CN110055683B - 粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉煤灰增强的超细纤维非织造材料及其制备方法，属于非织造材料制备技术领域。本发明以粉煤灰为主要原料、经聚乙二醇改性的聚乳酸和经茂金属改性聚丙烯为辅料通过聚合物熔体挤出成型工艺制成长丝基纤维材料，其形成的粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料具有可降解、强度高、尺寸稳定、吸附性强、孔隙率高、柔软性好等特点。旨在解决从煤燃烧后的烟气中产生的粉煤灰的综合利用的问题，所形成的粉煤灰增强超细纤维非织造材料具有书写性、可用作包装材料等特点的制品。

Description

粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及非织造材料复合领域，特别是指一种粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料及其制备方法。
背景技术
随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害，另外粉煤灰可作为混凝土的掺合料。当前我国是粉煤灰排量较大的工业废渣之一。其次随着人民生活水平的提高，一次性塑料袋、快递袋和包装袋等因其难以降解，而给我国的环境造成了极大的污染。一种粉煤灰超细纤维非织造材料不仅以大量的粉煤灰为原料使粉煤灰能够再次利用，还能代替一次性塑料袋等包装制品降低对环境的污染。
现有市面上石头纸是以大量的石灰石为原料，以及加入一些辅料进行机械拉伸挤压形成的制品，与本专利所提出的一种无机粉体增强超细纤维的可降解非织造材料相比，该制品吸附性低、易散墨、不易于长期保存等劣势，同时本专利旨在解决粉煤灰废渣对我国生态环境造成的极大危害，而市面上石头纸显然不具备这个效果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料及其制备方法，通过粉煤灰和经聚乙二醇改性的聚乳酸以及经茂金属改性的聚丙烯经熔喷技术获得一种可降解、强力高、吸附性强、柔软性好，可用作书写纸、包装袋等的可降解非织造材料，解决了现有聚乳酸熔喷非织造材料强力低、单独使用性差、手感相对较涩、吸附能力不高等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料，所述非织造材料是由下述重量百分比的原料制成的：粉煤灰58%-76%，聚乙二醇3%-5%，聚乳酸15%-27%，经茂金属改性的聚丙烯热塑性化合物6%-10%。
所述粉煤灰的粒径为0.5微米-300微米，聚乳酸拉伸强度为40-60MPa，所述聚丙烯的熔融指数范围为1000g/10min-1800g/10min，聚乙二醇的分子量为3600-4400。
所述的粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将粉煤灰和经聚乙二醇改性的聚乳酸以及经茂金属改性的聚丙烯进行均匀共混，形成共混切片：
（2）将步骤（1）中形成的共混切片进行干燥：
（3）将步骤（2）干燥后的共混切片经过熔喷工艺，形成非织造材料，得到粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料。
所述步骤（1）中制备共混切片的具体步骤为：将聚乙二醇、聚乳酸和经茂金属改性的聚丙烯热塑性化合物混合后加热到170-230℃形成聚熔体，然后将粉煤灰混入聚熔体内并均匀搅拌，在搅拌的过程中降温形成共混切片；各组分的重量百分比为：粉煤灰58%-76%，聚乙二醇3%-5%，聚乳酸15%-27%，经茂金属改性的聚丙烯热塑性化合物6%-10%，其中加热方式为电加热，搅拌采用机械式搅拌器，机械式搅拌器为三片涡轮式，机械搅拌器的转速200-800r/min；所述降温的速度为每分钟0.6-1.6℃。
所述步骤（2）中干燥的具体操作为：将共混切片置于温度为65-75℃，真空度-0.1Mpa-0.07Mpa环境下，干燥60-90min。
所述步骤（3）中熔喷工艺的具体操作为：将干燥后的共混切片送入螺杆挤出机，形成聚合物熔体，然后经过滤器和计量泵后送入纺丝模头，并经喷丝孔挤出，受到高速热空气牵伸形成粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料，其中螺杆挤出机的螺杆长径比为30：1，螺杆入料口区域温度为11-28℃；纺丝模头温度为235℃，纺丝模头喷丝孔直径为0.35mm；高速热空气牵伸气隙为0.35-0.75mm，高速热空气的风压为0.35Mpa、温度为235℃。
本发明的设计原理在于利用粉煤灰吸附性强、孔隙率高和聚乙二醇改善聚乳酸非织造材料单独使用性差、强力低的缺点，以及使用经茂金属改性的聚丙烯使该非织造材料具有一定的弹性，不易撕裂，并基于熔喷纺丝工艺制备出超细长丝基纤维材料，进而增强其书写性和可用于包装的性能。
本发明的有益效果在于：以熔喷法制备的无机粉体增强超细纤维的可降解非织造材料，是由超细纤维相互连接而成的三维网状多孔结构，其较大的比表面积和致密的孔隙赋予了其较好的油墨存储特性和分离性，其制备过程中混入的少量的聚乙二醇和大量的粉煤灰使得该非织造材料具有强力高、耐水油性能突出、尺寸稳定等的特点，而经茂金属改性的聚丙烯则使形成的超细纤维可降解非织造材料具有一定的弹性，使得无机粉体增强超细纤维的可降解非织造材料在吸附与分离（如书写纸、口罩等）、包装用（快递袋、手提袋等）和装饰（墙纸、桌布等）等领域具有广泛的应用，是一种环保型、经济型和实用型超细纤维材料。
附图说明
图1为粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料的电镜图。
具体实施方式
应当理解此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例的粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料的制备方法如下：
（1）将15%的聚乳酸、3%的聚乙二醇和6%经茂金属改性的聚丙烯混合均匀并加热到170℃形成熔体，所用聚乙二醇的分子量为3600-4400，此后将76%的粉煤灰混入到聚乳酸、聚乙二醇以及经茂金属改性的聚丙烯形成的熔体中并进行均匀搅拌，在搅拌的过程中降温形成共混切片，所用粉煤灰的颗粒粒径为0.5微米-300微米；
（2）将共混切片放入到温度为70℃，真空度0.05Mpa环境下，干燥70min；
（3）将干燥后的共混切片送入螺杆挤出机，形成聚合物熔体，此后经过滤器和计量泵后送入纺丝模头，并经喷丝孔挤出，受到高速热空气牵伸形成无机粉体增强超细纤维的可降解非织造材料。螺杆的长径比为30：1，螺杆入料口区域温度为20℃，纺丝模头温度为235℃，模头喷丝孔直径为0.35mm，高速热空气牵伸气隙为0.35-0.75mm，高速热空气风压为0.35Mpa，风压温度为235℃。
实施例2
本实施例的粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料的制备方法如下：
（1）将18%的聚乳酸、4%的聚乙二醇和7%经茂金属改性的聚丙烯混合均匀并加热到180℃形成熔体，所用聚乙二醇的分子量为3600-4400，此后将71%的粉煤灰混入到聚乳酸、聚乙二醇以及经茂金属改性的聚丙烯形成的熔体中并进行均匀搅拌，在搅拌的过程中降温形成共混切片，所用粉煤灰的颗粒粒径为0.5微米-300微米；
（2）将共混切片放入到温度为65℃，真空度0.05Mpa环境下，干燥90min；
（3）将干燥后的共混切片送入螺杆挤出机，形成聚合物熔体，此后经过滤器和计量泵后送入纺丝模头，并经喷丝孔挤出，受到高速热空气牵伸形成无机粉体增强超细纤维的可降解非织造材料。螺杆的长径比为30：1，螺杆入料口区域温度为20℃，纺丝模头温度为235℃，模头喷丝孔直径为0.35mm，高速热空气牵伸气隙为0.35-0.75mm，高速热空气风压为0.35Mpa，风压温度为235℃。
实施例3
本实施例的粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料的制备方法如下：
（1）将21%的聚乳酸、4%的聚乙二醇和8%经茂金属改性的聚丙烯混合均匀并加热到200℃形成熔体，所用聚乙二醇的分子量为3600-4400，此后将67%的粉煤灰混入到聚乳酸、聚乙二醇以及经茂金属改性的聚丙烯形成的熔体中并进行均匀搅拌，在搅拌的过程中降温形成共混切片，所用粉煤灰的颗粒粒径为0.5微米-300微米；
（2）将共混切片放入到温度为75℃，真空度0.05Mpa环境下，干燥60min；
（3）将干燥后的共混切片送入螺杆挤出机，形成聚合物熔体，此后经过滤器和计量泵后送入纺丝模头，并经喷丝孔挤出，受到高速热空气牵伸形成无机粉体增强超细纤维的可降解非织造材料。螺杆的长径比为30：1，螺杆入料口区域温度为20℃，纺丝模头温度为235℃，模头喷丝孔直径为0.35mm，高速热空气牵伸气隙为0.35-0.75mm，高速热空气风压为0.35Mpa，风压温度为235℃。
实施例4
本实施例的粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料的制备方法如下：
首先将24%的聚乳酸、5%的聚乙二醇和10%经茂金属改性的聚丙烯混合均匀并加热到210℃形成熔体，所用聚乙二醇的分子量为3600-4400，此后将61%的粉煤灰混入到聚乳酸、聚乙二醇以及经茂金属改性的聚丙烯形成的熔体中并进行均匀搅拌，在搅拌的过程中降温形成共混切片，所用粉煤灰的颗粒粒径为0.5微米-300微米；然后将共混切片放入到温度为70℃，真空度0.05Mpa环境下，干燥70min；将干燥后的共混切片送入螺杆挤出机，形成聚合物熔体，此后经过滤器和计量泵后送入纺丝模头，并经喷丝孔挤出，受到高速热空气牵伸形成无机粉体增强超细纤维的可降解非织造材料。螺杆的长径比为30：1，螺杆入料口区域温度为20℃，纺丝模头温度为235℃，模头喷丝孔直径为0.35mm，高速热空气牵伸气隙为0.35-0.75mm，高速热空气风压为0.35Mpa，风压温度为235℃。
实施例5
本实施例的粉煤灰增强超细纤维的可降解非织造材料的制备方法如下：
（1）将27%的聚乳酸、4%的聚乙二醇和9%经茂金属改性的聚丙烯混合均匀并加热到220℃形成熔体，所用聚乙二醇的分子量为3600-4400，此后将60%的粉煤灰混入到聚乳酸、聚乙二醇以及经茂金属改性的聚丙烯形成的熔体中并进行均匀搅拌，在搅拌的过程中降温形成共混切片，所用粉煤灰的颗粒粒径为0.5微米-300微米；
（2）将共混切片放入到温度为70℃，真空度0.05Mpa环境下，干燥70min；
（3）将干燥后的共混切片送入螺杆挤出机，形成聚合物熔体，此后经过滤器和计量泵后送入纺丝模头，并经喷丝孔挤出，受到高速热空气牵伸形成无机粉体增强超细纤维的可降解非织造材料。螺杆的长径比为30：1，螺杆入料口区域温度为20℃，纺丝模头温度为235℃，模头喷丝孔直径为0.35mm，高速热空气牵伸气隙为0.35-0.75mm，高速热空气风压为0.35Mpa，风压温度为235℃。
Figure 189465DEST_PATH_IMAGE002
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将粉煤灰和经聚乙二醇改性的聚乳酸以及经茂金属改性的聚丙烯进行均匀共混，形成共混切片：
（2）将步骤（1）中形成的共混切片进行干燥：
（3）将步骤（2）干燥后的共混切片经过熔喷工艺，形成非织造材料，得到粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料；
所述步骤（1）中制备共混切片的具体步骤为：将聚乙二醇、聚乳酸和经茂金属改性的聚丙烯热塑性化合物混合后加热到170-230℃形成聚熔体，然后将粉煤灰混入聚熔体内并均匀搅拌，在搅拌的过程中降温形成共混切片；
所述非织造材料是由下述重量百分比的原料制成的：粉煤灰58%-76%，聚乙二醇3%-5%，聚乳酸15%-27%，经茂金属改性的聚丙烯热塑性化合物6%-10%；
所述粉煤灰的粒径为0.5微米-300微米，聚乳酸拉伸强度为40-60MPa，所述经茂金属改性的聚丙烯热塑性化合物的熔融指数范围为1000g/10min-1800g/10min，聚乙二醇的分子量为3600-4400。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的加热方式为电加热，步骤（1）中的搅拌采用机械式搅拌器，机械式搅拌器为三片涡轮式，机械搅拌器的转速200-800r/min。
3.根据权利要求1所述的粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中降温的速度为每分钟0.6-1.6℃。
4.根据权利要求1所述的粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中干燥的具体操作为：将共混切片置于温度为65-75℃，真空度-0.1Mpa-0.07Mpa环境下，干燥60-90min。
5.根据权利要求1所述的粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中熔喷工艺的具体操作为：将干燥后的共混切片送入螺杆挤出机，形成聚合物熔体，然后经过滤器和计量泵后送入纺丝模头，并经喷丝孔挤出，受到高速热空气牵伸形成粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料。
6.根据权利要求5所述的粉煤灰增强的超细纤维可降解非织造材料的制备方法，其特征在于：所述螺杆挤出机的螺杆长径比为30:1，螺杆入料口区域温度为11-28℃；纺丝模头温度为235℃，纺丝模头喷丝孔直径为0.35mm；高速热空气牵伸气隙为0.35-0.75mm，高速热空气的风压为0.35Mpa、温度为235℃。
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