CN110960925A - 一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布及其制备方法 - Google Patents

一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布的制备方法。采用静电纺丝与熔喷纺丝相结合的方法，制备具有梯度纤维直径的复合无纺布层。同时通过在熔喷材料中添加抗静电剂、抗菌剂，以及在静电纺丝液中添加抗菌剂。通过控制熔喷非织造布与静电纺丝纤维层的厚度，制备出具有抗菌、抗静电、且高效过滤的复合熔喷非织造空气过滤材料。本技术简单易行，既改善了聚丙烯熔喷非织造布的过滤性能，同时赋予了过滤材料抗菌及抗静电性能。

Description

一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布及其制备方法
技术领域
本发明涉及非织造材料的技术领域，具体来说是一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布及其制备方法。
背景技术
熔喷非织造布是利用熔喷技术制得的纤维直径在1～5微米的随机排列的纤维层，这些纤维的高比表面积及纤维间的微小孔径，能够有效的吸附和拦截微小固体颗粒，因而被广泛的应用于空气过滤和水过滤领域。
然而在对更微小颗粒的吸附与拦截、以及在降低空气阻力方面，熔喷非织造布仍无法实现突破。为了解决这个难题，专利201610389945.6介绍了用热风复合纳米纤维与非织造布；专利201710617365.2介绍了用热压方法复合熔喷无纺布与纳米纤维；专利CN201310036390.3介绍了用热轧技术制备复合结构；专利 CN201510605095.4介绍了用聚乙烯醇粘合剂将两层骨架进行粘合；专利 CN201610280146.5与专利CN87211872U介绍了用胶黏剂来实现多层结构的复合。上述方法虽均可实现不同层之间的牢固结合，但热风与热压工艺增加了生产流程，改变纤维截面形状，从而影响其过滤与透气，此外，热风与热压工艺会产生能耗；粘合剂的使用会堵塞纤维层孔道结构，降低复合材料过滤材料的过滤与透气性能；以上方法均会对核心纳米纤维层的整体性能产生负面影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布及其制备方法，将熔喷非织造布直接作为基材收集纳米纤维的方法，从而快速制备熔喷纤维/纳米纤维复合过滤材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布，包括复合结构，所述复合结构为微米级熔喷纤维层复合纳米级静电纺丝纤维层。
作为优选，所述纳米级静电纺丝纤维层直接以静电纺丝的方法复合到微米级熔喷纤维层上；
进一步地，所述纳米级静电纺丝纤维层厚度占整个非织造布厚度的1/30～ 1/4。
本发明还提供另一种技术方案：一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布的制备方法，具体步骤为：
(1)采用熔喷技术制备微米纤维层：在形成纤维的母粒中混入由聚合物树脂、添加剂和抗菌剂组成的熔喷纤维原料，制备出具有抗菌抗静电效果的聚丙烯熔喷非织造布；
(2)采用静电纺丝技术制备纳米纤维层：在纺丝溶液中加入纳米银，将纺出的纤维接收至聚丙烯熔喷非织造布上；
(3)最终得到具有抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布。
作为优选，所述步骤(1)中的所述熔喷纤维原料中的聚合物树脂、添加剂和抗菌剂的质量比为94～99.8：0.01～1：0.01～5。
进一步地，所述聚合物树脂优选为聚丙烯，所述抗菌剂优选为纳米级二氧化钛。
更进一步地，所述纳米二氧化钛颗粒粒径为5～75nm,
进一步地，所述步骤(2)中纳米银的粒径为5～50nm。
本发明的原理在于：在聚合物切片中按一定比例加入具有导电性能和抗菌性能的纳米颗粒，利用熔喷技术制备非织造布纤维层；在聚合物溶液体系中加入具有抗菌性能的纳米颗粒，利用静电纺丝技术将溶液牵伸为纳米纤维，并沉积到接收基材非织造布纤维层上；从而制备出具有抗菌抗静电性能的微纳米复合结构纤维层。通过调节非织造布纤维层与纳米纤维层的结构及厚度比例，可以实现最终复合结构材料的过滤性能与透气性能调节。此外，熔喷纤维原料与静电纺丝纤维原料是不同的，可以同时发挥两种不同材料的吸附性能。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：
制备的熔喷纤维层具有适合静电纺丝工艺中基材所需的导电性能，在进行熔喷微米纤维层与静电纺丝纳米纤维层复合时，直接可以在静电纺丝工艺中实现。相比较于热压复合、热风复合、粘结剂复合等复合工艺，此技术不需要额外的工艺和材料，也不会改变纤维及纤维层结构，防止了复合工艺对纤维本体的结构及性能造成不利影响。
本发明的有益效果为：
1、提供具有抗菌抗静电性能的熔喷非织造布，以实现熔喷非织布在过滤固体颗粒时能杀灭细菌，同时实现熔喷非织造布作为静电纺丝接收基材时所需的微弱导电性能；
2、提供具有高效低阻过滤效率的纳米纤维层，同时赋予纳米纤维层抗菌性能，提升过滤材料的品质；
3、提供一种高效且节能的复合技术，通过利用静电纺丝技术中的静电效应实现纳米纤维层与熔喷微米纤维层的有效复合，省去了常规技术中的热压、热风、粘结剂等工艺流程，并且节省了能耗。
附图说明
图1是熔喷纤维的示例性SEM图像。
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。
实施例1、一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布制备方法，依次进行熔融混合、熔喷纺丝、溶液混合、静电纺丝，即依次进行以下步骤：
a)依据纳米颗粒与聚丙烯之间的混合特性，以及静电纺丝基材所需的微弱导电性，向聚丙烯切片加入质量分数为0.2％、20nm的二氧化钛颗粒；
b)按如下顺序加工熔喷纤维层：干燥→熔融混合→挤出→气流拉伸→冷却固化→熔喷纤维层；
c)在聚偏氟乙烯溶液体系中加入质量分数为0.5％、10nm的银颗粒；
d)将熔喷纤维层作为静电纺丝工艺中的纳米纤维接收基材；
e)按如下加工纳米纤维层：溶液配制→均匀混合→高压牵伸→冷却固化→纳米纤维层；
f)熔喷纤维层对静电纺丝纳米纤维层的收集形成复合结构纤维层。
熔喷纺丝的基本参数为：纺丝温度为260℃、热空气温度为250℃、空气压力为0.5Mpa。
静电纺丝的基本参数为：电压为-10KV/+25KV、温度为25℃、湿度为37％、电极间距离为18cm、收集时间为1小时。
产品测试：根据国家测试标准GB2626-2006来测试产品的过滤性能，样品规格为10cm×10cm；根据国家测试标准GB/T 21510-2008来评价产品的抗菌性能。
测试结果如表1所示：
表1：产品过滤性能与抗菌性能
Figure RE-GDA0002382964880000041
实施例2、一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布制备方法，依次进行熔融混合、熔喷纺丝、溶液混合、静电纺丝，即依次进行以下步骤：
a)依据纳米颗粒与聚丙烯之间的混合特性，以及静电纺丝基材所需的微弱导电性，向聚丙烯切片加入质量分数为0.2％、20nm的纳米银颗粒；
b)按如下顺序加工熔喷纤维层：干燥→熔融混合→挤出→气流拉伸→冷却固化→熔喷纤维层；
c)在聚偏氟乙烯溶液体系中加入质量分数为0.5％、10nm的银颗粒；
d)将熔喷纤维层作为静电纺丝工艺中的纳米纤维接收基材；
e)按如下加工纳米纤维层：溶液配制→均匀混合→高压牵伸→冷却固化→纳米纤维层；
f)熔喷纤维层对静电纺丝纳米纤维层的收集形成复合结构纤维层。
熔喷纺丝的基本参数为：纺丝温度为260℃、热空气温度为250℃、空气压力为0.5Mpa。
静电纺丝的基本参数为：电压为-10KV/+25KV、温度为25℃、湿度为37％、电极间距离为18cm、收集时间为1小时。
产品测试：根据国家测试标准GB2626-2006来测试产品的过滤性能，样品规格为10cm×10cm；根据国家测试标准GB/T 21510-2008来评价产品的抗菌性能。
测试结果如表2所示：
表2：产品过滤性能与抗菌性能
Figure RE-GDA0002382964880000051

Claims (8)

1.一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布，包括复合结构，其特征在于，所述复合结构为微米级熔喷纤维层复合纳米级静电纺丝纤维层。
2.根据权利要求1所述的一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布，其特征在于，所述纳米级静电纺丝纤维层直接以静电纺丝的方法复合到微米级熔喷纤维层上。
3.根据权利1所述的一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布制备方法，其特征在于：所述纳米级静电纺丝纤维层厚度占整个非织造布厚度的1/30～1/4。
4.一种权利要求1-3所述的抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)采用熔喷技术制备微米纤维层：在形成纤维的母粒中混入由聚合物树脂、添加剂和抗菌剂组成的熔喷纤维原料，制备出具有抗菌抗静电效果的聚丙烯熔喷非织造布；
(2)采用静电纺丝技术制备纳米纤维层：在纺丝溶液中加入纳米银，将纺出的纤维接收至聚丙烯熔喷非织造布上；
(3)最终得到具有抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布。
5.根据权利要求1所述的一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的所述熔喷纤维原料中的聚合物树脂、添加剂和抗菌剂的质量比为94～99.8：0.01～1：0.01～5。
6.根据权利要求5所述的一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布的制备方法，其特征在于，所述聚合物树脂优选为聚丙烯，所述抗菌剂优选为纳米级二氧化钛。
7.根据权利要求6所述的一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布的制备方法，其特征在于，所述纳米级二氧化钛颗粒粒径为5～75nm。
8.根据权利1所述的一种抗静电熔喷复合抗菌纳米纤维非织造布制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中纳米银的粒径为5～50nm。
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