CN104844939A - 非粘性高摩擦系数高分子材料、无纺布复合材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非粘性高摩擦系数高分子材料、无纺布复合材料及其应用，（a）它包含等规聚丙烯高分子或/和等规聚丙烯衍生物；（c）所述等规聚丙烯高分子或/和其衍生物的流速参量为5~15。该高分子材料可解决传统上胶医用鞋套耐磨性差、防滑性差、容易掉胶、胶粘接异物、工序复杂、成本高等缺点，传统上胶医用鞋套因夏季运输途中不耐高温互相粘结，本发明的防滑部还具有耐高温不发粘的特性。本发明所公开的非粘性高摩擦系数高分子材料及其制得的薄膜及其复合材料可用于家用、农业用、工业用及医用等领域；还可用于手术铺巾、手术台布、美容铺巾、车用防滑垫、马桶垫、堆高包装袋、货架陈列台面等。

Description

非粘性高摩擦系数高分子材料、无纺布复合材料及其应用
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种非粘性高摩擦系数高分子材料、无纺布复合材料及其应用。
背景技术
很多居家、商业和工业场合，需要用到具有高摩擦系数的薄膜及复合物，如桌布、盖布、鞋套等。聚乙烯和聚丙烯因其价格低、生产工艺成熟，在民生、农业、医疗卫生行业一直占有很高的使用比例。目前市场上的聚乙烯、聚丙烯薄膜本身摩擦系数很低，一般为0.2-0.3，不具有很好的防滑性能，应用受到很多限制。聚丙烯无纺布因其价格低、生产工艺成熟、且为炭氢结构的非极性聚合物，具有吸水性低、耐化学药品性能好、细菌病毒侵入难，与人体皮肤无刺激、无毒性等优点，因此医疗卫生领域几乎都使用聚丙烯无纺布。但聚丙烯为非极性高分子，而且纤维表面光滑，单独用无纺布制得的制品不具有高的摩擦系数，需要在表面加上一层高摩擦系数的材料达到增加防滑性的作用，从而可应用于要求具有很好防滑性的场合。
现有市场上很多医用材料(如医用鞋套)的防滑是在无纺布表面涂上一层具有粘性的水胶或热熔胶，这些具有粘性的水胶及热熔胶会与接触面产生高的摩擦力来达到防滑效果，摩擦系数一般在0.3-0.8。常用的水胶及热熔胶，如聚醋酸乙烯酯、乙烯-醋酸乙烯、丙烯酸酯、聚苯乙烯类、乙烯醋酸乙烯类、丙烯酸类等，这些水胶及热熔胶皆为带有极性的化学物质。涂布在非极性聚丙烯的织造物上，相互间的结合只有微弱的分子间范德华力，分子间没有互相缠绕，所以粘合强度低；为保证可进行容易上胶，必须要选用分子量小、分子量分布宽的胶水，固化后胶本身强度差。这些缺点会造成材料与接触面摩擦时容易掉胶。掉胶即是防滑胶水层脱离无纺布，导致不防滑，同时胶粘性大，脱落的胶会粘于接触面，造成接触面清洁困难；同时胶粘到接触面，若没有及时清理，使脏物和病毒聚集，对环境控制造成困难；尤其对于要求无菌环境的手术室，可能造成手术感染的风险，存在很多隐患。水胶的涂布过程中水胶要经过润湿、扩散、干燥固化等工序，工序复杂，同时水胶粘度随环境和时间变数大，加工不易，产品品质稳定性差，上胶机器清理清理保养困难。热熔胶需要使用较高温度及压力，胶水容易劣化，同样也是有产品品质稳定性差，上胶机器清理清理保养困难等缺点。因此亟待开发一种非粘性高摩擦系数以及制作工艺简单的材料解决上述问题。
目前市场上也有防滑材料，通过在聚乙烯薄膜层添加高摩擦系数材料，如乙烯弹性体来增加防滑性，但因聚乙烯和聚丙烯为不同的高分子，热复合无法形成均匀的单相，分子间没有互相缠绕，两种高分子的界面只靠微弱的范德华力结合，接合强度小。也有使用热熔胶贴合的复合面料，材料灭菌和使用过程，因温度和压力的变化，中间层的热胶会渗漏到无纺布的最外层，使材料折叠后的层与层互相粘接，手术时展开困难，同时漏出的胶粘结异物，存在手术交叉感染的风险。
目前市场上材料存在以上所述的种种缺陷，应用受到很多限制，因此亟待开发一种不具有粘性并有高摩擦系数的材料，解决目前市场上的产品粘接异物、耐磨性差、防滑性差、容易滑动、滑落等缺点。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种非粘性高摩擦系数高分子材料。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种非粘性高摩擦系数高分子材料，
(a)所述非粘性高摩擦系数高分子材料为等规聚丙烯高分子或/和其衍生物；
(b)所述等规聚丙烯高分子或/和其衍生物的流速参量为5～15，，优选为5.5～8；所述流速参量的计算公式为(MI5KG-MI2.16KG)/(5-2.16)，式中MI5kg、MI2.16kg分别为按照ASTMD1238标准(热塑性塑料熔体流动速率的标准测试方法)在190℃条件下按照测试载荷分别为5kg、2.16kg时测定的熔融指数，即这两个载荷的熔融指数增量和载荷增量的比值，代表材料对剪切力的敏感性。
优选的，非粘性高摩擦系数高分子材料，(a)包含等规聚丙烯结构或/和等规聚丙烯衍生物结构(这里的聚丙烯衍生物结构是指其接枝或嵌段有乙基、丁基、已基和辛基等常见基团的聚丙烯结构)，具体指它的结构通式或其组分的结构通式中包含规聚丙烯或/和等规聚丙烯衍生物结构嵌段，这种化学结构嵌段可以是无规则的，也可以是规格排布的；(b)所述非粘性高摩擦系数高分子材料的流速参量或其组分的流速参量为5～15。
优选地，非粘性高摩擦系数材料，(a)它包含等规共聚聚丙烯弹性体或/和等规均聚聚丙烯；(b)所述等规共聚聚丙烯弹性体结构通式中含有质量百分比为5～30％的聚乙烯结构；
(c)所述等规均聚聚丙烯的熔融指数为1～15g/10min，即按照ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16KG时测定的熔融指数为1-15g/10min。
优选地，所述等规聚丙烯高分子及其衍生物的的熔融指数为0.5～20g/10min，即按照ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16KG时测定的熔融指数为0.5-20g/10min，优选为1-15g/10min。所述非粘性高摩擦系数高分子材料的密度为0.7～1.1g/cm3，优选为0.8-1.05g/cm3，其测定标准参考ASTM D1505。
进一步优选的，所述非粘性高摩擦系数高分子材料的原料配方中包含以下质量分数的组分：等规共聚聚丙烯弹性体20～90％；等规均聚聚丙烯10～80％，爽滑剂、开口剂、抗静电剂、色母、阻燃剂、抗菌剂、填充剂均为0～10％，具体可以根据实际需要进行添加，需要注意的是当将多种添加剂(例如爽滑剂、抗静电剂、抗菌剂和阻燃剂)组合使用时能够取得一定的意想不到的效果：提高高分子材料的韧性以及与其它物质的粘结力。或者混合比例为等规共聚聚丙烯弹性体10～99.5％，聚乙烯0～90％，爽滑剂、开口剂、抗静电剂、色母、阻燃剂、抗菌剂、填充剂均为0～10％，优选为0.5～10％。
采用如上比例的高分子材料，经熔融混合，经吹膜或流延制得的薄膜；或在线和聚丙烯无纺布热复合，经冷却固化制得无纺布复合材料，所述聚丙烯无纺布可选用经电晕处理无纺布提高接着性。所述薄膜可为单层、双层或双层以上的共挤或复合多层膜，所述薄膜可单面或双面防滑。所述在线复合方式包括在线淋膜，在线涂布等；所述无纺布复合材料，可为单面或双面的全面复合，局部复合，条状、点状、圆圈状或其他形状的部分复合。因本发明中包含等规聚丙烯结构或/和等规聚丙烯衍生物结构，使其具有优秀的机械性能；同时特定流速参量和熔融指数的材料，产生了意想不到的效果：所制得的材料具有高的防滑性能且不具有粘性。而且无纺布复合材料一边为含等规聚丙烯结构或/和等规聚丙烯衍生物结构的高分子材料材料，另一边为聚丙烯，两种相同材质表层经加热熔融分子间互相扩散和互相渗透，分子与分子互相缠绕形成均匀的单相结构，固化后具有很强的接合强度，不需要使用胶水。它的COF(摩擦系数)可达到0.3～1.8。
本发明还涉及无纺布复合材料在医用鞋套中的应用。该医用鞋套包括鞋套本体(克重为20-100gsm)和设置于所述鞋套本体底部的防滑部(防滑部为条状非粘性高摩擦系数高分子材料)。防滑部条数为1～10，优选为1～6；防滑部宽度为0.1～15cm，优选为0.5-5cm；防滑部间隔为0～15cm，优选为0.5-5cm；防滑部厚度为0.01～0.5mm，优选为0.05-0.1mm。所述后道工艺包括车缝、热封合、超声波、高周波等。所述医用鞋套的防滑部为具有高的摩擦系数的材料，防滑性好，耐磨性高，工艺简单、成本低，可解决传统上胶医用鞋套耐磨性差、防滑性差、容易掉胶、胶粘接异物、工序复杂、成本高等缺点，传统上胶医用鞋套因夏季运输途中不耐高温互相粘结，本发明的防滑部还具有耐高温不发粘的特性。
本发明所公开的非粘性高摩擦系数高分子材料及其制得的薄膜和复合材料可用于家用、农业用、工业用及医用等领域。除应用于本发明所公开的医用鞋套，还可用于手术铺巾、手术台布、美容铺巾、车用防滑垫、马桶垫、堆高包装袋、货架陈列台面等。
附图说明
图1为本发明所公开的非粘性高摩擦系数高分子材料制得的单层薄膜材料；
图2为本发明所公开的非粘性高摩擦系数高分子材料制得的双层薄膜材料；
图3为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数条状复合材料剖面图；
图4为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数条状复合材料平面图；
图5为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数全面复合材料剖面图；
图6为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数全面复合材料平面图；
图7为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数局部复合材料剖面图；
图8为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数局部复合材料平面图；
图9为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数材料的流延制备方法；
图10为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数材料的吹膜制备方法；
图11为本发明所公开的医用鞋套。
具体实施方式
下面将对本发明优选实施方案进行详细说明：
本发明提供了一种非粘性高摩擦系数材料，如图1到图8，该材料具有非粘性的高摩擦系数，制作工艺简单、成本低，不使用胶水，可解决现有材料粘接异物、高温发粘、耐磨性差、防滑性差、容易滑落等缺点。
实施例1
参考图1为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数单层薄膜材料，101为含等规聚丙烯高分子及衍生物薄膜，组成为：重量比为60％的等规共聚聚丙烯弹性体，38％聚乙烯，2％抗静电剂；厚度为30um。本实例中等规共聚聚丙烯弹性体的流速参量为6.0。根据ASTM D1894，测得COF为1.25，与市场现有材料及和其他实施例比较如表1。
本实施例采用流延挤出工艺，参见图9，操作步骤如下：
(1)按配比在称料区103称取原料，
(2)将称好的原料吸入高速混合机104中，
(3)将混合后的原料吸入挤出机料斗105中，
(4)原料在挤出机106中熔融混合经模头107，挤出熔帘108，模头温度控制为150-250℃，
(5)熔帘流延至钢辊110上和橡胶辊109之间，压合压力为2.0-6.0kgf/cm2经冷却固化制得薄膜111，薄膜经展平辊112，收卷装置113，制得材料。
实施例2
采用实施例1配方，采用吹膜挤出工艺，参见图10，操作步骤如下：
(1)按配比在称料区103称取原料，
(2)将称好的原料吸入高速混合机104中，
(3)将混合后的原料吸入挤出机料斗105中，
(4)原料在挤出机106中熔融混合经环形模头107，模头温度控制为150-250℃，挤出
筒状薄泡108，筒状薄泡经冷却辊109冷却，制得筒状薄膜111，筒状薄膜经牵引
展平辊112，由收卷装置113收卷，同时收卷时可对筒状薄膜进行单剖、双剖或
不剖处理。
实施例3
参考图2为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数双层薄膜材料，薄膜厚度为30um。101为含等规聚丙烯高分子及衍生物薄膜，组成为：组成为：重量比为60％的等规共聚聚丙烯弹性体，38％聚乙烯，2％抗静电剂；厚度为30um。本实例中等规共聚聚丙烯弹性体的流速参量为6.0。201为聚乙烯薄膜。根据ASTM D1894，分别测试图2-101层表面和图2-201层表面测得，COF分别为1.25和0.30。与市场现有产品及其他实施例比较如表1。
本实施例采用双层流延机，流延挤出工艺同实施例1。
实施例4
参考图3和图4为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数条状复合材料，其组成为两条具有非粘性的高摩擦系数等规聚丙烯高分子层材料(图3-101、图4-101)和聚丙烯无纺布(图3-102、图4-102)的复合结构,图3-101和图4-101成份为：重量比为80％的等规共聚聚丙烯弹性体，20％等规均聚聚丙烯；根据ASTM D 1238190℃、2.16KG和5KG下测定，本实例中等规共聚聚丙烯弹性体的流速参量为6.0，等规均聚聚丙烯的流速参量为7.1。非粘性的高摩擦系数条状材料每条厚度为70um,每条宽度为1.0cm,每条间隔为1.0cm。图3-102和图4-102为40gsm聚丙烯无纺布。根据ASTM D1894，测得COF为1.36，与市场现有产品及和其他实施例比较如表1。
本实例采用在线热复合工艺，参见图9，操作步骤如下：
(1)按配比在称料区103称取原料，
(2)将称好的原料吸入高速混合机104中，
(3)将混合后的原料吸入挤出机料斗105中，
(4)原料在挤出机106中熔融混合经模头107，挤出熔帘108(非粘性的高摩擦系数条状材料101)，模头温度控制为150-250℃，
(5)熔帘流延至钢辊110上，聚丙烯无纺布102被牵引至橡胶辊109和钢辊110之间，通过压力熔帘和无纺布热复合在一起，贴合压力为2.0-6.0kgf/cm2经冷却固化制得复合材料111，复合材料经展平辊112，收卷装置113，制得材料。
实施例5
参考图5和图6为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数全面复合材料，其组成为一层具有非粘性的高摩擦系数等规聚丙烯高分子材料(图5-101、图6-101)和聚丙烯无纺布(图5-102、图6-102)的复合结构,图5-101和图6-101的成份为：重量比为99.5％的等规共聚聚丙烯弹性体，0.5％的抗静电剂。根据ASTM D 1238190℃、2.16KG和5KG下测定，本实例中丙烯基弹性体的流速参量为6.0。非粘性的高摩擦系数材料层厚度为30um。图3-102和图4-102为40gsm聚丙烯无纺布。根据ASTM D1894，测得COF为1.52，与市场现有产品及和其他实施例比较如表1。
本实例之在线热复合工艺，与实施例4相同。
实施例6
参考图7和图8为本发明所公开的非粘性的高摩擦系数局部复合材料，其组成为在聚丙烯无纺布(图7-102、图8-102)一边的表面具有一层非粘性的高摩擦系数等规聚丙烯高分子材料(图7-101、图8-101),101的成份为：重量比为80％的等规共聚聚丙烯弹性体，20％聚乙烯，根据ASTM D 1238190℃、2.16KG和5KG下测定，本实例中丙烯基弹性体的流速参量为6.0。非粘性的高摩擦系数材料层其厚度为40um,宽度为140cm。图7-102和图8-102为40gsm聚丙烯无纺布,宽度为140cm，其位于非粘性高摩擦系数材料层的中间。根据ASTM D1894，测得COF为1.10，与市场现有产品及和其他实施例比较如表1。
本实例之在线热复合工艺，与实施例4相同。
实施例7
参考图11，采用实施例4制得的材料，后道经排版码裁、手工或自动车缝制得鞋套。图8显示的鞋套是其底部对折后的情形。它的防滑部为条状等规聚丙烯高分子，防滑条厚度为70um，防滑条数为4，防滑条宽度为1.0cm，两条防滑条之间的间隔为1.0cm，本体为40gsm聚丙烯无纺布。根据ASTM D1894，测得COF为1.36。经测试此鞋套具有很好的耐磨性能，与市场现有产品及和其他实施例比较如表2。
根据标准ASTM D1894测试上述实施例1-5制得材料的静摩擦系数和动摩擦系数，测试结果如下表1：
同一人穿着鞋套在塑料地板转圈摩擦，观察是否掉胶，测试实施例6的耐磨性，测试结果如下表2：
按照ASTM F1980-07在80℃，50％RH，测试实施例6、和目前市场上鞋套产品的耐高温型。具体操作方法为：取两片10cm*10cm相同材料，膜和膜面对贴,放入设定温度和湿度烘箱中，每隔一小时检查膜和膜是否有粘一起。测试结果如下表3：
由表1看出，本发明所制得非粘性高摩擦系数材料与与同类产品相比，同时具有以下优点：材料防滑性好,静摩擦系数比目前市场产品高出110％以上，动摩擦系数高出130％以上。
由表2看出，本发明所制得的非粘性高摩擦系数材料及医用鞋套制品与同类产品相比，具有以下优点：具有以下优点：耐磨性好，不掉胶，耐磨性是目前市场上同类产品的至少4倍以上。
由表3看出，本发明多制得非粘性高摩擦系数材料与与同类产品相比，具有以下优点：不具有粘性，且高温下也不发粘，可耐更高温长时间运输，耐高温的时间至少是目前市场上同类产品的至少8倍以上。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种非粘性高摩擦系数高分子材料，其特征在于：
（a）所述非粘性高摩擦系数高分子材料含有等规聚丙烯高分子或/和其衍生物；
（b）所述等规聚丙烯高分子或/和其衍生物的流速参量为5~15。
2.根据权利要求1所述的非粘性高摩擦系数高分子材料，其特征在于：
（a）所述非粘性高摩擦系数高分子材料包含等规聚丙烯结构或/和等规聚丙烯衍生物结构；
（b）所述非粘性高摩擦系数高分子材料的流速参量或其组分的流速参量为5~15。
3.根据权利要求1所述的非粘性高摩擦系数材料，其特征在于：
（a）所述等规聚丙烯高分子或/和其衍生物包含等规共聚聚丙烯弹性体或/和等规均聚聚丙烯；
（b）所述等规共聚聚丙烯弹性体中含有质量百分比为5~30%的聚乙烯结构；
（c）所述等规均聚聚丙烯的熔融指数为1~15g/10min。
4.根据权利要求1所述的非粘性高摩擦系数材料，其特征在于：所述等规共聚聚丙烯高分子或/和其衍生物的熔融指数为0.5~20g/10min。
5.根据权利要求1所述的非粘性高摩擦系数材料，其特征在于：所述等规共聚聚丙烯高分子或/和其衍生物的密度为0.7~1.1g/cm3。
6.根据权利要求1所述的非粘性高摩擦系数材料，其特征在于，所述非粘性高摩擦系数高分子材料的原料配方中包含以下质量百分数的组分：
等规共聚聚丙烯弹性体  20~90%；
等规均聚聚丙烯  10~80%；
爽滑剂 0~10%；
开口剂 0~10%；
抗静电剂 0~10%；
色母 0~10%；
阻燃剂 0~10%；
抗菌剂 0~10%；
填充剂 0~10%。
7.根据权利要求1所述的非粘性高摩擦系数材料，其特征在于，所述非粘性高摩擦系数高分子材料的原料配方中包含以下质量分数的组分：
等规共聚聚丙烯弹性体  10~99.5%；
聚乙烯 0~90%；
爽滑剂 0~10%；
开口剂 0~10%；
抗静电剂 0~10%；
色母 0~10%；
阻燃剂 0~10%；
抗菌剂 0~10%；
填充剂 0~10%。
8.权利要求1至7中任一所述的非粘性高摩擦系数高分子材料在薄膜制品中的应用，其特征在于：它采用流延挤出方法或吹膜挤出方法制得单层、双层或双层以上且可单面或双面防滑的薄膜。
9.一种无纺布复合材料，其特征在于：它由权利要求1至7中任一所述的非粘性高摩擦系数高分子材料经熔融混合挤出后在线和聚丙烯无纺布热复合，经冷却固化制得，所述在线方式包括在线淋膜或在线涂布。
10.根据权利要求9所述的无纺布复合材料，其特征在于：所述非粘性高摩擦系数高分子材料与所述聚丙烯无纺布进行单面或双面的全面复合，或进行单面或双面的局部复合。
11.根据权利要求9所述的无纺布复合材料，其特征在于：所述局部复合的形式为所述非粘性高摩擦系数高分子材料呈条状、点状或圆圈状。
12.根据权利要求9所述的无纺布复合材料，其特征在于：它的COF为0.3~1.8。
13.权利要求9所述的无纺布复合材料在医用鞋套中的应用。
14.根据权利要求13所述无纺布复合材料在医用鞋套中的应用，所述医用鞋套包括鞋套本体和设置于所述鞋套本体底部的防滑部，其特征在于：所述鞋套本体为聚丙烯无纺布，所述防滑部为所述非粘性高摩擦系数高分子材料。
15.根据权利要求13所述无纺布复合材料在医用鞋套中的应用，其特征在于：
（a）所述防滑部设于鞋套底部；
（b）所述防滑部的厚度为0.01~0.5mm；
（c）所述防滑部为条状；
（d）所述防滑部条数为1-10；
（e）所述防滑部每条的宽度为0.1~15cm；
（f）所述防滑部每条之间的间隔为0~15cm。
16.根据权利要求13所述无纺布复合材料在医用鞋套中的应用，其特征在于：所述医用鞋套的COF为0.3~1.8。
17.权利要求9所述的无纺布复合材料在手术铺巾、手术台布、美容床垫、车用防滑垫子、马桶垫、堆高包装袋、货架陈列台面中的应用。
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