专利名称：无纺纤维状超吸收产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及对含水介质具有高吸收容量的产品生产，更具体涉及包括能形成水凝胶的颗粒状超吸收聚合物的湿铺薄网结构。
超吸收聚合物(SAP)是在水或其它液体中能吸收其自身重量若干倍的合成交联聚合材料。这种材料在商业上是用作添加剂的，以增加诸如尿布、卫生巾、手术服、一次性防尘布等的吸收性，它们也是工业应用的产品。
由于从1966年以来超吸收聚合物及产品在世界范围内已获得5000个以上的专利，因而证明了这些聚合物的商业意义。它们的大多数已经有了最终的应用。现今的许多研究和开发继续针对最终的应用，包括在吸收产品中固定SAP。
因为超吸收聚合物是交联的，并且在溶剂中不形成溶液，它们最常以粉状和粒状进行操作。
用气流成网法形成无纺网结构时，存在着产品设计问题和健康问题。粉末状超吸收聚合物在无纺网结构的纤维状支承基质中有附聚的趋向，这样便在网结构中产生不均匀的吸收容量。
制造无纺纤维状超吸收产品的另一方法是湿铺法。与气流成网法相同，用湿铺法在纤维网形成时也有伴随而来的问题。
在由纤维和超吸收聚合物进行湿铺成网的先有技术方法中惯用的方法是将组分悬浮在含水介质中以将其送至片材成形装置，诸如成型金属网。含纤维的水分散体系常称之为供料。
湿铺成网法水介质中的超吸收聚合物还存在其它问题。超吸收聚合物悬浮在水介质中时趋于溶胀和有粘性。超吸收聚合物在湿法成网过程中存在的相对高的剪力下还易于破裂。悬浮体系介质常常是难于脱液的，且此后不易干燥。终产品趋于变硬，不能再湿到可接受的程度。
对于开拓有效方法生产用于一次性吸收产品的具有改进的组合性能的无纺纤维状超吸收网一直是引起注意的。
因此，本发明的目的是提供一改进的方法以生产湿铺法无纺纤维状超吸收网结构。
本发明的另一目的是提供密度、柔软性和吸收容量呈现有利结合的新型无纺纤维状超吸收产品。
本发明的其它目的和优点从附图
和实施例将会变得十分明显。
与本发明相关的背景出版物包括EP 437816和美国专利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；在此提供参考。
本发明的一个或多个目的是用下面的生产无纺纤维状超吸收产品的方法完成的，该方法包括(1)形成0.1-1wt％包括(a)平均旦数(denier)为0.1-28、平均长度约0.3-15mm的聚合物纤维、(b)平均粒度约0.1-1.0mm的形成水凝胶的粒状超吸收聚合物(聚合物纤维与粒状超吸收聚合物的重量比约20∶80-80∶20)和(c)约0.05-7.50摩尔I族金属盐溶液的组分的水浆料，(2)由浆料形成脱液的薄网结构，(3)干燥网状结构以得到超吸收产品，这种超吸收产品具有的含水量低于约10wt％、每平方米小于约80-400克的总基重、厚度约0.5-5mm、每克超吸收产品约10-30克含水介质的总吸收容量和每平方厘米约1075-4500毫克的ASTM硬挺度。
本发明旨在提供一种湿铺薄网结构的无纺纤维状超吸收产品，该产品包括(a)平均旦数约0.1-28、平均长度约0.3-15mm的聚合物纤维和(b)平均粒度约0.1-1.0mm的粒状能形成水凝胶的超吸收聚合物(聚合物纤维与粒状超吸收聚合物的重量比约为20∶80-80∶20)；其中超吸收产品的水含量低于纺10wt％、总基重约为每平方米80-400克、厚约0.5-5mm、总吸收容量为每克超吸收产品约10-30克含水介质、ASTM硬挺度为每平方厘米约1075-4500毫克。
本发明的超吸收产品的总基重可在每平方米约50-700克范围内改变，优选的范围为每平方米的80-400克。
本发明的超吸收产品是用湿铺法提供的。湿铺纤维网的技术在生产无纺网结构中被广泛采用，在诸如US 5,531,728之类的出版物中有所叙述，适合的湿铺法包括手工铺网和利用造纸机的湿铺法(如US 3,301,746中所述)。一般，湿铺网是将纤维水浆沉积在金属网筛上，将湿铺浆料脱水形成湿网，然后将湿网干燥。
水浆料中的悬浮固体含量一般约在0.1-2wt％，基于总浆料重计算。
该方法中的含水浆料可具有的pH范围约为2-10，优选约3-8。
浆料的沉积可用被称之为高位调浆箱的设备来完成。高位调浆箱有一开口用以将纤维水浆运送到金属网筛上。金属网筛常被称为成型网(forming wire)。成型网可有用于干式压板(dry lap)和其它造纸加工中所用的构造和筛目大小。优选使用的筛目大小约70-约100(Tyler标准筛度)。
在形成网后，将湿网脱水和干燥。脱水可用吸允许箱或其它真空装置进行。脱水后将网从成型网移至干燥织物上，它将网运送到干燥装置。
干燥可用一热鼓风干燥机或诸如吸允箱之类的真空设备来完成，网结构的水含量降至约10wt％以下，优选约5wt％以下。
本发明的无纺超吸收产品所使用的纤维的平均旦数约为0.1-28(优选范围约0.5-3)、平均长度约0.3-15mm。纤维的具体类型选自能提供并适合掺入无纺超吸收产品的一个范围很宽的有机和无机纤维材料的种类。
有机聚合物纤维之例是乙酸纤维素、人造纤维、诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯之类的聚酯纤维、聚氟乙烯、聚偏二氯乙烯、丙烯酸酯类、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、二组分纤维、三组分纤维及其混合物，以及其它纤维。如US 4,483,743和US 4,761,203中所述的膨胀微纤化纤维素纤维之类的高表面积纤维也是适合的。无机纤维之例是玻璃、陶瓷、硅灰石等。
在本发明无纺超吸收产品中采用的能形成水凝胶的超吸收聚合物一般具有原始粒度平均约0.1-.10mm。
超吸收聚合物之例是衍生自与多官能反应物交联的乙烯基单体的聚合物。超吸收聚合物的其它种类有淀粉改性的聚丙烯酸和水解聚丙烯腈以及它们的碱金属盐。
超吸收聚合物在文献中有所叙述，诸如美国专利号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，在此提供参考。
商业提供的有注册商标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 JagakuCo.,Ltd.)；ARASORB(Arakawa Chemical Co.,)；ARIDALL 1125(Chemical Corporation)；和FAVOR(Stockhausen,Inc.)。
在本发明制备无纺纤维状超吸收产品的方法中，其主要方面是包含有一水溶液含量约为0.05-7.50摩尔的I族金属。无机盐和有机盐都是有用的，虽然无机盐因其一般有较高的离子浓度而保证了金属阳离子与阴离子的离解因而是优选的。非限制性盐的说明例是碱金属卤化物，诸如氯化钠、溴化钠、氯化钾和溴化钾；碱金属硝酸盐，诸如硝酸钠、硝酸钾；以及碱金属硫酸盐，包括硫酸钠、硫酸钾、硫酸氢钠和硫酸氢钾。碱金属硫酸盐是特别优选的，因为已发现某些碱金属卤化物(例如氯化钠)能引起加工管道(包括不锈钢管道)产生锈斑。其它有利的盐包括碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、硫酸氢钾、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠和磷酸氢二钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢钾。除碱金属盐外，在浆液溶液中加入铵盐也是有用的。特别是无机铵盐在完成本发明目的中是有用的，并且可作为可回收的废品，例如作为化肥。有用的铵盐的实例包括溴化铵、碘化铵、硝酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢铵、磷酸铵、磷酸氢铵和磷酸二氢铵。优选的盐浓度为0.05-2.50摩尔。诸如氯化钙之类的水溶性多价金属盐是不太理想的，因为它能使聚合物纤维和超吸收粒子形成配合物并抑制网状结构的超吸收容量。
I族金属盐的存在在湿铺法中起重要的作用。它在初始的水浆阶段抑制超吸收聚合物的溶胀。浆液阶段中的超吸收聚合物的溶胀能使加工过程失败和/或形成不可接受的网结构和/或要求过量的干燥时间，如实施例所证明。
另一抑制水浆阶段中超吸收聚合物溶胀的方法是将水浆的温度维持在约0-25℃，优选约0-10℃。
本发明方法可以选择性地包括一网幅加压步骤以增加无纺纤维状超吸收产品的密度。超吸收产品的密度最好是在约0.02-0.07克/立方厘米范围。
本发明超吸收产品的拉伸强度可在约0.3-2磅断裂负荷范围内变化。本发明的超吸收产品具有强度、柔软性和吸收容量的最好结合。
下面的实施例是对本发明的进一步说明。其组分和具体拼料都是典型的，各种修改可出自已经公开的内容，均在本发明范围之内。
A超吸收产品的硬挺度的测量是按ASTMD 1388-64B超吸收产品样品(1×5英寸)的拉伸强度测定是用Syntech仪，使用下列条件标距长度3英寸初始速度3英寸/分钟第二速度3英寸/分钟拉伸强度记录为最大负荷(断裂前最大负荷)磅数。
C超吸收产品的吸收容量是在负荷下按下述步骤测定的。
用2英寸直径的圆口模切机从超吸收片材切取6个样品，并以炉干燥2小时。
用10克氯化钠和去离子水制备1升盐溶液。
将样品固定在样品夹中，每一样品上放置一重量(0.5psi)。在盘中加入测定量的1.0％盐溶液(73.4+2°F)并将各样品置于盐溶液中。
吸液10分钟后，从盘中取出样品，移去负荷。记录各样品吸收的盐溶液重量。吸收重量以6个样品的平均值计算。
实施例Ⅰ此例说明采用常规湿铺法制备无纺纤维状超吸收产品。
将醋酸纤维素纤维(1.5克，1.8旦/单丝×6.35mm)、超吸收聚合物(1.5克，SANWET 1M-4510；Hoechst CelaneseCorp.)和水(20,737克)在1升的Waring实验室混合器中混合15秒钟。浆液混合物的pH为6左右，在约2分钟内有凝胶形成。将混合物倾入盛有12升水(20℃)的18升实验室规模高位调料箱中，用手工混合后将水放出。此过程所经历的总时间为3分钟左右。将预形成的网结构脱液。延长干燥期不能得到试验用的可接受手抄纸。
实施例Ⅱ此便说明用本发明方法制备无纺纤维状超吸收产品。
按实施例Ⅰ的步骤进行，但采用盐溶液(20,737克；5wt％NaCl)并且脱液的网预制物用水洗涤以除去盐份。
用本发明方法的终产品具有如下的规格水含量1.98％总基重275克/平方米厚度 4.2mm(标准误差0.222mm)ASTM硬挺度2039.2毫克/平方厘米吸收容量 24克盐溶液/1克产品与用常规湿铺法生产的实施例Ⅰ中的较差的超吸收产品比较，按本发明的实施例Ⅱ的超吸收产品具有优良的强度和柔软性，并有高的吸收容量。
实施例Ⅲ本例说明以中试规模按本发明方法制备本发明的无纺纤维状超吸收产品。
采用下述步骤在中试车间生产25英寸宽的湿铺法超吸收产品。
将醋酸纤维素(29磅；1.8旦/单丝×0.25英寸)、Celbond105双组分纤维(3磅；Hoechst Celanese)、超吸收聚合物(35磅；SANWET 1M-4510)和氧烷基化胺分散剂(100毫升；Nalco 92PE049)加入含5％盐溶液(室温)的1700加仑的罐中，混合物在罐中的驻留时间为45分钟左右，罐中浆液的pH为6左右。
将倾斜式丝网机的传送带速设定在15英尺/分。脱液网幅在440°F下进行干燥。
用本发明方法得到的终产品的规格如下水含量2.02％总基重210克/平方米厚度 2.895mm(标准误差0.203mm)ASTM硬挺度4002.1毫克/平方厘米拉伸强度 0.4磅断裂负荷吸收容量 13克盐溶液/每克产品实施例Ⅳ此例说明按本发明方法用聚酯纤维制备的本发明无纺纤维状超吸收产品。
按照实施例Ⅲ的步骤，采用聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(6.5磅；MP 500°F；Hoechst Celanese)、Celbond 105纤维(25磅)、超吸收聚合物(35磅；SANWET 1M-4510)和分散剂(100毫升，MileasT,ICI Americas和100毫升Nalco PEφ49)。
此方法得到的终产品的规格如下水含量2.2％总基重170克/平方米厚度 1.75mm(标准误差0.073mm)ASTM硬挺度2161毫克/平方厘米拉伸强度 0.4磅断裂负荷吸收容量 13克盐溶液/每克产品实施例Ⅴ此例说明按本发明方法的无纺纤维状超吸收产品的制备。
在一实验室用混合器将醋酸纤维素纤维(总量为2.51克的1.8旦/单丝×6.35mm和1.8旦/单丝×12.7mm纤维)、超吸收聚合物(5.85 SANWET 1M-4510；Hoechst Celanese Corp.)和盐溶液(42.6克无水硫酸钠(Fisher Chemical)溶于991.4克蒸馏水制备1升的0.3M溶液)混合15秒钟，将混合物倾入盛有11升水(20℃)的18升实验室规模的高位调浆箱中，用手混合好。然后释放水。此步骤的总经历时间约为3分钟。将预成型的网结构加热一延长的干燥期，得到了可接受的手抄纸并进行了测试。
本发明的终产品的规格如下总基重 250克/平方米总吸收率 39克盐溶液/克产品离心保留容量 15克盐溶液/克产品100克负荷下的吸收容量20克盐溶液/克产品超吸收产品的总吸收率测定如下准确称量0.200克网幅，将其置于6×6cm的茶袋内，然后封好茶袋的开口并将茶袋置于0.87％盐水的表面1分钟，再浸入盐水20分钟。在此浸吸期完成后取出茶袋并将其悬挂滴流5分钟，记录空白茶袋和含超吸收剂的茶袋重量。
总吸收率的测定使用了3个茶袋的平均数。
超吸收产品的离心保留容量的测定如下将两个测试总吸收率的茶袋和两个空白湿茶袋放入离心篮中，使茶袋和空白茶袋互相相对放置，含样品的茶袋不要交迭。离心开始，马达以1400转/分的速度快速旋转茶袋3分钟，停止离心，茶袋称重。
权利要求
1．一种生产无纺纤维状超吸收产品的方法，该方法包括(1)形成包括(a)平均旦数约0.1-28、平均长度约0.3-15mm的纤维、(b)平均粒度约0.1-1.0mm的颗粒状能形成水凝胶的超吸收聚合物和(c)I族金属盐的含水浆料；(2)从浆料形成脱液的薄网结构；(3)干燥薄网结构以提供超吸收产品。
2．权利要求1所述的方法，其中纤维选自有机和无机纤维。
3．权利要求1所述的方法，其中含水浆料的温度约在0-25℃。
4．权利要求1所述的方法，其中所说的浆料的pH范围约在2-10。
5．权利要求4所述的方法，其中所说的浆料的pH范围约在3-8。
6．权利要求1所述的方法，其中I族金属盐是无机盐。
7．权利要求6所述的方法，其中无机盐是碱金属硫酸盐。
8．权利要求7所述的方法，其中无机盐是硫酸钠。
9．权利要求1所述的方法，其中纤维与颗粒状超吸收聚合物的重量比约在20∶80-80∶20之间。
10．权利要求1所述的方法，其中纤维与颗粒状超吸收聚合物的重量比约在20∶80-50∶50之间。
11．权利要求1所述的方法，其中I族金属盐以0.05-7.50摩尔的溶液浓度存在于浆料中。
12．权利要求1所述的方法，其中I族金属盐以0.05-2.50摩尔的溶液浓度存在于浆料中。
13．权利要求1所述的方法，其中所说的超吸收产品的水含量低于约10wt％，总基重约80-400克/平方米、厚度约0.5-5mm、总吸收容量约为每克超吸收产品10-30克含水介质、ASTM硬挺度约1075-4500毫克/平方厘米。
14．一种制备无纺湿铺法超吸收聚合物浸渍结构的方法，该方法包括以下步骤将纤维、与所说纤维分离的超吸收聚合物和水(经用I族金属盐处理以抑制超吸收聚合物溶胀)混合以形成供料；将供料脱液形成预成型结构；将预成型结构干燥以形成无纺湿铺法超吸收聚合物浸渍结构。
15．权利要求14所述的方法，其中I族金属盐是无机盐。
16．权利要求15所述的方法，其中无机盐为碱金属硫酸盐。
17．权利要求16所述的方法，其中无机盐为硫酸钠。
18．权利要求14所述的方法，其中纤维选自有机纤维和无机纤维。
19．权利要求14所述的方法，其中纤维与超吸收聚合物的重量比约在20∶80-80∶20之间。
20．按权利要求14的方法生产的超吸收产品。
全文摘要
本发明提供了生产湿铺法无纺纤维状超吸收产品的改进方法,该产品具有强度、柔软性和吸收容量的优良组合。在本方法的水浆阶段采用了Ⅰ族金属盐溶液以最大限度减少超吸收聚合物组成的溶胀。
文档编号D21H21/14GK1220324SQ981167
公开日1999年6月23日 申请日期1998年7月31日 优先权日1997年12月18日
发明者J·M·尤里彼德斯, S·F·尼尔森, L·C·菲利普斯 申请人:塞拉尼斯阿希德特Llc公司