CN111423663B - 一种用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料及其制备方法，所述长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料包括如下重量份数的组分：聚丙烯树脂100份；氟硅聚合物0.1~10份；无机电荷增强剂0.01~2份；润滑剂0.1~2份；抗氧剂0.01~0.3份；所述氟硅聚合物为以硅氧键为主链、氟烷基为侧链的含氟聚硅氧烷。本发明的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料中，氟硅聚合物的硅氧主链柔顺，有利于提高电荷注入深度，且氟烷基侧链促进电荷捕捉，同时产生偶极定向排列，还能掩盖主链，赋予布面良好的疏水性，使得材料具有良好的驻极效果，并有效提高了材料的长效性。而且，氟硅聚合物熔点低，均匀分散，该熔喷聚丙烯复合驻极体材料加工成型较为简单。

Description

一种用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯复合驻极体材料技术领域，更具体地，涉及一种用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料及其制备方法。
背景技术
熔喷聚丙烯复合驻极体材料是一种高效过滤材料，它的过滤原理除普通过滤材料所有的阻截效应外，主要靠驻极体纤维的静电效应捕集微细尘粒，所以具有过滤阻力小、滤层薄、过滤效果好等优点。对微细固体尘粒有很好的过滤效果，对大气中的气溶胶、细菌、烟雾、各种花粉均有很好的阻截过滤效果。
现有技术已有报道，通过添加无机电荷增强剂来制备驻极体过滤材料的方法，驻极后能够有效提高过滤性能。例如，中国专利201510538265.1公开了一种利用改性二氧化硅作为电荷增强剂来制备可降解驻极体过滤材料的方法，能够有效提高过滤材料的过滤性能。还有，中国专利申请201210544735.1公开了一种通过添加电气石作为电荷增强剂来制备驻极体过滤材料的方法。但是，通过添加无机电荷增强剂制备的熔喷聚丙烯复合驻极体材料表面电荷受环境影响，造成电荷衰减，过滤性能长效性差。
单个氟原子具有强极性，使得一旦进入能量陷阱的电子极难挣脱束缚，有利于减缓表面电荷发生逸散。在织物中引入氟原子的方法在部分文献和专利中有报道，包括加入四氟乙烯、加入含氟原子的化合物（CN96196216）、等离子体氟化法（CN200680015209、CN200680015210）等方式。其中四氟乙烯熔点高，微粉易团聚，与聚丙烯相容性差，在织物中无法熔融良好分散，添加量高时反而影响过滤效果；氟等离子体的方式增加了设备和工序。而且，研究发现，引入氟原子的驻极体过滤材料的过滤性能长效性依然不足，无法满足人们对过滤性能长效性的需求。
因此，需要开发出长效性较好的熔喷聚丙烯复合驻极体材料。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的长效性较差的缺陷，提供一种用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料，该熔喷聚丙烯复合驻极体材料的过滤性能长效性较好，而且加工成型较为简单。
本发明的另一目的在于提供上述用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料，包括如下重量份数的组分：
聚丙烯树脂 100份；
氟硅聚合物 0.1~10份；
无机电荷增强剂 0.01~2份；
润滑剂 0.1~2份；
抗氧剂 0.01~0.3份；
所述氟硅聚合物为以硅氧键为主链、氟烷基为侧链的含氟聚硅氧烷，所述氟烷基为-CH2CH2Rf，其中Rf为碳原子数2~9的直链或支链全氟代烷基；所述氟硅聚合物的氟含量为50wt%~55wt%，所述氟硅聚合物的粘均分子量为5000~50000 g/mol；
所述聚丙烯树脂在温度230℃、负荷2.16kg条件下的熔体流动速率为800~1800 g/10min。
所述氟硅聚合物的硅氧键主链的端基一般为甲基。所述氟硅聚合物可通过市售得到。
所述熔喷聚丙烯复合驻极体材料的驻极方式可以为本领域常规的驻极方式，例如，电晕驻极。
发明人通过大量研究发现，将所述氟硅聚合物配合无机电荷增强剂添加到聚丙烯树脂中，能够有效提高用于口罩熔喷布的熔喷聚丙烯复合驻极体材料的长效性。
其中，氟硅聚合物的硅氧主链柔顺，赋予布面（熔喷聚丙烯复合驻极体材料制成的熔喷无纺布）良好的蓬松性和柔软性，驻极过程中促使电荷进入布面更深处，有利于长效性。而氟烷基构成庞大极性侧基基团，其作用包括，（1）极性氟碳链促进电荷捕捉，同时产生偶极定向排列；（2）氟碳链的侧基掩盖主链，赋予布面良好的疏水性，减少电荷在空气中扩散。即，硅氧主链协同氟烷基侧链增强了材料的驻极效果，还提高了材料的长效性。
本申请中，氟硅聚合物的加入量也较为重要，如果添加量太低，则对长期滤效保持改善效果不明显；添加量太高，长期滤效无进一步增加，同时还会降低布体拉伸强度。
而且，氟硅聚合物熔点低，均匀分散，不会增加加工成型的难度，本发明的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料加工成型较为简单。
优选地，所述氟硅聚合物为0.5~5份。
更优选地，所述氟硅聚合物为1~3份。
优选地，所述无机电荷增强剂为电气石、氧化锆、三氧化二铝、二氧化硅、钛酸钡或钛酸锶中的一种或几种。所述无机电荷增强剂一般通过润滑剂进行分散。
优选地，所述润滑剂为酰胺类润滑剂和/或硬脂酸盐类润滑剂。
优选地，所述酰胺类润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂基芥酸酰胺或硬脂基硬脂酸酰胺中的一种或几种。乙撑双硬脂酸酰胺，简称EBS。
所述硬脂酸盐类润滑剂为硬脂酸镁、硬脂酸锂、硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸钠中的一种或几种。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。
优选地，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010、AO-330、AO-20中的一种或几种。
优选地，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168、PEP-36、P-EPQ中的一种或几种。
优选地，所述用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料还包括光稳定剂0.01~0.3份。
优选地，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
优选地，所述受阻胺类光稳定剂为聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二撑[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}（例如，Chimassorb 944）和/或1,5,8,12-四[4,6-双(N-丁基-N-1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基氨基)-1,3,5-三嗪-2-基]-1,5,8,12-四氮杂十二烷（例如，Chimassorb119）。
本发明还保护上述用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料的制备方法。
未添加光稳定剂时，所述制备方法包括如下步骤：
S11. 从100份聚丙烯树脂中取20~30份聚丙烯树脂与氟硅聚合物、无机电荷增强剂、润滑剂和抗氧剂共混挤出，得到电荷增强剂母粒；
S12. 将剩下的聚丙烯树脂与步骤S11的电荷增强剂母粒共混熔喷，得到所述长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料。
添加光稳定剂时，所述制备方法包括如下步骤：
S21. 从100份聚丙烯树脂中取20~30份聚丙烯树脂与氟硅聚合物、无机电荷增强剂、润滑剂、抗氧剂和光稳定剂共混挤出，得到电荷增强剂母粒；
S22. 将剩下的聚丙烯树脂与步骤S21的电荷增强剂母粒共混熔喷，得到所述长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将氟硅聚合物配合无机电荷增强剂及其其他试剂添加到聚丙烯树脂中，制备得到用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料。该熔喷聚丙烯复合驻极体材料中，氟硅聚合物的硅氧主链柔顺，提高电荷注入深度，而氟烷基侧链促进电荷捕捉，同时产生偶极定向排列，还能掩盖主链，赋予布面良好的疏水性，使得材料具有良好的驻极效果，并有效提高了材料的长效性。而且，氟硅聚合物熔点低，均匀分散，该熔喷聚丙烯复合驻极体材料加工成型较为简单。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例中的原料均可通过市售得到；
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1~9
（1）实施例1~9的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料的组分用量如表1所示。
其中，聚丙烯树脂的熔体流动速率（g/10min，温度230℃、负荷2.16kg）：实施例1~7中，具体为800g/10min；实施例8中具体为1500g/10min；实施例9中具体为1800g/10min。聚丙烯树脂的熔体流动速率的测试方法：依据GB/T3682-2000标准B法，将加热温度设为230℃，额定负荷设置为2.16kg，以正常检测待测样品的MFI熔指数。
氟硅聚合物：氟硅聚合物购自浙江佳华。实施例1~9中，氟硅聚合物为以硅氧键为主链、氟烷基为侧链的含氟聚硅氧烷，主链的端基为甲基，氟烷基为-CH2CH2Rf，其中Rf为碳原子数3的直链全氟代烷基，即氟烷基为-CH2CH2CF2CF2CF3。关于分子量和氟含量，实施例1~7中，分子量为5000g/mol，氟含量为50wt%~55wt%，商品牌号AF-5；实施例8中，分子量为9000g/mol，氟含量为50wt%~55wt%，商品牌号AF-1；实施例9中，分子量为50000g/mol，氟含量为50wt%~55wt%，商品牌号AF-2。本申请中，氟硅聚合物的分子量为粘均分子量，通过粘度法测试得到，依据GB1632-93，采用乌氏粘度计，溶剂为甲苯；氟硅聚合物的氟含量测试方法：采用能量色散X射线光谱仪进行测试。
无机电荷增强剂：实施例1~7中，为钛酸钡；实施例8为三氧化二铝；实施例9为电气石。
润滑剂：实施例1~7中，润滑剂为EBS；实施例8的润滑剂为硬脂酸镁 ；实施例9的润滑剂为硬脂酸钙。
抗氧剂：实施例1~7中，抗氧剂为1010；实施例8的抗氧剂为AO-330；实施例9的抗氧剂为AO-20。
光稳定剂：实施例8中，光稳定剂为Chimassorb 944；实施例9的光稳定剂为Chimassorb 119。
（2）制备方法：
实施例1~7的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料的制备方法：
S11. 从100份聚丙烯树脂中取20份聚丙烯树脂与氟硅聚合物、无机电荷增强剂、润滑剂和抗氧剂共混挤出，得到电荷增强剂母粒：（a）按重量配比称取各组分，加入到高混机中混合1~3分钟，转速为1000~2000转/分钟，得到预混料；（b）预混料经双螺杆挤出机熔融挤出，螺杆各区温度为190~230℃，真空造粒即得电荷增强剂母粒。
S12. 将剩下的聚丙烯与步骤S11的电荷增强剂母粒共混熔喷，得到长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料：剩下的聚丙烯与步骤S11的电荷增强剂母粒作为熔喷聚丙烯粒料加入螺杆挤出机中熔融挤出，再经过料路、计量泵，进入熔喷模头，熔体在熔喷模头出口处与高速热空气相遇，并在高速热空气的作用下牵伸细化成纤维，然后纤维无规的沉积到网帘上形成熔喷无纺布。按照FZ/T 60003标准控制熔喷无纺布克重在（25±3）g/m2，克重的调整通过调整喷丝板与网帘之间的间距完成。紧接着在线对熔喷无纺布进行电晕放电驻极处理，驻极电压30KV，驻极距离6cm，即可制备出驻极后的聚丙烯熔喷无纺布。
实施例8和实施例9的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料的制备方法：
S21. 从100份聚丙烯树脂中取30份聚丙烯树脂与氟硅聚合物、无机电荷增强剂、润滑剂、抗氧剂和光稳定剂共混挤出，得到电荷增强剂母粒：（a）按重量配比称取各组分，加入到高混机中混合1~3分钟，转速为1000~2000转/分钟，得到预混料；（b）预混料经双螺杆挤出机熔融挤出，螺杆各区温度为190~230℃，真空造粒即得电荷增强剂母粒。
S22. 将剩下的聚丙烯与步骤S11的电荷增强剂母粒共混熔喷，得到长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料：剩下的聚丙烯与步骤S11的电荷增强剂母粒作为熔喷聚丙烯粒料加入螺杆挤出机中熔融挤出，再经过料路、计量泵，进入熔喷模头，熔体在熔喷模头出口处与高速热空气相遇，并在高速热空气的作用下牵伸细化成纤维，然后纤维无规的沉积到网帘上形成熔喷无纺布。按照FZ/T 60003标准控制熔喷无纺布克重在（25±3）g/m2，克重的调整通过调整喷丝板与网帘之间的间距完成。紧接着在线对熔喷无纺布进行电晕放电驻极处理，驻极电压30KV，驻极距离6cm，即可制备出驻极后的聚丙烯熔喷无纺布。
对比例1
本对比例提供一种用于口罩熔喷布的熔喷聚丙烯复合驻极体材料，与实施例4相比，主要区别在于，不添加无机电荷增强剂；
其他原料及用量与实施例4相同。
对比例2
本对比例提供一种用于口罩熔喷布的熔喷聚丙烯复合驻极体材料，与实施例4相比，主要区别在于，不添加氟硅聚合物；
其他原料及用量与实施例4相同。
对比例3
本对比例提供一种用于口罩熔喷布的熔喷聚丙烯复合驻极体材料，与实施例4相比，主要区别在于，采用含氟聚丙烯酸酯替代氟硅聚合物；
其他原料及用量与实施例4相同。
本对比例中，含氟聚丙烯酸酯具体为GL-601，氟含量50 wt%~55wt%，广州赤辰科技有限公司。
对比例4
本对比例提供一种用于口罩熔喷布的熔喷聚丙烯复合驻极体材料，与实施例4相比，主要区别在于，采用全氟聚醚替代氟硅聚合物；
其他原料及用量与实施例4相同。
本对比例中，全氟聚醚具体为GL-602，氟含量50 wt%~55wt%，广州赤辰科技有限公司。
表1 实施例1~9及对比例1~4的用于口罩熔喷布的熔喷聚丙烯复合驻极体材料的组分用量（重量份）
Figure 876309DEST_PATH_IMAGE001
性能测试
（1）手感外观
熔喷聚丙烯复合驻极体材料制成熔喷无纺布，通过用手触摸，评价手感；通过人眼观察，评价外观。
（2）滤效测试
各实施例及对比例在相同熔喷驻极工艺下，按照FZ/T 60003标准控制熔喷无纺布克重在（25±3）g/m2，驻极条件具体为，驻极电压30KV，驻极距离6cm。得到驻极后的聚丙烯熔喷无纺布，进行滤效测试。
按照YY 0469-2011标准中5.6.2所述颗粒过滤效率（PFE）条件进行测试。
样品老化条件：在（23±3）℃和（85±5）%相对湿度下放置30天，然后在室温下放置至少4h，再按上述滤效测试标准进行老化后滤效测试。
测试结果
实施例1~9制备的用于口罩熔喷布的熔喷聚丙烯复合驻极体材料柔软蓬松，初始滤效较高，而且，30天后还能保持较高的滤效，长效性较好。
对比例1添加了氟硅聚合物，未添加无机电荷增强剂，虽然手感较好，初始滤效较高，但是长效性较差。对比例2未添加氟硅聚合物，添加了无机电荷增强剂，手感硬，外观密实，电荷注入深度不足，不够持久，长效性较差。对比例3和对比例4采用其他含氟聚合物来替代氟硅聚合物，制得的用于口罩熔喷布的熔喷聚丙烯复合驻极体材料手感硬，外观密实，相对于对比例1和对比例2，长效性有一定提升，但是仍然较差，滤效下降18%左右，明显不如实施例1~9。
表2 实施例1~9及对比例1~4的用于口罩熔喷布的熔喷聚丙烯复合驻极体材料的性能
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
手感外观 柔软、蓬松 柔软、蓬松 柔软、蓬松 柔软、蓬松 柔软、蓬松 柔软、蓬松 柔软、蓬松 柔软、蓬松 柔软、蓬松 柔软、蓬松 硬、密实 硬、密实 硬、密实
初始过滤效率（%） 87.5 88.3 91.5 92.5 93.6 93.5 94.5 91.8 95 91.3 93.7 90 90
30天后过滤效率（%） 73.3 80.5 85.6 87.3 88.5 86.5 87.4 86 89.4 53.7 62 71.2 72.8
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
聚丙烯树脂 100份；
氟硅聚合物 0.1~10份；
无机电荷增强剂 0.01~2份；
润滑剂 0.1~2份；
抗氧剂 0.01~0.3份；
所述氟硅聚合物为以硅氧键为主链、氟烷基为侧链的含氟聚硅氧烷，所述氟烷基为-CH2CH2Rf，其中Rf为碳原子数2~9的直链或支链全氟代烷基；所述氟硅聚合物的氟含量为50wt%~55wt%，所述氟硅聚合物的粘均分子量为5000~50000 g/mol；所述氟硅聚合物的商品牌号为AF-1、AF-2或AF-5；
所述聚丙烯树脂在温度230℃、负荷2.16kg条件下的熔体流动速率为800~1800 g/10min。
2.根据权利要求1所述的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料，其特征在于，所述氟硅聚合物为0.5~5份。
3.根据权利要求2所述的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料，其特征在于，所述氟硅聚合物为1~3份。
4.根据权利要求1所述的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料，其特征在于，所述无机电荷增强剂为电气石、氧化锆、三氧化二铝、二氧化硅、钛酸钡或钛酸锶中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料，其特征在于，所述润滑剂为酰胺类润滑剂和/或硬脂酸盐类润滑剂。
6.根据权利要求1所述的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。
7.根据权利要求1所述的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料，其特征在于，所述长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料还包括光稳定剂0.01~0.3份。
8.根据权利要求7所述的用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
9.权利要求1~6任一项所述用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S11. 从100份聚丙烯树脂中取20~30份聚丙烯树脂与氟硅聚合物、无机电荷增强剂、润滑剂和抗氧剂共混挤出，得到电荷增强剂母粒；
S12. 将剩下的聚丙烯树脂与步骤S11的电荷增强剂母粒共混熔喷，得到所述长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料。
10.权利要求7或8所述用于口罩熔喷布的长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S21. 从100份聚丙烯树脂中取20~30份聚丙烯树脂与氟硅聚合物、无机电荷增强剂、润滑剂、抗氧剂和光稳定剂共混挤出，得到电荷增强剂母粒；
S22. 将剩下的聚丙烯树脂与步骤S21的电荷增强剂母粒共混熔喷，得到所述长效熔喷聚丙烯复合驻极体材料。
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