高吸水性树脂纤维的制造方法

摘要

一种高吸水性树脂纤维的制造方法，此高吸水性树脂纤维是水溶胀性、水不溶性，在处于膨胀的水溶胀状态时，仍保留有其纤维基本结构，其保持力可增加10～100倍。

权利要求

1.一种高吸水性树脂纤维的制造方法，其方法包括：以含有至少50wt％以上的丙烯腈和一具有亲水性官能基的单体混合，在偶氮双氧化合物系统或氧化还原系统的触媒的下产生聚合反应由湿式纺纱成为一共聚合体的合成纤维；

所述聚合反应是在载液中进行，载液为硝酸、氯化锌溶液、氯化锂溶液、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺；

丙烯腈合成纤维由湿式纺纱成纤维干燥后，将其浸入含有醇类与中和剂的混合液中用以中和其羧酸基，中和剂为周期表中的碱金族或碱土族的氢氧化物或是碳酸化合物；

所述醇类为甲醇、乙醇、丙醇或/和丁醇。

2.根据权利要求1的高吸水性树脂纤维的制造方法，其中，偶氮双氧化合物系统选自偶氮双异丁腈或氧化还原系统的过硫酸钾。

3.根据权利要求1的高吸水性树脂纤维的制造方法，其中，浸入的醇类与中和剂混合液的时间，以2秒以上至1小时以内为佳。

说明书

高吸水性树脂纤维的制造方法

技术领域

[0001] 本发明是有关高吸水性树脂特别关于一种对水溶液吸收良好的高吸水性树脂纤维。此高吸水性物质广泛地运用于个人卫生护理用品，如婴儿尿布、成人失禁用尿布、妇女卫生用品、抛弃式的擦巾等，而其内主要的吸水性原料为高吸水性树脂及纤维基质，高吸水性树脂的纯水吸收吸收倍率通常为自身的数十倍至数百倍，个人卫生护理用品存储保留液体的能力大部分都归功于高吸水性树脂，而纤维基质提供了基本的液体毛细管作用、衬垫强度和完整性的功能，并在负载时提供一定程度的吸收性，而纤维基质一般为纤维形式的木浆短纤，但这些短纤浆纤维在纤维细胞壁内只能吸收约2～3g/g液体(例如水或体液)，而高吸水性树脂纤维其吸水倍率可达10～100倍，可用来取代木浆短纤。

[0002] 由于高吸水性树脂纤维会有直接与人体接触的机会，所以高吸水性树脂的安全性也变得十分重要。一般而言，高吸水性树脂纤维所须具备的物理性质包括吸收速率、吸收力、压力下吸收倍率。优良的高吸水性树脂不仅要满足上述的物理性质，具备良好的安全性，更重要的是必须低污染以及省能。

背景技术

[0003] 目前，本领域技术界已公开的个人卫生护理用品中用作吸收材料的共分为天然基材与合成材料两种，天然基材包括果胶、树胶、羧烷基淀粉和羧烷基纤维等，合成材料包括聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺等等。尽管天然基材吸收材料随手可得，但与合成材料相比尚仍存在有许多缺点，例如吸水倍率较差，吸水膨胀后会倾向于形成软的凝胶块，而这种凝胶块会限制液体在卫生护理用品中的移转与分布，并限制产品有效的吸收液体。合成材料有遇水分解型的淀粉-丙烯腈(hydrolyzed starchacrylonitrile)接枝聚合物(日本专利公报昭49(1974)-43，395)，中和的淀粉-丙烯酸接枝聚合物(日本专利公开公报昭51(1976)-125，
468)，皂化乙烯醋酸-丙烯酯共聚物(日本专利公开公报昭52(1977)-14，689)，水解丙烯腈共聚物或丙烯酰胺共聚物(日本专利公报昭53(1978)-15，959)，及部份中和聚丙烯酸(日本专利公开公告昭55(1980)-84，304)等。其中淀粉-丙烯腈接枝聚合物的原料中，因为含有天然的高分子-淀粉，会引起腐烂性的分解，所以无法长时间的保存；再者，其制造方法十分复杂，所以现今高吸水性树脂材料的制备方式以使用丙烯酸及丙烯酸盐进行交联聚合所得的高吸水性树脂占最大部份也最为经济，其原因为丙烯酸盐共聚物的原料-丙烯酸可迅速由商场上购得，且制得的高吸水性树脂具有高吸水能力、制造成本低廉的优势，最具经济效益且不会引起腐烂性的分解，故成为最普遍化的高吸水性树脂材料。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种高吸水性树脂纤维的制造方法。

[0005] 本发明提供的水溶液吸收良好的高吸水性树脂纤维工业化生产的制造方法，不但可以消除许多过去传统技术上的限制，使其经过处理后的丙烯腈合成纤维具有安定的吸湿性，且不伤害其物理性质如强度等。经本发明处理过后的纤维具有相当显著的吸湿性，且不伤害纤维强度及伸长率，而此两种性质于受损时会降低丙烯腈的纺纱性能。

[0006] 本发明的另一种目的是提供形成均匀交联结构的丙烯腈合成纤维丝，其触媒是由偶氮双化物系统中的偶氮双异丁腈或偶氮双-2.4二甲基戊中选出，或改由氧化还原系统的过硫酸钾，使纤维的均匀性质显著地改善。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供的高吸水性树脂纤维的制造方法，其方法包括：以含有至少50wt％以上的丙烯腈和一具有亲水性官能基的单体混合，在偶氮双氧化合物系统或氧化还原系统的触媒的下产生聚合反应由湿式纺纱成为一共聚合体的合成纤维。

[0008] 所述的高吸水性树脂纤维的制造方法，其中触媒的一亲水性官能基单体的比例为5wt％至55wt％。

[0009] 所述的高吸水性树脂纤维的制造方法，其中的偶氮双氧化合物系统选自偶氮双异丁腈或偶氮双2、4二甲基戊，或氧化还原系统的过硫酸钾。

[0010] 所述的高吸水性树脂纤维的制造方法，其中丙烯腈合成纤维由湿式纺纱成纤维干燥后，将其浸入含有醇类(如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等)与中和剂的混合液中用以中和其羧酸基，中和剂为周期表中的碱金族或碱土族的氢氧化物或是碳酸化合物。

[0011] 所述的高吸水性树脂纤维的制造方法，其浸入的醇类(如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等)与中和剂的混合液，需含有至少30wt％以上的醇类、50wt％以下的中和剂。

[0012] 所述的高吸水性树脂纤维的制造方法，其浸入的醇类(如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等)与中和剂混合液的时间，以2秒以上至1小时以内为佳。

[0013] 换言之，本发明的作业过程共分为聚合反应、纺纱与中和三步骤。聚合反应过程，其共聚单体溶液含有至少50％重量以上的丙烯腈和可与其产生共聚合反应的单体产生共聚合体；即具有至少一种亲水性基的单体和丙烯腈产生共聚合反应。本发明的制程所需的亲水基不饱和单体浓度为5wt％至55wt％，此亲水基不饱和单体除了丙烯酸外，尚可使用其它具有酸性基团的不饱和双键的水溶性单体，如：甲基丙烯酸、马林酸、富马酸、2-丙烯胺-2-甲基丙烷磺酸、顺丁烯二酸、顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸、反丁烯二酸酐等。单体的选用不特定限制只使用一种，亦可合并多种单体一齐使用，亦可视情况需要添加具有不饱和双键其它亲水性的单体，如：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸2-羧基乙酯、甲基丙烯酸2-羧基乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、二甲胺丙烯丙烯酰胺、氯化丙烯丙烯酰胺基三甲铵等，但添加量以不破坏高吸水性纤维的物性为原则。

[0014] 单体水溶液中亲水性基的单体浓度并没有特别的限制，但较佳浓度宜控制在重量百分比5wt％至55wt％间，浓度在重量百分比5wt％以下时，则很难使受处理后的纤维具有足够的吸湿性，因为缺乏作为纤维形成聚合体边链的亲水性基，造成吸湿性不佳，添加浓度在重量百分比55wt％以上，纤维强度不佳，不利于后段加工。

[0015] 丙烯腈共聚合单体溶液需溶在其它载液中，载液可为无机酸类，如无机酸的硝酸；或是无机盐溶液，如氰硫酸亚铅的无机盐、氯化锌、氯化锂；或有机溶剂，如：二甲基甲酰胺(Dimethyl Formamide)、二甲基乙酰胺(Dimethyl Acetamide)或二甲基亚枫(Dimethyl Sulfoxide)。此载液亦可帮助散热，避免聚合反应过度剧烈，造成纤维物性不佳。

[0016] 本发明制备的单体原液，为以50wt％以上丙烯腈单体，与5wt％至55wt％的亲水性基的单体相混合。而该聚丙烯腈系共聚合单体所包含的单体单元为丙烯腈，亦可为一种乙烯酯与磺酸化共聚单体及至少一种亲水性基共聚合单体如丙烯酸乃将这些共聚合单体物质在偶氮双化物系统或氧化还原系统的触媒下起反应，温度控制于35～90℃，反应时间4～25小时的情况下进行共聚合反应，所得共聚合体先经脱泡并将该单体原液浸入含有上述载液的水溶液中凝丝(凝丝液浓度20～80％)，然后在凝丝液温度为10～60℃，浓度在
20～70％的可与水互融的有机溶剂中进行纺丝；并维持总延伸不得少于2倍的情形下干燥收缩处理，所得到的纤维具有吸水、保水、耐热、耐污、光泽及干爽触感的特性。丙烯腈系共聚合单体系用无机酸、无机盐溶液或有机溶剂为溶剂，凝丝液亦应可使用上述的无机酸、无机盐溶液或有机溶剂为溶剂。

[0017] 为增加吸水纤维的吸水、保水能力，本发明将凝丝完的合成纤维浸入可和羧酸中和的碱性水溶液中，利用酸碱中和以增加其吸水、保水能力。此种水溶液包含OH基的醇类(如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等)、可溶解的金属氢氧化合物中和剂。中和后合成纤维成品pH值若非呈中性或微酸性时，不慎与人体接触时容易导致安全危害。此中和剂为周期表中碱金族或碱土族的氢氧化物或是碳酸化合物，如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾或氨(铵)类化合物。中和剂可单独使用或多种混合使用；此方法可取代日本专利公开公报昭45(1970)-53，336，将合成纤维可浸入羧酸可分离的盐类水溶液中，此种盐类水溶液为包含周期表中的第I、II、III族元素与铵基的盐类，其水溶液pH值需在6以上。此种方法可将羧酸基所产生的氢离子以上述氢氧化物或是碳酸化合物的金属或铵离子所取代，使得吸湿及吸水性得到进一步的提升，并可增加纤维的抗静电性。

[0018] 本发明所制成的成品可广泛的使用于衬衣、寝具或卫生护理用品中，因为其吸水纤维可代替传统的棉、惧水纤维、木浆短纤等。含有至少50％重量以上的丙烯腈。

具体实施方式

[0019] 以下以实施例及比较例说明本发明；但本发明的专利及技术范围则不受这些实施例及比较例所限制。

[0020] 本发明纤维的检验方式如下；

[0021] 纤维的保持力测量：取1g的高吸水性树脂纤维，并浸泡于纯水或0.9％的NaCl水溶液30分钟，然后将此浸泡后的纤维于离心机中离心(直径23cm、转速1400rpm)三分钟后秤重。所得的数值减去未吸水前高吸水性树脂纤维重量，再除以聚合物重即得保持力数值，并以五次量测结果，去除最高值以及最低值后，取其平均值。

[0022] 纤维的纤度测量(单纤维9000公尺长，其重量为1克时，即为1丹尼)：将样品剪取约50mm，置于烘箱105℃±5℃，干燥15分钟，平均取样后，将纤维梳直正确切取30mm长，至于黑绒板上，用镊子夹取单纤60支为一组，共取两组，分别以六位天平精称其重量，并求其平均重量W mg，计算纤度d＝W*9000/30*60。

[0023] 纤维的强度测量：将20mm的单纤维一端挂于Textechno所生产的单签强伸度测定器，依相对应纤度挂于规定的荷重夹，以强伸度的测定器使的拉断，其拉断瞬间的力除以纤度，即得强度。纤维丹尼数和荷重夹规定如下：3d以下时荷重夹使用100mg；4～6d时荷重夹使用200mg；7～10d时荷重夹使用250mg；11d以上时荷重夹使用350mg。

[0024] 纤维的伸度测量：将20mm的单纤维一端挂于Textechno所生产的单签强伸度测定器，依相对应纤度挂于规定的荷重夹，以强伸度的测定器使的拉断，其拉断长度，即得伸度。纤维丹尼数和荷重夹规定如下：3d以下时荷重夹使用100mg；4～6d时荷重夹使用200mg；
7～10d时荷重夹使用250mg；11d以上时荷重夹使用350mg。

[0025] 毛条未开纤的测量：将样品置于卷筒器上，以手动转动卷筒器，使样品绕于圆筒上，一圈的长为1m，于圆筒作记号刻度处剪齐，将所得1m长样品摊开于桌上，肉眼观察两支单纤夹在一起者，即为未开纤，计数1m长样品的未开纤(支/m)。

[0026] 实施例一

[0027] 将丙烯腈/丙烯酸/二甲基甲酰胺以32/8/60比例组成作为纺纱溶液，其中聚合单体溶液丙烯腈/丙烯酸为80/20。纺纱溶液是在低温时浸入含有二甲基甲酰胺凝结池中，所生成的纤维分别以水洗，在冷态时伸张为原长的3倍，然后在沸水中伸张为原长的3倍，经滚轮干燥后的纤维试样再浸入含有50wt％氢氧化钠水溶液与甲醇的溶液中10秒钟，其50wt％氢氧化钠水溶液/甲醇＝1/10，然后在100℃干燥气体中施以5分钟的干燥处理。最后所得丙烯腈合成纤维的物理性质：纤度＝1.32d、干强度＝2.0g/d、干伸度＝35.7g/d、未开纤＝0、净水保持力＝3.2g/g与0.9％氯化钠水溶液保持力＝2.44g/g。

[0028] 实施例二

[0029] 将丙烯腈/丙烯酸/二甲基甲酰胺以32/8/60比例组成作为纺纱溶液，其中聚合单体溶液丙烯腈/丙烯酸为80/20。纺纱溶液是在低温时浸入含有二甲基甲酰胺凝结池中，所生成的纤维分别以水洗，在冷态时伸张为原长的3倍，然后在沸水中伸张为原长的3倍，经滚轮干燥后的纤维试样再浸入含有50wt％氢氧化钠水溶液与甲醇的溶液中10秒钟，其50wt％氢氧化钠水溶液/甲醇＝2/10，然后在100℃干燥气体中施以5分钟的干燥处理。最后所得丙烯腈合成纤维的物理性质：纤度＝1.33d、干强度＝2.0g/d、干伸度＝36.4g/d、未开纤＝0、净水保持力＝5.1g/g与0.9％氯化钠水溶液保持力＝3.18g/g。

[0030] 实施例三

[0031] 将丙烯腈/丙烯酸/二甲基甲酰胺以32/8/60比例组成作为纺纱溶液，其中聚合单体溶液丙烯腈/丙烯酸为80/20。纺纱溶液是在低温时浸入含有二甲基甲酰胺凝结池中，所生成的纤维分别以水洗，在冷态时伸张为原长的3倍，然后在沸水中伸张为原长的3倍，经滚轮干燥后的纤维试样再浸入含有50wt％氢氧化钠水溶液与甲醇的溶液中10秒钟，其50wt％氢氧化钠水溶液/甲醇＝3/10，然后在100℃干燥气体中施以5分钟的干燥处理。最后所得丙烯腈合成纤维的物理性质：纤度＝1.71d、干强度＝1.1g/d、干伸度＝49.5g/d、未开纤＝60、净水保持力＝4.9g/g与0.9％氯化钠水溶液保持力＝3.10g/g。

[0032] 实施例四

[0033] 将丙烯腈/丙烯酸/二甲基甲酰胺以32/8/60比例组成作为纺纱溶液，其中聚合单体溶液丙烯腈/丙烯酸为80/20。纺纱溶液是在低温时浸入含有二甲基甲酰胺凝结池中，所生成的纤维分别以水洗，在冷态时伸张为原长的3倍，然后在沸水中伸张为原长的3倍，经滚轮干燥后的纤维试样再浸入含有50wt％氢氧化钠水溶液与甲醇的溶液中10秒钟，其50wt％氢氧化钠水溶液/甲醇＝4/10，然后在100℃干燥气体中施以5分钟的干燥处理。最后所得丙烯腈合成纤维的物理性质：纤度＝1.37d、干强度＝1.5g/d、干伸度＝59.7g/d、未开纤＝195、净水保持力＝31.1g/g与0.9％氯化钠水溶液保持力＝4.73g/g。

[0034] 实施例五

[0035] 将丙烯腈/丙烯酸/二甲基甲酰胺以32/8/60比例组成作为纺纱溶液，其中聚合单体溶液丙烯腈/丙烯酸为80/20。纺纱溶液是在低温时浸入含有二甲基甲酰胺凝结池中，所生成的纤维分别以水洗，在冷态时伸张为原长的3倍，然后在沸水中伸张为原长的3倍，经滚轮干燥后的纤维试样再浸入含有50wt％氢氧化钠水溶液与甲醇的溶液中10秒钟，其50wt％氢氧化钠水溶液/甲醇＝5/10，然后在100℃干燥气体中施以5分钟的干燥处理。最后所得丙烯腈合成纤维的物理性质：纤度＝1.50d、干强度＝1.5g/d、干伸度＝38.5g/d、未开纤＝246、净水保持力＝21.9g/g与0.9％氯化钠水溶液保持力＝3.61g/g。

[0036] 实施例六

[0037] 将丙烯腈/丙烯酸/二甲基甲酰胺以25/10/65比例组成作为纺纱溶液，其中聚合单体溶液丙烯腈/丙烯酸为71/29。纺纱溶液是在低温时浸入含有二甲基甲酰胺凝结池中，所生成的纤维分别以水洗，在冷态时伸张为原长的3倍，然后在沸水中伸张为原长的3倍，经滚轮干燥后的纤维试样再浸入含有25wt％氢氧化钠水溶液与甲醇的溶液中120秒钟，其25wt％氢氧化钠水溶液/甲醇＝1/10，然后在100℃干燥气体中施以5分钟的干燥处理。最后所得丙烯腈合成纤维的物理性质：纤度＝1.33d、干强度＝1.7g/d、干伸度＝36.6g/d、未开纤＝0、净水保持力＝14.3g/g与0.9％氯化钠水溶液保持力＝5.75g/g。

[0038] 实施例七

[0039] 将丙烯腈/丙烯酸/二甲基甲酰胺以25/10/65比例组成作为纺纱溶液，其中聚合单体溶液丙烯腈/丙烯酸为71/29。纺纱溶液是在低温时浸入含有二甲基甲酰胺凝结池中，所生成的纤维分别以水洗，在冷态时伸张为原长的3倍，然后在沸水中伸张为原长的3倍，经滚轮干燥后的纤维试样再浸入含有25wt％氢氧化钠水溶液与甲醇的溶液中120秒钟，其25wt％氢氧化钠水溶液/甲醇＝2/10，然后在100℃干燥气体中施以5分钟的干燥处理。最后所得丙烯腈合成纤维的物理性质：纤度＝1.47d、干强度＝1.5g/d、干伸度＝44.7g/d、未开纤＝0、净水保持力＝17.9g/g与0.9％氯化钠水溶液保持力＝5.80g/g。

[0040] 实施例八

[0041] 将丙烯腈/丙烯酸/二甲基甲酰胺以25/10/65比例组成作为纺纱溶液，其中聚合单体溶液丙烯腈/丙烯酸为71/29。纺纱溶液是在低温时浸入含有二甲基甲酰胺凝结池中，所生成的纤维分别以水洗，在冷态时伸张为原长的3倍，然后在沸水中伸张为原长的3倍，经滚轮干燥后的纤维试样再浸入含有25wt％氢氧化钠水溶液与甲醇的溶液中120秒钟，其25wt％氢氧化钠水溶液/甲醇＝3/10，然后在100℃干燥气体中施以5分钟的干燥处理。最后所得丙烯腈合成纤维的物理性质：纤度＝1.85d、干强度＝1.0g/d、干伸度＝73.2g/d、未开纤＝66、净水保持力＝25.4g/g与0.9％氯化钠水溶液保持力＝5.82g/g。

[0042] 实施例九

[0043] 将丙烯腈/丙烯酸/二甲基甲酰胺以25/10/65比例组成作为纺纱溶液，其中聚合单体溶液丙烯腈/丙烯酸为71/29。纺纱溶液是在低温时浸入含有二甲基甲酰胺凝结池中，所生成的纤维分别以水洗，在冷态时伸张为原长的3倍，然后在沸水中伸张为原长的3倍，经滚轮干燥后的纤维试样再浸入含有25wt％氢氧化钠水溶液与甲醇的溶液中120秒钟，其25wt％氢氧化钠水溶液/甲醇＝4/10，然后在100℃干燥气体中施以5分钟的干燥处理。最后所得丙烯腈合成纤维的物理性质：纤度＝1.73d、干强度＝1.3g/d、干伸度＝60.3g/d、未开纤＝222、净水保持力＝32.7g/g与0.9％氯化钠水溶液保持力＝5.85g/g。

[0044] 实施例十

[0045] 将丙烯腈/丙烯酸/二甲基甲酰胺以25/10/65比例组成作为纺纱溶液，其中聚合