹽水溶液接觸另外30分鐘。然后測(cè)定塑料圓柱體及其內(nèi)容物的重量，并使用該結(jié)果計(jì)算吸收容量。在制備表3所示的吸收劑芯中所使用的超吸收劑纖維根據(jù)實(shí)施例3所述的本發(fā)明制造。
表3

本發(fā)明的超吸收劑纖維，當(dāng)在吸收劑芯中使用時(shí)，提供改進(jìn)的吸收比，其中吸收比是AUL/吸收容量。表3報(bào)道的該比值范圍，對(duì)于常規(guī)SAP為約0.55，對(duì)于以約20％的用量存在的本發(fā)明的SAP纖維來(lái)說(shuō)為約0.64。因此，對(duì)于吸收劑芯來(lái)說(shuō)，由于AUL值高于約8，因此本發(fā)明的超吸收劑纖維提供約0.56-約0.95的吸收比。
在制備表4所示的吸收劑芯中所使用的超吸收劑纖維是使用37％纖維重量的丙烯酸，根據(jù)實(shí)施例3所述的本發(fā)明制造的。
表4

本發(fā)明的超吸收劑纖維，當(dāng)在吸收劑芯中使用時(shí)，提供改進(jìn)的吸收比，其中吸收比是AUL/吸收容量。表4報(bào)道的該比值范圍，對(duì)于常規(guī)SAP為約0.55，對(duì)于本發(fā)明的SAP纖維來(lái)說(shuō)為約0.71。因此，對(duì)于吸收劑芯來(lái)說(shuō)，由于AUL值高于約8，因此本發(fā)明的超吸收劑纖維提供約0.56-約0.95的吸收比。
實(shí)施例16該實(shí)施例示出了使用各種用量的本發(fā)明的超吸收劑纖維、絨毛和商業(yè)超吸收劑聚合物，在根據(jù)以上實(shí)施例14所述的本發(fā)明成形的代表性吸收劑芯的捕獲時(shí)間之間的比較。
通過(guò)SART測(cè)試方法測(cè)定捕獲時(shí)間。該試驗(yàn)測(cè)量被吸收劑制品完全吸收的一劑鹽水所要求的時(shí)間。在由墊片形式的吸收劑芯和保護(hù)層組成的吸收劑制品上進(jìn)行該試驗(yàn)。保護(hù)層是由可商購(gòu)的尿布(Hggies，獲自Kimberly-Clark Corporation，Neenah，Wisconsin)獲得的交聯(lián)纖維。
在該試驗(yàn)中，將保護(hù)纖維氣流成網(wǎng)為重量約0.7g的墊片，然后在7.6PSI的負(fù)載下壓制60秒。然后將保護(hù)墊片放置在吸收劑芯上，并將二者放置在測(cè)試池內(nèi)。測(cè)試池由塑料基體和漏斗杯組成。基體是容納樣品所使用的內(nèi)徑為60.0mm的塑料圓柱體。漏斗杯是具有星形孔隙的塑料圓柱體，漏斗杯的外徑為58mm，并將漏斗杯放置在樣品之上的塑料基體內(nèi)。將環(huán)形0.6PSI的負(fù)載放置在漏斗杯之上。
將該池及其內(nèi)容物放置在水平面上，并用三次連續(xù)的超吸入量(insult)施以劑量，每一超吸入量(insult)為9.0ml鹽水溶液，各劑量之間的時(shí)間間隔為20分鐘。采用Master Flex Pump(ColeParmer Instrument，Barrington，IL，USA)，將各劑量加入到漏斗杯中，和記錄每一劑量的鹽水溶液從漏斗杯中消失所要求的時(shí)間(單位秒)作為捕獲時(shí)間。下表5提供了結(jié)果。
表5

1.基于纖維重量使用37％丙烯酸，來(lái)自實(shí)施例3的超吸收劑纖維2.基于纖維重量使用100％丙烯酸，來(lái)自實(shí)施例3的超吸收劑纖維3.獲自BASF(P-02-055-01)本發(fā)明的超吸收劑纖維，當(dāng)摻入到吸收劑芯內(nèi)時(shí)，提供改進(jìn)的第三超吸入捕獲時(shí)間。當(dāng)與單獨(dú)的常規(guī)SAP相比時(shí)，本發(fā)明的纖維當(dāng)以約60％的數(shù)量級(jí)的用量使用時(shí)，可有效地顯著降低第三超吸入捕獲時(shí)間。
盡管參考特別優(yōu)選的實(shí)施方案和實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可在沒(méi)有脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明作出各種改性。
權(quán)利要求
1.一種超吸收性纖維素纖維，它包括纖維素和接枝到該纖維素上的至少一種烯鍵式不飽和單體，其中超吸收劑纖維素纖維的接枝效率大于約75％。
2.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，其中纖維的交聯(lián)密度小于約20％。
3.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，其中纖維的干燥密度為至少約0.04g/cm3。
4.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，其中纖維的離心保留大于約4g鹽水/g纖維。
5.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，其中纖維的自由溶脹度為至少約10g鹽水/g纖維。
6.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，其中纖維的接枝效率大于約85％。
7.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，其中當(dāng)將超吸收劑纖維摻入到吸收劑芯內(nèi)時(shí)，吸收劑芯的第三超吸入捕獲時(shí)間小于約25秒。
8.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，其中超吸收劑纖維的吸收保留效率為約0.65-約0.99，其中用下述方程式表示吸收保留效率吸收保留效率(％)＝在負(fù)載下的吸收度/在負(fù)載下的保留×100。
9.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，其中當(dāng)將超吸收劑纖維摻入到吸收劑芯內(nèi)時(shí)，吸收劑芯的吸收效率為約0.56-約0.95，其中用下述方程式表示吸收效率吸收效率(％)＝在負(fù)載下的吸收度/吸收容量×100。
10.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，其中所述纖維素纖維是用至少4％的苛性堿溶液處理的纖維。
11.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，其中烯鍵式不飽和單體是具有下式的一種或多種單體 其中R表示氫、甲基或乙基。
12.權(quán)利要求11的超吸收劑纖維，其中烯鍵式不飽和單體是選自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯代丙烯酸、α-氰基丙烯酸、乙烯基磺酸、丙烯酰胺基丙磺酸、巴豆酸、α-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、異巴豆酸、和衣康酸的堿金屬鹽，和銨鹽及其混合物中的一種或多種單體。
13.權(quán)利要求12的超吸收劑纖維，其中烯鍵式不飽和單體是選自丙烯酸、甲基丙烯酸及其混合物中的一種或多種單體。
14.權(quán)利要求1的超吸收劑纖維，它通過(guò)使纖維素纖維與一種或多種烯鍵式不飽和單體接觸制備。
15.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中在交聯(lián)劑存在下，使纖維素纖維與一種或多種烯鍵式不飽和單體接觸。
16.權(quán)利要求15的超吸收劑纖維，其中交聯(lián)劑包括能在自由基引發(fā)劑存在下聚合，或者任選地能與相鄰單體中的羧基和羥基同時(shí)反應(yīng)的多官能基團(tuán)。
17.權(quán)利要求16的超吸收劑纖維，其中交聯(lián)劑選自乙二醇的二丙烯酸酯和二甲基丙烯酸酯、雙丙烯酰胺、環(huán)氧丙烯酸酯、烯丙胺、聚環(huán)氧化物、環(huán)氧硅烷、甲基丙烯酰氧基或丙烯酰氧基硅烷、氨基硅烷及其混合物。
18.權(quán)利要求17的超吸收劑纖維，其中交聯(lián)劑是雙丙烯酰胺和至少一種聚環(huán)氧化物或甲基丙烯酰氧基硅烷的混合物。
19.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中在自由基引發(fā)劑存在下進(jìn)一步制備該纖維。
20.權(quán)利要求19的超吸收劑纖維，其中自由基引發(fā)劑選自過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鈉、堿金屬過(guò)硫酸鹽、過(guò)氧化氫、硝酸鈰銨、2，2`-偶氮雙(2-脒基丙烷)鹽酸鹽及其混合物。
21.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中纖維具有大于約85％的烯鍵式不飽和單體在纖維素上的接枝效率。
22.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中纖維的交聯(lián)密度小于約20％。
23.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中纖維的干燥密度為至少約0.04g/cm3。
24.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中纖維的離心保留大于約4g鹽水/g纖維。
25.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中纖維的自由溶脹度為至少約10g鹽水/g纖維。
26.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中纖維的接枝效率大于約95％。
27.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中當(dāng)將超吸收劑纖維摻入到吸收劑芯內(nèi)時(shí)，吸收劑芯的第三超吸入捕獲時(shí)間小于約25秒。
28.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中超吸收劑纖維的吸收保留效率為約0.65-約0.99，其中用下述方程式表示吸收保留效率吸收保留效率(％)＝在負(fù)載下的吸收度/在負(fù)載下的保留×100。
29.權(quán)利要求14的超吸收劑纖維，其中超吸收劑纖維具有約0.56-約0.95的吸收效率，其中用下述方程式表示吸收效率吸收效率(％)＝在負(fù)載下的吸收度/吸收容量×100。
30.一種制造超吸收劑纖維素纖維的方法，它包括制備水溶液，所述水溶液包括含至少一個(gè)酸性基團(tuán)的烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑；使纖維素纖維與該水溶液接觸；在惰性氛圍下，用自由基引發(fā)劑處理纖維；和回收接枝的纖維素纖維。
31.權(quán)利要求30的方法，其中使纖維素纖維和水溶液接觸的步驟包括，在稠度為約6.0wt％的烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑的水溶液內(nèi)懸浮纖維素纖維。
32.權(quán)利要求30的方法，其中纖維素纖維是α-纖維素含量為至少90％的苛性堿處理的纖維。
33.權(quán)利要求30的方法，其中纖維素纖維衍生于選自棉絨、甘蔗渣、搶麻、亞麻、草及其結(jié)合和混合物中的一種或多種組分。
34.權(quán)利要求30的方法，其中烯鍵式不飽和單體是具有下式的一種或多種單體 其中R表示氫、甲基或乙基。
35.權(quán)利要求34的方法，其中烯鍵式不飽和單體是選自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯代丙烯酸、α-氰基丙烯酸、乙烯基磺酸、丙烯酰胺基丙磺酸、巴豆酸、α-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、異巴豆酸、和衣康酸的堿金屬鹽，和銨鹽及其混合物中的一種或多種單體。
36.權(quán)利要求35的方法，其中烯鍵式不飽和單體是選自丙烯酸、甲基丙烯酸及其混合物中的一種或多種單體。
37.權(quán)利要求30的方法，其中交聯(lián)劑包括能在自由基引發(fā)劑存在下聚合，或者任選地能與相鄰單體中的羧基和羥基同時(shí)反應(yīng)的多官能基團(tuán)。
38.權(quán)利要求37的方法，其中交聯(lián)劑選自乙二醇的二丙烯酸酯和二甲基丙烯酸酯、雙丙烯酰胺、環(huán)氧丙烯酸酯、烯丙胺、聚環(huán)氧化物、環(huán)氧硅烷、甲基丙烯酰氧基或丙烯酰氧基硅烷、氨基硅烷及其混合物。
39.權(quán)利要求38的方法，其中交聯(lián)劑是雙丙烯酰胺和至少一種聚環(huán)氧化物或甲基丙烯酰氧基硅烷的混合物。
40.權(quán)利要求30的方法，其中自由基引發(fā)劑選自過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鈉、堿金屬過(guò)硫酸鹽、過(guò)氧化氫、硝酸鈰銨、2，2`-偶氮雙(2-脒基丙烷)鹽酸鹽及其混合物。
41.權(quán)利要求30的方法，其中纖維具有大于約75％的烯鍵式不飽和單體在纖維素上的接枝效率。
42.權(quán)利要求30的方法，其中纖維的交聯(lián)密度小于約20％。
43.權(quán)利要求30的方法，其中纖維的干燥密度為至少約0.04g/cm3。
44.權(quán)利要求30的方法，其中纖維的離心保留大于約4g鹽水/g纖維。
45.權(quán)利要求30的方法，其中纖維的自由溶脹度為至少約10g鹽水/g纖維。
46.權(quán)利要求30的方法，其中纖維的接枝效率大于約85％。
47.權(quán)利要求30的方法，其中當(dāng)將超吸收劑纖維摻入到吸收劑芯內(nèi)時(shí)，吸收劑芯的第三超吸入捕獲時(shí)間小于約25秒。
48.權(quán)利要求30的方法，其中超吸收劑纖維的吸收保留效率為約0.65-約0.99，其中用下述方程式表示吸收保留效率吸收保留效率(％)＝在負(fù)載下的吸收度/在負(fù)載下的保留×100。
49.權(quán)利要求30的方法，其中當(dāng)將超吸收劑纖維摻入到吸收劑芯內(nèi)時(shí)，吸收劑芯的吸收效率為約0.56-約0.95，其中用下述方程式表示吸收效率吸收效率(％)＝在負(fù)載下的吸收度/吸收容量×100。
50.權(quán)利要求30的方法，其中使纖維素纖維和水溶液接觸的步驟包括在水溶液內(nèi)懸浮該纖維素纖維。
51.權(quán)利要求30的方法，其中使纖維素纖維和水溶液接觸的步驟包括向纖維素纖維上噴灑水溶液。
52.權(quán)利要求31的方法，其中纖維素纖維以約5％的稠度存在于烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑的水溶液內(nèi)。
53.權(quán)利要求31的方法，其中除去烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑的過(guò)量水溶液，獲得基于纖維和水溶液的總重量計(jì)，稠度介于約8-35wt％的纖維素纖維。
54.權(quán)利要求30的方法，其中使纖維素纖維和水溶液接觸的步驟包括向纖維上噴灑烯鍵式不飽和單體和交聯(lián)劑的水溶液，獲得基于纖維和水溶液的總重量計(jì)，稠度介于約8-35wt％的纖維。
55.含權(quán)利要求1的超吸收劑纖維的吸收制品。
56.權(quán)利要求55的吸收劑制品，其中吸收劑制品是選自嬰兒尿布、婦女護(hù)理產(chǎn)品、訓(xùn)練褲和成人失禁貼身短內(nèi)褲中的至少一種制品。
57.權(quán)利要求55的吸收劑制品，它包括液體可滲透的頂部片材、液體不可滲透的背面片材，保護(hù)層，和吸收劑芯，其中保護(hù)層置于頂部片材下方，和吸收劑芯置于保護(hù)層和背面片材之間。
58.權(quán)利要求57的吸收劑制品，其中保護(hù)層包括超吸收劑纖維。
59.權(quán)利要求57的吸收劑制品，其中吸收劑芯包括超吸收劑聚合物和超吸收劑纖維素纖維的復(fù)合材料。
60.權(quán)利要求59的吸收劑制品，其中超吸收劑聚合物選自聚丙烯酸酯聚合物、淀粉接枝共聚物、纖維素接枝共聚物、交聯(lián)羧甲基纖維素衍生物，及其混合物和結(jié)合物。
61.權(quán)利要求59的吸收劑制品，其中超吸收劑聚合物為纖維、薄片或顆粒形式。
62.權(quán)利要求59的吸收劑制品，其中基于吸收劑結(jié)構(gòu)的總重量，超吸收劑纖維素纖維以約20-約80wt％的用量存在。
63.權(quán)利要求59的吸收劑制品，除了包括超吸收劑纖維素纖維以外，進(jìn)一步包括纖維素纖維。
64.權(quán)利要求63的吸收劑制品，其中纖維素纖維是選自下述的木漿纖維硬木木漿，通過(guò)Kraft或亞硫酸鹽化學(xué)法獲得的軟木纖維素木漿，苛性堿處理的木漿，人造絲，棉絨，及其結(jié)合或混合物。
65.權(quán)利要求63的吸收劑制品，其中基于吸收劑芯的重量，吸收劑芯包括約60％的超吸收劑纖維素纖維，約20wt％的纖維素纖維，和約20wt％的超吸收劑聚合物。
66.權(quán)利要求57的吸收劑制品，其中吸收劑芯包括纖維素纖維和超吸收劑纖維素纖維的復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及超吸收劑纖維素纖維，它包括纖維素和至少一種烯鍵式不飽和單體。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)該超吸收劑纖維的方法，和含該超吸收劑纖維的吸收劑制品。
文檔編號(hào)D06M14/04GK1791708SQ200480013645
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者O·A·哈梅德 申請(qǐng)人:雷奧尼爾產(chǎn)品及金融服務(wù)公司