CN114196178A - 一种聚乳酸熔喷非织造组合物及其制备方法及制成的制品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乳酸熔喷非织造组合物及其制备方法和应用。所述聚乳酸熔喷非织造组合物包括如下按重量份计算的组分：聚乳酸树脂86～95份；负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体1～3份；有机氟驻极材料1～3份；相容剂1～3份；分散剂2～5份；抗氧剂0～0.5份；所述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体中铂的质量占总质量至少为3％。本发明采用负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体与有机氟驻极材料协同作用提升聚乳酸熔喷非织造组合物的过滤效率和甲醛吸附性能，甲醛的吸附时间和甲醛的吸附速率得到大幅度提升。聚乳酸熔喷非织造组合物能够应用于空气过滤材料中。
Description
技术领域
本发明涉及非织造布技术领域，更具体地，涉及一种聚乳酸熔喷非织造组合物及其制备方法及制成的制品。
背景技术
熔喷非织造布是采用熔喷法工艺制备，通过热空气作用将高流动聚合物熔体高速牵伸成超细纤维，并在滚筒网帘或塑料网帘进行铺网而成，具有纤维细度低、加工效率高、纤网均匀性好等特点，且结构蓬松，经过驻极处理后的熔喷非织造布具有高过滤效率与优异的透气性能，可广泛用在家用空气净化器、汽车空调过滤器、新风系统等行业领域中；由于在密闭空气净化过程中，不仅需要过滤不同粒径大小的颗粒物，还需要过滤密闭环境中存在的多种挥发性有机物，以甲醛和苯作为代表。因此，赋予熔喷布具有除异味的功能，在空气过滤领域应用中至关重要。
熔喷非织造布主要使用的原材料为聚丙烯，因其结构特点而具有良好的电荷存储能力，占据熔喷非织造布原材料的90％以上；但由于聚丙烯是线性的饱和碳氢化合物，难以降解，易造成白色污染。随着人类环保意识的不断提高和资源危机的日益趋紧，一些可降解和可再生的高分子材料应运而生。其中，聚乳酸可从再生资源淀粉中获得，不但具有非极性高聚物的特点，在常温下具有良好的耐气候性，且是环境友好型材料。
目前现有技术中，也有大量由聚乳酸树脂制备的熔喷非织造布，但是现有的聚乳酸熔喷非织造布若直接应用在空气过滤领域中，只能用于过滤颗粒物，例如中国专利(CN108708079A)公开了耐高温聚乳酸熔喷驻极非织造过滤材料及其制备方法和用途，所述非织造过滤材料只具有过滤颗粒物的效果，不能对挥发性有机物进行吸附去除，不能实现充分的净化效果。
发明内容
本发明为克服上述现有技术不能除去挥发性有机物的缺陷，提供一种聚乳酸熔喷非织造组合物。
本发明的另一目的在于提供所述聚乳酸熔喷非织造组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述聚乳酸熔喷非织造组合物的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种聚乳酸熔喷非织造组合物，包括如下按重量份计算的组分：
所述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体中铂的质量占气凝胶粉体总质量至少为3％；
所述聚乳酸树脂在190℃，2.16kg的条件下，熔体流动速率为30～200g/10min；
制备负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体采用的纳米二氧化硅气凝胶粉体的平均粒径为10～80nm。
本发明采用负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体与有机氟驻极材料协同作用提升聚乳酸熔喷非织造组合物的过滤效率和甲醛吸附性能，其中，负载铂的纳米二氧化硅气凝胶中，铂能够催化氧化甲醛，降低纳米二氧化硅气凝胶中甲醛的浓度，而纳米二氧化硅气凝胶则会加速甲醛的吸附-催化，甲醛的吸附速率和甲醛吸附饱和时间大幅度提升；另一方面，有机氟驻极材料与负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体协同复配增强锁电效应，极大的提高了聚乳酸非织造组合物的驻极效果。
发明人发现，负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体中铂的含量为一定范围内，具有更好的催化-吸附甲醛的效果。
优选地，所述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体中铂纳米的质量占气凝胶粉体总质量的5～15％。
更优选地，优选地，所述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体中铂纳米的质量占气凝胶粉体总质量的8～15％。
纳米二氧化硅气凝胶粉体本身具有较高的孔隙率，优选地，所述纳米二氧化硅气凝胶粉体的孔隙率为90～99％。
更优选地，所述纳米二氧化硅气凝胶粉体的孔隙率为95～99％。
聚乳酸树脂的熔体流动速率过低，一方面会导致在熔喷过程中熔体粘度过高，纤维不易被拉细，影响驻极效果，降低过滤效果；另一方面熔体流动速率过低，会导致二氧化硅气凝胶粉体在熔体以及熔喷纤维中分散不好，降低吸附性能。因此，优选地，所述聚乳酸树脂在190℃，2.16kg的条件下，熔体流动速率为30～70g/10min。
优选地，所述有机氟驻极材料为聚四氟乙烯、聚三氟乙烯或聚六氟乙烯中的一种或多种。
优选地，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐和/或烯烃弹性体接枝马来酸酐。
优选地，所述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体由下述方法制备得到：
将铂盐加入到溶剂中得到含有铂的溶液，再将纳米二氧化硅气凝胶粉体加入到上述溶液中搅拌至均匀，再依次浸泡在无水乙醇、三甲基氯硅烷、无水乙醇中完成疏水改性，然后进行干燥粉碎，得到负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体。
所述铂盐可以是常用的水溶性铂盐，例如是硝酸铂。
优选地，所述溶剂为水或水与乙醇的混合溶液。
优选地，所述含有铂的溶液中，硝酸铂的浓度为0.5～2.0mol/L。更优选地，所述含有铂的溶液中，硝酸铂的浓度为1mol/L。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂中的一种或多种。
优选地，所述分散剂为液体石蜡、二甲基硅油或聚醚改性硅油中的一种或多种。
所述聚乳酸熔喷非织造组合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.将聚乳酸树脂、相容剂、分散剂先混合至均匀，再加入负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体、有机氟驻极材料和抗氧剂继续混合，得到预混料；
S2.将步骤S1中的预混料进行挤出、造粒，得到所述聚乳酸熔喷非织造组合物。
优选地，S2.中，挤出、造粒的温度设置为110～170℃，螺杆转速为300～500r/min。
一种聚乳酸熔喷非织造制品，采用所述聚乳酸熔喷非织造组合物进行熔喷、成网、冷却后再经过高压驻极制备得到。
优选地，所述熔喷的机筒温度为120～200℃，模头温度220～240℃。
优选地，所述成网的网帘接收距离为10～30cm，热风频率在20～45Hz，热风温度在240～280℃。
优选地，所述高压驻极的工艺为电晕驻极，电压为40～50Kv，驻极距离为6～10cm。
所述聚乳酸熔喷非织造组合物在制备空气过滤制品中的应用。
本发明中，所述熔体流动速率参照GB/T 3682.1-2018标准进行测定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体与有机氟驻极材料协同作用提升聚乳酸熔喷非织造组合物的过滤效率和甲醛吸附性能，采用本发明所述聚乳酸熔喷非织造组合物制备得到的过滤材料，对甲醛的吸附时间和甲醛的吸附速率得到大幅度提升，因此，聚乳酸熔喷非织造组合物能够应用于空气过滤材料中。
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：
聚乳酸树脂A：PLA L130，Total Corbion PLA，在190℃，2.16kg的条件下，熔体流动速率为10g/10min；
聚乳酸树脂B：PLA6252D，美国Natureworks，在190℃，2.16kg的条件下，熔体流动速率为30g/10min；
聚乳酸树脂C：PLA-40，安徽丰源新材料科技有限公司在190℃，2.16kg的条件下，熔体流动速率为40g/10min；
聚乳酸树脂D：PLA-70安徽丰源新材料科技有限公司，在190℃，2.16kg的条件下，熔体流动速率为70g/10min；
聚乳酸树脂E：PLA-200，安徽丰源新材料科技有限公司在190℃，2.16kg的条件下，熔体流动速率为200g/10min；
负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体A：铂含量为1％；
负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体B：铂含量为3％；
负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体C：铂含量为5％；
负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体D：铂含量为8％；
负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体E：铂含量为15％；
负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体F：铂含量为8％；
负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体G：铂含量为8％；
纳米二氧化硅气凝胶粉体a：GE-Q01，苏州格物化学科技有限公司，平均粒径为50nm，孔隙率为95％；
纳米二氧化硅气凝胶粉体b：GE-Q02，苏州格物化学科技有限公司，平均粒径为15nm，孔隙率为99％；
纳米二氧化硅气凝胶粉体c：二氧化硅粉体-02，廊坊陶戈纳米材料有限公司，平均粒径为90nm，孔隙率为85％。
上述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体均通过实验室自制得到，制备方法如下：
将铂盐加入到溶剂中得到含有铂的溶液，所述的铂盐以铂计为二氧化硅气凝胶重量的1％-15％，再将纳米二氧化硅气凝胶粉体a/b/c加入到上述溶液中通过超声波搅拌10-50min至均匀，再依次浸泡在无水乙醇、三甲基氯硅烷、无水乙醇中完成疏水改性，然后进行干燥粉碎，干燥条件为90℃烘干24h，得到不同铂含量的负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体。
上述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体A～E均采用纳米二氧化硅气凝胶粉体a制备。负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体F采用纳米二氧化硅气凝胶粉体b制备。负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体G采用纳米二氧化硅气凝胶粉体c制备。
有机氟驻极材料：聚四氟乙烯，PTFE超微粉-B01，沈阳市天宇祥微粉材料厂；
纳米电气石粉：天津鸿雁天山石业纳米技术有限公司；
相容剂：PP-g-MAH，市售；
分散剂：液体石蜡，市售；
抗氧剂：受阻酚抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂按照1:1复配，市售；
所有实施例和对比例采用的相容剂、分散剂、抗氧剂都是相同的物质。
下述实施例和对比例的聚乳酸熔喷非织造组合物均通过如下制备方法得到，包括如下步骤：
S1.将聚乳酸树脂、相容剂、分散剂先混合至均匀，再加入负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体、有机氟驻极材料和抗氧剂继续混合，得到预混料；
S2.将步骤S1中的预混料进行挤出、造粒，得到所述聚乳酸熔喷非织造组合物。
S2.中，挤出、造粒的温度设置为110～170℃，螺杆转速为300～500r/min。
将聚乳酸熔喷非织造组合物投入到熔喷机中进行熔喷，成网冷却后再经过高压驻极，即得聚乳酸熔喷非织造布。对聚乳酸熔喷非织造布的性能进行测试。
所述熔喷的机筒温度为120～200℃，模头温度220～240℃。
所述成网的网帘接收距离为10～30cm，热风频率在20～45Hz，热风温度在240～280℃。
所述高压驻极的工艺为电晕驻极，电压为40～50Kv，驻极距离为6～10cm。
实施例1～4
实施例1～4提供一系列聚乳酸熔喷非织造组合物，具体组分含量见表1。
表1实施例1～4的组分含量(份)
实施例5～10
实施例5～10提供一系列聚乳酸熔喷非织造组合物，具体组分含量见表2。
表2实施例5～10的组分含量(份)
对比例1～6
对比例1～6提供一系列聚乳酸熔喷非织造组合物，具体组分含量见表3。
表3对比例1～6的组分含量(份)
性能测试
将上述实施例和对比例的聚乳酸熔喷非织造组合物制成聚乳酸熔喷非织造布，并按照如下标准测试性能：
颗粒物过滤效率：根据YY 0469-2011测定；
气流阻力：根据YY 0469-2011测定；
甲醛吸附速率：根据GB/T 34448-2017测定；
甲醛吸附饱和时间：根据GB/T 34448-2017测定。
表4实施例1-10和对比例1-8的数据
从实施例1～4可以看出，聚乳酸的熔体流动速率对过滤性能有一定的影响，当聚乳酸在190℃，2.16kg的条件下，熔体流动速率为30～70g/10min时，具有更好的过滤及对甲醛的吸附效果。从实施例5～7来看，当负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体中铂含量较高时，对甲醛的吸附效果更为明显。从对比例1和对比例2可以看出，纳米二氧化硅气凝胶粉体对甲醛有一定吸附作用，但远不及负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体的效果明显。对比例3可以反映，如果不采用驻极材料进行驻极处理，过滤效果出现下降。对比例4可以反映，以纳米电气石粉代替有机氟驻极材料进行驻极处理，过滤效果仍不够好。对比例5可以反映，当负，载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体中，铂含量过低时，对甲醛的吸附效果改善不明显。对比例6可以反映，当聚乳酸树脂的熔体流动速率过低时，产品的过滤效果出现明显下降。纳米二氧化硅气凝胶的平均孔径过大其孔隙率就会下降，从对比例7可以反映，当纳米二氧化硅气凝胶的平均孔径过大时，产品的甲醛吸附效果会出现明显的下降；对比例8可以反映，当负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体添加量过高时，产品的滤效和甲醛吸附效果均会出现明显的下降，这主要是由于当含量过高时，会导致分散不均，影响驻极效果和甲醛的吸附效果。
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)
1.一种聚乳酸熔喷非织造组合物，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
所述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体中铂的质量占气凝胶粉体总质量至少为3％；
所述聚乳酸树脂在190℃，2.16kg的条件下，熔体流动速率为30～200g/10min；
制备负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体采用的纳米二氧化硅气凝胶粉体的平均粒径为10～80nm。
2.根据权利要求1所述聚乳酸熔喷非织造组合物，其特征在于，所述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体中铂的质量占气凝胶粉体总质量的5～15％。
3.根据权利要求1所述聚乳酸熔喷非织造组合物，其特征在于，所述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体中铂的质量占气凝胶粉体总质量的8～15％。
4.根据权利要求1所述聚乳酸熔喷非织造组合物，其特征在于，所述聚乳酸树脂在190℃，2.16kg的条件下，熔体流动速率为30～70g/10min。
5.根据权利要求1或2所述聚乳酸熔喷非织造组合物，其特征在于，制备负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体采用的纳米二氧化硅气凝胶粉体的孔隙率为90～99％。
6.根据权利要求1所述聚乳酸熔喷非织造组合物，其特征在于，所述有机氟驻极材料为聚四氟乙烯、聚三氟乙烯或聚六氟乙烯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述聚乳酸熔喷非织造组合物，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐和/或烯烃弹性体接枝马来酸酐。
8.根据权利要求1所述聚乳酸熔喷非织造组合物，其特征在于，所述负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体由下述方法制备得到：
将铂盐加入到溶剂中得到含有铂的溶液，再将纳米二氧化硅气凝胶粉体加入到上述溶液中搅拌至均匀，再依次浸泡在无水乙醇、三甲基氯硅烷、无水乙醇中，完成疏水改性，然后进行干燥粉碎，得到负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体。
9.根据权利要求1～8任一项所述聚乳酸熔喷非织造组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将聚乳酸树脂、相容剂、分散剂先混合至均匀，再加入负载有铂的纳米二氧化硅气凝胶粉体、有机氟驻极材料和抗氧剂继续混合，得到预混料；
S2.将步骤S1中的预混料进行挤出、造粒，得到所述聚乳酸熔喷非织造组合物。
10.一种聚乳酸熔喷非织造制品，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述聚乳酸熔喷非织造组合物进行熔喷、成网、冷却后再经过高压驻极制备得到。
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