CN103252951B - 一种高透湿生物降解多层复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高透湿生物降解多层复合材料。目前的胶复合产品由于所用普通胶不透气，会使面料透湿性能大大下降，影响穿着的舒适性，而且普通胶水不溶解于水，会形成一定量的水溶解残留。本发明的复合材料由至少一层水溶性可生物降解的聚乙烯醇薄膜和至少一层水溶性可生物降解的聚乙烯醇非织造布复合而成，其特征在于，所述的聚乙烯醇薄膜与聚乙烯醇非织造布采用水溶性胶粘剂复合而成，使聚乙烯醇薄膜与聚乙烯醇非织造布之间形成多个胶点。本发明复合后的成品可以完全溶解于水，配合高温水溶的聚乙烯醇薄膜和水溶性聚乙烯醇非织造布，制成的多层复合材料，更适合于有气、液体阻隔需求，且有生物降解、水溶解需求的防护服的应用。
Description
本发明涉及多层复合材料领域，具体地说是一种生物降解的水溶性聚乙烯醇薄膜与同种材料的非织造布层压复合制成的高透湿纺织材料。
背景技术
聚乙烯醇树脂经溶解、溶液纺丝、高倍拉伸、干燥定型、短切清洗、卷曲烘干后生产出的短纤维，经梳理水刺制成的非织造布，具有较高的拉伸强度、良好的透气性能，且特别轻薄柔软，使用舒适，具有完全生物降解性，可以制成多种一次性防护服、工作服、鞋套、帽等制品。
然而，现有非织造布，其纤维间存在较大的间隙，使得这种材料在某些场合的使用上有很大的局限性，如大量应用于医疗、消防、电站、防化等领域的防护服，需要有液体阻隔性、固体尘埃阻隔性要求，但现有非织造布就无法满足上述要求。
为了解决非织造布的阻隔性难题，人们采取了许多的措施，试图改善无纺布面料的阻隔性。如采用超细纤维以特殊工艺制成超细孔隙的杜邦Tyvek、采用聚丙烯纺粘/融喷复合工艺制成的超细孔隙的SM、SMS、SMMS复合无纺布、采用PU涂层、采用PU/TFPE薄膜复合、对无纺布进行拒水处理，甚至采用普通PP无纺布与聚烯烃类薄膜进行多层复合等。以上的解决方案中，不但存在面料透湿性不够好的缺陷，而且生产的材料均为非可降解材料，而这类材料作为大量的一次性产品的原材料，它们的回收销毁不仅要产生巨大的费用，而且更主要的是在处理时，无论是焚烧或填埋，都会对环境造成较大的损害。
聚乙烯醇薄膜（PVA薄膜），不但具有比普通薄膜更好的强度、透明度、耐化学物品性、耐油性、可印刷性、可热封性、抗静电性等优点，而且还具有特殊的气体阻隔性、保香性、光泽度。聚乙烯醇薄膜最突出的特点是它具有水溶性、可生物降解性。聚乙烯醇薄膜具有一定结晶度，通过某些特殊工艺过程，可以调节薄膜的结晶度，达到薄膜在常温下对水起阻隔作用，而在较高温度（如90-100℃）下，薄膜具有水溶性。由于非晶区的存在，聚乙烯醇薄膜还有一定的透湿性能，它的透湿机理并不主要像传统的透气膜那样完全依赖于微孔透湿，它还可以通过水份在薄膜中的溶解和挥发，使水分得以通过薄膜进行传导。聚乙烯醇薄膜的这些性能，使得它非常适合用于生产用于可生物降解的阻隔性高透湿的多层复合材料。
传统的多层复合方式中，有热融复合、胶复合、挤出复合等复合方式。这些复合方式，都有其自身的优缺点。反映在产品性能上，热融复合方式是指以薄膜和非织布同时受热，加压熔合的复合方式；而聚乙烯醇的热分解温度与熔融温度过于接近，很难以此方法获得剥离强度好的复合产品，且即使热融复合能勉强达到剥离强度一定值，但生产效率低，加工成本非常高。胶复合产品由于目前所用普通胶不透气，会使面料透湿性能大大下降，影响穿着的舒适性，而且普通胶水不溶解于水，会形成一定量的水溶解残留。挤出复合适合于聚烯烃薄膜的在线复合，但采用聚乙烯醇薄膜作为复合材料，目前在熔融挤出技术方面，技术上还很不成熟，以目前的技术、工艺水平，还难以做到。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有聚乙烯醇非织造布与聚乙烯醇薄膜胶复合技术存在的缺陷，提供一种适合一次性产品使用的低成本、具有阻隔性、高透湿性能的能完全溶解于水的复合材料。
为此，本发明采用的技术方案如下：一种高透湿生物降解多层复合材料，所述的复合材料由至少一层水溶性可生物降解的聚乙烯醇薄膜和至少一层水溶性可生物降解的聚乙烯醇非织造布复合而成，其特征在于，所述的聚乙烯醇薄膜与聚乙烯醇非织造布采用水溶性胶粘剂复合而成，使聚乙烯醇薄膜与聚乙烯醇非织造布之间形成多个胶点；所述的水溶性胶粘剂由主体材料为醇解度99%以上的聚乙烯醇树脂，溶解于热水中，添加5-30phr的丙三醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、三乙醇胺、丁二醇中的一种或数种作为增塑剂，添加0.01-2phr的改性聚醚有机硅、硬脂酸、烷基苯磺酸钠中的一种或数种作为润湿剂，制得的水溶性胶粘剂的固含量为5-30%；所述聚乙烯醇薄膜与聚乙烯醇非织造布的复合工艺采用网印法或凹版印刷法的施胶方法，施胶量为3-90g/sm。
为了使最终产品能够完全溶解在水里，本发明中所用的水溶性胶粘剂是为本发明特别配制。考虑到最终产品有可能接触到水，为保证复合材料的使用性能，胶粘剂在遇到常温水时，仍应保持较好的粘接性能，而在高温(90-100℃)下，它又能迅速地溶解于水，本发明采用醇解度为99%以上的聚乙烯醇树脂，对树脂的聚合度可不作要求，但是，不同的聚合度树脂，配成的胶水粘度是不同的，需要根据复合工艺调整其固含量(一般控制在5-30%)，并尽可能使用低聚合度树脂、高固含量胶水。为使复合材料保持优良的柔软性，本发明在胶粘剂中添加了增塑剂，在不影响粘接强度和高温水溶解性的前提下，尽可能地提高胶粘剂的柔软性。为提高胶粘剂的粘接强度，本发明在胶粘剂中加入了表面活性剂作为润湿剂，以增加胶粘剂与薄膜、非织造布纤维表面的润湿性能。
采用网印法或凹版印刷法的施胶方法，将胶粘剂施加到聚乙烯醇薄膜或者非织造布的复合面上。网印法，可以是平网印刷、圆网印刷等工艺，为了保持最终复合材料的柔软特性，最好采用平网或圆网印刷法。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采取以下技术措施：
所述施胶方法的具体步骤如下：将聚乙烯醇薄膜和聚乙烯醇非织布分别装在上胶复合机上的各自的放卷架上，分别通过各自的自动张力控制器和自动纠偏装置后，通过施胶设备对聚乙烯醇薄膜复合面施加水溶性胶粘剂，然后迅速与聚乙烯醇非织造布一起复合，之后导入中心加热的热碾压辊表面，进行至少一次热碾压，一次热碾压的还需要针铗保幅补充烘干，最后冷却、切边、收卷。以进行二次以上的热碾压为最佳。
聚乙烯醇薄膜经施加胶粘剂后，由于胶粘剂本身带有一定量的水分，薄膜遇水后，时间久了会产生形变，皱纹等缺陷，严重时还会出现在后道热碾压时穿孔、粘辊等现象，影响产品外观和性能，阻碍生产正常持续进行，因此，聚乙烯醇薄膜从施胶后到热碾压辊开始碾压前的时间间隔尽可能短，通常控制在0.3min以内；所述热碾压辊表面的温度调节，与胶粘剂的固含量、施胶量和形状分布有关，以面料不粘辊、不产生缺陷时的最高温度为限，所述热碾压辊表面的温度控制在30-200℃，优选在50-150℃，更优选在70-130℃；施胶量优选为5-60g/sm，更优选为9-40g/sm。
为防止胶粘剂和薄膜在加热碾压时沾粘污染热碾压辊，在热碾压辊的表面进行特氟龙涂料涂装处理、有机硅胶涂布处理或者包覆特氟龙不沾布，形成不沾处理层。
施胶时，将多个胶点以点状、字母或花纹形状间隔印刷在聚乙烯醇薄膜或聚乙烯醇非织造布的复合面上，相邻胶点之间的距离为1-20mm，以达到保持最终复合材料柔软特性、高透湿性和节省胶用量的目的。
所述复合材料的透湿性能达到4500g/sm.d以上，所述的聚乙烯醇薄膜为透明薄膜、磨砂面薄膜或花纹薄膜，其厚度为0.005-0.2mm，优选为0.01-0.04mm；所述聚乙烯醇非织造布的克重在30-130g/sqm，优选为55-110g/sqm。
本发明具有的有益效果：由于采用的胶粘剂是水溶性胶水，复合后的成品可以完全溶解于水，配合高温水溶的聚乙烯醇薄膜和水溶性聚乙烯醇非织造布，制成的多层复合材料，更适合于有气、液体阻隔需求，且有生物降解、水溶解需求的防护服的应用。这种应用主要在于核工业防护方面，通过对使用后被放射性尘埃污染的防护服进行高温水溶解，溶液经超细微过滤后，除去放射性沾染尘埃的滤液可以排放到土壤中，在自然环境下生物降解，而富含放射性沾染尘埃的滤芯则进行无害化深埋处理，可以极大地减少需要无害化深埋处理的一次性防护服的数量，减少核工业对环境的损害，降低运行费用。
相对于复合材料现有的超声波复合方法，本发明所用的胶复合工艺生产效率高，生产成本低廉，更适合于一次性防护服方面的应用。
附图说明
图1为本发明双层复合材料的结构示意图。
图中：16.聚乙烯醇薄膜层；17.聚乙烯醇无纺布层；18.胶点。
图2-3为本发明胶复合时采用的两种施胶形状。
图4为本发明凹版印胶胶复合工艺的流程示意图。
图5为本发明圆网印胶胶复合工艺的流程示意图。
图中：1.聚乙烯醇薄膜放卷架；2.薄膜的自动纠偏装置和自动张力控制器；3.带清理功能的压辊；4.施胶设备；5.聚乙烯醇非织造布放卷架；6.非织造布的自动纠偏装置和自动张力控制器；7.第一导辊；8.压辊；9.第一热碾压辊；10.第二导辊；11.第二热碾压辊；12.冷却辊；13.复合材料收卷架；14.带针铗的烘箱；15.圆网主辊。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
采用45g/sm水溶性聚乙烯醇水刺非织造布和0.025mm透湿聚乙烯醇磨砂风格薄膜进行复合，薄膜的磨砂面向外，光面作为复合施胶面。
采用的水溶性胶粘剂配方：0499聚乙烯醇树脂100phr，丙三醇15phr，改性聚醚有机硅润湿剂0.3phr，水300phr，固含量28%。施胶量30g/sm。
如图4，采用的施胶工艺为凹版印刷法，施胶形状如图2(圆点状，相邻胶点之间的距离为3-10mm)。将聚乙烯醇薄膜和聚乙烯醇非织布分别装在上胶复合机上的各自的放卷架1、5上，分别通过各自的自动张力控制器和自动纠偏装置2、6后，通过施胶设备4对聚乙烯醇薄膜复合面施加水溶性胶粘剂，然后迅速与聚乙烯醇非织造布一起复合，导入中心加热的热碾压辊9、11表面，进行碾压，经冷却后切边、收卷。
复合速度为20m/min，热碾压辊表面温度为90℃，采用二次热碾压，然后以中心冷却水循环的冷却辊12冷却。
得到的复合材料，其性能如下（此实例面料用于制造防护服，具有良好的透湿性和柔软性）：
透湿性：5300g/sm.d；
雪莉硬挺度：4；
水溶残渣：0；
干剥离强度：15N/3”；
湿剥离强度：3.7N/3”。
实施例2
采用60g/sm水溶性聚乙烯醇水刺非织造布与0.04mm聚乙烯醇透明彩色薄膜进行复合。
采用的水溶性胶粘剂配方：
0499聚乙烯醇树脂100phr，丙三醇15phr，改性聚醚有机硅润湿剂0.3phr，水400phr，固含量22%。施胶量60g/sm。
采用的施胶工艺为凹版印刷法，施胶形状如图3(菱形，相邻胶点之间的距离为1-5mm)。
复合速度为15m/min，热碾压辊表面温度为120℃，采用一次热碾压，然后经针铗保幅烘干，最后以中心冷却水循环的冷却辊冷却。
得到的复合材料，其性能如下(此产品作为铺地材料，没有透湿要求，但有防渗漏要求，如静水压)：
静水压：2500mm H2O；
雪莉硬挺度：7；
水溶残渣：0；
干剥离强度：18N/3”；
湿剥离强度：5N/3”。
实施例3
采用60g/sm水溶性聚乙烯醇水刺非织造布与0.025mm聚乙烯醇无色透明薄膜进行复合。
采用的水溶性胶粘剂配方：
0499聚乙烯醇树脂100phr，烷基苯磺酸钠润湿剂0.2phr，水350phr，固含量22%。施胶量30g/sm。
如图5，采用的施胶工艺为圆网印刷法，施胶形状如图2(圆点状，相邻胶点之间的距离为3-10mm)。将聚乙烯醇薄膜和聚乙烯醇非织布分别装在上胶复合机上的各自的放卷架1、5上，分别通过各自的自动张力控制器和自动纠偏装置后，通过圆网主辊15对聚乙烯醇非织造布复合面施加水溶性胶粘剂，然后通过压辊8和第一热碾压辊9迅速与聚乙烯醇非织造布一起复合碾压，导入针铗后，经轨道进入烘箱14烘干，经冷却辊12冷却后切边、收卷。
复合速度为20m/min，热碾压辊表面温度为90℃，采用一次热碾压，然后以针铗保幅烘干，以中心冷却水循环的冷却辊12冷却。
得到的复合材料，其性能如下 (此产品作为窗帘悬挂材料，没有透湿要求,也没有柔软度要求，但有防渗漏要求，如静水压) ：
静水压：500mm H2O；
水溶残渣：0；
干剥离强度：8N/3”；
湿剥离强度：3N/3”。
实施例4
采用45g/sm水溶性聚乙烯醇水刺非织造印花布与0.025mm聚乙烯醇无色透明薄膜进行复合。
采用的水溶性胶粘剂配方：
0499聚乙烯醇树脂100phr，烷基苯磺酸钠润湿剂0.2phr，三乙醇胺10phr,水450phr，固含量20%。施胶量40g/sm。
如图5，采用的施胶工艺为圆网印刷法，施胶形状如图2(圆点状，相邻胶点之间的距离为3-10mm)。
复合速度为25m/min，热碾压辊表面温度为80℃，采用一次热碾压，然后以针铗保幅烘干，以中心冷却水循环的冷却辊12冷却。
得到的复合材料，其性能如下(此产品作为设备罩材料，没有透湿要求，但有防渗漏要求，如静水压) ：
静水压：500mmH2O；
雪莉硬挺度：6；
水溶残渣：0；
干剥离强度：10N/3”；
湿剥离强度：5N/3”。
Claims (9)
1.一种高透湿生物降解多层复合材料，所述的复合材料由至少一层水溶性可生物降解的聚乙烯醇薄膜和至少一层水溶性可生物降解的聚乙烯醇非织造布复合而成，其特征在于，所述的聚乙烯醇薄膜与聚乙烯醇非织造布采用水溶性胶粘剂复合而成，使聚乙烯醇薄膜与聚乙烯醇非织造布之间形成多个胶点；所述的水溶性胶粘剂由主体材料为醇解度99%以上的聚乙烯醇树脂，溶解于热水中，添加5-30phr的丙三醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、三乙醇胺、丁二醇中的一种或数种作为增塑剂，添加0.01-2phr的改性聚醚有机硅、硬脂酸、烷基苯磺酸钠中的一种或数种作为润湿剂，制得的水溶性胶粘剂的固含量为5-30%；所述聚乙烯醇薄膜与聚乙烯醇非织造布的复合工艺采用网印法或凹版印刷法的施胶方法，施胶量为3-90g/sm；
所述施胶方法的具体步骤如下：将聚乙烯醇薄膜和聚乙烯醇非织布分别装在上胶复合机上的各自的放卷架上，分别通过各自的自动张力控制器和自动纠偏装置后，通过施胶设备对聚乙烯醇薄膜复合面施加水溶性胶粘剂，然后迅速与聚乙烯醇非织造布一起复合，之后导入中心加热的热碾压辊表面，进行至少一次热碾压，一次热碾压的还需要针铗保幅补充烘干，最后冷却、切边、收卷。
2.根据权利要求1所述的高透湿生物降解多层复合材料，其特征在于，所述的聚乙烯醇薄膜从施胶后到热碾压辊开始碾压前的时间间隔尽可能短；所述热碾压辊表面的温度调节，与胶粘剂的固含量、施胶量和形状分布有关，以面料不粘辊、不产生缺陷时的最高温度为限。
3.根据权利要求2所述的高透湿生物降解多层复合材料，其特征在于，所述的聚乙烯醇薄膜从施胶后到热碾压辊开始碾压前的时间间隔在1min以内；所述热碾压辊表面的温度控制在30-200℃。
4.根据权利要求3所述的高透湿生物降解多层复合材料，其特征在于，所述热碾压辊表面的温度控制在50-150℃，施胶量为5-60g/sm。
5.根据权利要求4所述的高透湿生物降解多层复合材料，其特征在于，所述热碾压辊表面的温度控制在70-130℃，施胶量为9-40g/sm。
6.根据权利要求1所述的高透湿生物降解多层复合材料，其特征在于，在热碾压辊的表面进行特氟龙涂料涂装处理、有机硅胶涂布处理或者包覆特氟龙不沾布，形成不沾处理层。
7.根据权利要求1所述的高透湿生物降解多层复合材料，其特征在于，施胶时，将多个胶点以点状、字母或花纹形状间隔印刷在聚乙烯醇薄膜或聚乙烯醇非织造布的复合面上，相邻胶点之间的距离为1-20mm。
8.根据权利要求1所述的高透湿生物降解多层复合材料，其特征在于，所述复合材料的透湿性能达到4500g/sm.d以上，所述的聚乙烯醇薄膜为透明薄膜、磨砂面薄膜或花纹薄膜，其厚度为0.005-0.2mm；所述聚乙烯醇非织造布的克重在30-130g/sqm。
9.根据权利要求8所述的高透湿生物降解多层复合材料，其特征在于，所述聚乙烯醇薄膜的厚度为0.01-0.04mm，所述聚乙烯醇非织造布的克重在55-110g/sqm。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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