CN113845708A - 一种高防护性舒适型pe透气膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高防护性舒适型PE透气膜及其制备方法，制备方法包括：将聚乙烯、碳酸钙粉末和作为增塑剂的石蜡油经螺杆挤出机共混，得到均相共混物，再将所述均相共混物先后依次经过铸片、纵向拉伸、第一次横向拉伸、萃取、第二次横向拉伸、热定型和收卷，得到所述高防护性舒适型PE透气膜。本发明能够大幅度改善透气膜的孔径，在保证过滤效率的前提下降低单位面积克重，大幅提高透气膜透湿量。
Description
技术领域
本发明属于透气膜技术领域，具体来说涉及一种高防护性舒适型PE透气膜及其制备方法。
背景技术
医用防护服是医护环境及特殊时期人员防护性服装，防护服主要性能指标为防护性、舒适性、物理机械性能等。防护性主要指其颗粒物阻隔和液体阻隔功能，这是防护服需要起到的最基础和最重要作用；舒适性主要是指其透气透湿效果，人每天从皮肤的汗腺排出的水分，至少有0.5升，医护人员重体力劳动下排汗量可达到一天10升以上，对防护服舒适度有很高的需求。
PE透气膜，作为PE透气膜防护服的重要组成部分，是阻菌防水透气的关键材料。
市面上常用的医用防护服PE透气膜多为中低密度聚乙烯添加一定比例的成孔剂(多为碳酸钙、滑石粉等)，经挤出机混炼熔融后挤出，单向拉伸后，利用在拉伸过程中无机填料微粒与正在定型的塑料膜基体结合处形成微孔，来实现防水透气的效果。
但是，以此方式形成的透气膜，存在以下问题：
1.防护性能一般，孔径为微米级，部分孔可达2μm以上且不均匀，过滤效率低，对目前已知病毒、细菌的过滤有限；
2.舒适度差。由于孔径大，需要相当的厚度来保证其防护性，由此造成透气膜单位面积克重高(一般25g/m2以上)、透湿量低，医护人员在病房工作本就处于中重型体力消耗状态，出汗多，无法及时排汗透气，舒适度差；
在GB 19082-2009医用一次性防护服技术要求中，对防护服材料透湿量要求为不小于2500g/m2*d。
在专利号为2017103289731公开的一种高性能聚乙烯透气膜的制备方法中，提出一种高性能透气膜，其透气性(又称水蒸气透过率、透湿量)可分别做到4200g/m2*24h，5100g/m2*24h，5500g/m2*24h，优于国标要求；但是，2020年新冠疫情期间，医护人员对防护服透气性的呼声仍然很高，当前使用的大多数防护服透气透湿性能仍不能满足高强度工作下的医护人员的舒适度需求。
发明内容
针对透气膜孔径大过滤效果差、透湿量低、舒适度差的问题，本发明的目的在于提供一种高防护性舒适型PE透气膜，该高防护性舒适型PE透气膜具有良好的液体和颗粒物阻隔性能和优异的透气性能。
本发明的另一目的是提供上述高防护性舒适型PE透气膜的制备方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种高防护性舒适型PE透气膜，其单位面积克重为5～15gsm，孔隙率为60～85％，过滤效率为99.5％以上，透湿量为9000g/m2*d以上，抗静水压大于450cmH2O，横向断裂强力和纵向断裂强力均为18N/50MM以上。
在上述技术方案中，所述高防护性舒适型PE透气膜的平均孔径为40～120nm。
在上述技术方案中，所述高防护性舒适型PE透气膜为纳米级多层网状孔结构。
上述高防护性舒适型PE透气膜的制备方法，包括：将聚乙烯、碳酸钙粉末和作为增塑剂的石蜡油经螺杆挤出机共混，得到均相共混物，再将所述均相共混物先后依次经过铸片、纵向拉伸、第一次横向拉伸、萃取、第二次横向拉伸、热定型和收卷，得到所述高防护性舒适型PE透气膜。
在上述技术方案中，按质量份数计，聚乙烯、碳酸钙粉末和石蜡油的比(10～30)：(5～30)：(60～80)。
在上述技术方案中，所述聚乙烯的分子量为30-150万。
在上述技术方案中，所述碳酸钙粉末的粒径D50为0.5～3μm。
在上述技术方案中，所述共混时的温度为130～230℃，螺杆挤出机的螺杆转速为30～150rpm；
所述铸片中冷却辊的温度为30～80℃，所述铸片中冷却辊的速度为2～10m/min；
所述纵向拉伸的温度为90～125℃，纵向拉伸的倍率为6～12倍；
所述第一次横向拉伸的温度为105～125℃，所述第一次横向拉伸的倍率为6～10倍；
所述萃取的温度为20～25℃；
所述第二次横向拉伸的温度为115-132℃，所述第二次横向拉伸的倍率为1.2～1.8倍；
所述热定型的温度为25～100℃。
均相共混物经模头挤出后，通过超大纵向拉伸比和第一次横向拉伸，经萃取获得多层纳米微孔，此时孔径略小，然后在高温下进行1.2-1.8倍第二次横向拉伸，增大孔径的同时，拉伸过程中部分碳酸钙颗粒与高分子聚乙烯分离产生少量间隙，形成部分100nm以上的较大孔，以增加透气性。
本发明能够大幅度改善透气膜的孔径，在保证过滤效率的前提下降低单位面积克重，大幅提高透气膜透湿量。
附图说明
图1为实施例2所得高防护性舒适型PE透气膜的SEM；
图2为对比例的膜材料表面的SEM。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
下述实施例所涉及药品的来源为：
碳酸钙为市售活性碳酸钙，活化度90％以上。碳酸钙为市售经酞酸酯偶联剂或硬脂酸或木质素等活化剂改性后的的活性碳酸钙粉体，表面特殊包层结构可显著改善其分散性和亲和性，以下实施例中使用的是广东翔龙科技股份有限公司的XL-01B。
聚乙烯的分子量太低会影响薄膜的断裂伸长率、过高的分子量熔体粘度大、混炼均匀度和产量都会受影响。
螺杆挤出机：双螺杆挤出机。
下述实施例所涉及仪器的型号为：电子天平BSA224-CW，拉力机AGS-X-1KN、拉力机AGS-X-50N、压水式孔径分析仪AAQ-3K-A-1、颗粒物过滤效率测试仪QJ-706C、渗水性测定仪YG812DB,透湿仪QJ601H-II。
萃取采用二氯甲烷作为萃取剂。
实施例1
一种高防护性舒适型PE透气膜的制备方法，包括：将聚乙烯、碳酸钙粉末和作为增塑剂的石蜡油经螺杆挤出机共混，得到均相共混物，其中，共混时的温度为190℃，螺杆挤出机的螺杆转速为90rpm，按质量份数计，聚乙烯、碳酸钙粉末和石蜡油的比15：15：70。聚乙烯的重均分子量为120万。碳酸钙粉末的粒径D50为2.0μm。再将均相共混物先后依次经过铸片、纵向拉伸、第一次横向拉伸、萃取、第二次横向拉伸、热定型和收卷，得到高防护性舒适型PE透气膜，其中，铸片中冷却辊的温度为50℃，铸片中冷却辊的速度为4.2m/min；纵向拉伸的温度为119℃，纵向拉伸的倍率为8.8倍；第一次横向拉伸的温度为124℃，第一次横向拉伸的倍率为7倍；萃取的温度为23℃；第二次横向拉伸的温度为125℃，第二次横向拉伸的倍率为1.4倍；热定型的温度为35℃。
实施例2
一种高防护性舒适型PE透气膜的制备方法，包括：将聚乙烯、碳酸钙粉末和作为增塑剂的石蜡油经螺杆挤出机共混，得到均相共混物，其中，共混时的温度为190℃，螺杆挤出机的螺杆转速为90rpm，按质量份数计，聚乙烯、碳酸钙粉末和石蜡油的比15：15：70。聚乙烯的分子量为120万。碳酸钙粉末的粒径D50为2.0μm。再将均相共混物先后依次经过铸片、纵向拉伸、第一次横向拉伸、萃取、第二次横向拉伸、热定型和收卷，得到高防护性舒适型PE透气膜，其中，铸片中冷却辊的温度为50℃，铸片中冷却辊(铸片速度)的速度为4.2m/min；纵向拉伸的温度为119℃，纵向拉伸的倍率为8.5倍；第一次横向拉伸的温度为124℃，第一次横向拉伸的倍率为7倍；萃取的温度为23℃；第二次横向拉伸的温度为125℃，第二次横向拉伸的倍率为1.4倍；热定型的温度为35℃。
实施例3
一种高防护性舒适型PE透气膜的制备方法，包括：将聚乙烯、碳酸钙粉末和作为增塑剂的石蜡油经螺杆挤出机共混，得到均相共混物，其中，共混时的温度为190℃，螺杆挤出机的螺杆转速为90rpm，按质量份数计，聚乙烯、碳酸钙粉末和石蜡油的比10：20：70。聚乙烯的分子量为120万。碳酸钙粉末的粒径D50为2.0μm。再将均相共混物先后依次经过铸片、纵向拉伸、第一次横向拉伸、萃取、第二次横向拉伸、热定型和收卷，得到高防护性舒适型PE透气膜，其中，铸片中冷却辊的温度为50℃，铸片中冷却辊的速度为4.2m/min；纵向拉伸的温度为119℃，纵向拉伸的倍率为9倍；第一次横向拉伸的温度为124℃，第一次横向拉伸的倍率为7倍；萃取的温度为23℃；第二次横向拉伸的温度为125℃，第二次横向拉伸的倍率为1.4倍；热定型的温度为35℃。
实施例4
一种高防护性舒适型PE透气膜的制备方法，包括：将聚乙烯、碳酸钙粉末和作为增塑剂的石蜡油经螺杆挤出机共混，得到均相共混物，其中，共混时的温度为190℃，螺杆挤出机的螺杆转速为90rpm，按质量份数计，聚乙烯、碳酸钙粉末和石蜡油的比15：15：70。聚乙烯的分子量为120万。碳酸钙粉末的粒径D50为2.0μm。再将均相共混物先后依次经过铸片、纵向拉伸、第一次横向拉伸、萃取、第二次横向拉伸、热定型和收卷，得到高防护性舒适型PE透气膜，其中，铸片中冷却辊的温度为50℃，铸片中冷却辊的速度为4.2m/min；纵向拉伸的温度为119℃，纵向拉伸的倍率为6.6倍；第一次横向拉伸的温度为124℃，第一次横向拉伸的倍率为7倍；萃取的温度为23℃；第二次横向拉伸的温度为125℃，第二次横向拉伸的倍率为1.5倍；热定型的温度为35℃。
对比例为购买的市售添加聚乙烯和碳酸钙的PE膜，其具体制作方法与申请号为201110097335.6的专利所提出了一种连续式PE透气膜生产工艺相同，该专利提出将聚乙烯、碳酸钙和添加剂三种材料按相应配比放入拌料机混合均匀，然后送入混炼机的加料段加热熔融塑化，最后经过模头的模唇间隙被连续不断地挤出成薄膜，经成型装置、纵向拉抻装置、定型装置、测厚仪，牵引装置和收卷装置，被收卷成产品。
图1为实施例2所得高防护性舒适型PE透气膜表面微孔结构扫描电镜示意图,可见纳米级多层网状结构。高防护性舒适型PE透气膜的平均孔径为40～120nm。
图2为对比例的膜材料表面的SEM，可见无机颗粒一致性差，孔径分布不均，局部过度通透。
对对比例以及实施例1～4所得高防护性舒适型PE透气膜进行测试，测试结果如表1所示。
透湿量、抗渗水性、过滤效率、断裂强力按GB19082-2009规定的测试方法进行；
针刺强度参考GB/T 36363-2018测试使用
针头，在250mm/min的速度下，测试刺破产品所需的力；
透气度使用王研式透气仪EG01-55-1MR测试获得数据。
克重使用电子天平称量1m2样品重量，或取一定面积的样品称重后按比例折算为每平方米样品克重；
孔隙率为计算值，其测试和计算方法为，取一定面积的样品，用电子天平测试样品重量，用测厚仪测试样品厚度，并按如下公式计算：
注：M-每片样品的单位重量，mg；ρ-配方原料的密度，g/cm3
D-每片样品的厚度，μm；S-每片样品的面积，cm2
表1
本发明的高防护性舒适型PE透气膜可做到低克重，高防水性，高过滤效率，高透湿量，防护效果和舒适型均高于市售常规透气膜。
1. 5.0～15g/m2克重范围内的产品，均可满足所有防护要求，本发明的高防护性舒适型PE透气膜克重远低于市面透气膜(一般是15g-40g)，能够在一定程度上降低医护人员负担；
2.透湿量均在9000g/m2*d以上，以本发明高防护性舒适型PE透气膜复合而成的面料舒适度极高；
3.过滤效率99.5％以上，纳米级孔径几乎可阻挡已知所有细菌和病毒，防护更安全；
4.静水压可达450cmH2O,防水等级高；横纵向断裂强力均匀，且大于常规透气膜，可靠性更高。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高防护性舒适型PE透气膜，其特征在于，其单位面积克重为5～15gsm，孔隙率为60～85％，过滤效率为99.5％以上，透湿量为9000g/m2*d以上，抗静水压大于450cmH2O，横向断裂强力和纵向断裂强力均为18N/50MM以上。
2.根据权利要求1所述的高防护性舒适型PE透气膜，其特征在于，所述高防护性舒适型PE透气膜的平均孔径为40～120nm。
3.根据权利要求1或2所述的高防护性舒适型PE透气膜，其特征在于，所述高防护性舒适型PE透气膜为纳米级多层网状孔结构。
4.如权利要求1所述高防护性舒适型PE透气膜的制备方法，其特征在于，包括：将聚乙烯、碳酸钙粉末和作为增塑剂的石蜡油经螺杆挤出机共混，得到均相共混物，再将所述均相共混物先后依次经过铸片、纵向拉伸、第一次横向拉伸、萃取、第二次横向拉伸、热定型和收卷，得到所述高防护性舒适型PE透气膜。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，按质量份数计，聚乙烯、碳酸钙粉末和石蜡油的比(10～30)：(5～30)：(60～80)。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯的分子量为30-150万。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碳酸钙粉末的粒径D50为0.5～3μm。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述共混时的温度为130～230℃，螺杆挤出机的螺杆转速为30～150rpm。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述铸片的温度为30～80℃，所述铸片的速度为2～10m/min。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述纵向拉伸的温度为90～125℃，纵向拉伸的倍率为6～12倍；
所述第一次横向拉伸的温度为105～125℃，所述第一次横向拉伸的倍率为6～10倍；
所述萃取的温度为20～25℃；
所述第二次横向拉伸的温度为115-132℃，所述第二次横向拉伸的倍率为1.2～1.8倍；
所述热定型的温度为25～100℃。
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