CN111648039B - 绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺 - Google Patents

绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺，涉及非织造布技术领域，本发明通过羟乙基纤维素对马来酸酐接枝聚丙烯的化学改性在聚丙烯的结构上接枝纤维素结构，利用纤维素优良的降解性能来改善聚丙烯的降解性能，从而使所制熔喷布在保证过滤效果、力学强度的同时在其废弃后能够被环境降解，以解决现有聚丙烯熔喷布废弃后增加的垃圾处理量以及采用不当处理方式对环境造成的污染问题。

Description

绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺
技术领域：
本发明涉及非织造布技术领域，具体涉及一种绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺。
背景技术：
聚丙烯是生产无纺布的主要原料，但聚丙烯属于线性的饱和碳氢化合物，其废弃后若焚烧将产生有害气体，若掩埋难以发生微生物降解。研究发现：聚丙烯织物掩埋在地下450d后强度并没有发生大幅度下降，自然条件下经12个月的暴晒仍具有40％以上的强度。由此可见，生物降解和光老化降解都不是处理聚丙烯废弃物的有效措施。
为了提高熔喷布的环保性，必须对加工所采用的原料配方进行改进，赋予熔喷布一定的可降解性能，但同时也需保证熔喷布的过滤效果和力学强度。专利CN 103073868B公开了一种可生物降解的熔喷无纺布切片，以聚碳酸亚丙酯作为主料，以聚丙烯熔喷无纺布切片作为辅料，并通过添加功能助剂制得可生物降解的熔喷无纺布切片。虽然该专利所制熔喷无纺布切片具有一定的生物降解性能，但存在降解速度缓慢的问题。因此，本发明基于提高降解速度的目的，研发出一种绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺，通过羟乙基纤维素接枝聚丙烯的制备来优化聚丙烯的降解性能，赋予聚丙烯熔喷布绿色环保的应用特性。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺，包括以下工艺步骤：
(1)纤维素接枝聚丙烯的制备：将马来酸酐接枝聚丙烯、羟乙基纤维素和浓硫酸加入双螺杆挤出机中，加热反应，冷却造粒，水洗，烘干，得到纤维素接枝聚丙烯；
(2)熔喷专用料的制备：将上述所制纤维素接枝聚丙烯、纳米碳酸钙和阳离子瓜尔胶送入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，得到熔喷专用料；
(3)熔喷布的制备：将上述所制熔喷专用料送入双螺杆挤出机中，加热熔融后经喷丝板挤出，并通过热气流高速牵伸形成初生纤维，初生纤维经冷空气冷却成网，收卷，得到熔喷布。
所述马来酸酐接枝聚丙烯、羟乙基纤维素和浓硫酸的质量比为50-100:50-100:1-5。
所述羟乙基纤维素接枝聚丙烯、纳米碳酸钙和阳离子瓜尔胶的质量比为100:5-15:1-10。
所述双螺杆挤出机的温度设置为一区150-170℃、二区170-190℃、三区190-210℃、四区190-210℃、五区170-190℃、模头170-190℃。
所述喷丝板的长径比为10-20:1。
所述热气流的温度为200-300℃，压力为0.2-0.4MPa。
所述冷空气的温度为10-20℃。
所述熔喷布的纤维直径为0.1-10μm，重量为10-200g/m2。
本发明还通过添加相容剂来优化所制熔喷非织造材料的应用性能，以多聚赖氨酸作为增强剂，利用多聚赖氨酸来促进原料中有机物和无机物的相容；并且多聚赖氨酸本身对细菌和病毒具有一定的抑制能力，从而能够赋予所制熔喷非织造材料一定的抗菌抗病毒效果。
进一步地，本发明所要解决的技术问题还采用以下的技术方案来实现：
绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺，包括以下工艺步骤：
(1)纤维素接枝聚丙烯的制备：将马来酸酐接枝聚丙烯、羟乙基纤维素和浓硫酸加入双螺杆挤出机中，加热反应，冷却造粒，水洗，烘干，得到纤维素接枝聚丙烯；
(2)熔喷专用料的制备：将上述所制纤维素接枝聚丙烯、纳米碳酸钙、阳离子瓜尔胶和多聚赖氨酸送入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，得到熔喷专用料；
(3)熔喷布的制备：将上述所制熔喷专用料送入双螺杆挤出机中，加热熔融后经喷丝板挤出，并通过热气流高速牵伸形成初生纤维，初生纤维经冷空气冷却成网，收卷，得到熔喷布。
所述马来酸酐接枝聚丙烯、羟乙基纤维素和浓硫酸的质量比为50-100:50-100:1-5。
所述羟乙基纤维素接枝聚丙烯、纳米碳酸钙、阳离子瓜尔胶和多聚赖氨酸的质量比为100:5-15:1-10:1-10。
所述双螺杆挤出机的温度设置为一区150-170℃、二区170-190℃、三区190-210℃、四区190-210℃、五区170-190℃、模头170-190℃。
所述喷丝板的长径比为10-20:1。
所述热气流的温度为200-300℃，压力为0.2-0.4MPa。
所述冷空气的温度为10-20℃。
所述熔喷布的纤维直径为0.1-10μm，重量为10-200g/m2。
本发明的有益效果是：本发明通过羟乙基纤维素对马来酸酐接枝聚丙烯的化学改性在聚丙烯的结构上接枝纤维素结构，利用纤维素优良的降解性能来改善聚丙烯的降解性能，从而使所制熔喷布在保证过滤效果、力学强度的同时在其废弃后能够被环境降解，以解决现有聚丙烯熔喷布废弃后增加的垃圾处理量以及采用不当处理方式对环境造成的污染问题。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
马来酸酐接枝聚丙烯购自佳易容相容剂江苏有限公司；
羟乙基纤维素购自肥城雨田化工有限公司的型号2500；
纳米碳酸钙购自北京德科岛金科技有限公司，平均粒径20nm；
阳离子瓜尔胶购自山东东达生物化工有限公司；
多聚赖氨酸购自樟树市狮王生物科技有限公司。
实施例1
(1)纤维素接枝聚丙烯的制备：将82g马来酸酐接枝聚丙烯、65g羟乙基纤维素和4g98％浓硫酸加入双螺杆挤出机中，加热反应3h，双螺杆挤出机的温度设置为一区160℃、二区175℃、三区200℃、四区210℃、五区180℃、模头180℃，冷却造粒，水洗，烘干，得到纤维素接枝聚丙烯；
(2)熔喷专用料的制备：将100g上述所制纤维素接枝聚丙烯、8g纳米碳酸钙和5g阳离子瓜尔胶送入双螺杆挤出机中，熔融挤出，双螺杆挤出机的温度设置为一区160℃、二区180℃、三区205℃、四区205℃、五区185℃、模头185℃，冷却造粒，得到熔喷专用料；
(3)熔喷布的制备：将上述所制熔喷专用料送入双螺杆挤出机中，加热熔融后经喷丝板挤出，喷丝板的长径比为15:1，并通过热气流高速牵伸形成初生纤维，热气流的温度为250℃，压力为0.3MPa，初生纤维经15℃冷空气冷却成网，收卷，得到熔喷布。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处只是将步骤(1)的反应时间延长为5h。
(1)纤维素接枝聚丙烯的制备：将82g马来酸酐接枝聚丙烯、65g羟乙基纤维素和4g98％浓硫酸加入双螺杆挤出机中，加热反应5h，双螺杆挤出机的温度设置为一区160℃、二区175℃、三区200℃、四区210℃、五区180℃、模头180℃，冷却造粒，水洗，烘干，得到纤维素接枝聚丙烯；
(2)熔喷专用料的制备：将100g上述所制羟乙基纤维素接枝聚丙烯、8g纳米碳酸钙和5g阳离子瓜尔胶送入双螺杆挤出机中，熔融挤出，双螺杆挤出机的温度设置为一区160℃、二区180℃、三区205℃、四区205℃、五区185℃、模头185℃，冷却造粒，得到熔喷专用料；
(3)熔喷布的制备：将上述所制熔喷专用料送入双螺杆挤出机中，加热熔融后经喷丝板挤出，喷丝板的长径比为15:1，并通过热气流高速牵伸形成初生纤维，热气流的温度为250℃，压力为0.3MPa，初生纤维经15℃冷空气冷却成网，收卷，得到熔喷布。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处只是在步骤(2)中添加了5g多聚赖氨酸。
(1)纤维素接枝聚丙烯的制备：将82g马来酸酐接枝聚丙烯、65g羟乙基纤维素和4g98％浓硫酸加入双螺杆挤出机中，加热反应3h，双螺杆挤出机的温度设置为一区160℃、二区175℃、三区200℃、四区210℃、五区180℃、模头180℃，冷却造粒，水洗，烘干，得到纤维素接枝聚丙烯；
(2)熔喷专用料的制备：将100g上述所制羟乙基纤维素接枝聚丙烯、8g纳米碳酸钙、5g阳离子瓜尔胶和5g多聚赖氨酸送入双螺杆挤出机中，熔融挤出，双螺杆挤出机的温度设置为一区160℃、二区180℃、三区205℃、四区205℃、五区185℃、模头185℃，冷却造粒，得到熔喷专用料；
(3)熔喷布的制备：将上述所制熔喷专用料送入双螺杆挤出机中，加热熔融后经喷丝板挤出，喷丝板的长径比为15:1，并通过热气流高速牵伸形成初生纤维，热气流的温度为250℃，压力为0.3MPa，初生纤维经15℃冷空气冷却成网，收卷，得到熔喷布。
对比例
对比例与实施例1的不同之处只是不对马来酸酐接枝聚丙烯进行纤维素接枝改性。
(1)熔喷专用料的制备：将100g马来酸酐接枝聚丙烯、8g纳米碳酸钙和5g阳离子瓜尔胶送入双螺杆挤出机中，熔融挤出，双螺杆挤出机的温度设置为一区160℃、二区180℃、三区205℃、四区205℃、五区185℃、模头185℃，冷却造粒，得到熔喷专用料；
(2)熔喷布的制备：将上述所制熔喷专用料送入双螺杆挤出机中，加热熔融后经喷丝板挤出，喷丝板的长径比为15:1，并通过热气流高速牵伸形成初生纤维，热气流的温度为250℃，压力为0.3MPa，初生纤维经15℃冷空气冷却成网，收卷，得到熔喷布。
利用上述实施例和对比例制备纤维直径为4μm，重量为105g/m2的熔喷布。
取上述实施例和对比例所制熔喷布，尺寸为100mm×10mm，采用XLW(PC)智能电子拉力试验机测定拉伸强度和断裂伸长率，速度500mm/min，重复试验5次，取平均值，结果见表1所示。
表1
Figure BDA0002507396510000051
Figure BDA0002507396510000061
由表1可以看出，羟乙基纤维素对马来酸酐接枝聚丙烯的改性处理会在一定程度上降低熔喷布的拉伸强度和断裂伸长率，但降低率并未超过10％。
采用磷酸盐缓冲液(由10.5mL，0.2mol/L磷酸二氢钠和90.5mL，0.2mol/L磷酸氢二钠配制而成，pH＝7.7)测定熔喷布的降解性能。取尺寸50mm×50mm的熔喷布在70℃下干燥至恒重，质量记为m0，然后将熔喷布置于磷酸盐缓冲液中于60℃油浴下加热降解，每隔7天更换一次磷酸盐缓冲液，确保溶液pH相对稳定。每隔14天取出，用蒸馏水冲洗5次后干燥至恒重，质量记为mg，以失重率代表降解率。失重率＝[(m0-mg)/m0]×100％。结果见表2所示。
表2
Figure BDA0002507396510000062
由表2可以看出，通过羟乙基纤维素对马来酸酐接枝聚丙烯的改性处理会显著提高所制熔喷布的降解性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：
(1)纤维素接枝聚丙烯的制备：将马来酸酐接枝聚丙烯、羟乙基纤维素和浓硫酸加入双螺杆挤出机中，加热反应，冷却造粒，水洗，烘干，得到纤维素接枝聚丙烯；
(2)熔喷专用料的制备：将上述所制纤维素接枝聚丙烯、纳米碳酸钙和阳离子瓜尔胶送入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，得到熔喷专用料；
(3)熔喷布的制备：将上述所制熔喷专用料送入双螺杆挤出机中，加热熔融后经喷丝板挤出，并通过热气流高速牵伸形成初生纤维，初生纤维经冷空气冷却成网，收卷，得到熔喷布；
所述马来酸酐接枝聚丙烯、羟乙基纤维素和浓硫酸的质量比为50-100:50-100:1-5；
所述羟乙基纤维素接枝聚丙烯、纳米碳酸钙和阳离子瓜尔胶的质量比为100:5-15:1-10。
2.根据权利要求1所述的绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺，其特征在于：所述双螺杆挤出机的温度设置为一区150-170℃、二区170-190℃、三区190-210℃、四区190-210℃、五区170-190℃、模头170-190℃。
3.根据权利要求1所述的绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺，其特征在于：所述喷丝板的长径比为10-20:1。
4.根据权利要求1所述的绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺，其特征在于：所述热气流的温度为200-300℃，压力为0.2-0.4MPa。
5.根据权利要求1所述的绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺，其特征在于：所述冷空气的温度为10-20℃。
6.根据权利要求1所述的绿色环保聚丙烯熔喷布的生产工艺，其特征在于：所述熔喷布的纤维直径为0.1-10μm，重量为10-200g/m2。
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