CN113862818B - 一种可降解树脂用驻极材料的制备及应用方法 - Google Patents
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Abstract
一种可降解树脂用驻极材料的制备，驻极材料的制备采用微米凹凸棒石和有机酸水溶液作为原料，驻极材料制备的过程如下，A：配制有机酸水溶液、再加入微米凹凸棒石材料，充分搅拌、混合均匀；B：转移至烘箱中保温后，然后冷却至室温；C：过滤得到表面改性的凹凸棒石驻极材料。一种可降解树脂用驻极材料的应用方法，A:制备表面改性的凹凸棒石驻极母粒；B：将驻极母粒与熔喷布生产原料可生物降解塑料按比例混合，得到含驻极母粒的熔喷布成品。本发明，生产熔喷时能防挤出机模头堵塞，可有效储存静电电荷，延长熔喷布中电荷保持时效，很少用量即可达到较高驻极效果、终端应用能有效提高滤效。基于上述，本发明具有好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及熔喷布生产原料制备及应用方法技术领域，特别是一种可降解树脂用驻极材料的制备及应 用方法。
背景技术
熔喷法生产的无纺纤维布，是采用高熔体流动速率的可降解树脂等聚合物切片，先经挤出机加热形成 流动的聚合物高温熔体，然后熔体从挤出机喷丝孔中喷出形成纺丝细流，挤出机两侧有高速热气流对高温 熔体细流夹持，再经牵引拉伸后形成超细的纤维形态，接着在配套的接收装置上聚集成网状结构，利用熔体尚未完全冷却的余热，将纤维相互粘合成无纺布的状态得到成品。熔喷无纺布应用在机械过滤时，为了 达到高滤效，需要大幅提高无纺布的克重(即单位面积内纤维的重量)，然而单位面积内纤维的重量过大会 引起较大的空气阻力、进而降低过滤效果。为了降低空气阻力，业界普遍采用添加驻极体材料，以一定方 式分散到无纺布生产的聚合物原料中，生产时在高压电场作用下驻极体材料诱导聚合物纤维发生极化，撤 去电场后，纤维储存的极化电荷也不消失，保证熔喷无纺布在静电作用下、相同克重和空气阻力的情况下，可以达到更高的滤效。
驻极体材料是指可长期储存电荷并保持极化状态的功能材料。常用的驻极体材料分无机和有机两大类， 无机驻极材料包括电气石类、磁化物、部分陶瓷材料、无机硅等，有机驻极材料包括天然蜡、树脂、松香、 有机玻璃及高分子聚合物等，比如聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚全氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酯等。无机驻极材料相比有机驻极材料在种类上相对匮乏、应用效果不佳、且存在成本高的问题，因此目前业内 主要还是采用有机驻极材料。然而，现有的有机驻极材料均存在一个严重的性能问题，即储存的电荷衰减 严重，这也成为制约熔喷无纺布行业发展的一个关键因素。
目前，生产无纺布添加的驻极材料是通过制备驻极母粒来实现的。驻极母粒制备中，驻极材料的分散 及其与用于制备无纺布的原料树脂的结合性能就成为关键(决定其后续储存电荷的性能)。目前有机驻极材料的母粒制备因为技术限制存在以下缺陷：以聚四氟乙烯作为基材树脂的驻极体为例，其采用乳液浸渍 法形成的聚四氟乙烯涂覆层，由于其化学惰性和非极性等特点，涂覆牢度难以保证；而仅依靠超疏水性能， 难以更大限度的延长过滤材料的静电衰减周期。现有技术中的无机驻极材料，以电气石为例，电气石为天 然无机矿物，而不同批次、不同产地的电气石中各组分含量差异较大，因此在使用前需要对其成分进行专业检测，再依据检测结果调整驻极方案，会显著降低生产效率，同时也增加了企业的检测成本，而驻极方 案的调整也会引起各批次产品间存在差异，导致多批次产品质量不稳定。
发明内容
为了克服现有生产无纺布使用的有机驻极材料因材料及制备工艺的缺陷、以及无机驻极材料会增加企 业的检测成本导致产品质量不稳定的弊端，本发明提供了基于凹凸棒石和有机酸作为原材料，制备得到有 机驻极材料，生产无纺布中能和制备无纺布的原料可降解树脂反应性牢固结合，有效抑制由于驻极材料与树脂结合不牢而导致驻极材料析出的现象，并可有效储存静电电荷，延长熔喷布中电荷保持时效，很少用 量即可达到较高驻极效果，减少了无纺布产品相同克重的空气阻力，能达到更高滤效的一种可降解树脂用 驻极材料的制备及应用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可降解树脂用驻极材料的制备，其特征在于驻极材料的制备采用微米凹凸棒石和有机酸水溶液作 为原料，有机酸包括草酸、苹果酸、柠檬酸中的一种或多种，有机酸水溶液浓度为0.5mol//L～10mol/L，驻 极材料制备的过程如下，A：配制有机酸水溶液，然后转移至聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，再加入微米凹凸棒石材料，充分搅拌、混合均匀，其中水热反应釜中水热温度为80℃～250℃，水热时间为0.5h～4h； B：将搅拌混合后的微米凹凸棒石材料、有机酸水溶液转移至烘箱中保温后，然后冷却至室温；C：用过滤 设备对微米凹凸棒石材料中的有机酸水溶液进行过滤，多次水洗反应后微米凹凸棒石材料、再经干燥即得 到表面改性的凹凸棒石驻极材料。
进一步地，所述有机酸溶液采用3mol//L柠檬酸水溶液，微米凹凸棒石材料的量为100克。
进一步地，所述水热反应釜中水热温度为150℃，水热时间为2h。
一种可降解树脂用驻极材料的应用方法，其特征在于分为如下步骤，A:利用双螺杆挤出机将干燥处理 的熔喷布生产原料可生物降解塑料、按比例和表面改性的凹凸棒石驻极材料共混、挤出，得到表面改性的 凹凸棒石驻极母粒；B：将驻极母粒与熔喷布生产原料可生物降解塑料按比例混合，通过熔喷设备进行熔 喷布加工成型、得到含驻极母粒的熔喷布成品。
进一步地，所述可生物降解塑料与表面改性的凹凸棒石驻极材料的混合比例为100:2～100:20。
进一步，所述驻极母粒与可生物降解塑料熔喷混合比例为100:0.05～100:2。
本发明有益效果是：本发明基于凹凸棒石和有机酸作为原材料，采用有机酸、水热酸化处理凹凸棒石， 促进其纳米解离，重点利用表面羧化改性后的凹凸棒石与可降解树脂(可生物降解塑料)的端羟基发生酯化反应，实现驻极材料与无纺布生产原料树脂基体的反应性牢固结合、熔喷生产时能防止挤出机模头堵塞 的效果。本发明作为驻极材料可有效储存静电电荷，延长熔喷布中电荷保持时效，很少用量即可达到较高 驻极效果、终端应用能有效提高滤效。基于上述，本发明具有好的应用前景。
附图说明
图1是本发明一种可降解树脂用驻极材料的制备流程框图。
图2是本发明微米凹凸棒石驻极体的扫描电子显微镜照片。
图3是本发明现有无纺布生产的原料纯聚乳酸树脂与采用本申请制备的微米凹凸棒石驻极体熔融共混 得到复合材料，其拉伸应力-应变力对比曲线。
具体实施方式
图1所示，一种可降解树脂用驻极材料的制备，驻极材料的制备采用微米凹凸棒石和有机酸水溶液作 为原料，有机酸包括草酸、苹果酸、柠檬酸中的一种或多种，有机酸水溶液浓度为0.5mol//L～10mol/L，驻 极材料制备的过程如下，A：配制有机酸水溶液，然后转移至聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，再加入微米凹凸棒石材料，充分搅拌、混合均匀，其中水热反应釜中水热温度为80℃～250℃，水热时间为0.5h～4h； B：将搅拌混合后的微米凹凸棒石材料、有机酸水溶液转移至烘箱中保温后，然后冷却至室温；C：用过滤 设备对微米凹凸棒石材料中的有机酸水溶液进行过滤，多次水洗反应后微米凹凸棒石材料、再经干燥即得 到表面改性的凹凸棒石驻极材料。有机酸溶液采用3mol//L柠檬酸水溶液，微米凹凸棒石材料的量为100 克。水热反应釜中水热温度为150℃，水热时间为2h。
图1所示，一种可降解树脂用驻极材料的应用方法，分为如下步骤，A:利用双螺杆挤出机将干燥处理的 熔喷布生产原料可生物降解塑料、按比例和表面改性的凹凸棒石驻极材料共混、挤出，得到表面改性的凹 凸棒石驻极母粒；B：将驻极母粒与熔喷布生产原料可生物降解塑料按比例混合，通过熔喷设备进行熔喷 布加工成型、得到含驻极母粒的熔喷布成品。可生物降解塑料与表面改性的凹凸棒石驻极材料的混合比例为100:2～100:20(优选100:12)。驻极母粒与可生物降解塑料熔喷混合比例为100:0.05～100:2(优选100:1)。
图1所示，本发明基于凹凸棒石和有机酸作为制备原材料。图2中，微米凹凸棒石驻极体的扫描电子 显微镜照片可见，凹凸棒石呈纳米棒状且具纳米孔道结构，极适用作驻极材料。采用有机酸水热酸化处理 凹凸棒石，能促进其纳米棒晶解离，重点利用表面羧化改性后的凹凸棒石与可降解树脂(生产无纺布的原 料)的端羟基发生酯化反应，实现驻极材料与树脂基体的反应性牢固结合、熔喷生产时能防止挤出机模头 堵塞的效果，结合无纺布生产可为终端使用起到提高滤效的效果。本发明有机酸可诱导凹凸棒石表面形成羧基官能团，而活化后凹凸棒石表面含有的羧基与可降解树脂的端羟基官能团发生酯化反应，因此有机酸 作为连接纽带可将驻极材料与可降解树脂反应性牢固结合，有效抑制由于驻极材料与树脂结合不牢而导致 生产熔喷无纺布时驻极材料析出的现象发生。本发明二维层状结构的凹凸棒石具有大比表面积和纳米孔 道，物理吸附作用显著，作为驻极材料可有效储存静电电荷，延长熔喷布中电荷保持时效；有机酸水热处理可促进凹凸棒石纳米棒晶的解离，形成纳米结构驻极材料，很少用量即可达到较高驻极效果，为终端使 用无纺布作为过滤材料、提高滤效起到了有利技术支撑。
图3可见，现有无纺布生产的原料纯聚乳酸树脂与采用本申请制备的微米凹凸棒石驻极体熔融共混得 到复合材料，其拉伸应力-应变力对比曲线。由图3可见，添加本申请的表面酸化凹凸棒石驻极体材料后，聚乳酸树脂的韧性和延展性得到了显著提升。图3中，1是纯聚乳酸树脂，2是添加微米凹凸棒石驻极材 料的聚乳酸树脂。以下表格是纯聚乳酸树脂与添加本申请1％微米凹凸棒石驻极材料的聚乳酸树脂过滤效 率数据对比(由表可见，添加表面活化处理的微米凹凸棒石驻极母粒后，复合材料过滤效率明显高于纯聚 乳酸树脂生产无纺布的过滤效率)。
测试条件：气流速率—86.1L/min，空气阻力—14.8Pa。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本 发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体 形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案， 说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术 方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (1)
1.一种可降解树脂用驻极材料的制备，其特征在于驻极材料的制备采用微米凹凸棒石和有机酸水溶液作为原料，有机酸是草酸，有机酸水溶液浓度为0.5mol/L，驻极材料制备的过程如下，A：配制有机酸水溶液，然后转移至聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，再加入微米凹凸棒石材料，充分搅拌、混合均匀，其中水热反应釜中水热温度为80℃，水热时间为0.5h；B：将搅拌混合后的微米凹凸棒石材料、有机酸水溶液转移至烘箱中保温后，然后冷却至室温；C：用过滤设备对微米凹凸棒石材料中的有机酸水溶液进行过滤，多次水洗反应后微米凹凸棒石材料、再经干燥即得到表面改性的凹凸棒石驻极材料；有机酸溶液采用0.5mol/L草酸水溶液，微米凹凸棒石材料的量为100克；烘箱温度150℃、保温时间1h；步骤A、B、C所得的酸化处理的粉末状凹凸棒石驻极材料，制得率为60％；应用方法分为如下步骤，A:利用双螺杆挤出机将干燥处理的熔喷布生产原料可生物降解塑料、按比例和表面改性的凹凸棒石驻极材料共混、挤出，得到表面改性的凹凸棒石驻极材料驻极母粒；B：将驻极母粒与熔喷布生产原料可生物降解塑料按比例混合，通过熔喷设备进行熔喷布加工成型、得到含驻极母粒的熔喷布成品；可生物降解塑料与表面改性的凹凸棒石驻极材料的混合比例为100:2；驻极母粒与可生物降解塑料熔喷混合比例为100:0.05。
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