CN111871071B - 口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料，涉及过滤材料技术领域，由聚丙烯和聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷通过熔喷法制成，所述聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷是以丙烯酰氧甲基三甲基硅烷作为单体经聚合反应制备的聚合物；本发明采用熔喷法制得具有三维曲孔结构的微孔膜材料，该微孔膜材料的孔径小，孔隙率高，纤维直径小，结构蓬松，能够有效截留粉尘颗粒以及细菌病毒等污染物，发挥优异的过滤作用；将该微孔膜材料作为口罩过滤层可以充分保证口罩的防护效果。

Description

口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料
技术领域：
本发明涉及过滤材料技术领域，具体涉及一种口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料。
背景技术：
在新冠疫情防控期间，口罩成为了人们的必需品。口罩的防护作用很大程度上取决于其过滤层，因此对所用过滤材料的性能要求很高。目前，口罩过滤层通常采用聚丙烯熔喷布。
熔喷法织造无纺布，其独特毛细结构的超细纤维能大幅增加单位面积纤维的数量和表面积，因此具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性，被广泛应用于医用和工业用口罩、保温材料、过滤材料、医疗卫生材料、吸油材料、擦拭布、电池隔板以及隔音材料等领域。
聚丙烯是一种线型的饱和碳氢高聚物，因大分子上不含极性基团和活性基团而具有高度的化学稳定性，并且纤维结晶度高，结构致密，疏水性强。现有的聚丙烯熔喷布虽然已经具有良好的过滤性能，但本发明在现有聚丙烯熔喷布的基础上进行了改进，以期进一步优化聚丙烯熔喷布作为口罩过滤层的应用性能。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料，由聚丙烯和聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷通过熔喷法制成，现对于常规的聚丙烯熔喷布来说，在保证过滤效率的同时增强了力学性能，以解决聚丙烯纤维在生产过程中容易断丝的问题。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料，由聚丙烯和聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷通过熔喷法制成，所述聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷是以丙烯酰氧甲基三甲基硅烷作为单体经聚合反应制备的聚合物。
所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯。
所述聚丙烯、聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷的质量比为100:5-30。
所述聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷的聚合度为2000-5000。
上述微孔膜材料的制备方法为：先将聚丙烯送入一台双螺杆挤出机中，在180-210℃下熔融；并将聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷送入另一台双螺杆挤出机中，在220-250℃下熔融；然后将两台双螺杆挤出机挤出的熔体送入同一熔喷模头的喷丝孔处汇合喷出，经热气流超倍牵伸，得到的超细纤维冷却固化沉积于集网装置上，收卷成网，即得微孔膜材料。
所述热气流的温度为280-300℃，压力为0.2-0.4MPa。
所述微孔膜材料的纤维直径为0.1-5μm，孔隙率大于95％。
所述微孔膜材料对亚微米数量级粉尘颗粒的截留率高达99.9％以上。
此外，本发明还从加工成本的角度出发，以海泡石纤维作为辅料，替代上述技术方案中的聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷，海泡石纤维具有比表面积高、孔隙率大的特点，因此海泡石纤维也能发挥很强的吸附作用；并且海泡石纤维无毒无味，满足应用安全性；同时海泡石纤维也能优化聚丙烯熔喷布的力学性能。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料，由聚丙烯和海泡石纤维通过熔喷法制成。
所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯。
所述聚丙烯、海泡石纤维的质量比为100:1-10。
上述微孔膜材料的制备方法为：将聚丙烯和海泡石纤维混合后送入双螺杆挤出机中，在180-210℃下熔融，挤出的熔体通过熔喷模头的喷丝孔处喷出，经热气流超倍牵伸，得到的超细纤维冷却固化沉积于集网装置上，收卷成网，即得微孔膜材料。
所述热气流的温度为280-300℃，压力为0.2-0.4MPa。
所述微孔膜材料的纤维直径为0.1-5μm，孔隙率大于95％。
所述微孔膜材料对亚微米数量级粉尘颗粒的截留率高达99.9％以上。
本发明的有益效果是：本发明采用熔喷法制得具有三维曲孔结构的微孔膜材料，该微孔膜材料的孔径小，孔隙率高，纤维直径小，结构蓬松，能够有效截留粉尘颗粒以及细菌病毒等污染物，发挥优异的过滤作用；将该微孔膜材料作为口罩过滤层可以充分保证口罩的防护效果，并且既可以作为一次性口罩的过滤层，也可以作为多次重复使用口罩的过滤层，发挥满足使用需求的截留污染物的作用。
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。
无规共聚聚丙烯购自上海赛科K4912，海泡石纤维购自灵寿县东风矿产加工厂。
聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷的制备：向反应釜中加入150mL甲苯、10g丙烯酰氧甲基三甲基硅烷和0.5g过氧化二苯甲酰，加热至回流后保温反应3h，减压蒸馏除去溶剂，得到平均聚合度为2500的聚合物。
实施例1
微孔膜材料的制备：先将100份无规共聚聚丙烯送入一台双螺杆挤出机中熔融，各段温度为：一区185℃、二区195℃、三区200℃、四区210℃、五区210℃、六区200℃、模头200℃；并将15份聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷送入另一台双螺杆挤出机中熔融，各段温度为：一区220℃、二区230℃、三区240℃、四区240℃、五区230℃、六区230℃、模头230℃；然后将两台双螺杆挤出机挤出的熔体送入同一熔喷模头的喷丝孔处汇合喷出，经热气流超倍牵伸，热气流的温度为280℃，压力为0.3MPa，得到的超细纤维冷却固化沉积于集网装置上，收卷成网，即得微孔膜材料。微孔膜材料的厚度为200μm，纤维直径为1-3μm，孔隙率为97％，对亚微米数量级粉尘颗粒的截留率达到99.99％。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处是将聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷用量调整为10份。
微孔膜材料的制备：先将100份无规共聚聚丙烯送入一台双螺杆挤出机中熔融，各段温度为：一区185℃、二区195℃、三区200℃、四区210℃、五区210℃、六区200℃、模头200℃；并将10份聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷送入另一台双螺杆挤出机中熔融，各段温度为：一区220℃、二区230℃、三区240℃、四区240℃、五区230℃、六区230℃、模头230℃；然后将两台双螺杆挤出机挤出的熔体送入同一熔喷模头的喷丝孔处汇合喷出，经热气流超倍牵伸，热气流的温度为280℃，压力为0.3MPa，得到的超细纤维冷却固化沉积于集网装置上，收卷成网，即得微孔膜材料。微孔膜材料的厚度为200μm，纤维直径为1-3μm，孔隙率为96％，对亚微米数量级粉尘颗粒的截留率达到99.99％。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处是以海泡石纤维替换聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷。
微孔膜材料的制备：将100份无规共聚聚丙烯和8份海泡石纤维混合后送入双螺杆挤出机中熔融，各段温度为：一区185℃、二区195℃、三区200℃、四区210℃、五区210℃、六区200℃、模头200℃，挤出的熔体通过熔喷模头的喷丝孔处喷出，经热气流超倍牵伸，热气流的温度为280℃，压力为0.3MPa，得到的超细纤维冷却固化沉积于集网装置上，收卷成网，即得微孔膜材料。微孔膜材料的厚度为200μm，纤维直径为1-3μm，孔隙率为96％，对亚微米数量级粉尘颗粒的截留率达到99.99％。
对比例
对比例与实施例1的不同之处是未添加聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷。
微孔膜材料的制备：将100份无规共聚聚丙烯送入双螺杆挤出机中熔融，各段温度为：一区185℃、二区195℃、三区200℃、四区210℃、五区210℃、六区200℃、模头200℃，挤出的熔体通过熔喷模头的喷丝孔处喷出，经热气流超倍牵伸，热气流的温度为280℃，压力为0.3MPa，得到的超细纤维冷却固化沉积于集网装置上，收卷成网，即得微孔膜材料。微孔膜材料的厚度为200μm，纤维直径为1-3μm，孔隙率为97％，对亚微米数量级粉尘颗粒的截留率达到99.99％。
FZ/T 64034-2014《纺粘/熔喷/纺粘(SMS)法非织造布》测试上述所制微孔膜材料的断裂强力，测试结果见表1。
表1
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
纵向断裂强力/N 86 75 78 62
横向断裂强力/N 74 61 67 50
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.口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料，其特征在于：由聚丙烯和聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷通过熔喷法制成，所述聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷是以丙烯酰氧甲基三甲基硅烷作为单体经聚合反应制备的聚合物；
所述聚丙烯、聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷的质量比为100:5-30；
所述聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷的聚合度为2000-5000。
2.根据权利要求1所述的口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料，其特征在于：所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料，其特征在于，其制备方法为：先将聚丙烯送入一台双螺杆挤出机中，在180-210℃下熔融；并将聚丙烯酰氧甲基三甲基硅烷送入另一台双螺杆挤出机中，在220-250℃下熔融；然后将两台双螺杆挤出机挤出的熔体送入同一熔喷模头的喷丝孔处汇合喷出，经热气流超倍牵伸，得到的超细纤维冷却固化沉积于集网装置上，收卷成网，即得微孔膜材料。
4.根据权利要求3所述的口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料的制备方法，其特征在于：所述热气流的温度为280-300℃，压力为0.2-0.4MPa。
5.根据权利要求3所述的口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料的制备方法，其特征在于：所述微孔膜材料的纤维直径为0.1-5μm，孔隙率大于95％。
6.根据权利要求3所述的口罩过滤层加工用耐高温、耐腐蚀型微孔膜材料的制备方法，其特征在于：所述微孔膜材料对亚微米数量级粉尘颗粒的截留率高达99.9％以上。
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