CN112481726B - 具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯及其制备方法和应用。所述的熔喷聚丙烯材料包括如下重量份数的组分：聚丙烯100份；过氧化物引发剂0.2‑0.5份；纳米硅藻土0.1‑1份；纳米电气石粉0.1‑2份；硅烷偶联剂0.1‑2份；润滑剂0.05‑0.3份；抗氧剂0.05‑0.3份；成核剂0.05‑0.2份。本发明借助纳米硅藻土的电负性及多级开孔结构，通过有机溶剂浸润及超声处理将纳米电气石粉输送至其孔隙中形成纳米复合材料，减少了电气石粉作为驻极剂的熔喷布因长期暴漏于空气中电负性衰退的问题，可有效提高静电吸附能力及长效过滤功能，工艺简单，便于批量生产。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯及其制备方法和应用。
背景技术
熔喷级聚丙烯具有超高的流动性，其熔融指数高达1500g/10min，可通过熔喷技术生产纤维直径在1-3um左右的熔喷无纺布，其纤网均匀度好、结构蓬松、孔隙度高，增加了单位面积纤维数量的同时增加了比表面积，过滤效果可达70％，若进一步通过驻极处理，在聚丙烯原料中加入驻极母粒，并在生产中增加高压静电放电装置，使得聚丙烯熔喷布具有捕获电荷及储存电荷的能力，从而具有长效吸附空气中颗粒的作用，使其过滤效果高达99％，能够广泛应用于屏蔽、吸附过滤以及医疗卫生材料等领域，如医用防护口罩、防尘口罩、消毒包布以及防护服等。市场上最常用的驻极剂为电气石粉，能增加熔喷无纺布中电荷捕集陷阱，专利CN201210544735.1公开了一种通过添加电气石粉作为驻极剂来制备熔喷聚丙烯过滤材料的方法，然而通过添加无机电荷增强剂制备的聚丙烯熔喷布表面电荷受潮湿环境影响，会造成电荷的衰减以及过滤性能长效性差的问题。
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，具有独特多级开孔结构，孔径以大孔为主，含有少量介孔，孔隙率高达90％以上，自身带有电负性，吸附性能强，骨架结构稳定，容重小，可作为助滤剂吸附材料，硅藻土的使用主要集中于污水处理，对于熔喷聚丙烯无纺布的应用尚未有效开发，因此有必要且需要利用其独特的物理结构及性能特点开发出具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯，借助纳米硅藻土的电负性及多级开孔结构，通过有机溶剂浸润及超声处理将纳米电气石粉输送至其孔隙中形成纳米复合材料，可有效提高静电吸附能力及长效过滤功能，所用工艺简单，便于批量生产。
本发明所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯，包括以下重量份数的原料：
所述的聚丙烯树脂为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯，其熔融指数MFI为20-100g/10min。
所述的过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基或过氧化二异丙苯中的一种。
所述的润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、介酸酰胺、硬脂酸钙或硬脂酸锌等酰胺类及硬脂酸类润滑剂中的一种或多种。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、抗氧剂168(三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)或抗氧剂1790(1,3,5-三(4-叔丁基3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)中的一种或多种。
所述的成核剂为二苄叉山梨醇、二(对甲基二苄叉)山梨醇、二(4-甲基二苄叉)山梨醇或二(对乙基苄叉)山梨醇等山梨醇类成核剂中的一种或多种。
所述的硅烷偶联剂为KH-550(γ―氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)或KH-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基)中的一种。
所述的纳米硅藻土的粒径为200-3000nm。
所述的纳米电气石粉的粒径为20-100nm。
本发明所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯的制备方法，具体包括以下步骤：
一、改性填料的制备
(a)将纳米硅藻土加入到稀释剂中，使其配置成纳米硅藻土质量含量为1-10％的混合液，将其倒入带有超声功能的高速搅拌机中搅拌并超声5-25min进行预分散处理，同时利用超声作用清除硅藻土孔隙中的杂质，得到预分散混合液；
(b)将纳米电气石粉及硅烷偶联剂加入到预分散混合液中，搅拌并超声10-30min，在硅烷偶联剂的作用下电气石粉与硅藻土得以充分分散与浸润，并在超声作用下促使纳米电气石粉随稀释剂进入到硅藻土孔隙中，制得改性填料混合溶液；
(c)将上述改性填料混合溶液过滤后置于120℃真空干燥箱内进行干燥处理，并破碎研磨制成粒径在200-3000nm的粉末，最终得到改性填料；
二、具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯的制备：
(d)将聚丙烯树脂、润滑剂、抗氧剂、成核剂及改性填料从螺杆一区喂料口输送入双螺杆挤出机中；
(e)在螺杆二区加入过氧化物引发剂，在100-245℃的高温螺杆剪切作用下熔体与小料充分混合，且在引发剂作用下聚丙烯快速降解；
(f)最后经挤出造粒，得到具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯颗粒。
最后本发明制备的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯颗粒，通过熔喷非织造工艺利用高速热空气对模头喷丝孔挤出的熔融聚丙烯进行牵引，超细纤维经自粘形成非织造布，控制克重在(25±3)g/m2得到测试样品，再经过50kV电压驻极处理后收卷，得到待测样品熔喷无纺布材料。
其中：
步骤(a)中所述的稀释剂为乙醇、甲醇、异丙醇或水醇混合液中的一种。
步骤(a)中所述的超声波频率为15-40KHz。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过借助硅藻土的高孔隙率、宽孔径分布具有截留固体颗粒能力的特点，将纳米级电气石粉引入到硅藻土的多级孔径结构中，制成改性填料，两种具有电负性功能的填料经复合后其性能得以增强，静电吸附能力增大。
2、本发明中硅烷偶联剂的加入促进了填料的分散，可有效改善电气石粉团聚堵塞模孔的问题，还可以增强填料与聚丙烯基体的结合力。
3、避免电气石粉作为静电驻极剂的熔喷布暴露于空气中受水蒸气长期接触而使驻极效果衰退的问题，本发明借助硅藻土的多孔结构，电气石粉可以藏匿于孔隙中，驻极效果可以有效延长。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例中用到的所有原料若无特殊说明，均为市购。
实施例1-5
1、按照表1配方分别将实施例1-5中的硅藻土加入到稀释剂中，实施例1-5分别配置成1％、8％，5％，2％，10％的混合液，将其倒入带有超声功能的高速搅拌机中搅拌，实施例1-5中超声频率分别为15kHZ，25kHZ，30kHZ，30kHZ，40kHZ，将实施例1-5分别超声5min，10min，15min，20min，25min进行预分散处理；按照表1配方分别将实施例1-5中的纳米电气石粉及硅烷偶联剂加入到预分散混合液中，实施例1-5分别搅拌并超声10min，15min，20min，25min，30min，在硅烷偶联剂的作用下电气石粉与硅藻土得以充分分散与浸润，并在超声作用下促使纳米电气石粉随稀释剂进入到硅藻土孔隙中，制得改性填料混合溶液；将上述改性填料混合溶液过滤后置于120℃真空干燥箱内进行干燥处理，并破碎研磨制成粒径在200-3000nm的粉末，最终得到改性填料。
2、再按照表2配方分别将实施例1-5中的聚丙烯树脂、润滑剂、抗氧剂、成核剂连同步骤1)中的改性填料均匀混合，并通过失重称精确计量下从螺杆一区喂料口输送入双螺杆挤出机中；在螺杆二区加入液体引发剂，引发剂用量如表2中实施例1-5所示，在100-245℃的高温螺杆剪切作用下熔体与小料得以充分混合，且在引发剂作用下聚丙烯快速降解；最后经挤出造粒，得到具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯颗粒。
3、最后通过熔喷非织造工艺利用高速热空气对模头喷丝孔挤出的熔融聚丙烯进行牵引，超细纤维经自粘形成非织造布，控制克重在(25±3)g/m2得到测试样品，再经过50kV电压驻极处理后收卷，得到待测样品熔喷无纺布材料。
表1 实施例1-5具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯用改性填料的组分用量(重量份)
表2 实施例1-5的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯除去改性填料以外的各组分用量(重量份)
对比例1-2
按照表3配方粉笔将对比例1-2中的聚丙烯树脂、润滑剂、抗氧剂及成核剂均匀混合，并通过失重称精确计量下从螺杆一区喂料口输送入双螺杆挤出机中；在螺杆二区加入液体引发剂，引发剂用量如表3中实施例1-2所示，在100-245℃的高温螺杆剪切作用下熔体与小料得以充分混合，且在引发剂作用下聚丙烯快速降解，经挤出造粒，得到熔喷聚丙烯颗粒；最后通过熔喷非织造工艺利用高速热空气对模头喷丝孔挤出的熔融聚丙烯进行牵引，超细纤维经自粘形成非织造布，控制克重在(25±3)g/m2得到测试样品，再经过50kV电压驻极处理后收卷，得到待测样品熔喷无纺布材料。
表3 对比例1-2的各组分用量(重量份)
性能测试
滤效测试：按照YY 0469-2011标准中5.6.2所述颗粒过滤效率(PFE)条件进行测试。
湿热老化测试：在(38±2.5)℃和(85±5)％相对湿度下分别放置7天及30天，然后在室温下放置4h，再按上述滤效测试标准进行老化后滤效测试。
表4 实施例1-5及对比例1-2的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯制所制备的熔喷布性能测试结果。
由上述检测结果可看出，本发明借助硅藻土的多孔结构，将电气石粉藏匿于硅藻土孔隙中，可使驻极效果得以有效延长。优选的，采用实施例4制得的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯熔喷布初始过滤率可达98.5％，在(38±2.5)℃和(85±5)％相对湿度下30天过滤率仍高达90.5％。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (8)
1.一种具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯，其特征在于：包括以下重量份数的原料：
所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：
一、改性填料的制备：
(a)将纳米硅藻土加入到稀释剂中，使其配置成1-10wt％的混合液，然后搅拌并超声5-25min进行预分散处理，得到预分散混合液；
(b)将纳米电气石粉及硅烷偶联剂加入到预分散混合液中，搅拌并超声10-30min，制得改性填料混合溶液；
(c)将上述改性填料混合溶液过滤后进行干燥处理，并破碎研磨制成粒径在200-3000nm的粉末，得到改性填料；
二、具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯的制备：
(d)将聚丙烯树脂、润滑剂、抗氧剂、成核剂及改性填料从喂料口输送入双螺杆挤出机中；
(e)然后再加入过氧化物引发剂，在双螺杆挤出机中进行反应；
(f)最后经挤出造粒，得到具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯颗粒。
2.根据权利要求1所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯，其特征在于：所述的聚丙烯树脂为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯，其熔融指数MFI为20-100g/10min。
3.根据权利要求1所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯，其特征在于：所述的过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基或过氧化二异丙苯中的一种。
4.根据权利要求1所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯，其特征在于：所述的润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、介酸酰胺、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的一种或多种；所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168或抗氧剂1790中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570中的一种。
6.根据权利要求1所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯，其特征在于：所述的纳米硅藻土的粒径为200-3000nm；所述的纳米电气石粉的粒径为20-100nm。
7.根据权利要求1所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯，其特征在于：步骤(a)中所述的稀释剂为乙醇、甲醇、异丙醇或水醇混合液中的一种。
8.一种权利要求1-6任一所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯的应用，其特征在于：采用权利要求1-6所述的具有长效过滤功能的熔喷聚丙烯，通过熔喷非织造工艺制备得到熔喷无纺布材料。
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