JP2024508244A - 拡張フローデバイスを用いた超吸収性繊維のリサイクル - Google Patents
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Abstract
供給流中の超吸収性繊維(SAF)は、拡張フローデバイスにおいて可溶性ポリマーに変換される。SAFを可溶性ポリマーに分解するために使用される総エネルギーは、約50MJ/kg SAF未満である。
Description
本発明は、一般に、拡張フローデバイスを使用して短い滞留時間での任意の及び追加のキャビテーションによる、超吸収性繊維(SAF)のリサイクルに関する。より具体的には、SAFを含む供給流が拡張フローデバイスに供給され、本質的に可溶性ポリマーを含む生成物流が生成される。供給流中のSAFの濃度は約1重量%より大きく、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される総エネルギーは約50MJ/kg SAF未満である。
吸収性衛生製品(AHP)(すなわち、乳児用おむつ、女性用保護パッド、及び成人用失禁パッド)のリサイクルは、環境にとって良好であり、多くの消費者企業の持続可能性目標を達成するために必要とされる。これらの目標は、リサイクルされた材料を100%使用して、消費者廃棄物及び製造廃棄物の埋め立てをゼロにすることである。これらの目標に加えて、リサイクルを成功させることは、環境、経済の活性化、人々の健康及び水質の改善、並びに世界の発展途上地域の消費者が必要とするエネルギーの生成に役立つ。
AHPの主成分は、典型的には、超吸収性ポリマー(SAP)であるが、他の成分は、接着剤、セルロース繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリエステルである。SAPは、氷アクリル酸の、架橋され部分的に中和されたホモポリマーである、吸水性、水膨潤性、及び水不溶性の粉末状固体である。SAPは、汚染された水又は尿などの水性液体を吸収する例外的に高い能力を有する。ポリ(アクリル酸)ベースのSAPの代替物は、超吸収性繊維(SAF)である。これらの繊維は、一般に、(超吸収性ポリマー粒子と比較して)比較的多量のコモノマーを含む。したがって、SAPと同様に、AHPで使用されるSAFをリサイクルする必要もある。
AHPのリサイクルは、それらの使用中に蓄積された汚れからAHPを洗浄すること、及び様々な成分をリサイクルされた材料流に分離することを伴う。より具体的には、リサイクルされたSAF材料流は、AHPよりも要求の少ない用途で使用することができる(リサイクルされたSAFは、未使用のSAFと比較して特性が劣るためである、例えば、農業用又は園芸用保水剤、及び工業用防水剤)及び/又は本質的に非架橋の、わずかに分岐した、若しくは直鎖状の可溶性ポリマーに変換することができる。これらの可溶性ポリマーは、様々な用途に供給材料として使用され得る。例えば、可溶性ポリマーは、1)水処理又は腐食防止などの用途において、そのままで使用され得るか、又は2)エステル化され得、次いで、接着剤、コーティングなどにおいて使用され得るか、又は3)SAF繊維紡糸などのSAF製造においてそのまま使用され得るか、又は4)SAFに変換され(項目3参照)、未使用のSAFとブレンドされ得る。最初の2組の用途は、未使用の化合物をリサイクルされたSAFから誘導される化合物で置き換えることによってSAFを他の製品にリサイクルする努力の一部であり、一方、最後の2組の用途は、SAFの循環経済の一部、すなわち、SAFをSAFにリサイクルして戻すことである。全ての場合において、目的は、バージン材料と同じ特性を達成することである。
純粋にアクリル酸に基づかないSAFの分解に対処するための参考文献は特定されていないが、リサイクルされたAHPから使用済みSAPの精製及び分離された材料流を生成するプロセスの非限定的な例は、2015年8月4日に発行された米国特許第9,095,853(B2)号、及び2015年10月13日に発行された同第9,156,034(B2)号に開示及び特許請求されている。いずれも、Fater S.p.A(Pescara、Italy)に付与された。
ほとんどのSAPは、ポリ(アクリル酸)に基づくものであり、架橋された網状組織材料である。氷アクリル酸及び架橋剤からSAPを生成するために使用される手順の非限定的な例は、2013年2月26日に発行され、日本触媒株式会社(大阪、日本)に付与された米国特許第8,383,746(B2)号、及び2017年11月21日に発行され、BASF SE(Ludwigshafen,Germany)に付与された米国特許第9,822,203(B2)号に開示されている。
SAPの超音波分解は、(1)Ebrahimi,R.ら,Organic Chemistry Intl,2012,記事ID343768,5頁;及び(2)Shukla,N.B.及びMadras,G.,J.Appl.Polym.Sci.,125(2012),630-639に記載されている。PAAの超音波分解は、(1)Shukla,N.B.ら,J.Appl.Polym.Sci.,112(2009),991-997;及び(2)Prajapat,A.L.及びGogate,P.R.,Ultrason.Sonochem.,32(2016),290~299に記載されている。また、溶液中のポリマーの超音波分解の一般的な説明が、Basedow,A.M.及びEbert,K.H.,Adv.Polym.Sci.,22(1977),83~148で与えられる。
SAPの分解に関して、両方の参考文献は、分解レベルの尺度として粘度を使用し、粘度を1桁、例えば、10Pa・sから1Pa・sに低下させるのに約5~10分かかることを見出し、これは、そのレベルの分解を達成するのに多くのエネルギーが必要であることを示す。直鎖状ポリマーの分解について、これらの参考文献(並びにUV、熱、及び他の形態のエネルギーの使用について報告する他の参考文献)からの主なテーマは、(1)優先的な切断がポリマー鎖の中間点であり、(2)高分子量鎖が低分子量鎖よりも速い速度で分解され、(3)それ未満では分解又は脱重合が起こらない最小分子量が存在することである。全ての場合において、ポリマーの超音波分解は、キャビテーション、並びに得られる微小気泡の急速な成長及び崩壊に起因する。
(1)Ebrahimi,R.ら,Organic Chemistry Intl,2012,記事ID343768,5頁
(2)Shukla,N.B.及びMadras,G.,J.Appl.Polym.Sci.,125(2012),630-639
(1)Shukla,N.B.ら,J.Appl.Polym.Sci.,112(2009),991-997
(2)Prajapat,A.L.及びGogate,P.R.,Ultrason.Sonochem.,32(2016),290~299
Basedow,A.M.及びEbert,K.H.,Adv.Polym.Sci.,22(1977),83~148
したがって、AHP及びそれらの主成分(いくつかのAHPについてはSAFである)をリサイクルする必要がある。SAFのリサイクルのために、短時間スケールで、SAFの単位質量当たりのエネルギー及び出力が低く、室温などの穏やかな条件で、SAFを可溶性ポリマーに分解する必要があり、したがって、分解されたSAFの脱炭酸などの化学分解が回避される。SAFの単位質量当たりの低エネルギーが要求されるのは、使用済みSAFのリサイクル及び可溶性ポリマーへのその分解が、SAFから可溶性ポリマーへの変換の間に消費されるエネルギーが、例えば、同種の化石由来の可溶性ポリマーを作製するために使用されるエネルギーよりも低い場合のみ有益であるという事実から生じる。プロピレンからのアクリル酸(petro-AA)の場合、必要なエネルギーは約50MJ/kg AAである。SAFから製造された可溶性ポリマーは、次いで、未使用のSAFに戻して組み込むことができ(したがって、そのリサイクルされた含有量を増加させ、SAFの循環経済を支持する)、及び/又は接着剤、コーティング、水処理、布地ケアなどの他の用途のための材料に誘導体化することができる。
本発明の一実施形態では、超吸収性繊維(SAF)を可溶性ポリマーに分解する方法が提示され、可溶性ポリマーは、可溶性ポリマーの総重量に基づいて、5重量%~75重量%、好ましくは10重量%~75重量%、又は10重量%~70重量%の重合アクリル酸モノマー単位を含む。本明細書で使用する場合、用語「アクリル酸モノマー単位」は、エステル及びアミドなどのアクリル酸モノマーの誘導体を除外し、メタクリル酸モノマー単位及びその塩も除外する。
本方法は、当該SAFを含む供給流を拡張フローデバイスの入口に流すことと、当該拡張フローデバイスの出口で当該可溶性ポリマーを含む生成物流を生成することと、を含み、当該供給流は、約1重量%超の濃度で当該SAFを含み、当該供給流は、当該拡張フローデバイス内で約120秒未満の滞留時間を有し、当該SAFの当該可溶性ポリマーへの当該分解は、約50MJ/kg SAF未満の総エネルギーを必要とする。
また、超吸収性繊維(SAF)を可溶性ポリマーに分解する方法が提示され、可溶性ポリマーは、可溶性ポリマーの総重量に基づいて、5重量%~75重量%、好ましくは10重量%~75重量%、又は10重量%~70重量%の重合アクリル酸モノマー単位を含む。本方法は、当該SAFを含む供給流を拡張フローデバイスの入口に流すことと、当該拡張フローデバイスの出口で可溶性ポリマーを含む生成物流を生成することと、を含み、当該供給流は、水と、約1重量%超の濃度で当該SAFと、を含み、当該供給流は、当該拡張フローデバイスにおいて約120秒未満の滞留時間を有し、当該SAFの当該可溶性ポリマーへの当該分解は、約16MJ/kg SAF未満の総エネルギーを必要とし、当該可溶性ポリマーは、約1,000,000g/mol未満の重量平均分子量を有する。
本発明は更に、超吸収性繊維(SAF)を可溶性ポリマーに分解するための方法に関し、可溶性ポリマーは、可溶性ポリマーの総重量に基づいて、5重量%~75重量%、好ましくは10重量%~75重量%、又は10重量%~70重量%の重合アクリル酸モノマー単位を含む。本方法は、当該SAFを含む供給流を拡張フローデバイスの入口に流すことと、当該拡張フローデバイスの出口で可溶性ポリマーを含む生成物流を生成することと、を含み、当該供給流は、水と、約5重量%超の濃度で当該SAFと、を含み、当該供給流は、当該拡張フローデバイスにおいて約120秒未満の滞留時間を有し、当該SAFの当該可溶性ポリマーへの当該分解は、約16MJ/kg SAF未満の総エネルギーを必要とし、当該可溶性ポリマーは、約1,000,000g/mol未満の重量平均分子量を有する。
可溶性ポリマーは、水溶性であってもよい。可溶性ポリマーは、好ましくは、25℃の水中で、水100g当たり5g超の可溶性ポリマー、又は水100g当たり15g超の可溶性ポリマー、又は水100g当たり20g~120gの可溶性ポリマー、又は水100g当たり35g~100gの可溶性ポリマーの溶解度を有する。
本発明の方法によって得られる可溶性ポリマーは、以下に示すNMR含有量法に供することができる。NMR含有量法は、アルケン末端部分、アルコキシ基(-O-CHR1-、R1はH、アルキル、アリール、ヘテロアリール、アルコキシ、又はハロゲン基のうちの1つ)、脂肪族基(-CHR1-、R1はH、アルキル、アリール、ヘテロアリール、又はハロゲン基のうちの1つ)、及び/又は他の1H-NMR活性基などの異なるNMR信号を有する官能基のプロトンのモル基準での比を決定するために使用することができる。NMR含有量法によって得られるスペクトルが、それらの異なるNMRシグナルに起因して様々な官能基の決定を可能にすることを考えると、NMR含有量法は、可溶性ポリマー中に含まれるアクリル酸モノマー単位以外の多くのモノマー単位の決定も可能にする。
本発明の方法によって得られる可溶性ポリマーは、本明細書に記載のNMR含有量法により測定した場合、少なくとも0.04の比3.6:CHを有し得る。可溶性ポリマーは、本明細書に記載のNMR含有量法により測定した場合、少なくとも0.1又は少なくとも0.2の比3.6:CHを有し得る。可溶性ポリマーは、本明細書に記載のNMR含有量法により測定した場合、0.7以下の比3.6:CHを有し得る。
本発明によって得られる可溶性ポリマーは、本明細書に記載のNMR含有量法により測定した場合、少なくとも5%の含有量「%3.6ppm」を有し得る。可溶性ポリマーは、本明細書に記載のNMR含有量法により測定した場合、少なくとも10%又は少なくとも15%の含有量「%3.6ppm」を有し得る。可溶性ポリマーは、本明細書に記載のNMR含有量法により測定した場合、75%以下の含有量「%3.6ppm」を有し得る。
本発明の方法によって得られる可溶性ポリマーは、本明細書に記載のNMR含有量法により測定した場合、0.31%以下のアルケン含有量「%アルケン」を有し得る。
I 定義
本明細書で使用する場合、用語「SAF」は、超吸収性繊維を指す。本発明のSAFは、本明細書に記載の遠心保持容量(CRC)試験方法に従って測定したとき、それらの乾燥重量の少なくとも7倍、好ましくはそれらの乾燥重量の少なくとも10倍の、25℃で0.9重量%の生理食塩水溶液を吸収することができる。典型的な吸収機構は、浸透圧である。水又は水溶液を吸収するSAFは、より柔らかく、ゲル状になる。
本明細書で使用する場合、用語「SAF」は、超吸収性繊維を指す。本発明のSAFは、本明細書に記載の遠心保持容量(CRC)試験方法に従って測定したとき、それらの乾燥重量の少なくとも7倍、好ましくはそれらの乾燥重量の少なくとも10倍の、25℃で0.9重量%の生理食塩水溶液を吸収することができる。典型的な吸収機構は、浸透圧である。水又は水溶液を吸収するSAFは、より柔らかく、ゲル状になる。
「超吸収性繊維」(「SAF」)は、本明細書において、繊維形態である超吸収性ポリマー材料を指すために使用される。超吸収性繊維は、長さ及び断面を有する。長さは、繊維中の湾曲又は捲縮が消失し、繊維がほぼ棒状形態になるように、繊維が表面上に平坦かつ真っ直ぐに置かれるか、又は置かれるであろうときの繊維の最大寸法である。断面は、長さに直交する。本明細書の目的のために、繊維は、最大寸法及び最小寸法を有する材料であり、最大寸法と最小寸法との比は、少なくとも10:1、好ましくは少なくとも15:1、更により好ましくは少なくとも20:1であり、すなわち、超吸収性繊維の最大寸法(長さとも呼ばれる)は、繊維の最小寸法(幅とも呼ばれる)の少なくとも10倍、又は少なくとも15倍、又は少なくとも20倍である。超吸収性繊維が、繊維の長さに沿って変化する断面を有する場合、断面の最大寸法(繊維の長さに沿って決定される)は、最大寸法と最小寸法との比を計算するとき、繊維の幅としてとられる。
本明細書で使用する場合、用語「可溶性ポリマー」は、非架橋であり、わずかに分岐しているか又は直鎖状のポリマーを指し、このポリマーは、モノマー単位として5重量%~75重量%、又は10重量%~75重量%、又は10重量%~70重量%のアクリル酸を含み、重合度は2以上であり得る。本発明の目的のために、可溶性ポリマーについては、ポリマーとオリゴマーとの間に差異はない。
本明細書で使用する場合、用語「分解」は、部分脱重合、脱架橋、分子骨格破壊の作用、又は上記の作用の任意の組み合わせを介するSAFの可溶性ポリマーへの変換を指す。本発明の目的のために、分解、リサイクル、及び変換という用語は、それらがSAFの可溶性ポリマーへの変換を指す限り、互換的に使用される。また、分解は、SAFのカルボキシル基を本質的に保存し、したがって、生成物の可溶性ポリマーは、これらのカルボキシル基を含有する。SAFの完全な脱重合は、SAFに含まれるモノマーをもたらすはずであることに留意されたい。
本明細書で使用する場合、用語「未使用のSAF」は、SAFを製造するために今日使用される供給原料である未使用のモノマーから製造されるSAFを指す。未使用モノマーは、化石由来材料又は他の生物由来材料(生物材料の非限定的な例は、乳酸、3-ヒドロキシプロピオン酸、グリセリン、バイオプロピレン、二酸化炭素、及び糖である)のいずれかから生成することができる。未使用のSAFは、約1重量%を超えるリサイクルされたSAFを含まない。
本明細書で使用する場合、用語「使用済みSAF」は、例えば、乳児用おむつ、女性用パッド、成人用失禁パッド、又は他の物品及び/若しくは用途において、既に工業的に製造されている及び/又は商業的に使用されているSAFを指す。使用済みSAFは、消費者使用後のSAF、産業使用後のSAF、又は両方の組み合わせであり得る。本発明において特に明記しない限り、SAFは、「使用済みSAF」又は「未使用のSAF」のいずれかを指す。
本明細書で使用する場合、用語「分解済みSAF」は、可溶性ポリマーに分解されたSAFを指す。本発明の目的のために、用語「分解済みSAF」及び「可溶性ポリマー」は、互換的に使用される。
本明細書で使用する場合、用語「リサイクルされたSAF」は、SAFが典型的な製造方法を使用してアクリル酸及びコモノマーから製造されている間にSAFに組み込まれた少なくとも1重量%の分解済みSAF(又は同等の可溶性ポリマー)を含有するSAFを指す。したがって、リサイクルされたSAFは、未使用のSAFと少なくとも1重量%の分解済みSAFとのブレンドである。
本明細書で使用する場合、用語「供給流」は、特定の方向に流れ、拡張フローデバイスの入口に供給される流体の本体を指す。
本明細書で使用する場合、用語「生成物流」は、供給流が拡張フローデバイスの入口に供給されるときに拡張フローデバイスの出口で生成される流体の本体を指す。
本明細書で使用する場合、用語「液体ホイッスル」は、流れ方向に、入口チャンバ、オリフィス、及びオリフィスの前にブレードを有する混合チャンバを使用するSonolatorタイプの機器(Sonic Corporation(Stratford,CT)製)を指す。材料がオリフィスを通って流れ、生成されたジェットがブレードに衝突し、ブレードがその共振周波数で振動させられ、オリフィスから水力直径の7~8倍以内に位置する場合(すなわち、ブレードが係合する場合)、キャビテーション場が更に強化される。ブレードがオリフィスから離れてオリフィスの水力直径の7~8倍の範囲の外側に位置する場合、ブレードは係合していないと考えられる。ブレードがオリフィスに近いほど、また供給流の粘度が低いほど、キャビテーションは強くなる。液体ホイッスル(LW)の主な用途は、家庭、パーソナルケア、及び精密化学産業における混合、乳化、解凝集、及び消毒である(米国特許第8,517,595(B2)号及びRyan,D.J.ら,Chem.Engng Sci.,189(2018),369~379)。本発明の目的のために、LWは、使用することができる拡張フローデバイスのうちの1つである。
本明細書で使用する場合、用語「拡張フローデバイス」は、拡張フロー、歪み、及び応力を発生させるフローデバイスを指す。拡張フローデバイスの非限定的な例は、収束及び/又は発散チャネル、オリフィス、衝突ジェット、4ロールミル、スクリーン、ダイなどを有するデバイスである。用語「拡張」及び「伸長」は、本発明の目的のために互換的に使用される。
本明細書で使用する場合、用語「粘度比」又は「粘度減少比」は、生成物流の粘度と供給物流の粘度との比を指す。供給流の粘度は、典型的には振動モードで平行板固定具を用いて測定され、報告される複素粘度は、典型的には1rad/sの周波数に対応する。複素粘度の実数部及び虚数部は、それぞれ、動的粘度及び貯蔵粘度を表す。粘度比を計算するために、本発明者らは、動的粘度、すなわち複素粘度の実数部を使用する。生成物流の粘度は、定常モードのカップ及びボブ固定具又は振動モードの平行板固定具のいずれかを用いて測定される。粘度がカップ及びボブ固定具を用いて定常モードで測定される場合、報告される粘度は、典型的には、4秒-1の剪断速度に対応する。これらの粘度測定技術は、当業者に周知である。本発明の目的のために、所定の可溶性ポリマー溶液の粘度が低いほど、一定の濃度で可溶性ポリマーの分子量が低いことが当業者によって受け入れられているように、粘度比の負の10進対数は、可溶性ポリマーへのSAF分解の程度を数桁で示す。
本明細書で使用する場合、Mnは、g/mol又は同等にDaで表される数平均分子量であり、Mwは、g/mol又は同等にDaで表される重量平均分子量であり、Mzは、g/mol又は同等にDaで表されるz平均分子量であり、PDIは、Mw/Mnとして定義される多分散性指数である。
II 供給流
予期せぬことに、SAF供給流(ゲルの形態である)が拡張フローデバイス(例えば、LW)内を流れ、短い滞留時間で拡張フローを経験するとき、SAFは可溶性ポリマーに分解する(すなわち、本質的に脱炭酸なしで)ことが見出された。いかなる理論にも束縛されることを望むものではないが、本出願人らは、SAF供給流/ゲルがオリフィスを通って流れるときにSAF供給流/ゲル中に発生する拡張応力が、架橋剤、架橋剤の骨格への付着、及び骨格結合の伸張及び破壊を引き起こすと考える。本出願人らは、ゲルが入口チャンバ及びオリフィスの壁でスリップを発生させ、したがって、(当業者に周知であるように)入口チャンバ及びオリフィス内で、栓流で流れるときに拡張応力を発生させないと予想した。
予期せぬことに、SAF供給流(ゲルの形態である)が拡張フローデバイス(例えば、LW)内を流れ、短い滞留時間で拡張フローを経験するとき、SAFは可溶性ポリマーに分解する(すなわち、本質的に脱炭酸なしで)ことが見出された。いかなる理論にも束縛されることを望むものではないが、本出願人らは、SAF供給流/ゲルがオリフィスを通って流れるときにSAF供給流/ゲル中に発生する拡張応力が、架橋剤、架橋剤の骨格への付着、及び骨格結合の伸張及び破壊を引き起こすと考える。本出願人らは、ゲルが入口チャンバ及びオリフィスの壁でスリップを発生させ、したがって、(当業者に周知であるように)入口チャンバ及びオリフィス内で、栓流で流れるときに拡張応力を発生させないと予想した。
SAFの典型的な特性は、本明細書で以下に示す試験方法に従って測定される機械的特性、膨潤能、及び遠心保持容量(CRC)である。また、SAFは、25重量%超~95重量%未満の他のコモノマー(すなわち、アクリル酸モノマー以外)を含む。好適なコモノマーは、例えば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、又はポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、エチレンマレイン酸無水物コポリマー、ポリビニルエーテル、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルモルホリノン、並びにビニルスルホン酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリビニルピリジンなどのポリマー及びコポリマーを含む/からなるモノマー基である。SAF中の他の好適なポリマーとしては、加水分解アクリルニトリルグラフトデンプン、アクリル酸グラフトデンプン、及びイソブチレン無水マレイン酸コポリマー、及びこれらの混合物が挙げられる。SAFは、材料を実質的に水不溶性にするために架橋される。好ましいモノマーは、メチル(メタ)アクリレート、及び/又はヒドロキシル基を含むモノマー、例えば、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、例えば、ヒドロキシエチルメタクリレート、トリプロピレングリコールモノアクリレート、5グリセリルモノアクリレートなどである。SAFは、2種類のモノマー(アクリル酸を含む)又はより好ましくは3種類以上のモノマーから形成されたポリマーを含む/からなることができる。
SAFは、重量%で表したNaの量として約8重量%超のナトリウムレベル、又は重量%で表したNaの量として10重量%~20重量%、若しくは15重量%~18重量%のナトリウムレベルを有し得る。本発明の更に別の実施形態では、SAFは、重量%で表したNaの量として12重量%未満のナトリウムレベルを有する(誤解を避けるために、用語「重量%(weight-%)」、「重量%(wt-%)」、及び「重量%(wt%)」は、本明細書では互換的に使用される)。
本方法で提供されるSAFは、i)ばら繊維の形態であってもよく、又はii)不織布ウェブの形態であってもよく、又はi)及びii)の組み合わせであってもよい。SAFが不織布ウェブの形態である場合、不織布ウェブはSAFからなってもよく、又はSAFを含んでもよい。SAFを含み、本方法において提供される不織布ウェブは、不織布ウェブの総重量に基づいて、少なくとも50重量%のSAFを含んでもよく、又は不織布ウェブの総重量に基づいて、少なくとも60重量%、若しくは少なくとも70重量%、若しくは少なくとも80重量%、若しくは少なくとも90重量%のSAFを含んでもよい。
不織布ウェブは、合成繊維、天然繊維(例えば、セルロース繊維)、又はこれらの組み合わせなどの更なる成分を更に含んでもよい。このような不織布ウェブに含まれ得る合成繊維は、ポリオレフィン繊維(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はこれらの組み合わせ)、又はPET繊維、又はポリオレフィン及びPET繊維の組み合わせであってもよい。
不織布ウェブの非SAF成分は、SAFを本発明の方法に供する前に除去されてもよいが、そうである必要はない。その代わりに、SAFを含む不織布ウェブは、不織布ウェブの非SAF成分と一緒に本発明の方法に供されてもよい(完全な不織布ウェブ、切断、細断、又は粉砕されたものとして)。
本発明の方法の前又は間に、不織布ウェブを小片に切断してもよく、又は粉砕若しくは他の方法で細断して、SAFが酸化性の水溶性塩により接近しやすくしてもよい。あるいは、不織布ウェブは「そのまま」本方法に供される。
本発明の一実施形態では、供給流は、SAFを含む。本発明の別の実施形態では、供給流は、SAFと水とを含む。本発明の更に別の実施形態では、供給流は、SAFとエチレングリコール(EG)とを含む。本発明のなお更に別の実施形態では、供給流は、SAFと水とエチレングリコールを含む。供給流中の水は、RO水、通常の水道水、又は様々な塩濃度で溶解した無機塩を含有する水であり得る。塩を含む水の非限定的な例は、塩化ナトリウムの0.9重量%溶液である。一価カチオンを有するがイオン強度がより高い他の塩を使用して、供給流の粘度を低下させるか、あるいはより高いSAF濃度を使用できるようにすることができる。粘度低下性塩の非限定的な例は、硫酸ナトリウムである。
供給流はまた、任意のフリーラジカル生成化合物を含むことができる。このような化合物の非限定的な例は、過酸化水素(H2O2)、過硫酸塩(例えば、過硫酸ナトリウム又は過硫酸カリウム)、過ホウ酸塩、過リン酸塩、過炭酸塩、ジアゾ化合物、オゾン、有機フリーラジカル開始剤(例えば、過酸化ジ-ter-ブチル(DTBP))、これらの組み合わせなどである。
本発明の一実施形態では、供給流は、SAFとH2O2とを含む。本発明の別の実施形態では、供給流は、SAFとH2O2溶液とを含む。
本発明の一実施形態では、供給流は、約1重量%超の濃度でSAFを含む。本発明の別の実施形態では、供給流は、約5重量%超の濃度でSAFを含む。本発明の更に別の実施形態では、供給流は、約10重量%超の濃度でSAFを含む。本発明のなお更に別の実施形態では、供給流は、約2.5重量%の濃度でSAFを含む。本発明の一実施形態では、供給流は、約5重量%の濃度でSAFを含む。
本発明の一実施形態では、供給物はSAFとH2O2溶液とを含み、SAFの濃度は約2.5重量%であり、H2O2溶液の濃度は97.5重量%であり、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約3重量%未満である。本発明の別の実施形態では、供給物はSAFとH2O2とを含み、SAFの濃度は約5重量%であり、H2O2溶液の濃度は約95重量%であり、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約3重量%未満である。本発明の更に別の実施形態では、供給物はSAFとH2O2溶液とを含み、SAFの濃度は約2.5重量%であり、H2O2溶液の濃度は97.5重量%であり、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約3重量%である。本発明の別の実施形態では、供給物はSAFとH2O2とを含み、SAFの濃度は約5重量%であり、H2O2溶液の濃度は約95重量%であり、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約3重量%である。
本発明の一実施形態では、供給物はSAFとH2O2溶液とを含み、SAFの濃度は約2.5重量%であり、H2O2溶液の濃度は97.5重量%であり、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約0.3重量%である。本発明の別の実施形態では、供給物はSAFとH2O2とを含み、SAFの濃度は約5重量%であり、H2O2溶液の濃度は約95重量%であり、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約0.3重量%である。本発明の更に別の実施形態では、供給物はSAFとH2O2溶液とを含み、SAFの濃度は約2.5重量%であり、H2O2溶液の濃度は97.5重量%であり、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約0.03重量%である。本発明の別の実施形態では、供給物はSAFとH2O2とを含み、SAFの濃度は約5重量%であり、H2O2溶液の濃度は約95重量%であり、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約0.03重量%である。
本発明の一実施形態では、供給物はSAFとH2O2溶液とを含み、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約3重量%未満である。本発明の別の実施形態では、供給物はSAFとH2O2とを含み、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約0.3重量%未満である。本発明の更に別の実施形態では、供給物はSAFとH2O2溶液とを含み、H2O2溶液中のH2O2の濃度は約0.03重量%未満である。
供給流の粘度は、典型的には振動モードで平行板固定具を用いて測定され、報告される複素粘度は、典型的には1rad/sの周波数に対応する。SAF濃度に依存して、供給流の複素粘度は、200Pa.s(又は同等に200,000cP)より高くなり得る。供給流は、SAFの濃度に依存して、溶液又はゲルの形態であり得る。
化石由来プロピレンからアクリル酸(AA)を製造するための再生不可能なエネルギー使用(NREU)は、約50MJ/kg AAであると推定される。したがって、SAFの任意の成功したリサイクルの試みは、望ましくは、AAを製造するためにNREUよりもエネルギー消費が少なく、すなわち、化石由来の未使用材料と環境に優しく商業的に競合するために約50MJ/kg SAF未満である。NREUの目的のために、SAFは完全に中和されていない(DN=0)と仮定する。
III 拡張フローデバイス及びキャビテーション
典型的には、供給流は、管又はチャネル、及びポンプを介して拡張フローデバイスと流体連通している。管又はチャネルの非限定的な例は、ガラス管、金属管、合金管(ステンレス鋼管など)、及びポリマー管である。管又はチャネルは、円形、長方形、楕円形、菱形などの任意の断面形状を有することができる。また、管又はチャネルの断面積のサイズは、流れ方向に沿って同じであってもよく、又は変化してもよい。管の変化する断面形状の非限定的な例は、供給流が管を流下するときに供給流に拡張応力を受けさせることができる波状管である。これらの拡張応力は、供給流の一部であるSAFの分解に有益であり得る。また、供給流は、供給流が流れる管及び/又はチャネルの内側に配置された静的ミキサー又は他の混合要素を通過することができる。
典型的には、供給流は、管又はチャネル、及びポンプを介して拡張フローデバイスと流体連通している。管又はチャネルの非限定的な例は、ガラス管、金属管、合金管(ステンレス鋼管など)、及びポリマー管である。管又はチャネルは、円形、長方形、楕円形、菱形などの任意の断面形状を有することができる。また、管又はチャネルの断面積のサイズは、流れ方向に沿って同じであってもよく、又は変化してもよい。管の変化する断面形状の非限定的な例は、供給流が管を流下するときに供給流に拡張応力を受けさせることができる波状管である。これらの拡張応力は、供給流の一部であるSAFの分解に有益であり得る。また、供給流は、供給流が流れる管及び/又はチャネルの内側に配置された静的ミキサー又は他の混合要素を通過することができる。
ポンプの非限定的な例は、遠心ポンプ(軸流ポンプ、ラジアルポンプ、及び混合流ポンプなど)及び容積式ポンプ(往復ポンプ、ロータリーポンプ、ピストンポンプ、隔壁ポンプ、ギアポンプ、蠕動ポンプ、スクリューポンプ、及びベーンポンプなど)である。拡張フローデバイスは、1つ以上のポンプを用いてもよい。
本発明の一実施形態では、拡張フローデバイスは、液体ホイッスル(LW)である。典型的には、LWは、流れ方向に、入口チャンバと、オリフィスと、混合チャンバとを含み、ブレードは、オリフィスの前に、オリフィスから距離を置いて位置する。また、典型的には、拡張フローデバイスは、入口と出口とを含む。供給流は入口で拡張フローデバイスに入り、生成物流は出口で拡張フローデバイスを出る。拡張フローデバイスの非限定的な例は、Sonic Corp.からのSONOLATOR(登録商標)及びMicrofluidics Corp(Newton,MA)からのMICROFLUIDIZER(登録商標)である。本発明の一実施形態では、LWのオリフィスの下流にはブレードがない。
オリフィスの非限定的な構成は、スロット形状、目形状、楕円形状、円形、三角形、正方形、長方形、及び多角形である。オリフィスの幅は、1インチ(2.541cm)以上までであり得る。オリフィスの高さは、0.5インチ(1.27cm)以上までであり得る。本発明の別の実施形態では、オリフィスは、楕円形状である。本発明の更に別の実施形態では、オリフィスの幅は約1.9mmであり、オリフィスの高さは約0.6mmである。オリフィスハウジングを作製するために使用される材料の非限定的な例は、ステンレス鋼、チタン、セラミック、超硬合金タングステン、種々のホウ化物、種々の炭素、種々の炭化物、及び種々の二ホウ化物である。オリフィスのランド長さは最大10mmまでであり得る。本発明の一実施形態では、オリフィスのランド長さは、約0.5mm~約5mmである。本発明の別の実施形態では、オリフィスのランド長さは、約1mmである。
LWのブレードがその固有振動数で振動するとき、それは強いキャビテーションを発生させ、形成された気泡は成長し、非常に速く崩壊する。ブレードを作製するために使用される材料の非限定的な例は、ステンレス鋼、チタン、セラミック、超硬合金タングステン、種々のホウ化物、種々の炭素、種々の炭化物、及び種々の二ホウ化物である。LWのブレードは、好適な構成を有することができ、例えば、テーパー状、鋭利なエッジ、長方形又は正方形の断面などを含むが、これらに限定されない。LWのブレードは、任意の好適な寸法を有することができる。本発明の一実施形態では、LWのブレードの長さは、約1mm~約100mmである。本発明の別の実施形態では、LWのブレードの長さは、約10mm~約50mmである。本発明の更に別の実施形態では、LWのブレードの厚さは、約7μm~約100mmである。本発明の別の実施形態では、LWのブレードの厚さは、約0.2mm~約50mmである。
LWの振動ブレードによって導入されるキャビテーションは、流体力学的、音響的(例えば、20Hz~20kHz)、又は超音波的(例えば、20kHz超)であり得る。本発明の一実施形態では、LWのブレードは、約20kHz~約100kHzの周波数で超音波振動を受ける。
ブレードとLWのオリフィスとの間の距離は、約0.1mm~約25mmまで変化し得る。本発明の一実施形態では、ブレードとLWのオリフィスとの間の距離は、約0.5mmである。本発明の別の実施形態では、ブレードとLWのオリフィスとの間の距離は、約0.5mm~約13mmである。本発明の更に別の実施形態では、ブレードとLWのオリフィスとの間の距離は、約1mm~約10mmである。本発明のなお更に別の実施形態では、ブレードとLWのオリフィスとの間の距離は、約3mm~約6mmである。
本発明の一実施形態では、ブレードは、流体ジェットがオリフィスから出てブレードに衝突するときにキャビテーションが達成されないように、LWのオリフィスからある距離にある。本発明の別の実施形態では、ブレードは、流体ジェットがオリフィスから出てブレードに衝突するときにキャビテーションが達成されるように、LWのオリフィスからある距離にある。本発明の更に別の実施形態では、拡張フローデバイス内で達成されるキャビテーションは、流体力学的である。本発明のなお更に別の実施形態では、拡張フローデバイス内で達成されるキャビテーションは、超音波的である。本発明の一実施形態では、拡張フローデバイス内で達成されるキャビテーションは、音響的である。
本発明の一実施形態では、LWのオリフィスからのブレードの距離は、オリフィスの水力直径の少なくとも約7倍である。本発明の別の実施形態では、LWのオリフィスからのブレードの距離は、オリフィスの水力直径の約7倍未満である。本発明の更に別の実施形態では、LWのオリフィスからのブレードの距離は、オリフィスの水力直径の約6倍である。本発明のなお更に別の実施形態では、LWのオリフィスからのブレードの距離は、オリフィスの水力直径の約0.3倍である。
本プロセスは、供給流及びオリフィスの上流で測定される任意の好適な圧力で実施することができる。本発明の一実施形態では、圧力は約500psi(34.5バール)~約20,000psi(1379バール)である。本発明の別の実施形態では、圧力は約20,000psi(1379バール)より高い。本発明の更に別の実施形態では、圧力は約1000psi(68.9バール)~約10,000psi(689.5バール)である。本発明のなお更に別の実施形態では、圧力は約2,000psi(137.9バール)~約7,000psi(482.6バール)である。本発明の一実施形態では、圧力は約5,000psi(344.7バール)である。
拡張フローデバイスへの供給流の流量は、任意の好適な値であってよい。本発明の一実施形態では、拡張フローデバイスへの供給流の流量は、約1L/分~約1,000L/分である。本発明の別の実施形態では、拡張フローデバイスへの供給流の流量は、約2L/分~約500L/分である。本発明の更に別の実施形態では、拡張フローデバイスへの供給流の流量は、約3L/分~約200L/分である。本発明のなお更に別の実施形態では、拡張フローデバイスへの供給流の流量は、約4L/分~約100L/分である。本発明の一実施形態では、拡張フローデバイスへの供給流の流量は、約5L/分である。
拡張フローデバイスにおける供給流の滞留時間は、任意の好適な値であってよい。滞留時間は、供給流が、オリフィス内だけでなく、入口及び混合チャンバ内だけでなく、拡張フローデバイス内全体で費やす平均時間として定義される。本発明の一実施形態では、拡張フローデバイスにおける供給流の滞留時間は、約120秒未満である。本発明の別の実施形態では、拡張フローデバイスにおける供給流の滞留時間は、約60秒未満である。本発明の更に別の実施形態では、拡張フローデバイスにおける供給流の滞留時間は、約15秒未満である。本発明の一実施形態では、拡張フローデバイスにおける供給流の滞留時間は、約1.5秒~約50秒である。本発明の別の実施形態では、拡張フローデバイスにおける供給流の滞留時間は、約2秒~約20秒である。本発明の更に別の実施形態では、拡張フローデバイスにおける供給流の滞留時間は、約2.5秒~約10秒である。本発明のなお更に別の実施形態では、拡張フローデバイスにおける供給流の滞留時間は、約3秒~5秒である。
拡張フローデバイスのオリフィスにおける供給流の滞留時間は、任意の好適な値であってよい。本発明の一実施形態では、オリフィス内での供給流の滞留時間は、約1m秒~約100m秒である。本発明の別の実施形態では、オリフィス内での供給流の滞留時間は、約2m秒~約50m秒である。本発明の更に別の実施形態では、オリフィス内での供給流の滞留時間は、約5m秒~約20m秒である。本発明のなお更に別の実施形態では、オリフィス内での供給流の滞留時間は、約7m秒~約15m秒である。本発明の一実施形態では、オリフィス内での供給流の滞留時間は、約11m秒である。
総エネルギーは、拡張フローデバイスに供給される電気エネルギーであり、デバイスの電圧及びアンペア数、並びに供給流の滞留時間に基づく。比エネルギーは、拡張フローデバイス内部の供給流中で放散されるエネルギーであり、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用され、供給流が拡張フローシステムを通って流れる際の供給流中の圧力降下に基づく。総エネルギー及び比エネルギーの計算は、方法セクションVIIに例示されている(それらは当業者に周知である)。
本発明の一実施形態では、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される比エネルギーは、約30MJ/kg SAF未満である。本発明の別の実施形態では、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される比エネルギーは、約20MJ/kg SAF未満である。本発明の更に別の実施形態では、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される比エネルギーは、約10MJ/kg SAF未満である。本発明のなお更に別の実施形態では、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される比エネルギーは、約5MJ/kg SAF未満である。本発明の一実施形態では、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される比エネルギーは、約1MJ/kg SAF未満である。
本発明の一実施形態では、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される総エネルギーは、約50MJ/kg SAF未満である。本発明の別の実施形態では、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される総エネルギーは、約32MJ/kg SAF未満である。本発明の更に別の実施形態では、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される総エネルギーは、約16MJ/kg SAF未満である。本発明のなお更に別の実施形態では、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される総エネルギーは、約10MJ/kg SAF未満である。本発明の一実施形態では、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用される総エネルギーは、約2MJ/kg SAF未満である。
拡張フローは、室温又は任意の他の温度で行うことができる。更に、拡張フローの前又は後に、マイクロ波加熱、UV照射、IR加熱、超音波/キャビテーション、押出、拡張延伸などの他のプロセスを行うことができる。
IV 生成物流
供給流は、拡張デバイスの入口に流入し、拡張フローデバイスの出口で生成物流を生成する。本発明の一実施形態では、生成物流は、可溶性ポリマーを含む。本発明の別の実施形態では、生成物流は、可溶性ポリマーとSAFとを含む。
供給流は、拡張デバイスの入口に流入し、拡張フローデバイスの出口で生成物流を生成する。本発明の一実施形態では、生成物流は、可溶性ポリマーを含む。本発明の別の実施形態では、生成物流は、可溶性ポリマーとSAFとを含む。
本発明の一実施形態では、可溶性ポリマーは、約5,000,000g/mol未満の重量平均分子量を有する。本発明の別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約2,000,000g/mol未満の重量平均分子量を有する。本発明の更に別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約1,000,000g/mol未満の重量平均分子量を有する。本発明のなお更に別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約500,000g/mol未満の重量平均分子量を有する。本発明の一実施形態では、可溶性ポリマーは、約300,000g/mol未満の重量平均分子量を有する。本発明の別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約200,000g/mol未満の重量平均分子量を有する。本発明の更に別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約100,000g/mol未満の重量平均分子量を有する。本発明のなお更に別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約30,000g/mol未満の重量平均分子量を有する。
本発明の一実施形態では、可溶性ポリマーは、約1,000,000g/mol~約5,000,000g/molの重量平均分子量を有する。本発明の別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約500,000g/mol~約2,000,000g/molの重量平均分子量を有する。本発明の更に別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約100,000g/mol~約1,000,000g/molの重量平均分子量を有する。本発明のなお更に別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約150,000g/mol~約500,000g/molの重量平均分子量を有する。本発明の一実施形態では、可溶性ポリマーは、約90,000g/mol~約300,000g/molの重量平均分子量を有する。本発明の別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約20,000g/mol~約200,000g/molの重量平均分子量を有する。本発明の更に別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約10,000g/mol~約100,000g/molの重量平均分子量を有する。
本発明の一実施形態では、可溶性ポリマーは、約10未満の多分散性指数(PDI)を有する。本発明の別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約6未満のPDIを有する。本発明の更に別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約4未満のPDIを有する。本発明のなお更に別の実施形態では、可溶性ポリマーは、約2未満のPDIを有する。PDIは、重量平均分子量と数平均分子量との比であり、これらの分子量は、当業者に既知であるように、GPC(方法セクションVIIに記載)によって測定される。
生成物流の粘度は、典型的には、振動モードの平行板固定具又は定常モードのカップ及びボブ固定具のいずれかを用いて測定される。報告された振動粘度は典型的には1rad/秒に相当し、報告された定常粘度は典型的には4秒-1の剪断速度に相当する。可溶性ポリマーの濃度及び分子量に依存して、生成物流の粘度は、1mPa.s(又は同等に1cP;すなわち、水の粘度)程度の低さであり得る。
生成物流の粘度と供給流の粘度との比は、粘度減少比(又は単に粘度比)である。それは、UVフローシステムによる可溶性ポリマーへのSAF分解の程度を示す。粘度比の負の10進対数は、供給流と生成物流との間の粘度変化の桁を測定する。本発明の一実施形態では、供給流は粘度を有し、生成物流は粘度を有し、生成物流の粘度と供給流の粘度との比は粘度比であり、粘度比の負の10進対数は約6未満である。本発明の別の実施形態では、供給流は粘度を有し、生成物流は粘度を有し、生成物流の粘度と供給流の粘度との比は粘度比であり、粘度比の負の10進対数は約4未満である。本発明の更に別の実施形態では、供給流は粘度を有し、生成物流は粘度を有し、生成物流の粘度と供給流の粘度との比は粘度比であり、粘度比の負の10進対数は約2未満である。
生成物流からの可溶性ポリマーは、接着剤、コーティング、水処理などの様々な用途のための材料に誘導体化することができる。本発明の一実施形態では、生成物流からの可溶性ポリマーは、そのまま又は誘導体化されて、接着剤として使用される。本発明の更に別の実施形態では、生成物流からの可溶性ポリマーは、そのまま又は誘導体化されて、織物ケア用途で使用される。本発明のなお更に別の実施形態では、生成物流からの可溶性ポリマーは、そのまま又は誘導体化されて、水処理用途で使用される。
本発明の一実施形態では、生成物流からの可溶性ポリマーは、紙製品におけるプライ糊として使用される。本発明の別の実施形態では、生成物流からの可溶性ポリマーは、ペーパータオル製品におけるプライ糊として使用される。本発明の更に別の実施形態では、生成物流からの可溶性ポリマーは、トイレットペーパー製品におけるプライ糊として使用される。本発明のなお更に別の実施形態では、生成物流からの可溶性ポリマーは、約350kDaより大きいMwを有する、紙製品におけるプライ糊として使用される。本発明の一実施形態では、生成物流からの可溶性ポリマーは、約400kDa~約500kDaのMwを有する、紙製品におけるプライ糊として使用される。
本発明の別の実施形態では、生成物流からの可溶性ポリマーは、ペーパーコアとペーパータオル製品との間の糊として使用される。本発明の更に別の実施形態では、生成物流からの可溶性ポリマーは、ペーパーコアとトイレットペーパー製品との間の糊として使用される。
可溶性ポリマーは、多数のプロセスを介して生成物流から抽出され得る。これらのプロセスの非限定的な例は、水蒸発、可溶性ポリマー濾過、水抽出などである。また、AHPにおけるSAFの使用からの生成物流中に存在する塩は、当業者に既知の任意の脱塩技術によって除去することができる。脱塩プロセスの非限定的な例は、膜プロセス(例えば、逆浸透、正浸透、逆電気透析(EDR)、ナノ濾過など)、凍結脱塩、太陽光脱塩、地熱脱塩、イオン交換、波力脱塩などである。
V リサイクルされたSAF
生成物流からの可溶性ポリマーをプロセスに供給してSAFを製造することができ、したがって、リサイクルされたSAFが製造される。本発明の一実施形態では、可溶性ポリマーは、リサイクルされたSAFを製造するために使用される。
生成物流からの可溶性ポリマーをプロセスに供給してSAFを製造することができ、したがって、リサイクルされたSAFが製造される。本発明の一実施形態では、可溶性ポリマーは、リサイクルされたSAFを製造するために使用される。
本発明の一実施形態では、リサイクルされたSAFは、(本明細書に記載のCRC試験方法に従って測定される)CRCを有し、CRCは約7g/g~約45g/gである。本発明の別の実施形態では、リサイクルされたSAFはCRCを有し、CRCは約10g/g~約35g/gである。本発明の更に別の実施形態では、リサイクルされたSAFはCRCを有し、CRCは約15g/g~約35g/gである。
VII 方法
NMR含有量法
NMR含有量法は、アルケン末端部分、アルコキシ基(-O-CHR1-、R1はH、アルキル、アリール、ヘテロアリール、アルコキシ、又はハロゲン基のうちの1つ)、脂肪族基(-CHR1-、R1はH、アルキル、アリール、ヘテロアリール、又はハロゲン基のうちの1つ)、及び/又は他の1H-NMR活性基などの異なるNMR信号を有する官能基のモル基準での比を決定するために使用される。
NMR含有量法
NMR含有量法は、アルケン末端部分、アルコキシ基(-O-CHR1-、R1はH、アルキル、アリール、ヘテロアリール、アルコキシ、又はハロゲン基のうちの1つ)、脂肪族基(-CHR1-、R1はH、アルキル、アリール、ヘテロアリール、又はハロゲン基のうちの1つ)、及び/又は他の1H-NMR活性基などの異なるNMR信号を有する官能基のモル基準での比を決定するために使用される。
この方法では、プロトンNMR分光法を使用して、重水素化水中の可溶性材料の試料を分析し、異なる1H-NMRドメインのピークを積分し、比をとって、官能基又は異なる1H-NMRドメインのプロトンのモルパーセントをそれぞれ決定する。
可溶性ポリマーを、真空オーブン(Heraeus Vacutherm型、Thermo Scientific(商標))中、40℃及び10~50mbarの圧力で3時間乾燥させる。任意の低分子量アルコール、エステル、又はエーテルが可溶性ポリマーから除去される。
試料の10重量%未満をD2Oに溶解し、pHを5.5~6.5に調整した流動性溶液を調製する。溶液をNMRガラスグレード管に移し、プロトンNMR装置の試料ホルダー(ボア)に入れる。好適な装置の例は、400MHzの磁場強度を有するBruker NMRデバイスである。60MHz程度の低さで動作する「低磁場」装置を含む他のメーカー及び他の磁場強度の装置であっても、この方法を実行するために首尾よく使用することができる。データを取得し、残留水信号を抑制するために、noesy-presatシーケンスが使用される。当業者は、他の特定のデータ収集パラメータの適切な選択に精通しているであろう。上記の例示的な400MHzのBruker装置とともに使用される適切なパラメータは、4.1秒の取得時間(FID長)、8秒の緩和時間、90度のパルス幅、20ppmのスペクトル幅、FIDにおいて64kポイント、及び使用される64回の繰り返し走査である。フーリエ変換ステップでは、指数関数的アポディゼーションが0.3Hz線幅拡大とともに使用され、スペクトルは段階的に吸収される。スプライン基線補正を使用して、積分されるピークの両側で平坦なベースラインを確実にする。
以下のピーク領域は、典型的には、含有量決定のために使用され、統合される:
1)約5~6ppmの範囲の化学シフトにある2つの末端アルケンプロトンの1つ、典型的には約5.35ppm+/-0.5ppmの1つの末端アルケンプロトン。(末端アルケンプロトンとしてのそのようなプロトンピークの同定を確認するために、標準的な編集された1H-13C HSQC配列を使用して(例えば、W.Willker,D.Leibfritz,R.Kerssebaum & W.Bermel,Magn.Reson.Chem.31,287~292(1993))、1D-1Hスペクトルで見られるアルケン信号が両方とも同じメチレン(二次)炭素(-CH2)に結合していることを決定することができる)。得られた積分は、「integral_alkene」と呼ばれる。
2)約3.2~3.8ppmの、典型的には約3.6ppmの範囲の化学シフトにあるアルコキシプロトン。得られた積分は、「integral_3.6」と呼ばれる。複数の信号が約3.6ppm、すなわち、約3.2~3.8ppmの範囲で現れる場合、最大の積分値を有する信号が、「integral_3.6」を得るために選択される。
3)典型的には約1.5ppm及び2.1ppm、又は約1.8ppmの脂肪族CH基のメチレンプロトン。得られた積分は、「integral_CH」と呼ばれる。
4)約1.0~2.6ppmの範囲の化学シフトにある他の脂肪族基。
5)以下の条件で、異なる1H-NMRドメインの他の群又はピークも同様に分析することができる。
a)分離された信号である、
b)少なくとも0.5ppmの距離にピーク最大値を有する。
6)クラス1)、2)、3)、及び/又は4)に対応するNMRスペクトル中のピークを同定し、存在する場合は積分する。そのようなピークが存在しない場合、これは、それぞれクラス1)、2)、3)、又は4)の測定可能な含量がないと報告した。当業者に既知であるように、積分は、ベースライン(信号の開始)からベースライン(信号の終了)までの範囲であり、又は、広い及び/若しくは複雑な場合、積分の境界は、次の隣接する信号の開始から生じる。
1)約5~6ppmの範囲の化学シフトにある2つの末端アルケンプロトンの1つ、典型的には約5.35ppm+/-0.5ppmの1つの末端アルケンプロトン。(末端アルケンプロトンとしてのそのようなプロトンピークの同定を確認するために、標準的な編集された1H-13C HSQC配列を使用して(例えば、W.Willker,D.Leibfritz,R.Kerssebaum & W.Bermel,Magn.Reson.Chem.31,287~292(1993))、1D-1Hスペクトルで見られるアルケン信号が両方とも同じメチレン(二次)炭素(-CH2)に結合していることを決定することができる)。得られた積分は、「integral_alkene」と呼ばれる。
2)約3.2~3.8ppmの、典型的には約3.6ppmの範囲の化学シフトにあるアルコキシプロトン。得られた積分は、「integral_3.6」と呼ばれる。複数の信号が約3.6ppm、すなわち、約3.2~3.8ppmの範囲で現れる場合、最大の積分値を有する信号が、「integral_3.6」を得るために選択される。
3)典型的には約1.5ppm及び2.1ppm、又は約1.8ppmの脂肪族CH基のメチレンプロトン。得られた積分は、「integral_CH」と呼ばれる。
4)約1.0~2.6ppmの範囲の化学シフトにある他の脂肪族基。
5)以下の条件で、異なる1H-NMRドメインの他の群又はピークも同様に分析することができる。
a)分離された信号である、
b)少なくとも0.5ppmの距離にピーク最大値を有する。
6)クラス1)、2)、3)、及び/又は4)に対応するNMRスペクトル中のピークを同定し、存在する場合は積分する。そのようなピークが存在しない場合、これは、それぞれクラス1)、2)、3)、又は4)の測定可能な含量がないと報告した。当業者に既知であるように、積分は、ベースライン(信号の開始)からベースライン(信号の終了)までの範囲であり、又は、広い及び/若しくは複雑な場合、積分の境界は、次の隣接する信号の開始から生じる。
比「比3.6:CH」は、次式によって計算される:
比3.6CH=integral_3.6/integral_CH
比3.6CHは無単位数であり、約3.6ppmでのプロトンの比を表す。
比3.6CH=integral_3.6/integral_CH
比3.6CHは無単位数であり、約3.6ppmでのプロトンの比を表す。
アルケンの含有量「%アルケン」は、次式によって計算される:
%アルケン=[integral_alkene/(integral_alkene+integral_3.6+integral_CH)]×100%
%アルケン=[integral_alkene/(integral_alkene+integral_3.6+integral_CH)]×100%
メチレンの含有量「%CH」は、次式によって計算される:
%CH=[integral_CH/(integral_alkene+integral_3.6+integral_CH)]×100%
%CH=[integral_CH/(integral_alkene+integral_3.6+integral_CH)]×100%
約3.6ppmのプロトン(アルコキシプロトンなど)の含有量「%3.6ppm」は、次式によって計算される:
%3.6=[integral_3.6/(integral_alkene+integral_3.6+integral_CH)]×100%
%3.6=[integral_3.6/(integral_alkene+integral_3.6+integral_CH)]×100%
比「比3.6:CH」は、0.001単位で報告される。
約3.6ppmでのアルケン、メチレン、及びプロトンの含有量は、0.01%単位で、%で報告される。
遠心保持容量(CRC)試験方法
超吸収性繊維の容量は、EDANA NWSP 241.0.R2(19)に記載されている遠心保持容量(CRC)試験方法に従って決定される。EDANA NWSP 241.0.R2(19)から逸脱して、超吸収性繊維、超吸収性不織布、及び/又は超吸収性コアのサンプリング(EDANA NWSP 241.0.R2(19)の第8章)は、以下の通りである。
超吸収性繊維の容量は、EDANA NWSP 241.0.R2(19)に記載されている遠心保持容量(CRC)試験方法に従って決定される。EDANA NWSP 241.0.R2(19)から逸脱して、超吸収性繊維、超吸収性不織布、及び/又は超吸収性コアのサンプリング(EDANA NWSP 241.0.R2(19)の第8章)は、以下の通りである。
超吸収性繊維、超吸収性不織布、及び/又は超吸収性コアは、最大寸法が約5mmの小片に切断される。切断は、例えば、ハサミを用いて手動で行うことができる。繊維構造体(コア、不織布、又は繊維のバルク)が切断プロセス前又は中に大幅に圧縮されないように注意する。これにより、超吸収性繊維間に十分な空隙空間が確保され、したがって、超吸収性繊維は、表面領域全体で膨潤媒体によって主に湿潤され得る。
超吸収性繊維、超吸収性不織布、及び/又は超吸収性コアについての手順(EDANA NWSP 241.0.R2(19)の第9.1~9.5章)におけるEDANA NWSP 241.0.R2(19)からの更なる逸脱又は追加は、以下の通りである。
測定のための試料を、例えば、実験室用ピンセットを用いて慎重に採取し、ティーバッグに入れる。実験室用ピンセットを用いて、繊維は、塊を避けるためにティーバッグに注意深く分配され、繊維塊は、もしあれば、注意深く開かれる。
ティーバッグを密封する際には、密封領域に超吸収性繊維、超吸収性不織布、及び/又は超吸収性コアの材料が存在しないように注意する。これにより、ティーバッグの完全で十分に強い密封が保証される。
試験方法の他の全ての項目は、EDANA NWSP 241.0.R2(19)に記載されているように実行される。
総エネルギー計算
総エネルギーは、拡張フローデバイスに供給される電気エネルギーであり、デバイスの電圧及びアンペア数、並びに供給流の滞留時間に基づく。拡張フローデバイスは、典型的には、モータートルク及び速度、並びに拡張フローデバイスにおける供給流の滞留時間から総エネルギーを計算する。次いで、SAFの単位質量当たりの総エネルギーが、総エネルギー、及び供給流中にあるSAFの量から計算される。
総エネルギーは、拡張フローデバイスに供給される電気エネルギーであり、デバイスの電圧及びアンペア数、並びに供給流の滞留時間に基づく。拡張フローデバイスは、典型的には、モータートルク及び速度、並びに拡張フローデバイスにおける供給流の滞留時間から総エネルギーを計算する。次いで、SAFの単位質量当たりの総エネルギーが、総エネルギー、及び供給流中にあるSAFの量から計算される。
比エネルギー計算
比エネルギーは、供給流中で放散されるエネルギーであり、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用され、供給流が拡張フローシステムを通って流れる際の供給流中の圧力降下に基づく。一例として、供給流における圧力低下が4945psi(341バール)であり、供給流の体積が400mLであり、供給流密度が1g/mLである場合、比エネルギーは、次のように計算される:(341(バール)×0.4(L))/(400(mL)×0.025(g SAF/g)×1(g/mL))=1.36MJ/kg SAF。
比エネルギーは、供給流中で放散されるエネルギーであり、SAFを可溶性ポリマーに変換するために使用され、供給流が拡張フローシステムを通って流れる際の供給流中の圧力降下に基づく。一例として、供給流における圧力低下が4945psi(341バール)であり、供給流の体積が400mLであり、供給流密度が1g/mLである場合、比エネルギーは、次のように計算される:(341(バール)×0.4(L))/(400(mL)×0.025(g SAF/g)×1(g/mL))=1.36MJ/kg SAF。
分子量分布(MWD)分析
これは、多角度光散乱(MALS)及び屈折率(RI)検出を伴うゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を使用して行われる。試料を0.1M NaNO3/0.02重量%アジ化ナトリウム(NaN3)中1mg/mLの濃度で作製し、室温で穏やかに混合して一晩水和させる。次いで、GPC-MALS/RI分析の前に0.8μmフィルターを通して試料を濾過する。絶対MWD分布は、0.15のdn/dc値を使用して計算される。
これは、多角度光散乱(MALS)及び屈折率(RI)検出を伴うゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を使用して行われる。試料を0.1M NaNO3/0.02重量%アジ化ナトリウム(NaN3)中1mg/mLの濃度で作製し、室温で穏やかに混合して一晩水和させる。次いで、GPC-MALS/RI分析の前に0.8μmフィルターを通して試料を濾過する。絶対MWD分布は、0.15のdn/dc値を使用して計算される。
上述の記載は、理解を明確にするためにのみ与えられているものであり、当業者にとって本発明の範囲内の変更は自明のことであるので、上述の記載によって不必要な限定が行われるものではないことが理解されるべきである。
本明細書に開示される寸法及び値は、列挙された正確な数値に厳密に限定されるものとして理解されるべきではない。その代わりに、特に指示されない限り、そのような寸法は各々、列挙された値とその値を囲む機能的に同等な範囲との両方を意味することが意図される。例えば、「40mm」と開示された寸法は、「約40mm」を意味することが意図される。
あらゆる相互参照又は関連特許若しくは関連出願を含む、本明細書に引用される全ての文献は、明確に除外ないしは別の方法で限定されない限り、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。いずれの文献の引用も、本明細書中で開示又は特許請求されるいずれの発明に対する先行技術であるともみなされず、あるいはそれを単独で又は他の任意の参考文献(単数又は複数)と組み合わせたときに、そのようないずれの発明も教示、示唆又は開示するとはみなされない。更に、本文書における用語のいずれの意味又は定義も、参照により組み込まれた文書内の同じ用語の任意の意味又は定義と矛盾する場合、本文書においてその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。
本発明の特定の実施形態を例示及び説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な他の変更及び修正を行うことができる点は当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内にある全てのそのような変更及び修正を添付の特許請求の範囲に網羅することが意図される。
Claims (22)
- 超吸収性繊維(SAF)を可溶性ポリマーに分解するための方法であって、前記可溶性ポリマーは、前記可溶性ポリマーの総重量に基づいて5重量%~75重量%の重合アクリル酸モノマー単位を含み、前記方法は、前記SAFを含む供給流を拡張フローデバイスの入口に流すことと、前記拡張フローデバイスの出口で前記可溶性ポリマーを含む生成物流を生成することと、を含み、前記供給流は、約1重量%超の濃度で前記SAFを含み、前記供給流は、前記拡張フローデバイス内で約120秒未満の滞留時間を有し、前記SAFの前記可溶性ポリマーへの前記分解は、約50MJ/kg SAF未満の総エネルギーを必要とする、方法。
- 前記滞留時間が約60秒未満である、請求項1に記載の方法。
- 前記総エネルギーが、約16MJ/kg SAF未満である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記供給流が、SAFと水とを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記供給流が、SAFと過酸化水素とを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記SAFが、Naの量として8重量%を超えるナトリウムレベルを有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記SAFが、Naの量として約10重量%~約20重量%のナトリウムレベルを有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記供給流が粘度を有し、前記生成物流が粘度を有し、前記生成物流の粘度と前記供給流の粘度との比が粘度比であり、前記粘度比の負の10進対数が約6未満である、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記供給流が粘度を有し、前記生成物流が粘度を有し、前記生成物流の粘度と前記供給流の粘度との比が粘度比であり、前記粘度比の負の10進対数が約4未満である、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記供給流が粘度を有し、前記生成物流が粘度を有し、前記生成物流の粘度と前記供給流の粘度との比が粘度比であり、前記粘度比の負の10進対数が約2未満である、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記可溶性ポリマーが、約2,000,000g/mol未満の重量平均分子量を有する、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記可溶性ポリマーが、約1,000,000g/mol未満の重量平均分子量を有する、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記可溶性ポリマーが、約4未満の多分散性指数(PDI)を有する、請求項1~12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記SAFが、本明細書に記載の試験方法に従って測定される、少なくとも15g/gの遠心保持容量を有する、請求項1~13のいずれか一項に記載の方法。
- 超吸収性繊維(SAF)を可溶性ポリマーに分解するための方法であって、前記可溶性ポリマーは、前記可溶性ポリマーの総重量に基づいて5重量%~75重量%の重合アクリル酸モノマー単位を含み、前記方法は、前記SAFを含む供給流を拡張フローデバイスの入口に流すことと、前記拡張フローデバイスの出口で可溶性ポリマーを含む生成物流を生成することと、を含み、前記供給流は、水と、約1重量%超の濃度でSAFと、を含み、前記供給流は、前記拡張フローデバイスにおいて約120秒未満の滞留時間を有し、前記SAFの前記可溶性ポリマーへの前記分解は、約16MJ/kg SAF未満の総エネルギーを必要とし、前記可溶性ポリマーは、約1,000,000g/mol未満の重量平均分子量を有する、方法。
- 超吸収性繊維(SAF)を可溶性ポリマーに分解するための方法であって、前記可溶性ポリマーは、前記可溶性ポリマーの総重量に基づいて5重量%~75重量%の重合アクリル酸モノマー単位を含み、前記方法は、前記SAFを含む供給流を拡張フローデバイスの入口に流すことと、前記拡張フローデバイスの出口で可溶性ポリマーを含む生成物流を生成することと、を含み、前記供給流は、水と、約5重量%超の濃度でSAFと、を含み、前記供給流は、前記拡張フローデバイスにおいて約120秒未満の滞留時間を有し、前記SAFの前記可溶性ポリマーへの前記分解は、約16MJ/kg SAF未満の総エネルギーを必要とし、前記可溶性ポリマーは、約1,000,000g/mol未満の重量平均分子量を有する、方法。
- 前記供給流が粘度を有し、前記生成物流が粘度を有し、前記生成物流の粘度と前記供給流の粘度との比が粘度比であり、前記粘度比の負の10進対数が約4未満である、請求項16に記載の方法。
- 前記SAFが、Naの量として約10重量%~約20重量%のナトリウムレベルを有する、請求項16又は17に記載の方法。
- 前記供給流が、SAFと過酸化水素とを含む、請求項16~18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記SAFが、ばら繊維として提供される、請求項1~19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記SAFが不織布ウェブの形態で提供され、前記不織布ウェブがSAFを含む、請求項1~19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記不織布ウェブが、前記方法に提供される前に、又は前記方法を実施する間に、切断、細断、又は粉砕される、請求項21に記載の方法。
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