CN103360679B - 无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无纺布高分子材料领域，具体涉及一种无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒及其制备工艺。具体包括以下步骤：将重量份数为60-80份的改性处理超细碳酸钙加热到50-80℃，然后依次加入载体树脂10-20份，偶联剂3-6份，润滑剂1-3份，抗菌剂5-10份，抗氧化剂5-14份，搅拌均匀，并在170-210℃下保持10-20min，挤出造粒，得到无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒。本发明制备的产品不仅提高了填料中的无机粒子在高聚物基质中的分散性能，并且提高了无机粒子与高聚物基质的结合力，增加了碳酸钙的用量，节约了无纺布的原料成本，此外增加了无纺布的抗菌性能及抗静电性能。

Description

无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒及其制备工艺

技术领域

本发明涉及无纺布高分子材料领域，具体涉及一种无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒及其制备工艺。

背景技术

无纺布又称不织布，是由定向的或随机的纤维而构成，是新一代环保材料，具有防潮、透气、柔韧、质轻、不助燃、容易分解、无毒无刺激性、色彩丰富、价格低廉、可循环再用等特点。多采用聚丙烯等为原料，经高温熔融、喷丝、铺纲、热压卷取连续一步法生产而成。无纺布有着巨大的市场应用前景，降低无纺布的生产成本对于无纺布实用的进一步推广有着深远的影响。目前，无纺布生产中主要是靠添加无机粉体来降低其生产成本并对其进行性能改性的。为了提高无纺布聚合物的性能，改善无机粉体与聚合物基体之间的界面结合是非常必要的。相容性好的体系，其界面具有足够强的相互作用，能有效地在界面相传递、分配应力，填充体系性能优良；相容性差的体系，相互作用弱，性能差。为能得到性能优良的填充材料，通常对无机粒子进行表面处理。主要的改性方法有：表面活性剂改性、脂肪酸及其盐类改性、偶联剂改性、相容剂改性、聚合物接枝改性。其中采用偶联剂处理是最常用的方法，经适当的偶联剂处理后，填料表面的物理和化学性质改变，可改善填料与高分子基体之间的界面结合力，提高材料性能。偶联剂处理填料具有明显的局限性，一种偶联剂往往只能增容一种或几种聚合物和填料体系，而对于其他体系增容效果较差，难以满足成千上万的高分子基填充体系的增容要求。聚合物接枝则是近年来刚刚发展起来的一种无机粉体表面改性技术，它的出现不仅解决了无机纳米粉体在聚合物基体中的分散性问题，而且改善了无机纳米粉体与聚合物基体之间的界面结合，极大地提高了无机粒子填充的复合材料的性能。

碳酸钙是目前有机高聚物材料中用量最大的无机填料，由于价廉且无毒被广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料以及日用化工产品等领域。同时，碳酸钙是无纺布中用料最大的无机填料。碳酸钙粉末粒子表面具有许多强亲水性的羟基使其表现为碱性，表面是亲水疏油性的，生产过程中易形成聚结体，分散性能极差，直接应用时，由于与有机高聚物基质材料的截面性质不好．难以在基质材料中分散均匀并且形成强的结合力，导致有机高聚物的性能降低，因此需要对碳酸钙进行表面处理，以克服其表面自身的缺陷。碳酸钙粉末的表面处理就是通过物理或化学的方法将表面处理剂吸附或反映在碳酸钙粉末的表面形成表面改性层，从而改善碳酸钙粉末的表面性能，采用不同的表面处理方法和不同表面处理剂，可以得到不同性能的碳酸钙产品以满足不用要求．表面处理使碳酸钙产品获得许多优异性能，具有广阔的前景。

目前的以碳酸钙为主要成分的填料应用于无纺布时，存在着碳酸钙分散不均容易团聚且碳酸钙粒子与高聚物基质结合强度较低导致无纺布性能降低的问题。

同时，当无纺布在应用于卫生用品之类时，如口罩、卫生巾等时，对无纺布的卫生要求比较高，而目前的无纺布比较容易滋生病菌，很难保持良好的卫生条件。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒，以解决目前的以碳酸钙为主要成分的无纺布填料母粒在高聚物基质中不易分散且容易团聚、导致填料母粒中的无机粉体同高聚物基质结合力较低，极大影响了无纺布性能，以及目前的无纺布在用于卫生行业时容易滋生病菌、抗菌性能较差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒，所述无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒的原料包括以下重量份数的组分：改性处理超细碳酸钙60-80份，载体树脂10-20份，偶联剂2-8份，润滑剂1-5份，抗菌剂5-10份，抗氧化剂5-14份。

碳酸钙由于具备无机物的典型性质，使其表面具有很高的亲水性，且由于其表面的碱性特点不仅导致应用范围较小且无法与高聚物进行有效结合从而大大降低了高聚物的性能。通过采用经过改性处理的超细碳酸钙可以有效与高聚物进行结合，提高碳酸钙与高聚物基质的结合力，从而避免由于碳酸钙的加入导致高聚物性能降低过多现象的发生。载体树脂作为载体助于挤出超细碳酸钙的造粒，从而在将填料母粒添加到无纺布的纺丝原料中时，能够更加容易对填料进行分散。

作为优选方案，所述无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒的原料还包括重量份数为3-10份的纳米银粉。金属银离子具有非常高的生物活性，这意味着银离子极易同其它物质相结合，使得细菌细胞膜内外的蛋白质凝固，从而阻断细菌细胞的呼吸和繁殖过程。从而达到杀菌效果，纳米银粉的加入可以提高无纺布的杀菌效果，在用于口罩、女士用品等方面具有很好的前景。

作为优选方案，所述无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒的原料还包括重量份数为3-10份抗静电剂。抗静电剂可以消除无纺布由于摩擦发生的静电的影响，为使用带来更多的舒适性。

作为优选方案，所述改性处理超细碳酸钙的粒径为20-50nm。

作为优选方案，所述改性处理超细碳酸钙的制备方法为：

1）干燥：将超细碳酸钙在100-150℃下干燥4-8h，使其含水量≤0.01%；干燥可以消除反应过程中水分的影响，从而提高反应效率。

2）酸处理：将干燥后的超细碳酸钙在70-80℃下高速搅拌处理10-30min，并在搅拌过程中采用喷雾工艺加入重量为超细碳酸钙3-8%的有机酸；由于碳酸钙粉末的耐酸性差,表面pH值高的缺点，极大限制了其使用范围和使用量，因此为了扩大其使用范围和使用量，故用有机酸对其进行处理，有机酸不仅可以降低超细碳酸钙表面的酸性，而且有机酸具有丰富的官能团，当有机酸与碳酸钙表面反应后，会在碳酸钙表面留下较多的有机基团，而不会减少活性基团的数量，从而便于后续反应的进行，提高后续反应的效率。70-80℃的温度可以防止碳酸钙在反应过程中吸收水分，喷雾工艺能够更好地将有机酸进行均匀喷洒，使得反应更加均匀，增加产品的均匀度。

3）前处理：将酸处理后的超细碳酸钙中加入重量为超细碳酸钙0.5-1倍的有机溶剂、3-8%的甲苯二异氰酸酯和0.1-1%的羟基封端聚二甲基硅氧烷，30-60℃下高速搅拌反应30-60min；

甲苯二异氰酸酯上处于对位的异氰酸酯基具有非常高的活性，不仅可以与碳酸钙表面残留的羟基等基团进行反应，也容易和与碳酸钙表面结合的有机酸的基团进行反应，羟基封端聚二甲基硅氧烷具有非常高的活性，可以提供更多的活性基团，从而便于后续反应的进行。

4）改性处理：将前处理后的产物中加入重量为超细碳酸钙0.5-3%的端羟基聚丁二烯，60-90℃下高速搅拌反应1-2h；端羟基聚丁二烯的分子链是柔性的，当期通过甲苯二异氰酸酯和羟基封端聚二甲基硅氧烷与碳酸钙表面结合后，可以在碳酸钙表面形成一个柔性的包覆外壳，这个包覆外壳一方面将各个碳酸钙粒子进行了物理隔绝，降低了碳酸钙粒子间的结合力，另一方面，提高了碳酸钙粒子表面的有机性质，增强了碳酸钙粒子与高聚物基质之间的结合力。柔性的碳酸钙包覆壳可以在一定程度上消弱由于碳酸钙带来的感性增加。

5）干燥：将改性处理后得到的产物去除有机溶剂，并在100-150℃下干燥3-5h，得到改性处理超细碳酸钙。

作为优选方案，步骤4）中所述端羟基聚丁二烯的分子量为2800-3600。端羟基聚丁二烯的分子量的大小决定了羟值的大小，从而影响了端羟基聚丁二烯的用量，进而影响到碳酸钙粒子表面端羟基聚丁二烯的厚度。最终影响到碳酸钙与高聚物基质间的结合及整体的性能。

作为优选方案，所述载体树脂为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。

作为优选方案，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。

作为优选方案，所述润滑剂为聚乙烯蜡或乙撑双硬脂酸酰胺。

一种无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒的制备工艺，包括以下步骤：将重量份数为60-80份的包覆改性超细碳酸钙加热到50-80℃，然后依次加入载体树脂10-20份，偶联剂3-6份，润滑剂1-3份，抗菌剂5-10份，抗氧化剂5-14份，搅拌均匀，并在170-210℃下保持10-20min，挤出造粒，得到无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒。

与现有技术相比，本发明的优点为：1提高了填料中的无机粒子在高聚物基质中的分散性能，降低由于无机粒子团聚对整体性能的不利影响，2提高了无机粒子与高聚物基质的结合力，3由于碳酸钙在不影响无纺布性能的前提下填料的添加量可以更高，从而使得碳酸钙的用量得以提高，最终节约了原料成本，4改善了目前无纺布的抗菌性能，为无纺布良好的卫生提供了条件，5为无纺布的抗静电性能提供了条件，从而笑出了无纺布由于静电带来的影响。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。

实施例1：

首先采用如下方式制备改性处理超细碳酸钙：

1）干燥：将粒径为20nm的超细碳酸钙在115℃下干燥8h，使其含水量≤0.01%；

2）酸处理：将干燥后的超细碳酸钙在40℃下高速搅拌处理13min，并在搅拌过程中采用喷雾工艺加入重量为超细碳酸钙8%的有机酸；

3）前处理：将酸处理后的超细碳酸钙中加入重量为超细碳酸钙0.5倍的有机溶剂、5的甲苯二异氰酸酯和1%的羟基封端聚二甲基硅氧烷，30℃下高速搅拌反应36min；

4）改性处理：将前处理后的产物中加入重量为超细碳酸钙3%、分子量为2800的端羟基聚丁二烯，69℃下高速搅拌反应2h；

5）干燥：将改性处理后得到的产物去除有机溶剂，并在100℃下干燥4h，得到改性处理超细碳酸钙。

然后，按照如下配方对无纺布用填料母粒的原料进行配料：

改性处理超细碳酸钙80kg，载体树脂（聚氯乙烯）10kg，偶联剂（硅烷偶联剂）6kg，润滑剂（聚乙烯蜡）5kg，抗菌剂5kg，抗氧化剂8kg。

最后，按照如下步骤进行制备无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒：

将改性处理超细碳酸钙首先加热到80℃，然后依次加入载体树脂、偶联剂、润滑剂、抗菌剂、抗氧化剂，搅拌均匀，并在170℃下保持16min，挤出造粒，得到无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒。

实施例2：

首先采用如下方式制备改性处理超细碳酸钙：

1）干燥：将粒径为36nm的超细碳酸钙在150℃下干燥4h，使其含水量≤0.01%；

2）酸处理：将干燥后的超细碳酸钙在59℃下高速搅拌处理30min，并在搅拌过程中采用喷雾工艺加入重量为超细碳酸钙3%的有机酸；

3）前处理：将酸处理后的超细碳酸钙中加入重量为超细碳酸钙0.8倍的有机溶剂、8%的甲苯二异氰酸酯和0.1%的羟基封端聚二甲基硅氧烷，45℃下高速搅拌反应60min；

4）改性处理：将前处理后的产物中加入重量为超细碳酸钙0.5%、分子量为3000的端羟基聚丁二烯，90℃下高速搅拌反应1h；

5）干燥：将改性处理后得到的产物去除有机溶剂，并在115℃下干燥5h，得到改性处理超细碳酸钙。

然后，按照如下配方对无纺布用填料母粒的原料进行配料：

改性处理超细碳酸钙60kg，载体树脂（聚乙烯）16kg，偶联剂（钛酸酯偶联剂）8kg，润滑剂（硬脂酸）1kg，抗菌剂7kg，抗氧化剂14kg。

最后，按照如下步骤进行制备无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒：

将改性处理超细碳酸钙首先加热到50℃，然后依次加入载体树脂、偶联剂、润滑剂、抗菌剂、抗氧化剂，搅拌均匀，并在190℃下保持20min，挤出造粒，得到无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒。

实施例3：

首先采用如下方式制备改性处理超细碳酸钙：

1）干燥：将粒径为50nm的超细碳酸钙在100℃下干燥7h，使其含水量≤0.01%；

2）酸处理：将干燥后的超细碳酸钙在80℃下高速搅拌处理10min，并在搅拌过程中采用喷雾工艺加入重量为超细碳酸钙7%的有机酸；

3）前处理：将酸处理后的超细碳酸钙中加入重量为超细碳酸钙1倍的有机溶剂、3%的甲苯二异氰酸酯和0.6%的羟基封端聚二甲基硅氧烷，60℃下高速搅拌反应30min；

4）改性处理：将前处理后的产物中加入重量为超细碳酸钙2%、分子量为3600的端羟基聚丁二烯，60℃下高速搅拌反应1.2h；

5）干燥：将改性处理后得到的产物去除有机溶剂，并在150℃下干燥3h，得到改性处理超细碳酸钙。

然后，按照如下配方对无纺布用填料母粒的原料进行配料：

改性处理超细碳酸钙68kg，载体树脂（聚丙烯）20kg，偶联剂（硅烷偶联剂）2kg，润滑剂（乙撑双硬脂酸酰胺）4kg，抗菌剂10kg，抗氧化剂5kg。

最后，按照如下步骤进行制备无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒：

将改性处理超细碳酸钙首先加热到70℃，然后依次加入载体树脂、偶联剂、润滑剂、抗菌剂、抗氧化剂，搅拌均匀，并在210℃下保持10min，挤出造粒，得到无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒。

实施例4：

在实施例1中的配方中还加入3kg的纳米银粉。

实施例5：

在实施例2中的配方中还加入7kg的纳米银粉，3kg的抗静电剂。

实施例6：

在实施例3的配方中还加入10kg的纳米银粉，10kg的抗静电剂。

Claims (8)

1.一种无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒，其特征在于，所述无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒的原料包括以下重量份数的组分：改性处理超细碳酸钙60-80份，载体树脂10-20份，偶联剂2-8份，润滑剂1-5份，抗菌剂5-10份，抗氧化剂5-14份；

改性处理超细碳酸钙的制备方法为：

1）干燥：将超细碳酸钙在100-150℃下干燥4-8h，使其含水量≤0.01%；

2）酸处理：将干燥后的超细碳酸钙在40-80℃下高速搅拌处理10-30min，并在搅拌过程中采用喷雾工艺加入重量为超细碳酸钙3-8%的有机酸；

3）前处理：将酸处理后的超细碳酸钙中加入重量为超细碳酸钙0.5-1倍的有机溶剂、3-8%的甲苯二异氰酸酯和0.1-1%的羟基封端聚二甲基硅氧烷，30-60℃下高速搅拌反应30-60min；

4）改性处理：将前处理后的产物中加入重量为超细碳酸钙0.5-3%的端羟基聚丁二烯，60-90℃下高速搅拌反应1-2h；所述端羟基聚丁二烯的分子量为2800-3600；

5）干燥：将改性处理后得到的产物去除有机溶剂，并在100-150℃下干燥3-5h，得到改性处理超细碳酸钙。

2.根据权利要求1所述的无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒，其特征在于，所述无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒的原料还包括重量份数为3-10份的纳米银粉。

3.根据权利要求1所述的无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒，其特征在于，所述无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒的原料还包括重量份数为3-10份的抗静电剂。

4.根据权利要求1所述的无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒，其特征在于，所述改性处理超细碳酸钙的粒径为20-50nm。

5.根据权利要求1所述的无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒，其特征在于，所述载体树脂为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。

6.根据权利要求1所述的无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。

7.根据权利要求1所述的无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸或双乙撑硬脂酸酰胺。

8.一种如权利要求1所述的无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：将重量份数为60-80份的改性处理超细碳酸钙加热到50-80℃，然后依次加入载体树脂10-20份，偶联剂3-6份，润滑剂1-3份，抗菌剂5-10份，抗氧化剂5-14份，搅拌均匀，并在170-210℃下保持10-20min，挤出造粒，得到无纺布用高效增强防团聚抗菌填料母粒。