專利名稱：包含羥基聚合物的聚合結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及羥基聚合物。更具體地講，本發(fā)明涉及包含締合劑的聚合結(jié)構(gòu)(特別是纖維)、包含此類聚合結(jié)構(gòu)的纖維結(jié)構(gòu)、以及用于制造此類聚合結(jié)構(gòu)和/或纖維結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
包含羥基聚合物的諸如纖維和/或薄膜等聚合結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域已知的。然而直到現(xiàn)在，仍很難獲得其中聚合結(jié)構(gòu)顯示大于0.2MPa的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力和/或小于10μm平均纖維直徑的包含締合劑的聚合結(jié)構(gòu)，特別是纖維形式的聚合結(jié)構(gòu)。
因此，仍然需要包含締合劑的聚合結(jié)構(gòu)、包含此類聚合結(jié)構(gòu)的纖維網(wǎng)、以及用于制造此類聚合結(jié)構(gòu)的方法，其中所述聚合結(jié)構(gòu)顯示大于0.2MPa的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力和/或小于10μm的平均纖維直徑。
發(fā)明概述本發(fā)明通過提供包含締合劑的聚合結(jié)構(gòu)和/或包含此類聚合結(jié)構(gòu)的纖維網(wǎng)以及用于制造此類聚合結(jié)構(gòu)和/或纖維網(wǎng)的方法滿足了上述需要。
在本發(fā)明的一個實(shí)例中，提供了纖維形式的非天然存在的聚合結(jié)構(gòu)，其中所述纖維包含羥基聚合物和締合劑。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，提供了包含締合劑的非天然存在的聚合結(jié)構(gòu)，其中所述聚合結(jié)構(gòu)顯示大于0.2MPa的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，提供了包含締合劑的纖維，其中所述纖維顯示小于10μm的平均纖維直徑。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，提供了包含如本發(fā)明所述的聚合結(jié)構(gòu)的纖維網(wǎng)。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，提供了包含一種或多種非天然存在的纖維的纖維結(jié)構(gòu)，所述纖維包含羥基聚合物和締合劑。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，提供了用于制造包含締合劑的聚合結(jié)構(gòu)的方法，其中所述方法包括將包含締合劑的含羥基聚合物的組合物聚合物加工成包含締合劑的聚合結(jié)構(gòu)的步驟。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，提供了用于制造包含締合劑的聚合結(jié)構(gòu)的方法，其中所述方法包括以下步驟a.提供包含羥基聚合物和締合劑的含羥基聚合物的組合物；和b.將含羥基聚合物的組合物聚合物加工成包含羥基聚合物和締合劑的聚合結(jié)構(gòu)。
因此，本發(fā)明提供了包含締合劑的聚合結(jié)構(gòu)、包含這種聚合結(jié)構(gòu)的纖維網(wǎng)、以及用于制造這種聚合結(jié)構(gòu)和/或纖維網(wǎng)的方法。
附圖概述

圖1A是適用于本發(fā)明的雙螺桿擠出機(jī)圓筒的示意性側(cè)視圖。
圖1B是適用于圖1A的圓筒的螺桿和混合元件構(gòu)型的示意性側(cè)視圖。
圖2是用于合成依照本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)的方法的示意性側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明的方法的示意性局部側(cè)視圖，該圖顯示了抽長區(qū)。
圖4是沿圖3中的線4-4截取的示意性平面視圖，該圖顯示了排列以提供本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)的多個擠出噴嘴的一種可能的排列方式。
圖5是與圖4的視圖類似的視圖，該圖顯示了在抽長區(qū)周圍提供邊界空氣的孔口的一種可能的排列方式。
圖6是可用于測定如本發(fā)明所述的纖維的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力的試樣塊的示意性平面視圖。
發(fā)明詳述定義本文所用術(shù)語“聚合結(jié)構(gòu)”是指通過加工依照本發(fā)明的含羥基聚合物的組合物而形成的任何物理結(jié)構(gòu)。依照本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)的非限制性實(shí)例包括纖維、薄膜和/或泡沫。本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)是非天然存在的物理結(jié)構(gòu)。換句話講，它們是人造的物理結(jié)構(gòu)。
本文所用術(shù)語“纖維”或“長絲”是指一種細(xì)長、纖薄又高度柔韌的物體，該物體具有一個長軸。與垂直于所述長軸的該纖維的兩個相互正交的軸相比，該長軸非常長。纖維可顯示大于100/1，更具體地講大于500/1，并且還更具體地講大于1000/1，并且甚至更具體地講大于5000/1的長軸長度與垂直于所述長軸的纖維橫截面的當(dāng)量直徑的縱橫比。所述纖維可以是連續(xù)的或基本連續(xù)的纖維，它們也可以是短纖維。
當(dāng)按照本文所述的平均纖維直徑測試方法進(jìn)行測定時，本發(fā)明的羥基聚合物纖維可具有小于約50μm和/或小于約20μm和/或小于約10μm和/或小于約8μm和/或小于約6μm和/或小于約4μm的平均纖維直徑。這種纖維可顯示大于約1μm和/或大于約2μm和/或大于約3μm的平均纖維直徑。
本發(fā)明的羥基聚合物纖維可包括熔噴纖維、干紡纖維、旋紡纖維、紡粘纖維、人造短纖維、中空纖維、異形纖維，如多葉形纖維和多組分纖維，尤其是雙組分纖維。所述多組分纖維(尤其是雙組分纖維)可以是并列型、皮芯型、分割餅型、帶型、海島型構(gòu)型、或它們的任何組合。外皮可以連續(xù)或不連續(xù)地圍繞芯。外皮與芯的重量比率可以為約5∶95至約95∶5。本發(fā)明的羥基聚合物纖維可具有不同的幾何形狀，這些幾何形狀包括圓形、橢圓形、星形、矩形、以及其它多種偏心形狀。
在另一個實(shí)例中，本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)可包括多組分聚合結(jié)構(gòu)如多組分纖維，所述多組分聚合結(jié)構(gòu)包含本發(fā)明的羥基聚合物和締合劑以及另一種聚合物。本文所用的多組分纖維是指在空間關(guān)系上具有超過一個相互分離部分的纖維。多組分纖維包括雙組分纖維，所述雙組分纖維被定義為在空間關(guān)系上具有兩個相互分離部分的纖維。多組分纖維的不同組分可橫過纖維的橫截面排列在完全不同的區(qū)域內(nèi)，并沿纖維的長度連續(xù)延伸。
這種多組分纖維(具體地講雙組分纖維)的非限制性實(shí)例是一種雙組分纖維，其中本發(fā)明的羥基聚合物用作該纖維的芯，而另一種聚合物用作外皮，該外皮圍繞或基本圍繞該纖維的芯。由含羥基聚合物的組合物衍生的這種聚合結(jié)構(gòu)可既包括羥基聚合物又包括另一種聚合物。
在另一個多組分、尤其是雙組分纖維的實(shí)施方案中，外皮可包含羥基聚合物和含交聯(lián)劑的交聯(lián)體系，并且芯可包含羥基聚合物和含交聯(lián)劑的交聯(lián)體系。就外皮和芯而言，羥基聚合物可相同或不同，并且交聯(lián)劑也可相同或不同。此外，羥基聚合物的含量可相同或不同，并且交聯(lián)劑的含量也可相同或不同。
如果聚合結(jié)構(gòu)呈纖維狀，那么可將本發(fā)明的一種或多種聚合結(jié)構(gòu)結(jié)合到諸如纖維結(jié)構(gòu)和/或纖維網(wǎng)的多聚合結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中。最終可將這種多聚合結(jié)構(gòu)產(chǎn)品結(jié)合到諸如單層或多層薄頁衛(wèi)生紙制品的商業(yè)產(chǎn)品中，所述商業(yè)產(chǎn)品包括例如面巾紙、衛(wèi)生紙、紙巾和/或擦拭物、女性護(hù)理產(chǎn)品、尿布、書寫紙、卷芯紙如卷芯紙巾、以及其它類型的紙制品。
本文所用術(shù)語“纖維結(jié)構(gòu)”是指包含至少一種纖維的單一纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)可包含一種或多種纖維，其中至少一種纖維包含羥基聚合物纖維。在另一個實(shí)例中，本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)可包含多根纖維，其中至少一根(有時是大多數(shù)，甚至全部)纖維包含羥基聚合物纖維。本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)可如此成層，以致纖維結(jié)構(gòu)中的一層可包含與同一纖維結(jié)構(gòu)的另一層不同組成的纖維和/或材料。本文所用術(shù)語“纖維網(wǎng)”是指包括至少一個平表面的物理結(jié)構(gòu)。在另一個實(shí)例中，纖維網(wǎng)是包括兩個平表面的物理結(jié)構(gòu)。如果纖維網(wǎng)內(nèi)沒有纖維存在，那么纖維網(wǎng)可以是薄膜。包含一種或多種纖維的纖維網(wǎng)可以是纖維結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一種或多種羥基聚合物纖維可以締合在一起形成纖維網(wǎng)。典型地，為了將纖維締合成纖維網(wǎng)，在成型線和/或帶和/或三維模塑構(gòu)件上集中許多纖維。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，本發(fā)明的纖維網(wǎng)和/或纖維結(jié)構(gòu)顯示大于約3.94g/cm(10g/2.54cm(10g/in))的初始總濕拉伸強(qiáng)度。
本文所用術(shù)語“羥基聚合物”是指包含按重量計大于10％和/或大于20％和/或大于25％的羥基的任何聚合物。
本文所用術(shù)語“含羥基聚合物的組合物”是指包含羥基聚合物(取代或未取代的)的組合物。
本文所用術(shù)語“未取代的羥基聚合物”和/或“未取代形式的羥基聚合物”和/或“未取代形式的取代羥基聚合物”是指其中的全部初始羥基部分都完整的羥基聚合物。換句話講，沒有衍生的羥基部分存在于羥基聚合物中。例如，羥基乙基淀粉不是未取代的羥基聚合物。僅僅從羥基部分中的氧上移除氫并不會產(chǎn)生取代的羥基聚合物。
本文所用術(shù)語“取代的羥基聚合物”和/或“取代形式的羥基聚合物”和/或“取代形式的未取代羥基聚合物”是指包含至少一個初始羥基部分的衍生物的羥基聚合物。換句話講，最初存在于羥基部分中的至少一個氧共價地鍵接至不同于氫的部分。
本文所用術(shù)語“締合劑”是指不用共價鍵接至羥基聚合物就能夠與羥基聚合物相互作用來影響含羥基聚合物的組合物的性能、特別是含羥基聚合物的組合物的紡絲(流變學(xué)的)性能的制劑。
相對于“非天然存在的纖維”，本文所用術(shù)語“非天然存在的”是指那種形式的纖維不存在于自然界。換句話講，為了獲得非天然存在的纖維，需要對原料進(jìn)行某種化學(xué)處理。例如，木漿纖維是天然存在的纖維，然而如果通過如lyocell型方法對木漿纖維進(jìn)行化學(xué)處理，就會形成纖維素的溶液。然后，可將纖維素的溶液紡成纖維。從而，由于這種紡成的纖維不能以它當(dāng)前的形式直接由自然界獲得，因此它將被認(rèn)為是非天然存在的纖維。
本文所用術(shù)語“天然存在的”是指纖維和/或材料以它當(dāng)前的形式存在于自然界。天然存在的纖維的實(shí)施例是木漿纖維。
“表觀峰值濕拉伸應(yīng)力”或簡單的“濕拉伸應(yīng)力”是作為由外力、并且更具體地講伸長力所產(chǎn)生的應(yīng)變的結(jié)果，在聚合結(jié)構(gòu)(如纖維)內(nèi)最大(即，“峰值”)應(yīng)變點(diǎn)存在的狀況，如下文所述的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力測試方法中所描述。應(yīng)力是“表觀的”，這是由于為了測定聚合結(jié)構(gòu)的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力，沒有考慮由聚合結(jié)構(gòu)的伸長所產(chǎn)生的聚合結(jié)構(gòu)平均厚度(如纖維的平均纖維直徑)中的變化(如果有任何變化的話)。聚合結(jié)構(gòu)的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力與它們的濕拉伸強(qiáng)度成比例，因此本文用前者來定量地估計后者。
本文所用術(shù)語“重均分子量”是指依照規(guī)程用凝膠滲透色譜法測定的重均分子量，所述規(guī)程存在于Colloids and Surfaces A.PhysicoChemical & Engineering Aspects，第162卷，2000年，第107至121頁。
本文所用術(shù)語“聚合物”通常包括，但不限于均聚物、共聚物，如嵌段、接枝、無規(guī)和間規(guī)共聚物、三元共聚物等，以及它們的共混物和改性物。此外，除非另有具體限定，術(shù)語“聚合物”包括所述材料的所有可能的幾何構(gòu)形。所述構(gòu)形包括但不限于全同立構(gòu)、無規(guī)立構(gòu)、間同立構(gòu)和無規(guī)對稱。
本文所用術(shù)語“紡絲工藝溫度”是指在形成羥基聚合物聚合結(jié)構(gòu)時，在紡絲沖模的外表面上抽長所述纖維狀羥基聚合物聚合結(jié)構(gòu)所用的溫度。
纖維本發(fā)明的羥基聚合物纖維可以是聚合結(jié)構(gòu)。換句話講，一種或多種聚合物可形成所述纖維。
本發(fā)明的羥基聚合物纖維可以是連續(xù)的或基本連續(xù)的。在一個實(shí)例中，如果纖維顯示大于約2.54cm(1英寸)和/或大于5.08cm(2英寸)的長度，那么它就是連續(xù)的。
可以通過將兩種或多種羥基聚合物交聯(lián)在一起來生產(chǎn)本發(fā)明的羥基聚合物纖維。用于實(shí)現(xiàn)羥基聚合物交聯(lián)的合適交聯(lián)體系的非限制性實(shí)例包含交聯(lián)劑和任選的交聯(lián)促進(jìn)劑，其中所述羥基聚合物通過交聯(lián)劑交聯(lián)?？捎糜诒景l(fā)明的合適交聯(lián)體系的實(shí)施例描述于美國專利申請公布2004/0249066。
在一個實(shí)例中，本發(fā)明的羥基聚合物纖維總體上顯示不具有熔點(diǎn)。換句話講，它在熔融之前降解。
除了本發(fā)明的羥基聚合物纖維之外，其它纖維還可以包括在本發(fā)明的纖維網(wǎng)中。例如，纖維網(wǎng)可包括諸如纖維素纖維的紙漿纖維和/或除羥基聚合物纖維之外的其它聚合物纖維。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，本發(fā)明的羥基聚合物纖維顯示大于0.2MPa和/或大于0.5MPa和/或大于1MPa的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，本發(fā)明的羥基聚合物纖維包含按所述纖維的重量計至少約50％和/或至少約60％和/或至少約70％至約100％和/或至約95％和/或至約90％的羥基聚合物。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，本發(fā)明的羥基聚合物纖維顯示小于約7和/或小于約6和/或小于約5和/或小于約4.5和/或小于約4的pH。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，本發(fā)明的羥基聚合物纖維包含締合劑。締合劑可以與羥基聚合物分開和離散開。換句話講，締合劑可以不共價地鍵接至羥基聚合物的羥基部分的氧原子。
羥基聚合物依照本發(fā)明的羥基聚合物包括任何未取代的含羥基聚合物(例如天然的臼齒形玉米淀粉羥基聚合物和/或酸稀化的臼齒形玉米淀粉羥基聚合物)和/或任何取代的含羥基聚合物(例如羥基乙基淀粉羥基聚合物)。
在一個實(shí)例中，本發(fā)明的羥基聚合物包括按重量計大于10％和/或大于20％和/或大于25％的羥基部分。
依照本發(fā)明的羥基聚合物的非限制性實(shí)例包括多元醇，如聚乙烯醇、聚乙烯醇衍生物、聚乙烯醇共聚物、淀粉、淀粉衍生物、淀粉共聚物、脫乙酰殼多糖、脫乙酰殼多糖衍生物、脫乙酰殼多糖共聚物、纖維素、纖維素衍生物如纖維素醚和纖維素酯衍生物、纖維素共聚物、樹膠、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、蛋白質(zhì)和多種其它多糖、以及它們的混合物。
由羥基聚合物主鏈來定義羥基聚合物的種類。例如，聚乙烯醇和聚乙烯醇衍生物以及聚乙烯醇共聚物屬于聚乙烯醇羥基聚合物種類，而淀粉和淀粉衍生物都屬于淀粉羥基聚合物種類。
本發(fā)明的羥基聚合物可具有大于約10,000g/mol和/或大于約40,000g/mol和/或約10,000至約80,000,000g/mol和/或約10,000至約40,000,000g/mol和/或約10,000至約10,000,000g/mol的重均分子量。較高和較低分子量的羥基聚合物可與具有上述范圍內(nèi)重均分子量的羥基聚合物聯(lián)合使用。
諸如多糖的羥基聚合物例如天然淀粉的熟知改性，包括化學(xué)改性和/或酶改性。例如，天然淀粉可被酸稀化、羥乙基化、羥丙基化和/或氧化。此外，羥基聚合物可包含天然的臼齒形玉米淀粉羥基聚合物。
在一個實(shí)例中，本發(fā)明的羥基聚合物包含淀粉羥基聚合物。淀粉羥基聚合物可以為酸稀化的淀粉羥基聚合物和/或堿熬煮的淀粉羥基聚合物。淀粉羥基聚合物可以衍生自玉米、馬鈴薯、小麥、木薯等等。淀粉羥基聚合物中直鏈淀粉與支鏈淀粉的重量比率可以分別為約10∶90至約99∶1。在一個實(shí)例中，淀粉羥基聚合物包含按重量計至少約10％和/或至少約20％至約99％和/或至約90％的直鏈淀粉。
本文所用術(shù)語“多糖”是指天然多糖和多糖衍生物或改性多糖。合適的多糖包括但不限于淀粉、淀粉衍生物、脫乙酰殼多糖、脫乙酰殼多糖衍生物、纖維素衍生物、樹膠、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、以及它們的混合物。
適于用作本發(fā)明的羥基聚合物(單獨(dú)或聯(lián)合)的聚乙烯醇的非限制性實(shí)例可用以下通式來描述 結(jié)構(gòu)I每個R選自C1-C4烷基、C1-C4酰基；并且x/x+y+z＝0.5至1.0。在一個實(shí)例中，聚乙烯醇沒有“y”和/或“z”單元。
可以用其它單體來接枝本文的聚乙烯醇以改變它的性能。已經(jīng)成功地將大量單體接枝到聚乙烯醇上。此類單體的非限制性實(shí)例包括乙酸乙烯酯、苯乙烯、丙烯酰胺、丙烯酸、2-羥乙基異丁烯酸酯、丙烯腈、1，3-丁二烯、異丁烯酸甲酯、甲基丙烯酸、1，1-二氯乙烯、氯乙烯、乙烯胺和多種丙烯酸酯。
締合劑本發(fā)明的含羥基聚合物的組合物可包含締合劑。締合劑能夠與羥基聚合物，尤其是它們的羥基部分締合，典型地不同于通過共價鍵結(jié)合。
在一個實(shí)例中，締合劑是陽離子劑。陽離子劑可以選自由下列物質(zhì)組成的組季銨化合物、四烷基胺、四芳基胺、咪唑啉季銨鹽、多乙氧基化四烷基胺、以及它們的混合物。
合適締合劑的非限制性實(shí)例包括季銨化合物、胺氧化物和胺。
季銨化合物的非限制性實(shí)例包括十二烷基三甲基氯化銨、硬脂基三甲基氯化銨、硬脂基二甲基芐基氯化銨、雙十二烷基二甲基氯化銨、四乙基氯化銨、多乙氧基化季銨氯化物，如來自Akzo Nobel ChemicalsInc.的Ethoquad C/12。合適的季銨化合物由Akzo Nobel ChemicalsInc.以商品名Arquad 12-50出售。
胺氧化物的非限制性實(shí)例包括鯨蠟基二甲基胺氧化物、月桂基二甲基胺氧化物、椰油酰胺基丙基胺氧化物。合適的胺氧化物由StepanCompany以商品名Ammonyl CO出售。
胺(如烷基胺)的非限制性實(shí)例包括乙氧基化十二烷基胺、乙氧基化硬脂胺和乙氧基化油基胺。合適的胺由Akzo Nobel Chemicals Inc.以商品名Ethomeen C/12出售。
締合劑可以大于0％至小于約100％的含量存在于諸如纖維的聚合結(jié)構(gòu)中。在一個實(shí)例中，締合劑以大于0％和/或至少約0.001％和/或至少約0.01％和/或至少約0.1％和/或至少約1％至約50％和/或至約40％和/或至約30％和/或至約15％和/或至約10％和/或至約5％和/或至約3％的含量存在于聚合結(jié)構(gòu)中。
含羥基聚合物的組合物本發(fā)明的含羥基聚合物的組合物可包含未取代的羥基聚合物和/或取代的羥基聚合物。含羥基聚合物的組合物可以為聚合物的共混物和/或混合物，如兩種或多種不同的羥基聚合物，例如未取代的羥基聚合物(即，天然的臼齒形玉米淀粉羥基聚合物)和取代的羥基聚合物(即，羥基乙基淀粉羥基聚合物)。在另一個實(shí)施例中，含羥基聚合物的組合物可包含兩種或多種不同種類的羥基聚合物，如淀粉羥基聚合物和聚乙烯醇羥基聚合物。
任選成分，例如填充劑(無機(jī)和有機(jī)的)和/或纖維和/或起泡劑，也可以包括在含羥基聚合物的組合物中和/或由它們制成的纖維結(jié)構(gòu)中。
含羥基聚合物的組合物已可以形成。在一個實(shí)例中，為了形成含羥基聚合物的組合物，可通過與液體(如水)接觸來溶解羥基聚合物。對本發(fā)明而言，這種液體可看作是起外用增塑劑的作用?？晒┻x擇地，也可以使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的用于生產(chǎn)含羥基聚合物的組合物的任何其它合適方法，使得所述含羥基聚合物的組合物顯示用于將所述組合物聚合物加工成依照本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)的合適性能。
當(dāng)由含羥基聚合物的組合物制造聚合結(jié)構(gòu)時，含羥基聚合物的組合物可具有和/或暴露于約23℃至約140℃和/或約50℃至約130℃和/或約65℃至約100℃和/或約65℃至約95℃和/或約70℃至約90℃的溫度。如下所述，當(dāng)制造薄膜和/或泡沫聚合結(jié)構(gòu)時，所述含羥基聚合物的組合物可具有和/或暴露于通常較高的溫度。
所述含羥基聚合物的組合物的pH可為約2.5至約11和/或約2.5至約10和/或約3至約9.5和/或約3至約8.5和/或約3.2至約8和/或約3.2至約7.5。
在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明的含羥基聚合物的組合物可包含按所述含羥基聚合物的組合物的重量計至少約5％和/或至少約15％和/或至少約20％和/或30％和/或40％和/或45％和/或50％至約75％和/或80％和/或85％和/或90％和/或95％和/或99.5％的羥基聚合物。
羥基聚合物在交聯(lián)之前可具有大于約10,000g/mol的重均分子量。
交聯(lián)體系可存在于所述含羥基聚合物的組合物中和/或可在聚合物加工所述含羥基聚合物的組合物之前添加到所述含羥基聚合物的組合物中。
所述含羥基聚合物的組合物可包含a)按所述含羥基聚合物的組合物的重量計至少約5％和/或至少約15％和/或至少約20％和/或30％和/或40％和/或45％和/或50％至約75％和/或80％和/或85％的羥基聚合物；b)包含按所述含羥基聚合物的組合物的重量計約0.1％至約10％交聯(lián)劑的交聯(lián)體系；和c)按所述含羥基聚合物的組合物的重量計約10％和/或15％和/或20％至約50％和/或55％和/或60％和/或70％的外用增塑劑，例如水。
除了交聯(lián)劑之外，本發(fā)明的交聯(lián)體系還可以包含交聯(lián)促進(jìn)劑。
本文所用術(shù)語“交聯(lián)促進(jìn)劑”是指能夠活化交聯(lián)劑，從而將該交聯(lián)劑從其未活化狀態(tài)轉(zhuǎn)化至其活化狀態(tài)的任何物質(zhì)。
在交聯(lián)羥基聚合物之后，作為交聯(lián)了羥基聚合物的結(jié)果，交聯(lián)劑變成聚合結(jié)構(gòu)整體的組成部分，如以下示意圖所示羥基聚合物-交聯(lián)劑-羥基聚合物交聯(lián)促進(jìn)劑可包括交聯(lián)劑轉(zhuǎn)化/活化之后可存在的物質(zhì)的衍生物。例如，交聯(lián)促進(jìn)劑鹽以化學(xué)方法轉(zhuǎn)變成它的酸式鹽，反之亦然。
合適交聯(lián)促進(jìn)劑的非限制性實(shí)例包括具有介于2和6之間的pKa的酸、或它們的鹽。交聯(lián)促進(jìn)劑可以是Bronsted酸和/或它們的鹽，優(yōu)選它們的銨鹽。
此外，金屬鹽如鎂鹽和鋅鹽可單獨(dú)用作交聯(lián)促進(jìn)劑，或與Bronsted酸和/或它們的鹽組合用作交聯(lián)促進(jìn)劑。
合適交聯(lián)促進(jìn)劑的非限制性實(shí)例包括乙酸、苯甲酸、檸檬酸、甲酸、乙醇酸、乳酸、馬來酸、鄰苯二甲酸、磷酸、琥珀酸、以及它們的混合物和/或它們的鹽，優(yōu)選它們的銨鹽，如乙醇酸銨、檸檬酸銨、硫酸銨和氯化銨。
A.含羥基聚合物的組合物的合成可使用螺桿擠出機(jī)如排氣雙螺桿擠出機(jī)來制備本發(fā)明的含羥基聚合物的組合物。
APV Baker(Peterborough，England)雙螺桿擠出機(jī)的圓筒10示意性圖示說明于圖1A。將圓筒10分成八個區(qū)域，標(biāo)為區(qū)域1至8。圓筒10圍繞擠出螺桿和混合元件，示意性地示于圖1B，并且在擠出過程中用作保護(hù)殼。固體進(jìn)料口12設(shè)置在區(qū)域1中，并且液體進(jìn)料口14也設(shè)置在區(qū)域1中。通風(fēng)口16包括在區(qū)域7中用于冷卻，并且在混合物離開擠出機(jī)之前用于降低其中的液體(如水)的含量?？墒褂檬惺圩訟PV Baker的任選通風(fēng)口填充物來防止含羥基聚合物的組合物經(jīng)通風(fēng)口16流出。含羥基聚合物的組合物經(jīng)圓筒10的流動是從區(qū)域1開始，從區(qū)域8離開圓筒10。
雙螺桿擠出機(jī)的螺桿和混合元件構(gòu)型示意性地圖示說明于圖1B。雙螺桿擠出機(jī)包括串聯(lián)安裝的多個雙導(dǎo)螺桿(TLS)(標(biāo)為A和B)和單導(dǎo)螺桿(SLS)(標(biāo)為C和D)。螺桿元件(A-D)的特征在于連續(xù)導(dǎo)桿的數(shù)目和這些導(dǎo)桿的間距。
導(dǎo)桿是包裹螺桿元件芯的螺旋片(以給定的螺旋角)。導(dǎo)桿的數(shù)目顯示在沿螺桿長度的任何給定位置包裹芯的螺旋片的數(shù)目。增加導(dǎo)桿的數(shù)目將減少螺桿的容積并且增大螺桿的壓力產(chǎn)生能力。
螺桿間距是螺旋片完全繞芯一周所需要的距離。此間距表示為螺旋片每個整周的螺桿元件直徑的數(shù)目。減小螺桿的間距將增大螺桿所產(chǎn)生的壓力并且減小螺桿的容積。
螺桿元件的長度被記錄為元件長度除以元件直徑的比率。
此實(shí)例使用TLS和SLS。螺桿元件A是具有1.0間距和1.5長度比的TLS。螺桿元件B是具有1.0間距和1.0L/D比的TLS。螺桿元件C是具有1/4間距和1.0長度比的SLS。螺桿元件D是具有1/4間距和1/2長度比的SLS。
為了增進(jìn)混合，還包含與SLS和TLS螺桿元件串聯(lián)用作混合元件的Bilobal槳E。為了控制流動和相應(yīng)的混合時間，使用多種構(gòu)型的bilobal槳和反向元件F、以相反方向擰的單導(dǎo)螺桿和雙導(dǎo)螺桿。
在區(qū)域1中，使用K-Tron(Pitman，NJ)重量減輕進(jìn)料器，以230克/分鐘的速度將羥基聚合物送料至固體進(jìn)料口。此羥基聚合物在擠出機(jī)(區(qū)域1)內(nèi)與水、外用增塑劑混合，形成羥基聚合物/水漿液，所述水和外用增塑劑使用Milton Roy(Ivyland，PA)隔膜泵(0.002L/s(每小時1.9加侖)泵壓頭)以2.43g/s(146克/分鐘)的速度在液體進(jìn)口加入。然后將該漿液向擠出機(jī)圓筒的下部傳送，并且在諸如氫氧化銨和/或氫氧化鈉等堿性試劑的存在下熬煮。熬煮使來自羥基聚合物上的至少一個羥基部分的氫變得與羥基部分分離開，從而在以前的羥基部分的氧原子上產(chǎn)生負(fù)電荷。這個氧原子此刻對經(jīng)由諸如季銨化合物的締合劑(例如季銨)所進(jìn)行的締合開放。因此，將締合劑加入羥基聚合物/水漿液，從而產(chǎn)生締合的羥基聚合物。
表1描述了擠出機(jī)各區(qū)域的溫度、壓力和相應(yīng)的功能。
表I
在漿液離開擠出機(jī)后，一部分締合的羥基聚合物/水漿液可以被傾卸掉，而另一部分(100g)可以被給料入Zenith，PEP II型(SanfordNC)泵，然后泵吸至SMX型靜態(tài)攪拌器(Koch-Glitsch，Woodridge，Illinois)中。靜態(tài)攪拌器用于使諸如交聯(lián)劑、交聯(lián)促進(jìn)劑、外用增塑劑(如水)的附加添加劑與締合的羥基聚合物/水漿液混合，形成含締合羥基聚合物的組合物。經(jīng)PREP 100 HPLC泵(Chrom Tech，Apple ValleyMN)，將添加劑泵吸至靜態(tài)攪拌器中。這些泵提供高壓、低體積添加的能力。本發(fā)明的締合的含羥基聚合物的組合物準(zhǔn)備好被聚合物加工成羥基聚合物聚合結(jié)構(gòu)。
B.聚合物加工本文所用術(shù)語“聚合物加工”是指由含羥基聚合物的組合物形成包含羥基聚合物的聚合結(jié)構(gòu)的任何操作和/或方法。
聚合物加工操作的非限制性實(shí)例包括擠出、模塑和/或纖維紡絲。擠出和模塑(鑄造或吹制)典型生產(chǎn)薄膜、片和多種外形的擠出品。模塑可包括噴射模塑法、吹制模塑法和/或壓縮模塑法。纖維紡絲可包括紡粘法、熔噴法、連續(xù)長絲生產(chǎn)法、旋轉(zhuǎn)紡絲法和/或絲束纖維生產(chǎn)法。
C.聚合結(jié)構(gòu)可以使含羥基聚合物的組合物經(jīng)受一種或多種聚合物加工操作，使得所述含羥基聚合物的組合物被加工成包含如本發(fā)明所述的羥基聚合物和任選交聯(lián)體系的聚合結(jié)構(gòu)。
交聯(lián)體系憑借交聯(lián)劑將羥基聚合物交聯(lián)在一起來生產(chǎn)本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)，其中經(jīng)過或不經(jīng)過固化步驟。換句話講，按照本文所述的初始總濕張力測試方法進(jìn)行測定時，依照本發(fā)明的交聯(lián)體系可憑借交聯(lián)劑將加工的含羥基聚合物的組合物的羥基聚合物滿意地交聯(lián)在一起，從而形成完整的聚合結(jié)構(gòu)。交聯(lián)劑是聚合結(jié)構(gòu)的“組成部件”。沒有交聯(lián)劑就無法形成依照本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)不包括施用于預(yù)先存在形式上的涂層和/或其它表面處理，如纖維、薄膜或泡沫上的涂層。
在一個實(shí)例中，通過聚合物加工操作生產(chǎn)的聚合結(jié)構(gòu)可以在約110℃至約315℃和/或約110℃至約250℃和/或約110℃至約200℃和/或約120℃至約195℃和/或約130℃至約185℃的固化溫度下，固化約0.01秒和/或1秒和/或5秒和/或15秒至約60分鐘和/或約20秒至約45分鐘和/或約30秒至約30分鐘的一段時間?？晒┻x擇的固化方法可包括諸如UV、電子束、IR的輻射方法和其它升溫方法。
此外，在上述室溫下固化之后或者代替在上述室溫下固化，聚合結(jié)構(gòu)還可以在室溫下固化幾天。
當(dāng)按照本文所述的初始總濕張力測試方法進(jìn)行測定時，聚合結(jié)構(gòu)顯示至少約1.18g/cm(3g/in)和/或至少約1.97g/cm(5g/in)和/或至少約5.91g/cm(15g/in)和/或至少約9.84g/cm(25g/in)至約51.18g/cm(130g/in)和/或至約43.31g/cm(110g/in)和/或至約35.43g/cm(90g/in)和/或至約25.53g/cm(75g/in)和/或至約23.62g/cm(60g/in)和/或至約21.65g/cm(55g/in)和/或至約19.69g/cm(50g/in)的初始總濕張力。
在一個實(shí)例中，本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)可包含按所述聚合結(jié)構(gòu)的重量計至少約20％和/或30％和/或40％和/或45％和/或50％至約75％和/或80％和/或85％和/或90％和/或95％和/或99.5％的羥基聚合物。
聚合結(jié)構(gòu)的合成下面是用于制備依照本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)的方法的非限制性實(shí)例。
i)纖維形成依照上述“含羥基聚合物的組合物的合成”來制備含羥基聚合物的組合物。如圖2所示，可將含羥基聚合物的組合物加工成聚合結(jié)構(gòu)。用泵103如ZenithPEP II型泵，將存在于擠出機(jī)102中的含羥基聚合物的組合物泵吸至沖模104，所述泵的容量為每轉(zhuǎn)0.6立方厘米(cc/rev)，由Parker Hannifin Corporation，Zenith Pumpsdivision，of Sanford，NC，USA制造。通過調(diào)節(jié)泵103的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)，來控制流入沖模104的羥基聚合物，如淀粉。用電加熱連接擠出機(jī)102、泵103、沖模104和任選攪拌器116的管子，并且恒溫控制在65℃。
沖模104有幾行彼此間隔開的圓形擠出噴嘴200，它們的間距P(圖3)為約1.524毫米(約0.060in)。噴嘴200具有約0.305毫米(約0.012in)的單一內(nèi)徑D2和約0.813毫米(約0.032in)的單一外徑(D1)。每個單獨(dú)噴嘴200被環(huán)形的并且分散張開的孔口250所環(huán)繞，孔口在厚度為約1.9毫米(約0.075英寸)的板260(圖3和圖4)中形成。板260上多個分散張開的孔口250的格局同擠出噴嘴200的格局一致?？卓?50具有約1.372毫米(約0.054英寸)的較大直徑D4(圖3和圖4)和1.17毫米(約0.046英寸)的較小直徑D3，用于抽長空氣。將板260固定，使得從噴嘴200擠出的雛形纖維110被經(jīng)孔口250供應(yīng)的大致圓柱狀的濕潤空氣流所包圍并抽長。噴嘴可超出板260的表面261(圖3)延伸至約1.5mm至約4mm，更具體地講約2mm至約3mm的距離。如圖5所示，通過將多個噴嘴每側(cè)上的兩列外側(cè)噴嘴阻塞來形成多個邊界空氣孔口300，如在板上所看到，使得每個邊界層孔口包含上文所述的環(huán)形孔250。此外，阻塞每隔一行和每隔一列的剩余毛細(xì)管噴嘴，從而增加可用毛細(xì)管噴嘴之間的間距。
如圖2所示，可通過用電阻加熱器108(例如，由Chromalox，Division of Emerson Electric，of Pittsburgh，PA，USA制造的加熱器)加熱來自源106的壓縮空氣來提供抽長空氣。由球心閥(未示出)控制的適量水汽105以約240至約420千帕(kPa)的絕對壓力加入，使在電加熱的恒溫控制遞送管115內(nèi)的熱空氣飽和或接近飽和。在電加熱的恒溫控制分離器107中除去冷凝物。在管115中測量時，抽長空氣具有約130kPa至約310kPa的絕對壓力。擠出的聚合結(jié)構(gòu)纖維110的含水量按重量計為約20％和/或25％至約50％和/或55％。用溫度為約149℃(約300)至約315℃(約600)的干燥空氣流109來干燥聚合結(jié)構(gòu)纖維110，所述空氣流由電阻加熱器(未示出)通過干燥噴嘴112提供，并且以相對于所擠出雛形纖維的大致方向大致垂直的角度排放。將聚合結(jié)構(gòu)纖維從約45％含水量干燥至約15％含水量(即，稠度約55％至稠度約85％)，然后集中在匯集裝置111，例如可移動的網(wǎng)孔帶上。
加工參數(shù)如下。
ii)泡沫形成使用類似于制備用于纖維形成的含羥基聚合物的組合物的方法來制備用于泡沫形成的含羥基聚合物的組合物，不同的是水含量將更少，典型地為所述羥基聚合物重量的約10％至21％。由于用更少的水使羥基聚合物成為可塑體，因此在擠出機(jī)區(qū)域5至8(圖1A)中可能需要更高的溫度，典型地為150℃至250℃。也由于可用的水較少，因此可能需要在區(qū)域1中同水一起加入交聯(lián)體系，特別是交聯(lián)劑。為了避免在擠出機(jī)中發(fā)生過早交聯(lián)，含羥基聚合物的組合物的pH應(yīng)當(dāng)介于7和8之間，這可以通過使用交聯(lián)促進(jìn)劑(例如銨鹽)來實(shí)現(xiàn)。將沖模放在擠出材料出現(xiàn)的位置，并且典型地保持在160℃至210℃。被研磨成粒度在400至1500微米范圍內(nèi)變化的改性高直鏈淀粉(例如按所述淀粉的重量計大于50％和/或大于75％和/或大于90％的直鏈淀粉)優(yōu)選用于本申請。同樣有利的是以淀粉重量的約1％至8％的量加入的諸如微滑石的成核劑，或諸如硫酸鈉或氯化鈉的堿金屬鹽或堿土金屬鹽?？蓪⑴菽谱鞒啥喾N形狀。
iii)薄膜形成使用類似于制備用于纖維形成的含羥基聚合物的組合物的方法來制備用于薄膜形成的含羥基聚合物的組合物，不同的是加入的水量更少，典型地為所述羥基聚合物重量的3％至15％，并且包括所述羥基聚合物重量的約10％至30％的多元醇外用增塑劑，如甘油。泡沫形成時，區(qū)域5至7(圖1A)保持在160℃至210℃，然而狹縫沖模溫度較低，介于60℃和120℃之間。泡沫形成時，可將交聯(lián)體系、尤其是交聯(lián)劑與水一起加入?yún)^(qū)域1中，并且含羥基聚合物的組合物的pH應(yīng)當(dāng)介于7和8之間，這可以通過使用交聯(lián)促進(jìn)劑(例如銨鹽)來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的薄膜可用于本領(lǐng)域已知的任何合適的產(chǎn)品。例如，薄膜可用于包裝材料。
用于制造聚合結(jié)構(gòu)的方法可通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何合適方法來制造本發(fā)明的聚合結(jié)構(gòu)。
用于制造如本發(fā)明所述的聚合結(jié)構(gòu)的合適方法的一個非限制性實(shí)例包括由包含取代形式的羥基聚合物的含羥基聚合物的組合物來獲得包含羥基聚合物的聚合結(jié)構(gòu)的步驟。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，提供了用于制造包含羥基聚合物的聚合結(jié)構(gòu)的方法，其中所述方法包括將包含羥基聚合物的含羥基聚合物的組合物聚合物加工成包含羥基聚合物的聚合結(jié)構(gòu)的步驟。
在本發(fā)明的另一個實(shí)例中，提供了用于制造包含羥基聚合物的聚合結(jié)構(gòu)的方法，其中所述方法包括以下步驟a.提供包含羥基聚合物和締合劑的含羥基聚合物的組合物；和b.將包含羥基聚合物和締合劑的含羥基聚合物的組合物聚合物加工成聚合結(jié)構(gòu)。
在一個實(shí)例中，在締合步驟中，用締合劑將羥基聚合物(具體地講，存在于羥基聚合物上的一個或多個羥基部分)締合一段時間足以使包含羥基聚合物和締合劑的聚合結(jié)構(gòu)形成。換句話講，不受理論的約束，締合劑以這樣的方式臨時影響羥基聚合物的性能，以致它可以被紡絲和/或換句話講聚合物加工成諸如纖維的聚合結(jié)構(gòu)。
締合步驟可包括使羥基聚合物經(jīng)受堿性pH。例如，締合步驟可包括使羥基聚合物經(jīng)受大于7和/或至少約7.5和/或至少約8和/或至少約8.5的pH。為了獲得堿性pH，可以在締合步驟中使用堿性試劑。合適堿性試劑的非限制性實(shí)例可選自由下列物質(zhì)組成的組氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鉀、氫氧化銨、以及它們的混合物。此外，締合步驟可在約70℃至約140℃和/或約70℃至約120℃和/或約75℃至約100℃范圍內(nèi)的溫度下發(fā)生。
締合步驟可包括使羥基聚合物同締合劑相互作用形成締合的羥基聚合物的步驟。
由締合的羥基聚合物獲得纖維的步驟可包括使締合的羥基聚合物經(jīng)受酸性pH。例如，由締合的羥基聚合物獲得纖維的步驟可包括使締合的羥基聚合物經(jīng)受小于7和/或小于約6和/或小于約5和/或小于約4.5和/或小于約4的pH。為了獲得酸性pH，可在獲得纖維的步驟中使用酸性試劑。合適酸性試劑的非限制性實(shí)例可選自由下列物質(zhì)組成的組乙酸、苯甲酸、檸檬酸、甲酸、乙醇酸、乳酸、馬來酸、鄰苯二甲酸、磷酸、琥珀酸、以及它們的混合物和/或它們的鹽，優(yōu)選它們的銨鹽，如乙醇酸銨、檸檬酸銨、硫酸銨、氯化銨、以及它們的混合物。此外，獲得纖維的步驟可在約60℃至約100℃和/或約70℃至約95℃范圍內(nèi)的溫度下發(fā)生。
獲得聚合結(jié)構(gòu)的步驟可包括紡絲締合的羥基聚合物，使得形成包含羥基聚合物和締合劑的纖維。紡絲可以為本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何合適的紡絲操作。
本發(fā)明的方法還可包括收集多根纖維以形成纖維網(wǎng)的步驟。
測試方法本文所述的所有測試(包括定義部分描述的那些和以下的測試方法)，都是在測試之前已經(jīng)在溫度約23℃±2.2℃(73±4)和相對濕度50％±10％的調(diào)理室中調(diào)理24小時的樣本上進(jìn)行的。此外，所有測試都是在調(diào)理室中進(jìn)行的。在拍攝圖像之前，測試過的樣本和毛氈應(yīng)當(dāng)經(jīng)受約23℃±2.2℃(73±4)和50％±10％相對濕度24小時。
A.表觀峰值濕拉伸應(yīng)力測試方法設(shè)計了以下測試來測定纖維被潤濕的第一分鐘期間淀粉纖維的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力以表現(xiàn)消費(fèi)者在使用諸如衛(wèi)生紙的最終產(chǎn)品時對它的強(qiáng)度性能的真實(shí)生活期望。
(A)設(shè)備●696-12型Sunbeam超聲波加濕器，由位于McMinnville，TN，USA的Sunbeam Household Products Co.制造。加濕器具有接通/中斷開關(guān)并且在室溫下操作。將69cm(27英寸)長的1.59cm(0.625”)外徑和0.64cm(0.25”)內(nèi)徑的橡膠軟管連接到出口。在正確操作時，加濕器將每分鐘排出以薄霧形式的介于0.54和0.66克之間的水。
可以使用攝影測量技術(shù)來測定由加濕器產(chǎn)生的薄霧的水滴速率和水滴直徑?？梢允褂门溆?7mm聯(lián)接圈、NikonPB-6褶疊暗箱和Nikon自動對焦AF Micro Nikkor200mm 1∶4D鏡頭的日本NikonD1型3-兆像素的數(shù)字照相機(jī)來拍攝圖像。具有約3.5微米尺寸的每個像素假定為一個平方像素?？梢允褂谩癗ano雙閃光系統(tǒng)”(德國Wedel的“高速照相體系”)以陰影模式拍攝圖像。許多市售的圖像處理包可以用來處理圖像。將該體系的兩次閃光之間的停留時間設(shè)定在5、10和20微秒。用水滴在兩次閃光之間行進(jìn)的距離來計算水滴的速率。
發(fā)現(xiàn)水滴的直徑為約12微米至約25微米。計算出距柔韌軟管出口約(25±5)mm處水滴的速率為約每秒27米(m/sec)，該值在約15m/sec至約50m/sec的范圍內(nèi)變化。明顯地，當(dāng)薄霧流遇到室內(nèi)空氣時，水滴的速率由于阻力而減慢，同時與軟管出口的距離增大。
將柔韌軟管放置成使得薄霧流完全吞沒該處的纖維，徹底地潤濕纖維。為了確保纖維不被薄霧流所損壞或弄斷，調(diào)節(jié)柔韌軟管出口與纖維之間的距離，直到薄霧流在纖維處停止或剛越過纖維為止。
●405A型的帶有1克“力轉(zhuǎn)換器”的“長絲拉伸流變儀”(Filament Stretching Rheometer)(FSR)，由位于Aurora，Ontario，Canada的Aurora Scientific Inc.制造，配有小金屬吊鉤。初始的設(shè)備設(shè)定值為初始間隙＝0.1cm 應(yīng)變速率＝0.1s-1Hencky應(yīng)變界限＝4每秒的數(shù)據(jù)點(diǎn)＝25后移動時間＝0FSR基于一種設(shè)計，所述設(shè)計類似于題為“A FilamentStretching Device For Measurement Of Extensional Viscosity”的論文所述的設(shè)計，該論文刊印于J.Rheology 37(6)，1993年，第1081至1102頁(Tirtaatmadja和Sridhar)，并引入本發(fā)明以供參考，其中有以下改變(a)定向FSR，使得兩個側(cè)板可以在垂直方向移動。
(b)FSR包括兩個獨(dú)立的PAG001型球滾珠螺旋線性致動器(由Industrial Device Corp.of Petaluma，CA，USA制造)，每個致動器由步進(jìn)馬達(dá)(例如Zeta83-135，由ParkerHannifin Corp.，Compumotor Division，Rohnert Park，CA，USA制造)驅(qū)動。馬達(dá)中的一個可配有編碼器(例如，E151000C865型，由Dynapar Brand，Danaher Controls ofGurnee，IL，USA制造)來跟蹤致動器的位置?？梢詫蓚€致動器進(jìn)行編程，使它們在相反的方向上以等速移動相等的距離。
(c)側(cè)板之間的最大距離為大約813mm(約32英寸)。
可以使用由Analog Devices Co.，Norwood，MA，USA制造的5B41-06型寬帶寬單槽信號調(diào)節(jié)組件來調(diào)節(jié)來自405A型力轉(zhuǎn)換器(由位于Aurora，Ontario，Canada的Aurora Scientific Inc.制造)的信號。
含羥基聚合物的纖維和用于測定其表觀峰值濕拉伸應(yīng)力的方法的實(shí)施例將二十五克未取代的羥基聚合物，例如Eclipse G淀粉(大約3,000,000g/mol平均分子量的酸稀化的臼齒形玉米淀粉，來自Decatur，IL，USA的A.E.Staley Manufacturing Corporation)、10.00克羥基聚合物，例如10％Celvol 310的水溶液(乙烯醇，來自DallasTexas，USA的Celanese Ltd.的均聚物)(基于所述淀粉的重量為4％)、1.00克堿性試劑，例如25％氫氧化鈉溶液(基于所述淀粉的重量為1％)、0.67g取代劑，例如Arquad 12-37W(三甲基十二烷基氯化銨，來自Chicago，Illinois，USA的Akzo Nobel Chemicals Inc.)(基于所述淀粉的重量為1％)和50克水，加入200mL的燒杯中。將燒杯放置在水浴中煮沸大約一小時，同時手動攪拌淀粉混合物以使淀粉變性，并且蒸發(fā)掉一定量的水，直至約25克水留在燒杯中。
然后將1.66克交聯(lián)劑，例如來自Lanxess Corp.(以前的BayerCorp.)Pittsburgh，PA，USA的Parez490，(基于所述淀粉的重量為3％的尿素-乙二醛樹脂)和4.00克交聯(lián)促進(jìn)劑，例如25％氯化銨溶液(基于所述淀粉的重量為4％)，加入燒杯并攪拌。然后使混合物冷卻至約40℃的溫度。將一部分混合物轉(zhuǎn)移到10立方厘米(cc)的注射器中，并且從其中擠出來形成纖維。手動拉長纖維，使得纖維具有介于約10μm和約100μm之間的直徑。然后，將纖維懸掛在環(huán)境空氣中大約一分鐘，使纖維干燥并凝固。將纖維放在鋁盤上，在約130℃的溫度下在對流爐中固化約10分鐘。然后將固化的纖維放在具有約22℃恒溫和約25％恒定相對濕度的房間內(nèi)約24小時。
由于單纖維是易碎的，因此可以使用試樣塊90(圖6)來支撐纖維110?？梢杂善胀ㄞk公室復(fù)印紙或類似的輕材料來制造試樣塊90。在圖6的一個圖示說明的實(shí)例中，試樣塊90包括具有約20毫米長、約8毫米寬輪廓尺寸的矩形結(jié)構(gòu)，在試樣塊90的中心具有大小約9毫米長、約5毫米寬的矩形剪除部分91?？梢杂媚z帶95(例如常規(guī)的透明膠帶)將纖維110的末端110a和110b固定到試樣塊90的末端，或相反，使得纖維110橫跨試樣塊90中心的剪除部分91的距離(在目前的實(shí)施例中為約9毫米)，如圖6所示。為了方便安裝，試樣塊90可在試樣塊90的頂部具有洞98，構(gòu)造該洞來接收安裝在力轉(zhuǎn)換器的板上的合適吊鉤。在向纖維上施力之前，可以用光學(xué)顯微鏡在3個位置測量纖維的直徑然后取平均值來獲得用于計算的平均纖維直徑。
然后可以將試樣塊90安裝到纖維拉伸流變儀(未示出)上，使得纖維110基本平行于要施加的負(fù)荷“P”(圖6)的方向?？梢约羟衅叫杏诶w維110的試樣塊90的側(cè)部(沿線92，圖6)，使得纖維110為承受負(fù)荷的唯一元件。
然后可以充分潤濕纖維110。例如，可以開啟超聲波加濕器(未示出)，在距纖維約200毫米(約8英寸)遠(yuǎn)的位置放置橡膠軟管，使得排出的薄霧直接對準(zhǔn)纖維?？梢允估w維110暴露于水汽約一分鐘，之后可以將力負(fù)荷P施加到纖維110上。在施加向纖維110賦予伸長力的力負(fù)荷期間，纖維110繼續(xù)暴露于水汽。應(yīng)當(dāng)注意的是，應(yīng)確保在將力施加到纖維上時，纖維110在加濕器排出的主汽流內(nèi)是連續(xù)的。在正確暴露時，典型地可以在纖維110上或周圍看到水滴。在使用之前，使加濕器、它的內(nèi)容物和纖維110平衡至環(huán)境溫度。
使用力負(fù)荷和直徑測量值，可以計算出以兆帕(MPa)為單位的濕拉伸應(yīng)力。可以重復(fù)該測試多次，例如八次。對八個纖維的濕拉伸應(yīng)力測量值的結(jié)果取平均值。通過從整組力讀數(shù)減去纖維斷裂之后收集的平均力轉(zhuǎn)換器信號，對剩余試樣塊的質(zhì)量來校正來自力轉(zhuǎn)換器的力讀數(shù)。通過用纖維上產(chǎn)生的最大力除以纖維的橫截面積(基于在進(jìn)行測試之前所測定的纖維平均纖維直徑的光學(xué)顯微鏡測量值)，可以計算出纖維的斷裂應(yīng)力。實(shí)際的開始板分離(bps)可取決于所測試的特定樣本，但是為了計算樣本的實(shí)際工程應(yīng)變要記錄實(shí)際的bps。在目前的實(shí)例中，得到了結(jié)果為0.33MPa的平均濕拉伸應(yīng)力，其中標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.29。
B.平均纖維直徑測試方法將包含適當(dāng)基重(大約5至20克/平方米)的纖維的纖維網(wǎng)剪切成大約20mm寬、35mm長的矩形。然后用SEM濺射涂覆機(jī)(EMS Inc，PA，USA)為該樣本鍍金，以使纖維相對不透明。典型的涂層厚度介于50nm和250nm之間。然后將樣本固定在兩個標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡載玻片之間，并且用小裝訂夾壓在一起。使顯微鏡的光準(zhǔn)直透鏡盡可能遠(yuǎn)離物鏡，用Olympus BHS顯微鏡上的10X物鏡獲得樣本的圖像。用Nikon D1數(shù)字照相機(jī)拍攝圖像。使用玻璃顯微鏡測微器來校準(zhǔn)圖像的空間距離。圖像的近似分辨率為1μm/像素。典型地，圖像將在對應(yīng)于纖維和背景的強(qiáng)度柱狀圖上顯示出明顯的雙峰分布。使用相機(jī)調(diào)節(jié)或不同的基重來獲得可接受的雙峰分布。典型地，對每個樣本拍攝10個圖像，然后對圖象分析結(jié)果進(jìn)行平均。
用類似于B.Pourdeyhimi，R.和R.Dent在“Measuring fiberdiameter distribution in nonwovens”(Textile Res.J.69(4)，233-236，1999)中所述的方法分析圖像。使用MATLAB(版本6.3)和MATLAB圖像處理工具箱(版本3.)，用計算機(jī)分析數(shù)字圖像。首先將圖像轉(zhuǎn)化成灰度。然后使用最大程度地減小閾值后的黑色和白色像素的組合方差的閾值，將圖像二值化為黑色和白色像素。一旦圖像被二值化，圖像就被骨架化以確定圖像中每個纖維中心的位置。也用計算機(jī)確定該二值化圖像的距離轉(zhuǎn)換。骨架化后圖像和距離圖的標(biāo)量積提供了其像素強(qiáng)度為零或纖維半徑位于該位置的圖像。如果在兩重疊纖維之間的交叉點(diǎn)的一個半徑內(nèi)的像素所表示的距離小于該交叉點(diǎn)的半徑，則此像素不計數(shù)。然后使用剩余的像素來計算包含在圖像中的纖維直徑的長度加權(quán)柱狀圖。
C.初始總濕張力測試方法使用約2.54cm(lin)寬、長度大于7.62cm(3in)長的聚合結(jié)構(gòu)窄條，用電子張力檢驗(yàn)器(Thwing-Albert EJA Materials Tester，Thwing-Albert Instrument Co.，10960 Dutton Rd.，Philadelphia，Pa.，19154)，并且在夾頭速度為約每分鐘10.16cm(4.0in)和標(biāo)距為約2.54cm(1.0in)的條件下操作。將窄條的兩端放置在機(jī)器的上夾具中，然后將窄條的中心放置在不銹鋼釘(直徑0.5cm)周圍。核實(shí)該窄條均勻地彎曲在鋼釘周圍后，在開始夾頭運(yùn)動之前將該窄條浸泡在約20℃的蒸餾水中，浸泡時間為5秒。測試的最初結(jié)果是以一列以載荷(克力)對夾頭位移(離開起始點(diǎn)的厘米數(shù))形式表示的數(shù)據(jù)。
在兩個方向上測試樣本，這里稱為MD(縱向，即，與連續(xù)纏繞軸和形成織物的方向相同的方向)和CD(橫向，即與MD成90°)。使用上述設(shè)備測定MD和CD濕拉伸強(qiáng)度，并按以下方式計算初始總濕張力＝ITWT(gf/英寸)＝峰值載荷MD(gf)/2(英寸寬度)+峰值載荷CD(gf)/2(英寸寬度)然后對所測試窄條的基重規(guī)一化“初始總濕張力”值。所用的規(guī)一化基重為36g/m2，并且計算如下規(guī)一化的{ITWT}＝{ITWT}*36(g/m2)/窄條的基重(g/m2)如果包含本發(fā)明的交聯(lián)體系的聚合結(jié)構(gòu)的初始總濕張力為至少1.18g/cm(3g/in)和/或至少1.57g/cm(4g/in)和/或至少1.97g/cm(5g/in)，那么該交聯(lián)體系是合格的，并且在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。初始總濕張力優(yōu)選小于或等于約23.62g/cm(60g/in)和/或小于或等于約21.65g/cm(55g/in)和/或小于或等于約19.69g/cm(50g/in)。
D.締合劑存在的測試方法可以利用標(biāo)準(zhǔn)測試方法，即HPLC-質(zhì)譜或GC-質(zhì)譜或毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜，來測定締合劑是否存在于諸如纖維的聚合結(jié)構(gòu)中，和/或存在于纖維結(jié)構(gòu)中，和/或存在于薄頁衛(wèi)生紙制品中，上述方法的實(shí)施例描述于Vogt，Carla；Heinig，Katja.Trace analysis of surfactants usingchromatographic and electrophoretic techniques。Fresenius′Journal of Analytical Chemistry(1999)，363(7)，612-618。CODENFJACES ISSN0937-0633。CAN 130283696 AN 1999255335 CAPLUS在發(fā)明詳述中引用的所有文獻(xiàn)的相關(guān)部分均引入本文以供參考。任何文獻(xiàn)的引用并不可解釋為是對其作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。本文所定義的術(shù)語或短語是參考標(biāo)準(zhǔn)，即使所述術(shù)語或短語在引入本發(fā)明以供參考的文獻(xiàn)中有不同的定義。
盡管已用具體實(shí)施方案來說明和描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下可作出許多其它的變化和修改。因此，有意識地在附加的權(quán)利要求書中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種纖維形式的聚合結(jié)構(gòu)，其中所述纖維包含未取代的羥基聚合物，并且其中所述纖維顯示大于0.2MPa的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維，其中所述未取代的羥基聚合物具有至少10,000g/mol的重均分子量。
3.如權(quán)利要求1所述的纖維，其中所述未取代的羥基聚合物包含淀粉。
4.如權(quán)利要求1所述的纖維，其中所述纖維具有小于50μm的平均纖維直徑。
5.如權(quán)利要求1所述的纖維，其中所述纖維還包含取代劑。
6.如權(quán)利要求1所述的纖維，其中所述纖維顯示小于7的pH。
7.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的纖維在纖維網(wǎng)中的應(yīng)用，其中所述纖維網(wǎng)顯示大于10g/in(10g/2.54cm)的初始總濕張力。
8.一種用于制造如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的纖維的方法，其中所述方法包括以下步驟a.提供未取代的羥基聚合物；b.取代所述未取代的羥基聚合物以生產(chǎn)取代的羥基聚合物；和c.由所述取代的羥基聚合物來聚合物加工所述纖維。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中取代所述未取代的羥基聚合物的步驟包括使所述未取代的羥基聚合物經(jīng)受堿性pH。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中取代所述未取代的羥基聚合物的步驟還包括使所述未取代的羥基聚合物與陽離子劑反應(yīng)。
11.如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中由所述取代的羥基聚合物獲得所述纖維的步驟包括使所述取代的羥基聚合物經(jīng)受酸性pH。
12.如權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法還包括收集多根所述纖維以形成纖維網(wǎng)的步驟。
全文摘要
提供了纖維形式的聚合結(jié)構(gòu)、包含此類聚合結(jié)構(gòu)的纖維結(jié)構(gòu)、以及用于制造此類聚合結(jié)構(gòu)和/或纖維結(jié)構(gòu)的方法，其中所述纖維包含未取代的聚合物，并且其中所述纖維顯示大于0.2MPa的表觀峰值濕拉伸應(yīng)力。
文檔編號D01F6/50GK101094943SQ200580043831
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者拉里·尼爾·麥基, 斯蒂芬·韋恩·海因茨曼, 格雷戈里.查爾斯.戈登 申請人:寶潔公司