专利名称：聚合物纤维及其制备方法 聚合物纤维有许多商业用途，例如生物用途、医疗用途、以及工业用途。聚合物纤维的应用范围一直在不断地增加和扩展。一直存在对于具有独特物理性质和附加的多功能性的聚合物纤维的需要。已知多种用于制备聚合物纤维的方法。 对于改善聚合物纤维和它们的制备方法一直存在需求。具体地讲，对于适用于医疗应用的新纤维存在需求。
本文描述了聚合物纤维和聚合物纤维的制备方法。聚合物纤维含有可任选地被干燥的交联的水凝胶。在一些实施例中，聚合物纤维可以含有活性剂。即，聚合物纤维可以起到作为多种活性剂的载体的作用。 在第一方面，提供聚合物纤维的制备方法。该方法包括形成前体组合物，该前体组合物含有(a)基于前体组合物的总重量计至少5重量％的极性溶剂，和(b)与极性溶剂可混溶的可聚合材料。可聚合材料每单体分子具有的烯键式不饱和基团的平均数目大于1.0。该方法还包括形成前体组合物料流并使料流暴露于辐射，暴露的时间足以至少部分地使可聚合材料聚合。形成纵横比大于3∶1的第一溶胀的聚合物纤维。 在第二方面，提供聚合物纤维的另一种制备方法。这种方法包括形成前体组合物，该前体组合物含有(a)基于前体组合物的总重量计为5重量％至85重量％的极性溶剂，和(b)根据前体组合物的总重量计为15重量％至95重量％的可聚合材料，其中可聚合材料与极性溶剂可混溶。可聚合材料包括具有至少两个(甲基)丙烯酰基并具有至少5个环氧烷单元的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。该方法还包括形成前体组合物料流并使料流暴露于辐射，暴露的时间足以至少部分地使可聚合材料聚合。形成纵横比大于3∶1的第一溶胀的聚合物纤维。 在第三方面，提供包括聚合物纤维的制品，聚合物纤维的纵横比大于3∶1。聚合物纤维为前体组合物的自由基聚合反应产物，该前体组合物含有(a)基于前体组合物的总重量计为5重量％至85重量％的极性溶剂，和(b)根据前体组合物的总重量计为15重量％至95重量％的可聚合材料，其中可聚合材料与极性溶剂可混溶。可聚合材料包括具有至少两个(甲基)丙烯酰基并具有至少5个环氧烷单元的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。
在第四方面，提供包括聚合物纤维并且含有活性剂的制品，聚合物纤维的纵横比大于3∶1。聚合物纤维包括(a)前体组合物的反应产物，和(b)活性剂，前体组合物含有可聚合材料，其包括具有至少两个(甲基)丙烯酰基并且具有至少5个环氧烷单元的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。
本发明的上述发明内容并非意图描述本发明的每一个公开的实施例或每种实施方式。在下面的
和实例中将更具体地举例说明这些实施例。



图1为多个示例性聚合物纤维的示意图，该聚合物纤维中的两个以横截面示出； 图2为制备图1的聚合物纤维的方法及设备的第一实施例的示意图；以及 图3为制备图1的聚合物纤维的方法及设备的第二实施例的示意图。
图4为放大50倍的示例性的两个溶胀聚合物纤维的环境扫描电子显微图。
图5为放大50倍的示例性的两个干燥聚合物纤维的环境扫描电子显微图。


聚合物纤维可以由前体组合物的料流形成。如本文所用，术语“前体组合物”是指经受辐射以形成聚合物纤维的反应混合物。即，前体组合物描述聚合之前的反应混合物。前体组合物含有极性溶剂和与极性溶剂可混溶的可聚合材料。前体组合物也可以包括其它可选的添加剂，例如处理剂、活性剂、或其混合物。前体组合物的料流往往被气相围绕。一旦暴露于辐射，前体组合物之内的可聚合材料就发生自由基聚合反应并形成聚合物纤维。反应产物为含有聚合材料、极性溶剂、和任何可选的添加剂的水凝胶。极性溶剂溶胀聚合物材料并且是水凝胶的一部分，而不是分离相。
如本文所用，术语“纤维”和“聚合物纤维”可互换使用。聚合物纤维可以具有任何长度，但是其往往在1毫米至100米的范围内。聚合物纤维的纵横比(即，长度与直径之比)大于3∶1。例如，纵横比可以大于4∶1、大于5∶1、大于6∶1、大于8∶1、或大于10∶1。纵横比是指聚合物纤维的最长维度与垂直于最长维度的维度之比。沿直径截取的横截面形状可以为任何形状。在一些实施例中，横截面形状为圆形或椭圆形。如本文所用，术语“圆形”是指圆形或几乎圆形的形状。同样，术语“椭圆形”是指椭圆形或几乎椭圆形的形状。
图1为多个聚合物纤维的示意图。每一个聚合物纤维10具有外表面12和内部组成15。聚合物纤维10为均匀的，其外表面12与内部组成15之间没有任何可识别的界面，即使当在例如扫描电镜或光学显微镜的显微镜下观察时也是如此。如所制备的，聚合物纤维被包括在前体组合物中的极性溶剂溶胀。当干燥以移除极性溶剂的至少一部分时，干燥的聚合物纤维往往保持均匀并且不含有例如宏观(即，大于100nm)孔或通道的内部孔或通道。聚合物纤维以及干燥的聚合物纤维的这种均匀性是指含有聚合的材料以及可以存在的任何极性溶剂的聚合物基质。如果存在活性剂，则活性剂在整个聚合物纤维中的分布可以是均匀或不均匀的。此外，活性剂可以存在于聚合物基质之外的分离相中。
一般来说，当在显微镜下观察时，聚合物纤维(特别是不带有活性剂的那些)不具有可识别的孔隙或空隙。例如，当使用环境扫描电子显微镜法观察聚合物纤维时，在放大率高达50倍的情况下没有可识别的孔隙，如在图4中示出的两个示例性的溶胀聚合物纤维。当使用场发射扫描电子显微镜法观察聚合物纤维时，在放大率高达100倍、高达200倍、高达500倍、高达1,000倍、高达5,000倍、高达10,000倍、高达20,000倍、或高达50,000的情况下往往看不到可识别的孔隙。
聚合物纤维由前体组合物形成，该前体组合物含有(i)根据前体组合物的总重量计至少5重量％的极性溶剂，和(ii)与极性溶剂可混溶的可聚合材料。可聚合材料含有至少一种能够进行自由基聚合并且每单体分子具有的烯键式不饱和基团的平均数目大于1.0的单体。在一些实施例中，前体组合物中可以存在其它可选的添加剂，例如处理剂、活性剂、或其混合物。这些可选的添加剂如果存在的话，它们可以溶解或分散在前体组合物中。
如本文所用，术语“极性溶剂”是指水、与水可混溶的有机溶剂、或其混合物。虽然极性溶剂在前体组合物中为非活性的(即，极性溶剂不是单体)，但极性溶剂通常使所得的聚合物纤维溶胀。即，在极性溶剂的存在下使可聚合材料聚合，从而使所得的聚合物纤维被极性溶剂溶胀。溶胀的聚合物纤维含有至少一些包括在前体组合物中的极性溶剂。通常，溶胀的聚合物纤维含有大部分或全部包括在前体组合物中的极性溶剂。
前体组合物中使用的任何水可以为自来水、井水、去离子水、泉水、蒸馏水、消毒水、或任何其它合适类型的水。与水可混溶的有机溶剂是指通常能够形成氢键并且当与水混合时形成单相溶液的有机溶剂。例如，当与水混溶的有机溶剂以根据溶液总重量计等于至少10重量％、至少20重量％、至少30重量％、至少40重量％、或至少50重量％的量与水混合时，存在单相溶液。虽然与水混溶的有机溶剂理想的是在室温条件下为液体，但其也可以是熔融温度低于约50℃的固体。合适的与水混溶的有机溶剂(其往往含有羟基或氧代基团)包括醇、重均分子量不大于约300克/摩尔的多元醇、醚、和重均分子量不大于约300克/摩尔的聚醚。示例性的与水混溶的有机溶剂包括(但不限于)甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、乙二醇、三乙二醇、甘油、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、聚丙二醇、环氧乙烷与环氧丙烷的无规及嵌段共聚物、二甲氧基四乙二醇、丁氧基三乙二醇、丙二醇三甲醚、乙二醇二甲醚、乙二醇单丁醚、乙二醇单乙醚、以及它们的混合物。
极性溶剂的存在量根据前体组合物的总重量计往往等于至少5重量％。在一些示例性的前体组合物中，极性溶剂的存在量根据前体组合物的总重量计等于至少10重量％、至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％、至少30重量％、至少40重量％、或至少50重量％。前体组合物中的极性溶剂的存在量根据前体组合物的总重量计可以为多达85重量％、多达80重量％、多达75重量％、多达70重量％、或多达60重量％。在一些前体组合物中，根据前体组合物的总重量计，极性溶剂的存在量在5重量％至85重量％、10重量％至85重量％、5重量％至80重量％、10重量％至80重量％、20重量％至80重量％、30重量％至80重量％、或40重量％至约80重量％的范围内。
可聚合材料与极性溶剂可混溶，不与极性溶剂实现相分离。如本文参照可聚合材料所用，术语“可混溶”表示可聚合材料主要是可溶于极性溶剂的或与极性溶剂是相容的。然而，可以有少量不溶于极性溶剂的可聚合材料。例如，可聚合材料中可能有不溶于极性溶剂的杂质。一般来说，可聚合材料的至少95重量％、至少97重量％、至少98重量％、至少99重量％、至少99.5重量％、至少99.8重量％、或至少99.9重量％可溶于极性溶剂。
如本文所用，术语“可聚合材料”可以指单体或单体的混合物。术语“单体”和“单体分子”可以互换使用，指的是含有至少一个能够进行自由基聚合的可聚合基团的化合物。可聚合基团通常为烯键式不饱和基团。
在一些实施例中，可聚合材料包括单一化学结构的单体。在其它实施例中，可聚合材料包括多种不同的单体(即，存在具有不同化学结构的单体的混合物)。无论可聚合材料包括一种单体还是包括单体的混合物，可聚合材料每单体分子具有的可聚合基团(例如，烯键式不饱和基团)的平均数目大于1.0。可聚合材料可以包括(例如)具有两个或更多个可聚合基团的单一类型的单体。或者，可聚合材料可以包括多种不同类型的单体，使得每单体分子的可聚合基团的平均数目大于1.0。在一些实施例中，每单体分子的可聚合基团的平均数目等于至少1.1、至少1.2、至少1.3、至少1.4、至少1.5、至少1.6、至少1.7、至少1.8、至少1.9、至少2.0、至少2.1、至少2.2、至少2.3、至少2.4、至少2.5、至少2.6、至少2.7、至少2.8、至少2.9、或至少3.0。
通过确定每一个单体分子的相对摩尔浓度及其官能度(可聚合基团的数目)并确定数均官能度来确定每个分子的可聚合基团的平均数目。例如，含有X摩尔％的具有n个可聚合基团的第一单体和(100-X)摩尔％的具有m个可聚合基团的第二单体的可聚合材料，每单体分子的可聚合基团的平均数目等于[n(X)+m(100-X)]/100。又如，含有X摩尔％的具有n个可聚合基团的第一单体、Y摩尔％的具有m个可聚合基团的第二单体、和(100-X-Y)摩尔％的具有q个可聚合基团的第三单体的可聚合材料，每个分子具有的可聚合基团的平均数目等于[n(X)+m(Y)+q(100-X-Y)]/100。
可聚合材料包括至少一个具有两个或更多个可聚合基团的单体。通常，可聚合材料通常含有至少5重量％的具有两个或多个可聚合基团的单体。例如，可聚合材料可以含有至少10重量％、至少20重量％、至少30重量％、至少40重量％、至少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、或至少95重量％的具有两个或多个可聚合基团的单体。
通常，具有两个或多个可聚合基团的单体含有具有较少可聚合基团的单体杂质。例如，具有三个或更多个可聚合基团的单体可以含有具有两个可聚合基团、一个可聚合基团、或既具有两个可聚合基团、又具有一个可聚合基团的杂质。
前体组合物通常含有根据前体组合物的总重量计为15至95重量％的可聚合材料。例如，前体组合物含有至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％、至少30重量％、至少40重量％、或至少50重量％的可聚合材料。前体组合物可以包括多达95重量％、多达90重量％、多达80重量％、多达75重量％、多达70重量％、或多达60重量％的可聚合材料。在一些前体组合物中，可聚合材料的量根据前体组合物的总重量计为15重量％至90重量％、20重量％至90重量％、30重量％至90重量％、40重量％至90重量％、或40重量％至80重量％。
可聚合材料往往包括一种或多种(甲基)丙烯酸酯。如本文所用，术语“(甲基)丙烯酸酯”是指甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、或它们的混合物。(甲基)丙烯酸酯含有(甲基)丙烯酰基。术语“(甲基)丙烯酰基”是指化学式为H2C＝CRb-(CO)-的单价基团，其中Rb是氢或甲基，并且(CO)表示碳以双键与氧连接。(甲基)丙烯酰基是能够进行自由基聚合的(甲基)丙烯酸酯的可聚合基团(即，烯键式不饱和基团)。全部的可聚合材料可以为(甲基)丙烯酸酯，或者可聚合材料可以包括一种或多种(甲基)丙烯酸酯与具有烯键式不饱和基团的其它单体的组合。
在多个实施例中，可聚合材料包括聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。术语聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)、聚((甲基)丙烯酸亚烷基二醇酯)、烷氧基化的(甲基)丙烯酸酯、和烷氧基化的聚(甲基)丙烯酸酯可以互换使用，指的是具有至少一个含有两个或更多个环氧烷残基单元(也称为环氧烷单元)的基团的(甲基)丙烯酸酯。往往有至少5个环氧烷残基单元。环氧烷单元是化学式为-OR-的二价基团，其中R是具有多达10个碳原子、多达8个碳原子、多达6个碳原子、或多达4个碳原子的亚烷基。环氧烷单元往往选自环氧乙烷单元、环氧丙烷单元、环氧丁烷单元、或它们的混合物。
只要每单体分子的烯键式不饱和基团(例如，(甲基)丙烯酰基)的平均数目大于1.0，则可聚合材料可以包括单个(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酸酯的混合物。为了对每单体分子提供大于1.0的(甲基)丙烯酰基的平均数目，可聚合材料中存在的至少一些(甲基)丙烯酸酯的每单体分子具有两个或更多个(甲基)丙烯酰基。例如，可聚合材料可以含有每单体分子具有两个(甲基)丙烯酰基的(甲基)丙烯酸酯，或者可以含有每单体分子具有两个(甲基)丙烯酰基的(甲基)丙烯酸酯与每单体分子具有一个(甲基)丙烯酰基的一种或多种(甲基)丙烯酸酯的组合的混合物。又如，可聚合材料可以含有每单体分子具有三个(甲基)丙烯酰基的(甲基)丙烯酸酯，或者可以含有每单体分子具有三个(甲基)丙烯酰基的(甲基)丙烯酸酯与一种或多种如下的(甲基)丙烯酸酯的组合的混合物，该(甲基)丙烯酸酯每单体分子具有一个(甲基)丙烯酰基、每单体分子具有两个(甲基)丙烯酰基、或者为它们的混合物。
每单体分子具有一个烯键式不饱和基团的合适的可聚合材料的具体实例包括(但不限于)(甲基)丙烯酸-2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸-3-羟丙酯、(甲基)丙烯酸-4-羟丁酯、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸己内酯、聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)(如，聚(甲基)丙烯酸环氧乙酯)、聚((甲基)丙烯酸环氧丙酯)、和聚((甲基)丙烯酸环氧乙-共-环氧丙酯))、烷氧基聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)、(甲基)丙烯酸、β-羧乙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、N-烷基(甲基)丙烯酰胺(如，N-甲基(甲基)丙烯酰胺)、和N，N-二烷基(甲基)丙烯酰胺(如，N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺)。
每单体分子具有两个烯键式不饱和基团的合适的可聚合材料包括(例如)烷氧基化的二(甲基)丙烯酸酯。烷氧基化二(甲基)丙烯酸酯的实例包括但不仅限于，聚(二(甲基)丙烯酸环氧烷酯)，例如聚(二(甲基)丙烯酸环氧乙酯)和聚(二(甲基)丙烯酸环氧丙酯)；烷氧基化的二(甲基)丙烯酸二醇酯，例如乙氧基化的二(甲基)丙烯酸丁二醇酯、丙氧基化的二(甲基)丙烯酸丁二醇酯、和乙氧基化的二(甲基)丙烯酸己二醇酯；烷氧基化的三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯，例如乙氧基化的三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯和丙氧基化的三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯；以及烷氧基化的季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯，例如乙氧基化的季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯和丙氧基化的季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯。
每单体分子具有三个烯键式不饱和基团的合适的可聚合材料的实例包括(例如)烷氧基化的三(甲基)丙烯酸酯。烷氧基化三(甲基)丙烯酸酯的实例包括(但不限于)烷氧基化的三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯，例如乙氧基化的三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化的三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯，和环氧乙烷/环氧丙烷共聚物三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯；以及烷氧基化的季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯，例如乙氧基化的季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯。
每单体具有至少四个烯键式不饱和基团的合适的可聚合材料包括(例如)烷氧基化的四(甲基)丙烯酸酯和烷氧基化的五(甲基)丙烯酸酯。烷氧基化的四(甲基)丙烯酸酯的实例包括烷氧基化的季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯，例如乙氧基化的季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯。
在一些实施例中，可聚合材料包括每单体分子具有至少两个(甲基)丙烯酰基的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。烷氧基化的部分(即，聚(环氧烷)部分)往往具有至少5个选自环氧乙烷单元、环氧丙烷单元、环氧丁烷单元、或其组合的环氧烷单元。即，每一个摩尔的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)含有至少5摩尔的环氧烷单元。多个环氧烷单元有利于聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)在极性溶剂中的溶解。一些示例性的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)含有至少6个环氧烷单元、至少8个环氧烷单元、至少10个环氧烷单元、至少12个环氧烷单元、至少15个环氧烷单元、至少20个环氧烷单元、或至少30个环氧烷单元。聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)可以含有为均聚物链、嵌段共聚物链、无规共聚物链、或其混合物的聚(环氧烷)链。在一些实施例中，聚(环氧烷)链为聚(环氧乙烷)链。
只要聚合物纤维可以由前体组合物形成，就可以使用具有至少两个(甲基)丙烯酰基和至少5个环氧烷单元的任何分子量的这种聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。该聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)的重均分子量往往不大于2000克/摩尔、不大于1800克/摩尔、不大于1600克/摩尔、不大于1400克/摩尔、不大于1200克/摩尔、或不大于1000克/摩尔。然而在其它应用中，希望在可聚合材料中包括重均分子量大于2000克/摩尔的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。
具有多个(甲基)丙烯酰基的一些示例性的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)的制备在美国专利No.7,005,143(Abuelyaman等人)以及美国专利申请公开Nos.2005/0215752A1(Popp等人)、2006/0212011A1(Popp等人)、和2006/0235141A1(Riegel等人)中有所描述。每单体分子的平均(甲基)丙烯酰基官能度等于至少2并具有至少5个环氧烷单元的合适的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)可以商品名“SR9035”(乙氧基化(15)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)、“SR499”(乙氧基化(6)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)、“SR502”(乙氧基化(9)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)、“SR415”(乙氧基化(20)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)、以及“CD501”(丙氧基化(6)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)和“CD9038”(乙氧基化(30)双酚A二丙烯酸酯)商购自(例如)Sartomer(Exton，PA)。括号中的数字是指每单体分子的环氧烷单元的平均数目。其它合适的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)包括多烷氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，例如可以商品名“LAROMER”商购自BASF(Ludwigshafen，Germany)的具有30个环氧烷单元的那些。
可聚合材料往往包括每单体分子具有至少两个(甲基)丙烯酰基并具有至少5个环氧烷单元的至少5重量％的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。例如，可聚合材料可以含有至少10重量％、至少20重量％、至少30重量％、至少40重量％、至少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、或至少95重量％的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)，其每单体分子具有至少两个(甲基)丙烯酰基并具有至少5个环氧烷单元。
一些示例性的前体组合物含有每单体分子具有至少两个(甲基)丙烯酰基、具有至少5个环氧乙烷单元、并且重均分子量小于2000克/摩尔的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。这种可聚合材料可以是前体组合物中唯一的可聚合材料，或可以与在极性溶剂中可混溶的其它单体组合。更具体的示例性前体组合物含有每单体分子具有至少两个(甲基)丙烯酰基、具有至少5个环氧烷单元、并且重均分子量小于2000克/摩尔的聚(环氧乙烷)(甲基)丙烯酸酯。更为具体的示例性前体组合物可以包括重均分子量小于2000克/摩尔的乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯往往含有杂质，所述杂质具有一个(甲基)丙烯酰基、两个(甲基)丙烯酰基、或其混合物。例如，市售的“SR415”(乙氧基化(20)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)每单体分子的平均官能度往往小于3(当进行分析时，每单体分子的平均官能度为约2.5)。
除了每单体分子具有至少两个(甲基)丙烯酰基和至少5个环氧烷单元的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)之外，前体组合物还可以包括为了向聚合物纤维赋予某些特性而添加的其它单体。在某些情况下，前体组合物可以含有阴离子单体。如本文所用，术语“阴离子单体”是指除了酸性基团外还含有烯键式不饱和基团的单体，所述酸性基团选自羧酸(即，羧基)基团(-COOH)或其盐、磺酸基团(-SO3H)或其盐、硫酸根基团(-SO4H)或其盐、膦酸基团(-PO3H2)或其盐、磷酸根基团(-OPO3H)或其盐、或它们的混合物。根据前体组合物的pH值，阴离子单体可以处于中性态(酸形式)或盐形式(阴离子形式)的。阴离子形式的抗衡离子往往选自碱金属、碱土金属、铵离子、或用多种烷基取代的铵离子，例如四烷基铵离子。
具有羧基的合适的阴离子单体包括(但不限于)丙烯酸、甲基丙烯酸、以及多种(甲基)丙烯酸羧烷基酯，例如丙烯酸-2-羧乙酯、甲基丙烯酸-2-羧乙酯、丙烯酸-3-羧丙酯、和甲基丙烯酸-3-羧丙酯。具有羧基的其它合适的阴离子单体包括例如美国专利No.4,157,418(Heilmann)中所描述的(甲基)丙烯酰氨基酸。示例性的(甲基)丙烯酰氨基酸包括(但不限于)N-丙烯酰甘氨酸、N-丙烯酰天冬氨酸、N-丙烯酰-β-丙氨酸、和2-丙烯酰胺乙醇酸。具有磺酸基团的合适阴离子单体包括(但不限于)多种(甲基)丙烯酰胺磺酸，例如N-丙烯酰胺甲烷磺酸、2-丙烯酰胺乙烷磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、和2-甲基丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸。具有膦酸基团的合适阴离子单体包括(但不限于) (甲基)丙烯酰胺烷基膦酸，例如2-丙烯酰胺乙基膦酸和3-甲基丙烯酰胺丙基膦酸。具有磷酸根基团的合适阴离子单体包括(甲基)丙烯酸亚烷基二醇酯的磷酸盐，例如(甲基)丙烯酸乙二醇酯的磷酸盐和(甲基)丙烯酸丙二醇酯的磷酸盐。也可以使用任何上述酸性单体的盐。
如果存在阴离子单体，则其可以增加聚合物纤维的溶胀程度。即，通过改变阴离子单体的量以及前体组合物中其它亲水单体的量往往可以改变溶胀程度。溶胀程度通常与聚合物纤维能够吸着的极性溶剂的总量成比例。阴离子单体的存在量范围根据可聚合材料的总重量计往往是0重量％至50重量％。例如，前体组合物可以含有多达40重量％、多达30重量％、多达20重量％、多达15重量％、或多达10重量％的阴离子单体。某些实例中的前体组合物含有至少0.5重量％、至少1重量％、至少2重量％、或至少5重量％的阴离子单体。一些前体组合物不含有阴离子单体。
在其它实施例中，前体组合物可以包括阳离子单体。如本文所用，术语“阳离子单体”是指具有烯键式不饱和基团以及氨基、氨基的盐、或其混合物的单体。例如，阳离子单体可以是氨基(甲基)丙烯酸酯或氨基(甲基)丙烯酰胺。氨基可以为伯氨基或其盐、仲氨基或其盐、叔氨基或其盐、或季盐。阳离子单体往往包括叔氨基或其盐或季铵盐。根据前体组合物的pH值，一些阳离子单体可以处于中性态(碱性形式)或盐的形式(阳离子形式)。阳离子形式的抗衡离子往往是选自卤素离子(例如，溴离子或氯离子)、硫酸根、烷基硫酸根(例如甲硫酸根、乙硫酸根)、以及多种羧酸盐阴离子(例如，醋酸根)。
示例性的氨基(甲基)丙烯酸酯包括N，N-二烷氨基烷基(甲基)丙烯酸酯和N-烷氨基烷基(甲基)丙烯酸酯，例如N，N-二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯、N，N-二甲氨基乙基丙烯酸酯、N，N-二乙氨基乙基甲基丙烯酸酯、N，N-二乙氨基乙基丙烯酸酯、N，N-二甲氨基丙基甲基丙烯酸酯、N，N-二甲氨基丙基丙烯酸酯、N-叔丁基氨基丙基甲基丙烯酸酯、和N-叔丁基氨基丙基丙烯酸酯。
示例性的氨基(甲基)丙烯酰胺包括(例如)N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺、N-(3-氨丙基)丙烯酰胺、N-[3-(二甲氨基)丙基]甲基丙烯酰胺、N-(3-咪唑基丙基)甲基丙烯酰胺、N-(3-咪唑基丙基)丙烯酰胺、N-(2-咪唑基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(1，1-二甲基-3-咪唑基丙基)甲基丙烯酰胺、N-(1，1-二甲基-3-咪唑基丙基)丙烯酰胺、N-(3-苯并咪唑基丙基)丙烯酰胺、和N-(3-苯并咪唑基丙基)甲基丙烯酰胺。
示例性的单体性季铵盐包括(但不限于)(甲基)丙烯酰胺基烷基三甲基铵盐(如，3-甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵和3-丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵)和(甲基)丙烯酰氧基烷基三甲基铵盐(如，2-丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、3-甲基丙烯酰氧基-2-羟丙基三甲基氯化铵、3-丙烯酰氧基-2-羟丙基三甲基氯化铵、和2-丙烯酰氧基乙基三甲基甲硫酸铵)。
其它示例性的单体性季铵盐包括二甲基烷基铵基团，其中烷基具有2至22个碳原子或2至20个碳原子。即，单体包括化学式为-N(CH3)2(CnH2n+1)+的基团，其中整数n的值为2至22。示例性的单体包括(但不限于)以下化学式的单体，
其中n为在2至22的范围内的整数。这些单体的合成在美国专利5,437,932(Ali等人)中有所描述。这些单体(例如)可以通过使二甲氨基甲基丙烯酸乙酯盐、丙酮、具有2至22个碳原子的1-溴代烷、和可任选地抗氧化剂混合来制备。可以将所得的混合物在约35℃下搅拌约16小时，然后使之冷却至室温。然后可以经过滤分离出所得的白色固体沉淀物，用冷的乙酸乙酯洗涤，并在40℃真空下进行干燥。
一些阳离子单体，例如具有季氨基的那些，可以向聚合物纤维赋予抗微生物的特性。阳离子单体的存在量范围根据可聚合材料的总重量计往往是0重量％至50重量％。例如，前体组合物可以含有多达40重量％、多达30重量％、多达20重量％、多达15重量％、或多达10重量％。一些实例中的前体组合物含有至少0.5重量％、至少1重量％、至少2重量％、或至少5重量％的阳离子单体。一些前体组合物不含有阳离子单体。
一些示例的可聚合材料只含有非离子单体。即，可聚合材料基本上不含阴离子单体和阳离子单体。如本文参照阴离子或阳离子单体所用的“基本上不含”表示可聚合材料含有根据可聚合材料的重量计小于1重量％、小于0.5重量％、小于0.2重量％、或小于0.1重量％的阴离子单体或阳离子单体。例如，存在的任何离子单体可以作为另外单体中的杂质存在。
在一些实施例中，前体组合物含有(a)根据前体组合物的总重量计为5重量％至85重量％的极性溶剂，和(b)根据前体组合物的总重量计为15重量％至95重量％的可聚合材料。可聚合材料在极性溶剂中可混溶，并且每单体分子具有的烯键式不饱和基团的平均数目大于1.0。可聚合材料包括具有至少两个(甲基)丙烯酰基并具有至少5个环氧烷单元的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。
除了极性溶剂和可聚合材料之外，前体组合物还可以包括一种或多种可选的添加剂，例如处理剂、活性剂、或其混合物。任何这些可选的添加剂都可以溶解在前体组合物中或分散在前体组合物中。
如本文所用，术语“处理剂”是指主要为改变前体组合物或聚合物材料的物理或化学特征而添加的化合物或化合物的混合物。即，添加处理剂的目的是为了改变前体组合物或有利于聚合物材料的形成。如果添加的话，通常将处理剂添加到前体组合物中。这些处理剂通常不视为活性剂。
合适的处理剂包括(但不限于)例如聚合增稠剂(例如树胶、纤维素、果胶等)或无机增稠剂(例如粘土、硅胶等)的流变改性剂、调节表面张力的表面活性剂、稳定前体组合物的乳化剂、提高单体在极性溶剂中的溶解度的增溶剂、促进可聚合材料的聚合反应的引发剂、链转移或阻滞剂、粘结剂、分散剂、固定剂、发泡剂、助流剂、泡沫稳定剂、泡沫促进剂、胶凝剂、光泽剂、推进剂、蜡、使前体组合物冰点降低和/或沸点增加的化合物、以及增塑剂。
任何可选的处理剂的存在量根据前体组合物的总重量计通常不大于20重量％、不大于15重量％、不大于10重量％、不大于8重量％、不大于6重量％、不大于4重量％、不大于2重量％、不大于1重量％、或不大于0.5重量％。
一种示例性的处理剂为引发剂。大多数前体组合物包括用于自由基聚合反应的引发剂。引发剂可以为光引发剂、热引发剂、或氧化还原对。引发剂可以在前体组合物中是可溶性的，或者可以分散在前体组合物中。
合适的可溶性光引发剂的实例为2-羟基-1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙酮，可以商品名“IRGACURE 2959”商购自CibaSpecialty Chemicals(Tarrytown，NY)。合适的分散型光引发剂的实例为α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮，可以商品名“IRGACURE 651”商购自Ciba Specialty Chemicals。其它合适的光引发剂为美国专利No.5,506,279中描述的丙烯酰胺基乙酰基光引发剂，其含有可聚合基团以及能起到作为引发剂作用的基团。引发剂通常不是如本领域中已知的一些可聚合组分中使用的氧化还原引发剂。如果存在这种引发剂，则其可以与生物活性剂反应。
合适的热引发剂包括例如偶氮化合物、过氧化物或氢过氧化物、过硫酸盐等。示例性的偶氮化合物包括2，2′-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、2，2′-偶氮二(2-脒基丙烷)二盐酸盐、和4，4′-偶氮二-(4-氰基戊酸)。市售的热偶氮化合物引发剂的实例包括以商品名“VAZO”购自DuPont Specialty Chemical(Wilmington，DE)的材料，例如“VAZO 44”、“VAZO 56”、和“VAZO 68”。合适的过氧化物和氢过氧化物包括过氧化乙酰、叔丁基过氧化氢、异丙基苯过氧化氢、和过氧乙酸。合适的过硫酸盐包括(例如)过硫酸钠和过硫酸铵。
在其它实例中，自由基引发剂为氧化还原对，例如过硫酸铵或过硫酸钠与N，N，N′，N′-四甲基-1，2-二氨基乙烷；过硫酸铵或过硫酸钠与硫酸亚铁铵；过氧化氢与硫酸亚铁铵；异丙基苯过氧化氢与N，N-二甲基苯胺；等等。
在一些实施例中，前体组合物只包括可聚合材料、极性溶剂、和例如光引发剂的引发剂。在大多数的实施例中，引发剂的存在量等于根据前体组合物的总重量计不大于4重量％、不大于3重量％、不大于2重量％、不大于1重量％、或不大于0.5重量％。
前体组合物可以包括一种或多种可选的活性剂。活性剂向聚合物纤维提供一些附加的功能。聚合物纤维起到作为活性剂的载体的作用。如果存在活性剂，则其存在量根据前体组合物的总重量计通常不大于30重量％、不大于25重量％、不大于20重量％、不大于15重量％、不大于10重量％、或不大于5重量％。
在一些实施例中，活性剂可以迁入和迁出聚合物纤维。在其它实施例中，活性剂往往是静止的，并且保留在聚合物纤维之内。例如，活性剂的分子尺寸可以抑制活性剂从纤维中洗脱或扩散出来。在另一个实例中，活性剂可以以共价键或离子键附接到纤维。活性剂任选地可以具有一个或多个烯键式不饱和基团，其能与其它烯键式不饱和基团反应从而成为聚合物材料的一部分或附接到纤维中的聚合物材料。
一些活性剂是生物学活性剂。如本文所用，术语“生物学活性剂”和“生物活性剂”是可互换使用的，指的是对例如细菌或其它微生物、植物、鱼类、昆虫、或哺乳动物的生命系统具有某些已知影响的化合物或化合物的混合物。添加生物活性剂的目的是为了影响生命系统，例如影响生命系统的代谢。生物活性剂的实例包括(但不限于)药物、除草剂、杀虫剂、抗微生物剂、消毒剂和防腐剂、局部麻醉剂、收敛剂、抗真菌剂、抗菌剂、生长因子、维生素、草本植物提取物、抗氧化剂、类固醇或其它抗炎剂、促进伤口愈合的化合物、血管扩张剂、例如α-羟基酸或β-羟基酸的剥脱剂、酶、营养物质、蛋白质、和碳水化合物。还有其它的生物活性剂包括人工晒黑剂、晒黑促进剂、舒肤剂、紧肤剂、抗皱剂、皮肤修复剂、皮脂抑制剂、皮脂刺激剂、蛋白酶抑制剂、抗痒剂成分、毛发生长抑制剂、毛发生长加速剂、皮肤增感剂、抗痤疮处理剂、脱毛剂、毛发移除剂、鸡眼移除剂、老茧移除剂、疣移除剂、防晒剂、驱虫剂、除臭剂和止汗剂、毛发着色剂、漂白剂、和去头皮屑剂。可以使用本领域中已知的任何其它合适的生物活性剂。
其它活性剂没有生物学活性。添加这些活性剂以向聚合物纤维提供某些非生物学功能。即，添加这些活性剂的目的不是为了影响生命系统，例如不是为了影响生命系统的代谢。例如可以选择合适的活性剂以改变聚合物纤维的气味、电荷、颜色、密度、pH值、同渗容摩、水活度、离子强度、或折射率。还可以选择活性剂以提供活性基团或化合物。非生物学活性剂的实例包括乳化剂或表面活性剂(包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂、以及它们的组合)、颜料、无机氧化物(例如二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、和氧化锆)、例如芳香治疗剂和香水的香料、气味吸收剂、湿润剂、润滑剂、染料、漂白或着色剂、调味剂、例如闪光剂的装饰剂、润肤剂、酸、碱、缓冲剂、指示剂、可溶性盐、螯合剂等。当计算溶胀的聚合物纤维或干燥的聚合物纤维的百分比组成时，室温下为液体并且在使用的量下与水可混溶的一些湿润剂(如，二醇及其它多元醇)视为极性溶剂的一部分。
在一些实施例中，活性剂为指示剂。任何适当的化学品均可用于指示剂。指示剂可以(例如)检测特定的pH值范围或特定类别的化合物的存在。一些特定类别的化合物的存在可导致颜色的变化。例如茚三酮可以用来检测蛋白质或氨基的存在。指示剂也可以是典型的pH值指示剂，例如甲基蓝或酚酞。
可以向聚合物纤维添加无机氧化物的纳米粒子以增大纤维的折射率。例如，聚合物纤维可以填充氧化锆纳米粒子或二氧化钛纳米粒子。氧化锆纳米粒子的制备可以采用例如美国专利No.6,376,590(Kolb等人)和美国专利公开No.2006/0148950 A1(Davidson等人)中描述的方法。
任何活性剂均可以具有可聚合基团。在活性剂上使用可聚合基团可以用于抑制活性剂迁移出聚合物纤维。具有烯键式不饱和基团以及季氨基的阳离子单体可以起到抗微生物剂的作用，并可以包括在前体组合物的可聚合材料中。阳离子单体往往是具有季氨基的(甲基)丙烯酸酯。
由于聚合物纤维通常具有未反应的可聚合基团，因此可以在形成之后使聚合物纤维与具有可聚合基团的活性剂反应。例如，可以使具有烯键式不饱和基团和季氨基的阳离子单体与具有未反应的烯键式不饱和基团的聚合物纤维发生反应。可以使含有聚合物纤维、阳离子单体、和光引发剂的混合物暴露于光化辐射，以使阳离子单体的烯键式不饱和基团与聚合物纤维的未反应的烯键式不饱和基团发生反应。反应产物是具有附接的季氨基的聚合物纤维。
形成聚合物纤维的方法包括提供前体组合物和形成被气体相所围绕的前体组合物的料流。该方法还包括使料流暴露于辐射，暴露的时间足以至少部分地使前体组合物中的可聚合材料聚合并形成第一溶胀的聚合物纤维。
在形成聚合物纤维的方法中可以使用任何上述的前体组合物。包括在前体组合物中的可聚合材料每单体分子具有的烯键式不饱和基团的平均数目大于1.0。在一些实施例中，可聚合材料包括具有至少两个(甲基)丙烯酰基并具有至少5个环氧烷单元的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。
一旦暴露于辐射，前体组合物内的可聚合材料便进行自由基聚合反应。如本文所用，术语“辐射”是指光化辐射(如，波长在光谱的紫外线或可见光区的辐射)、加速粒子(如，电子束辐射)、热(如，加热或红外线辐射)等。辐射往往是光化辐射或加速粒子，因为这些能源往往可以对聚合的引发和速率提供良好的控制。另外，光化辐射和加速粒子可用于相对低温下的固化。这样可以避免使可能对相对高温敏感的组分降解，而相对高温的情况可能需要用热辐射引发聚合反应。可以使用能在电磁频谱的所需区域中产生能量的任何合适的光化辐射源。示例性的光化辐射源包括汞灯、氙灯、碳弧灯、钨丝灯、激光器、日光等。
图2为制备聚合物纤维的一个示例性方法的示意图。方法20包括进料系统30和聚合系统40。向进料系统30提供至少含有可聚合材料和极性溶剂的前体组合物50。在聚合系统40内，前体组合物50中的可聚合材料暴露于辐射并进行自由基聚合反应以形成聚合物材料。
进料系统30包括施加压力至前体组合物50的压力源35。压力通常小于50磅/平方英寸(psi)、小于40psi、或小于30psi。例如，压力有时在20至30psi的范围内。从聚合系统40中得到溶胀的聚合物纤维。溶胀的聚合物纤维通常为均匀的并且纵横比大于3∶1。方法20中的进料系统30和聚合系统40中的每一个都可以包括多种元件。
进料系统30包括贮存器32和至少一个出口34。贮存器32可以是一定体积的前体组合物可以倒入或以其它方式添加然后在压力作用下放入其中的罐或其它容器。贮存器32可以为金属、塑料、玻璃或其它材料。优选地，前体组合物50不附着到贮存器32或与之反应，或者说是可容易地从贮存器32中移除。贮存器32足够强以经受由压力源35提供的压力。这种压力往往是至少5psi、至少10psi、至少20psi、或至少30psi。出口34可以简单如接受器32中的孔或洞，或可以为单独的元件，例如为超声喷雾器。在图2所示的实施例中，出口34仅为接受器32中的孔。出口34有利于前体组合物50的料流形成。将贮存器32连接到出口34可以使用任何合适的管道。在一个具体实施例中，第一(如，柔性的)给料线路36将前体组合物50从贮存器32提供到第二(如，刚性的)给料线路38，第二给料线路继而将组合物50提供到出口34和聚合系统40。
聚合系统40包括辐射源42和屏蔽器件44。屏蔽器件44的存在往往是为了将来自辐射源42的辐射导向所需的位置，并屏蔽可能在附近的人或设备。
在此实施例中，聚合系统40还包括管理元件46，它用来保护或隔离前体组合物50(如，前体组合物50的料流)，使之免受可能来自辐射源42的任何高速空气流的影响。管理元件46可容许对发生聚合的局部环境加以控制。即，当料流暴露于辐射源42时，管理元件46可以用来控制围绕前体组合物50的料流的气相的组成。
辐射源42可以为单个辐射源或相同或不同的多个辐射源。辐射源42提供能量，例如红外线辐射、可见光辐射、紫外线辐射、电子束辐射、微波辐射、或射频辐射。具体应用的能源取决于具体的前体组合物50。合适的非电离辐射源包括连续的和脉冲的源，并可以是宽带或窄带源，例如单色源。示例性的非电离辐射源包括(但不限于)汞灯(例如低压、中压、和高压型以及其添加剂或掺杂质型)、荧光灯、杀菌灯、金属卤化物灯、卤素灯、发光二极管、激光器、准分子灯、脉冲氙灯、钨灯、和白炽灯。可以使用红外线辐射源和微波辐射源，以及例如电子束的电离辐射源。也可以使用辐射源的组合。
在一些示例性的方法中，可以使用波长在100至1000纳米、100至800纳米、或100至700纳米的范围内的电磁辐射。在一些方法中，可以使用波长在100至400纳米或200至400纳米的范围内的紫外线辐射。例如可以使用来自准分子源的波长低于200nm的紫外线辐射。在多个实施例中，辐射源42是高辐射率的紫外线源，例如至少100瓦/英寸(40W/cm)的中压汞灯。也可以使用低辐射率灯，包括低压汞灯，例如杀菌灯。
屏蔽器件44可以具有任何适当的形状和材料，以阻碍来自辐射源42的辐射接触附近的人或设备。屏蔽器件44是辐射领域中熟知的。
如果存在管理元件46，它可以具有任何适当的形状和材料，以隔离或保护经过辐射源42的前体组合物50的下落或流动。在大多数方法中，管理元件46对来自辐射源42的辐射是透明的或至少是部分透明的。元件46的一个实例为石英管，前体组合物50的料流由此穿过。
在纤维10的制备期间，前体组合物50(例如)通过开放顶部传送(如，倾倒)到贮存器32中。使用压力源35将压力施加到前体组合物50，并将前体组合物50通过出口34排出。为了使前体组合物50通过出口34流出贮存器32，在贮存器32内的压力大于大气压。通常，压力高于大气压至少5psi、至少10psi、至少20psi、或至少30psi。
当前体组合物50穿过聚合系统40下落(如，自由下落)时，前体组合物50优选地在一段距离中一直为料流。例如，通过前体组合物和料流的粘度确定这个距离。组合物50穿过(如，下落穿过)聚合系统40，通常只受例如重力或其它可选的力(例如空气流、热对流、表面张力等)的自然力的影响。通常，当下落组合物50下落穿过管理元件46时，下落组合物50会左右摆动。
前体组合物50料流往往被气相围绕。气体通常在聚合区中围绕前体组合物、正在形成的纤维、已形成的纤维或它们的组合。例如，当聚合物纤维形成时，气体往往围绕聚合物纤维的多侧。更具体地讲，当聚合物纤维形成时，气体通常围绕聚合物纤维的长轴(即，长度)。气相可以大于大气压、等于大气压或小于大气压。在一些实施例中，气相可以为环境空气。在其它实施例中，可以使用气料流或其它大气结构以稳定前体组合物50穿过聚合系统40的流动。例如，可以使用惰性气氛。合适的惰性气氛可包括(例如)氩、氦、氮、或其混合物。
从聚合系统40中得到溶胀的聚合物纤维10。在聚合系统内的持续时间至少大于获得聚合物纤维所需的最小时间量。前体组合物50在聚合系统40之内的持续时间或前体组合物50暴露于辐射的时间通常不超过10秒、不超过5秒、不超过3秒、不超过2.5秒、不超过2秒、不超过1秒、或不超过0.5秒。
图3中示意性地示出了用于制备聚合物纤维的第二种合适的方法。在最基本的形式中，方法120包括进料系统130和聚合系统140。向进料系统130提供如上所述的前体组合物50，进料系统130将其送至聚合系统140。从聚合系统140中得到均匀、溶胀的聚合物纤维。方法120的进料系统130和聚合系统140中的每一个都包括多种元件。
进料系统130可以类似于上述的系统30，具有包含至少一个出口134的贮存器132。聚合系统140可以类似于上述的系统40，具有辐射源142、屏蔽器件144以及隔离或保护组合物50穿过聚合系统140的管理元件146。方法120还包括真空源150，用于将真空施加到聚合系统140中。合适的真空源150的实例为抽水器或真空泵，以及合适的真空度小于500托、小于100托、并在一些实施例中小于50托。
在纤维10制备期间，提供前体组合物50从贮存器132穿过开口134。组合物50作为料流从出口134中排出，其在来自真空源150的真空的帮助下下落穿过聚合系统140。在聚合系统140下面获得聚合物纤维10。
上述方法示出从贮存器垂直下落穿过聚合系统的前体组合物50。另一种替代方法的配置可以(例如)使前体组合物50从贮存器水平地(或以任何角度)排出，从而使前体组合物50在通过聚合系统之前和/或之时的路径包括水平向量。例如，纤维10可以通过喷吹操作形成。
聚合物纤维没有被支承。即，在不使用内部或外部支承件的情况下形成聚合物纤维。在纤维中的聚合物材料在纤维的整个直径延伸。聚合物纤维不是用于预成形的制品(例如其它纤维、纱、线丝、线材、网片等)的涂层。此外，聚合物纤维不是由另外的预成形的制品中形成。即，聚合物纤维没有被切割、撕开或由片、膜、或泡沫形成。
溶胀的聚合物纤维的直径取决于用于制备溶胀聚合物纤维和具体前体组合物的方法。如上述的方法20、120中，当溶液流动穿过孔时，相对于孔径获得溶胀的聚合物纤维的直径。孔的形状可以影响纤维的横截面形状。例如，非圆形孔可以生成非圆形纤维。溶胀的聚合物纤维的直径往往多达5000微米、多达4000微米、多达3000微米、多达2000微米、或多达10000微米。纤维直径往往至少为1微米、至少5微米、至少10微米、至少20微米、至少25微米、至少30微米、至少40微米、至少50微米、或至少100微米。在一些实施例中，可以期望在惰性气氛中形成较薄的纤维(如，直径约为250微米或更小的纤维)。
聚合物纤维可以为任何长度。在多个实施例中，长度在0.1厘米至100米的范围内。例如，长度可以为至少0.1厘米、至少0.2厘米、至少0.5厘米、至少1厘米、至少2厘米、至少5厘米、至少10厘米、至少20厘米、至少50厘米、或至少100厘米。一些示例性聚合物纤维的长度可以为多达100米、多达50米、多达10米、多达2米、多达1米、多达0.5米(50厘米)、多达0.2米(20厘米)、或多达0.1米(10厘米)。
通过使前体组合物的料流经受辐射导致可聚合材料的自由基聚合来形成聚合物纤维。由于前体组合物除可聚合材料之外还包括极性溶剂，聚合物纤维被极性溶剂溶胀。可以将聚合物纤维描述为溶胀的纤维、水凝胶纤维、被溶剂溶胀的聚合物纤维、或溶胀的聚合物纤维。所有这些术语在本文中可以互换使用。
溶胀聚合物纤维中的聚合物材料是交联的，但可以含有未反应的可聚合或活性基团。未反应的可聚合基团通常包括能够进一步进行自由基反应的烯键式不饱和基团。可以存在例如羟基或氨基的其它类型的可聚合基团，它们能够进行缩合反应或亲核取代反应。
溶胀的聚合物纤维通常包括根据溶胀聚合物纤维的重量计为15重量％至95重量％的聚合物材料。如果聚合物材料小于溶胀聚合物纤维的15重量％，则可能不存在足够的聚合物材料来形成良好成形的纤维。如果聚合物材料为大于溶胀聚合物纤维的95重量％，则干燥的聚合物纤维对吸着物的吸着能力可能会不利地低。
在一些示例性的溶胀聚合物纤维中，聚合物材料为溶胀聚合物纤维的至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％、至少30重量％、至少40重量％、或至少50重量％。聚合物材料为溶胀聚合物纤维的高达95重量％、高达90重量％、高达85重量％、高达80重量％、高达75重量％、或高达70重量％。例如，溶胀的聚合物纤维可以含有15重量％至90重量％、15重量％至85重量％、20重量％至80重量％、30重量％至80重量％、或40重量％至80重量％的聚合物材料。
溶胀聚合物纤维内的极性溶剂的量往往在溶胀聚合物纤维的5重量％至85重量％的范围内。如果极性溶剂的量大于85重量％，则可能没有足够的聚合物材料来形成良好成形的纤维。如果极性溶剂的量不是溶胀聚合物纤维的至少5重量％，则干燥的聚合物纤维对额外液体的吸着能力可能会不利地低。溶胀聚合物纤维中包括的任何极性溶剂通常不是与基质共价键合的。在一些示例性的溶胀聚合物纤维中，极性溶剂为溶胀聚合物纤维的至少5重量％、至少10重量％、至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％、至少30重量％、或至少40重量％。极性溶剂为溶胀聚合物纤维的多达85重量％、多达80重量％、多达70重量％、多达60重量％、或多达50重量％。
在一些实施例中，溶胀的聚合物纤维还可以含有活性剂。这些活性剂可以存在于用来制备溶胀聚合物纤维的前体组合物中。或者，可以干燥溶胀的聚合物纤维，并用吸着物再次溶胀。即，干燥的聚合物纤维可以对吸着物进行吸着以形成第二溶胀的聚合物纤维。吸着物往往包括活性剂。活性剂可以是生物学活性剂、非生物学活性剂、或其混合物。合适的活性剂如上所述。
当包括在前体组合物中时，活性剂优选对用来使材料聚合的辐射是稳定的和/或耐辐射的。然而，一些活性剂可以为具有烯键式不饱和基团的单体。如果在形成聚合物纤维之后添加对辐射不稳定的或不耐辐射的活性剂可能比较好(即，可以干燥聚合物纤维，然后使之暴露于包括活性剂的吸着物)。不象活性剂那样往往可以在前体组合物中或可以在聚合物纤维形成之后添加，处理剂通常只包括在前体组合物中。
活性剂的量根据溶胀聚合物纤维的重量计可以在0重量％至30重量％的范围内。在一些示例性的溶胀聚合物纤维中，活性剂的量不大于溶胀聚合物纤维的20重量％、不大于15重量％、不大于10重量％、不大于5重量％、不大于3重量％、不大于2重量％、或不大于1重量％。
一些示例性的溶胀聚合物纤维根据溶胀聚合物纤维的总重计含有15重量％至95重量％的聚合物材料、5重量％至85重量％的极性溶剂以及0重量％至30重量％的活性剂。
溶胀的聚合物纤维(例如缺少活性剂的那些)通常为均匀的并且不含有可识别的内部孔或内部通道。包括极性溶剂和聚合物材料的聚合物基质通常作为溶胀聚合物纤维中的单相存在，溶剂和聚合物材料之间并没有可识别的边界。然而，如果存在活性剂，则活性剂可以均匀或不均匀地分布在整个聚合物纤维中。此外，活性剂可以存在于聚合物基质之外的分离相中。
一般来讲，当在显微镜下观察时，例如用放大率高达50倍的环境扫描电子显微镜观察时，聚合物纤维(特别是没有活性剂的那些)不具有可识别的孔隙或空隙。当在场发射扫描电子显微镜下观察时，在放大率高达100倍、高达500倍、高达1000倍、高达2000倍、高达5000倍、高达10,000倍、高达20,000倍、或高达50,000的情况下，聚合物纤维往往不具有可识别的孔隙或空隙。
不使用可能散射光的不透明组分制备的溶胀聚合物纤维可以是透光的或透明的，很少或没有不透明度或雾度。在一些实施例中，透光的溶胀聚合物纤维是优选的。在其它实施例中，透明度不是必需的，并且可以添加多种可能会影响聚合物纤维的外观的组分。
如参考聚合物纤维所用，术语“透明的”表示所述的纤维不会以视觉上能够检测到的量散射可见光。在一些实施例中，聚合物纤维中可能会夹带空气，这可能在相边界处产生不透明性；然而，这不是聚合物材料在极性溶剂中的相分离。如果有至少85％的550纳米波长的光透过1毫米厚度的固化前体组合物的膜，则该组合物便视为透明的。可以将这些膜浇注到玻璃或其它非干涉的基底上。在一些实施例中，至少88％、至少90％、至少95％的550纳米波长的光透过该膜。
雾度或不透明度可以使用雾度计进行表征，例如使用具有宽带光源的BYK-Gardner Hazegard Plus雾度计。透过由前体组合物制备的这种相同的膜的透射比为至少85％、至少88％、至少90％、或至少95％，雾度小于10％、小于8％、小于5％、或小于3％。雾度在多个实施例中表明相分离。
纤维可以是刚性的或弹性体的，并且可以很容易或不容易被粉碎(如，易碎的)。较高的聚合物材料含量往往增大溶胀聚合物纤维的弹性模量和挤压强度。通过使用具有较高平均官能度的前体组合物达到较大量的交联，这也往往会增加聚合物纤维的弹性模量和挤压强度。平均官能度是指每单体分子的可聚合基团(烯键式不饱和基团)的平均数目。
聚合物纤维可以具有多种广泛的尺寸。纤维的直径取决于在辐射固化之前用来产生前体组合物液流的确切方法，并且可以在小于一微米至几千微米的范围内。尤其是合适的纤维直径在1微米至约5000微米的范围内。纤维的长度往往在1毫米至100米的范围内。
在聚合物纤维和聚合物纤维的制备方法的一些实施例中，可以从第一溶胀的聚合物纤维中移除极性溶剂的至少一部分以形成干燥的纤维。术语“干燥的纤维”和“干燥的聚合物纤维”在本文中可互换使用。然后可以使干燥的纤维与吸着物进行接触，接触时间足以使干燥的纤维吸着吸着物的至少一部分。即，可以干燥第一溶胀的聚合物纤维以形成干燥的聚合物纤维，然后可以使之与吸着物进行接触以形成第二溶胀的聚合物纤维。吸着物可以含有至少一种活性剂。除了活性剂之外，吸着物还可以包括流体，例如液体或超临界流体。一些示例性的吸着物包括活性剂加上极性溶剂。
如本文所用，术语“吸着”是指吸附、吸收、或其组合。同样，术语“吸着作用”是指吸附作用、吸收作用、或其组合。吸着作用可以是化学过程(即，发生化学反应)、物理过程(即，没有发生化学反应)、或既有化学过程又有物理过程。术语“吸着物”是指可以被例如干燥的聚合物纤维的聚合物纤维吸附的组合物。
更具体地讲，提供一种制备包括活性剂的聚合物纤维的方法。该方法包括形成前体组合物，所述前体组合物含有(a)极性溶剂和(b)与极性溶剂可混溶的可聚合材料。可聚合材料能够进行自由基聚合，并且每单体分子具有的烯键式不饱和基团的平均数目大于1.0。该方法还包括形成前体组合物的料流。料流的长轴(侧面)往往被气相围绕。使料流暴露于辐射，暴露时间足以至少部分地使可聚合材料聚合并形成第一溶胀的聚合物纤维。该方法还包括从第一溶胀的聚合物纤维中移除极性溶剂的至少一部分以形成干燥的纤维。然后使干燥的纤维与吸着物进行接触，接触时间足以使干燥的纤维吸着吸着物的至少一部分并形成第二溶胀的聚合物纤维。吸着物通常含有活性剂。活性剂可以是生物学活性剂、非生物学活性剂、或其混合物。
这种方法往往包括形成前体组合物，该前体组合物含有(a)根据前体组合物的总重量计为5重量％至85重量％的极性溶剂，和(b)根据前体组合物的总重量计为15重量％至95重量％的可聚合材料。可聚合材料与极性溶剂可混溶。可聚合材料能够进行自由基聚合，并且每单体分子具有的烯键式不饱和基团的平均数目大于1.0。可聚合材料包括具有至少两个(甲基)丙烯酰基并具有至少5个环氧烷单元的聚(环氧烷(甲基)丙烯酸酯)。该方法还包括形成前体组合物的料流。料流的长轴(侧面)往往被气相围绕。使料流暴露于辐射，暴露的时间足以至少部分地使可聚合材料聚合并形成第一溶胀的聚合物纤维。该方法还包括从第一溶胀的纤维中移除极性溶剂的至少一部分以形成干燥的纤维。然后使干燥的纤维与吸着物进行接触，接触时间足以使干燥的纤维吸着吸着物的至少一部分并形成第二溶胀的聚合物纤维。吸着物通常含有活性剂。活性剂可以是生物学活性剂、非生物学活性剂、或其混合物。
为形成干燥的纤维而从第一溶胀的聚合物纤维中移除的极性溶剂量可以为所需的任意量。通常，将至少10重量％的极性溶剂从第一溶胀的聚合物纤维中移除以形成干燥的纤维。例如，可以移除至少20重量％、至少30重量％、至少40重量％、至少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少90重量％、或至少95重量％的极性溶剂以形成干燥的纤维。干燥的纤维往往含有至少是聚合物材料中剩下的少量极性溶剂。
另外，如果要使干燥的纤维与吸着物进行接触以将活性剂吸着到聚合物纤维之内或之上，则干燥的纤维中存在的极性溶剂的量根据干燥的聚合物纤维的重量计通常不超过25重量％。干燥的纤维中的极性溶剂量可以小于干燥的聚合物纤维的重量的20重量％、小于15重量％、小于10重量％、小于5重量％、小于2重量％、或小于1重量％。一般来讲，从第一溶胀的纤维中移除的溶剂越多，可以被干燥的纤维吸着的吸着物量就越大。
当极性溶剂移除时第一溶胀的聚合物纤维收缩并且可以类似具有圆柱形状的伸缩或缩小的纤维；一些干燥的聚合物纤维可以具有卵形或椭圆形横截面。干燥的聚合物纤维的横截面形状将取决于第一溶胀的聚合物纤维的横截面形状。收缩量取决于最初在第一溶胀的聚合物纤维中存在的极性溶剂的体积以及通过干燥移除的程度。
干燥的聚合物纤维(特别是在没有活性剂时)通常保持均匀的并且不含有宏观(即，大于100nm)的内部孔或通道。一般而言，当在显微镜下观察时，聚合物纤维不具有可识别的孔隙或空隙。例如，当使用环境扫描电子显微镜法观察聚合物纤维时，在放大率高达50倍的情况下没有可识别的孔，如在图5中示出的两根示例性的干燥聚合物纤维。当使用场发射扫描电子显微镜法观察时，在放大率高达100倍、高达200倍、高达500倍、高达1000倍、高达2000倍、高达5000倍、高达10,000倍、高达20,000倍、或高达50,000的情况下，一些聚合物纤维不具有可识别的孔隙。干燥的纤维可以具备高模量、高挤压强度、或其组合。这些特性可类似于或优于溶胀的聚合物纤维的特性。
可以通过多种方法中的任何方法干燥溶胀的聚合物纤维(即，可以使溶胀的纤维中的极性溶剂的至少一部分移除)，这些方法包括在(例如)对流烘箱的常规烘箱中的加热、微波炉中的加热、空气干燥、冷冻干燥、或真空干燥。用于干燥给定的纤维组合物的最佳方法取决于溶胀的聚合物纤维中存在的极性溶剂的种类和量，以及纤维中组分(例如生物活性剂)的热稳定性。当存在水时，优选的干燥方法包括常规烘箱(例如对流烘箱)、微波炉、真空炉、和冷冻干燥。对于水来说，大气压力下干燥的合适温度往往接近或超过100℃。在某些情况下可能有利的是将干燥的纤维加热至更高的温度。这可以通过缩合或