CN110438666B

CN110438666B - 一种复合熔喷无纺布及其制备方法

Info

Publication number: CN110438666B
Application number: CN201910685039.4A
Authority: CN
Inventors: 刘轲; 郭启浩; 王栋; 李沐芳; 王旭; 赵青华; 蒋海青
Original assignee: Foshan We Change Technology Co ltd; Wuhan Textile University
Current assignee: Foshan We Change Technology Co ltd; Wuhan Textile University
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2020-08-28
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: CN110438666A

Abstract

本发明提供了一种复合熔喷无纺布及其制备方法，所述复合熔喷无纺布包含至少一层超细纤维层和至少一层普通纤维层。通过多喷嘴熔融纺丝使超细纤维层和普通纤维层层层叠加，最后加固处理得到所述复合熔喷无纺布。其中，所述超细纤维层是通过热力学不相容的热塑性聚合物和基质熔融共混纺丝，然后通过溶剂萃取去除基质得到直径小于500nm的超细纤维层；所述普通纤维层通过不含基质的热塑性聚合物熔融纺丝得到；最后通过热轧加固处理得到综合性能优异的复合熔喷无纺布。本发明克服了现有技术的制备方法复杂、难以大规模生产和纤维性能不均匀性的问题，并为功能性无纺布的制备提供了新思路。

Description

一种复合熔喷无纺布及其制备方法

技术领域

本发明属于无纺布技术领域，尤其涉及一种复合熔喷无纺布及其制备方法。

背景技术

无纺布俗称非织造布，它是将短纤维或者长丝进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后采用机械、热轧或化学等方法加固，最后形成的无编织的布料。无纺布具有透气、柔软、质轻、无毒无刺激性、色彩丰富、价格低廉等特点。如采用聚丙烯(PP)粒料为原料，经高温熔融、喷丝、铺网、热压卷取连续一步法生产即得到聚丙烯无纺布。通常通过制备多层复合无纺布，可赋予无纺布更多特殊性能，如良好的亲水性、吸附性、蓬松柔软性等，提高无纺布的应用价值。

随着纤维超细化的发展，采用超细纤维制备得到的无纺布，在光、热、磁、电等方面表现出许多新奇特性。将超细纤维和普通纤维结合，制备多层复合纤维无纺布，可赋予复合无纺布更加优异的吸附性、丰满柔软性和质轻保暖性等。然而，现有技术制备得到的纤维直径通常在500nm以上，大规模制备更小直径的纤维尚存在一定的难度。

如申请号为CN201710282915.X的发明专利公开了一种纳米纤维的生产工艺，将热力学不相容的聚合物和基质用溶剂溶解后，配制成静电纺丝液，然后静电纺丝得到复合纤维，采用溶解将基质溶解去除，得到平均直径低于100nm的聚合物纳米纤维。该方法采用溶液静电纺丝，存在溶剂选择困难、污染环境以及成本高、难以大规模生产的问题，而且采用溶液法，难以控制聚合物和基质单独拉伸成丝，可能使复合纤维原丝的径向包含聚合物和基质两种组分，导致溶解去除基质后，纳米纤维原丝断裂，造成纳米纤维强度下降。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种复合熔喷无纺布及其制备方法，所述复合熔喷无纺布包括至少一层超细纤维层和至少一层普通纤维层；通过热力学不相容的热塑性聚合物和基质熔融共混纺丝，然后去除基质得到所述超细纤维层；通过不含基质的热塑性聚合物熔融纺丝，得到所述普通纤维层；然后对所述超细纤维层和普通纤维层进行加固处理，得到所述复合熔喷无纺布，克服了现有技术的制备方法复杂，难以大规模生产、纤维性能不均匀性的问题，并为功能性无纺布的制备提供新思路。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种复合熔喷无纺布，包括至少一层超细纤维层和至少一层普通纤维层；所述超细纤维层与所述普通纤维层通过熔融纺丝层层叠加，最后加固处理得到所述复合熔喷无纺布；所述超细纤维层由热力学不相容的热塑性聚合物和基质经熔融纺丝、铺设成网、加固处理后去除基质得到；所述普通纤维层由热塑性聚合物经熔融纺丝、铺设成网后加固处理得到。

进一步的，所述超细纤维层的纤维平均直径≤0.5μm，所述普通纤维层的纤维平均直径≤50μm。

进一步的，所述热塑性聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺和热塑性聚氨酯中的任一种或多种；所述基质为醋酸纤维素、乙基纤维素或醋酸丁酸纤维素中的任一种。

一种以上所述复合熔喷无纺布的制备方法，包括以下步骤：

S1.将热力学不相容的热塑性聚合物与基质按预设质量比熔融共混得到熔融纺丝原料a，将热塑性聚合物熔融得到熔融纺丝原料b；

S2.将步骤S1中所述熔融纺丝原料a和熔融纺丝原料b分别从不同喷嘴熔融挤出、熔喷拉伸、铺设成网，得到多层复合纤维网；

S3.将步骤S2中所述多层复合纤维网进行加固处理，然后采用溶剂进行萃取，去除步骤S1中所述基质，得到所述复合熔喷无纺布。

进一步的，在步骤S1中，所述预设质量比为1:9～3:7。

优选地，在步骤S1中，所述熔融纺丝原料a与熔融纺丝原料b的热塑性聚合物种类相同。

进一步的，在步骤S3中，所述溶剂为丙酮或乙醇，所述萃取的温度为30～60℃。

进一步的，在步骤S2中，所述喷嘴的喷丝孔直径为0.1～1mm。

进一步的，在步骤S3中，去除步骤S1中所述基质后，再进行一次加固处理得到所述复合熔喷无纺布。

进一步的，在步骤S2中，所述熔喷采用高温高压气流喷吹，所述高温高压气流的温度为250～280℃，压力为0.15～0.25Mpa；在步骤S3中，所述加固处理为热轧加固处理，所述热轧加固处理的温度为140～180℃，压力为5～20MPa，热轧时间为5～20s。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供的复合熔喷无纺布及其制备方法具有如下有益效果：

(1)本发明通过多喷嘴熔融纺丝，制备得到含有至少一层超细纤维层和至少一层普通纤维层的复合熔喷无纺布；其中，超细纤维层直径低于500nm，具有高吸附性和质轻保暖性等；将超细纤维层的优异特性和普通纤维层的高强度结合，赋予复合熔喷无纺布更优异的综合性能。

(2)本发明通过热力学不相容的热塑性聚合物和基质熔融共混纺丝，铺设成网，然后通过溶剂萃取去除基质得到所述超细纤维层，通过不含基质的热塑性聚合物熔融纺丝，铺设成网，得到所述普通纤维层；最后通过热轧加固处理得到复合熔喷无纺布，克服了现有技术的制备方法复杂，难以大规模生产、纤维性能不均匀性的问题，并为功能性无纺布的制备提供新思路。

(3)本发明通过合理设置熔融挤出、熔喷和热轧参数，制备得到的复合熔喷无纺布中纤维直径均匀度高，层与层之间的粘结力强，性能稳定性高。

附图说明

图1为本发明提供的复合熔喷无纺布形成原理示意图；

图2为实施例4制备的复合熔喷无纺布的扫描电镜图(图2中(a)的标尺为50μm，(b)的标尺为10μm)。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明通过多喷嘴熔融纺丝，制备得到含有至少一层超细纤维层和至少一层普通纤维层的复合熔喷无纺布。本发明选择热力学不相容的热塑性聚合物和基质熔融共混后从喷丝孔挤出，采用高温高压气流熔喷，得到拉长拉细的复合纤维长丝，在冷空气中固化沉积后，通过自身粘合作用得到复合纤维网层，然后用能够溶解基质的溶剂将复合纤维网中的基质溶解去除，得到含有所述热塑性聚合物的超细纤维层。另外通过不含基质的热塑性聚合物熔融纺丝，铺设成网，得到所述普通纤维层。将所述超细纤维层和普通纤维层热轧加固处理，得到综合性能良好的复合熔喷无纺布。

优选地，所述超细纤维层和普通纤维层的热塑性聚合物种类相同，这是因为相同种类的热塑性聚合物可使纤维层之间的粘结力更强，无纺布性能更优异。

请参阅图1所示，本发明制备的复合熔喷无纺布的形成原理图为：将热力学不相容的热塑性聚合物和基质熔融共混得到熔融纺丝原料a，将热塑性聚合物熔融得到熔融纺丝原料b；通过多喷嘴熔融纺丝，使两组纺丝原料挤出形成的纤维层层叠加，得到多层复合纤维网；然后加固处理后去除熔融纺丝原料a中的基质，得到含有至少一层超细纤维层和至少一层普通纤维层的复合熔喷无纺布。

其中，复合熔喷无纺布中超细纤维层的形成原理为：热塑性聚合物和基质为热力学不相容的两种组分，在熔融共混体中，形成图1中的两种分散相，当基质含量大于热塑性聚合物含量时，热塑性聚合物均匀地分散于基质中，形成类似“海-岛”结构熔融共混物，从喷丝孔喷出时，在高温高压气流熔喷作用下，逐渐形成复合纤维长丝，复合纤维长丝的组成如图1所示，由于聚合物与基质热力学不相容，在熔喷成丝过程中，聚合物单独在内层形成纳米纤维长丝，基质在外层形成连续相，由于基质成膜性较好，在收集装置上有利于铺设成网，通过自身粘合作用得到复合纤维层，然后用溶剂溶解去除基质后，即得到热塑性聚合物的超细纤维层。

实施例1

实施例1提供一种复合熔喷无纺布，包括一层超细纤维层和一层普通纤维层，所述超细纤维层的纤维平均直径≤0.5μm，所述普通纤维层的纤维平均直径≤50μm。

实施例2

实施例2提供一种复合熔喷无纺布，包括一层超细纤维层和两层普通纤维层，所述超细纤维层夹在所述两层普通纤维层中间，所述超细纤维层的纤维平均直径≤0.3μm，所述普通纤维层的纤维平均直径≤30μm。

实施例3

实施例3提供一种复合熔喷无纺布，包括两层超细纤维层和两层普通纤维层，所述两层超细纤维层夹在所述两层普通纤维层中间，所述超细纤维层的纤维平均直径≤0.2μm，所述普通纤维层的纤维平均直径≤10μm。

实施例4

实施例4提供一种实施例1所述的复合熔喷无纺布的制备方法，包括以下步骤：

S1.将聚乙烯醇和醋酸丁酸纤维素按质量比1:8，在双螺杆挤出机中熔融共混得到熔融纺丝原料a，将聚乙烯醇在双螺杆挤出机中熔融得到熔融纺丝原料b；

S2.将步骤S1中所述熔融纺丝原料a和熔融纺丝原料b分别从两个喷嘴熔融挤出，采用温度为270℃，压力为0.20MPa的高温高压气流熔喷，在高速热气流的作用下熔体被拉长拉细，并通过与周围冷空气的热交换固化成纤维长丝，在接收装置上铺设成网，得到双层复合纤维网；

其中，所述熔融纺丝原料a的喷嘴的喷丝孔直径为0.36mm，所述熔融纺丝原料b的喷嘴的喷丝孔直径为0.6mm；

S3.将步骤S2中所述多层复合纤维网进行热轧加固处理，然后采用丙酮在45℃进行萃取，去除步骤S1中所述醋酸丁酸纤维素，最后再进行一次热轧加固处理得到所述复合熔喷无纺布；所述两次热轧加固处理的温度均为150℃，压力均为10MPa，热轧时间均为10s。

请参阅图2所示，本实施例制备得到的复合熔喷无纺布包括聚乙烯醇超细纤维层和聚乙烯醇普通纤维层。从图2中的(a)图可以看出，复合熔喷无纺布中纤维随机排列交错成网，而且纤维直径分布较均匀；从图2中的(b)图可以看出，上表层为聚乙烯醇普通纤维层，纤维平均直径约为15μm，下层为聚乙烯醇超细纤维层，从图中白色圆圈标记中的纤维可以看出，聚乙烯醇超细纤维层的纤维平均直径约为0.5μm，明显低于普通纤维层。超细纤维层具有更大的比表面积，去除醋酸丁酸纤维素后，留下空隙，进一步提高无纺布的吸附性，而且无纺布质量减轻。聚乙烯醇普通纤维层具有较高强度，可为超细纤维层提供支撑，提高复合熔喷无纺布的使用寿命。

本实施例中超细纤维层和普通纤维层组分相同，并且去除基质后再进行一次热轧加固处理，得到的复合熔喷无纺布强度高，层与层之间的粘结力较强，耐用性好。

实施例5

实施例5提供一种实施例2所述的复合熔喷无纺布的制备方法，包括以下步骤：

S1.将聚乙烯醇(PVA)和醋酸丁酸纤维素(CAB)按质量比1:8，在双螺杆挤出机中熔融共混得到熔融纺丝原料a，将聚乙烯(PE)在双螺杆挤出机中熔融得到熔融纺丝原料b1，将聚丙烯(PP)在双螺杆挤出机中熔融得到熔融纺丝原料b2；

S2.将步骤S1中所述熔融纺丝原料a、熔融纺丝原料b1和熔融纺丝原料b2分别从三个喷嘴熔融挤出，采用温度为260℃，压力为0.25MPa的高温高压气流熔喷，在高速热气流的作用下熔体被拉长拉细，并通过与周围冷空气的热交换固化成纤维长丝，在接收装置上铺设成网，得到三层复合纤维网；

其中，所述熔融纺丝原料a的喷嘴的喷丝孔直径为0.3mm，所述熔融纺丝原料b1的喷嘴的喷丝孔直径为0.5mm，所述熔融纺丝原料b2的喷嘴的喷丝孔直径为0.5mm；

S3.将步骤S2中所述多层复合纤维网进行热轧加固处理，然后采用丙酮在55℃进行萃取，去除步骤S1中所述醋酸丁酸纤维素，最后再进行一次热轧加固处理得到所述复合熔喷无纺布；所述两次热轧加固处理的温度均为170℃，压力均为6MPa，热轧时间均为15s

本实施例得到的复合熔喷无纺布的中间层为聚乙烯醇超细纤维层，两个外层分别为聚乙烯普通纤维层和聚丙烯普通纤维层。其中，聚乙烯醇超细纤维层的纤维平均直径约为0.25μm，聚乙烯和聚丙烯普通纤维层的纤维平均直径约为20μm。

实施例6

S1.将聚乙烯醇和醋酸丁酸纤维素按质量比1:8，在双螺杆挤出机中熔融共混得到熔融纺丝原料a1，将聚乙烯醇缩丁醛和醋酸丁酸纤维素按质量比1:8，在双螺杆挤出机中熔融共混得到熔融纺丝原料a2，将聚乙烯在双螺杆挤出机中熔融得到熔融纺丝原料b1，将聚丙烯在双螺杆挤出机中熔融得到熔融纺丝原料b2；

S2.将步骤S1中所述熔融纺丝原料a1、熔融纺丝原料a2、熔融纺丝原料b1和熔融纺丝原料b2分别从四个喷嘴熔融挤出，采用温度为280℃，压力为0.15MPa的高温高压气流熔喷，在高速热气流的作用下熔体被拉长拉细，并通过与周围冷空气的热交换固化成纤维长丝，在接收装置上铺设成网，得到四层复合纤维网；

其中，所述熔融纺丝原料a1和a2的喷嘴的喷丝孔直径均为0.16mm，所述熔融纺丝原料b1的喷嘴的喷丝孔直径为0.36mm，所述熔融纺丝原料b2的喷嘴的喷丝孔直径为0.36mm；

S3.将步骤S2中所述多层复合纤维网进行热轧加固处理，然后采用丙酮在35℃进行萃取，去除步骤S1中所述醋酸丁酸纤维素，得到所述复合熔喷无纺布；所述热轧加固处理的温度为160℃，压力为10MPa，热轧时间为15s。

本实施例得到的复合熔喷无纺布的中间两层为聚乙烯醇超细纤维层和聚乙烯醇缩丁醛超细纤维层，两个外层分别为聚乙烯纤维层和聚丙烯纤维层。其中，聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛超细纤维层的纤维平均直径均约为0.15μm，聚乙烯纤维层和聚丙烯纤维层的纤维平均直径均约为8μm。

实施例7～13

实施例7～13与实施例5相比，不同之处在于，步骤S1至S3中的制备条件如表1所示，其他与实施例5基本相同，在此不再赘述。

表1实施例7～13的制备条件及纤维平均直径

表1中还列出了实施例7～13制备的复合熔喷无纺布中各纤维层的纤维平均直径。从实施例7～10及实施例5的测试结果可以看出，随着PVA和CAB的质量比增大，PVA层纤维平均直径逐渐增大，说明适当增加CAB含量，有助于降低纤维直径。这是因为CAB含量增加时，纺丝细流中CAB会更加有效地阻止PVA熔融相变大，PVA相以较小的粒径在熔喷作用下被拉伸细化，溶去CAB后得到PVA纤维层。从实施例7～10及实施例5的测试结果还可以看出，熔融纺丝原料b1和b2的喷丝孔径不变，随着熔喷气流的温度和压力增大，纤维平均直径得到一定程度的细化，说明适当增加熔喷气流的温度和压力，有助于提高纤维拉伸程度，但温度和压力过高，可能导致纤维热降解和变形。从实施例11～13及实施例5的测试结果可以看出，降低喷丝孔直径，也能使纤维平均直径减小。

实施例14～20

实施例14～20与实施例5相比，不同之处在于，步骤S1至S3中的制备条件如表2所示，其他与实施例5基本相同，在此不再赘述。

表2实施例14～20的制备条件

实施例14至20制备得到的复合熔喷无纺布的纤维平均直径与实施例5的区别不大，说明纺丝原料的种类对纤维直径影响不大。

需要特别指出的是，本发明提供的热塑性聚合物在熔融纺丝时，为了保证熔融温度低于原料热分解温度，需要根据所选纺丝原料本身熔融温度及热分解温度，适当添加增塑剂，防止纺丝原料熔融时发生热分解。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种复合熔喷无纺布，其特征在于，包括至少一层超细纤维层和至少一层普通纤维层；所述超细纤维层与所述普通纤维层通过熔融纺丝层层叠加，最后加固处理得到所述复合熔喷无纺布；所述超细纤维层由热力学不相容的热塑性聚合物和基质经熔融纺丝、铺设成网、加固处理后去除基质得到；所述普通纤维层由热塑性聚合物经熔融纺丝、铺设成网后加固处理得到；

所述超细纤维层的纤维平均直径≤0.5μm，所述普通纤维层的纤维平均直径≤50μm；

所述的复合熔喷无纺布的制备方法，包括以下步骤：

所述熔融纺丝原料a与熔融纺丝原料b的热塑性聚合物种类相同；

所述熔喷采用高温高压气流喷吹，所述高温高压气流的温度为250～280℃，压力为0.15～0.25Mpa；

S3.将步骤S2中所述多层复合纤维网进行加固处理，然后采用溶剂进行萃取，去除步骤S1中所述基质，再进行一次加固处理得到所述复合熔喷无纺布，得到所述复合熔喷无纺布；

所述加固处理为热轧加固处理，所述热轧加固处理的温度为140～180℃，压力为5～20MPa，热轧时间为5～20s。

2.根据权利要求1所述的一种复合熔喷无纺布，其特征在于，所述热塑性聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺和热塑性聚氨酯中的任一种或多种；所述基质为醋酸纤维素、乙基纤维素或醋酸丁酸纤维素中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种复合熔喷无纺布，其特征在于，在步骤S1中，所述预设质量比为1:9～3:7。

4.根据权利要求1所述的一种复合熔喷无纺布，其特征在于，在步骤S3中，所述溶剂为丙酮或乙醇，所述萃取的温度为30～60℃。

5.根据权利要求1所述的一种复合熔喷无纺布，其特征在于，在步骤S2中，所述喷嘴的喷丝孔直径为0.1～1mm。