CN112941723A - 一种驻极处理的改性聚丙烯熔喷布的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种驻极处理的改性聚丙烯熔喷布的制备方法，具体步骤如下：(1)聚丙烯改性：将原料聚丙烯熔融，与纳米SiO2混合，制得改性聚丙烯；(2)熔喷纺丝制备工艺：a)将SiO2改性聚丙烯母粒熔融，并用计量泵推入喷丝板；将改性聚丙烯熔体从喷丝孔挤出；b)挤出喷丝孔的熔体在高速热空气的牵伸下被拉成超细纤维，并在凝网帘上冷却，粘合形成纤网，制备含SiO2的聚丙烯熔喷布；(3)最后将所得非织造布通过高压电晕放电装置进行驻极处理，制备SiO2改性聚丙烯熔喷布。本发明制备的熔喷布具有高驻极体电荷稳定性，可用于耐久高效过滤材料，同时可应用于医用抗菌材料、吸油材料和保温材料等。
Description
技术领域
本发明涉及非织造布技术，具体涉及一种驻极处理的改性聚丙烯熔喷布的制备方法；具体包括聚丙烯原料的改性、熔喷生产工艺过程以及驻极体形成工艺。
背景技术
2020年以来，在世界范围内出现的新冠病毒肺炎，已经严重危害了人类的身体健康。在现有的防护技术中，人们通常选择佩戴口罩的方式对空气中的病毒和污染物进行防护，而普通口罩在使用过程中容易产生静电。通过对口罩的熔喷布层进行驻极处理，使其不仅具有稳定的电荷储存能力和静电吸附作用，而且能够高效过滤空气中的污染物。
熔喷布是将高聚物切片通过螺杆挤出机转化为熔融状态，然后经过喷丝孔喷出成为纤维状，并在高速热气流的喷吹下，受到强大拉伸，形成极细的纤维，这些纤维在成网帘上相互粘连成为非织造布。熔喷布由于具有纤维超细、纤网均匀性好、比表面积大、孔隙率高的特点，因此是一种理想的过滤材料。国内制备熔喷布的原料主要是聚丙烯。
熔喷布的捕尘机理主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞、直接拦截等机械阻挡作用，但这些机械阻挡作用对粒径小于1μm以下的粒子过滤效果很差，不能起到净化作用。如果除原有的机械阻挡作用外，在空气过滤的过程中增加静电吸附，依靠库仑力直接吸引气相中的带电微粒并将其捕获，或诱导中性微粒产生极性再将其捕获，就可以更有效地过滤气体载体相中的亚微粒子，大大增强过滤效率，而空气阻力却不会增加。驻极体材料恰好具有这一性质。
驻极体是指具有长期储存电荷功能的电介质材料，它所储存的电荷可以是外界注入的单极性真实电荷(或称空间电荷)，也可以是极性电介质中偶极子有序取向而形成的偶极电荷，或者两类电荷同时兼有。当熔融状态的聚合物从喷孔喷出形成纤维后，若受到带电质子如电子或离子的轰击，就可以使得熔喷纤维基材成为驻极体；同样，当微纤维基材收集以后，使其受到电晕处理，也可使其成为驻极体。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种驻极处理的改性聚丙烯熔喷布的制备方法。
本发明的技术方案为：一种驻极处理的改性聚丙烯熔喷布的制备方法，其具体步骤如下：
(1)聚丙烯改性和造粒：将原料聚丙烯与纳米二氧化硅SiO2按比例加入高速混合机中搅拌，再将混合好的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，经水浴冷却和切割，得到SiO2改性聚丙烯母粒；
(2)熔喷制备工艺：
a)将SiO2改性聚丙烯母粒熔融，并用计量泵推入喷丝板；将改性聚丙烯熔体从喷丝孔挤出；
b)挤出喷丝孔的熔体在高速热空气的牵伸下被拉成超细纤维，并在凝网帘上冷却，粘合形成纤网，制备含SiO2的聚丙烯熔喷布；
(3)驻极体制备工艺：
将步骤(2)中得到的聚丙烯熔喷布通过高压电晕放电装置进行驻极处理，即得驻极处理的SiO2改性聚丙烯熔喷布。
优选步骤(1)中纳米二氧化硅SiO2和聚丙烯的质量百分含量分别为1-5％和95-99％。
优选步骤(1)中高速混合机的转速为2400-2600r/min，搅拌时间为35-45分钟。
优选步骤(1)中熔融挤出温度为210-220℃；混合物的熔融指数为1100-1500g/10min。
优选纳米二氧化硅的粒径为20-50nm。
优选所述喷丝板孔直径为0.2-0.6μm；长径比为10-18。
优选所述的喷丝板温度为230-280℃；计量泵频率为20-30Hz。
优选所述的高速热空气的温度为220-240℃；热风频率为20-40Hz。
优选驻极电压为30-40kV；驻极距离为4-6cm。
本发明所制备得到的SiO2改性聚丙烯熔喷布是由超细纤维组成的，其纤维直径范围为2-6μm。
有益效果：
1、本发明的驻极处理的聚丙烯熔喷布，在PP组分中掺杂了一定比例的纳米SiO2后，具有纤维直径细、手感柔软和透气性好的特点，且经电晕放电处理后驻极效果更佳，驻极耐久性优良，更适合做过滤材料。在一定条件下测试，其过滤效率最高可达98.90％@0.3μm，99.63％@0.4μm，99.99％@0.5μm。
2、聚丙烯具有良好的疏水性、热稳定性和在较高温度下的电荷储存能力。将SiO2加入聚丙烯中制备聚丙烯超细纤维熔喷布，能有效提高整个过滤材料的电荷储存能力和电荷稳定性，增加了驻极体效应即静电效应。
3、驻极体形成的强电场对常见的细菌和病毒有抑制和杀灭作用。其灭菌主要机理为：由驻极体产生的强静电场和微电流刺激细菌使蛋白质变异，损伤细菌的细胞质及细胞膜，破坏细菌的表面结构，导致细菌死亡。
附图说明
图1是本发明的驻极处理熔喷布的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。以下实施例的驻极处理熔喷布的制备方法的工艺流程图如图1所示。
实施例1
(1)聚丙烯改性和造粒：将98wt％的聚丙烯与2wt％纳米SiO2(20nm)加入高速混合机(转速为2400r/min)中搅拌45分钟左右，再将混合好的原料加入双螺杆挤出机，在210℃下熔融挤出，控制混合物的熔融指数为1100g/10min，经水浴冷却和切割，得到SiO2改性聚丙烯母粒。
(2)熔喷制备工艺：
a)将改性聚丙烯熔融，并用计量泵推入喷丝板，将所述的改性聚丙烯熔体从喷丝孔挤出，其中喷丝板孔直径为0.3μm，长径比为12，挤出机温度控制在210℃，喷丝板温度控制在260℃，计量泵频率控制在20Hz；
b)挤出喷丝孔的熔体在高速热空气的牵伸下被拉成直径为2-6μm的超细纤维，并在凝网帘上冷却，粘合形成纤网，制备含SiO2的聚丙烯熔喷布；所述的高速热空气温度为220℃，热风频率为20Hz。
(3)驻极体制备工艺：将步骤(2)中得到的非织造布通过高压电晕放电装置进行驻极处理，驻极电压为30kV，驻极距离为6cm，即得驻极处理的SiO2改性聚丙烯熔喷布。
(4)在一定条件下测试，该熔喷布的过滤效率最高可达98.90％@0.3μm。
实施例2
(1)聚丙烯改性和造粒：将96wt％的聚丙烯与4wt％纳米SiO2(50nm)加入高速混合机(转速为2500r/min)中搅拌40分钟左右，再将混合好的原料加入双螺杆挤出机，在215℃下熔融挤出，控制混合物的熔融指数为1500g/10min，经水浴冷却和切割，得到SiO2改性聚丙烯母粒。
(2)熔喷制备工艺：
a)将改性聚丙烯熔融，并用计量泵推入喷丝板，将所述的改性聚丙烯熔体从喷丝孔挤出，其中挤出机温度控制在215℃，喷丝板温度控制在270℃，计量泵频率控制在24Hz；喷丝板孔直径为0.5μm，长径比为14；
b)挤出喷丝孔的熔体在高速热空气的牵伸下被拉成直径为2-6μm的超细纤维，并在凝网帘上冷却，粘合形成纤网，制备含SiO2的聚丙烯熔喷布；所述的高速热空气温度为230℃，热风频率为30Hz。
(3)驻极体制备工艺：将步骤(2)中得到的非织造布通过高压电晕放电装置进行驻极处理，驻极电压为40kV，驻极距离为4cm，即得驻极处理的SiO2改性聚丙烯熔喷布。
(4)在一定条件下测试，该熔喷布的过滤效率最高可达99.63％@0.4μm。
实施例3
(1)聚丙烯改性和造粒：将97wt％的聚丙烯与3wt％纳米SiO2(30nm)加入高速混合机(转速为2600r/min)中搅拌35分钟左右，再将混合好的原料加入双螺杆挤出机，在220℃下熔融挤出，控制混合物的熔融指数为1300g/10min，经水浴冷却和切割，得到SiO2改性聚丙烯母粒。
(2)熔喷制备工艺：
a)将改性聚丙烯熔融，并用计量泵推入喷丝板，将所述的改性聚丙烯熔体从喷丝孔挤出，其中挤出机温度控制在220℃，喷丝板温度控制在240℃，计量泵频率控制在28Hz；喷丝板孔直径为0.6μm，长径比为17；
b)挤出喷丝孔的熔体在高速热空气的牵伸下被拉成直径为2-6μm的超细纤维，并在凝网帘上冷却，粘合形成纤网，制备含SiO2的聚丙烯熔喷布；所述的高速热空气温度为240℃，热风频率为40Hz。
(3)驻极体制备工艺：将步骤(2)中得到的非织造布通过高压电晕放电装置进行驻极处理，驻极电压为35kV，驻极距离为5cm，即得驻极处理的SiO2改性聚丙烯熔喷布。
(4)在一定条件下测试，该熔喷布的过滤效率最高可达99.99％@0.5μm。
Claims (10)
1.一种驻极处理的改性聚丙烯熔喷布的制备方法，其具体步骤如下：
(1)聚丙烯改性和造粒：将原料聚丙烯与纳米二氧化硅SiO2按比例加入高速混合机中搅拌，再将混合好的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，经水浴冷却和切割，得到SiO2改性聚丙烯母粒；
(2)熔喷制备工艺：
a)将SiO2改性聚丙烯母粒熔融，并用计量泵推入喷丝板，将改性聚丙烯熔体从喷丝孔挤出；
b)挤出喷丝孔的熔体在高速热空气的牵伸下被拉成超细纤维，并在凝网帘上冷却，粘合形成纤网，制备含SiO2的聚丙烯熔喷布；
(3)驻极体制备工艺：
将步骤(2)中得到的聚丙烯熔喷布通过高压电晕放电装置进行驻极处理，即得驻极处理的SiO2改性聚丙烯熔喷布。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中纳米二氧化硅SiO2和聚丙烯的质量百分含量分别为1-5％和95-99％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中高速混合机的转速为2400-2600r/min，搅拌时间为35-45分钟。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中熔融挤出温度为210-220℃；混合物的熔融指数为1100-1500g/10min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于纳米二氧化硅的粒径为20-50nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述喷丝板孔直径为0.2-0.6μm；长径比为10-18。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的喷丝板温度为230-280℃；计量泵频率为20-30Hz。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的高速热空气的温度为220-240℃；热风频率为20-40Hz。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于驻极电压为30-40kV；驻极距离为4-6cm。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所制备得到的SiO2改性聚丙烯熔喷布的纤维直径范围为2-6μm。
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