CN113480801A - 熔喷聚丙烯组合物及其提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法和应用 - Google Patents

熔喷聚丙烯组合物及其提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种熔喷聚丙烯组合物及其提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法和应用，所述提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法包括如下步骤：S1.将由聚丙烯原料、添加剂混合成的熔喷聚丙烯熔融混合物输送至低压分离系统中，进行挤出、造粒；S2.将步骤S1得到的粒子进行蒸汽加热，然后再通过烘干即得熔喷聚丙烯组合物；步骤S2中所述蒸汽加热的温度为80～110℃。通过上述方法得到的熔喷聚丙烯具有低气味、低阻力、高过滤效率和高强度。

Description

熔喷聚丙烯组合物及其提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法和 应用
技术领域
本发明涉及聚丙烯改性加工技术领域，更具体地，涉及一种熔喷聚丙烯组合物及其提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法和应用。
背景技术
2020年，医用口罩及民用口罩的需求量剧烈增长。聚丙烯熔喷料作为口罩核心层的原料，聚丙烯熔喷料的品质好坏决定了口罩的质量。现有制备高流动性聚丙烯材料的方法主要有两种，一种是氢调法，即采用先进的催化剂体系，严格控制聚合工艺，用氢气作为分子量调节剂，来达到提高产品的流动性，但该方法由于生产过程中要加入大量的氢气造成成型设备与工艺的过于繁杂；另一种是降解法，即采用过氧化物对聚丙烯进行降解处理来提高聚丙烯的流动性。降解法由于生产工艺简单、容易实现不同牌号产品之间的转换，因此得到了较为广泛的应用，虽然在挤压造粒过程中加入过氧化物降解剂来制备高流动性聚丙烯材料不影响聚合装置连续化稳定生产，但由于过氧化物的分布不均和残留会导致产品的拉伸性能差、生产出的熔喷布易撕裂，熔喷布放置一段时间明显出现发脆等现象；另外由于降解剂本来具有低分子高气味的特点及降解的过程，给改性后的熔喷组合物材料带来大量刺激性气味的低分子物质，该类物质的残留严重影响容熔喷布在口罩方面的应用。
若在熔喷聚丙烯组合物中直接加入一些弹性体或者增韧剂会降低熔喷布的其他性能，例如中国专利(CN112194850A)为了提高拉伸性能，添加了乙烯- 辛烯共聚物达到柔软增韧的目的，但该方法部分残留的过氧化物可能与乙烯-辛烯共聚物产生交联反应，导致熔喷布较脆而极易被拉扯断。
发明内容
本发明为克服熔喷聚丙烯组合物强度不足的缺陷，提供一种提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法。
本发明的另一目的在于提供所述熔喷聚丙烯组合物。
本发明的另一目的在于提供所述熔喷聚丙烯组合物的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法，包括如下步骤：
S1.将由聚丙烯原料、添加剂混合成的熔喷聚丙烯熔融混合物输送至低压分离系统中，进行挤出、造粒；
S2.将步骤S1得到的粒子进行蒸汽加热，然后再通过烘干即得熔喷聚丙烯组合物；
步骤S2中所述蒸汽加热的温度为80～110℃。
所述添加剂包括但不限于驻极剂、成核剂、降解剂和抗氧剂，按重量份计算，聚丙烯80～100份；驻极剂0.2～0.6份；成核剂0.1～0.8份；降解剂0.2～0.5份；抗氧剂0.2～0.6份。
发明人经过大量研究发现，在蒸汽加热条件下，聚丙烯链加速热运动，发生退火结晶现象，结晶进一步提高，熔喷聚丙烯组合物的强度得到增强。
步骤S2中所述蒸汽加热的温度低于80℃，不能实现提高结晶的目的，温度若大于110℃，超过了聚丙烯热变形温度，聚丙烯树脂变软，不能使用。
另外，本发明通过低压分离系统和蒸汽加热步骤能够降低挥发性有机物 (VOC)的含量。其中在蒸汽加热过程中熔喷聚丙烯组合物中的挥发分(VOC) 不断向热蒸汽中扩散；同时热蒸汽还可以穿透熔喷聚丙烯组合物的气孔，将附着在聚丙烯颗粒料内部的挥发性有机物(VOC)携带出来进入汽相，然后通过蒸汽定排来达到脱除聚丙烯颗粒料中挥发性有机物(VOC)的目的。
本发明所述低压分离系统的作用一方面通过在挤出机的后段增加螺筒与螺杆之间的自由体积空间，从而降低气压；另一方面通过抽真空装备，抽取易挥发物，真空度在0.4～0.8MPa。
步骤S2中的蒸汽加热温度对聚丙烯结晶有重要影响，发明人发现，当蒸汽温度在85～105℃时，结晶更高，强度更好，因此更优选地，步骤S3中所述蒸汽加热的温度为85～105℃。
优选地，步骤S2中所述蒸汽加热的时间为60～120min。
优选地点，步骤S2中所述蒸汽加热的加热蒸汽出口压力为1.05～2.0MPa。
优选地，步骤S1中所述低压分离系统中的真空度为0.4～0.8MPa。
所述熔喷聚丙烯熔融混合物可以通过常规的制备方法得到，例如，将聚丙烯以及其他助剂直接共混得到，也可以分部制备，先制成母粒，然后再共混得到。
优选地，步骤S1中熔喷聚丙烯熔融混合物通过下述方法制备得到：
将驻极剂、降解剂、聚丙烯、成核剂与抗氧剂混合至均匀，将混合物熔融、剪切和混炼得到熔喷聚丙烯熔融混合物；
或者，M1.将驻极剂、降解剂与聚丙烯混合至均匀，然后挤出、水冷、拉条、造粒和烘干得到母粒；
M2.再将步骤M1得到的母粒、聚丙烯、成核剂与抗氧剂混合至均匀，将混合物熔融、剪切和混炼得到熔喷聚丙烯熔融混合物，所述M1中的聚丙烯与M2 中的聚丙烯重量份比为(0.1～0.2)：1。
本发明在制备熔喷聚丙烯组合物的过程中添加降解剂、驻极剂制成母粒的方式，该方法能使降解剂、驻极剂更均匀的分散在熔喷组合物中，这样后续使用该组合物制备的熔喷布的驻极效果更好，同时避免了驻极剂分散不均并导致并易堵喷丝孔。更优选地，步骤S1中熔喷聚丙烯熔融混合物通过下述方法制备得到：
M1.将驻极剂、降解剂与聚丙烯混合至均匀，然后挤出、水冷、拉条、造粒和烘干得到母粒；
M2.再将步骤M1得到的母粒、聚丙烯、成核剂与抗氧剂混合至均匀，将混合物熔融、剪切和混炼得到熔喷聚丙烯熔融混合物，所述M1中的聚丙烯与M2 中的聚丙烯重量份比为(0.1～0.2)：1。
一种熔喷聚丙烯组合物，包括聚丙烯、驻极剂、成核剂、降解剂、抗氧剂；
所述熔喷聚丙烯组合物的强度在熔喷布试样大小为25cm×5cm、夹持距离为10cm、拉伸速率为100mm/min和预加张力为200cN的条件下强度大于25N。
优选地，所述熔喷聚丙烯组合物，包括如下按重量份计算的组分，聚丙烯 80～100份；驻极剂0.2～0.6份；成核剂0.1～0.8份；降解剂0.2～0.5份；抗氧剂 0.2～0.6份。
优选地，所述降解剂为2.5-二甲基-2.5-双(叔丁基过氧基)己烷、双叔丁基过氧化二异丙基苯、二叔丁基过氧化物、二叔戊基过氧化物、二(1,1-二甲基丙基) 过氧化物、过氧化二异丙苯中的一种或多种。
优选地，所述抗氧剂为酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。
优选地，所述成核剂为芳基磷酸酯盐类成核剂和/或山梨醇类成核剂。
优选地，所述驻极剂为电气石粉、含氟聚合物、碳原子数为6～20的脂肪酸或其盐、天然蜡或N,N’-乙撑双硬脂酰胺中的一种或多种。
所述含氟聚合物包括但不限于聚四氟乙烯、六氟丙烯、四氟乙烯共聚物。
优选地，所述聚丙烯在230℃、2.16kg下熔融指数为10～70g/10min。
优先地，为了进一步提高抗菌效果，可以加入抗菌剂，所述抗菌剂选择无机的纳米银、铜或锌以及氧化物的一种或多种，例如Ag/ZnO纳米复合抗菌剂。
优选地，所述熔喷聚丙烯组合物通过如下方法制备：S1.将由聚丙烯、驻极剂、成核剂、降解剂、抗氧剂混合成的熔喷聚丙烯熔融混合物输送至低压分离系统中，进行挤出、造粒；
S2.将步骤S1得到的粒子进行蒸汽加热，然后再通过烘干即得熔喷聚丙烯组合物；
步骤S2中所述蒸汽加热的温度为80～110℃。
一种口罩用熔喷布，由所述熔喷聚丙烯组合物制成。
通过上述制备方法得到的口罩用熔喷布具有高过滤性能，低VOC、高强度和低阻力性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法，发明人发现，在蒸汽加热条件下，聚丙烯链加速热运动，会发生退火结晶现象，进一步提高熔喷聚丙烯组合物的强度。采用所述熔喷聚丙烯制备滤布(单位克重：25～28g/100cm2) 的拉伸强度断裂强度大于25N。通过上述制备方法制备得到的熔喷聚丙烯还具有低气味、低阻力、高过滤效率。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下实施例及对比例中采用的原料如下：
聚丙烯：均聚聚丙烯320H，熔融指数32±5g/10min中国石化销售有限公司；
驻极剂：12500目的电气石粉末，隆川钻井材料厂提供；
抗菌剂：BM-102TG，日本富士；
成核剂：NA-98，呈和科技股份有限公司；
降解剂：Enox 101，江苏强盛功能化学股份有限公司；
抗氧剂：抗氧剂1010，三丰化工有限公司。
实施例1
本实施例提供一种提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法，包括如下步骤：
M1.将驻极剂、降解剂与聚丙烯混合至均匀，然后挤出、水冷、拉条、造粒和烘干得到母粒；
M2.将步骤M1所得的母粒、聚丙烯、成核剂、抗菌剂与抗氧剂混合至均匀，将混合物熔融、剪切和混练作用得到熔融混合物，所述M1中的聚丙烯与M2中的聚丙烯重量份比为0.1：1；
S1.将熔融混合物输送至低压分离系统中进行小分子气体和熔体进行分离，然后将脱挥后的熔体挤出造粒，低压分离系统中的气压为0.5MPa；
S2.将步骤S1得到的粒子进行蒸汽加热，加热温度为105℃，加热时间为 120min，然后再通过烘干即得熔喷聚丙烯组合物。
所述熔喷聚丙烯组合物中，聚丙烯100份；降解剂0.5份；驻极剂0.6份；抗菌剂0.5份；成核剂0.8份；抗氧剂0.2份。
实施例2～10
实施例2～10的制备方法和配方同实施例1，其区别在于表1。
表1实施例2～10的参数
Figure BDA0003137135940000051
实施例11～14
实施例11～14提供一系列提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法，制备方法和配方同实施例1，其区别在于表2的参数。
表2实施例11～14的参数
Figure BDA0003137135940000061
对比例1
对比例1的配方同实施例1，对比例1提供一种熔喷聚丙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
M1.将驻极剂、降解剂与聚丙烯混合至均匀，然后挤出、水冷、拉条、造粒和烘干得到母粒；
M2.将步骤S1所得的母粒、聚丙烯、成核剂、抗菌剂与抗氧剂混合至均匀，将混合物熔融、剪切和混练作用，
S1.将熔融混合物输送至低压分离系统中进行小分子气体和熔体进行分离，然后将脱挥后的熔体挤出造粒，低压分离系统中的气压为0.5MPa。
对比例2
对比例2的配方和制备方法同实施例1，其区别在于，步骤S2中的蒸汽温度为75℃。
对比例3
对比例3的配方和制备方法同实施例1，其区别在于，步骤S2中的蒸汽温度为115℃。
上述实施例和对比例均通过下述的性能测试：
1.按照GB/T 30923-2014塑料聚丙烯熔喷专用料标准执行
检测项目为标准中熔体质量流动速率(GB/T 3682 230℃，2.16Kg)、灰分(ISO3451 850℃，2H)、挥发份(ISO 787 105℃)。
2.熔喷聚丙烯组合物气味等级、VOC测试评价
气味等级测试按PV3900-2000进行测试：取20g的样品置于1L没有气味密封的瓶子里，经过80℃烘箱中加热2h后取出，当冷却至65℃时随即由5位气味评测员开始测定。每个测试者对气味作出评估，最后的平均值即为检测结果。评判标准共分六个等级：1＝无异味，2＝稍有气味，3＝有味道但不刺激，4＝有刺激气味，5＝强烈的刺激气味，6＝无法忍受的味道。
VOC测试：熔喷聚丙烯组合物总挥发性有机化合物含量按照大众标准 PV3341-1996测试，采用顶空-气相色谱(HS-GC)法测试，测试条件为120℃，恒温5H。
3.强度及滤效测试
强度测试标准：将实施例和对比例生产出的聚丙烯熔喷料，在同一熔喷驻极工艺下生产出克重为25±2g/cm2的熔喷布，将生产出的熔喷布放置48h，测试熔喷布的强度。参照GB3923-1983《织物断裂强力和断裂伸长的测定条样法》，采用YG065型电子织物强力仪测试非织造布的纵向拉伸性能，熔喷布试样大小为25cm×5cm，夹持距离为10cm，拉伸速率为100mm/min，预加张力为200cN，每种非织造布测试5组数据，取其平均值。
滤效测试标准：将实施例和对比例生产出的聚丙烯熔喷料，在同一熔喷驻极工艺下生产出克重为25±2g/cm2的熔喷布，采用GB/T2626-2018呼吸防护用品的盐雾法(以NaCl或等同卤化物作为气溶胶颗粒物来检测口罩过滤性能的方法，结果参考PFE结果与阻力)，具体参数：试验流量为85L/min。
4.抗菌性能效果测试
参考GB/T 20944.3-2008《织物品抗菌性能的评价第三部分：振荡法》，测试上述得到的熔喷网布对大肠杆菌的抑菌率，将样品和对照样品(纯棉)裁切为5 ×5mm的碎片，各取0.75g加入70ml浓度为0.03mol/mL的PBS缓冲液中，加入大肠杆菌菌液，测试振荡18h后的抑菌率，Y＝(Wt-Qt)/Wt，其中Wt为对照样处理18h的活菌浓度(CFU/mL)；Qt为测试样处理18h的活菌浓度 (CFU/mL)。
表2实施例和对比例的数据
Figure BDA0003137135940000071
Figure BDA0003137135940000081
上述聚丙烯组合物的熔体流动速率、灰分、挥发分和水分都符合聚丙烯熔喷专用料标准。
从实施例1～5看，蒸汽加热的温度为85～105℃时，强度的效果更好。
从实施例1和6～8看，蒸汽加热的时间在60～120min时效果更好，超过120min 效果变化不大。
对比例1中不经过蒸汽加热，可以看出其强度只有12N，对比例2中蒸汽加热的温度低于80℃，不能提高强度，对比例3中蒸汽加热的温度高于110℃时，聚丙烯变软，不能制备得到熔喷布，没有相关测试数据。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高熔喷聚丙烯组合物强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将由聚丙烯原料、添加剂混合成的熔喷聚丙烯熔融混合物输送至低压分离系统中，进行挤出、造粒；
S2.将步骤S1得到的粒子进行蒸汽加热，然后再通过烘干即得熔喷聚丙烯组合物；
步骤S2中所述蒸汽加热的温度为80～110℃。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S2中所述蒸汽加热的温度为85～105℃。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S2中所述蒸汽加热的时间为60～120min。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S2中所述蒸汽加热的的蒸气压为1.05～2.0MPa。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S1中所述低压分离系统中的真空度为0.4～0.8MPa。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S1中熔喷聚丙烯熔融混合物通过下述方法制备得到：
将驻极剂、降解剂、聚丙烯、成核剂与抗氧剂混合至均匀，将混合物熔融、剪切和混炼得到熔喷聚丙烯熔融混合物；
或者，M1.将驻极剂、降解剂与聚丙烯混合至均匀，然后挤出、水冷、拉条、造粒和烘干得到母粒；
M2.再将步骤M1得到的母粒、聚丙烯、成核剂与抗氧剂混合至均匀，将混合物熔融、剪切和混炼得到熔喷聚丙烯熔融混合物，所述M1中的聚丙烯与M2中的聚丙烯重量份比为(0.1～0.2)：1。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，步骤S1中熔喷聚丙烯熔融混合物通过下述方法制备得到：
M1.将驻极剂、降解剂与聚丙烯混合至均匀，然后挤出、水冷、拉条、造粒和烘干得到母粒；
M2.将步骤M1得到的母粒、聚丙烯、成核剂与抗氧剂混合至均匀，将混合物熔融、剪切和混练得到熔喷聚丙烯熔融混合物，所述M1中的聚丙烯与M2中的聚丙烯重量份比为(0.1～0.2)：1。
8.一种熔喷聚丙烯组合物，其特征在于，包括聚丙烯、驻极剂、成核剂、降解剂、抗氧剂；
所述熔喷聚丙烯组合物的强度在熔喷布试样大小为25cm×5cm、夹持距离为10cm、拉伸速率为100mm/min和预加张力为200cN的条件下强度大于25N。
9.根据权利要求8所述熔喷聚丙烯组合物，其特征在于，所述熔喷聚丙烯组合物通过如下方法制备：S1.将由聚丙烯、驻极剂、成核剂、降解剂、抗氧剂混合成的熔喷聚丙烯熔融混合物输送至低压分离系统中，进行挤出、造粒；
S2.将步骤S1得到的粒子进行蒸汽加热，然后再通过烘干即得熔喷聚丙烯组合物；
步骤S2中所述蒸汽加热的温度为80～110℃。
10.一种口罩用熔喷布，其特征在于，由含有权利要求8或9所述熔喷聚丙烯组合物制成。
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