CN109354767A - 一种聚丙烯驻极母粒材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯(PP)驻极母粒材料及其制备方法和应用。本发明的PP驻极母粒材料，其主要由以下重量份的组分经熔融造粒制备而成：50～100份的聚丙烯、8～50份的驻极剂、0～3份的相容剂、0.05～0.35份抗氧剂和0～3份防老化剂。本发明采用熔融共混的方式使树脂与助剂相互混合均匀，得到的驻极母粒材料生产出的熔喷无纺材料具有驻极效果明显，过滤效率高，过滤阻力小等优点。

Description

一种聚丙烯驻极母粒材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯(PP)驻极母粒材料及其制备方法和应用。
背景技术
研究显示，空气中由污染造成的颗粒物尤其是空气动力学当量小于等于2.5微米的颗粒物粒径小，且富含有毒有害物质。这些颗粒物在空气中能长时间停留，极易被人吸收进入身体从而引起引发呼吸系统疾病、伤肺、致癌、心血管疾病、生殖系统、胎儿发育等疾病。因此，在空气净化领域，人们越来越重视开发可以吸附这些颗粒物的材料。目前，极化后可以吸附这些颗粒物的高分子材料成为研究热点。通过驻极处理的熔喷聚丙烯纤维滤料由于表面带有电荷，具有吸附空气中污染颗粒的作用。熔喷聚丙烯纤维滤料已大量应用于空气净化及医疗卫生行业，如用作空调滤网、医用防护口罩和防尘口罩等。但现有技术直接对熔喷聚丙烯纤维进行驻极处理，需要较高的驻极电压(高达30kV)，且存在驻极处理后的熔喷聚丙烯纤维过滤效率低、阻力大等缺陷。
发明内容
为改善现有技术存在的问题，本发明提供一种PP驻极母粒材料，其主要由以下重量份的组分经熔融造粒制备而成：
50～100份的聚丙烯、8～50份的驻极剂、0～3份的相容剂、0.05～0.35份抗氧剂和0～3份防老化剂。
进一步地，所述聚丙烯的重量份可以为55～90份，例如为55.65～88份，例如为64.6～87.6份，如64.6、74.6、80.6、80.8、83.6、84.3、85.6或87.6份。
进一步地，所述的聚丙烯可以为均聚聚丙烯(PPH)、无规共聚聚丙烯(PPR)中的任意一种或两种的混合物。
根据本发明，所述聚丙烯可以为高熔指聚丙烯，其熔指范围为1000～1500g/10min。
根据本发明，所述驻极剂的重量份可以为10～45份，如12～40份，例如12、17、24、25或40份。
进一步地，所述驻极剂可以为天然蜡、松香、有机玻璃、碳原子数为6-20的脂肪酸或其盐、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、乙撑双油酸酰胺中的一种、两种或更多种的组合。
优选地，所述碳原子数为6-20的脂肪酸选自油酸、硬脂酸、月桂酸中的至少一种。
优选地，所述碳原子数为6-20的脂肪酸的盐选自油酸、硬脂酸和月桂酸的锂盐、钠盐、锌盐、铝盐、镁盐中的至少一种。
进一步地，所述抗氧剂的重量份可以为0.1～0.3份，例如0.2份。
进一步地，所述的抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或其混合物。
进一步地，所述的防老化剂的重量份可以为0.2～2.5份，例如0.2、1.5或2份。所述防老化剂为癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑和2-(2’-羟基-5’-特辛基苯基)苯并三唑中的一种、两种或更多种的组合。
进一步地，所述相容剂的重量份可以为0.5～2.5份，例如2份。
进一步地，所述的相容剂可以为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝POE(聚烯烃弹性体)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝POE、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝EPDM(三元乙丙橡胶)中的一种、两种或更多种的组合。
本发明还提供如上所述PP驻极母粒材料的制备方法，包括将上述组分熔融共混挤出并造粒。
根据本发明的制备方法，所述熔融共混挤出可以在双螺杆挤出机，如长径比为48的双螺杆挤出机内熔融挤出。
根据本发明的制备方法，所述熔融共混挤出可以在双螺杆挤出机，如长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机内熔融共混挤出。
根据本发明的制备方法，熔融共混挤出时熔融段温度为160～210℃。
本发明还提供如上所述PP驻极母粒材料在制备复合材料(例如熔喷材料，如熔喷无纺布)中的用途，所述复合材料可用于净化空气。
本发明还提供一种复合材料，其原料包括PP驻极母粒材料和PP树脂，所述PP驻极母粒材料与PP树脂的质量比为0.1～10％，例如为2～8％，如为5％。
优选地，所述复合材料可以为PP树脂基复合材料；所述复合材料的形态可以为纤维或者无纺布，例如所述复合材料为熔喷材料，如熔喷无纺布。
本发明还提供如上所述复合材料的制备方法，包括：将上述驻极母粒材料与PP树脂混配加工，挤出切粒，再经过强外电场处理。
根据本发明的制备方法，所述方法还包括将得到的复合材料加工成型的步骤，当加工成成品时，强外电场处理步骤可以在加工成型之前进行也可以在加工成型之后进行。
根据本发明的方法，所述加工成型包括任何将驻极母粒材料制备成成品的方法，包括但不限于：挤出成型、注射成型、压延成型、中空吹塑、泡沫塑料成型、或热成型等方法。
根据本发明的方法，所述加工成型的方法例如为纺丝形成熔喷布。
根据本发明的制备方法，所述驻极母粒材料与PP树脂的质量比为1～10％，例如为2～8％，如为5％。
根据本发明的制备方法，所述强外电场处理的方式包括但不限于：静电纺丝法、电晕放电法、摩擦起电法、热极化法、低能电子束轰击法。
本发明还提供如上所述复合材料在空气净化器过滤膜、防尘口罩、空调过滤膜或油烟过滤等中的应用。
有益效果
本发明分别从原材料配比和制备方法两个方面对材料强外电场作用下产生极化效果进行有效地控制。本发明采用熔融共混的方式使树脂与助剂相互混合均匀，得到的驻极母粒材料生产出的熔喷无纺材料具有驻极效果明显，过滤效率高等优点。而且，本发明的熔融共混的制备方式具有简单、快捷、便宜的优点。并且，采用本发明的方法可以大大降低驻极电压，从而可以提高生产效率。最后，使用本发明的驻极母粒材料制备得到可净化空气的材料具有设备要求低，投入低，工艺简单和成品率高等优点。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
除非另有说明，以下实施例中原料和试剂的“份”指重量份，百分比指重量百分比。
实施例1
采用87.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、12份的N,N’-乙撑双硬脂酰胺、0.2份的抗氧剂、0.2份的癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例2
采用87.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、12份的天然蜡、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例3
采用87.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、12份的有机玻璃、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例4
采用87.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、12份的硬脂酸、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例5
采用74.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、25份的油酸钠、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例6
采用64.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、40份的硬脂酸锌、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160-210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例7
采用75.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、12份的硬脂酸锌、7份的N,N’-乙撑双硬脂酰胺、5份乙撑双油酸酰胺、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例8
采用80.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、12份的硬脂酸锌、5份N,N’-乙撑双硬脂酰胺、2份马来酸酐接枝聚丙烯、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例9
采用85.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1500g/10min)、12份的硬脂酸锌、2份马来酸酐接枝POE、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例10
采用85.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1200g/10min)、12份的月桂酸钠、2份的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝POE、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例11
采用83.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、12份的月桂酸钠、2份马来酸酐接枝聚丙烯、0.2份的抗氧剂、1份的2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮、1份的2-(2'-羟基-5'-特辛基苯基)苯并三唑。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例12
采用84.3份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、12份的硬脂酸、2份马来酸酐接枝聚丙烯、0.2份的抗氧剂、0.5份的2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、1份2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例13
采用85.6份的PP(均聚聚丙烯PPR，熔指1000g/10min)、12份的硬脂酸锂、2份的马来酸酐接枝聚丙烯、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例14
采用45.6份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、40份的PP(共聚聚丙烯PPR，熔指1000g/10min)、12份的硬脂酸锌、2份马来酸酐接枝聚丙烯、0.2份的抗氧剂、0.2份的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融挤出，熔融段温度160-210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
实施例15
采用80.8份的PP(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)、12份的硬脂酸锌、5份N,N’-乙撑双硬脂酰胺、2份的马来酸酐接枝聚丙烯、0.2份的抗氧剂。高速混合机混合，转移至长径比为48的双螺杆共12段料筒的挤出机熔融共混挤出，熔融段温度160～210℃，造粒将粒子干燥，得到聚丙烯驻极母粒材料。
测试例：过滤效率及阻力测试
将上述实施例1-15制备的聚丙烯驻极母粒材料与PP树脂(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)混合，其中所述聚丙烯驻极母粒材料与PP树脂的重量比为1:20。将所得的混合物熔融后，熔体在管道中220～250℃恒温保温，经计量泵计量后通过喷丝板喷出形成纤维。所述纤维经过220～250℃、1MPa恒温恒压的热风牵引，形成测试样品。测试样品再经过红外辐射热处理、10kV电压驻极处理，及循环冷却处理后，收卷，得到样品熔喷无纺材料，该材料再经过TSI8130自动滤料测试仪测试。
介质采用数量中值粒径0.075±0.02μm的NaCl颗粒，测试流量85L/min，进行过滤效率及阻力测试。
并且，使用纯PP树脂(均聚聚丙烯PPH，熔指1000g/10min)进行上述测试，作为对比例1。
上述实验结果如下表所示。
表1材料过滤效率及阻力测试表
从上述测试结果可以看出，加入的驻极剂及其它改性助剂等，在熔融共混时驻极剂及其它改性助剂等能够均匀分散在PP中，因此制备的材料具有良好的过滤吸附性能。本发明以聚丙烯(PP)为基材共混制备的一种可用于空气净化的PP驻极母粒材料在保证优异的力学性能基础上，拓宽了PP的应用领域，具有良好的应用前景和经济效益。
本发明的以上各个实施例仅仅是示例性的，而本发明并不受限于此。本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，其中，本发明的范围在权利要求及其等同物中限定。

Claims (10)

1.一种PP驻极母粒材料，其特征在于，其主要由以下重量份的组分经熔融造粒制备而成：
50～100份的聚丙烯、8～50份的驻极剂、0～3份的相容剂、0.05～0.35份抗氧剂和0～3份防老化剂。
2.根据权利要求1所述的PP驻极母粒材料，其特征在于，所述聚丙烯的重量份为55～90份；
优选地，所述的聚丙烯为均聚聚丙烯(PPH)、无规共聚聚丙烯(PPR)中的任意一种或两种的混合物；
优选地，所述聚丙烯为高熔指聚丙烯，其熔指范围为1000～1500g/10min；
优选地，所述驻极剂的重量份为10～45份；
优选地，所述驻极剂为天然蜡、松香、有机玻璃、碳原子数为6-20的脂肪酸或其盐、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、乙撑双油酸酰胺中的一种、两种或更多种的组合；
优选地，所述碳原子数为6-20的脂肪酸选自油酸、硬脂酸、月桂酸中的至少一种；
优选地，所述碳原子数为6-20的脂肪酸的盐选自油酸、硬脂酸和月桂酸的锂盐、钠盐、锌盐、铝盐、镁盐中的至少一种；
优选地，所述抗氧剂的重量份为0.1～0.3份；
优选地，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯的混合物；
优选地，所述的防老化剂的重量份为0.2～2.5份；
优选地，所述防老化剂为癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑和2-(2’-羟基-5’-特辛基苯基)苯并三唑中的一种、两种或更多种的组合；
优选地，所述相容剂的重量份为0.5～2.5份；
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝POE(聚烯烃弹性体)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝POE、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝EPDM(三元乙丙橡胶)中的一种、两种或更多种的组合。
3.权利要求1或2所述PP驻极母粒材料的制备方法，其特征在于，该方法包括将所述组分熔融共混挤出并造粒。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述熔融共混挤出在双螺杆挤出机，如长径比为48的双螺杆挤出机内熔融挤出；
优选地，熔融共混挤出时熔融段温度为160～210℃。
5.权利要求1或2所述PP驻极母粒材料在制备复合材料(例如熔喷无纺布)中的用途；优选地，所述复合材料用于净化空气。
6.一种复合材料，其特征在于，其原料包括权利要求1或2所述的PP驻极母粒材料和PP树脂，所述PP驻极母粒材料与PP树脂的质量比为0.1～10％。
7.权利要求6所述复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：将权利要求1或2所述的PP驻极母粒材料与PP树脂混配加工，挤出切粒，再经过强外电场处理。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括将得到的复合材料加工成型的步骤，当加工成成品时，强外电场处理步骤可以在加工成型之前进行也可以在加工成型之后进行；
优选地，所述加工成型包括任何将驻极母粒材料制备成成品的方法，包括但不限于：挤出成型、注射成型、压延成型、中空吹塑、泡沫塑料成型、或热成型等方法。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述强外电场处理的方式包括但不限于：静电纺丝法、电晕放电法、摩擦起电法、热极化法、低能电子束轰击法。
10.权利要求6所述复合材料在空气净化器过滤膜、防尘口罩、空调过滤膜或油烟过滤等中的应用。
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