CN111205563A - 一种熔喷级聚丙烯及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔喷级聚丙烯及其制备方法和应用，其原料包括聚丙烯树脂、降解剂、抗氧剂和润滑剂，降解剂为选自过氧化氢、过碳酸钠、过碳酸铵和过氧化脲中的一种或多种的组合，还包括选自二苄叉山梨醇、芳基磷酸酯(盐)和纳米级无定型二氧化硅中的一种或几种的成核剂；降解剂、成核剂分别占原料的质量百分含量为0.05‑0.5%；制备：将原料进行预混，搅拌，然后选择性地加入除味剂；经挤出机熔融造粒，制成；及上述熔喷级聚丙烯在制造熔喷无纺布、熔喷滤芯和吸音棉中的应用；本发明的熔喷级聚丙烯兼具低气味和驻极电荷稳定性高等优点。

Description

一种熔喷级聚丙烯及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于熔喷级聚丙烯技术领域，具体涉及一种低气味驻极电荷稳定性高的熔喷级聚丙烯及其制备方法和应用。

背景技术

熔喷级聚丙烯是用于一种熔喷工艺(melt blown)的聚丙烯树脂，主要用于制造熔喷无纺布、熔喷滤芯、吸音棉等材料。通常熔喷工艺需要树脂材料具有非常高的流动性，以及较窄的分子量分布，高端领域还要求材料满足低气味、安全环保的要求。

目前制备熔喷级聚丙烯的方法主要有可控流变法和氢调法。可控流变技术(controlled rheology)是目前工业上比较流行的制备熔喷级聚丙烯的方法，该技术主要是利用化学降解剂，对聚丙烯进行可控制的降解，使较长的分子链断链，相对分子质量变小，分子量分布变窄，达到提高聚丙烯熔体流动性的目的，能够使成型周期缩短，从而减少能耗，并且使生产效率提高。通过降解改性得到的高流动性聚丙烯可以应用于熔喷无纺布、纤维纺丝、薄壁注塑制品等领域，拓展了聚丙烯的使用范围。

有机过氧化物是可控流变技术中常用的聚丙烯降解剂，降解聚丙烯的过程包括：有机过氧化物分解形成自由基，自由基夺取聚丙烯分子链上氢原子，聚丙烯分子链断裂，反应终止。通常有机过氧化物浓度越高，降解温度越高，聚丙烯降解的程度越大(熔指增加的越高)。通常熔喷级聚丙烯的熔指高达1000-2000g/10min，一般需要添加0.1-2％甚至更多的有机过氧化物才能将常规牌号的聚丙烯树脂降解到1000-2000g/10min熔指水平。但存在的问题是有机过氧化物分解后生成挥发性的小分子副产物，造成熔喷级聚丙烯带有特殊气味，甚至对人体健康造成不良影响。

同时熔喷级聚丙烯主要应用于熔喷无纺布的制造，借助高速热气流使刚挤出的高聚物熔体迅速高倍拉伸固化成形的纺丝方法。可以纺丝直接制成熔喷无纺布。而熔喷无纺布是医用口罩的核心过滤材料，这主要是熔喷过滤材料的过滤机理主要分为机械阻隔和静电吸附两种。机械阻隔主要依靠是熔喷无纺布的微孔结构，微孔越小熔喷无纺布可以过滤的污染物颗粒(PM2.5、细菌、病毒等)就越小，但微孔越小会使得熔喷无纺布的气体阻力变高，影响使用。因此，通常需要将熔喷无纺布进行驻极处理，使无纺布纤维上带有静电，通过静电吸附作用弥补机械阻隔，在不提高气体阻力的同时，大大增加了熔喷无纺布的过滤效果。驻极处理使熔喷无纺布带有电荷，但电荷会在温度和湿度的影响下加速衰减，因此需要熔喷聚丙烯无纺布材料具有更多的能贮存电荷的“能阱”，且能阱深度较大，电荷不易逸出。

中国专利CN101153095A公开了一种聚丙烯化学降解方法，采用2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷作为降解剂对聚丙烯进行降解，并通过添加磷酸盐成核剂在改善降解后聚丙烯力学性能的同时，还有效消除加工过程中因氧化或副产物带来的酸性杂质，降低了酸性杂质对过氧化物效能的影响，从而降低了过氧化物的单位用量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种低气味驻极电荷稳定性高的熔喷级聚丙烯。

本发明同时还提供了一种上述熔喷级聚丙烯的制备方法。

本发明同时还提供了一种上述熔喷级聚丙烯在制造熔喷无纺布、熔喷滤芯和吸音棉中的应用。

为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：

一种熔喷级聚丙烯，其原料包括聚丙烯树脂、降解剂、抗氧剂和润滑剂，所述降解剂为选自过氧化氢、过碳酸钠、过碳酸铵和过氧化脲中的一种或多种的组合，所述原料还包括选自二苄叉山梨醇、芳基磷酸酯(盐)和纳米级无定型二氧化硅中的一种或几种的成核剂；其中，以质量百分含量计，所述降解剂占所述原料的质量百分含量为0.05-0.5％，所述成核剂占所述原料的质量百分含量为0.05-0.5％。

根据本发明的一些优选方面，所述成核剂为选自二苄叉山梨醇、芳基磷酸酯(盐)和纳米级无定型二氧化硅中的至少两种。

根据本发明的进一步优选方面，所述成核剂由二苄叉山梨醇和纳米级无定型二氧化硅构成，所述二苄叉山梨醇与所述纳米级无定型二氧化硅的投料质量比为0.5-1∶1。

根据本发明，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯。

根据本发明的一些优选方面，所述聚丙烯树脂的熔体流动速率为30-100g/10min。进一步地，所述聚丙烯树脂的熔体流动速率为30-50g/10min。

根据本发明的一些具体且优选的方面，所述原料还包括除味剂；以质量百分含量计，所述原料中，聚丙烯树脂98.1-99.6％、降解剂0.05-0.5％、成核剂0.05-0.5％、抗氧剂0.1-0.3％、润滑剂0.1-0.3％和除味剂0.1-0.3％。

根据本发明的一些具体方面，所述抗氧剂为选自抗氧剂DLTP、抗氧剂DSTP和抗氧剂168中的一种或多种的组合。

根据本发明的一些优选方面，所述润滑剂为选自硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸酸镁中的一种或多种的组合。本发明中，发明人发现采用硬脂酸酸盐作为润滑剂相比与其它常规的诸如褐煤蜡、十八烷醇等能够在整个体系中有利于聚丙烯的降解，实现更好的熔体流动性。

在本发明的一些实施方式中，所述除味剂为合肥创新轻质材料有限公司提供的LDV1035T。

本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的熔喷级聚丙烯的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将聚丙烯树脂、降解剂、成核剂、抗氧剂和润滑剂进行预混，搅拌，然后选择性地加入除味剂；经挤出机熔融造粒，制成所述熔喷级聚丙烯；

其中，所述挤出机的加工温度为200-250℃，所述挤出机长径比为48-60，且所述挤出机的匀化段配备有真空脱挥装置。

根据本发明的一些具体且优选方面，所述挤出机采用双螺杆挤出机，螺杆转速为300-500rpm。

根据本发明的一些具体方面，在进行所述熔融造粒之后，还包括热风干燥步骤，温度为70-90℃。

本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的熔喷级聚丙烯在制造熔喷无纺布、熔喷滤芯和吸音棉中的应用。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本申请发明人创新地采用特定的降解剂作为聚丙烯的降解剂，不仅能够实现聚丙烯的可控降解，而且此些降解剂易处理，操作安全性高，且分解后不产生有机小分子气味残留，可实现低气味；同时本申请发明人意外发现采用二苄叉山梨醇、芳基磷酸酯(盐)和纳米级无定型二氧化硅作为成核剂尤其是二苄叉山梨醇和纳米级无定型二氧化硅的组合进行辅助制备熔喷级聚丙烯，不仅能够极大地提升聚丙烯的结晶度，而且还能够使得熔喷级聚丙烯驻极处理后的电荷负载量和电荷贮存稳定性得以大幅度提高，进而延长熔喷无纺布等的静电吸附效果。

具体实施方式

本发明中，熔融指数(MFI，熔体流动速率)参照GBT 3682.1-2018中所述方法进行测试，测试温度230℃，测试负重2.16Kg；

熔喷级聚丙烯的分子量分布采用高温凝胶渗透色谱GPC进行测试；

熔喷级聚丙烯的气味参照VDA270中所述方法进行测试；

熔喷聚丙烯的驻极后电荷稳定性评估方法为：将熔喷级聚丙烯热压成1±0.1mm厚试片，用10KV电极对试片进行电荷注入(驻极处理)1分钟后，采用热刺激放电试验测试带有电荷的试片的高温放电峰，放电峰位置对应的温度越高，代表试片驻极后电荷贮存稳定性越高。本发明将放电峰温度作为评估驻极后电荷稳定性的定量指标。

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

下述实施例中未作特殊说明，所有原料均来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。

下述中，聚丙烯树脂购自上海赛科石油化工有限责任公司，牌号S2040，熔指为35g/10min。纳米级无定型二氧化硅购自星贝达化工材料有限公司，粒径为0.02-0.55μm，除味剂为合肥创新轻质材料有限公司提供的LDV1035T。

实施例1-6

本些实施例提供一种熔喷级聚丙烯，具体采用的原料以及用量参见下表1所示。

表1

上述熔喷级聚丙烯的制备方法为：按配方量称取各原料，将称取的聚丙烯树脂、降解剂、成核剂、抗氧剂和润滑剂加入混合机进行预混，搅拌2分钟，然后加入除味剂；经双螺杆挤出机熔融共混反应挤出，喂料量200kg/h，机筒温度设定200-230℃，螺杆转速350rpm，造粒，80℃热风干燥，制成所述熔喷级聚丙烯；其中，所述挤出机长径比为50，且所述挤出机的匀化段配备有真空脱挥装置。

对比例1

基本同实施例1，其区别仅在于，将2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷作为降解剂。

对比例2

基本同实施例1，其区别仅在于，将成核剂替换为同等份量常规的滑石粉。

性能测试

将实施例1-6和对比例1-2所制得的聚丙烯进行熔融指数、分子量分布、气味、放电峰温度进行测试，测试数据参见表2。

表2

编号	熔融指数(230℃，2.16Kg)	分子量分布	气味等级	放电峰温度
					实施例1	1256g/10min	3.5	2	126℃
实施例2	1568g/10min	2.8	2	128℃
					实施例3	1260g/10min	3.5	2	135℃
实施例4	1230g/10min	3.5	2	125℃
					实施例5	1242g/10min	3.5	2	115℃
实施例6	1325g/10min	3.4	2	116℃
					对比例1	1269g/10min	3.5	3	124℃
对比例2	1229g/10min	3.5	2	103℃

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种熔喷级聚丙烯，其原料包括聚丙烯树脂、降解剂、抗氧剂和润滑剂，其特征在于，所述降解剂为选自过氧化氢、过碳酸钠、过碳酸铵和过氧化脲中的一种或多种的组合，所述原料还包括选自二苄叉山梨醇、芳基磷酸酯(盐)和纳米级无定型二氧化硅中的一种或几种的成核剂；其中，以质量百分含量计，所述降解剂占所述原料的质量百分含量为0.05-0.5%，所述成核剂占所述原料的质量百分含量为0.05-0.5%。

2.根据权利要求1所述的熔喷级聚丙烯，其特征在于，所述成核剂为选自二苄叉山梨醇、芳基磷酸酯(盐)和纳米级无定型二氧化硅中的至少两种。

3.根据权利要求2所述的熔喷级聚丙烯，其特征在于，所述成核剂由二苄叉山梨醇和纳米级无定型二氧化硅构成，所述二苄叉山梨醇与所述纳米级无定型二氧化硅的投料质量比为0.5-1∶1。

4.根据权利要求1所述的熔喷级聚丙烯，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯。

5.根据权利要求1或4所述的熔喷级聚丙烯，其特征在于，所述聚丙烯树脂的熔体流动速率为30-100g/10min。

6.根据权利要求5所述的熔喷级聚丙烯，其特征在于，所述聚丙烯树脂的熔体流动速率为30-50g/10min。

7.根据权利要求1所述的熔喷级聚丙烯，其特征在于，所述原料还包括除味剂；以质量百分含量计，所述原料中，聚丙烯树脂98.1-99.6%、降解剂0.05-0.5%、成核剂0.05-0.5%、抗氧剂0.1-0.3%、润滑剂0.1-0.3%和除味剂0.1-0.3%。

8.根据权利要求1所述的熔喷级聚丙烯，其特征在于，所述抗氧剂为选自抗氧剂DLTP、抗氧剂DSTP和抗氧剂168中的一种或多种的组合；和/或，所述润滑剂为选自硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸酸镁中的一种或多种的组合；和/或，所述除味剂为合肥创新轻质材料有限公司提供的LDV1035T。

9.一种权利要求1-8中任一项权利要求所述的熔喷级聚丙烯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将聚丙烯树脂、降解剂、成核剂、抗氧剂和润滑剂进行预混，搅拌，然后选择性地加入除味剂；经挤出机熔融造粒，制成所述熔喷级聚丙烯；

其中，所述挤出机的加工温度为200-250℃，所述挤出机长径比为48-60，且所述挤出机的匀化段配备有真空脱挥装置。

10.一种权利要求1-8中任一项权利要求所述的熔喷级聚丙烯在制造熔喷无纺布、熔喷滤芯和吸音棉中的应用。