CN111979600A - 驻极体复合短纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种驻极体复合短纤维,为皮芯结构,其特征在于:皮层为HDPE与纳米级托玛琳石的共混复合熔融体,芯层为原位聚合方式合成的PET与纳米级托玛琳石添加剂的复合体。本发明的驻极体复合短纤维中,皮层芯层分别添加托玛琳石,总体纤维中托玛琳石的添加量小于0.2%wt,力学性能基本达到普通HDPE/PET皮芯复合纤维的性能,且具有良好的吸附性能,可用于空气过滤和医疗防护用品的制备。微量托玛琳石的添加有利于托玛琳石的分散,使材料保持良好的力学性能,皮芯结构的驻极体复合短纤维,使得纤维的表面电荷与含量在1%wt以上的托玛琳石的普通聚酯纤维相当。
Description
技术领域
本发明涉及一种驻极体复合短纤维及其制备方法,属于纺织技术领域。
背景技术
驻极体是显示具有准永久性电荷的电介质材料。驻极体可用于多个领域,包括粘性膜、空气过滤器、过滤面罩和呼吸器,以及医疗防护织物或非织造物。可以通过将电荷赋予纤维以形成驻极体材料来改善用于气溶胶过滤的微纤维的性能。具体地讲,驻极体在提高气溶胶过滤器的颗粒捕集能力方面是有效的。已知多种方法可在微纤维料片中形成驻极体材料。此类方法包括,例如当熔喷纤维从模孔流出并形成纤维时用带电荷粒子诸如电子或离子来对其进行轰击。其它方法包括例如在纤维网形成后使用直流电晕放电使纤维带电,或者使用梳理法和/或行针法(摩擦起电法)使纤维网带电。另外,描述了一种水射流或水滴流以足以提供过滤性增强的驻极体电荷的压力冲击非织造网的方法(水充电法)。
托玛琳石(tourmaline)又称电气石,是一类环状硅酸盐矿物,其通用结构可以表示为XY3Z6Si6O18(BO3)3W4,式中X=Na+、Ca2+、K+、空位, Y=Mg2+、Fe2+、Mn2+、AI3+、Fe3+、Mn3+、Li+,Z=AI3+、Fe3+、Cr3+、Mg2+,W=OH-、F-、O2-。其中X,Y,Z三位置的原子或离子种类不同会影响托玛琳石的物理性质。晶体结构的对称性为R3m。托玛琳石的主要矿种有铁托玛琳石(Sehorl)、镁托玛琳石(Dravite)和锂托玛琳石(Elbaite)等。
当托玛琳石晶体所处环境温度与压力变化时,晶体中带电粒子之间发生相对位移,正负电荷中心发生分离,晶体的总电矩发生变化,从而导致极化电荷产生。托玛琳石的自发极化效应表现为,在托玛琳石晶体周围存在着以c轴轴面为两极的静电场。当托玛琳石晶粒很小时,托玛琳石微粒的作用相当于一电偶极子,由于正负电荷作用相互抵消,在平行于c轴方向电场强度最大,托玛琳石的自发极化效应是永久性的,与其结构和成分密切相关。当托玛琳石处于纳米级细度,可以与聚合物通过原位聚合法生成驻极体。
中国专利CN111019233A公开了一种驻极体薄膜的制备方法、 用途和空气净化装置,涉及驻极体材料及制备方法技术领域。该驻极体薄膜,主要由聚合物和驻极母粒,其中,驻极母粒的重量含量为2~10%;采用母粒的共混方法会造成超细纤维的降解可能,纤维成型困难,产品质量受影响。中国专利CN1482155A公开了含电气石聚酯纤维的制造方法,先将平均粒径小于1μm的电气石超细粉末进行表面处理后与聚酯原料共混直接纺丝,解决了母粒共混带来的困难,但其纤维直径是在日常服装用范围内,不适合空气过滤和医疗防护。
聚酯托玛琳石晶体驻极体纤维材料是将填充物托玛琳石分散到纳米粒子之间形成一种片晶而构建成的。然后,这些小片晶就分散到聚合体的矩阵中,形成的若干平行层迫使电离子气体从聚合体中通过"曲折通道"逸出,形成驻极体。
发明内容
本发明的目的是提供一种驻极体复合短纤维。
本发明的技术方案如下:
一种驻极体复合短纤维,为皮芯结构,其特征在于:皮层为HDPE与纳米级托玛琳石的共混复合熔融体,芯层为原位聚合方式合成的PET与纳米级托玛琳石添加剂的复合体。
优选的,所述皮层由A组分和B组分组成,A组分为HDPE熔体,B组分为托玛琳石与HDPE的混合熔体,A组分和B组分的重量比为80:20,B组分中96%为HDPE,1%是托玛琳石,3%相容剂马来酸酐。
优选的,所述托玛琳石为纳米级超细粉末,平均直径小于500nm。
优选的,所述B组分中还包括过氧化二异丙苯引发剂0.3ppm。
优选的,所述芯层为精对苯二甲酸与乙二醇按摩尔比1:1.1-1.5混合后进行酯化反应,然后添加调配在乙二醇中的钛系催化剂、调配在乙二醇中的钛白粉、托玛琳石乙二醇悬浮液进行预缩聚反应、终缩聚反应而成。
优选的,芯层中托玛琳石粒径300-500nm,含量为精对苯二甲酸的0.35%wt。
优选的,芯层还添加有分散剂,分散剂采用乙丙基二油酸酰氧基二辛基磷酸酰胺基钛酸酯和乙丙基三辛基焦磷酸酰氧基钛酸酯混合物,两种物质比例分别为50%,分散剂用量为托玛琳石重量的5%。
本发明还公开了上述的驻极体复合短纤维的制备方法,其步骤包括:
(1)将HDPE、托玛琳石、马来酸酐引发剂混合均匀,用双螺杆制成混合熔体,与HDPE熔体静态混合后进入纺丝箱体A;
(2)将精对苯二甲酸与乙二醇按摩尔比1:1.1-1.5调配后进行酯化反应,酯化反应产物送入预缩反应釜,同时,在齐聚物管道上用注射器加入调配在乙二醇中的钛系催化剂、调配在乙二醇中的钛白粉、托玛琳石乙二醇悬浮液,进行预缩聚反应,经过预缩聚反应的物料进入终聚釜,进行终缩聚反应,终缩聚产物计量后进入纺丝箱体B;
(3)两种熔体经复合喷丝组件喷出成皮芯结构的纤维,冷却成型后上油,然后拉伸、定型、切断,制成皮芯结构的驻极体复合短纤维。
优选的,步骤(1)中HDPE熔融挤压温度为250-270℃,混合物熔融挤压温度为225-285℃。
优选的,步骤(2)中在255~265℃,常压下进行酯化反应;齐管道温度在270~275℃,预缩聚提高反应温度至272~278℃,反应压力8kPa;终缩聚釜再进一步提升温度至280~285℃,提高真空度至50Pa,直至特性黏度达到0.72~0.78dl/g。
优选的,皮层和芯层的质量比为50:50,纺丝成型温度282-292度,冷却风32-36℃;冷却距离400-600mm,拉伸采用二级拉伸,并采用三次水浴加热,牵伸前75℃油水浸渍,一级拉伸油水82℃,二级拉伸油水95℃,油剂采用拒水型,油水浓度2.8%,制得的驻极体复合短纤维含油率0.38%。
有益效果:
本发明的驻极体复合短纤维中,皮层芯层分别添加托玛琳石,总体纤维中托玛琳石的添加量小于0.2%wt,力学性能基本达到普通HDPE/PET皮芯复合纤维的性能,且具有良好的吸附性能,可用于空气过滤和医疗防护用品的制备。微量托玛琳石的添加有利于托玛琳石的分散,使材料保持良好的力学性能,皮芯结构的驻极体复合短纤维,使得纤维的表面电荷与含量在1% wt以上的托玛琳石的普通聚酯纤维相当。
具体实施方式
实施例1
一种驻极体复合短纤维的制备方法,其步骤包括:
(1)将HDPE、托玛琳石、马来酸酐引发剂混合均匀,用双螺杆制成混合熔体,混合熔体中96%为HDPE,1%是托玛琳石,3%是相容剂马来酸酐,托玛琳石为纳米级超细粉末,平均直径小于500nm,另加过氧化二异丙苯引发剂0.3ppm,熔融挤压温度为265℃,混合熔体与HDPE熔体静态混合后进入纺丝箱体A,HDPE熔体熔融挤压温度为260℃;
(2)将精对苯二甲酸与乙二醇按摩尔比1:1.2调配后,在260℃,常压下进行酯化反应,酯化反应产物送入预缩反应釜,齐聚物管道温度在272℃,钛系催化剂、钛白粉、托玛琳石用乙二醇在75℃条件下调制成悬浮液,调配托玛琳石时分散剂采用乙丙基二油酸酰氧基二辛基磷酸酰胺基钛酸酯、乙丙基三辛基焦磷酸酰氧基钛酸酯,两种分散剂比例分别为50%。其用量所占托玛琳石重量的5%。同时,在齐聚物管道上用注射器加入调配在乙二醇中的钛系催化剂、调配在乙二醇中的钛白粉、托玛琳石乙二醇悬浮液,托玛琳石粒径300-500nm,含量为PTA的0.35%,钛催化剂添加量为PTA重量的8mg/100g,进行预缩聚反应,预缩聚提高反应温度至275℃,反应压力8kPa,经过预缩聚反应的物料进入终聚釜,进行终缩聚反应,终缩聚釜再进一步提升温度至282℃,提高真空度至50Pa,至熔体特性黏度达到0.76dl/g,终缩聚产物计量后进入纺丝箱体B;
(3)两种熔体经复合喷丝组件喷出成皮芯结构的纤维,皮层和芯层重量比为50:50,纺丝成型温度289℃,冷却成型后上油,冷却风34℃;冷却距离500mm,然后拉伸、定型、切断,制成皮芯结构的驻极体复合短纤维,纤度1.665dtex,偏芯。拉伸采用二级拉伸,并采用三次水浴加热:牵伸前75℃油水浸渍,一级拉伸油水82℃,二级拉伸油水95℃,油剂采用拒水型,油水浓度2.8%,制得的驻极体复合短纤维含油率0.38%。
实施例2
一种驻极体复合短纤维的制备方法,其步骤包括:
(1)将HDPE、托玛琳石、马来酸酐引发剂混合均匀,用双螺杆制成混合熔体,混合熔体中96%为HDPE,1%是托玛琳石,3%是相容剂马来酸酐,托玛琳石为纳米级超细粉末,平均直径小于500nm,另加过氧化二异丙苯引发剂0.3ppm,熔融挤压温度为225℃,混合熔体与HDPE熔体静态混合后进入纺丝箱体A,HDPE熔体熔融挤压温度为250℃;
(2)将精对苯二甲酸与乙二醇按摩尔比1:1.1调配后,在255℃,常压下进行酯化反应,酯化反应产物送入预缩反应釜,齐聚物管道温度在270℃,钛系催化剂、钛白粉、托玛琳石用乙二醇在70℃条件下调制成悬浮液,同时,在齐聚物管道上用注射器加入调配在乙二醇中的钛系催化剂、调配在乙二醇中的钛白粉、托玛琳石乙二醇悬浮液,托玛琳石粒径300-500nm,含量为PTA的0.35%,钛催化剂添加量为PTA重量的8mg/100g,进行预缩聚反应,预缩聚提高反应温度至272℃,反应压力8kPa,经过预缩聚反应的物料进入终聚釜,进行终缩聚反应,终缩聚釜再进一步提升温度至280℃,提高真空度至50Pa,至熔体特性黏度达到0.72dl/g,终缩聚产物计量后进入纺丝箱体B;
(3)两种熔体经复合喷丝组件喷出成皮芯结构的纤维,皮层和芯层重量比为50:50,纺丝成型温度282℃,冷却成型后上油,冷却风32℃;冷却距离400mm,然后拉伸、定型、切断,制成皮芯结构的驻极体复合短纤维,纤度1.665dtex,偏芯。拉伸采用二级拉伸,并采用三次水浴加热:牵伸前75℃油水浸渍,一级拉伸油水82℃,二级拉伸油水95℃,油剂采用拒水型,油水浓度2.8%,制得的驻极体复合短纤维含油率0.38%。
实施例3
一种驻极体复合短纤维的制备方法,其步骤包括:
(1)将HDPE、托玛琳石、马来酸酐引发剂混合均匀,用双螺杆制成混合熔体,混合熔体中96%为HDPE,1%是托玛琳石,3%是相容剂马来酸酐,托玛琳石为纳米级超细粉末,平均直径小于500nm,另加过氧化二异丙苯引发剂0.3ppm,熔融挤压温度为285℃,混合熔体与HDPE熔体静态混合后进入纺丝箱体A,HDPE熔体熔融挤压温度为270℃;
(2)将精对苯二甲酸与乙二醇按摩尔比1: 1.5调配后,在265℃,常压下进行酯化反应,酯化反应产物送入预缩反应釜,齐聚物管道温度在275℃,钛系催化剂、钛白粉、托玛琳石用乙二醇在80℃条件下调制成悬浮液,同时,在齐聚物管道上用注射器加入调配在乙二醇中的钛系催化剂、调配在乙二醇中的钛白粉、托玛琳石乙二醇悬浮液,托玛琳石粒径300-500nm,含量为PTA的0.35%,钛催化剂添加量为PTA重量的8mg/100g,进行预缩聚反应,预缩聚提高反应温度至278℃,反应压力8kPa,经过预缩聚反应的物料进入终聚釜,进行终缩聚反应,终缩聚釜再进一步提升温度至285℃,提高真空度至50Pa,至熔体特性黏度达到0.78dl/g,终缩聚产物计量后进入纺丝箱体B;
(3)两种熔体经复合喷丝组件喷出成皮芯结构的纤维,皮层和芯层重量比为50:50,纺丝成型温度292℃,冷却成型后上油,冷却风36℃;冷却距离600mm,然后拉伸、定型、切断,制成皮芯结构的驻极体复合短纤维,纤度1.665dtex,偏芯。拉伸采用二级拉伸,并采用三次水浴加热:牵伸前75℃油水浸渍,一级拉伸油水82℃,二级拉伸油水95℃,油剂采用拒水型,油水浓度2.8%,制得的驻极体复合短纤维含油率0.38%。
采用国标GB/T7573-2009对实施例1-3的驻极体复合短纤维进行检测,检测结果如表1所示。
Claims (11)
1.一种驻极体复合短纤维,为皮芯结构,其特征在于:皮层为HDPE与纳米级托玛琳石的共混复合熔融体,芯层为原位聚合方式合成的PET与纳米级托玛琳石添加剂的复合体。
2.根据权利要求1所述的驻极体复合短纤维,其特征在于:所述皮层由A组分和B组分组成,A组分为HDPE熔体,B组分为托玛琳石与HDPE的混合熔体,A组分和B组分的重量比为80:20,B组分中96%为HDPE,1%是托玛琳石,3%相容剂马来酸酐。
3.根据权利要求2所述的驻极体复合短纤维,其特征在于:所述托玛琳石为纳米级超细粉末,平均直径小于500nm。
4.根据权利要求3中任一项所述的驻极体复合短纤维,其特征在于:所述B组分中还包括过氧化二异丙苯引发剂0.3ppm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的驻极体复合短纤维,其特征在于:所述芯层为精对苯二甲酸与乙二醇按摩尔比1:1.1-1.5混合后进行酯化反应,然后添加调配在乙二醇中的钛系催化剂、调配在乙二醇中的钛白粉、托玛琳石乙二醇悬浮液进行预缩聚反应、终缩聚反应而成。
6.根据权利要求5所述的驻极体复合短纤维,其特征在于:芯层中托玛琳石粒径300-500nm,含量为精对苯二甲酸的0.35%wt。
7.根据权利要求6所述的驻极体复合短纤维,其特征在于:芯层还添加有分散剂,分散剂采用乙丙基二油酸酰氧基二辛基磷酸酰胺基钛酸酯和乙丙基三辛基焦磷酸酰氧基钛酸酯混合物,两种物质比例分别为50%,分散剂用量为托玛琳石重量的5%。
8.权利要求1-7中任一项所述的驻极体复合短纤维的制备方法,其步骤包括:
将HDPE、托玛琳石、马来酸酐引发剂混合均匀,用双螺杆制成混合熔体,与HDPE熔体静态混合后进入纺丝箱体A;
(2)将精对苯二甲酸与乙二醇按摩尔比1:1.1-1.5调配后进行酯化反应,酯化反应产物送入预缩反应釜,同时,在齐聚物管道上用注射器加入调配在乙二醇中的钛系催化剂、调配在乙二醇中的钛白粉、托玛琳石乙二醇悬浮液,进行预缩聚反应,经过预缩聚反应的物料进入终聚釜,进行终缩聚反应,终缩聚产物计量后进入纺丝箱体B;
(3)两种熔体经复合喷丝组件喷出成皮芯结构的纤维,冷却成型后上油,然后拉伸、定型、切断,制成皮芯结构的驻极体复合短纤维复合短纤维。
9.根据权利要求8所述的驻极体复合短纤维的制备方法,其特征在于:步骤(1)中HDPE熔融挤压温度为250-270℃,混合物熔融挤压温度为225-285℃。
10.根据权利要求9所述的驻极体复合短纤维的制备方法,其特征在于:步骤(2)中在255~265℃,常压下进行酯化反应;齐管道温度在270~275℃,预缩聚提高反应温度至272~278℃,反应压力8kPa;终缩聚釜再进一步提升温度至280~285℃,提高真空度至50Pa,直至特性黏度达到0.72~0.78dl/g。
11.根据权利要求10所述的驻极体复合短纤维的制备方法,其特征在于:皮层和芯层的质量比为50:50,纺丝成型温度282-292度,冷却风32-36℃;冷却距离400-600mm,拉伸采用二级拉伸,并采用三次水浴加热,牵伸前75℃油水浸渍,一级拉伸油水82℃,二级拉伸油水95℃,油剂采用拒水型,油水浓度2.8%,制得的驻极体复合短纤维含油率0.38%。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201124 |