無紡纖維狀超吸收產品的制作方法

專利名稱：無紡纖維狀超吸收產品的制作方法
技術領域：
本發明涉及對含水介質具有高吸收容量的產品生產，更具體涉及包括能形成水凝膠的顆粒狀超吸收聚合物的濕鋪薄網結構。
超吸收聚合物(SAP)是在水或其它液體中能吸收其自身重量若干倍的合成交聯聚合材料。這種材料在商業上是用作添加劑的，以增加諸如尿布、衛生巾、手術服、一次性防塵布等的吸收性，它們也是工業應用的產品。
由于從1966年以來超吸收聚合物及產品在世界范圍內已獲得5000個以上的專利，因而證明了這些聚合物的商業意義。它們的大多數已經有了最終的應用。現今的許多研究和開發繼續針對最終的應用，包括在吸收產品中固定SAP。
因為超吸收聚合物是交聯的，并且在溶劑中不形成溶液，它們最常以粉狀和粒狀進行操作。
用氣流成網法形成無紡網結構時，存在著產品設計問題和健康問題。粉末狀超吸收聚合物在無紡網結構的纖維狀支承基質中有附聚的趨向，這樣便在網結構中產生不均勻的吸收容量。
粉末狀超吸收聚合物在氣流成網法制造過程中也面對健康問題。在制造區里，空氣攜帶的超吸收劑粉末能被工人吸入。吸入的超吸收聚合物在呼吸道中吸收液體并溶脹，結果會產生呼吸道堵塞和其它健康并發癥。
制造無紡纖維狀超吸收產品的另一方法是濕鋪法。與氣流成網法相同，用濕鋪法在纖維網形成時也有伴隨而來的問題。
在由纖維和超吸收聚合物進行濕鋪成網的先有技術方法中慣用的方法是將組分懸浮在含水介質中以將其送至片材成形裝置，諸如成型金屬網。含纖維的水分散體系常稱之為供料。
濕鋪成網法水介質中的超吸收聚合物還存在其它問題。超吸收聚合物懸浮在水介質中時趨于溶脹和有粘性。超吸收聚合物在濕法成網過程中存在的相對高的剪力下還易于破裂。懸浮體系介質常常是難于脫液的，且此后不易干燥。終產品趨于變硬，不能再濕到可接受的程度。
對于開拓有效方法生產用于一次性吸收產品的具有改進的組合性能的無紡纖維狀超吸收網一直是引起注意的。
因此，本發明的目的是提供一改進的方法以生產濕鋪法無紡纖維狀超吸收網結構。
本發明的另一目的是提供密度、柔軟性和吸收容量至現有利結合的新型無紡纖維狀超吸收產品。
本發明的其它目的和優點從附圖
和實施例將會變得十分明顯。
與本發明相關的背景出版物包括EP437816和美國專利Nos.4,354,901；4,610,678；4,986,882；5,049,235；5,137,600；5,167,765；5,453,323；以及5,531,728；在此提供參考。
本發明的一個或多個目的是用下面的生產無紡纖維狀超吸收產品的方法完成的，該方法包括(1)形成0.1-1wt％包括(a)平均旦數(denier)為0.1-28、平均長度約0.3-15mm的聚合物纖維和(b)平均粒度約0.1-1.0mm的形成氣凝膠的粒狀超吸收聚合物(聚合物纖維與粒狀超吸收聚合物的重量比約20∶80-80∶20)的組組分的水漿料；其中漿料具有約0.12-7.50摩爾一價無機金屬鹽的溶液含量，(2)由漿料形成脫液的薄網結構，(3)干燥網狀結構以得到超吸收產品，這種超吸收產品具有的含水量低于約10wt％、每平方米小于約80-400克的總基重、厚度約0.5-5mm、每克超吸收產品約10-30克含水介質的總吸收容量和每平方厘米約1075-4500毫克的ASTM硬挺度。
該方法中的含水漿料可具有pH范圍約為2-10，優選約3-8。
在另一具體實施方案中，本發明提供的無紡纖維狀超吸收產品是一濕鋪法薄網結構，它包括(a)平均旦數約0.1-28、平均長度約0.3-15mm的聚合物纖維和(b)平均粒度約0.1-1.0mm的粒狀能形成水凝膠的超吸收聚合物(聚合物纖維與粒狀超吸收聚合物的重量比約為20∶80-80∶20)；其中超吸收產品的水含量低于約10wt％、總基重約為每平方米80-400克、厚約0.5-5mm、總吸收容量為每克超吸收產品約10-30克含水介質、ASTM硬挺度為每平方厘米約1075-4500毫克。
本發明的超吸收產品的總基重可在每平方米約50-700克范圍內改變，優選的范圍為每平方米的80-400克。
濕鋪纖維網的技術在生產無紡網結構中被廣泛采用，在諸如US5,531,728之類的出版物中有所敘述，適合的濕鋪法包括手工鋪網和利用造紙機的濕鋪法(如US3,301,746中所述)。一般，濕鋪網是將纖維水漿沉積在金屬網篩上，將濕鋪漿料脫水形成濕網，然后將濕網干燥。
水漿料中的懸浮固體含量一般約在0.1-2wt％，基于總漿料重計算。
漿料的沉積可用被稱之為高位調漿箱的設備來完成。高位調漿箱有一開口用以將纖維水漿運送到金屬網篩上。金屬網篩常被稱為成型網(forming wire)。成型網可有用于干式壓板(dry lap)和其它造紙加工中所用的構造和篩目大小。優選使用的篩目大小約70-約100(Tyler標準篩度)。
在形成網后，將濕網脫水和干燥。脫水可用吸允箱或其它真空裝置進行。脫水后將網從成型網移至干燥織物上，它將網運送到干燥裝置。
干燥可用一熱鼓風干燥機或諸如吸允箱之類的真空設備來完成。網結構的水含量降至約10wt％以下，優選約5wt％以下。
本發明的無紡超吸收產品所使用的纖維的平均旦數約為0.1-28(優選范圍約0.5-3)、平均長度約0.3-15mm。纖維的具體類型選自能提供并適合摻入無紡超吸收產品的一個范圍很寬的有機和無機纖維材料的種類。
有機聚合物纖維之例是乙酸纖維素、人造纖維、諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯之類的聚酯纖維、聚氟乙烯、聚偏二氯乙烯、丙烯酸酯類、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、二組分纖維、三組分纖維及其混合物，以及其它纖維。如US4,483,743和US4,761,203中所述的膨脹微纖化纖維素纖維之類的高表面積纖維也是適合的。無機纖維之例是玻璃、陶瓷、硅灰石等。
在本發明無紡超吸收產品中采用的能形成水凝膠的超吸收聚合物一般具有原始粒度平均約0.1-1.0mm。
超吸收聚合物之例是衍生自與多官能反應物交聯的乙烯基單體的聚合物。超吸收聚合物的其它種類有淀粉改性的聚丙烯酸和水解聚丙烯腈以及它們的堿金屬鹽。
超吸收聚合物在文獻中有所敘述，諸如美國專利號3,661,815；3,669,103；3,889,768；4,076,663；4,286,082；4,959,061；4,986,882；4,990,541；5,098,951；5,145,906；5,443,899，在此提供參考。
商業提供的有注冊商標的超吸收聚合物包括SANWET 1M-4500和IM-4510(Hoechst Celanese Corp.,Charlotte,N,C.)；DRYTECH520(Dow Chem.Co.,Midland,Mich.)；AQUA KEEP(Seitetsu KagakuCo.,Ltd.)；ARASORB(Arakawa Chemical Co.,)；ARIDALL1125(Chemical Corporation)；和FAVOR(Stockhausen,Inc)。
在本發明制備無紡纖維狀超吸收產品的方法中，其主要方面是包含有一水溶液含量約為0.12-7.50摩爾的一價金屬的無機鹽，其說明例是堿金屬鹵化物，諸如氯化鈉、溴化鈉、氯化鉀和溴化鉀。優選的鹽濃度約為0.22-2.50摩爾。諸如氯化鈣之類的水溶性多價金屬鹽是不太理想的，因為它能使聚合物纖維和超吸收粒子形成配合物并抑制網狀結構的超吸收容量。
一價金屬有機鹽的存在在濕鋪法中起作重要的作用。它在初始的水漿階段抑制超吸收聚合物的溶脹。漿液階段中的超吸收聚合物的溶脹能使加工過程失敗和/或形成不可接受的網結構和/或要求過量的干燥時間，如實施例所證明。
另一抑制水漿階段中超吸收聚合物溶脹的方法是將水漿的溫度維持在約0-25℃，優選約0-10℃。
本發明方法可以選擇性地包括一網幅加壓步驟以增加無紡纖維狀超吸收產品的密度。超吸收產品的密度最好是在約0.02-0.07克/立方厘米范圍。
本發明超吸收產品的拉伸強度可在約0.3-2磅斷裂負荷范圍內變化。本發明的超吸收產品具有強度、柔軟性和吸收容量的最好結合。
下面的實施例是對本發明的進一步說明。其組分和具體拼料都是典型的，各種修改可出自已經公開的內容，均在本發明范圍之內。
A超吸收產品的硬挺度的測定是按ASTM D1388-64B超吸收產品樣品(1×5英寸)的拉伸強度測定是用Syntech儀，使用下列條件標距長度3英寸初始速度3英寸/分鐘第二速度3英寸/分鐘拉伸強度記錄為最大負荷(斷裂前最大負荷)磅數。
C超吸收產品的吸收容量是在負荷下按下述步驟測定的。
用2英寸直徑的圓口模切機從超吸收片材切取6個樣品，并以爐干燥2小時。
用10克氯化鈉和去離子水制備1升鹽溶液。
將樣品固定在樣品夾中，每一樣品上放置一重量(0.5psi)。在盤中加入測定量的1.0％鹽溶液(73.4≠2°F)并將各樣品置于鹽溶液中。
吸液10分鐘后，從盤中取出樣品，移去負荷。記錄各樣品吸收的鹽溶液重量。吸收重量以6個樣品的平均值計算。
實施例Ⅰ此例說明采用常規濕鋪法制備無紡纖維狀超吸收產品。
將醋酸纖維素纖維(1.5克，1.8旦/單絲×6.35mm)、超吸收聚合物(1.5克，SANWET 1M-4510；Hoechst CeleaneseCorp.)和水(20℃,737克)在1升的Waring實驗室混合器中混合15秒鐘。漿液混合物的pH為6左右，在約2分鐘內有凝膠形成。將混合物傾入盛有12升水(20℃)的18升實驗室規模高位調料箱中，用手工混合后將水放出。此過程所經歷的總時間為3分鐘左右。將預形成的網結構脫液。延長干燥期不能得到試驗用的可接受手抄紙。
實施例Ⅱ此例說明用本發明方法制備無紡纖維狀超吸收產品。
按實施例Ⅰ的步驟進行，但采用鹽溶液(20℃,737克；5wt％NaCl)并且脫液的網預制物用水洗滌以除去鹽份。
用本發明方法的終產品具有如下的規格水含量1.98％總基重275克/平方米厚度 4.2mm(標準誤差0.222mm)ASTM硬挺度2039.2毫克/平方厘米吸收容量 24克鹽溶液/1克產品與用常規濕鋪法生產的實施例Ⅰ中的較差的超吸收產品比較，按本發明的實施例Ⅱ的超吸收產品具有優良的強度和柔軟性，并有高的吸收容量。
實施例Ⅲ本例說明以中試規模按本發明方法制備本發明的無紡纖維狀超吸收產品。
采用下述步驟在中試車間生產25英寸寬的濕鋪法超吸收產品。
將醋酸纖維素(29磅；1.8旦/單絲×0.25英寸)、Celbond105雙組分纖維(3磅；Hoechst Celanese)、超吸收聚合物(35磅；SANWET 1M-4510)和氧烷基化胺分散劑(100毫升；Nalco92PE049)加入含5％鹽溶液(室溫)的1700加侖的罐中。混合物在罐中的駐留時間為45分鐘左右，罐中漿液的pH為6左右。
將傾斜式絲網機的傳送帶速設定在15英尺/分。脫液網幅在440°F下進行干燥。
用本發明方法得到的終產品的規格如下水含量 2.02％總基重 210克/平方米厚度2.895mm(標準誤差0.203mm)
ASTM硬挺度 4002.1毫克/平方厘米拉伸強度0.4磅斷裂負荷吸收容量13克鹽溶液/每克產品實施例Ⅳ此例說明按本發明方法用聚酯纖維制備的本發明無紡纖維狀超吸收產品。
按照實施例Ⅲ的步驟，采用聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維(6.5磅；MP500°F；Hoechst Celanese)、Celbond105纖維(25磅)、超吸收聚合物(35磅；SANWET 1M-4510)和分散劑(100毫升，MileaseT,ICI Americas和100毫升Nalco PEφ49)。
此方法得到的終產品的規格如下水含量2.2％總基重170克/平方米厚度 1.75mm(標準誤差0.073mm)ASTM硬挺度2161毫克/平方厘米拉伸強度 0.4磅斷裂負荷吸收容量 13克鹽溶液/每克產品
權利要求
1．一種濕鋪法薄網結構的無紡纖維狀超吸收產品，該產品包括(a)平均旦數約0.1-28mm和平均長度約0.3-15mm的纖維和(b)平均粒度約0.1-1.0mm的能形成凝膠的粒狀超吸收聚合物；纖維與粒狀超吸收聚合物的重量比約為20∶80-80∶20；其中超吸收產品的水含量低于約10wt％、總基重約為80-400克/平方米、厚度約為0.5-5mm、總吸收容量約10-30克水介質/每克超吸收產品、ASTM硬挺度約為1075-4500毫克/平方厘米。
2．權利要求1的超吸收產品，其中纖維選自有機和無機纖維。
3．權利要求1的超吸收產品，其中纖維選自聚酯、多糖和多糖衍生物。
4．權利要求1的超吸收產品，其中纖維選自纖維素和纖維素衍生物。
5．權利要求1的超吸收產品，其中超吸收聚合物選自聚丙烯酸鹽類。
6．權利要求1的超吸收產品，其中超吸收聚合物是聚丙烯酸堿金屬鹽。
7．權利要求1的超吸收產品，其拉伸強度約為0.3-2磅斷裂負荷。
8．權利要求1的超吸收產品，其密度約為0.02-0.07克/立方厘米。
9．一種生產無紡纖維狀超吸收產品的方法，該方法包括(1)形成含約0.1-1wt％組分的水漿，組分包括(a)平均旦數約0.1-28、平均長度約0.3-15mm的纖維和(b)平均粒度約0.1-1.0mm的顆粒狀能形成水凝膠的超吸收聚合物；纖維與顆粒狀超吸收聚合物的重量比約20∶80-80∶20；所說水漿具有0.12-7.50摩爾一價金屬無機鹽的溶液含量；(2)從漿料形成脫液薄網結構和(3)干燥薄網結構以提供水含量低于約10wt％、總基重約80-400克/平方米、厚度約0.5-5mm、總吸收容量約10-30克含水介質/每克超吸收產品和ASTM硬挺度約1075-4500毫克/平方厘米的超吸收產品。
10．權利要求9所述的方法，其中纖維選自有機和無機纖維。
11．權利要求9所述的方法，其中水漿的溫度約0-25℃。
12．權利要求9所述的方法，其中水漿的pH約2-10。
13．權利要求9所述的方法，其中無機鹽是堿金屬鹵化物。
14．權利要求9所述的方法，其中無機鹽是氯化鈉。
15．根據權利要求9的方法生產的超吸收產品。
全文摘要
本發明提供生產濕鋪法無紡纖維狀超吸收產品的改進方法,該產品有優良的強度、柔軟性和吸收容量的結合性能。在方法的水漿階段采用了一價金屬無機鹽溶液以盡可能降低超吸收聚合物組分的溶脹性。
文檔編號D21H21/22GK1208088SQ98115
公開日1999年2月17日 申請日期1998年6月30日 優先權日1997年8月11日
發明者J·M·尤里彼德斯, S·F·尼爾森, L·C·菲利普斯 申請人:塞拉尼斯艾絲泰特有限責任公司