CN111826804B - 一种多孔纤维无纺布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔纤维无纺布及其制备方法，涉及纺织品技术领域。本发明先将聚乙二醇200和石蜡混合，制得混合稀释剂，然后，用海藻酸钠和乙酸乙烯酯在过硫酸钠的作用下，制得改性海藻酸钠坯料，再将改性海藻酸钠坯料与经十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯亚胺处理的纳米碳酸钙混合，制得改性海藻酸钠，将混合稀释剂和改性海藻酸钠混合于聚合物中，经混合造粒，熔喷纺丝后制得初生无纺布，最后，将初生无纺布与混合水溶液混合反应，过滤，冷冻干燥，得多孔纤维无纺布。本发明制备的多孔纤维无纺布具有较好的孔隙率，且力学性能优异。

Description

一种多孔纤维无纺布及其制备方法
技术领域
本发明涉及纺织品技术领域，具体是一种多孔纤维无纺布及其制备方法。
背景技术
熔喷技术是依靠高速、高温气流(常接近聚合物熔点)喷吹聚合物熔体使其得到迅速拉伸而制备超细纤维的一种方法，可一步成形为无纺布。通过熔喷技术生产的由纤维无规堆砌组装成的无纺布，具有非常优良的结构性质，如纤维超细、比表面积大、孔隙率高、孔洞结构相互贯通、溶质扩散阻力小等，特别适合用作吸附和过滤分离材料。熔喷无纺布产品在医卫防护(雾霾、禽流感、空气净化)、保暖隔热、吸音降噪、污水处理(市政废水、原油污染吸附)等领域具有独特的优势。熔喷技术工艺流程短，生产效率高，一条生产线的年生产能力为百吨至千吨级别。由于技术含量高，市场前景大，其发展水平已经成为衡量一个国家纺织工业综合实力的重要标志之一。然而，现有熔喷技术仍存在一些不足之处。
现有熔喷无纺布产品仍无法满足高精度和高性能过滤要求，如防雾霾口罩、汽车/坦克发动机防尘等，如若要进一步提高其产品使用效果或性能，需增加其比表面积，这可通过将纤维直径降低至纳米级和引入多孔结构两种途径实现。Nonwoven Technologies公司采用直径为63.5μm的纺丝孔，制备了纤维直径大约为500nm的聚丙烯纤维，但是此方法产量低，同时喷丝板价格异常昂贵，还极易开裂和堵头，生产成本太高。目前国产的熔喷设备和聚丙烯原料均无法满足纳米纤维的生产条件。多孔结构的引入可通过在熔喷聚合物母粒中加入不相容的无机纳米粒子或聚合物，然后通过溶剂溶解或者煅烧的方法来选择性去除成孔，但是此方法会导致纤维机械性能大大下降且存在溶解不完全的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多孔纤维无纺布及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多孔纤维无纺布，其特征在于，主要包括以下重量份数的原料组分：30～60份聚合物，10～30份稀释剂。
一种多孔纤维无纺布，其特征在于，所述多孔纤维无纺布还包括以下重量份数的原料组分：10～40份改性海藻酸钠。
作为优化，所述聚合物为聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯或聚氨酯中任意一种；所述稀释剂为聚乙二醇200和石蜡按质量比4：1～6：1混合制得。
作为优化，所述改性海藻酸钠是由海藻酸钠和乙酸乙烯酯制备而成。
作为优化，所述多孔纤维无纺布主要包括以下重量份数的原料组分：50份聚丙烯，30份稀释剂和20份改性海藻酸钠。
作为优化，一种多孔纤维无纺布的制备方法，主要包括以下制备步骤：
(1)将海藻酸钠溶于水中，并加入乙酸乙烯酯和催化剂，于氮气氛围中搅拌反应后，冷冻干燥，得改性海藻酸钠；
(2)将聚丙烯与稀释剂混合，并加入步骤(1)所得改性海藻酸钠，搅拌混合，得混合料；
(3)将步骤(2)所得混合料于螺杆挤出造粒机熔融挤出，并于空气中冷却造粒，得混合物；
(4)将步骤(3)所得混合物于熔喷设备中喷丝制布，得初生无纺布；
(5)将步骤(4)所得初生无纺布与混合水溶液混合，搅拌反应后，过滤，干燥，得多孔纤维无纺布；
(6)对步骤(5)所得多孔纤维无纺布进行指标分析。
作为优化，一种多孔纤维无纺布的制备方法，主要包括以下制备步骤：
(1)将海藻酸钠与水按质量比1：8～1：10混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入海藻酸钠质量0.5～0.8倍的乙酸乙烯酯和海藻酸钠质量0.1～0.2倍的过硫酸钠，向三口烧瓶中以50mL/min的速率通入氮气，于温度为50～85℃的条件下搅拌反应4～6h后，冷冻干燥，得改性海藻酸钠坯料，将纳米碳酸钙与水按质量比1：50混合，并加入纳米碳酸钙质量1～2倍的十二烷基苯磺酸钠，超声分散15min后，再加入纳米碳酸钙质量5～8倍的聚乙烯亚胺，搅拌反应后，离心分离，过滤，得滤饼，将滤饼与水按质量比1：30混合，并加入滤饼质量1～3倍的改性海藻酸钠坯料，搅拌反应后，离心分离，过滤，得滤渣，将滤渣于温度为80℃的条件下干燥3～5h后，得改性海藻酸钠；
(2)将聚丙烯与稀释剂按质量比5：3混合，并加入聚丙烯质量0.4倍的步骤(1)所得改性海藻酸钠，搅拌混合，得混合料；
(3)将步骤(2)所得混合料置于螺杆挤出造粒机中，于温度为200～220℃的条件下熔融挤出，并于空气中冷却造粒，得混合物；
(4)将步骤(3)所得混合物于熔喷设备中喷丝制布，得初生无纺布；
(5)将步骤(4)所得初生无纺布与混合水溶液按质量比1：10混合，于温度为30～35℃的条件下搅拌反应10～20h后，过滤，冷冻干燥，得多孔纤维无纺布。
(6)对步骤(5)所得多孔纤维无纺布进行指标分析。
作为优化，步骤(2)所述稀释剂为将聚乙二醇200和石蜡按质量比4：1～6：1混合，得稀释剂。
作为优化，步骤(4)所述喷丝制布的条件为挤出速率为15～25Hz，侧风温度为260～270℃，模头接收距离为17～23cm。
作为优化，步骤(5)所述混合水溶液为将水与乳化剂按质量比10：1混合，并加入水质量0.1～0.2倍的对甲苯磺酸和水质量0.2～0.3倍的海藻酸钠，搅拌混合，并调节pH至4～5得混合水溶液；所述乳化剂为吐温-80或司盘-60中任意一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在制备多孔纤维无纺布时在聚合物中加入混合稀释剂，同时还加入了改性海藻酸钠。
首先，混合稀释剂可在高温状态下熔融，从而与熔融的聚合物均匀混合，同时，由于混合稀释剂无法与聚合物混溶，因此混合稀释剂可在初生无纺布与混合水溶液的浸泡过程中被去除，从而提高无纺布的孔隙率，并且，混合稀释剂在加入聚合物中可作为增塑剂，使聚合物的熔体粘度大大降低，利于挤出和降低熔喷纤维直径，进而提高产品的比表面积；其次，海藻酸钠在经过改性后，海藻酸钠分子链上接枝有乙酸乙烯酯，从而提高了海藻酸钠分子的疏水性，在加入聚合物中后，改性海藻酸钠可均匀分布于聚合物中，当混合稀释剂被混合水溶液溶解后，改性海藻酸钠可在被溶解的混合稀释剂中的聚乙二醇的作用下发生交联，从而在聚合物纤维表面形成多孔的海藻酸凝胶，进而进一步提高产品的孔隙率，同时，形成的多孔的海藻酸凝胶可提高聚合物纤维间的摩擦力，进一步提高产品的机械性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的多孔纤维无纺布的各指标测试方法如下：
力学性能测定：参考GB/3923，采用YG065型电子织物强力仪测试各实施例与对比例所得多孔纤维非织造布的纵向拉伸性能。
孔隙率测定：按照公式(1)计算实施例与对比例所得多孔纤维非织造布的孔隙率。
Figure BDA0002609790730000061
式(1)中M为单位面积质量，g/m2；ρ为原材料密度，g/m3；δ为材料密度，m。
实施例1
一种多孔纤维无纺布，按重量份数计，主要包括：50份聚丙烯，30份稀释剂和20份改性海藻酸钠。
一种多孔纤维无纺布的制备方法，所述多孔纤维无纺布的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将海藻酸钠与水按质量比1：8混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入海藻酸钠质量0.6倍的乙酸乙烯酯和海藻酸钠质量0.1倍的过硫酸钠，向三口烧瓶中以50mL/min的速率通入氮气，于温度为70℃的条件下搅拌反应5h后，冷冻干燥，得改性海藻酸钠坯料，将纳米碳酸钙与水按质量比1：50混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米碳酸钙质量1倍的十二烷基苯磺酸钠，于频率为45kHz的条件下超声分散15min后，再向烧杯中加入纳米碳酸钙质量5倍的聚乙烯亚胺，于转速为300r/min的条件下搅拌反应30min后，于转速4000r/min的条件下离心分离15min，过滤，得滤饼，将滤饼与水按质量比1：30混合，并向滤饼与水的混合物中加入滤饼质量1倍的改性海藻酸钠坯料，于转速为350r/min的条件下搅拌反应20min后，于转速4000r/min的条件下离心分离15min，过滤，得滤渣，将滤渣于温度为80℃的条件下干燥4h后，得改性海藻酸钠；
(2)将聚丙烯与稀释剂按质量比5：3混合，并加入聚丙烯质量0.4倍的步骤(1)所得改性海藻酸钠，搅拌混合，得混合料；
(3)将步骤(2)所得混合料置于螺杆挤出造粒机中，于温度为210℃的条件下熔融挤出，并于空气中冷却造粒，得混合物；
(4)将步骤(3)所得混合物于熔喷设备中喷丝制布，得初生无纺布；
(5)将步骤(4)所得初生无纺布与混合水溶液按质量比1：10混合，于温度为35℃的条件下搅拌反应16h后，过滤，冷冻干燥，得多孔纤维无纺布。
(6)对步骤(5)所得多孔纤维无纺布进行指标分析。
作为优化，步骤(2)所述稀释剂为将聚乙二醇200和石蜡按质量比5：1混合，得稀释剂。
作为优化，步骤(4)所述喷丝制布的条件为挤出速率为22Hz，侧风温度为265℃，模头接收距离为20cm。
作为优化，步骤(5)所述混合水溶液为将水与乳化剂按质量比10：1混合，并加入水质量0.2倍的对甲苯磺酸和水质量0.3倍的海藻酸钠，搅拌混合，并调节pH至4.5，得混合水溶液；所述乳化剂为吐温-80。
实施例2
一种多孔纤维无纺布，按重量份数计，主要包括：50份聚丙烯和20份改性海藻酸钠。
一种多孔纤维无纺布的制备方法，所述多孔纤维无纺布的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将海藻酸钠与水按质量比1：8混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入海藻酸钠质量0.6倍的乙酸乙烯酯和海藻酸钠质量0.1倍的过硫酸钠，向三口烧瓶中以50mL/min的速率通入氮气，于温度为70℃的条件下搅拌反应5h后，冷冻干燥，得改性海藻酸钠坯料，将纳米碳酸钙与水按质量比1：50混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米碳酸钙质量1倍的十二烷基苯磺酸钠，于频率为45kHz的条件下超声分散15min后，再向烧杯中加入纳米碳酸钙质量5倍的聚乙烯亚胺，于转速为300r/min的条件下搅拌反应30min后，于转速4000r/min的条件下离心分离15min，过滤，得滤饼，将滤饼与水按质量比1：30混合，并向滤饼与水的混合物中加入滤饼质量1倍的改性海藻酸钠坯料，于转速为350r/min的条件下搅拌反应20min后，于转速4000r/min的条件下离心分离15min，过滤，得滤渣，将滤渣于温度为80℃的条件下干燥4h后，得改性海藻酸钠；
(2)将聚丙烯与步骤(1)所得改性海藻酸钠按质量比5：2混合，搅拌混合，得混合料；
(3)将步骤(2)所得混合料置于螺杆挤出造粒机中，于温度为210℃的条件下熔融挤出，并于空气中冷却造粒，得混合物；
(4)将步骤(3)所得混合物于熔喷设备中喷丝制布，得初生无纺布；
(5)将步骤(4)所得初生无纺布与混合水溶液按质量比1：10混合，于温度为35℃的条件下搅拌反应16h后，过滤，冷冻干燥，得多孔纤维无纺布。
(6)对步骤(5)所得多孔纤维无纺布进行指标分析。
作为优化，步骤(4)所述喷丝制布的条件为挤出速率为22Hz，侧风温度为265℃，模头接收距离为20cm。
作为优化，步骤(5)所述混合水溶液为将水与乳化剂按质量比10：1混合，并加入水质量0.2倍的对甲苯磺酸和水质量0.3倍的改性海藻酸钠，搅拌混合，并调节pH至4.5，得混合水溶液；所述乳化剂为吐温-80。
实施例3
一种多孔纤维无纺布，按重量份数计，主要包括：50份聚丙烯，30份稀释剂和20份改性海藻酸钠。
一种多孔纤维无纺布的制备方法，所述多孔纤维无纺布的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将海藻酸钠与水按质量比1：8混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入海藻酸钠质量0.6倍的乙酸乙烯酯和海藻酸钠质量0.1倍的过硫酸钠，向三口烧瓶中以50mL/min的速率通入氮气，于温度为70℃的条件下搅拌反应5h后，冷冻干燥，得改性海藻酸钠坯料，将纳米碳酸钙与水按质量比1：50混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米碳酸钙质量1倍的十二烷基苯磺酸钠，于频率为45kHz的条件下超声分散15min后，再向烧杯中加入纳米碳酸钙质量5倍的聚乙烯亚胺，于转速为300r/min的条件下搅拌反应30min后，于转速4000r/min的条件下离心分离15min，过滤，得滤饼，将滤饼与水按质量比1：30混合，并向滤饼与水的混合物中加入滤饼质量1倍的改性海藻酸钠坯料，于转速为350r/min的条件下搅拌反应20min后，于转速4000r/min的条件下离心分离15min，过滤，得滤渣，将滤渣于温度为80℃的条件下干燥4h后，得改性海藻酸钠；
(2)将聚丙烯与稀释剂按质量比5：3混合，并加入聚丙烯质量0.4倍的步骤(1)所得改性海藻酸钠，搅拌混合，得混合料；
(3)将步骤(2)所得混合料置于螺杆挤出造粒机中，于温度为210℃的条件下熔融挤出，并于空气中冷却造粒，得混合物；
(4)将步骤(3)所得混合物于熔喷设备中喷丝制布，得初生无纺布；
(5)将步骤(4)所得初生无纺布与水按质量比1：10混合，于温度为35℃的条件下搅拌反应16h后，过滤，冷冻干燥，得多孔纤维无纺布。
(6)对步骤(5)所得多孔纤维无纺布进行指标分析。
作为优化，步骤(2)所述稀释剂为将聚乙二醇200和石蜡按质量比5：1混合，得稀释剂。
作为优化，步骤(4)所述喷丝制布的条件为挤出速率为22Hz，侧风温度为265℃，模头接收距离为20cm。
对比例
一种多孔纤维无纺布，按重量份数计，主要包括：50份聚丙烯和20份改性海藻酸钠。
一种多孔纤维无纺布的制备方法，所述多孔纤维无纺布的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将海藻酸钠与水按质量比1：8混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入海藻酸钠质量0.6倍的乙酸乙烯酯和海藻酸钠质量0.1倍的过硫酸钠，向三口烧瓶中以50mL/min的速率通入氮气，于温度为70℃的条件下搅拌反应5h后，冷冻干燥，得改性海藻酸钠坯料，将纳米碳酸钙与水按质量比1：50混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米碳酸钙质量1倍的十二烷基苯磺酸钠，于频率为45kHz的条件下超声分散15min后，再向烧杯中加入纳米碳酸钙质量5倍的聚乙烯亚胺，于转速为300r/min的条件下搅拌反应30min后，于转速4000r/min的条件下离心分离15min，过滤，得滤饼，将滤饼与水按质量比1：30混合，并向滤饼与水的混合物中加入滤饼质量1倍的改性海藻酸钠坯料，于转速为350r/min的条件下搅拌反应20min后，于转速4000r/min的条件下离心分离15min，过滤，得滤渣，将滤渣于温度为80℃的条件下干燥4h后，得改性海藻酸钠；
(2)将聚丙烯步骤(1)所得改性海藻酸钠按质量比5：2混合，搅拌混合，得混合料；
(3)将步骤(2)所得混合料置于螺杆挤出造粒机中，于温度为210℃的条件下熔融挤出，并于空气中冷却造粒，得混合物；
(4)将步骤(3)所得混合物于熔喷设备中喷丝制布，得初生无纺布；
(5)将步骤(4)所得初生无纺布与水按质量比1：10混合，于温度为35℃的条件下搅拌反应16h后，过滤，冷冻干燥，得多孔纤维无纺布。
(6)对步骤(5)所得多孔纤维无纺布进行指标分析。
作为优化，步骤(4)所述喷丝制布的条件为挤出速率为22Hz，侧风温度为265℃，模头接收距离为20cm。
效果例
下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例的多孔纤维无纺布的性能分析结果。
表1
力学性能(N/5cm) 孔隙率(％)
实施例1 7.3 87.6
实施例2 2.6 72.9
实施例3 2.8 71.3
对比例 2.5 68.9
从表1中实施例1与对比例的实验数据比较可发现，在制备多孔纤维无纺布时在聚合物中加入混合稀释剂和改性海藻酸钠，并且用混合水溶液进行处理，可有效提高产品的孔隙率和力学性能。从实施例1与实施例2的实验数据比较可发现，当在聚合物中不加入改性海藻酸钠时，在混合稀释剂被混合水溶液溶解后，无法在聚合物纤维表面形成交联的改性海藻酸钠，从而影响产品的力学性能和孔隙率；从实施例1与实施例3的实验数据比较可发现，当不使用混合水溶液处理初生无纺布，而仅使用水时，初生无纺布中的混合稀释剂会溶解于水中，但无法进一步形成多孔材料，进而影响产品的孔隙率和力学性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种多孔纤维无纺布的制备方法，其特征在于，主要包括以下制备步骤：
(1)将海藻酸钠与水按质量比1：8～1：10混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入海藻酸钠质量0.5～0.8倍的乙酸乙烯酯和海藻酸钠质量0.1～0.2倍的过硫酸钠，向三口烧瓶中以50mL/min的速率通入氮气，于温度为50～85℃的条件下搅拌反应4～6h后，冷冻干燥，得改性海藻酸钠坯料，将纳米碳酸钙与水按质量比1：50混合，并加入纳米碳酸钙质量1～2倍的十二烷基苯磺酸钠，超声分散15min后，再加入纳米碳酸钙质量5～8倍的聚乙烯亚胺，搅拌反应后，离心分离，过滤，得滤饼，将滤饼与水按质量比1：30混合，并加入滤饼质量1～3倍的改性海藻酸钠坯料，搅拌反应后，离心分离，过滤，得滤渣，将滤渣于温度为80℃的条件下干燥3～5h后，得改性海藻酸钠；
(2)将聚丙烯与稀释剂按质量比5：3混合，并加入聚丙烯质量0.4倍的步骤(1)所得改性海藻酸钠，搅拌混合，得混合料；
(3)将步骤(2)所得混合料置于螺杆挤出造粒机中，于温度为200～220℃的条件下熔融挤出，并于空气中冷却造粒，得混合物；
(4)将步骤(3)所得混合物于熔喷设备中喷丝制布，得初生无纺布；
(5)将步骤(4)所得初生无纺布与混合水溶液按质量比1：10混合，于温度为30～35℃的条件下搅拌反应10～20h后，过滤，冷冻干燥，得多孔纤维无纺布；
(6)对步骤(5)所得多孔纤维无纺布进行指标分析。
2.根据权利要求1所述的一种多孔纤维无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述稀释剂为将聚乙二醇200和石蜡按质量比4：1～6：1混合，得稀释剂。
3.根据权利要求1所述的一种多孔纤维无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述喷丝制布的条件为挤出速率为15～25Hz，侧风温度为260～270℃，模头接收距离为17～23cm。
4.根据权利要求1所述的一种多孔纤维无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述混合水溶液为将水与乳化剂按质量比10：1混合，并加入水质量0.1～0.2倍的对甲苯磺酸和水质量0.2～0.3倍的海藻酸钠，搅拌混合，并调节pH至4～5，得混合水溶液；所述乳化剂为吐温-80或司盘-60中任意一种。
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