CN108708079A - 耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料及其制备方法和用途，所述制备方法至少包括以下步骤：将不添加助剂的聚乳酸原料经熔喷加工工艺以及高压电晕驻极处理。本方法制备的材料无需添加任何功能助剂，无需造粒，简化了生产工艺流程。

Description

耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料及其制备方法和用途。
背景技术
随着政府和民众对环保的需求越来越强烈，聚乳酸作为一种无毒无害、可完全自然降解的绿色环保材料备受关注。关于聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备已早有报到，目前本行业制备方法主要包括以下步骤：将聚乳酸经熔喷加工工艺、再进行电晕驻极处理即可，如专利CN103061038A在聚乳酸中通过添加电气石和助剂等改性造粒后，经熔喷、电晕驻极后制成一种高效环保的过滤材料；专利CN107475892A在聚乳酸原料中通过添加聚乙二醇、电气石等进行改性造粒后制成一种具有良好韧性且高效的聚乳酸熔喷过滤材料。
目前市场上关于聚乳酸熔喷非织造过滤材料都存在以下两个问题：一是聚乳酸原料中都加入功能性助剂以改善其驻极性能，从而提高材料的过滤性能，但这种制备方法工艺复杂，过程繁琐；二是通过熔喷工艺制得的聚乳酸非织造材料的高温尺寸稳定性差，在70℃条件下会发生明显收缩，影响其使用性能。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备方法，用于解决现有技术中采用的聚乳酸原料需要添加助剂、且在70℃条件下其横、纵向收缩的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：将不添加助剂的聚乳酸原料经熔喷加工工艺以及高压电晕驻极处理。
进一步地，所述制备方法还包括热定型工艺，所述热定型工艺与高压电晕驻极处理同时进行或者位于熔喷加工工艺以及高压电晕驻极处理之间。
所述熔喷加工工艺以及电晕驻极处理为现有制备方法中已知工艺。
熔喷加工工艺是利用高速热空气对直线排列的喷丝孔挤出的熔体细流进行牵伸，得到超细纤维，经铺网形成非织造布。
热定型工艺是指利用热定型装置对丝状聚合物进行定型处理。
高压电晕驻极处理是利用高压电晕放电技术对材料进行驻极处理。
进一步地，所述的聚乳酸原料为聚乳酸切片，熔融指数在210℃、2.16kg时为60～85g/10min，熔点为165～180℃，玻璃化转变温度为55～60℃，熔体密度在230℃为1.08g/cm3。
优选地，所述聚乳酸原料为经过干燥处理的原料。
进一步地，所述干燥温度为70～85℃，干燥时间为8～12小时。
进一步地，所述熔喷加工工艺具体为：将聚乳酸原料在200～280℃的条件下从喷丝孔挤出，在热风温度为200～280℃，热风压力为0.05～0.3MPa的条件下接收，接收距离为3～30cm，形成非织造布，其纤维直径为1～10μm。
进一步地，所述热定型工艺具体为：将所述丝状聚合物以S形路线依次经过加热辊和冷却辊，且经过加热辊时间为0.1-10s，所述加热辊表面温度为70～150℃，所述冷却辊表面温度为15～40℃，两辊之间距离为0.1～5mm。
优选地，两辊线速度一致，且都为主动转动辊。
所述加热辊和所述冷却辊可以是上下平行排列的方式，也可以采用水平平行排列的方式。
在其他技术方案中所述加热辊和所述冷却辊也可以采用其他平行排列方式。
进一步地，所述高压电晕驻极处理采用的静电发生器的电压为20～80KV，电极与非织造布面的距离为3～15cm。
本发明的另外一个方面提供了上述方法制备的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料。
本发明的另外一个方面提供了上述耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料作为空气过滤材料的应用。
如上所述，本发明的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料制备方法，具有以下有益效果：
1、本发明产品采用100％聚乳酸原料，无需添加任何功能助剂，无需造粒，简化了生产工艺流程。
2、本发明产品原料为完全可生物降解的绿色环保材料，无毒无害，降解后产物是二氧化碳和水，对环境无任何污染。
3、本发明产品在70℃条件下依然保持良好的尺寸稳定性，其横、纵向收缩率均小于3％。
4、本发明进行高压电晕驻极后对0.3μm颗粒物的过滤效率明显提升、且长久有效。
附图说明
图1加热辊和冷却辊结构示意图
1 加热辊
2 冷却辊
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
本发明实施例的生产主要包含以下步骤：
(1)将聚乳酸切片置于温度80℃空气条件下干燥12小时。
(2)将步骤(1)中干燥好的聚乳酸切片置于螺杆的喂料斗中并加盖密封，以隔绝外界空气。所述螺杆温度设置为：一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为235℃、四区温度为235℃，过滤器温度为235℃，计量泵温度为240℃，模头温度为240℃，热风温度为260℃，热风风压为0.095MPa，接收距离为10.5cm，纺丝压力为0.92MPa。计量泵转速为3rpm，铺网速度为5.74Hz，所述产品幅宽为30cm，纤维平均直径为6μm。
(3)将步骤(2)中制备好的熔喷非织造布送入高压电晕驻极设备，所述电晕驻极的电压为30KV，电极到布面的距离为5cm。
本实施例所得聚乳酸熔喷驻极非织造材料的克重为65g/m2。
实施例2
本发明实施例的生产主要包含以下步骤：
(1)将聚乳酸切片置于温度80℃空气条件下干燥12小时。
(2)将步骤(1)中干燥好的聚乳酸切片置于螺杆的喂料斗中并加盖密封，以隔绝外界空气。所述螺杆温度设置为：一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为235℃、四区温度为235℃，过滤器温度为235℃，计量泵温度为240℃，模头温度为240℃，热风温度为260℃，热风风压为0.095MPa，接收距离为10.5cm，纺丝压力为0.92MPa，计量泵转速为3rpm，铺网速度为5.74Hz，所述产品幅宽为30cm，纤维平均直径为6μm。
(3)将步骤(2)中制备好的熔喷非织造布送入热定型装置(如图1，为热定型装置的加热辊1和冷却辊2示意图)，所述热定型装置加热辊的表面温度为120℃，冷却辊表面温度28℃，所述两辊之间的距离为1mm，丝状聚合物以S形路线(图1中箭头所示)依次通过加热辊1和冷却辊2，述热定型时间为1.6s。
(4)将步骤(3)中制备好的熔喷非织造布送入高压电晕驻极设备，所述电晕驻极的电压为30KV，电极到布面的距离为5cm。
本实施例所得聚乳酸熔喷驻极非织造材料的克重为65g/m2。
实施例3
(1)将聚乳酸切片置于温度80℃空气条件下干燥12小时。
(2)将步骤(1)中干燥好的聚乳酸切片置于螺杆的喂料斗中并加盖密封，以隔绝外界空气。所述螺杆温度设置为：一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为235℃、四区温度为235℃，过滤器温度为235℃，计量泵温度为240℃，模头温度为240℃，热风温度为260℃，热风风压为0.095MPa，纺丝距离为10.5cm，纺丝压力为0.92MPa，计量泵转速为3rpm，铺网速度为5.74Hz，所述产品幅宽为30cm，纤维平均直径为6μm。
(3)将步骤(2)中制备好的熔喷非织造布送入热定型装置，所述热定型装置加热辊的表面温度为130℃，冷却辊表面温度为28℃，所述两辊之间的距离为1mm，所述热定型时间为1.6s。
(4)将步骤(3)中制备好的熔喷非织造布送入高压电晕驻极设备，所述电晕驻极的电压为30KV，电极到布面的距离为5cm。
本实施例所得聚乳酸熔喷驻极非织造材料的克重为65g/m2。
实施例4
(1)将聚乳酸切片置于温度80℃空气条件下干燥12小时。
(2)将步骤(1)中干燥好的聚乳酸切片置于螺杆的喂料斗中并加盖密封，以隔绝外界空气。所述螺杆温度设置为：一区温度为230℃、二区温度为235℃、三区温度为235℃、四区温度为235℃，过滤器温度为235℃，计量泵温度为240℃，模头温度为240℃，热风温度为260℃，热风风压为0.095MPa，纺丝距离为10.5cm，纺丝压力为0.92MPa，计量泵转速为3rpm，铺网速度为7.46Hz，所述产品幅宽为30cm，纤维平均直径为6μm。
(3)将步骤(2)中制备好的熔喷非织造布送入热定型装置，所述热定型装置加热辊的表面温度为130℃，冷却辊表面温度为28℃，所述两辊之间的距离为1mm，所述热定型时间为1.2s。
(4)将步骤(3)中制备好的熔喷非织造布送入高压电晕驻极设备，所述电晕驻极的电压为30KV，电极到布面的距离为5cm。
本实施例所得聚乳酸熔喷驻极非织造材料的克重为50g/m2。
实施例5
本实施例对实施例1、2、3、4中所得聚乳酸熔喷驻极非织造材料的滤效滤阻、70℃条件下热收缩进行了研究分析，测试结果如表1所示，过滤性能测试条件：32L/min，0.3μmNaCl；收缩率测试条件：70℃鼓风烘箱10分钟测试其横、纵向收缩率。
表1实施例1-4性能测定
实施例1-4是都是生产小幅材料时，获得的产品性能测试，实验结果表明：其滤效明显提高，且70℃收缩率小于3％。通过比较可知，经过热定型处理的材料在70℃收缩率明显较小。
为了更好的表征100％纯聚乳酸原料制得的熔喷非织造过滤材料具有良好的过滤性能，特增加实施例6和实施例7来进一步说明：
实施例6
本发明实施例的生产主要包含以下步骤：
(1)将聚乳酸切片置于温度80℃空气条件下干燥12小时。
(2)将步骤(1)中干燥好的切片通过真空吸料机送到螺杆的喂料斗。所述螺杆温度设置为：一区温度为225℃、二区温度为235℃、三区温度为240℃、四区温度为240℃、五区温度为240℃、六区温度为240℃，所述过滤器温度为240℃，所述计量泵温度为240℃，所述管路温度1～6区为240℃，所述模头温度为220～243℃，具体各区温度分布见表2，所述计量泵转速为5rpm，滤后压力为2MPa，热风温度为250℃，热风机转速为1380rpm，抽吸风机转速为1450rpm，接收距离为15cm，成网速度为5.9m/min，所述产品门幅为3.2m，克重为50g/m2，纤维平均直径为4μm。
(3)将步骤(2)中制备好的熔喷非织造布送入高压电晕驻极设备，所述电晕驻极的电压为30KV，电极到布面的距离为5cm。
(4)经步骤(3)处理后的聚乳酸熔喷驻极非织造材料在32L/min，0.3μmNaCl条件下测试其滤效≥99％，滤阻≤20Pa。
实施例7
本发明实施例的生产主要包含以下步骤：
(1)将聚乳酸切片置于温度80℃空气条件下干燥12小时。
(2)将步骤(1)中干燥好的切片通过真空吸料机送到螺杆的喂料斗。所述螺杆温度设置为：一区温度为225℃、二区温度为235℃、三区温度为240℃、四区温度为240℃、五区温度为240℃、六区温度为240℃，所述过滤器温度为240℃，所述计量泵温度为240℃，所述管路温度1～6区为240℃，所述模头温度为220～243℃，具体各区温度分布见表2，所述计量泵转速为5rpm，滤后压力为2MPa，热风温度为250℃，热风机转速为1380rpm，抽吸风机转速为1450rpm，接收距离为12cm，成网速度为11.8m/min，所述产品门幅为3.2m，克重为25g/m2，纤维平均直径为4μm。
(3)将步骤(2)中制备好的熔喷非织造布送入高压电晕驻极设备，所述电晕驻极的电压为30KV，电极到布面的距离为5cm。
(4)经步骤(3)处理后的聚乳酸熔喷驻极非织造材料在32L/min，0.3μmNaCl条件下测试其滤效≥90％，滤阻≤15Pa。
表2
1区 2区 3区 4区 5区 6区 7区 8区 9区 10区 11区
220℃ 220℃ 225℃ 230℃ 235℃ 235℃ 240℃ 240℃ 240℃ 250℃ 230℃
12区 13区 14区 15区 16区 17区 18区 19区 20区 21区 22区
243℃ 240℃ 240℃ 240℃ 240℃ 240℃ 240℃ 240℃ 240℃ 235℃ 235℃
实施例6和实施例7是生产较大门幅的产品及其性能测试，结果表明，其滤效滤效≥90％，尤其是实施例7中其滤效滤效≥99％。
以上的实施例是为了说明本发明公开的实施方案，并不能理解为对本发明的限制。此外，本文所列出的各种修改以及发明中方法、组合物的变化，在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本领域内的技术人员来说是显而易见的。虽然已结合本发明的多种具体优选实施例对本发明进行了具体的描述，但应当理解，本发明不应仅限于这些具体实施例。事实上，各种如上所述的对本领域内的技术人员来说显而易见的修改来获取发明都应包括在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括以下步骤：将不添加助剂的聚乳酸原料经熔喷加工工艺以及高压电晕驻极处理。
2.根据权利要求1所述的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括热定型工艺，所述热定型工艺与高压电晕驻极处理同时进行或者位于熔喷加工工艺以及高压电晕驻极处理之间。
3.根据权利要求1所述的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备方法，其特征在于：所述的聚乳酸原料为聚乳酸切片，熔融指数在210℃、2.16kg时为60～85g/10min，熔点为165～180℃，玻璃化转变温度为55～60℃，熔体密度在230℃为1.08g/cm3。
4.根据权利要求1所述的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备方法，其特征在于：所述聚乳酸原料为经过干燥处理的原料，所述干燥温度为70～85℃，干燥时间为8～12小时。
5.根据权利要求1所述的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备方法，其特征在于：所述熔喷加工工艺具体为：将聚乳酸原料在200～280℃的条件下从喷丝孔挤出，在热风温度为200～280℃，热风压力为0.05～0.3MPa的条件下接收，接收距离为3～30cm，形成非织造布，其纤维直径为1～10μm。
6.根据权利要求1所述的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备方法，其特征在于：所述热定型工艺具体为：将所述丝状聚合物以S形路线依次经过加热辊和冷却辊，且经过加热辊时间为0.1-10s，所述加热辊表面温度为70～150℃，所述冷却辊表面温度为15～40℃，两辊之间距离为0.1～5mm。
7.根据权利要求1所述的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备方法，其特征在于：所述高压电晕驻极处理采用的静电发生器的电压为20～80KV，电极与非织造布面的距离为3～15cm。
8.如权利要求1-7任意一项所述的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料的制备方法所制备的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料。
9.如权利要求8所述的耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料作为空气过滤材料的应用。
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