CN111164252A - 超吸收性聚合物非织造织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及超吸收性聚合物非织造织物的制备方法和由其制备的超吸收性聚合物非织造织物。根据本公开内容的制备方法，可以提供呈长纤维形式的表现出高柔性和快吸收速率的超吸收性聚合物纤维。

Description

超吸收性聚合物非织造织物及其制备方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0142612号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本公开内容涉及超吸收性聚合物非织造织物及其制备方法。
背景技术
超吸收性聚合物(Super Absorbent Polymer，SAP)是一种能够吸收其自身重量的500倍至1000倍水分的合成聚合物材料。超吸收性聚合物开始实际应用于卫生产品，并且其现在不仅广泛地用于卫生产品(例如儿童用一次性尿布等)，而且还用于园艺用保水性土壤产品、土木工程和建筑用止水材料、育苗用片材、食品流通领域用保鲜剂、泥敷剂用材料等。因此，已知的与常规的吸收剂相比时具有优异的吸收容量的超吸收性聚合物(SAP)具有更广泛的应用范围，并因此具有高的市场价值。
当前的超吸收性聚合物主要以粉末形式制造并使用。因为这种粉末状的超吸收性聚合物在制造卫生材料或在实际使用中时可能分散或漏出，并且必须与特定类型的基材一起使用，所以其具有有限的使用范围。
近来，已提出呈纤维形式的超吸收性聚合物的制备方法。例如，韩国专利公开第2017-0028836号公开了制造超吸收性聚合物纤维的方法，其包括以下步骤：通过将水溶性烯键式不饱和单体溶解在氢氧化钠水溶液中来制备中和溶液；通过添加中和溶液和交联剂，然后进行搅拌来制备纺丝溶液；并且通过使用喷丝头使纺丝溶液经受离心纺丝，然后进行干燥来生产超吸收性聚合物纤维。然而，上述方法具有诸如生产率和渗透率降低的缺点，原因是纤维由于离心纺丝的特性而不可以被制造成以具有10μm或更大的直径。
美国专利第6692825号公开了制备由为含有酰胺交联的超吸收性聚合物的直径为0.1μm至10μm的超吸收性聚合物纤维制成的非织造网的方法。然而，用于酰胺交联的基于胺的单体可能引起诸如恶臭、皮肤副作用等问题。另外，所制备的纤维的直径为10μm或更小，这是与离心纺丝相同的缺点。
日本专利第3548651号公开了通过向单体组合物中添加软化组分，并在单体组合物从喷嘴中滴落时照射紫外线并进行聚合来制备柔性超吸收性纤维层合体的方法。然而，由于聚合在落下时间期间通过紫外线来进行，因此聚合时间非常短。因此，该方法的缺点在于，由于非常短的聚合时间而增加了剩余单体，降低了超吸收性聚合物的渗透率和吸收度。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)韩国专利公开第2017-0028836号
(专利文献2)美国专利第6692825号
(专利文献3)日本专利第3548651号
发明内容
技术问题
为了解决如上所述的现有技术的问题，本公开内容旨在提供呈长纤维形式的表现出高柔性和快吸收速率的超吸收性聚合物非织造织物及其制备方法。
技术方案
本公开内容的一个方面提供了超吸收性聚合物非织造织物，
其包含直径大于10μm且长度为0.1m或更大的超吸收性聚合物纤维，
其中临界曲率为0.5mm-1或更大。
本公开内容的另一个方面提供了超吸收性聚合物非织造织物的制备方法，其包括以下步骤：
通过使单体水溶液聚合来制备含有水凝胶聚合物的第一聚合物水溶液，该单体水溶液包含具有至少部分被中和的酸性基团的基于丙烯酸的单体、玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的共聚单体、和聚合引发剂，
将第一聚合物水溶液与玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的交联剂混合以制备第二聚合物水溶液；
通过溶液吹塑法将第二聚合物水溶液纺丝；以及
干燥经纺丝的第二聚合物水溶液以制备包含超吸收性聚合物纤维的超吸收性聚合物非织造织物。
有益效果
根据本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物可以与呈粉末形式的常规超吸收性聚合物不同而直接以非织造织物的形式应用于产品，并且可以表现出柔性而不分散或漏出。
此外，由于构成非织造织物的每根纤维均由长纤维构成，因此其可以表现出高柔性。
如上所述，因为超吸收性聚合物非织造织物由于超吸收性聚合物的固有物理特性而具有高柔性和快吸收速率，因此其可以应用于要求柔性和高吸收度的各种产品。例如，根据本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物不仅可以应用于使用常规超吸收性聚合物粉末的所有产品，而且可以应用于各种领域，例如包封卫生材料(例如尿布和卫生巾)的超吸收性聚合物颗粒核的可渗透袋，应用于墙体、屋面、线缆等的防水材料，用于除去水分的滤油器，用于伤口和溃疡护理的敷料，用于防止水分漏出的食品包装材料以及用于耐火服装的吸汗材料。
此外，根据本公开内容的制备方法，可以以高生产率制备上述超吸收性聚合物非织造织物。
附图说明
图1是示出根据本公开内容的一个实施方案的超吸收性聚合物非织造织物的制造过程的示意图。
图2是根据本公开内容的一个实施例的超吸收性聚合物纤维的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图3是根据本公开内容的比较例的超吸收性聚合物纤维的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图4是示出用于评估超吸收性聚合物非织造织物的柔性的方法的示意图。
具体实施方式
由于本发明可以进行各种修改并且具有各种形式，因此通过实例示出其具体实施方案并对其详细描述。然而，并不旨在将本发明限制于所公开的特定形式，而应理解本发明包括在本发明的构思和技术范围内的所有修改、等同方案和替换方案。
在下文中，将更详细地描述根据本公开内容的实施方案的超吸收性聚合物非织造织物及其制备方法。
根据本公开内容的一个实施方案的超吸收性聚合物非织造织物包含直径大于10μm且长度为0.1m或更大的超吸收性聚合物纤维，以及
临界曲率为0.5mm-1或更大。
本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物包含超吸收性聚合物纤维，并且超吸收性聚合物纤维可以呈柔性长纤维的形式。
优选地，本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物可以包含超吸收性聚合物纤维作为主要组分。然而，这并不意指本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物不能在与超吸收性聚合物的粉末、超吸收性聚合物的颗粒、或另外类型的超吸收性树脂混合之后使用，并且超吸收性聚合物非织造织物可以与所列的材料、其他组分、添加剂等中的任一者混合。
顺便提及，包含超吸收性聚合物纤维作为主要组分意指，相对于100重量份的总的超吸收性聚合物非织造织物，直径大于10μm且长度为0.1m或更大的超吸收性聚合物纤维占据约50重量份或更多、约60重量份或更多、或者约70重量份或更多，并且约100重量份或更少、约99.9重量份或更少、或者约99重量份或更少。剩余量可能被水、长度小于0.1m的呈短纤维形式的超吸收性聚合物纤维、颗粒和其他添加剂占据。
超吸收性聚合物纤维的长度可以为约0.1m或更大、约1m或更大、或者约2m或更大，并且为约1000m或更短、约100m或更短、或者约10m或更短。由于本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物由如上所述的长度为至少0.1m的长纤维构成，因此其可以表现出不易破坏的柔性。
此外，超吸收性聚合物纤维的直径可以大于约10μm、大于约15μm、或者大于约20μm，并且为约200μm或更小、约150μm或更小、或者约80μm或更小。由于本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物由如上所述的直径大于10μm的纤维构成，因此每单位面积的超吸收性聚合物的含量可以增加，以及为超吸收性聚合物的固有特性的吸收度和渗透率可以保持在高水平。
此外，包含超吸收性聚合物纤维的非织造织物的临界曲率可以为约0.5mm-1或更大、约1mm-1或更大、或者约2mm-1或更大。临界曲率意指当纤维被弯曲时未发生破坏的最小曲率半径(r，单位：mm)的倒数(1/r)。因此，本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物可以具有柔性，使得即使当被弯曲或折叠至曲率半径为2mm或更小也不易被破坏。
如上所述，由于构成本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物的超吸收性聚合物纤维为柔性长纤维，因此包含该超吸收性聚合物纤维或由该超吸收性聚合物纤维组成的超吸收性聚合物非织造织物也具有高柔性，使得其即使被弯曲仍可以是柔性和弹性的而不被破坏。
此外，超吸收性聚合物纤维可以表现出优异的吸收能力和吸收度。
例如，超吸收性聚合物纤维的如根据EDANA方法WSP 241.2测量的离心保留容量(Centrifuge Retention Capacity，CRC)可以为约5g/g或更大、或者约10g/g或更大，并且为约50g/g或更小、约40g/g或更小、或者约30g/g或更小。
此外，超吸收性聚合物纤维的如根据EDANA WSP 242.2测量的0.9psi下的负荷下吸收度(Absorbency Under Load，AUL)可以为约4g/g或更大、约7g/g或更大、或者约10g/g或更大，并且为约45g/g或更小、约35g/g或更小、或者约30g/g或更小。
此外，超吸收性聚合物纤维的盐水流动传导率(Saline Flow Conductivity，SFC)可以为约5*10-7cm3·秒/g或更大、约10*10-7cm3·秒/g或更大、或者约30*10-7cm3·秒/g或更大，并且为约120*10-7cm3·秒/g或更小、约110*10-7cm3·秒/g或更小、或者约100*10- 7cm3·秒/g或更小。
根据本公开内容的一个实施方案，超吸收性聚合物非织造织物的比表面积可以为约0.5m2/g或更大、约1m2/g或更大、或者约2m2/g或更大，并且为约100m2/g或更小、约70m2/g或更小、或者约50m2/g或更小。
根据本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物可以单独地或者通过与具有高吸收度的其他树脂、颗粒、粉末或其他组分混合而适当地用于各种应用，例如卫生材料和吸湿材料。
根据本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物的用途没有特别限制，并且可以涵盖在诸如医学、化学、化学工业、食品或化妆品的各个领域中使用的所有产品。其具体实例包括卫生产品、可渗透袋、防水材料、用于除去水分的过滤器、敷料、用于防止水分漏出的食品包装材料、吸汗材料等。
上述本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物可以通过以下方法来制备。
根据本公开内容的另一个实施方案的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法包括以下步骤：
通过使包含具有至少部分被中和的酸性基团的基于丙烯酸的单体、玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的共聚单体、和聚合引发剂的单体水溶液聚合来制备含有水凝胶聚合物的第一聚合物水溶液，将第一聚合物水溶液与玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的交联剂混合以制备第二聚合物水溶液；通过溶液吹塑法将所述第二聚合物水溶液纺丝；以及干燥经纺丝的第二聚合物水溶液以制备包含超吸收性聚合物纤维的超吸收性聚合物非织造织物。
本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法通过使包含具有至少部分被中和的酸性基团的基于丙烯酸的单体、玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)的共聚单体、和聚合引发剂的单体水溶液聚合来制备含有水凝胶聚合物的第一聚合物水溶液。
单体水溶液的基于丙烯酸的单体为由以下化学式1表示的化合物：
[化学式1]
R1-COOM1
在化学式1中
R1为具有不饱和键的C2至C5烃基，以及
M1为氢原子、一价或二价金属、铵基或者有机胺盐。
优选地，基于丙烯酸的单体包括选自以下的至少一者：丙烯酸、甲基丙烯酸，以及其一价金属盐、二价金属盐、铵盐和有机胺盐。
在本文中，基于丙烯酸的单体可以为具有至少部分被中和的酸性基团的那些。优选地，可以使用经碱性物质如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵等部分中和的基于丙烯酸的单体。基于丙烯酸的单体的中和度可以为约40mol％至95mol％、约40mol％至80mol％、或约45mol％至75mol％。中和度的范围可以根据最终特性来调节。过高的中和度会导致经中和的单体沉淀，并因此可能不易发生聚合，而过低的中和度不仅使聚合物的吸收度劣化，而且赋予聚合物难以处理的特性，例如弹性橡胶的那些。
同时，在根据本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法中，基于丙烯酸的单体的浓度可以考虑反应时间和反应条件来适当地选择。优选地，基于单体水溶液的总重量，基于丙烯酸的单体以10重量％至50重量％的量包含在内。当基于丙烯酸的单体的浓度小于10重量％时，这是不经济的。当其超过50重量％时，粘度变高并且可能无法获得纤维形式。
在根据本公开内容的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法中，单体水溶液包含玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的共聚单体。
共聚单体在聚合期间与基于丙烯酸的单体共聚，以能够聚合呈柔性长纤维形式的超吸收性聚合物。
当通过包含玻璃化转变温度(Tg)超过室温的共聚单体或者仅用基于丙烯酸的单体来形成水凝胶聚合物时，所得超吸收性聚合物纤维由于其劣化的柔性而可能易于破坏。
共聚单体具有为室温(25℃)或更低的玻璃化转变温度(Tg)，并且具有能够与基于丙烯酸的单体聚合的官能团。例如，可以使用C1至C10乙烯基烷基醚、丙烯酸C1至C10烷基酯、丙烯酸甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸C1至C10羟烷基酯、具有1至20个乙二醇的聚乙二醇(甲基醚)丙烯酸酯、具有1至20个乙二醇的聚乙二醇(甲基醚)甲基丙烯酸酯、或(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯。优选地，可以使用聚乙二醇(甲基醚)丙烯酸酯。
基于100重量份的基于丙烯酸的单体，共聚单体可以以0.1重量份至30重量份，优选0.5重量份至25重量份，更优选1重量份至20重量份的量包含在内。当共聚单体的量太小时，改善柔性的效果可能不显著。当共聚单体的量太大时，吸收速率和吸收能力可能降低。因此，以上范围是优选的。
作为聚合引发剂，可以使用在超吸收性聚合物的制备中通常使用的聚合引发剂。根据聚合方法可以使用热聚合引发剂、光聚合引发剂、氧化还原聚合引发剂等。然而，考虑到聚合效率，可以更优选组合使用两种类型的聚合引发剂，而不是单独使用热聚合引发剂或光聚合引发剂。这是因为即使当对其应用光聚合方法时，通过UV辐射产生一定量的热并且随着为放热反应的聚合反应的进行而产生一些热。因此，当在光聚合中包含热聚合引发剂时，可以同时发生热聚合。
例如，光聚合引发剂可以为选自以下的一种或更多种化合物：安息香醚、二烷基苯乙酮、羟基烷基酮、乙醛酸苯酯、苄基二甲基缩酮、酰基膦和α-氨基酮。此外，作为酰基膦的具体实例，可以使用商品化的Lucirin TPO，即2,4,6-三甲基-苯甲酰基-三甲基氧化膦。更多不同的光聚合引发剂充分地公开在由Reinhold Schwalm著写的“UV Coatings:Basics,Recent Developments and New Application(Elsevier,2007)”第115页中，并且可以参考它。
此外，作为热聚合引发剂，可以使用选自以下的一种或更多种引发剂：基于过硫酸盐的引发剂、基于偶氮的引发剂、过氧化氢和抗坏血酸。具体地，作为基于过硫酸盐的引发剂的实例，可以使用过硫酸钠(Na2S2O8)、过硫酸钾(K2S2O8)、过硫酸铵((NH4)2S2O8)等；作为基于偶氮的引发剂的实例，可以使用2,2-偶氮双-(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2-偶氮双-(N,N-二亚甲基)异丁脒二盐酸盐、2-(氨基甲酰基偶氮)异丁腈、2,2-偶氮双-[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、4,4-偶氮双-(4-氰基戊酸)等。更多不同的热聚合引发剂充分公开在由Odian著写的“Principle of Polymerization(Wiley，1981)”第203页中，并且可以参考它。
在氧化还原聚合中，同时使用聚合引发剂和聚合还原剂。氧化还原聚合引发剂包括具有基于过氧化物的组成部分的化合物(即，基于过氧化物的化合物)。例如，可以使用以下：基于过氧化物的化合物，例如过氧化氢(如叔丁基过氧化氢)和过氧化枯烯；过氧化物，例如过氧化苯甲酰、过氧化辛酰、二叔丁基过氧化物、3,3'-二(叔丁基过氧基)丁酸乙酯、3,3'-二(叔戊基过氧基)丁酸乙酯、叔戊基过氧基-2-乙基己酸酯、或过氧基新戊酸叔丁酯；过酸酯，例如过乙酸叔丁酯、过邻苯二甲酸叔丁酯或过苯甲酸叔丁酯；过碳酸酯，例如二(1-氰基-1-甲基乙基)过氧基碳酸氢盐；或过磷酸酯。氧化还原聚合还原剂的实例包括抗坏血酸化合物，例如抗坏血酸或异抗坏血酸。
相对于单体水溶液，聚合引发剂可以以约0.001重量％至1重量％的浓度添加。即，当聚合引发剂的浓度太低时，聚合速率可能变慢，并且可能在最终产物中获得大量的残余单体。相反，当聚合引发剂的浓度太高时，形成网络的聚合物链缩短，因此树脂的物理特性可能降低，使得水溶性组分的含量增加并且压力下吸收能力降低。
在本方法中，根据需要，单体水溶液还可以包含添加剂，例如增稠剂、增塑剂、保存稳定剂、抗氧化剂等。
诸如基于丙烯酸的单体、玻璃化转变温度(Tg)为室温或更低的共聚单体、聚合引发剂和添加剂的原料可以制备成溶解在水中的水溶液的形式。除上述组分之外，水可以以剩余量包含在单体水溶液中。
随后，使单体水溶液热聚合或光聚合以形成水凝胶聚合物，从而制备含有水凝胶聚合物的第一聚合物水溶液。
同时，通过单体水溶液的热聚合或光聚合制备水凝胶聚合物的方法没有特别限制，只要其为制备超吸收性聚合物的领域中常用的聚合方法即可。
具体地，聚合方法根据聚合的能量源主要分为热聚合和光聚合。在热聚合的情况下，其通常在具有捏合轴的反应器(例如捏合机)中进行。在光聚合的情况下，其可以在配备有可移动传送带的反应器中进行。然而，聚合方法仅仅是一个实例，并且本发明不限于此。
通常，通过上述方法获得的水凝胶聚合物的含水量可以为约40重量％至约80重量％。此时，在本说明书中，“含水量”是水分的重量相对于水凝胶聚合物的全部重量的比例，并且其意指经干燥的聚合物的重量与水凝胶聚合物的重量之差。具体地，含水量被限定为由在通过红外线加热升高聚合物的温度并干燥聚合物的过程中由于聚合物的水分蒸发所引起的重量损失计算的值。此时，用于测量含水量的干燥条件为：将温度升高至约180℃并保持在180℃，并且总干燥时间为20分钟，包括加热步骤的5分钟。
通过将含有水凝胶聚合物的第一聚合物水溶液与交联剂混合来制备第二聚合物水溶液。
在超吸收性聚合物非织造织物的制备方法中，交联剂是能够与聚合物中包含的官能团反应，并且具有为室温(25℃)或更低的玻璃化转变温度(Tg)的化合物。交联剂在随后的干燥步骤中经受与聚合物的交联反应，由此可以制备呈柔性长纤维形式的超吸收性聚合物。
作为满足上述条件的交联剂，可以使用选自以下的至少一者：乙二醇、甘油、聚乙二醇、聚丙二醇、聚(丙烯酸4-羟丁基酯)、聚(丙烯酸2-羟乙基酯)和聚(丙烯酸2-羟丙基酯)，并且可以优选使用乙二醇。
基于100重量份的包含在单体水溶液中的单体，交联剂可以以0.1重量份至30重量份，优选0.5重量份至25重量份，更优选1重量份至20重量份的量包含在内。当交联剂的量太小时，几乎不发生交联反应。当该量太大时，超吸收性聚合物纤维的物理特性可能由于过度的交联反应而劣化。
随后，然后通过溶液吹塑法将制备的第二聚合物水溶液拉长。
作为用于制备呈纤维或非织造织物形式的聚合物的方法，已知诸如熔喷纺丝、喷射纺丝、离心纺丝、电纺丝等的方法。
离心纺丝是这样的方法：通过将熔融或溶液状态的聚合物添加至具有多个孔的喷丝头中，使其以高速旋转并利用施加在其上的离心力拉伸未凝固的聚合物以在收集器上层合细的且凝固的纤维来生产非织造织物。离心纺丝的优点在于，其具有简单的设备、低的能耗和较少的对待使用的聚合物的限制，并且其可以简化过程，原因是其生产呈非织造织物形式的聚合物。
然而，离心纺丝难以大量生产，导致差的生产率，并且不适用于生产直径超过10μm的长纤维，因此，存在吸收度低的问题。因此，作为解决该问题的方法，本公开内容通过溶液吹塑法形成超吸收性聚合物纤维。
在本公开内容的制备方法中，溶液吹塑法是指这样的方法：通过微通道将含有水凝胶聚合物的第二聚合物水溶液纺丝成细流形式，同时干燥经纺丝的第二聚合物水溶液并使其交联，以连续地制备由柔性超吸收性聚合物纤维制成的非织造织物。
图1是示出根据本公开内容的一个实施方案的制造过程的示意图。
参照图1，将所制备的第二聚合物水溶液纺丝到可移动的传送带等上，并且可以将其通过宽度为1000μm或更小的微通道或喷嘴连续地纺丝。还可以使气体(例如空气或惰性气体)在经纺丝的聚合物水溶液的流的周围流动以形成更均匀的流。
随后，通过干燥经纺丝的第二聚合物水溶液来制备超吸收性聚合物纤维。根据本公开内容的一个实施方案，为了在干燥过程期间更有效的干燥，可以通过连续抽吸除去第二聚合物水溶液的聚合期间所产生的水分。
同时，由于在干燥步骤中升高的温度，使第二聚合物水溶液中包含的水凝胶聚合物和交联剂经受交联反应以形成更加柔性的超吸收性聚合物纤维。
干燥步骤可以在100℃至250℃的温度下进行。当干燥温度低于100℃时，干燥时间可能变得过长，并且最终制备的超吸收性聚合物纤维的特性可能下降。而当干燥温度高于250℃时，纤维的表面被过度干燥，并且最终制备的超吸收性聚合物纤维的特性可能下降。因此，干燥过程可以优选在100℃至250℃的温度下，更优选在150℃至200℃的温度下进行。
此外，考虑到工艺效率，干燥时间可以为约10分钟至120分钟，更优选为20分钟至约90分钟，但其不限于此。
干燥步骤中的干燥方法没有特别限制，只要其通常用于水凝胶聚合物的干燥过程即可。具体地，干燥步骤可以通过热空气供应、红外线辐射、微波辐射、UV射线辐射等的方法来进行。
同时，在常规的呈粉末形式的超吸收性聚合物的制备方法中，通过使单体水溶液聚合来获得含水量为约40重量％至约80重量％的水凝胶聚合物。然后，将水凝胶聚合物干燥并粉碎以获得呈粉末形式的超吸收性聚合物。
然而，根据本公开内容的一个实施方案，对经纺丝的聚合物水溶液同时进行交联和干燥过程，由此可以获得为超吸收性聚合物纤维的网络的超吸收性聚合物非织造织物。
通过以下实施例可以获得对本发明更好的理解，这些实施例是为了举例说明而提出，但是不应解释为限制本发明的范围。本发明的范围通过权利要求给出，并且还包括在与权利要求等同的含义和范围内的所有修改方案。
<实施例>
实施例1
在吹扫氮气(N2)的同时，将30重量份丙烯酸、0.9重量份聚乙二醇(甲基醚)丙烯酸酯、0.45重量份3-巯基丙酸、10.8重量份氢氧化钠(NaOH)和57.75重量份水混合并在65℃下搅拌1小时。然后，添加0.1重量份过硫酸钠(SPS)，并且进行聚合反应10小时以制备含有水凝胶聚合物的第一聚合物水溶液。此后，向其中混合0.5重量份乙二醇以制备第二聚合物水溶液。
通过如图1所示的溶液吹塑法将所制备的聚合物水溶液纺丝，在180℃下交联100分钟，并干燥，以获得为超吸收性聚合物纤维的网络的非织造织物。
由上述超吸收性聚合物纤维制成的非织造织物的扫描电子显微镜(SEM)图像示于图2中。
作为超吸收性聚合物纤维的放大观察结果，超吸收性聚合物纤维的直径为约25μm至约37μm，以及长度为约1m至约2m。超吸收性聚合物非织造织物的临界曲率(1/r)为0.7mm-1。
实施例2
以与实施例1中相同的方式制备由超吸收性聚合物纤维制成的非织造织物，不同之处在于使用0.3重量份聚乙二醇(甲基醚)丙烯酸酯和58.35重量份水，并且使用1.3重量份平均分子量为200g/mol的聚乙二醇代替乙二醇作为交联剂。
根据超吸收性聚合物纤维的放大观察，超吸收性聚合物纤维的直径为约22μm至约34μm，以及长度为约1m至约2m。超吸收性聚合物非织造织物的临界曲率(1/r)为1.1mm-1。
比较例1
以与实施例1中相同的方式制备由超吸收性聚合物纤维制成的非织造织物，不同之处在于未使用聚乙二醇(甲基醚)丙烯酸酯以及使用58.65重量份水。
比较例2
制备具有与实施例1中相同的组成的第一聚合物水溶液和第二聚合物水溶液，并且使用离心纺丝来生产非织造织物。使所述第二聚合物水溶液在180℃下交联100分钟，并干燥，以获得为超吸收性聚合物纤维的网络的非织造织物。
由上述超吸收性聚合物纤维制成的非织造织物的扫描电子显微镜图像示于图3中。
根据超吸收性聚合物纤维的放大观察，超吸收性聚合物纤维的直径为约4μm至约6μm，以及长度为约1m至约2m。超吸收性聚合物非织造织物的临界曲率(1/r)为2mm-1。
比较例3
以与实施例1中相同的方式制备由超吸收性聚合物纤维制成的非织造织物，不同之处在于使用0.9重量份玻璃化转变温度(Tg)为34℃的乙酸乙烯酯代替聚乙二醇(甲基醚)丙烯酸酯。
根据超吸收性聚合物纤维的放大观察，超吸收性聚合物纤维的直径为约24μm至约33μm，以及长度为约1m至约2m。超吸收性聚合物非织造织物的临界曲率(1/r)为0.1mm-1。
比较例4
以与实施例1中相同的方式制备由超吸收性聚合物纤维制成的非织造织物，不同之处在于未使用乙二醇交联剂。然而，由于所制备的非织造织物具有低的交联度，使得其溶解在水中，因此不能评估其吸收特性，例如离心保留容量。
比较例5
以与日本专利第3548651号的实施例1中相同的方式制备超吸收性聚合物纤维。
具体地，将0.05重量份聚乙二醇(PEG200)二丙烯酸酯、0.2重量份聚环氧乙烷和2重量份2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮溶解在100重量份经氢氧化钠中和的部分被中和(173％)的丙烯酸的水溶液(单体浓度：45重量％)中。在单体水溶液从内径为0.97mm的喷嘴中落下时另外用来自高压汞灯(80W/cm2)的紫外线照射单体水溶液2秒，并使其聚合。
根据超吸收性聚合物纤维的放大观察，超吸收性聚合物纤维的直径为约24μm至约33μm，以及长度为约1m至约2m。超吸收性聚合物非织造织物的临界曲率(1/r)为0.1mm-1。
<实验例>
(1)离心保留容量(CRC)
根据ENA WSP 241.2测量实施例和比较例中制备的超吸收性聚合物纤维的CRC，不同之处在于使用呈纤维形式的超吸收性聚合物代替呈颗粒形式的超吸收性聚合物。
具体地，将W0(g)(约0.2g)的超吸收性聚合物纤维均匀地放入非织造袋中并密封。然后，在室温下将其浸入生理盐水(0.9重量％)中。在30分钟之后，通过离心装置在250G的条件下使水从袋中排出，持续3分钟，并测量袋的重量W2(g)。另外，对没有超吸收性聚合物的空袋进行相同的操作，并测量袋的重量W1(g)。
通过使用获得的重量值根据以下方程式1计算CRC(g/g)。
[方程式1]
CRC(g/g)＝{[W2(g)-W1(g)]/W0(g)}-1
在方程式1中，
W0(g)为超吸收性聚合物纤维的初始重量(g)，
W1(g)为在不使用超吸收性聚合物纤维的情况下通过使用离心机以250G使装置脱水3分钟之后测量的装置的重量，以及
W2(g)为在将超吸收性聚合物纤维在室温下浸入0.9重量％的盐水溶液中30分钟，并通过使用离心机以250G使具有超吸收聚合物纤维的装置脱水3分钟之后测量的具有超吸收聚合物纤维的装置的重量。
(2)负荷下吸收度(AUL)
根据EDANA WSP 242.2测量实施例和比较例中制备的超吸收性聚合物纤维的0.9psi下AUL，不同之处在于使用呈纤维形式的超吸收性聚合物代替呈颗粒形式的超吸收性聚合物。
具体地，将400目不锈钢筛网安装在内径为25mm的塑料筒底部中。在室温和50％的湿度下，将W0(g，约0.16g)待测量的吸收性聚合物纤维均匀地分散在筛网上。此后，将可以均匀地提供0.9psi负荷的活塞放置在超吸收性聚合物上。在本文中，活塞的外径略小于25mm，在筒内壁与活塞之间不存在间隙，并且不妨碍筒的上下运动。此时，测量装置的重量W3(g)。
随后，将直径为90mm且厚度为5mm的玻璃过滤器放入直径为150mm的培养皿中，并将0.90重量％的生理盐水倒入该皿中。此时，倒入生理盐水直至盐水的表面水平变得与玻璃过滤器的上表面相等。在其上放置一张直径为90mm的滤纸。
此后，将准备的装置放置在滤纸上，使得装置中的超吸收性聚合物在负荷下被生理盐水溶胀。在一小时之后，测量包含经溶胀的超吸收性聚合物的装置的重量W4(g)。
通过使用所获得的重量值根据以下方程式2计算AUL。
[方程式2]
AUL(g/g)＝[W4(g)-W3(g)]/W0(g)
在方程式2中，
W0(g)为超吸收性聚合物纤维的初始重量(g)，
W3(g)为超吸收性聚合物纤维的重量和向该聚合物提供负荷的装置的重量之和，以及
W4(g)为在使超吸收性聚合物纤维在负荷(0.9psi)下吸收盐水一小时之后测量的超吸收性聚合物纤维的重量和向聚合物提供负荷的装置的重量之和。
(3)盐水流动传导率(SFC)
根据美国专利第5562646号的第54至59栏中公开的方法来测量并计算SFC。
(4)0.3psi AUL@5秒、0.3psi AUL@15秒、0.3psi AUL@30秒、0.3psi AUL@60秒
根据EDANA WSP 242.2测量实施例和比较例中制备的超吸收性聚合物纤维的0.3psi下AUL，不同之处在于使用呈纤维形式的超吸收性聚合物代替呈颗粒形式的超吸收性聚合物，并且将溶胀时间分别改变为5秒、15秒、30秒和60秒，代替1小时。
具体地，将400目不锈钢筛网安装在内径为25mm的塑料筒底部中。在室温和50％的湿度下，将W0(g，约0.16g)待测量的吸收性聚合物纤维均匀地分散在筛网上。此后，将可以均匀地提供0.3psi负荷的活塞放置在超吸收性聚合物上。在本文中，活塞的外径略小于25mm，在筒内壁与活塞之间不存在间隙，并且不妨碍筒的上下运动。此时，测量装置的重量W3(g)。
随后，将直径为90mm且厚度为5mm的玻璃过滤器放入直径为150mm的培养皿中，并将0.90重量％的生理盐水倒入该皿中。此时，倒入生理盐水直至盐水的表面水平变得与玻璃过滤器的上表面相等。在其上放置一张直径为90mm的滤纸。
此后，将准备的装置放置在滤纸上，使得装置中的超吸收性聚合物在负荷下被生理盐水溶胀。在5秒之后，测量包含经溶胀的超吸收性聚合物的装置的重量W4(g)。
通过使用所获得的重量值根据以下方程式2计算AUL(0.3psi AUL@5秒)。
[方程式2]
AUL(g/g)＝[W4(g)-W3(g)]/W0(g)
在方程式2中，
W0(g)为超吸收性聚合物纤维的初始重量(g)，
W3(g)为超吸收性聚合物纤维的重量和向该聚合物提供负荷的装置的重量之和，以及
W4(g)为在使超吸收性聚合物纤维在负荷(0.3psi)下吸收盐水5秒之后测量的超吸收性聚合物纤维的重量和向聚合物提供负荷的装置的重量之和。
以与上述相同的方式测量AUL，不同之处在于将吸收盐水的(溶胀)时间分别改变为15秒(0.3psi AUL@15秒)、30秒(0.3psi AUL@30秒)和60秒(0.3psi AUL@60秒)。
(5)柔性
示出用于评估实施例和比较例中制备的超吸收性聚合物非织造织物的柔性的方法的示意图示于图4中。
制备宽度为20mm、长度为60mm、每单位面积的重量为35g/m2的由超吸收性聚合物纤维制成的非织造织物，并且将相同尺寸的PP非织造织物粘附至非织造织物的外部，以覆盖超吸收性聚合物非织造织物。
将直径为1mm的SUS棒放置在非织造织物的中间，并将非织造织物沿SUS棒的边缘以圆形弯曲，以用肉眼和光学显微镜观察非织造织物的破坏。当非织造织物的纤维未被破坏时，将其评估为“O”，而当其被破坏时，将其评估为“X”。
以与上述相同的方式评估实施例和比较例中制备的超吸收性聚合物纤维的特性，并示于下表1中。由于比较例4具有低的交联度，使得其溶解于水中，因此不能评估其吸收特性例如离心保留容量。
[表1]
Figure BDA0002426651130000171
参照表1，根据本公开内容的实施例制备的超吸收性聚合物非织造织物由长纤维构成，并且表现出临界曲率为0.5mm-1或更大的高柔性和足够的保水容量和吸收度。
然而，比较例1和3比本公开内容的非织造织物柔性差，通过离心纺丝生产的比较例2显示低的吸收度并且不适用于产品。比较例5具有非常低的盐水溶液的流动性和吸收度，其也不适用于产品。

Claims (13)

1.一种超吸收性聚合物非织造织物，包含直径大于10μm且长度为0.1m或更大的超吸收性聚合物纤维，
其中临界曲率为0.5mm-1或更大。
2.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物非织造织物，
其中所述超吸收性聚合物纤维的根据EDANA方法WSP 241.2测量的离心保留容量(CRC)为5g/g至50g/g。
3.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物非织造织物，
其中所述超吸收性聚合物纤维的根据EDANA WSP 242.2测量的0.9psi下的负荷下吸收度(AUL)为4g/g至45g/g。
4.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物非织造织物，
其中所述超吸收性聚合物纤维的盐水流动传导率(SFC)为5*10-7cm3·秒/g至120*10- 7cm3·秒/g。
5.根据权利要求1所述的超吸收性聚合物非织造织物，
其中基于100重量份的所述超吸收性聚合物非织造织物，所述超吸收性聚合物纤维以50重量份或更多的量包含在内。
6.一种超吸收性聚合物非织造织物的制备方法，包括以下步骤：
通过使单体水溶液聚合来制备含有水凝胶聚合物的第一聚合物水溶液，所述单体水溶液包含具有至少部分被中和的酸性基团的基于丙烯酸的单体、玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的共聚单体、和聚合引发剂的，
将所述第一聚合物水溶液与玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的交联剂混合以制备第二聚合物水溶液；
通过溶液吹塑法将所述第二聚合物水溶液纺丝；以及
干燥经纺丝的第二聚合物水溶液以制备包含超吸收性聚合物纤维的超吸收性聚合物非织造织物。
7.根据权利要求6所述的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法，
其中所述玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的共聚单体包括选自以下的至少一者：C1至C10乙烯基烷基醚、丙烯酸C1至C10烷基酯、丙烯酸甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸C1至C10羟烷基酯、具有1至20个乙二醇的聚乙二醇(甲基醚)丙烯酸酯、具有1至20个乙二醇的聚乙二醇(甲基醚)甲基丙烯酸酯、和(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯。
8.根据权利要求6所述的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法，
其中基于100重量份的所述基于丙烯酸的单体，所述玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的共聚单体以0.1重量份至30重量份的量包含在内。
9.根据权利要求6所述的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法，
其中所述玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的交联剂包括选自以下的至少一者：乙二醇、甘油、聚乙二醇、聚丙二醇、聚(丙烯酸4-羟丁基酯)、聚(丙烯酸2-羟乙基酯)和聚(丙烯酸2-羟丙基酯)。
10.根据权利要求6所述的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法，
其中基于100重量份的所述第一聚合物水溶液的所述水凝胶聚合物，所述玻璃化转变温度(Tg)为室温(25℃)或更低的交联剂以0.1重量份至30重量份的量包含在内。
11.根据权利要求6所述的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法，
其中所述超吸收性聚合物纤维具有0.1m或更大的长度和大于10μm的直径。
12.根据权利要求6所述的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法，
其中在干燥所述经纺丝的第二聚合物水溶液的步骤中进行所述水凝胶聚合物与所述交联剂之间的交联反应。
13.根据权利要求6所述的超吸收性聚合物非织造织物的制备方法，
其中所述通过溶液吹塑法将所述第二聚合物水溶液纺丝的步骤通过在使气体流动的同时通过微通道将所述第二聚合物水溶液连续地纺丝到传送带上来进行。
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