CN112430906B - 一种防护口罩用超低阻熔喷无纺布及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防护口罩用超低阻熔喷无纺布的制备方法，包括制备改性剂、纤维形成、纤维冷却、成网、静电添加步骤；所述的制备改性剂：改性剂原料包括海藻酸钠、鱼腥草提取物、黄芪多糖、纳米活性炭颗粒。本发明熔喷无纺布制备方法显著降低熔喷无纺布的空气阻力，提高熔喷无纺布的透气性，以及颗粒物过滤效率。
Description
技术领域
本发明属于无纺布技术领域，尤其涉及一种防护口罩用超低阻熔喷无纺布及其制备方法。
背景技术
医用防护口罩是指可过滤空气中的微粒，阻隔飞沫、血液、体液、分泌物等的自吸过滤式防尘医用防护口罩。这是一种能阻止经空气传播的直径≤5μmg感染因子或近距离(≤1m)接触经飞沫传播的疾病而发生感染的口罩。医用口罩的使用包括密合性测试、培训、型号的选择、医学处理和维护。
医用防护口罩由口罩面体和拉紧带组成，其中口罩面体分为内、中、外三层，内层为普通卫生纱布或无纺布，中层为超细聚丙烯纤维熔喷材料层，外层为无纺布或超薄聚丙烯熔喷材料层。
佩戴医用防护口罩，普遍存在呼吸不顺畅和护目镜上易凝聚水汽的问题。这主要是因为一线医护人员采取三级防护，在长达4-6小时工作过程中，整套装备导致医护人员身体产生的热量无法散出，呼出的气体温湿度高，口罩阻力大，温湿度高的气体不能及时通过口罩过滤后排出，在护目镜上凝聚形成水雾，严重地影响医护人员的工作，并且长时间佩戴容易导致医护人员呼吸困难，缺氧引发心脑血管方面的疾病。
现有技术的熔喷无纺布存在以下技术缺陷：空气阻力大，过滤效率不理想，过滤效率衰减较快。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种防护口罩用超低阻熔喷无纺布及其制备方法，达到以下发明目的：
（1）降低熔喷无纺布的空气阻力；（2）在降低阻力的基础上，提高熔喷无纺布的过滤效率；（3）提高熔喷无纺布的过滤效率的保留率。
本发明所采取的技术方案是：
一种防护口罩用超低阻熔喷无纺布的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备改性剂
改性剂原料海藻酸钠、鱼腥草提取物、黄芪多糖、纳米活性炭颗粒，质量配比为2-2.5：0.42-0.45：0.15-0.25：1:1.5；
所述的海藻酸钠：粘度为118-120map·s，细度为8000-8500目，含钙量≤0.3%；
所述的鱼腥草提取物：鱼腥草素钠含量为3%，细度为7800-8000目；
所述的黄芪多糖：有效成分含量70%；
所述的纳米活性炭颗粒：为椰壳纳米活性炭颗粒，颗粒的直径为 600nm-700nm。
将鱼腥草提取物、黄芪多糖溶于去离子水中，升温至60-65℃，在2000rpm的速率下搅拌15-20min，制得第一分散液；所述去离子水的用量为鱼腥草提取物、黄芪多糖总质量的40-50倍。
将海藻酸钠依次加入上述第一分散液中，升温至80-84℃，在800-1000rpm的速率下搅拌30-40min，得到第二分散液。
将纳米活性炭颗粒加入到浓度为45-50%KOH溶液中浸泡，在1500-2000rpm的速率下搅拌10-25min；过滤，保留固体相，然后将固体相干燥至含水量低于10%，得到活化后的纳米活性炭颗粒；活化后的纳米活性炭颗粒的碘吸附值为1100mg/g，比表面积为3000㎡/g。
将活化后的纳米活性炭颗粒加入到第二分散液中，在45-60KHz超声下处理30-40min；处理后的混合液经干燥除去溶剂，得到改性剂。
步骤2、熔融挤出
在挤压机的进料端，聚丙烯切片与改性剂、助剂依次喂入螺杆挤压机，加热成为熔体。所述助剂为纳米电气石粉，细度为8500-9000目。
所述的聚丙烯切片：MFR范围1300-1800 g/10min；所述聚丙烯切片的加入量为进料总量的88-95%；
所述改性剂的加入量为进料总量的1-7%；
所述助剂的加入量为进料总量的1-6%；
物料加热后熔融挤出，熔融挤出采用的螺杆温度为180-240℃，熔体管温度为220-230℃，模头温度为240-250℃。
步骤3、纤维形成
物料熔融挤出后，经过过滤的清洁熔体要经过分配系统，再均匀地送入每组喷丝板，使每个喷丝孔的挤出量一致，喷丝孔形状为四叶形；得到截面为四叶形的纤维。由喷丝孔挤出的熔融状聚合物细丝在两侧高速热空气流的冲击下迅速变细伸长，经过热风牵伸，形成0.3-0.7μm的超细纤维；热风风量4100-4200m3/h，热风温度240-260℃。
步骤4、纤维冷却
采用单面皮芯式水汽结合的冷却方式，具体为：采用水汽从纤维一侧进行喷淋，纤维两侧的水汽压力比为1:1-2.5，将纤维冷却至70-95℃。
由于纤维两侧冷却效果不一致，使其表层取向和结晶度存在一定的差距，这种差距使其形成自由的卷曲，这种卷曲即增加了纤维的表面积，又增加了纤网的孔隙度。
步骤5、成网
超细纤维喷到成网帘上，通过网底吸风将纤维粘合在其上面凝集成网，吸风流量1400-1450m3/h。
步骤6、静电添加
成网后的熔喷无纺布通过静电发生器形成的静电场而带静电，静电发生器电压50-60V，电流10-15mA。
本发明技术方案带来的有益效果：
（1）本发明熔喷无纺布制备方法显著降低熔喷无纺布的空气阻力，空气阻力低至18-26 Pa,满足GB38880-2020儿童防护口罩呼吸阻力45Pa标准。
（2）本发明熔喷无纺布制备方法显著提高熔喷无纺布的透气性，透气性达到300-400 mm/s，采用透气性仪测试，按照20cm2,100Pa压差测试。
（3）本发明熔喷无纺布制备方法显著提高熔喷无纺布的颗粒物过滤效率，以及过滤效率的保留率；颗粒物过滤效率达到98.5%以上，1年效率保留率达到97%以上，满足GB38880-2020儿童防护口罩颗粒物过滤效率95%以上标准。
（4）本发明熔喷无纺布制备方法显著提高熔喷无纺布的细菌过滤效率和病毒过滤效率，其中细菌过滤效率(BFE)达到99%以上，病毒过滤效率(VFE)达到99%以上，满足ASTMF2100-2019 标准。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
对比例1
一种熔喷无纺布的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备改性剂
改性剂为纳米活性炭颗粒；所述的纳米活性炭颗粒：为椰壳纳米活性炭颗粒，颗粒的直径为 600-700nm。
将纳米活性炭颗粒加入到去离子水中浸泡，在1500rpm的速率下搅拌25min；过滤，保留固体相，然后将固体相干燥至含水量低于10%。
将干燥后的纳米活性炭颗粒加入到去离子水中，在50KHz超声下处理35min；处理后经干燥得到改性剂。
步骤2、熔融挤出
在挤压机的进料端，聚丙烯切片与改性剂、助剂依次喂入螺杆挤压机，加热成为熔体。所述助剂为助剂JS240。
所述的聚丙烯切片：MFR范围1300-1800 g/10min；所述聚丙烯切片的加入量为进料总量的90%；
所述改性剂的加入量为进料总量的4%；
所述助剂的加入量为进料总量的6%；
物料加热后熔融挤出，熔融挤出采用的螺杆温度为185℃，熔体管温度为220℃，模头温度为245℃。
步骤3、纤维形成
物料熔融挤出后，经过过滤的清洁熔体要经过分配系统，再均匀地送入每组喷丝板，使每个喷丝孔的挤出量一致，喷丝孔形状为圆形；得到截面为圆形的纤维。由喷丝孔挤出的熔融状聚合物细丝在两侧高速热空气流的冲击下迅速变细伸长，经过热风牵伸，形成超细纤维；热风风量4150m3/h，热风温度255℃。
步骤4、纤维冷却
采用传统冷却方式，具体为：采用水汽从纤维两侧进行均匀的喷淋，纤维两侧冷却效果一致。
步骤5、成网
超细纤维喷到成网帘上，通过网底吸风将纤维粘合在其上面凝集成网，吸风流量1400m3/h。
实施例1一种防护口罩用超低阻熔喷无纺布的制备方法
一种防护口罩用超低阻熔喷无纺布的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备改性剂
改性剂原料海藻酸钠、鱼腥草提取物、黄芪多糖、纳米活性炭颗粒，质量配比为2：0.45：0.2：1；
所述的海藻酸钠：粘度为118-120map·s，细度为8000-8500目，含钙量≤0.3%；
所述的鱼腥草提取物：鱼腥草素钠含量为3%，细度为7800-8000目；
所述的黄芪多糖：有效成分含量70%；
所述的纳米活性炭颗粒：为椰壳纳米活性炭颗粒，颗粒的直径为 600-700nm。
将鱼腥草提取物、黄芪多糖溶于去离子水中，升温至60℃，在2000rpm的速率下搅拌20min，制得第一分散液；所述去离子水的用量为鱼腥草提取物、黄芪多糖总质量的40倍。
将海藻酸钠依次加入上述第一分散液中，升温至80℃，在1000rpm的速率下搅拌30min，得到第二分散液。
将纳米活性炭颗粒加入到浓度为45%KOH溶液中浸泡，在1500rpm的速率下搅拌25min；过滤，保留固体相，然后将固体相干燥至含水量低于10%，得到活化后的纳米活性炭颗粒；活化后的纳米活性炭颗粒的碘吸附值为1100mg/g，比表面积为3000㎡/g。
将活化后的纳米活性炭颗粒加入到第二分散液中，在50KHz超声下处理35min；处理后的混合液经干燥除去溶剂，得到改性剂。
步骤2、熔融挤出
在挤压机的进料端，聚丙烯切片与改性剂、助剂依次喂入螺杆挤压机，加热成为熔体。所述助剂为纳米电气石粉，细度为8500-9000目。
所述的聚丙烯切片：MFR范围1300-1800 g/10min；所述聚丙烯切片的加入量为进料总量的92%；
所述改性剂的加入量为进料总量的7%；
所述助剂的加入量为进料总量的1%；
物料加热后熔融挤出，熔融挤出采用的螺杆温度为240℃，熔体管温度为220℃，模头温度为245℃。
步骤3、纤维形成
物料熔融挤出后，经过过滤的清洁熔体要经过分配系统，再均匀地送入每组喷丝板，使每个喷丝孔的挤出量一致，喷丝孔形状为四叶形；得到截面为四叶形的纤维。由喷丝孔挤出的熔融状聚合物细丝在两侧高速热空气流的冲击下迅速变细伸长，经过热风牵伸，形成超细纤维；热风风量4150m3/h，热风温度255℃。
步骤4、纤维冷却
采用单面皮芯式水汽结合的冷却方式，具体为：采用水汽从纤维一侧进行喷淋，纤维两侧的水汽压力比为1:0.5，将纤维冷却至75℃。
由于纤维两侧冷却效果不一致，使其表层取向和结晶度存在一定的差距，这种差距使其形成自由的卷曲，这种卷曲即增加了纤维的表面积，又增加了纤网的孔隙度。
步骤5、成网
超细纤维喷到成网帘上，通过网底吸风将纤维粘合在其上面凝集成网，吸风流量1400m3/h。
步骤6、静电添加
成网后的熔喷无纺布通过静电发生器形成的静电场而带静电，静电发生器电压60V，电流10-15mA。
实施例2 纤维冷却步骤的纤维两侧的水汽压力比分析实验
采用实施例1的方法制备无纺布，只改变步骤4纤维冷却中纤维两侧的水汽压力比，进行实施例2-5；具体见表1：
表1
经检测，制备的产品技术指标结果如表2所示；
表2
从检测结果可知，实施例3为优选实施例，步骤4纤维冷却中纤维两侧的水汽压力比优选为1:1.5。
实施例6 纤维冷却步骤的纤维两侧的水汽压力比分析实验
采用实施例1的方法制备无纺布，改变步骤4纤维冷却中纤维两侧的水汽压力比为1:1.5，改变步骤2熔融挤出步骤中助剂纳米电气石粉的加入量，控制改性剂与助剂的总量为进料总量的8%，助剂纳米电气石粉的加入量具体见表3，进行实施例6-10；
表3
经检测，制备的产品技术指标结果如表4所示；
表4
从检测结果可知，实施例9为优选实施例，步骤2熔融挤出步骤中助剂纳米电气石粉的加入量优选为5%。
经试验，实施例9与对比例1制备的熔喷无纺布产品指标的检测结果如表5所示；
表5
从检测结果可见，本发明与传统工艺相比，熔喷无纺布的产品阻力降低了25%，产品透气性提高了24.2%，添加了特定量的助剂以及改性剂，产品的过滤效率提高至99.5%，经常温跟踪1年，产品的过滤效率保留率为98.2%。
除特殊说明外，本发明所述的百分数均为质量百分数，所述比例均为质量比。
以上对本发明的几个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (3)
1.一种防护口罩用超低阻熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：包括制备改性剂、纤维形成、纤维冷却、成网、静电添加步骤；所述的制备改性剂：改性剂原料包括海藻酸钠、鱼腥草提取物、黄芪多糖、纳米活性炭颗粒；
所述改性剂原料海藻酸钠、鱼腥草提取物、黄芪多糖、纳米活性炭颗粒，质量配比为2-2.5：0.42-0.45：0.15-0.25：1-1.5；
所述的海藻酸钠：粘度为118-120map·s，细度为8000-8500目，含钙量≤0.3%；所述的鱼腥草提取物：鱼腥草素钠含量为3%，细度为7800-8000目；所述的黄芪多糖：有效成分含量70%；所述的纳米活性炭颗粒：为椰壳纳米活性炭颗粒，颗粒的直径为 600nm-700nm；
所述制备改性剂：将鱼腥草提取物、黄芪多糖溶于去离子水中，升温至60-65℃，搅拌，制得第一分散液；将海藻酸钠依次加入上述第一分散液中，升温至80-84℃，搅拌，制得第二分散液；将纳米活性炭颗粒加入到浓度为45-50%KOH溶液中浸泡，搅拌，过滤，干燥，得到活化后的纳米活性炭颗粒；将活化后的纳米活性炭颗粒加入到第二分散液中，超声处理，得到改性剂；
在挤压机的进料端，聚丙烯切片与改性剂、助剂依次喂入螺杆挤压机，加热成为熔体；
所述助剂为纳米电气石粉，细度为8500-9000目；所述的聚丙烯切片：MFR范围1300-1800 g/10min；
所述聚丙烯切片的加入量为进料总量的88-95%；所述改性剂的加入量为进料总量的1-7%；助剂的加入量为进料总量的1-6%；
所述的纤维冷却：纤维两侧的水汽压力比为1:1-2.5；
所述静电添加：静电发生器电压50-60V。
2.根据权利要求1所述的一种防护口罩用超低阻熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：所述纤维形成：喷丝孔形状为四叶形；得到截面为四叶形的纤维；经过热风牵伸，形成0.3-0.7μm的超细纤维。
3.根据权利要求1所述的一种防护口罩用超低阻熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：所述成网：超细纤维喷到成网帘上，通过网底吸风将纤维粘合在其上面凝集成网，吸风流量1400-1450m3/h。
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