CN105297176A - 一种表面粗糙的超细纤维材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面粗糙的超细纤维材料及其制备方法。所述表面粗糙的超细纤维材料其特征在于，它是一种纤维表面具有粗糙度的熔喷非织造材料，每根纤维包括至少两种聚合物，两种聚合物相间形成具有清晰界面的海岛或者岛岛结构，从而使纤维表面呈现出一定的粗糙度。制备方法为：将两种聚合物按比例混合，得到混合聚合物粒料；将混合聚合物粒料加入到熔喷挤出机的料斗中，根据聚合物体系的不同，设定工艺参数，进行熔喷，得到纤维表面具有粗糙度的熔喷非织造材料。本发明采用两种界面不相容的聚合物，通过熔喷非织造成形技术，形成具有清晰界面结构的超细纤维，从而使纤维表现呈现出一定的粗糙度，得到表面粗糙的超细纤维材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面粗糙的超细纤维材料及其制备方法，特别是纤维表面具有一定粗糙度的熔喷非织造材料及其制备方法。
背景技术
材料表面的润湿性一直以来都吸引着人们的关注，尤其是超疏水性表面。超疏水表面是指接触角大于150°，同时滚动角小于10°的表面。位于这种表面上的水滴在微小的倾斜下也易发生滚动，因此具有非常优异的表面自洁性能。但一般化学性质均匀的光滑表面，其接触角不会大于120°。许多研究表明，具有微纳米粗糙结构表面是形成超疏水效果的重要原因。对材料表面进行光照、添加剂、电处理等，提高材料表面的粗糙度，可以在一定程度上获得更大的接触角。
申请号为CN201510299456的发明专利，公开了一种硅纳米管/线改性纤维表面的新方法，将纤维先后在有机溶剂和去离子水中加热回流，然后将处理后的纤维置于等离子体产生装置中处理，再将处理后的纤维进一步浸入有机溶剂中处理，可以使纤维表面的粗糙度显著增加，提高了纤维的疏水性，高效地提高了纤维的抗水解能力。
申请号为CN201510267722的发明专利，公开了一种基于发泡的熔体电纺纤维，先在聚合物中溶入超临界气体形成过饱和状态，后经发泡为微孔聚合物，然后将经过发泡后的微孔聚合物经过纺丝装置制备得到熔体电纺纤维。在纺丝过程中，气体容易溢出，从而提高纤维表面的粗糙度和纤维的孔隙率。
上述方法工艺较为复杂，需要额外给表面输入物质或者能量，在实际应用上存在一定的局限性。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种表面粗糙的超细纤维材料及其制备方法，以解决现有技术存在的制备方法复杂、成本高等不足。
为了解决上述问题，本发明提供了一种表面粗糙的超细纤维材料，其特征在于，它是一种纤维表面具有粗糙度的熔喷非织造材料，每根纤维包括至少两种聚合物，两种聚合物相间形成具有清晰界面的海岛或者岛岛结构，从而使纤维表面呈现出一定的粗糙度。
优选地，纤维平均直径为0.5～5μm，粗糙度Sa为0.01～0.1μm。
优选地，两种所述聚合物的溶解度为0.5～8。
进一步地，当两种所述聚合物的溶解度的差值小于2，加入相分散剂以降低两相尺寸、提高两种聚合物相间的界面清晰度。
更进一步地，所述相分散剂浓度范围为0-5％。
优选地，两种所述聚合物形成的体系为聚丙烯/聚酯体系、聚乙烯/聚酯体系、聚丙烯/聚乳酸体系，聚丙烯/聚乳酸体系和聚氯乙烯/聚乙烯体系中的任意一种。
进一步地，两种所述聚合物的重量比为0/100～100/0。
优选地，两种所述聚合物的重量比为40/60～60/40。
优选地，两种所述聚合物的粘度差不大于300Pa·S时。
本发明还提供了上述表面粗糙的超细纤维材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：将两种聚合物按比例混合，挤出造粒，按需要添加助剂，得到混合聚合物粒料；
第二步：将混合聚合物粒料加入到熔喷挤出机的料斗中，根据聚合物体系的不同，设定挤出机料筒和模头温度、螺杆转速、熔喷接收距离、热空气温度和速度等工艺参数，进行熔喷，得到纤维表面具有粗糙度的熔喷非织造材料。
优选地，所述第二步中当两种聚合物形成的体系为聚丙烯/聚酯体系或聚乙烯/聚酯体系时，挤出机的各区温度为：一区150～180℃，二区180～220℃，三区200～280℃，四区250～320℃，模头温度280～320℃，螺杆挤出机转速为85～150rpm；控制牵伸热空气的温度为300～350℃、速度为200～600m/s，传送机构的接收距离为12～20cm。
优选地，所述第二步中当两种聚合物形成的体系为聚丙烯/聚乳酸体系或聚乙烯/聚乳酸体系时，挤出机的各区温度为：一区150～180℃，二区180～220℃，三区210～260℃，四区250～280℃，模头温度260～285℃，螺杆挤出机转速为85～150rpm；控制牵伸热空气的温度为260～300℃、速度为200～600m/s，传送机构的接收距离为12～20cm。
优选地，所述第二步中当两种聚合物形成的体系为聚氯乙烯/聚乙烯体系时，挤出机的各区温度为：一区120～140℃，二区130～160℃，三区150～165℃，四区165～175℃，模头温度165～170℃，螺杆挤出机转速为85～140rpm；控制牵伸热空气的温度为155～180℃、速度为200～600m/s，传送机构的接收距离为12～20cm。
本发明采用两种界面不相容的聚合物，通过熔喷非织造成形技术，形成具有清晰界面结构的海岛或者岛岛结构的超细纤维，从而使纤维表现呈现出一定的粗糙度，得到表面粗糙的超细纤维材料。该发明工艺技术路线简单，原料来源广，具有明显的技术优势。所得到的表面粗糙的熔喷超细纤维材料，可以表现出更好的超疏水或者超亲水效果，可以用做阻隔材料、电池隔膜基布、空气膜等。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
按照重量配比40/60分别称取聚氯乙烯和聚乙烯，聚氯乙烯树脂牌号为WS-700，上海氯碱化工股份有限公司生产；聚乙烯牌号为LL6201RQ，ExxonMobil公司生产。再分别加入重量百分比为3％的硬脂酸钡作为热稳定剂，重量百分比为2％的邻苯二甲酸酯作为增塑剂，混合后挤出造粒，得到混合聚合物粒料。挤出造粒机料筒各段温度设定为：一区120℃，二区155℃，三区165℃，四区170℃，模头温度165℃。
将上述混合聚合物粒料加入到熔喷挤出机的料斗中，设定熔喷挤出机的各区温度为：一区120℃，二区155℃，三区165℃，四区170℃，模头温度165℃，螺杆挤出机转速为85rpm。控制牵伸热空气的温度为180℃、速度为200m/s，传送机构的接收距离为16cm。
所得纤维表面具有一定粗糙度的熔喷非织造材料，其纤维平均直径为3μm，纤维的表面粗糙度Sa为0.1μm。
实施例2
按照重量配比80/20分别称取聚丙烯和聚酯，聚丙烯树脂牌号为M-1700，韩国现代公司生产；聚酯牌号为W321，仪征化纤公司生产。混合后挤出造粒，得到混合聚合物粒料。挤出造粒机料筒各段温度设定为：一区150℃，二区200℃，三区260℃，四区300℃，模头温度300℃。
将上述混合聚合物粒料加入到熔喷挤出机的料斗中，设定熔喷挤出机的各区温度为：一区150℃，二区200℃，三区250℃，四区290℃，模头温度280℃，螺杆挤出机转速为150rpm。控制牵伸热空气的温度为300℃、速度为600m/s，传送机构的接收距离为20cm。
所得纤维表面具有一定粗糙度的熔喷非织造材料，其纤维平均直径为2.3μm，纤维的表面粗糙度Sa为0.05μm。
实施例3
按照重量配比90/10分别称取聚乙烯/聚乳酸，聚乙烯树脂牌号为7144，大庆石化公司生产；聚乳酸牌号为纤维级PLA，深圳光华伟业股份有限公司生产，混合后挤出造粒，得到混合聚合物粒料。挤出造粒机料筒各段温度设定为：一区150℃，二区180℃，三区220℃，四区260℃，模头温度260℃。
将上述混合聚合物粒料加入到熔喷挤出机的料斗中，设定熔喷挤出机的各区温度为：一区150℃，二区180℃，三区210℃，四区250℃，模头温度260℃，螺杆挤出机转速为120rpm。控制牵伸热空气的温度为260℃、速度为200m/s，传送机构的接收距离为12cm。
所得纤维表面具有一定粗糙度的熔喷非织造材料，其纤维平均直径为5μm，纤维的表面粗糙度Sa为0.01μm。
Claims (13)
1.一种表面粗糙的超细纤维材料，其特征在于，它是一种纤维表面具有粗糙度的熔喷非织造材料，每根纤维包括至少两种聚合物，两种聚合物相间形成具有清晰界面的海岛或者岛岛结构，从而使纤维表面呈现出一定的粗糙度。
2.如权利要求1所述的表面粗糙的超细纤维材料，其特征在于，纤维平均直径为0.5～5μm，粗糙度Sa为0.01～0.1μm。
3.如权利要求1所述的表面粗糙的超细纤维材料，其特征在于，两种所述聚合物的溶解度为0.5～8。
4.如权利要求3所述的表面粗糙的超细纤维材料，其特征在于，当两种所述聚合物的溶解度的差值小于2，加入相分散剂以降低两相尺寸、提高两种聚合物相间的界面清晰度。
5.如权利要求4所述的表面粗糙的超细纤维材料，其特征在于，所述相分散剂浓度范围为0-5％。
6.如权利要求1-5任意一项所述的表面粗糙的超细纤维材料，其特征在于，两种所述聚合物形成的体系为聚丙烯/聚酯体系、聚乙烯/聚酯体系、聚丙烯/聚乳酸体系，聚丙烯/聚乳酸体系和聚氯乙烯/聚乙烯体系中的任意一种。
7.如权利要求6所述的表面粗糙的超细纤维材料，其特征在于，两种所述聚合物的重量比为0/100～100/0。
8.如权利要求7所述的表面粗糙的超细纤维材料，其特征在于，两种所述聚合物的重量比为40/60～60/40。
9.如权利要求1所述的表面粗糙的超细纤维材料，其特征在于，两种所述聚合物的粘度差不大于300Pa·S时。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的表面粗糙的超细纤维材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：将两种聚合物按比例混合，挤出造粒，按需要添加助剂，得到混合聚合物粒料；
第二步：将混合聚合物粒料加入到熔喷挤出机的料斗中，根据聚合物体系的不同，设定挤出机料筒和模头温度、螺杆转速、熔喷接收距离、热空气温度和速度等工艺参数，进行熔喷，得到纤维表面具有粗糙度的熔喷非织造材料。
11.如权利要求10所述的表面粗糙的超细纤维的制备方法，其特征在于，所述第二步中当两种聚合物形成的体系为聚丙烯/聚酯体系或聚乙烯/聚酯体系时，挤出机的各区温度为：一区150～180℃，二区180～220℃，三区200～280℃，四区250～320℃，模头温度280～320℃，螺杆挤出机转速为85～150rpm；控制牵伸热空气的温度为300～350℃、速度为200～600m/s，传送机构的接收距离为12～20cm。
12.如权利要求10所述的表面粗糙的超细纤维的制备方法，其特征在于，所述第二步中当两种聚合物形成的体系为聚丙烯/聚乳酸体系或聚乙烯/聚乳酸体系时，挤出机的各区温度为：一区150～180℃，二区180～220℃，三区210～260℃，四区250～280℃，模头温度260～285℃，螺杆挤出机转速为85～150rpm；控制牵伸热空气的温度为260～300℃、速度为200～600m/s，传送机构的接收距离为12～20cm。
13.如权利要求10所述的表面粗糙的超细纤维的制备方法，其特征在于，所述第二步中当两种聚合物形成的体系为聚氯乙烯/聚乙烯体系时，挤出机的各区温度为：一区120～140℃，二区130～160℃，三区150～165℃，四区165～175℃，模头温度165～170℃，螺杆挤出机转速为85～140rpm；控制牵伸热空气的温度为155～180℃、速度为200～600m/s，传送机构的接收距离为12～20cm。
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