CN112537109A - 一种医疗防护服用高透气防静电薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种医疗防护服用高透气防静电薄膜及其制备方法。该薄膜由碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂和含氟加工助剂按照(68‑73):(8‑13):(8‑11):(7‑10):1的比例组成，该薄膜的厚度为20‑38μm，单位面积克重为18‑35gsm，单层透气率为10000‑12000g/(m2·24h)，同一薄膜上不同位置处的透气率偏差低于500g/(m2·24h)，所述薄膜由依次层列的电晕层、芯层以及接触层通过三层共挤和单向拉伸制得。该薄膜在拉断力、静水压、透湿量、抗合成血液穿透性等指标均具有明显优势，较传统医疗防护服用透气膜工艺和配方上进行了研究，本发明的制备方法结合新工艺需求和特征，重点材料选型、配比、工艺参数等方面进行探究，满足产品高透气和舒适等消费者需求。

Description

一种医疗防护服用高透气防静电薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于薄膜材料领域，具体是涉及一种医疗防护服用高透气防静电薄膜及其制备方法。
背景技术
目前，聚乙烯微孔透气薄膜被广泛应用于卫生生活防护和医疗防护等领域，比如医疗防护服产品、生活中防护服产品、化工生产防护服产品等，防护服以无纺布复合高透气薄膜制成成品服装，在当今卫生防护特别是疫情传染病期间被广泛使用，因其具有与棉布类产品类似的透气性，又具有与塑料类产品类似的透湿性，所以使用了高透气抗静电薄膜后的产品在舒适、卫生、便捷，深受行业的喜爱。现有国内市场传统聚乙烯微孔透气膜几乎100％采用流延法生产，传统聚乙烯微孔透气薄膜主要存在如下几个难以避免和解决的问题：
1)减量化是目前全球塑料行业发展方向，流延法生产的聚乙烯微孔透气膜在行业内透湿量很难超过4000g/(m2·24h)，如果做到高透气和抗静电的要求，导致易于发生拉伸变形所以无法用于正常复合生产。
2)防护服普遍追求产品去快速去除衣服带来的静电困扰，所以要求能够快速消除静电，衰退时间能够小于等于0.5秒，同时朝向绵柔质感方向发展，更贴近消费者真实需求，但流延法很难改变和实现。
3)传统聚乙烯微孔透气膜的物理机械性能随着平方克重的减少，薄膜性能也随之减少，导致许多高透气防护服产品没法生产，传统聚乙烯微孔透气膜容易发生变形和被拉伸现象，导致防护服面料企业生产过程中废品率高。
4)目前许多产品均需要在聚乙烯微孔透气膜上进行高速复合，因为流延法生产的薄膜电晕值衰退快，不能进行长时间摆放和高速复合，许多产品只能用于化工产品生产用防护服产品上。
5)因流延法通常进行两次拉伸后成型，塑料薄膜出现两次缩颈后，边料剔除多，生产消耗过高。
6、流延法生产透气膜因纵向拉伸强度只有吹塑法三分之一，在抗合成血液渗透等级上指标要低很多，压强值只能维持在1.75-14kpa，吹塑法能够达到20kpa；
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术的医疗防护服用薄膜存在的厚重、透气差、易产生静电不足之处，提供一种医疗防护服用高透气防静电薄膜。
本发明要解决的另一个技术问题为克服现有方法制备的医疗防护服用薄膜存在的厚重、透气差、易产生静电不足之处，提供一种医疗防护服用高透气防静电薄膜的制备方法。
为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为，一种医疗防护服用高透气防静电薄膜，所述薄膜组分上包括质量比为(68-73):(8-13):(8-11):(7-10):1的碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂和含氟加工助剂，所述薄膜由依次层列的电晕层、芯层以及接触层通过三层共挤和单向拉伸制得；所述电晕层由碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂按照70:10:10:9:1的质量比组成，拉伸前的厚度为16-40μm；所述芯层由碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂按照73:8:8:10:1的质量比组成，拉伸前的厚度为40-64μm；所述接触层由碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂按照70:10:10:9:1的质量比组成，拉伸前的厚度为16-40μm。
作为上述医疗防护服用高透气防静电薄膜进一步的改进：
优选的，所述薄膜的厚度为20-38μm，单位面积克重为18-35gsm。
优选的，所述薄膜的透气率为10000-12000g/(m2·24h)，同一薄膜上不同位置处的透气率偏差低于500g/(m2·24h)。
优选的，所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数为0.5-1.5，茂金属中密度聚乙烯的熔融指数为0.9-1.5。
优选的，所述碳酸钙的粒径为2-8μm。
优选的，所述茂金属线性低密度聚乙烯为埃克森生产，牌号为埃能宝2010MA；所述茂金属中密度聚乙烯为陶氏化学生产，牌号为2038.68；所述抗静电剂为安配色生产，牌号为103035；所述含氟加工助剂为安配色生产，牌号为100991-K。
优选的，所述电晕层拉伸后的厚度为7μm，所述芯层拉伸后的厚度为16μm，所述接触层拉伸后的厚度为7μm。
优选的，所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.0，所述茂金属线中密度聚乙烯的熔融指数为1.2。
为解决本发明的另一个技术问题，所采取的技术方案为，一种医疗防护服用高透气防静电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述电晕层、芯层以及接触层的粒料按比例投入吹膜机料筒中熔融共挤出，其中吹膜机的熔融段温度为60-80℃，挤出段温度为180-190℃，模头温度为185-195℃，挤出量为560-680kg/h，制得三层共挤吹塑薄膜；
S2、将三层共挤吹塑薄膜通过吹膜工序，吹胀比为1:(2.2-3.5)、拉伸比为1:(3-5)，冷却、定型后切边收卷，制得医疗防护服用高透气防静电薄膜。
作为上述医疗防护服用高透气防静电薄膜的制备方法进一步的改进：
优选的，步骤S1中所述熔融段温度为70℃，挤出段温度为185℃，模头温度为190℃。
本发明相比现有技术的有益效果在于：
1)本发明的薄膜厚度为20-38μm，单位面积克重为18-35gsm，单层透气率为10000-12000g/(m2·24h)，同一薄膜上不同位置处的透气率偏差低于500g/(m2·24h)。
2)本发明的薄膜由三层共挤吹塑薄膜单向拉伸后制得，能够确保更高透气率；由于碳酸钙无延展性，而聚乙烯有延展性，将碳酸钙和聚乙烯共混后，碳酸钙粉末被聚乙烯包裹，在拉伸过程中产生毛细小孔；外层即电晕层给防护服加工生产复合时提供表面张力作用，也给芯层提供韧性保护；芯层添加碳酸钙比例较高，更好保障高透气率；内层也称接触层，比例同外层，保护芯层在加工稳定性，同时提供韧性。
3)本发明制备方法获得的聚乙烯微孔薄膜的单位面积克重低至18gsm，但手感厚实，因吹膜法MDO纵向拉伸倍率≥3.6，会让薄膜材料中的CaCO3颗粒有发泡现象，本发明聚乙烯微孔薄膜大大减少了塑料的使用量，节能环保，同时也满足了消费者的使用需求。而传统流延聚乙烯微孔薄膜往往实际厚度与单位面积克重的比值偏小，减量化已经遭遇瓶颈。
4)本发明医疗防护服用高透气防静电薄膜的透气性能能够为消费者带来舒适的感受，关键指标之一来自透气薄膜在单位时间单位面积下的水蒸气的透过重量，本发明通过配方设计、加工参数的调整和精确控制，使得吹膜生产得到的医疗防护服用高透气防静电薄膜的透气率偏差在±500g/(m2·24h)，而传统的流延聚乙烯微孔薄膜随机取样透气率偏差在±800g/(m2·24h)。本发明吹膜生产得到的医疗防护服用高透气防静电薄膜的水蒸气透过率远大于流延聚乙烯微孔薄膜的水蒸气透过率。
5)本发明高透气抗静电薄膜本身具有无数互通的微孔，其孔径非常微细(约0.01-10μm)，只能透过粒径约为0.6nm的水蒸气分子，而对任何雨滴或水滴，因其粒径过大而无法通过。这样人体散发的水蒸气就能有效地通过孔径向外扩散，而水滴则无法向内渗透，从而达到防水透湿气的效果，具有更高的透湿量。透气薄膜单膜采用先进MOCON设备检测得到数据稳定在10000-12000g/(m2·24h)，并且因吹塑法高透气膜纵向有非常高的拉伸强度，在后道防护服复合无纺布生产过程中，无变形和收缩小的特征，复合后的透气率采用MOCON设备检测，仍然能够达到≥7000g/(m2·24h)以上。
6)本发明高透气抗静电薄膜具有更好的纵向拉伸强度和微变形强度，本发明高透气抗静电薄膜与同样克重的流延聚乙烯微孔薄膜经过检测对比，本发明聚乙烯微孔薄膜的纵向拉断力是流延聚乙烯微孔薄膜的2.5-3倍，本发明聚乙烯微孔薄膜非常医疗防护面料等生产企业的高速生产或者与无纺布复合贴合的使用。本发明解决了在复合过程中需要拉伸变形越小越好的难题。
7)本发明采用的聚乙烯碳酸钙母粒为致孔剂，需要精确控制好粒径，共混相对流延法碳酸钙均匀度要求更高，其碳酸钙含量要求不低于65％，本发明选用聚乙烯碳酸钙选用粒径在2-8μm之间，这样能够较好的控制吹膜单向拉伸过程中产生透气的微孔。所述茂金属线性低密度聚乙烯和茂金属中密度聚乙烯有较好膜泡稳定作用，并且具有非常好的熔体强度，所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数在0.5-1.5范围最合适。所述茂金属中密度聚乙烯使得本发明聚乙烯微孔薄膜既有较好的透湿性，又有较好的断裂伸长率，所述茂金属中密度聚乙烯的熔融指数在0.9-1.5最合适。所述聚乙烯抗静电剂有效成分控制在8％左右，能够快速对电荷消除作用，所述含氟加工助剂可以避免CaCO3颗粒在高温挤出过程中容易被氧化产生模口积碳现象，从而有效减少积碳现象对加工成型薄膜的质量影响，同时对薄膜表面的粒子流道线有非常好的改善作用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下表1为实施例中所用粒料的来源：
Figure BDA0002753680910000051
实施例1
本实施例提供一种医疗用高透气防静电薄膜制备方法：
S1、按照70:10:10:9:1的比例分别称取电晕层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；按照73:8:8:10:1的比例分别称取芯层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；按照70:10:10:9:1的比例分别称取接触层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.0，茂金属中密度聚乙烯的熔融指数为1.2，碳酸钙的粒径为2-8μm；
S2、将所述电晕层、芯层以及接触层的粒料按比例投入吹膜机料筒中熔融共挤出，其中吹膜机的熔融段温度为70℃，挤出段温度为180℃，模头温度为185℃，挤出量为600kg/h，制得三层共挤吹塑薄膜；
S3、将三层共挤吹塑薄膜通过吹膜工序，其中膜的吹胀比为1:2.8、拉伸比为1:3.9，冷却、定型，制得电晕层厚度为7μm、芯层厚度为16μm、接触层厚度为7μm的医疗防护服用高透气防静电薄膜1。
测定本实施例制备的医疗防护服用高透气防静电薄膜1上5个不同位置处的透气率，透气率数值分别为10500g/(m2·24h)、10200g/(m2·24h)、10700g/(m2·24h)、10600g/(m2·24h)、10300g/(m2·24h)，从实验室检测数据可知，本发明的制备方法制得的医疗防护服用高透气防静电薄膜的透气率偏差在500g/(m2·24h)以内，透气率偏差小。
实施例2
本实施例提供一种医疗用高透气防静电薄膜制备方法：
S1、按照70:10:10:9:1的比例分别称取电晕层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；按照73:8:8:10:1的比例分别称取芯层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；按照70:10:10:9:1的比例分别称取接触层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数为0.5，茂金属中密度聚乙烯的熔融指数为1.0，碳酸钙的粒径为2-8μm；
S2、将所述电晕层、芯层以及接触层的粒料按比例投入吹膜机料筒中熔融共挤出，其中吹膜机的熔融段温度为75℃，挤出段温度为190℃，模头温度为195℃，挤出量为660kg/h，制得三层共挤吹塑薄膜；
S3、将三层共挤吹塑薄膜通过吹膜工序，其中膜的吹胀比为1:3.2、拉伸比为1:4.1，冷却、定型，制得电晕层厚度为5μm、芯层厚度为12μm、接触层厚度为5μm的医疗防护服用高透气防静电薄膜2。
实施例3
本实施例提供一种医疗用高透气防静电薄膜制备方法：
S1、按照70:10:10:9:1的比例分别称取电晕层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；按照73:8:8:10:1的比例分别称取芯层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；按照70:10:10:9:1的比例分别称取接触层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数为0.9，茂金属中密度聚乙烯的熔融指数为1.0，碳酸钙的粒径为2-8μm；
S2、将所述电晕层、芯层以及接触层的粒料按比例投入吹膜机料筒中熔融共挤出，其中吹膜机的熔融段温度为78℃，挤出段温度为190℃，模头温度为195℃，挤出量为620kg/h，制得三层共挤吹塑薄膜；
S3、将三层共挤吹塑薄膜通过吹膜工序，其中膜的吹胀比为1:2.7、拉伸比为1:4.15，冷却、定型，制得电晕层厚度为8μm、芯层厚度为14μm、接触层厚度为8μm的医疗防护服用高透气防静电薄膜3。
实施例4
本实施例提供一种医疗用高透气防静电薄膜制备方法：
S1、按照70:10:10:9:1的比例分别称取电晕层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；按照73:8:8:10:1的比例分别称取芯层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；按照70:10:10:9:1的比例分别称取接触层的原料组分碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂；所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.0，茂金属中密度聚乙烯的熔融指数为1.0，碳酸钙的粒径为2-8μm；
S2、将所述电晕层、芯层以及接触层的粒料按比例投入吹膜机料筒中熔融共挤出，其中吹膜机的熔融段温度为78℃，挤出段温度为190℃，模头温度为195℃，挤出量为620kg/h，制得三层共挤吹塑薄膜；
S3、将三层共挤吹塑薄膜通过吹膜工序，其中膜的吹胀比为1:2.7、拉伸比为1:4.05，冷却、定型，制得电晕层厚度为4μm、芯层厚度为10μm、接触层厚度为4μm的医疗防护服用高透气防静电薄膜4。
测量本实施例制备的薄膜4的单位面积克重，平均数值低至18gsm。
其中，实施例中医疗用高透气抗静电薄膜制备过程中的具体控制参数如下表2所示：
表2医疗用高透气抗静电薄膜制备过程控制参数
Figure BDA0002753680910000081
将实施例1-3制备的医疗用高透气抗静电薄膜样品1-3做性能测试，结果如下表3所示；将薄膜样品1-3分别制成复合无纺布成品检测抗血液渗透性，样品1-3的抗血液渗透性能等级为6级，复合速度达到260m/min。
表3医疗用高透气抗静电薄膜样品1-3的性能测试
Figure BDA0002753680910000082
Figure BDA0002753680910000091
由上述表3可知，吹塑法生产的高透气抗静电薄膜在拉断力、静水压、水蒸气透过率、抗静电、抗合成血液渗透性、后道高速复合等指标均具有明显优势，这为相应产品的低收缩变形、高透气、抗静电等要求提供了优良的技术保障。吹塑法生产的医疗用高透气抗静电薄膜的物理指标在达到与流延法生产的聚乙烯微孔透气薄膜同样的物理指标的同时，本发明高透气抗静电薄膜单位面积的克重更低，这样可以减量化使用塑料树脂，大量节约了能耗，并减少了碳排放，为医疗防护服产品轻便、减排提供了保障。本发明聚乙烯微孔透气薄膜从物理指标看，优势明显，完全符合该行业未来的发展趋势。
本领域的技术人员应理解，以上所述仅为本发明的若干个具体实施方式，而不是全部实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，还可以做出许多变形和改进，所有未超出权利要求所述的变形或改进均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种医疗防护服用高透气防静电薄膜，其特征在于，所述薄膜组分上包括质量比为(68-73):(8-13):(8-11):(7-10):1的碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂和含氟加工助剂，所述薄膜由依次层列的电晕层、芯层以及接触层通过三层共挤和单向拉伸制得；所述电晕层由碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂按照70:10:10:9:1的质量比组成，拉伸前的厚度为16-40μm；所述芯层由碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂按照73:8:8:10:1的质量比组成，拉伸前的厚度为40-64μm；所述接触层由碳酸钙、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属中密度聚乙烯、抗静电剂、含氟加工助剂按照70:10:10:9:1的质量比组成，拉伸前的厚度为16-40μm。
2.根据权利要求1所述的医疗防护服用高透气防静电薄膜，其特征在于，所述薄膜的厚度为20-38μm，单位面积克重为18-35gsm。
3.根据权利要求1所述的医疗防护服用高透气防静电薄膜，其特征在于，所述薄膜的透气率为10000-12000g/(m2·24h)，同一薄膜上不同位置处的透气率偏差低于500g/(m2·24h)。
4.根据权利要求1所述的医疗防护服用高透气防静电薄膜，其特征在于，所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数为0.5-1.5，茂金属中密度聚乙烯的熔融指数为0.9-1.5。
5.根据权利要求1所述的医疗防护服用高透气防静电薄膜，其特征在于，所述碳酸钙的粒径为2-8μm。
6.根据权利要求1所述的医疗防护服用高透气防静电薄膜，其特征在于，所述茂金属线性低密度聚乙烯为埃克森生产，牌号为埃能宝2010MA；所述茂金属中密度聚乙烯为陶氏化学生产，牌号为2038.68；所述抗静电剂为安配色生产，牌号为103035；所述含氟加工助剂为安配色生产，牌号为100991-K。
7.根据权利要求1所述的医疗防护服用高透气防静电薄膜，其特征在于，所述电晕层拉伸后的厚度为7μm，所述芯层拉伸后的厚度为16μm，所述接触层拉伸后的厚度为7μm。
8.根据权利要求4所述的医疗防护服用高透气防静电薄膜，其特征在于，所述茂金属线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.0，所述茂金属线中密度聚乙烯的熔融指数为1.2。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的医疗防护服用高透气防静电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所述电晕层、芯层以及接触层的粒料按比例投入吹膜机料筒中熔融共挤出，其中吹膜机的熔融段温度为60-80℃，挤出段温度为180-190℃，模头温度为185-195℃，挤出量为560-680kg/h，制得三层共挤吹塑薄膜；
S2、将三层共挤吹塑薄膜通过吹膜工序，吹胀比为1:(2.2-3.5)、拉伸比为1:(3-5)，冷却、定型后切边收卷，制得医疗防护服用高透气防静电薄膜。
10.根据权利要求9所述的医疗防护服用高透气防静电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述熔融段温度为70℃，挤出段温度为185℃，模头温度为190℃。
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