本發(fā)明涉及水性組合物，其包含(i)一種或多種含有次膦酸基并且重均分子量為1,000至6,000的丙烯酸聚合物和(ii)一種或多種分子量為200至7,000的聚乙二醇，以及涉及用水性組合物處理的個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維素纖維。
與未交聯(lián)的絨毛漿纖維相比，由被壓成片材并且機(jī)械地個(gè)體化或脫纖化的紙漿(也被稱為“絨毛漿”)制備的個(gè)體化的交聯(lián)的纖維素纖維具有增強(qiáng)的松厚度。絨毛漿已廣泛地用于吸收性物品(諸如尿布)中。提供給交聯(lián)的絨毛漿的期望松厚度降低了紙漿的密度，從而使此類吸收性物品的制造者能夠使用更少的紙漿，同時(shí)保持相同或更好的水容量和處理功能。過去的聚羧酸(諸如檸檬酸)和最近的聚丙烯酸已被用作用于絨毛漿的交聯(lián)劑；然而，獲得理想的絨毛漿松厚度仍然困難。
授予graef的美國專利號(hào)4,853,086公開了制備適于轉(zhuǎn)換成吸收性絨毛以用于諸如一次性尿布等產(chǎn)品的彈性親水性纖維素紙漿纖維的方法。所述方法包含用乙二醇(諸如聚乙二醇)和二醛(諸如乙二醛)的水性溶液處理濕潤的或部分干燥的纖維素纖維網(wǎng)。產(chǎn)品纖維是堅(jiān)固且不變色的。然而，處理組合物含有游離醛，因此產(chǎn)品可能不是無毒的，因?yàn)殡S著時(shí)間推移它可能產(chǎn)生不可接受水平的游離醛。
授予weinstein的美國專利號(hào)8,845,757b2公開了用具有增強(qiáng)的流動(dòng)性的聚丙烯酸交聯(lián)劑的次膦酸酯調(diào)聚物處理的纖維素纖維，增強(qiáng)的流動(dòng)性如低干燥玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和滲透到纖維素纖維中的能力所示。然而，weinstein材料包含有限數(shù)量的組合物，在實(shí)踐中組合物需要特殊處理以防止儲(chǔ)存時(shí)粘度增加。
本發(fā)明的發(fā)明人試圖解決提供用于制備纖維內(nèi)交聯(lián)的絨毛漿的儲(chǔ)存穩(wěn)定的纖維處理組合物的問題，組合物提供擴(kuò)大的配方范圍以實(shí)現(xiàn)用于制備吸收性物品的可接受的吸收容量和松厚度，同時(shí)提高組合物中交聯(lián)劑的效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
1.根據(jù)本發(fā)明，用于處理絨毛漿的組合物包含(i)一種或多種含有次膦酸基并且重均分子量為1,000至6,000的丙烯酸聚合物和(ii)以水性組合物的總固體重量計(jì)為5至50wt.％，或者優(yōu)選地為13至40wt.％，或者為17至36wt.％的一種或多種聚乙二醇，其化學(xué)式量為150至7,000或者優(yōu)選地為200至600。
2.根據(jù)以上條項(xiàng)1所述的水性組合物，其中水性組合物的固體含量以組合物的總重量計(jì)為45至70wt.％，或者優(yōu)選地為53至70wt.％。
3.根據(jù)以上條項(xiàng)1或2中任一項(xiàng)所述的水性組合物，其中(i)一種或多種丙烯酸聚合物具有2至20wt.％，或者優(yōu)選地4至15wt.％，或者更優(yōu)選地大于5至15wt.％的次膦酸基，其作為以用于制備丙烯酸聚合物的反應(yīng)物的總重量計(jì)用于制備丙烯酸聚合物的磷酸催化劑的量。
4.根據(jù)以上條項(xiàng)1、2或3中任一項(xiàng)所述的水性組合物，其中(i)一種或多種丙烯酸聚合物是聚丙烯酸。
4a.可選地，用于處理絨毛漿的水性組合物包含(i)一種或多種含有次膦酸基并且重均分子量為1,000至6,000的丙烯酸聚合物和(ii)以水性組合物的總固體重量計(jì)為5至50wt.％，或者優(yōu)選地為13至40wt.％，或者為17至36wt.％的一種或多種c1至c2烷氧基聚乙二醇，優(yōu)選地甲氧基聚乙二醇，其化學(xué)式量為150至7,000或者優(yōu)選地為200至600。
5.一種個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維素纖維，其包含脫纖化的絨毛漿和固化形式的根據(jù)以上條項(xiàng)1至4a中任一項(xiàng)所述的水性組合物。
6.根據(jù)以上條項(xiàng)5所述的個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維素纖維，其中作為固體的固化形式的水性組合物的量的范圍以未處理的纖維素纖維的總干重計(jì)為0.5至15wt.％，或者優(yōu)選地為1至10wt.％。
7.一種使用以上根據(jù)條項(xiàng)1至4a中任一項(xiàng)所述的水性組合物形成個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的交聯(lián)纖維素纖維的方法，其包含使水性組合物與一批絨毛漿或其片材接觸以形成經(jīng)處理的絨毛漿，以及a)以任何順序干燥、固化和脫纖化所述經(jīng)處理的絨毛漿以產(chǎn)生個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維，優(yōu)選地干燥、脫纖化和固化或者脫纖化、干燥和固化。
8.根據(jù)條項(xiàng)7所述的方法，其中干燥和固化在單獨(dú)的步驟中連續(xù)地進(jìn)行。
如本文所使用的，術(shù)語“水性的”是指水或者較大比例的水與較小比例的水混溶性溶劑的混合物，或者優(yōu)選地水以及水與以水和所有水混溶性溶劑的總重量計(jì)高達(dá)20wt.％的水混溶性溶劑的混合物。
如本文所使用的，術(shù)語“以烯系不飽和單體的總重量計(jì)”是指用于制備丙烯酸聚合物的加成單體(例如乙烯基或丙烯酸單體)的總重量；不飽和單體不包括含有次磷酸酯基團(tuán)的化合物。
如本文所使用的，術(shù)語“固化形式”是指其中丙烯酸聚合物與纖維素纖維或絨毛漿反應(yīng)(諸如通過加熱，隨后脫纖化)形成具有纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維的任何組合物。
如本文所使用的，術(shù)語“固體”是指在加熱至150℃持續(xù)30分鐘后不揮發(fā)的水性組合物的含量，包括一種或多種聚乙二醇和不揮發(fā)性的或反應(yīng)性的液體。
如本文所使用的，術(shù)語纖維“卷曲”是指纖維沿著纖維的縱向軸線的幾何曲率。如本文所使用的，術(shù)語纖維“扭轉(zhuǎn)”是指纖維沿著纖維的縱向軸線的旋轉(zhuǎn)。
如本文所使用的，除非另有說明，術(shù)語“化學(xué)式量”是指如由其制造商所記錄的給定化合物的分子量或者指如通過針對(duì)聚乙二醇、聚乙二醇標(biāo)準(zhǔn)品使用的凝膠滲透色譜法(gpc)測定的給定化合物的重均分子量。
如本文所使用的，術(shù)語“分子量”或“mw”是指如通過使用裝備有等度泵、真空脫氣器、可變注入規(guī)模的自動(dòng)取樣器和柱加熱器的安捷倫1100hplc系統(tǒng)(安捷倫科技有限公司(agilenttechnologies)，加利福尼亞州圣克拉拉)的水溶性凝膠滲透色譜法(gpc)測定的重均分子量。檢測器是折光率安捷倫1100hplcg1362a。用于繪制重均分子量的軟件是安捷倫化學(xué)工作站，利用安捷倫gpc的版本b.04.02-追加版本b.01.01。柱裝置為tosohbiosciencetskgelg2500pwx17.8mmidx30cm，7μm柱(p/n08020)(東曹生物科技有限公司(tosohbioscience)，美國加利福尼亞州南舊金山)和tosohbiosciencetskgelgmpwx17.8mmidx30cm，13μm(p/n08025)柱。使用在milliqhplc水中的20mm磷酸鹽緩沖液，ph約7.0作為流動(dòng)相。流速為1.0ml/分鐘。典型的注入體積為20μl。使用聚(丙烯酸)、羧酸鈉鹽作為美國聚合物標(biāo)準(zhǔn)(mentor，oh)的標(biāo)準(zhǔn)品校準(zhǔn)系統(tǒng)。
如本文所使用的，術(shù)語“片材”或“墊”表示包含不共價(jià)鍵合在一起的纖維素或其它纖維的非織造織物。
如本文所使用的，術(shù)語“聚合物”是指包含磷酸催化劑的一個(gè)或多個(gè)殘基的聚合物和共聚物，諸如次磷酸酯或其鹽，如一水合次磷酸鈉，其用作鏈轉(zhuǎn)移劑。在聚合物由丙烯酸單體組成的烯系不飽和單體形成時(shí)，它們被稱為“均聚物”，并且在聚合物由包含丙烯酸和另一單體(諸如乙烯基或丙烯酸單體)的烯系不飽和單體形成時(shí)，它們被稱為“共聚物”。
如本文所使用的，術(shù)語“wt.％”代表重量百分比。
敘述的所有范圍都包括端值并且可以進(jìn)行組合。例如，所公開的175至230℃，優(yōu)選地180℃或更高，或者優(yōu)選地220℃或更低的溫度將包括175至180℃、175至220℃、180至220℃、180至230℃以及175至230℃的溫度。
除非另有說明，所有溫度和壓力單位均為室溫和標(biāo)準(zhǔn)壓力。
包含括號(hào)的所有短語表示包括括號(hào)中的物質(zhì)或不包括括號(hào)中的物質(zhì)之一或者這兩者。例如，短語“(甲基)丙烯酸酯”可選地包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，聚乙二醇輔助化合物提高了交聯(lián)纖維素纖維中聚羧酸化酸的交聯(lián)效率，從而使它們的量有效地減少。包含聚乙二醇(例如聚乙二醇300(peg-300))的本發(fā)明的水性組合物使所使用的聚丙烯酸的量減少30％或更多，同時(shí)保持纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維素纖維的機(jī)械性能屬性。另外，與已知的交聯(lián)化學(xué)物質(zhì)(甲醛、乙二醛等)形成對(duì)照，本發(fā)明的組合物具有相對(duì)較低的毒性。所得纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維素纖維特別適用于需要高蓬松度、低密度、高吸水性、彈性和重量較輕的一次性產(chǎn)品(諸如尿布和護(hù)墊)中存在的吸收性結(jié)構(gòu)。
另外，本發(fā)明的水性組合物可以以50至70wt.％的高固體含量有效儲(chǔ)存和運(yùn)輸，而不會(huì)形成過大的粘度和氫鍵。因此，雖然含有次膦酸基的丙烯酸聚合物的已知水性組合物在室溫或低于室溫下可經(jīng)歷氫鍵結(jié)合和凝膠，但是本發(fā)明提供了在室溫下可以保持不凝膠并且可以“原樣”輸送和儲(chǔ)存的組合物。
在組合物中，(i)一種或多種丙烯酸聚合物包含丙烯酸的含有次膦酸基的反應(yīng)產(chǎn)物或者丙烯酸與一種或多種烯系不飽和共聚單體的含有次膦酸基的反應(yīng)產(chǎn)物，其中存在的共聚單體的總量以用于制備丙烯酸聚合物的單體的總重量計(jì)為10wt.％或更少。此類共聚單體可以選自其它烯系不飽和羧酸，例如馬來酸、衣康酸、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、3-烯丙氧基-1,2-丙二醇、三羥甲基丙烷烯丙基醚或(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯。優(yōu)選地，本發(fā)明的丙烯酸聚合物包含含有次膦酸基的聚丙烯酸。
本發(fā)明的含有次膦酸基的(共)調(diào)聚物、聚合物和共聚物平均具有至少一個(gè)次膦酸基。次膦酸基可以鍵合到一個(gè)碳原子上，作為碳鏈末端的亞磷酸酯或者作為具有兩個(gè)乙烯基聚合物主鏈取代基的二次膦酸酯，如二烷基次膦酸基。此類聚合物中次膦酸基的不同結(jié)構(gòu)如描述于fiarman等人的美國專利第5,294,686號(hào)中。
優(yōu)選的含有磷酸基的丙烯酸聚合物是丙烯酸的(共)調(diào)聚物、聚合物和共聚物，其含有選自次磷酸基、烷基或二烷基次膦酸酯，或其鹽的那些基團(tuán)作為磷酸基。
本發(fā)明的丙烯酸聚合物包含以用于制備共聚物的反應(yīng)物(即單體、含有磷酸基的化合物和鏈轉(zhuǎn)移劑)的總重量計(jì)為2至20wt.％，優(yōu)選地4wt.％或更多，或者優(yōu)選地大于5wt.％，或者優(yōu)選地15wt.％或更少的磷酸化合物，例如次磷酸酯化合物或其鹽，特別是堿金屬次磷酸鹽，例如次磷酸鈉或一水合次磷酸鈉。
根據(jù)本發(fā)明，含有次膦酸基的丙烯酸聚合物可以通過常規(guī)水性溶液聚合方法由丙烯酸(aa)和任何共聚單體的次磷酸酯鏈轉(zhuǎn)移聚合制備。
丙烯酸的共聚物可以包括丙烯酸和一種或多種共聚單體的共聚產(chǎn)物，一種或多種共聚單體選自甲基丙烯酸、馬來酸、衣康酸、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、3-烯丙氧基-1,2-丙二醇、三羥甲基丙烷烯丙基醚和(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯中的一種或多種。
聚合物中的丙烯酸的合適的量的范圍以用于制備聚合物的烯系不飽和單體的總重量計(jì)為90至100wt.％或更多，或者優(yōu)選地為92至100wt.％或更多。
本發(fā)明的水性組合物的合適的有用量的范圍以在干纖維重量基礎(chǔ)上計(jì)算的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維素纖維的重量計(jì)為組合物的0.1至20.0wt.％，或者優(yōu)選地為1.0至10.0wt.％，其作為固體提供。
(ii)本發(fā)明的一種或多種聚乙二醇可以選自具有所需分子量的任何聚乙二醇或其混合物。
(ii)本發(fā)明的一種或多種聚乙二醇可以包含與c1至c4烷氧基聚乙二醇混合的聚乙二醇，諸如甲氧基聚乙二醇。
為了制備本發(fā)明的水性組合物，(ii)一種或多種聚乙二醇可以簡單地與本發(fā)明的(i)一種或多種丙烯酸聚合物以任何順序混合或者包括在用于制備丙烯酸聚合物的溶液聚合中。
用于制備本發(fā)明的個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維的所有纖維素纖維都是絨毛漿的形式。用于制備用于本發(fā)明中的絨毛漿的合適的纖維素纖維可以為多種天然來源。結(jié)合本發(fā)明使用的最佳纖維來源將取決于預(yù)期的特定最終用途。纖維素纖維可以從木漿或其他來源獲得，包括棉“擦布”、大麻、草、甘蔗、果殼、玉米稈，或者可以鋪設(shè)在片材中的任何其它合適來源的纖維素纖維。適合用于本發(fā)明中的非交聯(lián)的纖維素纖維可以主要源自木漿。在本發(fā)明中可以使用來自針茅草、甘蔗渣、大麻、亞麻和其它木質(zhì)纖維素纖維來源的纖維。可以使用完全漂白、部分漂白和未漂白的纖維。
用于制備絨毛漿的合適的木漿纖維可以通過眾所周知的化學(xué)方法(諸如有或沒有隨后的漂白的硫酸鹽法和亞硫酸鹽法)來獲得?？梢允褂密浤竞陀材?。木漿纖維的選擇細(xì)節(jié)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。此類合適的纖維可以從許多公司(包括惠好公司(weyerhaeusercompany)(華盛頓州費(fèi)德勒爾韋)和佐治亞太平洋有限責(zé)任公司(georgiapacific，llc)(佐治亞州亞特蘭大))商購獲得。例如，適合用于本發(fā)明中的由南方松生產(chǎn)的合適的纖維素纖維可以以名稱為cf416、cf405、nf405、pl416、fr416、fr516和nb416從惠好公司購得。來自北方軟木的溶解型紙漿包括macii亞硫酸鹽、m919、weycelltm紙漿和tr978，所有這些紙漿具有95％的α含量和α含量為91％的ph。適合用于本發(fā)明中的纖維素纖維也可從佐治亞太平洋有限責(zé)任公司購得，如goldenislestm絨毛漿級(jí)別。紙漿纖維也可以通過熱機(jī)械方法、化學(xué)熱機(jī)械方法或其組合進(jìn)行加工。研磨的木纖維、回收或二次木紙漿纖維，以及漂白和未漂白的木紙漿纖維都可以被使用。
優(yōu)選地，本發(fā)明中使用的纖維素纖維是通過化學(xué)制漿法制備的纖維素纖維，或者來自軟木、硬木或棉絨的蒸煮纖維。
更優(yōu)選地，本發(fā)明中使用的纖維素纖維包含至少部分漂白的紙漿，諸如來自木纖維的紙漿，因?yàn)樗哂袃?yōu)良的白度和對(duì)消費(fèi)者的吸引力。
最優(yōu)選地，對(duì)于諸如紙巾和用于尿布、衛(wèi)生巾、月經(jīng)帶的吸收墊等產(chǎn)品以及其它類似的吸收性紙產(chǎn)品而言，纖維素纖維來自南方軟木紙漿，因?yàn)樗鼈兙哂袃?yōu)異的吸收特性。
纖維素纖維可以以漿料、非片材形式或片材形式供應(yīng)。優(yōu)選地，纖維素纖維是從未干燥過的纖維。在干棉卷的情況下，在機(jī)械分解之前潤濕纖維是有利的，以使對(duì)纖維的損傷最小化。
本發(fā)明的個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維素纖維可以通過將本發(fā)明的組合物施用到纖維素纖維或絨毛漿的墊上，將經(jīng)處理的墊脫纖化或分離成單獨(dú)的纖維，并且然后在足夠高以引起丙烯酸聚合物與纖維素纖維內(nèi)的反應(yīng)位點(diǎn)之間的交聯(lián)或反應(yīng)的溫度下固化交聯(lián)劑而形成。
本發(fā)明公開了用于使水性組合物與絨毛漿接觸、并且然后形成具有纖維內(nèi)交聯(lián)的單獨(dú)的纖維的各種方法、裝置和系統(tǒng)。通常，纖維素纖維可以通過如授予hansen等人的美國專利號(hào)5,447,977中所述的設(shè)備制備，其中纖維素纖維通過纖維處理區(qū)域以纖維素纖維墊形式被輸送。在纖維處理區(qū)域中，施用器向纖維施加處理組合物。在下游，成纖器將纖維素纖維從墊上完全脫纖化，從而形成由基本上未破碎的纖維素纖維組成的纖維輸出。最后，聯(lián)接到成纖器的用于快速蒸發(fā)殘余水分的干燥器固化處理組合物以形成干燥和固化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維素纖維。在另一個(gè)實(shí)例中，授予chung的美國專利號(hào)3,440,135公開了一種用于將交聯(lián)劑施加到纖維素纖維墊上，然后在墊仍然濕潤的同時(shí)使墊通過成纖器(例如錘磨機(jī))以使墊脫纖化，并且在兩級(jí)干燥器中干燥所得松散的纖維的機(jī)構(gòu)。第一干燥器階段處于足以使纖維快速進(jìn)行水蒸發(fā)的溫度，而第二干燥器階段處于影響交聯(lián)劑的固化的溫度。
可以通過生產(chǎn)經(jīng)處理的纖維中已知的任何方法(例如通過使為纖維片材形式的絨毛漿纖維通過含有組合物的浴，通過向絨毛漿施加組合物，諸如通過噴射絨毛漿并且對(duì)其進(jìn)行壓制，或者將絨毛漿浸入到組合物中并且對(duì)其進(jìn)行壓制)使本發(fā)明的水性組合物與纖維素纖維接觸。纖維處理可以利用噴霧器、飽和器、施膠壓榨機(jī)、溝紋壓榨機(jī)、刮刀施用器和泡沫施用器來進(jìn)行以施加組合物。優(yōu)選地，均勻地施加組合物。濕潤的纖維素纖維可以在一對(duì)浸漬輥之間通過，一對(duì)浸漬輥有助于使組合物均勻地分布在整個(gè)纖維素纖維墊中。輥協(xié)同地在墊上施加輕壓力(例如，0.006至0.01mpa)，以將組合物均勻地壓入墊的內(nèi)部中。
本發(fā)明的經(jīng)處理的纖維素纖維一方面可以被干燥和固化，并且另一方面可以以任何順序脫纖化。
通常應(yīng)該將經(jīng)處理的纖維素纖維脫水，并且然后可以干燥?？尚星易罴训囊恢滦詫⒏鶕?jù)所使用的脫纖化設(shè)備的類型而變化。優(yōu)選地，將纖維素纖維脫水并且干燥至固體含量為20至80wt.％或者纖維和水分，或者更優(yōu)選地為40至80wt.％。將纖維干燥到這些優(yōu)選的范圍內(nèi)通常將有助于將纖維脫纖化成個(gè)體化的形式，而不會(huì)過度形成與較高水分水平相關(guān)聯(lián)的結(jié)，并且沒有與較低水分水平相關(guān)聯(lián)的高水平的纖維損傷。脫水可以通過諸如機(jī)械壓制、離心或空氣干燥纖維素纖維等方法來實(shí)現(xiàn)。
脫水之后，然后將纖維機(jī)械地脫纖化。
優(yōu)選地，本發(fā)明的纖維素纖維在用丙烯酸聚合物固化之前被機(jī)械地脫纖化成低密度、個(gè)體化的纖維形式(稱為“絨毛漿”)，纖維已經(jīng)通過本發(fā)明的水性組合物利用丙烯酸聚合物處理。
機(jī)械脫纖化可以通過目前本領(lǐng)域中已知的各種方法進(jìn)行。用于將纖維素纖維脫纖化的一種這樣的方法包括但不限于在美國專利號(hào)3,987,968中描述的那些，包括用waringtm攪拌器(conaircorp.，康涅狄格州斯坦福德)進(jìn)行處理，以及使纖維與旋轉(zhuǎn)圓盤精煉機(jī)、錘磨機(jī)或鋼絲刷切向接觸。不管用于形成絨毛漿的特定機(jī)械裝置如何，纖維素纖維被機(jī)械處理，同時(shí)最初含有至少20wt.％的水分，或者優(yōu)選地同時(shí)含有20至60wt.％的水分。除了作為機(jī)械脫纖化的結(jié)構(gòu)賦予的卷曲或扭轉(zhuǎn)之外，高濃度的纖維或者例如部分干燥的纖維的機(jī)械精煉還可用于為纖維提供卷曲或扭轉(zhuǎn)。
優(yōu)選地，在這種脫纖化期間將空氣流引導(dǎo)朝向纖維以有助于將纖維分離成基本上單獨(dú)的形式。
然后通過本領(lǐng)域已知的方法(如快速干燥或噴射干燥)將脫纖化的纖維干燥至固體含量為60至100wt.％。當(dāng)水從纖維中除去時(shí)，這賦予纖維額外的扭轉(zhuǎn)和卷曲。通過快速干燥步驟除去的水的量可以變化；然而，與快速干燥至固體含量為60至100wt.％范圍的較低份額相比，干燥至更高的固體含量提供更大程度的纖維扭轉(zhuǎn)和卷曲。優(yōu)選地，將經(jīng)處理的纖維干燥至固體含量為90至95wt.％。將纖維快速干燥至90至95wt.％固體含量也減少了在快速干燥之后的固化中必須完成的干燥量。
在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，干燥溫度為90至165℃，或者優(yōu)選地為125至150℃，持續(xù)3至60分鐘，或者優(yōu)選地為5至20分鐘，通常將提供水分含量小于10wt.％的可接受的纖維。
一旦用本發(fā)明的水性組合物處理纖維，就會(huì)使水性組合物與纖維反應(yīng)或在基本上不存在纖維間結(jié)合鍵的情況下固化。固化時(shí)間取決于以下因素，包括：纖維的水分含量、固化溫度、組合物和纖維的ph，以及所使用的催化劑的量和類型和用于在固化期間加熱和/或干燥纖維的方法。當(dāng)在靜態(tài)烘箱中進(jìn)行干燥/加熱時(shí)，在特定溫度下固化具有一定初始水分含量的纖維將以更高的速率伴隨著連續(xù)的通氣干燥發(fā)生。
在酸性反應(yīng)條件下，酯鍵的形成是有利的。優(yōu)選地，利用本發(fā)明的水性組合物處理的纖維的固化在1.5至5的ph，或者更優(yōu)選地在ph2.0至ph4.5，或者最優(yōu)選地在ph2.1至3.5下進(jìn)行。
本發(fā)明的水性組合物可以通過在120至225℃，或者優(yōu)選地在140至220℃的溫度下加熱用水性組合物處理的纖維來固化。
固化時(shí)間可以為0.5至60分鐘，或者優(yōu)選地為5至15分鐘。
優(yōu)選地，固化在120至225℃的溫度下與干燥分開進(jìn)行或在干燥后進(jìn)行1至20分鐘，或者在170至190℃下進(jìn)行2至15分鐘。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，較高的溫度和強(qiáng)制空氣對(duì)流減少干燥或固化所需的時(shí)間。固化溫度應(yīng)該保持在低于225℃，或者優(yōu)選地低于200℃，因?yàn)槔w維暴露在這樣高的溫度下會(huì)導(dǎo)致纖維變暗或其它損傷。
當(dāng)纖維基本上干燥(具有小于5wt.％的水分))時(shí)，將達(dá)到最大的固化水平。在沒有水的情況下，纖維被交聯(lián)或固化同時(shí)處于基本上不溶脹的收縮狀態(tài)。
優(yōu)選地，干燥和固化經(jīng)處理的纖維素纖維是按順序而不是一次進(jìn)行的。
優(yōu)選地，干燥和/或固化在通風(fēng)烘箱中進(jìn)行。
固化后，可以洗滌纖維。洗滌之后，將纖維去流化并且再次干燥?？梢允谷匀惶幱诔睗駹顟B(tài)的纖維經(jīng)受第二機(jī)械脫纖化步驟，第二機(jī)械脫纖化步驟使纖維在去流化與干燥步驟之間扭轉(zhuǎn)和卷曲。先前描述的用于將纖維脫纖化的相同設(shè)備和方法適用于第二機(jī)械脫纖化步驟。
如本文所使用的，術(shù)語“脫纖化”是指可用于將纖維機(jī)械地分離成基本上單獨(dú)的形式的任何方法，即使纖維可能已經(jīng)是這種形式。在脫纖化中，如果纖維尚未是這種形式，則機(jī)械處理a)將纖維分離成基本單獨(dú)的形式，以及b)在干燥時(shí)對(duì)纖維施加卷曲和扭轉(zhuǎn)。
在用于制備個(gè)體化的交聯(lián)的纖維的另一種已知的片材固化方法中，使片材形式的纖維素纖維與含有本發(fā)明的水性組合物的溶液接觸。纖維在為片材形式時(shí)，優(yōu)選地通過將纖維加熱至120至160℃的溫度而將其干燥和固化。在固化之后，優(yōu)選地通過用纖維起毛設(shè)備(諸如在美國專利號(hào)3,987,968中描述的纖維起毛設(shè)備)處理或如本領(lǐng)域已知的用于將纖維脫纖化的其它方法，將纖維機(jī)械地分離成基本上單獨(dú)的形式。當(dāng)纖維被作為片材處理時(shí)，干纖維與纖維結(jié)合利用增加的干燥抑制纖維扭轉(zhuǎn)和卷曲。與通過干燥脫纖化形式的纖維制備的個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維相比，含有通過片材固化方法制備的相對(duì)未扭轉(zhuǎn)的纖維的吸收性材料預(yù)期具有較低的濕彈性和較低的潤濕響應(yīng)性。因此，可以在干燥與固化步驟之間將片材形式的纖維素纖維機(jī)械地分離成基本上單獨(dú)的形式。因此，纖維素纖維在固化之前由此被個(gè)體化以促進(jìn)纖維內(nèi)交聯(lián)。
實(shí)例
在以下實(shí)例中，除非另有說明，所有溫度均為室溫(20至22℃)，并且所有壓力均為標(biāo)準(zhǔn)壓力(1atm)。
在以下實(shí)例中，聚合物1是mw為2,700、包含丙烯酸單體和以用于制備聚合物的單體的總重量計(jì)為9至11wt.％的一水合次磷酸鈉(shp)的聚合產(chǎn)物的聚丙烯酸。聚合物1具有50wt.％固體含量。
在以下實(shí)例中，聚合物2是mw為5,000、包含丙烯酸單體和以用于制備聚合物的單體的總重量計(jì)為約6wt.％(shp)的聚合產(chǎn)物的聚丙烯酸。聚合物2具有46wt.％固體含量。
在以下實(shí)例中，使用甘油作為99wt.％的固體材料，以90wt.％固體使用一水合葡萄糖，并且以99.9wt.％固體使用所有聚乙二醇和甲氧基聚乙二醇。
在以下實(shí)例中，術(shù)語“peg”是指聚乙二醇，術(shù)語“mpeg”是指甲基封端的聚乙二醇，并且除非另有說明，每個(gè)術(shù)語后面的數(shù)字是指給定材料的化學(xué)式量。
在以下指定的實(shí)例中的材料經(jīng)受以下測試方法以評(píng)估性能：
附加量(％)：對(duì)指定的絨毛漿纖維基材稱重，并且然后將其浸入在指定的水性組合物中以形成經(jīng)處理的絨毛漿。對(duì)粘結(jié)劑浸泡的基材稱重，并且根據(jù)重量乘以粘結(jié)劑的固體含量與原始絨毛漿基材的重量之差計(jì)算附加量。然后，將經(jīng)處理的絨毛漿在90℃下干燥6分鐘，除非另有說明。
5k密度(5k)：通過將4.22g經(jīng)處理的、個(gè)體化的和固化的絨毛漿纖維樣品滴加到目篩上(使用真空輔助將纖維拉到目篩上)而將其鋪設(shè)在7.62cm×7.62cm的正方形上。然后將正方形插入在carver壓機(jī)(wabash，in)中，并且向正方形施加200、170n，然后將其立即釋放。將片材轉(zhuǎn)動(dòng)90度，翻轉(zhuǎn)并且再次施加又一個(gè)200、170n并且立即釋放。使用ames臺(tái)式比較器(馬薩諸塞州沃爾瑟姆)測量四個(gè)角和中心的厚度。將每個(gè)固化的纖維樣品修剪成7.62cm×7.62cm的正方形，對(duì)其稱重，并且然后計(jì)算5k密度。針對(duì)所測試的每個(gè)實(shí)例，運(yùn)行四個(gè)樣品，并且在下表2中給出了四個(gè)結(jié)果的平均值。
在負(fù)載下的吸收度(aul)：具有長度為15.24cm，內(nèi)徑(id)為2.49cm和兩個(gè)開口端的玻璃管的一端裝配有燒結(jié)玻璃并且呈漏斗狀以便支撐。在將裝配玻璃管完全浸沒在槽中的0.9％(w/w)nacl鹽水溶液(西格瑪奧德里奇公司(sigmaaldrich)，密蘇里州圣路易斯)中之后，對(duì)其稱重(w0)，并且填充干燥以補(bǔ)償由燒結(jié)玻璃吸收的水。在所有吸收度測試中，將大約0.5克的指定的固化的、經(jīng)處理的個(gè)體化的絨毛漿組合物加入到裝配玻璃管中，對(duì)其再次稱重(wi)。將裝配在裝配管內(nèi)部的具有外徑的玻璃圓盤插入到裝配管的未燒結(jié)端中，從而對(duì)經(jīng)處理的、固化的和個(gè)體化的絨毛漿施加19.3kpa的力。將鹽水溶液槽放置在天平上，以確保每次單獨(dú)的測試開始時(shí)鹽水水平相同；并且然后將包含玻璃纖維的裝配玻璃管的燒結(jié)端浸沒在鹽水溶液槽中，以完全浸沒固化的、個(gè)體化的絨毛漿。然后使個(gè)體化的固化紙漿吸收鹽水溶液3分鐘，隨后從鹽水中取出含有紙漿的裝配玻璃管，并且使紙漿在室溫下在裝配玻璃管中干燥1分鐘。在吸收之后，將圓盤取出，并且對(duì)填充的燒結(jié)管的其余部分稱重(wf)。針對(duì)每個(gè)實(shí)例，在負(fù)載下的吸收度是一個(gè)比例，計(jì)算如下：
針對(duì)每個(gè)實(shí)例，在負(fù)載下的吸收度測試重復(fù)3次，并且將平均值記錄在下表2中。
l*a*b(色彩空間)：使用根據(jù)制造商建議校準(zhǔn)的來自byk-gardner(馬里蘭州哥倫比亞市)的spectro-guidetm45/0分光光度計(jì)評(píng)估如以上針對(duì)5k密度測試所制備的7.62cm×7.62cm正方形的經(jīng)處理的、個(gè)體化的和固化的絨毛漿纖維的l*a*b色彩空間。如下表2所記錄的，每個(gè)測定為每個(gè)樣品5個(gè)測量值(四個(gè)角和中心點(diǎn))的平均值。
實(shí)例1至11：在下表1的實(shí)例中，將指定的材料用手搖晃混合30秒，然后在60℃的烘箱中溫?zé)?小時(shí)，并且再用手搖晃30秒。將下表1中的所有組合物調(diào)節(jié)至在水中含有4.95wt.％固體，并且然后如下表2所指定的進(jìn)行測試。將下表1中的每種水性組合物施加到goldenislestm(等級(jí)4881)纖維素纖維墊(佐治亞州太平洋纖維素有限責(zé)任公司(georgia-pacificcellulose，llc)，佐治亞州亞特蘭大)上。將大約50克的纖維素纖維片材(墊)的非織造片材浸漬在下表2所指定的水性組合物中，并且然后在90℃下干燥6分鐘。在加入水性組合物之前并且在干燥之前稱量片材以獲得附加量，這在下表2中示出。然后利用攪拌器在容器中將片材機(jī)械脫纖化，容器經(jīng)調(diào)節(jié)以將纖維牽引到攪拌器葉片中，并且然后穿過攪拌器到達(dá)使用部分真空的收集區(qū)；并且然后將個(gè)體化的絨毛漿在200℃下在烘箱中固化5分鐘，得到個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維。
如下表2所示，實(shí)例3中的具有丙烯酸聚合物和聚乙二醇的本發(fā)明的水性組合物賦予絨毛漿比對(duì)比實(shí)例1中單獨(dú)的聚合物1顯著更高的松厚度(較低的密度)，以及比對(duì)比實(shí)例5中具有甘油的水性組合物明顯更高的松厚度。另外，實(shí)例3的水性組合物賦予絨毛漿比對(duì)比實(shí)例1中單獨(dú)的丙烯酸聚合物顯著更高的吸收度，以及比對(duì)比實(shí)例5中具有甘油的組合物明顯更高的吸收度。即使本發(fā)明的水性組合物具有約25wt.％的peg300負(fù)載量，所有這一切也是這樣的。因此，本發(fā)明的水性組合物提供效率比對(duì)比技術(shù)高超過33％的丙烯酸聚合物交聯(lián)劑。
表1：來自水性組合物的個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維
*-表示對(duì)比實(shí)例；1.甘油；2.甲氧基聚乙二醇化學(xué)式量350)。
表2：水性組合物的性能
*-表示對(duì)比實(shí)例
如上表2所示，與對(duì)比實(shí)例9、10和11中含有檸檬酸或葡萄糖組合物相比，實(shí)例2至4和6至8中本發(fā)明的水性組合物分別提供了具有明顯更高的松厚度的個(gè)體化的纖維內(nèi)交聯(lián)的纖維。進(jìn)一步地，具有分子量范圍的聚乙二醇的實(shí)例2至4、6和8的水性組合物為不同分子量的丙烯酸聚合物提供了增強(qiáng)的交聯(lián)效率。在每個(gè)這樣的實(shí)例中，在負(fù)載下的吸收度與對(duì)比實(shí)例1和5中的相同組合物(在高得多的固體負(fù)載下具有相同的丙烯酸聚合物)一樣好或比其更好；本發(fā)明實(shí)例利用相同的丙烯酸聚合物但是在低于10％(比較實(shí)例2與對(duì)比實(shí)例1)、低于25％(比較實(shí)例3、6和8與對(duì)比實(shí)例1)，以及低于超過35％(比較實(shí)例4與對(duì)比實(shí)例1)的聚合物濃度下保持在負(fù)載下的吸收度。還如上表2所示，當(dāng)聚乙二醇以水性組合物的固體計(jì)為15至30wt.％存在時(shí)，出現(xiàn)最佳結(jié)果；進(jìn)一步地，雖然較低分子量的丙烯酸聚合物1得到稍好的結(jié)果，但較高分子量的丙烯酸聚合物2表現(xiàn)得非常好并且證明本發(fā)明的水性組合物使得絨毛漿處理組合物具有比先前已知的相同水平的性能更寬范圍的丙烯酸聚合物配方。所有本發(fā)明的組合物都提供具有可接受的顏色、而不是暗色的產(chǎn)物。