CN109518357A - 一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法,其步骤为：所述聚丙烯熔喷非织造布纤维采用皮芯复合结构，其中所述芯层组分为纯聚丙烯切片，所述皮层结构在形成皮层的聚丙烯切片母粒中混入光反射剂和光吸收剂，最终制备出添加剂集中在纤维皮层中、具有皮芯结构的耐光老化聚丙烯熔喷非织造布纤维。采用的是皮芯结构的加工方法，使添加剂分布在纤维表层，降低了添加异物颗粒对纤维本体结构和性能的不利影响。同时，降低了添加剂的使用量，最大幅度地提升了添加剂在纤维表层的含量，使纤维表层的添加物对光的吸收和反射作用最大化。

Description

一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法
技术领域
本发明属于化学纤维制造领域，涉及一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法。
背景技术
聚丙烯熔喷非织造布由于其制备工艺简单、成本低廉、以及自身结构的独特优势，被广泛的应用于空气空滤材料领域。正是由于其广泛的应用，对于其高性能和功能性提出了更高的要求，例如抗菌，耐光，阻燃，防静电等功能性聚丙烯熔喷非织造布产品。其中，耐光性是伴随着紫外光杀菌而对聚丙烯熔喷非织造布提出的新的要求，也受到越来越多的关注，具有广阔的应用前景和重要的实用价值。
虽然目前有许多方法可以改善聚丙烯熔喷非织造布耐光老化性能的加工方法，比如专利201710541769.8、200810207907.X、和201711287224.5报道了一种在聚丙烯原料中添加助剂，如纳米硅藻土、纳米四氧化三铁、光稳定剂等。而在聚丙烯原料的纺丝液中直接添加纳米颗粒等助剂也会有诸多弊端：添加比例太少，则耐光老化效果较差；添加比例大，则会影响纺丝加工和纤维本身的性质。为此，我们提出一种新的方法，改善锦纶的耐光老化性能，同时最大程度保持锦纶纤维本身的性质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法,其步骤为：所述聚丙烯熔喷非织造布纤维采用皮芯复合结构，其中所述芯层组分为纯聚丙烯切片，所述皮层结构在形成皮层的聚丙烯切片母粒中混入光反射剂和光吸收剂，最终制备出添加剂集中在纤维皮层中、具有皮芯结构的耐光老化聚丙烯熔喷非织造布纤维。
进一步地，所述光反射剂为硫酸钡颗粒，所述光吸收剂为氧化锡纳米颗粒。
进一步地，所述皮层的双层厚度占整个聚丙烯熔喷非织造布纤维直径的1/10～1/2。
进一步地，所述硫酸钡颗粒占形成聚丙烯熔喷非织造布纤维皮层的聚酰胺切片母粒质量的0.1‰～25‰；所述氧化锡纳米颗粒占形成聚丙烯熔喷非织造布纤维皮层的聚酰胺切片母粒质量的0.1‰～50‰。
进一步地，所述硫酸钡颗粒的粒径为20nm～2μm；氧化锡纳米颗粒的粒径为15～500nm。
本发明的原理在于：在皮层切片中按一定比例加入光吸收和光反射无机颗粒，而芯层切片中不添加，利用螺杆挤出机和皮芯复合纤维纺丝组件制备出皮芯型复合聚丙烯熔喷非织造布纤维。使用的聚丙烯切片为同一或相似成分的切片，控制皮层厚度在一定范围内。这样使得光吸收剂和光反射剂集中在复合纤维皮层中，防止了光辐照对聚丙烯熔喷非织造布纤维本体的损伤，同时最大程度保持了聚丙烯熔喷非织造布纤维本体的特性。
本发明的有益效果是：皮层中硫酸钡和氧化锡颗粒可反射和吸收光，防止聚丙烯熔喷非织造布纤维本体光老化；向皮层中而非本体中添加颗粒，防止了添加异物对聚丙烯熔喷非织造布纤维本体的结构和性能造成不利影响。本发明工艺简单，制备的耐光老化聚丙烯熔喷非织造布纤维效果好，耐久性佳，不会影响聚丙烯熔喷非织造布自身的特点。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：
采用的是皮芯结构的加工方法，使添加剂分布在纤维表层，降低了添加异物颗粒对纤维本体结构和性能的不利影响。同时，降低了添加剂的使用量，最大幅度地提升了添加剂在纤维表层的含量，使纤维表层的添加物对光的吸收和反射作用最大化。
附图说明
图1是本技术所获聚纤维产品烯熔喷非织造布结构的示意图。
图中1为芯层，2为皮层，3为光吸收/反射颗粒。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。如图1所述为实施例加工得到的聚纤维产品烯熔喷非织造布结构的示意图。
实施例1、一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法，依次进行熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺网并加固，即依次进行以下步骤：
a)依据皮层聚丙烯切片的用量，向聚丙烯切片加入质量分数为0.23‰、25nm的硫酸钡颗粒和20‰、20nm的氧化锡颗粒，作为皮层原料。
b)按如下顺序加工皮层原料：干燥→熔融混合→挤出→气流拉伸→冷却固化→皮层熔体
c)按如下顺序加工芯层原料：聚丙烯切片→干燥→熔融挤出→气流拉伸→冷却固化→芯层熔体。
d)选择合适的皮芯复合纺丝喷口，使纤维皮层厚度占整个纤维直径的比例大概为1/5左右。再按如下顺序制备耐光老化聚丙烯熔喷非织造布纤维：皮层熔体和芯层熔体→皮芯复合组件挤出纺丝→气流拉伸→冷却固化→铺网并加固→成品熔喷非织造布。
纺丝的基本参数为：纺丝温度为270℃、热空气温度为260℃、空气压力为0.5Mpa。
试验：人工加速紫外老化实验使用QUV/Spray紫外灯型耐候试验机，根据GB/T16422-2006以及ASTM G151-2010，设置QUV参数如表一：
表一、试验测试条件
紫外灯波长(nm) 340
紫外灯功率(W·m2) 0.72
温度(℃) 60
湿度(％) 25
是否喷淋 否
有无黑箱时间 无
参考标准 GB/T16422-2006以及ASTM G151-2010
产品测试：根据国家测试标准GB/T 3923.1-1997来测试纤维的强度,样品规格为25cm×5cm，以此评估产品的耐老化性能。测试结果如表二所示：
表二、拉伸强度变化
0d 10d 20d 30d
常规聚丙烯熔喷非织造布 60.25 56.17 53.26 50.03
本产品 58.22 56.78 54.97 53.14
如表二所示，对比相同纺丝参数的普通聚丙烯熔喷非织造布纤维，采用本方法加工后的皮芯复合聚丙烯熔喷非织造布纤维虽然在断裂强度上略有不及，但是经过光老化10d、20d、以及30d后，常规纺丝方法制备的聚丙烯熔喷非织造布纤维的断裂强度下降幅度非常大。而按本方法加工的聚丙烯熔喷非织造布纤维的断裂强度只有小幅下降。说明本方法加工的聚丙烯熔喷非织造布纤维的耐光老化性能显著提高。本方法在保持聚丙烯熔喷非织造布纤维基本性能的基础上显著改善聚丙烯熔喷非织造布纤维的耐光老化性能。
实施例2、一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法，依次进行熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺网并加固，即依次进行以下步骤：
a)依据皮层聚丙烯切片的用量，向聚丙烯切片加入质量分数为2.5‰、1μm的硫酸钡颗粒和12.8‰、30nm的氧化锡颗粒，作为皮层原料。
b)按如下顺序加工皮层原料：干燥→熔融混合→挤出→气流拉伸→冷却固化→皮层熔体
c)按如下顺序加工芯层原料：聚丙烯切片→干燥→熔融挤出→气流拉伸→冷却固化→芯层熔体。
d)选择合适的皮芯复合纺丝喷口，使纤维皮层厚度占整个纤维直径的比例大概为1/2左右。再按如下顺序制备耐光老化聚丙烯熔喷非织造布纤维：皮层熔体和芯层熔体→皮芯复合组件挤出纺丝→气流拉伸→冷却固化→铺网并加固→成品熔喷非织造布。
纺丝的基本参数为：纺丝温度为260℃、热空气温度为240℃、空气压力为0.7Mpa。
产品测试：根据国家测试标准GB/T 3923.1-1997来测试纤维的强度,样品规格为25cm×5cm，以此评估产品的耐老化性能。测试结果如表三所示：
表三、拉伸强度变化
0d 10d 20d 30d
常规聚丙烯熔喷非织造布 60.25 56.17 53.26 50.03
本产品 56.31 55.26 53.87 52.09
如表三所示，对比相同纺丝参数的普通聚丙烯熔喷非织造布纤维，采用本方法加工后的皮芯复合聚丙烯熔喷非织造布纤维虽然在断裂强度上略有不及，但是经过光老化10d、20d、以及30d后，常规纺丝方法制备的聚丙烯熔喷非织造布纤维的断裂强度下降幅度非常大。而按本方法加工的聚丙烯熔喷非织造布纤维的断裂强度只有小幅下降。说明本方法加工的聚丙烯熔喷非织造布纤维的耐光老化性能显著提高。本方法在保持聚丙烯熔喷非织造布纤维基本性能的基础上显著改善聚丙烯熔喷非织造布纤维的耐光老化性能。
实施例3、一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法，依次进行熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺网并加固，即依次进行以下步骤：
a)依据皮层聚丙烯切片的用量，向聚丙烯切片加入质量分数为20‰、50nm的硫酸钡颗粒和2.5‰、300nm的氧化锡颗粒，作为皮层原料。
b)按如下顺序加工皮层原料：干燥→熔融混合→挤出→气流拉伸→冷却固化→皮层熔体
c)按如下顺序加工芯层原料：聚丙烯切片→干燥→熔融挤出→气流拉伸→冷却固化→芯层熔体。
d)选择合适的皮芯复合纺丝喷口，使纤维皮层厚度占整个纤维直径的比例大概为1/9左右。再按如下顺序制备耐光老化聚丙烯熔喷非织造布纤维：皮层熔体和芯层熔体→皮芯复合组件挤出纺丝→气流拉伸→冷却固化→铺网并加固→成品熔喷非织造布。
纺丝的基本参数为：纺丝温度为265℃、热空气温度为260℃、空气压力为1Mpa。
产品测试：根据国家测试标准GB/T 3923.1-1997来测试纤维的强度,样品规格为25cm×5cm，以此评估产品的耐老化性能。测试结果如表四所示：
表四、拉伸强度变化
如表四所示，对比相同纺丝参数的普通聚丙烯熔喷非织造布纤维，采用本方法加工后的皮芯复合聚丙烯熔喷非织造布纤维虽然在断裂强度上略有不及，但是经过光老化10d、20d、以及30d后，常规纺丝方法制备的聚丙烯熔喷非织造布纤维的断裂强度下降幅度非常大。而按本方法加工的聚丙烯熔喷非织造布纤维的断裂强度只有小幅下降。说明本方法加工的聚丙烯熔喷非织造布纤维的耐光老化性能显著提高。本方法在保持聚丙烯熔喷非织造布纤维基本性能的基础上显著改善聚丙烯熔喷非织造布纤维的耐光老化性能。
实施例4、一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法，依次进行熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺网并加固，即依次进行以下步骤：
a)依据皮层聚丙烯切片的用量，向聚丙烯切片加入质量分数为0.5‰、300nm的硫酸钡颗粒和2.5‰、500nm的氧化锡颗粒，作为皮层原料。
b)按如下顺序加工皮层原料：干燥→熔融混合→挤出→气流拉伸→冷却固化→皮层熔体
c)按如下顺序加工芯层原料：聚丙烯切片→干燥→熔融挤出→气流拉伸→冷却固化→芯层熔体。
d)选择合适的皮芯复合纺丝喷口，使纤维皮层厚度占整个纤维直径的比例大概为1/3左右。再按如下顺序制备耐光老化聚丙烯熔喷非织造布纤维：皮层熔体和芯层熔体→皮芯复合组件挤出纺丝→气流拉伸→冷却固化→铺网并加固→成品熔喷非织造布。
纺丝的基本参数为：纺丝温度为260℃、热空气温度为240℃、空气压力为0.7Mpa。
产品测试：根据国家测试标准GB/T 3923.1-1997来测试纤维的强度,样品规格为25cm×5cm，以此评估产品的耐老化性能。测试结果如表五所示：
表五、拉伸强度变化
0d 10d 20d 30d
常规聚丙烯熔喷非织造布 60.25 56.17 53.26 50.03
本产品 57.23 55.56 53.64 52.79
如表五所示，对比相同纺丝参数的普通聚丙烯熔喷非织造布纤维，采用本方法加工后的皮芯复合聚丙烯熔喷非织造布纤维虽然在断裂强度上略有不及，但是经过光老化10d、20d、以及30d后，常规纺丝方法制备的聚丙烯熔喷非织造布纤维的断裂强度下降幅度非常大。而按本方法加工的聚丙烯熔喷非织造布纤维的断裂强度只有小幅下降。说明本方法加工的聚丙烯熔喷非织造布纤维的耐光老化性能显著提高。本方法在保持聚丙烯熔喷非织造布纤维基本性能的基础上显著改善聚丙烯熔喷非织造布纤维的耐光老化性能。
对比例1-1：由于在熔喷非织造布生产实践中，有许多公开技术是向纺丝熔体中加入纳米颗粒以增加抗紫外线、增加力学性能，故设置对比例证明本技术采用皮芯结构纺丝，并在皮层中加入微纳米颗粒的方法不能靠现有技术简单联想所得。
将实施例1中步骤b去除，步骤d中选择常规纺丝喷嘴，生产常规截面的聚丙烯熔喷非织造布纤维,使添加颗粒分布在整根纤维中，而非本方案的皮层中。其他纺丝参数与实例1相同。得到的产品性能如表六所示。
表六、拉伸强度变化
0d 10d 20d 30d
常规聚丙烯熔喷非织造布 60.25 56.17 53.26 50.03
本产品 56.57 54.11 52.35 50.28
如表六所示，虽然添加光吸收剂和光反射剂，但采用的是常规纺丝方法，所得产品的断裂强度远不及常规聚丙烯熔喷非织造布。经过光老化10d、20d、以及30d后，本例方法制备的聚丙烯熔喷非织造布纤维的断裂强度只是比常规聚丙烯熔喷非织造布纤维稍有改善。说明本技术方法并不是靠现有技术简单联想所得。
对比例1-2：考虑到皮芯结构纺丝在化学纤维加工实践中较常见，也有许多公开的技术是制备皮芯结构的人造纤维，故设置对比例证明本技术所获得的耐光老化性能并不是简单联想自公开的皮芯结构纺丝技术。
将实施例2中步骤a去除，其他纺丝参数与实例2相同，即得到具有皮芯结构、但无添加光吸收剂和光反射剂的聚丙烯熔喷非织造布纤维。产品性能如表七所示。
表七、拉伸强度变化
0d 10d 20d 30d
常规聚丙烯熔喷非织造布 60.25 56.17 53.26 50.03
本产品 58.66 54.59 50.73 47.64
如表七所示，虽然具有皮芯结构，但没有添加本技术提出的硫酸钡光反射剂和氧化锡光吸收剂，所得产品的断裂强度、断裂伸长和拉伸模量不及常规聚丙烯熔喷非织造布纤维。而且经过光老化10d、20d、以及30d后，其断裂强度也没有比常规聚丙烯熔喷非织造布纤维有所改善。说明本技术方法并不是靠现有皮芯结构纺丝技术简单联想所得。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法,其特征在于，所述聚丙烯熔喷非织造布纤维采用皮芯复合结构，其中所述芯层组分为纯聚丙烯切片，所述皮层结构在形成皮层的聚丙烯切片母粒中混入光反射剂和光吸收剂，最终制备出添加剂集中在纤维皮层中、具有皮芯结构的耐光老化聚丙烯熔喷非织造布纤维。
2.根据权利要求1所述的耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法，其特征在于，所述光反射剂为硫酸钡颗粒，所述光吸收剂为氧化锡纳米颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法，其特征在于，所述皮层的双层厚度占整个聚丙烯熔喷非织造布纤维直径的1/10～1/2。
4.根据权利要求2所述的一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法，其特征在于，所述硫酸钡颗粒占形成聚丙烯熔喷非织造布纤维皮层的聚酰胺切片母粒质量的0.1‰～25‰；所述氧化锡纳米颗粒占形成聚丙烯熔喷非织造布纤维皮层的聚酰胺切片母粒质量的0.1‰～50‰。
5.根据权利要求1所述的一种耐光老化聚丙烯熔喷非织造布的加工方法，其特征在于，所述硫酸钡颗粒的粒径为20nm～2μm；氧化锡纳米颗粒的粒径为15～500nm。
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