[发明专利]基于藻酸盐的聚合物和产品及其制造

说明书

提供了一种包含藻酸盐的聚合物、包括这种聚合物的产品及其制造方法，其中，所述藻酸盐与多价阳离子桥连的杂取代的二羧酸盐离子交联。

优先权

本申请要求2020年8月20日提交的美国临时申请第63/067,988号和2021年4月7日提交的美国临时申请第63/171,812号的优先权，这两项申请的公开内容通过引用整体并入本文中。

技术领域

本申请提供了基于藻酸盐的聚合物和产品，例如纤维。基于藻酸盐的纤维可用于生产纺织品，作为石化基聚合物的可堆肥替代物，应用范围广泛，如鞋类、服装、配件、包装和家具行业。

背景技术

工业界期望对许多产品如纺织产品提供“摇篮到坟墓”的解决方案，其中产品可以由可再生资源制成，然后回收或以其他方式处理，对环境影响很小或没有影响。已经尝试利用天然产品例如藻酸盐，然而，先前的努力并不令人满意，因为这些产品要么不具有足够的性能特性，要么使用了导致不利环境影响的成分或溶剂。

发明内容

提供的产品通常具有并保持优异的特性，例如弹性、回弹性和韧性，使它们非常适合于包括纺织纤维的许多应用。例如，本公开的纤维(包括长丝和短纤维)、纱线(纤维束)和其它纺织产品(例如，织物，如机织织物和无纺织物)具有意想不到的优异机械完整性，并可用于一系列工业中，能够显著降低纺织工业造成的环境损害。

这些产品可以使用由海带得到的藻酸盐制成，因此可以认为是以植物为基础的，从而减少了对有害原料的需求。海带是生长在全球寒冷的沿海水域中的一种海藻或大型藻类。海带是地球上生长最快、补充最快的生物之一。海带的生长不使用有害的肥料和农药，不使用耕地，不使用淡水灌溉。海带在生长过程中有效地吸收碳/CO₂，并过滤周围水域中的污染物。养殖海带可以通过提供新的收入来源和改善海洋栖息地，来帮助重建受过度捕捞和污染影响的经济和生态社区。据报道，海带每英亩吸收的碳是陆地森林的20倍，因此由海带制成的产品很可能是碳中和或负碳的。

这些产品非常适合用于当前和未来的工业应用，并且具有使其非常适合替代许多工业(特别是纺织工业)中当前使用的产品的特性。例如，可以使用现有的湿纺设备以及使用对工人和环境更安全的化学物质来纺制和加工纤维。与其它藻酸盐产品相比，具有包括例如拉伸强度(韧性)、断裂强度、弹性、伸长率、回弹性、湿强度、模量和韧性的优异特性的产品，与人造丝(rayon)的机械性能相容并且是可生物降解的。纤维制造的可加工性和效率得到改善。基于藻酸盐的产品可以使用常规方法容易地吸收颜料和染料。

这些产品是可生物降解和可堆肥的，通常可以被真菌和细菌分解。产品在海水中也可以是可生物降解的，即使被食用也不会伤害水生生物。

本公开的一个优点是可以用水作为溶剂来制造产品。例如，在湿纺中，原液(dope)和凝固浴中可使用水，而许多其他湿纺工艺使用由石油得到的溶剂或苛性碱溶液进行。从环境、加工、安全和成本的角度来看，用水作为溶剂是有利的。

提供了一种包含藻酸盐的聚合物，其中，该藻酸盐与多价阳离子桥连的杂取代的二羧酸盐离子交联，其中二羧酸盐相对于藻酸盐羧酸盐(alginate carboxylate)含量以至少约0.05摩尔当量存在。

还提供了一种包含藻酸盐的聚合物，其中，该藻酸盐与多价阳离子桥连的杂取代的二羧酸盐离子交联，其中所述聚合物通过包括使藻酸盐与基于藻酸盐重量的至少约1％的至少一种杂取代的二羧酸盐反应的方法制备。

在一些实施例中，该方法包括使藻酸盐与基于藻酸盐重量的至少约2.5％、至少约5％、至少约7.5％和至少约10％的至少一种杂取代的二羧酸盐反应。

在一些实施例中，该方法包括使藻酸盐与基于藻酸盐重量的至多约125％、至多约100％和至多约75％的至少一种杂取代的二羧酸盐反应。