CN110523142B - 一种仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料及其制备方法 - Google Patents

一种仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料及其制备方法。方法是：步骤1、将聚丙烯和聚碳酸酯干燥混合后通过造粒机制备出双组分聚丙烯/聚碳酸酯混合母粒；步骤2、将步骤1得到的聚丙烯/聚碳酸酯母粒倒入于熔喷设备的进料筒后依次经过管路、计量泵和模头，最后吹至成熔喷滤料。聚丙烯和聚碳酸酯在熔喷热空气作用下，含量低的高粘度聚碳酸酯对聚丙烯纤维起到抽拔拉细的作用，平均纤维直径可达到纳米级。与此同时，在抽拔拉细作用下聚丙烯纤维表面会产生树皮状沟壑，不但提高了滤料的比表面积，且沟壑处更有助于大气颗粒物的截留，为熔喷材料在空气过滤领域上的应用提供了一个新的设计思路。

Description

一种仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及功能材料领域，具体涉及仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料及其制备方法。
背景技术：
熔喷空气滤料因其工艺简便、产量高、一步成型、强度高等特点在空气过滤领域上得到了广泛应用。典型熔喷滤料的最小平均纤维直径为1-2μm，较纤维直径范围在100-500nm间的静电纺滤料存在一定差距，为得到更高过滤性能的熔喷滤料，细化纤维直径成为了现今亟需解决的难题。目前熔喷细化纤维直径的方法主要有模头改造、静电、后处理等，但这些制备方法不仅工艺复杂且成本相对较高。
聚丙烯是非极性结晶材料，聚碳酸酯是极性无定形聚合物，结构的不同导致两者的界面力和相容性较差，因此不能形成热力学相容的均相体系。在熔喷热空气作用下，含量低的高粘度聚碳酸酯呈分散相并对聚丙烯纤维起到抽拔拉细的作用，细化后的平均纤维直径可达到纳米级(630nm)，最细纤维直径可达220nm。与此同时，在抽拔拉细作用下聚丙烯纤维表面会产生树皮状沟壑，不但提高了滤料的比表面积，且沟壑处更有助于大气颗粒物的截留。所以设定合适的熔喷工艺参数以及聚丙烯和聚碳酸酯两者的比例成为了亟待研究的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料及其制备方法。
本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料的制备方法，其特点在于该方法包括如下步骤：
步骤1、将聚丙烯和聚碳酸酯聚合物在鼓风干燥箱中干燥后，将两者均匀混合；随后通过单螺杆造粒机造粒，经造粒循环2次后制备出双组分聚丙烯/聚碳酸酯混合母粒；
步骤2、将步骤1得到的聚丙烯/聚碳酸酯母粒预先用鼓风干燥箱干燥；待单螺杆熔喷设备达到预设温度并稳定后，倒入已干燥的聚丙烯/聚碳酸酯母粒于熔喷设备的进料筒；在高温和螺杆的剪切力作用下，物料充分熔融并向前推进，依次经过管路、计量泵和模头，随后在热风管中的高速热空气作用下，聚合物从模头吹至带有吸风装置的收集网帘上；最后卷绕于卷布辊制成熔喷滤料。
本发明解决所述材料技术问题的技术方案是，提供一种根据所述方法得到仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料。其特征在于该材料的纤维直径达纳米级，且纤维表面呈现树皮状沟壑。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)本发明利用聚丙烯和聚碳酸酯两者的不相容性和较大的粘度差异，在熔喷热空气作用下，含量低的高粘度聚碳酸酯呈分散相并对聚丙烯纤维起到抽拔拉细的作用，平均纤维直径可达到纳米级。降低了纤维间的孔径并提高了滤料的比表面积，进一步提高了滤料拦截大气颗粒物的能力。
(2)在聚碳酸酯对聚丙烯的抽拔拉细作用下，聚丙烯纤维表面会产生树皮状沟壑，不但提高了滤料的比表面积，且沟壑处更有助于大气颗粒物的截留。
(3)聚碳酸酯具有较高的绝缘性和介电常数(3.0-3.2)，将其与聚丙烯相结合，能显著提高滤料的表面电位，即滤料表面带有更多电荷以通过静电力吸附更多大气颗粒物。
(4)本仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷滤料能够应用于空气过滤领域，为熔喷材料在空气过滤领域上的应用提供了一个新的设计思路。
附图说明
图1为本发明一种实施例的(a)聚丙烯纤维和(b)仿树皮沟壑的聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维表面形貌图；
图2为本发明一种实施例的(a)聚丙烯纤维和(b)仿树皮沟壑的聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维3D表面形貌图；
图3为本发明一种实施例的(a)聚丙烯纤维和(b)在抽拔拉细作用下聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维形貌图；
图4为本发明一种实施例的聚丙烯纤维和在抽拔拉细作用下聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维的直径；
图5本发明一种实施例的聚碳酸酯在熔喷过程中对聚丙烯纤维抽拔拉细作用示意图；
图6为本发明一种实施例的聚丙烯纤维和聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维的表面电位值图；
图7为本发明一种实施例的单螺杆熔喷设备示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
具体实施例
本发明所要解决的技术问题是，发明一种仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料的制备方法。
步骤1、将质量比为95∶5的聚丙烯与聚碳酸酯聚合物用鼓风干燥箱中分别以80℃、120℃的温度干燥2h和4h，聚丙烯的熔融指数和熔点分别为35g/10min和169℃，聚碳酸酯的熔融指数和熔点分别为14.4g/10min和250℃；干燥完成后，将聚碳酸酯与聚丙烯均匀混合并通过单螺杆造粒机造粒；造粒循环2次后制备出双组分聚丙烯 /聚碳酸酯母粒；单螺杆造粒机的螺杆一、螺杆二、螺杆三、模头的温度分别为240、260、275、200℃，单螺杆造粒机的螺杆速度和切粒速度分别为21r·min-1和32r·min-1；
步骤2、将步骤1得到的聚丙烯/聚碳酸酯母粒用80℃鼓风干燥箱干燥4h；待模头喷丝孔密度为9holes/cm，孔直径为0.5mm的单螺杆熔喷设备达到预设温度并稳定后，倒入聚丙烯/聚碳酸酯母粒于熔喷设备进料筒，熔融的聚合物随后依次经过管路、计量泵和模头，随后在热风管中的高速热空气作用下，聚合物从模头吹至带有吸风装置的收集网帘上；最后卷绕于卷布辊制成熔喷滤料；单螺杆熔喷机的螺杆一、螺杆二、螺杆三、管路、计量泵、模头和热风的温度分别为220℃、 275℃、290℃、270℃、260℃、252℃、158℃，熔喷计量泵流量、风压、收集网帘卷绕速度、卷布辊速度、模头距收集网帘的距离分别为 50ml·min-1、0.035MPa、44/cm·min-1、22cm·min-1、20cm。

Claims (5)

1.一种仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤1、将质量比为95:5的聚丙烯和聚碳酸酯聚合物在鼓风干燥箱中干燥后，将两者均匀混合；随后通过单螺杆造粒机造粒，经造粒循环2次后制备出双组分聚丙烯/聚碳酸酯混合母粒；
聚丙烯的熔融指数为35g/10min，聚碳酸酯的熔融指数为14.4g/10min；
单螺杆造粒机的螺杆一、螺杆二、螺杆三、模头的温度分别为240℃、260℃、275℃、200℃；单螺杆造粒机的螺杆速度和切粒速度分别为21r·min-1和32r·min-1；
步骤2、将步骤1得到的聚丙烯/聚碳酸酯母粒预先用鼓风干燥箱干燥；待单螺杆熔喷设备达到预设温度并稳定后，倒入已干燥的聚丙烯/聚碳酸酯母粒于熔喷设备的进料筒；在高温和螺杆的剪切力作用下，物料充分熔融并向前推进，依次经过管路、计量泵和模头，随后在热风管中的高速热空气作用下，聚合物从模头吹至带有吸风装置的收集网帘上；最后卷绕于卷布辊制成熔喷滤料；材料的纤维直径达纳米级，且纤维表面呈现树皮状沟壑；
单螺杆熔喷机的螺杆一、螺杆二、螺杆三、管路、计量泵、模头和热风的温度分别为220℃、275℃、290℃、270℃、260℃、252℃、158℃；计量泵流量为50ml·min-1，风压0.035MPa。
2.根据权利要求1所述的仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料的制备方法，其特征在于步骤1中，聚丙烯的熔点为169℃，聚碳酸酯的熔点为250℃。
3.根据权利要求1所述的仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料的制备方法，其特征在于步骤1中，聚丙烯的干燥温度和时间分别为80℃和2h，聚碳酸酯的干燥温度和时间分别为120℃和4h。
4.根据权利要求1所述的仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料的制备方法，其特征在于步骤2中，聚丙烯/聚碳酸酯母粒的干燥温度和时间分别为80℃和4h。
5.根据权利要求1所述的仿树皮聚丙烯/聚碳酸酯纳米纤维熔喷空气滤料的制备方法，其特征在于步骤2中，单螺杆熔喷机的模头喷丝口的孔密度为9 holes/cm，孔直径为0.5mm，收集网帘卷绕速度44cm·min-1，卷布辊速度22cm·min-1，模头距收集网帘的距离为20cm。
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