接枝的交联纤维素制造技术

本发明专利技术涉及接枝的交联纤维素。接枝的交联纤维素材料包括纤维素纤维和接枝到其上的由至少一种含有单烯属不饱和酸基团的单体(例如丙烯酸)构成的聚合物链，其中一个或多个所述纤维素纤维和所述聚合物链被交联(例如通过纤维内链到链交联)。某些这类材料的特征在于约10.0‑17.0cm3/g的湿松散度、约1000至7700cm2/MPa·sec的IPRP值和/或约7.0至38cm H2O的MAP值。用于制造这类材料的方法可以包括从纤维素基材接枝聚合物链，然后用适合于执行一个或多个所述纤维素基材或所述聚合物链的交联的交联剂处理接枝的材料。示例性的交联机制包括酯化反应、离子反应和游离基反应，并且示例性的交联剂包括季戊四醇、接枝物质单体的均聚物和超支化聚合物。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及纤维素纤维，具体来说涉及接枝的交联纤维素。
技术介绍
纤维素纤维在包括吸收剂的许多应用中有用途。事实上，纤维素纤维是许多吸收性产品例如尿布的基本组分。纤维形成液体吸收性结构，这是吸收性产品中的关键要素。作为纤维素纤维的一种形式，纤维素绒毛浆已被用于吸收剂应用，这是因为绒毛浆形式提供了空隙体积大或松散度(bulk)高的液体吸收性纤维结构。然而，这种结构倾向于在润湿后坍塌，这减少了可以被保留在润湿后的结构中的液体的量。此外，这种坍塌可能抑制液体向所述纤维素纤维结构的未被润湿部分的转移，引起局部饱和。然而，含有纤维素纤维的吸收性产品在开始时获取和分配液体(例如从初始的液体侵袭)的能力，与产品的干松散度和毛细管结构相关，润湿后的结构获取额外液体(例如从随后和/或长时间的液体侵袭)的能力与所述结构的湿松散度相关。由于与液体吸收相关的纤维松散度的损失有关的获取和容量特性的降低，干燥的松散度高的纤维结构例如纤维素绒毛浆的潜在容量可能不能完全实现，其中液体保有容量相反由所述结构的湿松散度决定。与未交联的纤维相比，纤维内交联的纤维素纤维和由其形成的结构通常具有提高的湿松散度。所述提高的松散度是由于交联而赋予给纤维的刚性、扭曲和卷曲的结果。因此，将交联的纤维掺入到吸收性产品中以提高它们的湿松散度和液体获取速率。除了湿松散度和液体获取速率之外，材料在吸收性产品中使用的适合性可以根据其他性能特性例如液体渗透性来表征。正如上面提到的，性能特性倾向于由不同的纤维特征例如纤维长度、纤维刚度等引起。然而，某些性能特性之间的关系表明，对于许多纤维素纤维(和其他)材料来说存在权衡的趋势。例如，随着用介质吸收压力表示的毛细管压力的提高，液体渗透性趋于降低。正如在下文中更详细解释的，这种特殊关系以可以被数学近似为两种特性的幂曲线函数的方式显现，这对于吸收剂应用中使用的许多材料(如果不是所有材料的话)来说是特征性的，所述材料包括纤维素纤维材料、合成纤维材料、掺混物等。在这些材料中，纤维素纤维产品的“权衡”曲线是最高的，但将这一曲线抬升得更高(也就是说产生与通过纤维素纤维描述的幂曲线函数所预测的相比在给定毛细管压力值下表现出更好的液体渗透性值(反之亦然)的材料)的成功尝试，尚未被观察到。存在许多用于制备交联纤维素纤维的方法；在Westland等人的美国专利号5998511中概述了几种。花费了许多努力来改进交联方法，以例如降低生产和/或原料成本，改变产品的吸收和/或其他纤维特性等。在一个实例中，使用了多羧酸来交联纤维素纤维(例如在都属于Herron等人的美国专利号5137537、5183707和5190563等中)，以产生含有用C2-C9多羧酸交联的纤维素纤维的吸收性结构。尽管多羧酸交联剂提供了优点，但已发现，用低分子量(单体)多羧酸例如柠檬酸交联的纤维素纤维经历向未交联状态的回复，因此具有相对短的可用储存期限。然而，聚合的多羧酸交联纤维，例如在都属于Westland等人的美国专利号5998511、6184271和6620865等中所公开的，抗拒这种老化或回复，这部分是由于聚合的多羧酸分子参与交联反应，其具有比使用单体多羧酸例如柠檬酸的情况下更大数量的反应性羧基。在另一个实例中，Stoyanov等人的美国专利号8722797公开了使用具有掺入到聚合物链中的磷(采取亚磷酸酯的形式)的相对低分子量的聚丙烯酸作为交联剂，以获得与使用较高分子量的亚磷酸化的试剂或不含亚磷酸酯的聚丙烯酸试剂所制备的交联纤维素纤维相比具有提高的亮度和白度(以及其他特性)的交联纤维素纤维。因此，对于生产适用于吸收剂和其他应用的交联纤维素纤维以及包括这些纤维的组合物和材料，存在着持续不断的需求。
技术实现思路
本文中公开了交联纤维素材料的各种不同实施方式以及生产这些组合物的各种不同方法，所述交联纤维素材料由具有接枝的聚合物链的纤维素基材例如纤维素纤维构成，其中这些纤维素纤维和/或接枝的聚合物链被交联。按照本公开生产的纤维状材料在本文中也被称为“接枝的交联纤维素”，并且可以被描述为“组合物”以及“材料”。在本公开的接枝的交联纤维素的实施方式中，所述聚合物链由含有单烯属不饱和酸基团的单体(非限制性实例包括丙烯酸、马来酸、甲基丙烯酸等及其组合)构成，其可以以各种不同方式交联(非限制性实例包括通过交联剂例如均聚物、超支化聚合物、季戊四醇等的酯纤维内交联)。在某些实施方式中，丙烯酸被用作所述含有单烯属不饱和酸基团的单体。某些实施方式的特征在于接枝率为5-35重量％，更特别为10-20重量％。某些实施方式的特征在于湿松散度比未处理的纤维素(是指处于未处理的、即未接枝和未交联的状态的纤维素基材)高至少6％，并且最多高至少40％。某些实施方式的特征在于湿松散度为约10.0-17.0cm3/g，更特别为约15.0-17.0cm3/g。某些实施方式主要包括纤维内链到链交联，其由交联剂例如季戊四醇或超支化聚合物构成。某些实施方式包括纤维内链到纤维素交联。在某些上述实施方式中，所述材料的特征在于IPRP值为约1000至7700cm2/MPa·sec并且介质吸收压力(MAP)为约7.0至20cmH2O。某些实施方式的另一个特征在于这样的幂曲线函数，其中对于给定的1000至7700的IPRP值y(单位为cm2/MPa·sec)来说，所述材料的MAP值(单位为cmH2O)在公式y＝mxz中x的值的+/-30％之内；其中m为600至1200，并且其中z为-0.590至-0.515。某些实施方式的更具体的特征在于z为-0.560至-0.520和/或m为800至1100。在某些实施方式中，在给定的800至5400的IPRP值(单位为cm2/MPa·sec)下，所述材料的MAP值等于或高于(例如高0-20％)未接枝的交联纤维素纤维所具有的相应MAP值，和/或在给定的7.0至20的MAP值(单位为cmH2O)下，所述材料的IPRP值等于或高于(例如高0-15％)未接枝的交联纤维素纤维所具有的相应IPRP值。某些实施方式具有5400cm2/MPa·sec或更高的IPRP值。本公开的生产接枝的交联纤维素的示例性方法包括从纤维素基材接枝至少一种含有单烯属不饱和酸基团的单体的聚合物链以产生接枝的纤维素材料，然后通过用适合于执行一个或多个所述纤维素基材或所述聚合物链的交联的交联剂处理所述接枝的纤维素材料，将所述材料交联。在某些方法中，所述接枝在原位进行，并且可以包括在接枝引发剂例如硫酸铈(IV)存在下将所述单体与所述纤维素基材反应。在某些方法中，使用丙烯酸作为所述单体。某些方法包括改变所述引发剂的量和/或纤维素与单体的比率来实现所需接枝水平。这些方法可以包括各种不同的交联程序中的任一种。某些方法包括通过酯化反应，通过一种或多种交联剂例如季戊四醇、聚合的交联剂(例如由所述至少一种含有单烯属不饱和酸基团的单体形成的均聚物)、超支化聚合物等来建立纤维内交联。某些方法包括通过离子反应，通过多价无机化合物(例如硫酸铝)作为交联剂来建立纤维内交联。某些方法包括通过游离基反应，通过适合的无机盐(例如过硫酸铵)作为交联剂来建立纤维内交联。某些方法包括通过用碱溶液处理接枝的纤维素材料来至少部分中和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素材料，所述纤维素材料包含纤维素纤维和接枝到其上的由至少一种含有单烯属不饱和酸基团的单体构成的聚合物链，其中一个或多个所述纤维素纤维和所述聚合物链被纤维内交联。

【技术特征摘要】
2015.07.24 US 14/808,0101.一种纤维素材料，所述纤维素材料包含纤维素纤维和接枝到其上的由至少一种含有单烯属不饱和酸基团的单体构成的聚合物链，其中一个或多个所述纤维素纤维和所述聚合物链被纤维内交联。2.权利要求1的材料，其中所述至少一种含有单烯属不饱和酸基团的单体包括丙烯酸。3.权利要求1的材料，其特征在于5-35重量％的接枝率。4.权利要求3的材料，其特征在于10-20重量％的接枝率。5.权利要求1的材料，其中所述材料具有比未处理的纤维素纤维高至少6％的湿松散度。6.权利要求1的材料，其中所述材料具有约10.0-17.0cm3/g的湿松散度。7.权利要求1的材料，其中所述材料具有约1000至7700cm2/MPa·sec的IPRP值和约7.0至20cmH2O的MAP。8.权利要求1的材料，其中对于给定的1000至7700的IPRP值y(单位为cm2/MPa·sec)来说，所述材料的MAP值(单位为cmH2O)在公式y＝mxz中的x的值的+/-30％之内；其中m为600至1200，并且其中z为-0.590至-0.515。9.权利要求7的材料，其特征在于在给定的800至5400的IPRP值(单位为cm2/MPa·sec)下，所述材料的MAP值等于或高于未接枝的交联纤维素纤维所具有的相应的MAP值。10.权利要求7的材料，其特征在于在给定的7.0至20的MAP值(单位为cmH2O)下，所述材料的IPRP值等于或高于...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡伦·布罗冈，查尔斯·E·米勒，安吉尔·斯托亚诺夫，托尔斯滕·林德，迈克·西蒙斯，
申请(专利权)人：韦尔豪泽NR公司，
类型：发明
国别省市：美国;US