CN112063043A - 一种耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，以质量百分含量计，该聚丙烯复合材料的原料包括如下组分：聚丙烯90‑95%；聚乙烯3‑8%；三烯丙基异氰脲酸酯1.5‑3%；紫外光吸收剂0.1‑2%；光稳定剂0.01‑0.5%；抗氧剂0.01‑0.5%；制备方法为：通过将各原料按配方混合，熔融挤出，造粒，制成；以及上述复合材料在制备聚丙烯熔喷无纺布中的应用；本发明复合材料能够在实现耐辐照的同时还具有优异且合适的流动性，适用于采用辐照灭菌的聚丙烯熔喷级无纺布。
Description
技术领域
本发明属于熔喷级聚丙烯技术领域，具体涉及一种耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯是一种由丙烯单体在催化剂作用下通过加成反应得到的大分子聚合物，是一种应用广泛的通用塑料。由于具有价格低廉、加工方便和力学性能良好等优点，聚丙烯被广泛的应用于医疗器械、电子电器和日常用品等领域。随着工业的发展，熔喷无纺布(熔喷布的熔喷法是指通过螺杆挤出机将高聚物熔融后，利用有一定速度的高温气流喷吹使得熔体细流收到极度拉伸而形成超细纤维，收集到成网帘或成网滚筒上形成纤维网，最后通过自身粘合制成非织造布的一种加工技术；用于熔喷的高聚物需要非常高的熔体流动系数(熔融指数)，熔体流动系数越大，说明材料的加工流动性越好，越适合熔喷工艺)的市场越来越大，而我国有将近95％的熔喷无纺布的原料都是聚丙烯，和其他聚合物无纺布相比，聚丙烯熔喷布具有价格低、质量较轻、无毒、化学活性低、耐酸碱腐蚀等优点，具有较高的经济使用价值。
目前，大量的医疗用品使用了聚丙烯熔喷无纺布，一般较为常用的熔喷级聚丙烯的熔融指数为1000-1700g/10min，太大或太小均会影响最终的产品效果。其中医疗产品的消毒灭菌主要采用环氧乙烷灭菌法和辐照灭菌法，和传统的环氧乙烷灭菌法相比，辐照灭菌具有绿色环保、灭菌彻底、常温灭菌和灭菌速度快等优点，具有突出的应用前景。然而，由于聚丙烯在高能射线下会产生自由基，自由基与空气中的氧气进一步反应转化为过氧化自由基，引发聚丙烯的氧化裂解；因此，为了减少聚丙烯熔喷无纺布在辐照后的性能下降，对聚丙烯进行改性来提高聚丙烯熔喷布的耐辐照性能具有重要的研究意义。
聚丙烯的耐辐照改性较为常见的是在聚丙烯原料中加入抗氧剂和光稳定剂等添加剂来提高聚丙烯的耐辐照性能。例如，受阻酚类抗氧剂含有共轭π键，可以吸收自由基和多余的能量；受阻胺类光稳定剂能捕获自由基和抑制结构中-O-O-结构的氢过氧化物分解。然而，虽然抗氧剂和光稳定剂等添加剂能在一定程度上提高聚丙烯的耐辐照性能，但是添加剂的加入对聚丙烯的熔喷性能也会产生重要的影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种改进的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，该复合材料能够在实现耐辐照的同时还具有优异且合适的流动性，适用于采用辐照灭菌的聚丙烯熔喷级无纺布。
本发明同时还提供了一种上述耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明同时还提供了一种上述耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料在制备聚丙烯熔喷无纺布中的应用。
为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：
一种耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，以质量百分含量计，所述聚丙烯复合材料的原料包括如下组分：
其中，所述聚丙烯的熔融指数为1000-1700g/10min，所述聚乙烯的熔融指数为3-20g/10min。
根据本发明的一些优选方面，以质量百分含量计，所述聚丙烯复合材料的原料包括如下组分：
根据本发明的进一步优选方面，以质量百分含量计，所述聚丙烯复合材料的原料包括如下组分：
根据本发明的一些优选且具体的方面，所述聚乙烯的熔融指数为5-10g/10min。根据本发明的一个具体方面，所述聚乙烯为陶氏化学公司的2045G型聚乙烯。
根据本发明的一些优选方面，所述聚丙烯、所述聚乙烯和所述三烯丙基异氰脲酸酯的投料质量比为46.0-46.2∶2.4-2.6∶1。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述紫外光吸收剂为三唑类紫外光吸收剂。根据本发明的一些具体方面，所述紫外光吸收剂紫外光吸收剂UV-328。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述光稳定剂为聚合型高分子量受阻胺光稳定剂。根据本发明的一些具体方面，所述光稳定剂为受阻胺光稳定剂622。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述抗氧剂为酚类抗氧剂。根据本发明的一些具体方面，所述抗氧剂为4,4′—亚甲基双(2，6-二叔丁基苯酚)。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述聚丙烯复合材料通过将各原料混合，熔融挤出，造粒，制成；其中，所述熔融挤出的条件为：进料段温度为100-120℃，熔融段温度为145-155℃，输送段温度为165-175℃。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
按配方称取各原料，加入到转速为800-1000r/min的高速混合机中混合10-15min，混合均匀后，放入长径比为39-41∶1、转速为80-100r/min的双螺杆挤出机中进行熔融挤出和造粒，制成所述耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料；其中所述熔融挤出的条件为：进料段温度为100-120℃，熔融段温度为145-155℃，输送段温度为165-175℃。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料在制备聚丙烯熔喷无纺布中的应用。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明针对熔融指数为1000-1700g/10min的熔喷布专用聚丙烯，创新地在添加紫外光吸收剂、光稳定剂和抗氧剂的基础上，通过特定聚乙烯、三烯丙基异氰脲酸酯与聚丙烯的配合，并控制三者含量，使得制成的复合材料能够在实现耐辐照的同时还具有优异且合适的流动性，适用于采用辐照灭菌的聚丙烯熔喷级无纺布。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述实施例中未作特殊说明，所有原料均来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。
实施例1-3
本些实施例提供耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，具体成分用量参见表1所示。
表1
其中，表1中，聚丙烯为中广核俊尔的熔喷布专用聚丙烯，型号为PPB-1500；聚乙烯为陶氏化学公司的2045G型聚乙烯；紫外光吸收剂为三唑类紫外光吸收剂UV-328，购自上海麦克林科技有限公司；光稳定剂为聚合型高分子量受阻胺光稳定剂622，购自上海麦克林科技有限公司；抗氧剂为4,4′-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)(抗氧剂702)，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
上述耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：按配方称取各原料，加入到转速为800r/min的高速混合机中混合15min；混合均匀后，放入长径比为40:1，转速为90r/min的双螺杆挤出机中进行熔融、挤出和造粒(进料段温度为120℃，熔融段温度为150℃，输送段温度为170℃)，得到粒度大小为3mm的耐辐照熔喷级聚丙烯粒料。
对比例1-2
基本同实施例1，其区别仅在于：其配方用量如下表2所示。
表2
效果评价
将上述实施例1-3以及对比例1-2制得的聚丙烯粒料按照GB/T 3682测试熔融指数，结果如表3所示：
表3
通过表3可以看到，和原始聚丙烯(对比例1)相比，改性后的实施例1、2、3熔融指数略微升高，对比例2熔融指数明显降低。由于用于熔喷的高聚物需要非常高的熔融指数，且熔融指数值越大，说明材料的加工流动性越好，越适合熔喷工艺，因此说明实施例1、2、3的改性不会降低样品的熔喷性能，对比例2的改性使聚丙烯的熔喷性能明显下降。
将上述实施例1-3以及对比例1-2制得的聚丙烯粒料在钴源中进行辐照，吸收剂量为30kGy(剂量率为0.114kGy/min)；辐照完成后按照GB/T 3682测试熔融指数，结果如表4所示：
表4
由表4可知，在γ射线下吸收剂量30kGy辐照后，未改性的聚丙烯(对比例1)的熔融指数显著升高，远大于改性样品(实施例1-3以及对比例2)，分析认为是因为聚丙烯在高能射线下主要形成烷基自由基，而烷基自由基与空气中的氧气发生进一步反应转化为过氧化自由基，引发氧化降解，导致主链断裂，低分子产物增多，因此聚丙烯耐辐照性能较差，会产生明显的辐照裂解，使辐照后的熔融指数升高。和未改性的聚丙烯(对比例1)相比，在实施例1-3以及对比例2中，实施例1和对比例2的熔融指数升高较少，且远低于未改性聚丙烯辐照后的熔融指数，说明实施例1和对比例2对聚丙烯的耐辐照性能提升较为明显，但对比例2的改性明显不利于熔喷工艺。
将上述实施例1-3以及对比例1-2在10、20、30、40kGy的吸收剂量下辐照(剂量率为0.114kGy/min)；辐照结束后按照GB/T 3682测试熔融指数(g/10min)，结果如表5所示：
表5
从表5可以看到，未改性的聚丙烯样品(对比例1)的熔融指数随着吸收剂量的增加而增加；实施例1样品熔融指数先微升后下降；实施例2样品熔融指数在10-30kGy区间逐渐升高，在40kGy时降低；实施例3样品熔融指数逐渐升高；对比例2样品熔融指数在10-30kGy区间逐渐降低，在40kGy时微升。可见，实施例1和对比例2对聚丙烯的耐辐照性能提升明显，同时结合表3的结果，实施例1的改性对样品的熔喷性能影响不大，对比例2的改性不利于熔喷。
因此，由上可知，本发明改性后的聚丙烯料粒不仅具有较佳的耐辐照性能，而且还适合熔喷工艺处理，其中尤以实施例1的效果最佳；而对比例1的耐辐照性能较差，对比例2不利于熔喷工艺处理。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
Claims (10)
1.一种耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，其特征在于，以质量百分含量计，所述聚丙烯复合材料的原料包括如下组分：
聚丙烯 90-95%
聚乙烯 3-8%
三烯丙基异氰脲酸酯 1.5- 3%
紫外光吸收剂 0.1-2%
光稳定剂 0.01-0.5%
抗氧剂 0.01-0.5%；
其中，所述聚丙烯的熔融指数为1000-1700g/10min，所述聚乙烯的熔融指数为3-20g/10min。
2.根据权利要求1所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，其特征在于，以质量百分含量计，所述聚丙烯复合材料的原料包括如下组分：
聚丙烯 92-93.5%
聚乙烯 4-6%
三烯丙基异氰脲酸酯 1.5- 2.5%
紫外光吸收剂 0.5-1%
光稳定剂 0.05-0.1%
抗氧剂 0.05-0.2%。
3.根据权利要求2所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，其特征在于，以质量百分含量计，所述聚丙烯复合材料的原料包括如下组分：
聚丙烯 92-93%
聚乙烯 4.5-5.5%
三烯丙基异氰脲酸酯 1.8- 2.2%
紫外光吸收剂 0.5-0.8%
光稳定剂 0.05-0.1%
抗氧剂 0.1-0.2%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚乙烯的熔融指数为5-10g/10min。
5.根据权利要求1所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯、所述聚乙烯和所述三烯丙基异氰脲酸酯的投料质量比为46.0-46.2∶2.4-2.6∶1。
6.根据权利要求1所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，其特征在于，所述紫外光吸收剂为三唑类紫外光吸收剂；所述光稳定剂为聚合型高分子量受阻胺光稳定剂；所述抗氧剂为酚类抗氧剂。
7.根据权利要求6所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，其特征在于，所述紫外光吸收剂紫外光吸收剂UV-328；所述光稳定剂为受阻胺光稳定剂622；所述抗氧剂为4,4′—亚甲基双（2，6-二叔丁基苯酚）。
8.根据权利要求1所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料通过将各原料混合，熔融挤出，造粒，制成；其中，所述熔融挤出的条件为：进料段温度为100-120℃，熔融段温度为145-155℃，输送段温度为165-175℃。
9.一种权利要求1-8中任一项所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
按配方称取各原料，加入到转速为800-1000r/min的高速混合机中混合10-15min，混合均匀后，放入长径比为39-41∶1、转速为80-100r/min的双螺杆挤出机中进行熔融挤出和造粒，制成所述耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料；其中所述熔融挤出的条件为：进料段温度为100-120℃，熔融段温度为145-155℃，输送段温度为165-175℃。
10.一种权利要求1-8中任一项所述的耐辐照熔喷级聚丙烯复合材料在制备聚丙烯熔喷无纺布中的应用。
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