高性能纖維產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于涂覆纖維網(wǎng)的制劑和方法，所述制劑包含能夠沉積在所述纖維網(wǎng)上的乳液，所述乳液包含水連續(xù)相和包含表面改性劑的不連續(xù)內(nèi)相。所述纖維網(wǎng)可包含一類經(jīng)預(yù)處理聚合物（例如聚陽(yáng)離子聚合物）預(yù)處理的纖維。所述纖維網(wǎng)可含有纖維素纖維或兩類不相似的纖維。所述表面改性劑可含有在所述乳液的所述水連續(xù)相蒸發(fā)后，在所述纖維網(wǎng)的纖維上形成涂層聚合物的聚合物體系。
【專利說明】高性能纖維產(chǎn)品
相關(guān)申請(qǐng)
[0001]本申請(qǐng)要求2011年3月8日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/450,407號(hào)的權(quán)益。以上申請(qǐng)的全部教導(dǎo)通過引用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本申請(qǐng)通常涉及高性能纖維產(chǎn)品。
發(fā)明背景
[0003]需要使用介質(zhì)的過濾應(yīng)用在產(chǎn)品的工作條件下具有耐用性和尺寸穩(wěn)定性。對(duì)于高性能應(yīng)用而言，過濾介質(zhì)可遭遇極端條件，例如高溫、接觸油或其它溶劑或暴露于高壓油或水。用于需求應(yīng)用，例如入口過濾器、串聯(lián)流體過濾器、發(fā)動(dòng)機(jī)油過濾器等的大部分過濾介質(zhì)是使用纖維素結(jié)合合成纖維制成的非織造產(chǎn)品。此類復(fù)合材料利用便宜的纖維素纖維和堅(jiān)固的合成纖維以賦予所需功能性。所需功能性包括如非織造產(chǎn)品的濕或干強(qiáng)度、耐用性、尺寸一致性和穩(wěn)定性及一貫工程厚度、纖維和孔徑的性質(zhì)。此類功能性在其它高性能纖維產(chǎn)品中也滿足需要。
[0004]可通過傳統(tǒng)造紙工藝成本有效地形成包含天然和合成纖維的非織造復(fù)合材料。雖然使用傳統(tǒng)造紙形成天然-合成復(fù)合材料時(shí)，可能引入性能限制。傳統(tǒng)造紙期間添加到纖維素纖維中的合成纖維可在流漿箱中聚成一團(tuán)，干擾均勻混合和生產(chǎn)耐用網(wǎng)所需的纖維間連接。另外，兩類纖維(即，天然和合成)的不同表面能可妨礙其相互連接。因此，纖維復(fù)合材料中天然和合成纖維的典型組合在過濾中可能性能不佳。
[0005]為增強(qiáng)高性能非織造產(chǎn)品的強(qiáng)度和耐溶劑性，正如可用于過濾器應(yīng)用一樣，可使這些介質(zhì)浸潰能夠在濕網(wǎng)干燥期間固化的合成聚合物溶液以提供附加強(qiáng)度和耐溶劑性。熱固性高性能聚合物(例如酚醛樹脂)是目前使用的浸潰樹脂的這樣一個(gè)實(shí)例。用于浸潰的許多聚合物樹脂體系不溶于水并且因此需要有機(jī)溶劑以使其能夠涂覆纖維。這些浸潰工藝控制沉積在纖維上的聚合物涂層的厚度也不佳，導(dǎo)致孔徑的可變性和不精確。而且，用于使聚合物樹脂沉積的溶劑體系通常易燃、對(duì)健康有害、昂貴，并且需要專門處理。
[0006]本領(lǐng)域需要使用傳統(tǒng)造紙技術(shù)由纖維網(wǎng)制成的高性能產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品堅(jiān)固并且耐熱和油。例如，此類產(chǎn)品可用于過濾介質(zhì)中。還需要適于非織造纖維產(chǎn)品，賦予產(chǎn)品所需性質(zhì)，例如耐火性、孔徑一致和穩(wěn)定維數(shù)的涂層工藝。此類涂層工藝將令人滿意地包含含水體系，以致將避免基于溶劑的體系的有害特征。
發(fā)明概述
[0007]在實(shí)施方案中，本文公開了用于涂覆纖維網(wǎng)的制劑，所述制劑包含能夠沉積在所述纖維網(wǎng)上的乳液，所述乳液包含水連續(xù)相和包含表面改性劑的不連續(xù)內(nèi)相。在實(shí)施方案中，所述纖維網(wǎng)包含一類經(jīng)預(yù)處理聚合物預(yù)處理的纖維。所述預(yù)處理聚合物可為聚陽(yáng)離子。在實(shí)施方案中，所述纖維網(wǎng)包含纖維素纖維。在實(shí)施方案中，所述纖維網(wǎng)包含兩類不相似的纖維。在實(shí)施方案中，所述表面改性劑包含在所述乳液的所述水連續(xù)相蒸發(fā)后，在所述纖維網(wǎng)的纖維上形成涂層聚合物的聚合物體系。所述表面改性劑進(jìn)一步包含添加劑。所述添加劑可賦予所述纖維網(wǎng)例如耐火性、阻燃性、潤(rùn)滑性、疏水性和可塑性的性質(zhì)。在實(shí)施方案中，所述聚合物體系包含聚合物前體。在實(shí)施方案中，所述表面改性劑包含交聯(lián)所述涂層聚合物的交聯(lián)劑。在實(shí)施方案中，所述預(yù)處理聚合物對(duì)所述涂層聚合物有親和力。
[0008]在實(shí)施方案中，本文進(jìn)一步公開了使纖維網(wǎng)中的纖維表面改性的方法，包括以下步驟:提供能夠排列于纖維網(wǎng)中的若干纖維，用包含水連續(xù)相和包含表面改性劑的不連續(xù)內(nèi)相的乳液涂覆所述若干纖維，其中所述表面改性劑包含能夠使聚合物沉積于纖維表面的聚合物體系，在涂覆所述纖維的步驟之前、期間或之后排列所述若干纖維形成所述纖維網(wǎng)，蒸發(fā)所述乳液的所述連續(xù)水相，聚結(jié)所述不連續(xù)相以形成置于所述若干纖維的纖維表面的均勻涂層，并且使用所述聚合物體系以使所述聚合物沉積在所述若干纖維的纖維表面上，從而使所述纖維表面改性。在實(shí)施方案中，所述聚合物體系包含聚合物前體并且使用所述聚合物體系的步驟包括活化所述聚合物前體以形成會(huì)沉積在所述纖維表面的所述聚合物。在實(shí)施方案中，所述表面改性劑進(jìn)一步包含與所述纖維表面上的所述聚合物相互作用的添加劑。在實(shí)施方案中，所述方法進(jìn)一步包括交聯(lián)所述纖維表面上的所述聚合物的步驟。在實(shí)施方案中，所述方法進(jìn)一步包括在提供所述若干纖維的步驟之前進(jìn)行的預(yù)處理所述若干纖維中的一些或全部的初始步驟。
發(fā)明詳述
[0009]在實(shí)施方案中，本文公開了基于使用含水水包油乳液的用于纖維的表面改性以使表面改性劑沉積在纖維結(jié)構(gòu)或纖維網(wǎng)上的體系和方法。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“纖維結(jié)構(gòu)”或“纖維網(wǎng)”指相互插入的單根纖維或細(xì)絲的任何排列。在一些實(shí)施方案中，纖維結(jié)構(gòu)或網(wǎng)具有非織造特征。在一些實(shí)施方案中，纖維或細(xì)絲形成紊亂模式(例如，實(shí)質(zhì)上隨機(jī)形成或結(jié)構(gòu)，其組織的模式完全不可辨別)。在本領(lǐng)域中已知一些制造纖維結(jié)構(gòu)的技術(shù)，包括造紙技術(shù)和用于制造非織造材料的其它技術(shù)。
[0010]如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“纖維”可指天然或合成的具有大長(zhǎng)寬比(例如，比其截面尺寸(例如，直徑)大得多的尺寸長(zhǎng)度)的任何絲狀實(shí)體。例如，在實(shí)施方案中，纖維的長(zhǎng)寬比大于約10、20、30、50或100。術(shù)語(yǔ)“纖維”包含較大纖維和微纖維。在一些實(shí)施方案中可通過具有不大于100 μ m的小截面寬度(即，直徑)鑒定微纖維。在實(shí)施方案中，微纖維的平均截面寬度介于0.5與50 μ m之間。在其它實(shí)施方案中，微纖維的平均截面寬度介于4與40 μ m之間。在實(shí)施方案中,微纖維的平均截面寬度小于30 μ m。也可根據(jù)但尼爾單位表征微纖維的尺寸。在一些實(shí)施方案中，平均來(lái)說，微纖維小于約10D，或小于約5D，或小于約2D，或小于約1D。比微纖維大的纖維可稱為“較大纖維”。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“較大纖維”指比微纖維長(zhǎng)和/或?qū)?即，具有較大截面長(zhǎng)度)的任何合成或天然纖維。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)與較小微纖維一起使用時(shí)，較大纖維的截面長(zhǎng)度(例如，直徑)為3-50 μ m、7-70 μ m或150-600 μ m。較大纖維的一個(gè)實(shí)例是與典型木紙漿制劑結(jié)合的纖維素纖維。在一些實(shí)施方案中，較大纖維的平均截面尺寸(例如，直徑)與微纖維之比大于約5、10、20、50、100、500、1000、5000或10000。纖維可具有若干可能被分開的原纖維(即，原纖化纖維)。纖維加工期間可由纖維生成原纖化纖維，其中前體纖維磨損或機(jī)械緊張。例如，工藝(例如，造紙)可增強(qiáng)纖維素紙漿的內(nèi)部和外部過濾。雖然未原纖化纖維的截面寬度可能大于約100 μ m，但是原纖化纖維可包括截面寬度小于約100 μ m的部分。原纖維可具有納米結(jié)構(gòu)，例如展現(xiàn)出介于約Inm與Iym之間，或介于約50nm與約500nm之間的平均截面寬度。在一些實(shí)施方案中，微纖維表現(xiàn)為納米纖維，其可源自微纖維的原纖維。
[0011]術(shù)語(yǔ)“纖維”可指合成纖維或天然纖維。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“合成纖維”包括全部或部分生產(chǎn)的纖維或微纖維。合成纖維包括人造纖維，其中天然前體材料經(jīng)改性以形成纖維。例如，可使纖維素(源自天然材料)形成人造纖維例如Rayon或Lyocell。也可使纖維素改性以生成醋酸纖維素纖維。這些人造纖維是合成纖維的實(shí)例?？捎蔁o(wú)機(jī)或有機(jī)的合成材料形成合成纖維。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“天然纖維”指源自天然來(lái)源、未經(jīng)人工改性的纖維或微纖維。天然纖維包括植物源纖維、動(dòng)物源纖維和礦物源纖維。植物源纖維可主要為纖維素，例如棉花、黃麻、亞麻、大麻、西沙爾麻、苧麻等。植物源纖維可包括源自種子、果皮的纖維，例如棉花或木棉。植物源纖維可包括源自葉，例如西沙爾麻和龍舌蘭的纖維。植物源纖維可包括源自植物莖周圍的外皮或韌皮的纖維，例如亞麻、黃麻、洋麻、大麻、苧麻、藤條、大豆纖維、葡萄樹纖維、黃麻、洋麻、工業(yè)大麻、苧麻、藤條、大豆纖維和香蕉纖維。植物源纖維可包括源自植物果實(shí)的纖維，例如椰子纖維。植物源纖維可包括源自植物的桿的纖維，例如小麥、水稻、大麥、竹子和草。植物源纖維可包括木質(zhì)纖維。動(dòng)物源纖維一般包括蛋白質(zhì)，例如羊毛、蠶絲、馬海毛等。動(dòng)物源纖維可源自動(dòng)物毛發(fā)，例如綿羊毛、山羊毛、羊駝毛、馬鬃等。動(dòng)物源纖維可源自動(dòng)物身體部分，例如腸線、腱等。可由昆蟲的干唾液或其它排泄物或其繭收集動(dòng)物源纖維，例如從蠶繭獲得蠶絲。動(dòng)物源纖維可源自鳥的羽毛。礦物源天然纖維由礦物獲得。礦物源纖維可源自石棉。礦物源纖維可為玻璃或陶瓷纖維，例如玻璃絨纖維、石英纖維、氧化鋁、碳化硅、碳化硼等。
[0012]在實(shí)施方案中，用于本文公開的纖維的表面改性劑包括聚合物或聚合物前體(例如，單體、共聚單體、低聚物等)及其混合物。術(shù)語(yǔ)“聚合物體系”應(yīng)指可用于為纖維網(wǎng)中的纖維涂覆聚合物涂層的聚合物、聚合物前體或其混合物。在實(shí)施方案中，在乳液的內(nèi)相中可攜帶聚合物體系。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“乳液”指由兩種不相似的液體構(gòu)成的非均勻體系，其中一種液體呈液滴形式均勻分散于另一種液體。將乳液基質(zhì)稱為乳液的外相或連續(xù)相，而將由分散的小液滴構(gòu)成的相稱為內(nèi)相或不連續(xù)相。稱為乳化劑或破乳劑的表面活性劑的存在可使乳液穩(wěn)定或不穩(wěn)定。例如，乳化劑可在分散相中的液滴周圍形成界面膜以產(chǎn)生干擾乳化液滴聚結(jié)的屏障。如果使乳液不穩(wěn)定，液滴趨向于聚結(jié)為較大尺寸，引起相位因重力沉降而分離。相反，在穩(wěn)定乳液中，兩種組分保持混合。如本文所述，乳液的水連續(xù)相支撐帶有用于涂覆纖維的表面改性劑(例如，聚合物體系(單體、共聚單體、低聚物、聚合物等和引發(fā)劑(自由基、離子等))的不連續(xù)相。不連續(xù)油相可含有多種其它表面改性劑，例如增塑劑(例如，多元醇)、阻燃劑(例如，溴化或磷酸鹽分子)、交聯(lián)劑(雙功能或多功能)等。
[0013]在實(shí)施方案中，例如，聚合物體系可使向由此形成的纖維網(wǎng)傳達(dá)優(yōu)良性質(zhì)的涂層沉降在纖維表面。例如，可使用適當(dāng)表面活性劑/乳化劑使包含反應(yīng)性單體/引發(fā)劑或單體/交聯(lián)劑或低聚物/交聯(lián)劑或聚合物/交聯(lián)劑的聚合物體系乳化于水中。乳液中所含的表面改性劑可包括除聚合物體系外的其它材料，即與聚合物體系協(xié)作或與纖維相互作用以賦予期望性質(zhì)的添加劑。例如，乳液可含有包含作為主要種類的單體和共聚單體的聚合物體系，接著是混有可賦予網(wǎng)不同拋光劑(finishes)的例如疏水性、阻燃性等的各種添加劑的硬化劑或交聯(lián)劑。這些成分可全部與少量表面活性劑混合并且在高速攪拌下添加到水中。然后將所得到的包含聚合物體系和其它添加劑的穩(wěn)定乳液涂到纖維網(wǎng)上。
[0014]將乳液涂到網(wǎng)上之后，乳液相對(duì)均勻地涂覆纖維。因?yàn)橥ㄟ^干燥器處理網(wǎng)，剪切和熱的組合引起乳液的水相蒸發(fā)，留下油相的殘留液滴。隨時(shí)間推移這些相同力迫使液滴聚結(jié)。因?yàn)橐旱尉劢Y(jié)，聚合物體系被使用。因?yàn)楸皇褂?，聚合物體系提供了涂覆纖維網(wǎng)纖維的完好涂層聚合物。使用聚合物體系可僅僅牽涉使乳液液滴中已經(jīng)含有的完好涂層聚合物沉積在纖維表面。使用聚合物體系可涉及引發(fā)并擴(kuò)展由聚合物前體的聚合，以便在纖維表面形成涂層聚合物。
[0015]因?yàn)橛拖嘀械木酆衔矬w系受干燥設(shè)備的高溫影響，聚合物體系硬化，形成涂層聚合物并且并入油相液滴中存在的添加劑(例如潤(rùn)滑劑、阻燃劑、疏水劑等)。結(jié)果是向網(wǎng)纖維連續(xù)涂敷包含涂層聚合物和添加劑的硬化聚合物體系。硬化在干燥過程中完成并且將液滴中存在的所有添加劑并入涂層。
[0016]在某些實(shí)施方案中，例如，在涂敷表面改性劑之前預(yù)處理候選纖維，以致纖維攜帶正電荷。例如，可用聚陽(yáng)離子進(jìn)行預(yù)處理。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“聚陽(yáng)離子”可包括具有凈正電荷的任何聚合物(例如，共聚物)，例如聚胺。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“聚胺”可包括至少具有其含胺(季胺、叔胺、仲胺或伯胺)重復(fù)單元的一部分的任何聚合物或共聚物。在實(shí)施方案中，由于伯胺的反應(yīng)性，聚胺可能令人期望地含有一些具有伯胺的重復(fù)單元。如本文所使用的聚合物(例如，聚陽(yáng)離子)的平均分子量范圍可從1,000至10，000，000，但是優(yōu)選為介于10，000至500，000之間。[0017]在實(shí)施方案中，用作預(yù)處理的聚胺可為包含殼聚糖或聚乙烯亞胺的聚合物。在實(shí)施方案中，殼聚糖聚合物可包含較高分子量殼聚糖的某一部分，即當(dāng)于1%醋酸溶液中時(shí)粘度為至少800CP的殼聚糖。在實(shí)施方案中，較高分子量殼聚糖的量可大于10%、大于20%或大于30%。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，對(duì)于某些聚合物，例如殼聚糖而言，因?yàn)榇祟惤Y(jié)構(gòu)受粘度而非分子量限定，所以可能得不到準(zhǔn)確分子量。
[0018]作為預(yù)處理的實(shí)例，可直接向分散于漿料中的纖維混合物添加聚陽(yáng)離子，例如聚胺或一些其它粘合劑或濕強(qiáng)度組分。可通過共價(jià)結(jié)合或通過靜電、氫鍵結(jié)合或疏水性相互作用使聚陽(yáng)離子附于纖維上，或聚陽(yáng)離子可自發(fā)地自我組裝到纖維表面，例如，或聚陽(yáng)離子可沉淀到表面上。例如，殼聚糖可沉淀到纖維表面。因?yàn)闅ぞ厶莾H可溶于酸性溶液中，所以可通過向聚胺-纖維/微纖維分散體添加堿使其沉淀到溶液中的纖維或微纖維上，直至殼聚糖沉淀在將形成纖維網(wǎng)的纖維上。
[0019]在實(shí)施方案中，可用具有特定性質(zhì)的陽(yáng)離子劑進(jìn)行在暴露于表面改性乳液之前提供纖維功能化的預(yù)處理。例如，可通過使所選聚合物附于纖維表面改變纖維素和合成纖維的表面化學(xué)性質(zhì)以使其更具親水性或疏水性(例如，殼聚糖類似物)。對(duì)于濾膜和低蛋白結(jié)合必需的其它應(yīng)用(例如生物學(xué)應(yīng)用和醫(yī)學(xué)應(yīng)用)而言，合成和天然纖維可具有更多表面改性，例如使用含PEG樣部分的聚合物(Jeffamines、Pluronics、Tectonics、殼聚糖類似物
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[0020]用聚陽(yáng)離子功能化纖維后，可用攜帶經(jīng)陰離子表面活性劑穩(wěn)定的表面改性劑(即，聚合物體系和任何所需添加劑)的乳液浸潰纖維網(wǎng)。可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的陰離子表面活性劑，例如月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、月桂酰肌氨酸鈉、十二烷基硫酸鈉、肉豆蘧醇聚醚硫酸鈉、棕櫚油酸鈉、烷醇聚醚硫酸鈉、硬脂酸鈉等表面活性劑。乳液液滴與纖維之間的靜電吸引使乳液以統(tǒng)一方式沉積在纖維上，確保了網(wǎng)的涂層均勻。沿著纖維長(zhǎng)度流動(dòng)的乳液液滴導(dǎo)致聚合物體系沉積，然后由于剪切和干燥過程的組合，聚合物體系在干燥后形成薄的均勻涂層。
[0021]在實(shí)施方案中，在干燥期間或熱硬化期間可活化乳液液滴中所含的交聯(lián)劑。交聯(lián)是有利的，這是因?yàn)榻宦?lián)幫助保持由纖維網(wǎng)生產(chǎn)的薄片的尺寸穩(wěn)定性，并且還幫助保持大小一致且不變的孔隙尺寸，連同向纖維網(wǎng)提供額外耐用性。例如，包含丙烯酸脂單體的聚合物體系可包括多官能共聚單體，例如CN975六官能聚氨酯丙烯酸酯(Sartomer LLC, ExtonPA)，以向涂層提供高交聯(lián)密度并因此提供抗磨損性。
[0022]在實(shí)施方案中，可工程化乳液滴中的聚合物體系(例如，單體/交聯(lián)劑體系)以向纖維網(wǎng)提供不同功能性，這種功能性源自聚合物體系本身的交聯(lián)行為或特征。例如，可為聚合物體系選擇多官能單體，以致所得涂層堅(jiān)硬、耐溶劑且耐劃傷并且適合于高溫環(huán)境。在需要耐高溫性的應(yīng)用中，可將此類芳香族反應(yīng)性化合物并入纖維網(wǎng)中。此類共振穩(wěn)定的芳香結(jié)構(gòu)(例如，芳香族丙烯酸酯例如CN2601 (Sartomer LLC, Exton PA))提供了高溫穩(wěn)定性和耐溶劑性。在需要涂層柔韌性的另一實(shí)施方案中，可使用反應(yīng)性多元醇為涂層纖維網(wǎng)提供柔性。在另一實(shí)施方案中，在懸浮于含水乳液中的聚合物體系中可使用溴化芳香族丙烯酸酯(Sartomer LLC, Exton PA)與丙烯酸酯單體一起作為共聚單體，以一步賦予耐高溫性和阻燃性。在實(shí)施方案中，可將賦予優(yōu)良性質(zhì)(例如，耐高溫性和/或阻燃性)的共振穩(wěn)定的芳香結(jié)構(gòu)并入交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中。在其它實(shí)施方案中，可將此類結(jié)構(gòu)并入固化的聚合物本身，例如通過自由基引發(fā)來(lái)引發(fā)其與多數(shù)單體聚合。
[0023]在某些實(shí)施方案中，乳液的內(nèi)相可含有除聚合物體系本身賦予的性質(zhì)外，產(chǎn)生另外的所需性質(zhì)的其它添加劑。例如，乳液液滴可含有作為可并入固化的涂層的添加劑的阻燃劑。再如，乳液液滴可含有殺生劑以在微生物可在纖維上生長(zhǎng)的情況下殺死靶向生物，將其從過濾溶液中去除，或保持過濾器的壽命。
[0024]特別是如果對(duì)于纖維網(wǎng)而言需要疏水性時(shí)，含水乳液中所攜帶的聚合物體系可包含反應(yīng)性硅。例如，聚合物體系可包含過氧化物固化的或鉬固化的硅單體或低聚物。
實(shí)施例
[0025]材料
?六亞甲基四胺，Aldrich, USA
?D.E.N.439環(huán)氧酚醛樹脂(苯酚、甲醛縮水甘油醚聚合物)，DowChemicals, Midland, MI, USA
?月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉，Spectrum Chemicals, NJ, USA ?聚(丙二醇)二縮水甘油醚(Mn=640)，Aldrich, USA ?殼聚糖 cgllO, Primex, Siglufjodur, Iceland
?聚(二烯丙基二甲基氯化銨)20重量％于水中，分子量400，000-500, 000, Aldrich
#Arofene8426-ME-63樹脂，酌 醒樹脂于甲醇/乙醇中，AshlandChemicals, Covington, KY, USA
[0026]實(shí)施例1:用聚DADMAC陽(yáng)離子功能化纖維網(wǎng)
[0027]可用聚二烯丙基二甲基氯化銨(聚DADMAC)的稀溶液功能化包含纖維素纖維的纖維網(wǎng)。纖維素纖維的固有離子性質(zhì)可容易地與聚DADMAC上的季胺基復(fù)合，產(chǎn)生永久陽(yáng)離子型纖維網(wǎng)。[0028]實(shí)施例2:制備包含經(jīng)陽(yáng)離子改性的纖維素纖維的紙
[0029]將一張紙(650g/m2)浸泡在含于酸性水(pH4)中的0.1%殼聚糖溶液的溶液中。一旦紙完全充滿溶液，就緩慢滴注0.1M NaOH,同時(shí)監(jiān)測(cè)pH升高至pH8。這使得殼聚糖能夠從溶液中沉淀出來(lái)并且與纖維素紙結(jié)合。然后將紙從溶液中移出，置于吸水沙發(fā)板之間并使用鋼手輪按壓以去除過量水，然后在高速干燥器上在110°C下干燥。
[0030]實(shí)施例3:制備含反應(yīng)性聚合物(聚合物體系)的乳液
[0031]于甲醇/乙醇中的酚醛樹脂反應(yīng)性溶液(Arofene8426-ME_63樹脂)用作浸潰溶液。在攪拌下向該溶液中添加于水中10%濃度的月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉直至溶液變得混濁。將所得渾濁溶液進(jìn)一步稀釋至于水中10%稠度以制備酚醛溶液的水乳液。此刻使含反應(yīng)性聚合物樹脂的乳液液滴穩(wěn)定并通過陰離子表面活性劑于水乳液中提供陰離子電荷。
[0032]實(shí)施例4:使用環(huán)氧化物改性的酚樹脂制備反應(yīng)性乳液
[0033]使環(huán)氧酚醛樹脂(D.E.N.439環(huán)氧酚醛樹脂)按10重量％溶于甲醇中。向該溶液中添加樹脂3重量％的交聯(lián)劑六亞甲基四胺。在攪拌下向該混合物中添加月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉的10%溶液直至觀察到渾濁的穩(wěn)定懸浮液。用水將該乳液進(jìn)一步稀釋為1%溶液。使用所得乳液作為浸潰溶液。此刻使含反應(yīng)性聚合物樹脂的乳液液滴穩(wěn)定并通過陰離子表面活性劑于水乳液中提供陰離子電荷。
[0034]實(shí)施例5:使用塑化交聯(lián)劑制備反應(yīng)性乳液
[0035]使環(huán)氧酚醛樹脂(D.E.N.439環(huán)氧酚醛樹脂)按10重量％溶于甲醇中。向該溶液中添加樹脂3重量％的交聯(lián)劑六亞甲基四胺。向該溶液中添加樹脂10重量％的作為增塑劑的聚(丙二醇)二縮水甘油醚。通過在攪拌下添加月桂基聚氧乙烯醚硫酸鈉的10%溶液乳化所得澄清溶液，直至獲得渾濁但是穩(wěn)定的乳液。此刻使含反應(yīng)性聚合物樹脂的乳液液滴穩(wěn)定并通過陰離子表面活性劑于水乳液中提供陰離子電荷。
[0036]實(shí)施例6:使用反應(yīng)性溶液浸漬紙
[0037]如實(shí)施例3、4和5制備的浸潰溶液和乳液用于制備紙/酚復(fù)合材料。對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)而言，根據(jù)實(shí)施例2制備的經(jīng)陽(yáng)離子改性的紙條浸在裝有經(jīng)陽(yáng)離子改性的反應(yīng)性乳液的燒杯中，使用鋼手輪按壓以去除過量乳液并且在160°C下硬化120s以獲得完全硬化的復(fù)合材料。實(shí)施例3和4中描述的反應(yīng)性乳液產(chǎn)生堅(jiān)硬且結(jié)實(shí)的復(fù)合材料。由于已經(jīng)并入交聯(lián)基質(zhì)中的聚(丙二醇)二縮水甘油醚的塑化作用，實(shí)施例5中描述的乳液產(chǎn)生結(jié)實(shí)但是易彎曲的復(fù)合材料。
[0038]實(shí)施例7:使用胺-反應(yīng)性硅乳液浸漬纖維網(wǎng)
[0039]可用乳化環(huán)氧化硅聚合物浸潰胺功能化纖維網(wǎng)(例如，根據(jù)實(shí)施例1或2制備)。例如，可用陰離子表面活性劑例如十二烷基硫酸鹽乳化雙功能或多功能Silmer EP C50、Silmer EPC C50,Silmer EP J10,Silmer EP D1-50,Silmer EP D1-100,Silmer EPC D1-50環(huán)氧化娃(SilTech Corp, Ontario, CA)以產(chǎn)生浸潰溶液。然后將纖維網(wǎng)浸在含這些娃的浴中?？赏ㄟ^干燥使含硅網(wǎng)硬化以引發(fā)并完成胺與環(huán)氧化物之間的交聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生抵抗吸水的極其保形納米涂層。
[0040]實(shí)施例8:使用反應(yīng)性丙烯酸脂乳液浸漬纖維網(wǎng)
[0041]可使用混有自由基引發(fā)劑(例如偶氮異丁腈)或過氧化物(例如過氧化苯甲酰)的乳化丙烯酸酯封端的硅聚合物浸潰纖維網(wǎng)。可用陰離子表面活性劑(例如十二烷基硫酸鹽)和自由基引發(fā)劑(例如過氧化物引發(fā)劑PhotostablOO)乳化丙烯酸酯功能化娃例如 Silmer ACR D208、Silmer ACR D2、Silmer ACR D1-10,Silmer ACR D1-50,Silmer ACRD1-1508 (SilTech Corp.、Ontario、CA)以產(chǎn)生浸潰溶液。然后將纖維網(wǎng)浸在含反應(yīng)性硅的浴中，接著在網(wǎng)的干燥溫度(> 170°C)下硬化以完成丙烯酸酯基團(tuán)之間的交聯(lián)反應(yīng)?；蛘呖赏ㄟ^將涂層暴露于紫外輻射源硬化網(wǎng)涂層。
[0042]實(shí)施例9:用阻燃劑浸漬纖維網(wǎng)
[0043]可向含有聚合物體系的水基乳液中添加磷基阻燃劑例如磷酸酯、膦衍生物和膦酸酯。這些試劑可物理性陷入聚合物體系形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)中，從而賦予阻燃性。例如，可使用磷酸酯如磷酸三乙酯或磷酸三辛酯或磷酸三苯酯。阻燃劑的劑量水平通常為乳液中固體的百分之幾。
[0044]實(shí)施例10:高交聯(lián)密度
[0045]SR9008 (Sartomer USA, Exton PA),三官能丙烯酸酯可用于為涂層提供高交聯(lián)密度和高尺寸穩(wěn)定性。在典型組合物中，25%SR9008可混有EB767聚氨酯丙烯酸酯涂層樹脂(UCB Chemical Corp, Smyrna GA)和適當(dāng)?shù)囊l(fā)劑體系以產(chǎn)生能夠具有高交聯(lián)密度的丙烯酸酯乳液?？勺兏黃R9008含量以改變所得涂層的交聯(lián)密度。
[0046]實(shí)施例11:添加增塑劑
[0047]SR344(Sartomer USA, Exton PA)(聚氧化乙烯丙烯酸酯反應(yīng)性增塑劑)可混有EB767聚氨酯丙烯酸酯涂層樹脂(UCB Chemical Corp, Smyrna GA)和適當(dāng)?shù)囊l(fā)劑體系以產(chǎn)生非常柔韌的涂層用于需要韌性的應(yīng)用。
等同物
[0048]如本文所述，實(shí)施方案提供了對(duì)本文公開且在以下提供的實(shí)施例中進(jìn)一步公開的系統(tǒng)和方法的原理、結(jié)構(gòu)、功能、生產(chǎn)和/或用途的全面了解。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，本文具體描述的材料和方法為非限制性實(shí)施方案。連同一個(gè)實(shí)施方案說明或描述的特征可與其它實(shí)施方案的特征結(jié)合。旨在將這種修改和變化包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)。同樣，本領(lǐng)域的技術(shù)人員基于上述實(shí)施方案將意識(shí)到本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點(diǎn)。相應(yīng)地，本發(fā)明不受已經(jīng)特別示出和描述的內(nèi)容限制，但是受權(quán)利要求書的范圍限制。本文引用的所有出版物和參考文獻(xiàn)明確地通過引用整體并入本文。詞“一種(a)”和“一種(an)”可用詞組“一種或多種”代替。
【權(quán)利要求】
1.一種用于涂覆纖維網(wǎng)的制劑，包含: 能夠沉積在所述纖維網(wǎng)上的乳液，所述乳液包含水連續(xù)相和包含表面改性劑的不連續(xù)內(nèi)相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制劑，其中所述纖維網(wǎng)包含一類經(jīng)預(yù)處理聚合物預(yù)處理的纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制劑，其中所述預(yù)處理聚合物為聚陽(yáng)離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制劑，其中所述纖維網(wǎng)包含纖維素纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制劑，其中所述纖維網(wǎng)包含兩類不相似的纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制劑，其中所述表面改性劑包含在所述乳液的所述水連續(xù)相蒸發(fā)后，在所述纖維網(wǎng)的纖維上形成涂層聚合物的聚合物體系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制劑，其中所述表面改性劑進(jìn)一步包含添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制劑，其中所述添加劑賦予所述纖維網(wǎng)選自由耐火性、阻燃性、潤(rùn)滑性、疏水性和可塑性組成的組的性質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制劑，其中所述聚合物體系進(jìn)一步包含交聯(lián)所述涂層聚合物的交聯(lián)劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制劑，其中所述聚合物體系包含聚合物前體。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制劑，其中所述預(yù)處理聚合物對(duì)所述涂層聚合物有親和力。
12.—種使纖維網(wǎng)中的纖維表面改性的方法，包括: 提供能夠排列于纖維網(wǎng)中的若干纖維， 用包含水連續(xù)相和包含表面改性劑的不連續(xù)內(nèi)相的乳液涂覆所述若干纖維，其中所述表面改性劑包含能夠使聚合物沉積于纖維表面的聚合物體系， 在涂覆所述纖維的步驟之前、期間或之后排列所述若干纖維以形成所述纖維網(wǎng)， 蒸發(fā)所述乳液的所述連續(xù)水相， 聚結(jié)所述不連續(xù)相形成置于所述若干纖維的纖維表面的均勻涂層，以及使用所述聚合物體系以使所述聚合物沉積在所述若干纖維的纖維表面上，從而使所述纖維表面改性。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述聚合物體系包含聚合物前體并且使用所述聚合物體系的步驟包括活化所述聚合物前體以形成會(huì)沉積在所述纖維表面的所述聚合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述表面改性劑進(jìn)一步包含與所述纖維表面上的所述聚合物相互作用的添加劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括交聯(lián)所述纖維表面上的所述聚合物的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在提供所述若干纖維的步驟之前進(jìn)行的預(yù)處理所述若干纖維中的一些或全部的初始步驟。
【文檔編號(hào)】B01D39/02GK103533998SQ201280012258
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月8日
【發(fā)明者】G·喬吉卡馬斯, D·S·索恩 申請(qǐng)人:納瑙佩頗公司