CN101338456A - 一种聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，包括：(1)将50－800g高聚物与1200－1950g纤维素酯经烘箱干燥，共混，经双螺杆挤出机熔融纺丝，在300－1200m/min的卷绕速度下卷绕，形成在纤维素酯基体中呈微/纳米尺度分散的聚烯烃/纤维素酯多组分体系纤维；(2)将上述多组分体系纤维中在丙酮溶剂中溶解，除去纤维素酯，得到热塑性高聚物微/纳米纤维集合体；(3)将上述纤维集合体经梳理机开松梳理、交叉铺网形成蓬松的纤网，再经加固成型得到非织造材料。本发明具有高效可控、环境友好、高附加值并且易于实现规模化生产的特点。
Description
技术领域
本发明属于非织造材料的制备领域，特别是涉及一种聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法。
背景技术
在众多的化学纤维新产品中，超细纤维制品以其独特的性能而风靡国际市场，世界各大公司竞相开发，不断推出新产品，其市场被日益看好。同时，超细纤维被成功的应用于非织造材料产品上，令非织造材料的品质得到了很大的提升，拓展了非织造材料的应用领域。用超细纤维制成的非织造材料具有以下特性：①纤维的弯曲刚度很小，手感特别柔软；②纤维比表面积大，吸附性增强，去污力提高，具有极强的清洁过滤功能；③纤维直径小，单位面积内纤维根数多，覆盖性、膨松性好，具有突出的防水透气效果。正是由于超细纤维赋予非织造材料的卓越特性，使得超细纤维非织造材料在液体或空气过滤、功能防护服、合成革、高效清洁材料等方面均有广泛应用。
聚烯烃是非织造材料中使用最广泛的原料之一，包括聚丙烯、聚乙烯及其共聚物或共混物。其纺丝过程相对简单易控，原料耗和能耗较低，纤维及其非织造材料的品质良好，因此一直为非织造材料的主要使用原料。随着超细纤维非织造材料的不断开发与应用，聚烯烃超细纤维的开发与应用也在不断提高。
目前非织造材料中所用超细纤维的制备方法主要有：超倍拉伸法、双组分复合纺丝法、直接纺丝法等。但是这些方法普遍存在着产量低、设备投资大，并且制备出的纤维细度受到限制等问题。如超拉伸法的后拉伸工艺控制不稳定、设备产率低、难以适应大规模生产。双组分复合纺丝主要包括“定岛”和“不定岛”两种“海-岛”型纺丝法，“定岛”型的纺丝组件构造复杂、加工难度高、设备投资大；而“不定岛”型的难以找到合适的聚合物对，如聚烯烃尚未找到合适的聚合物对。直接纺丝法中最常用的是静电纺丝法和熔喷法，但是静电纺丝法的效率低，而且主要针对溶液体系；而熔喷法仅获得微米和超微米尺寸的纤维等。上述这些问题使得聚烯烃超细纤维非织造材料的研究开发受到很大影响。所以，需要研究开发高效可控、且环境友好的方法，来开发和制备聚烯烃超细纤维及其非织造材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，本发明高效可控、环境友好，具有高附加值，且易于实现规模化生产，所得聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的过滤吸附效果显著。
本发明的一种聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，包括：
(1)将50-800g高聚物与1200-1950g纤维素酯经烘箱干燥，共混，经双螺杆挤出机熔融纺丝，在300-1200m/min的卷绕速度下卷绕，形成在纤维素酯基体中呈微/纳米尺度分散的聚烯烃/纤维素酯多组分体系纤维；
(2)将上述多组分体系纤维中在溶剂中溶解，除去纤维素酯，得到连续热塑性高聚物微/纳米纤维集合体；
(3)将上述纤维集合体经梳理机开松梳理、交叉铺网形成蓬松的纤网，再经加固成型得到非织造材料。
所述的步骤(1)中高聚物为共聚物或共混物，纤维素酯为乙酸丁酸纤维素酯。
所述的步骤(1)中高聚物为聚丙烯、聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯或聚乙烯接枝聚乙烯醇。
所述的步骤(1)中高聚物在多组分体系纤维中的质量分数为2.5-40％。
所述的步骤(1)中纺丝条件包括纺丝温度：190-250℃；喷丝板：36×0.3mm或20×0.2mm；冷却条件：中等环吹风或强环吹风。
所述的步骤(2)中溶剂为丙酮、甲醇或乙醇，加水沉淀后能回收纤维素酯，混合体系经蒸馏也能回收利用。
所述的步骤(2)中优选的溶剂为丙酮。
所述的步骤(2)中高聚物微/纳米纤维集合体的直径为50-500nm。
所述的步骤(3)中的梳理机可采用盖板-罗拉式，纵向针数选择密区30-35行，稀区10-15行；纵向针根距选择密区0.35-0.55mm，稀区0.45-0.75mm；锡林速度为220-350r/min。
所述的步骤(3)中纤网的加固成型工艺为水刺、针刺或热压。
步骤(3)为梳理成网过程，所得到超细纤维在宏观上表现聚集的形态，但是超细纤维之间的粘结力较弱，在梳理针布的梳理作用下会发生局部开纤。采用“多点开松，柔和打击”的方式，适当增加打击点，降低打手的速度，减少打击力，以减少纤维的损伤和缠绕、降低梳理机的负荷、提高纤网的均匀度。
步骤(4)的纤网加固可以选择的方式比较多，可选择水刺、针刺和热压等加固工艺。根据超细纤维的性质和非织造材料的用途，一般选择水刺加固工艺。选用水刺加固时，为了取得良好的缠结效果，关键是选取每一道水刺水针板的规格型号，同时合理设置前后水刺的压力，既使产品具有良好的物理性能，又能有效降低能源的消耗。
本发明采用一种高效可控、具有普适性、且环境友好的方法所制备聚烯烃微/纳米纤维集合体应用于非织造材料领域，开发了一种新型聚烯烃微/纳米纤维非织造材料，本发明环境友好，具有高附加值并且易于实现规模化生产，所得的聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的过滤吸附效果显著，将在液体和气体过滤净化等方面发挥巨大的作用。
有益效果
(1)本发明高效可控、环境友好，具有高附加值并且易于实现规模化生产；
(2)所得聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的过滤吸附效果显著，将在液体和气体过滤净化等方面发挥巨大的作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
1950克乙酸丁酸纤维素、50克聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。纺丝温度：230℃；喷丝板：36×0.3mm；冷却条件：强环吹风；卷绕速度：1200m/min。多组分共混纤维中的乙酸丁酸纤维素采用丙酮溶解获得聚丙烯微/纳米纤维集合体，经扫描电镜观察纳米纤维的直径范围为50-500nm。收集所制的聚丙烯微/纳米纤维集合体，经开松梳理成为蓬松的纤网，经水刺加固，即得到聚乙烯微/纳米纤维非织造材料。
实施例2
1800克乙酸丁酸纤维素、200克聚乙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚乙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。纺丝温度：240℃；喷丝板：20×0.2mm；冷却条件：强环吹风；卷绕速度：500m/min。多组分共混纤维中的乙酸丁酸纤维素采用丙酮溶解获得聚乙烯微/纳米纤维集合体，经扫描电镜观察纳米纤维的直径范围为50-500nm。收集所制的聚乙烯微/纳米纤维集合体，经开松梳理成为蓬松的纤网，经水刺加固，即得到聚乙烯微/纳米纤维非织造材料。
实施例3
1600克乙酸丁酸纤维素、400克聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。纺丝温度：250℃；喷丝板：36×0.3mm；冷却条件：强环吹风；卷绕速度：400m/min。多组分共混纤维中的乙酸丁酸纤维素采用丙酮溶解获得聚丙烯微/纳米纤维集合体，经扫描电镜观察纳米纤维的直径范围为50-500nm。收集所制的聚丙烯微/纳米纤维集合体，经开松梳理成为蓬松的纤网，将蓬松的纤网经过水刺加固，即得到聚烯烃微/纳米纤维非织造材料。
实施例4
1200克乙酸丁酸纤维素、800克聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。纺丝温度：250℃；喷丝板：36×0.3mm；冷却条件：强环吹风；卷绕速度：300m/min。多组分共混纤维中的乙酸丁酸纤维素采用丙酮溶解获得聚丙烯微/纳米纤维集合体，经扫描电镜观察纳米纤维的直径范围为50-500nm。收集所制的聚丙烯微/纳米纤维集合体，经开松梳理成为蓬松的纤网，将蓬松的纤网经过水刺加固，即得到聚烯烃微/纳米纤维非织造材料。
实施例5
1800克乙酸丁酸纤维素、200克聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。纺丝温度：250℃；喷丝板：20×0.2mm；冷却条件：中等环吹风；卷绕速度：600m/min。多组分共混纤维中的乙酸丁酸纤维素采用丙酮溶解即获得聚丙烯微/米纤维集合体，经扫描电镜观察纳米纤维的直径范围为50-500nm。收集所制备的聚丙烯微/纳米纤维集合体，经开松梳理成为蓬松的纤网，经水刺加固，即得聚烯烃微/纳米纤维非织造材料。
实施例6
1800克乙酸丁酸纤维素、200克马来酸酐接枝聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得马来酸酐接枝聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。纺丝温度：240℃；喷丝板：20×0.2mm；冷却条件：强环吹风；卷绕速度：500m/min。多组分共混纤维中的乙酸丁酸纤维素采用丙酮溶解即获得马来酸酐接枝聚丙烯微/纳米纤维集合体，经扫描电镜观察纳米纤维直径范围为50-500nm。收集所制备的马来酸酐接枝聚丙烯微/米纤维集合体，经开松梳理成为蓬松的纤网，经水刺加固，即得到马来酸酐接枝聚丙烯微/纳米纤维非织造材料。
实施例7
1800克乙酸丁酸纤维素、200克聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。纺丝温度：240℃；喷丝板：36×0.3mm；冷却条件：强环吹风；卷绕速度：600m/min。共混纤维中的乙酸丁酸纤维素采用丙酮溶解获得聚丙烯微/纳米纤维集合体，经扫描电镜观察纳米纤维的直径范围为50-500nm。收集所制备的聚丙烯微/纳米纤维集合体，经开松梳理成为蓬松的纤网，经针刺加固，即得到聚丙烯微/纳米纤维非织造材料。
实施例8
1800克乙酸丁酸纤维素、200克聚乙烯接枝聚乙烯醇经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚乙烯接枝聚乙烯醇/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。纺丝温度：240℃；喷丝板：36×0.3mm；冷却条件：中等环吹风；卷绕速度：600m/min。共混纤维中的乙酸丁酸纤维素采用丙酮溶解获得聚乙烯接枝聚乙烯醇微/纳米纤维集合体，经扫描电镜观察纳米纤维的直径范围为50-500nm。收集所制备的聚乙烯接枝聚乙烯醇微/纳米纤维集合体，经开松梳理成为蓬松的纤网，经针刺加固，即得到聚乙烯接枝聚乙烯醇微/纳米纤维非织造材料。
Claims (9)
1.一种聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，包括：
(1)将50-800g高聚物与1200-1950g纤维素酯经烘箱干燥，共混，经双螺杆挤出机熔融纺丝，在300-1200m/min的卷绕速度下卷绕，形成在纤维素酯基体中呈微/纳米尺度分散的聚烯烃/纤维素酯多组分体系纤维；
(2)将上述多组分体系纤维中在溶剂中溶解，除去纤维素酯，得到连续热塑性高聚物微/纳米纤维集合体；
(3)将上述纤维集合体经梳理机开松梳理、交叉铺网形成蓬松的纤网，再经加固成型得到非织造材料。
2.根据权利要求1所述的聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中高聚物为共聚物或共混物，其在多组分体系纤维中的质量分数为2.5-40％；纤维素酯为乙酸丁酸纤维素酯。
3.根据权利要求2所述的聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，其特征在于：所述的高聚物为聚丙烯、聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯或聚乙烯接枝聚乙烯醇。
4.根据权利要求1所述的聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中纺丝条件包括纺丝温度：190-250℃；喷丝板：36×0.3mm或20×0.2mm；冷却条件：中等环吹风或强环吹风。
5.根据权利要求1所述的聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中溶剂为丙酮、甲醇或乙醇，加水沉淀后能回收纤维素酯，混合体系经蒸馏也能回收利用。
6.根据权利要求5所述的聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为丙酮。
7.根据权利要求1所述的聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中高聚物微/纳米纤维集合体的直径为50-500nm。
8.根据权利要求1所述的聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的梳理机采用盖板-罗拉式，纵向针数选择密区30-35行，稀区10-15行；纵向针根距选择密区0.35-0.55mm，稀区0.45-0.75mm；锡林速度为220-350r/min。
9.根据权利要求1所述的聚烯烃微/纳米纤维非织造材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中纤网的加固成型工艺为水刺、针刺或热压。
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