高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維pla熔噴非織造材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利屬于化學(xué)材料領(lǐng)域，設(shè)及一種新型PLA超細(xì)纖維烙噴非織造材料的制 備方法，更具體的說，其設(shè)及一種旨在將PLA生物質(zhì)材料在烙噴非織造材料領(lǐng)域的推廣應(yīng) 用的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)W來，合成高分子材料的誕生和高速發(fā)展極大地改變了人類的生活。人工 合成高分子材料已經(jīng)與木材、鋼鐵W及水泥并列成為材料領(lǐng)域的四大支柱。然而與此同時(shí) 人工合成高分子材料的生產(chǎn)和消費(fèi)也產(chǎn)生了兩個(gè)重大課題：一是有限的石油資源被大量消 耗，二是廢棄聚合物會(huì)導(dǎo)致的環(huán)境污染。該兩個(gè)問題已經(jīng)引起了全球范圍內(nèi)的高度重視。進(jìn) 入新世紀(jì)W來，許多國家已經(jīng)將可持續(xù)發(fā)展作為基本國策之一，大力開發(fā)環(huán)境友好型生物 降解高分子材料已在世界范圍內(nèi)蓬勃興起。
[0003] 烙噴加工工藝的加工流程是將聚合物原料在高溫下烙融擠出然后經(jīng)計(jì)量累計(jì)量、 噴絲孔紡絲，在紡絲的同時(shí)通過高速熱氣牽伸，形成超細(xì)的短纖維，然后纖維W極快的速度 飛向成網(wǎng)簾，在成網(wǎng)簾上凝集成網(wǎng)，并通過自身的余熱加固成布的一種加工方法。該種加工 方法無需采取復(fù)雜的合纖超細(xì)纖維紡絲加工工藝，便可一步法形成具有超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)的烙 噴超細(xì)纖維材料。超細(xì)纖維材料在過濾、阻菌和吸附等方面具有的突出的優(yōu)勢而被人們所 廣泛應(yīng)用。在目前的烙噴超細(xì)纖維加工生產(chǎn)中聚丙締（P巧是使用最廣泛的原料。但是隨 著人們環(huán)境意識的不斷增強(qiáng)，開發(fā)環(huán)境友好且可再生的纖維材料越來越受到社會(huì)和學(xué)者們 的關(guān)注，而聚乳酸（PLA)烙噴非織造材料正好符合可持續(xù)發(fā)展要求。
[0004] 然而聚乳酸由于自身結(jié)晶性能較差，制成的超細(xì)纖維材料強(qiáng)力嚴(yán)重不足，導(dǎo)致該 材料的推廣應(yīng)用受到一定的限制。此外如何將駐極效果保持時(shí)間更長，也是過濾材料領(lǐng)域 近些年的研究熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的；為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖 維PLA烙噴非織造材料及制備方法，使用環(huán)境友好的PLA原料與納米顆粒材料進(jìn)行復(fù)合加 工生產(chǎn)出具有優(yōu)異阻隔、過濾性能且力學(xué)性能良好的烙噴超細(xì)纖維材料，然后對材料進(jìn)行 駐極整理，使材料具有更加優(yōu)異且長效的過濾性能。
[0006] 技術(shù)方案：一種高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA烙噴非織造材料，所述PLA烙噴非織 造材料主要由可再生、可降解的PLA切片和納米顆粒添加劑，通過改進(jìn)的烙噴超細(xì)纖維加 工工藝制得，然后進(jìn)行駐極工藝整理。
[0007] 作為優(yōu)化；所述可再生、可降解的PLA切片的原料為左旋化LA切片，原料的結(jié) 晶度在30 % -60 %之間，烙融指數(shù)在70-400之間，分子量在10萬-15萬之間，烙點(diǎn)為 165°C-180°C，玻璃化溫度為 55°C-75°C。
[000引作為優(yōu)化；所述納米顆粒添加劑為無機(jī)納米顆粒；蒙脫±、粘±或碳酸巧，顆粒直 徑在20至300納米之間。
[0009] 作為優(yōu)化；所述PLA烙噴非織造材料中纖維的直徑分布主要在2-10微米之間。
[0010] 作為優(yōu)化；所述PLA烙噴非織造材料中納米顆粒重量占材料總重量的0. 5%-3%， 納米顆粒需經(jīng)表面改性處理，表面改性劑可W是有機(jī)或無機(jī)類的表面活性劑。
[0011] 所述的高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA烙噴非織造材料的制備方法，包括W下步 驟：
[0012] (1)將PLA切片在100°C條件下干燥2-4小時(shí)或在80°C條件下干燥6-12小時(shí)； [001引 似將干燥好的PLA切片與經(jīng)有機(jī)季錠鹽類表面處理劑改性后，具有一定的親油 性的納米顆粒，加入雙螺桿擠出機(jī)在175-180°C的條件下進(jìn)行烙融共混造粒，制得新的聚合 物切片原料；納米顆粒的含量在0. 5% -3%之間；
[0014] (3)將新制得的切片干燥后，在180°C-220°c的條件下進(jìn)行紡絲加工，經(jīng)高速熱氣 流牽伸得到超細(xì)的短纖維；
[0015] (4)纖維經(jīng)過極短時(shí)間的冷卻結(jié)晶，在成網(wǎng)簾上聚集，形成超細(xì)纖維烙噴非織造 布；此外PLA材料烙融流動(dòng)時(shí)，與丙絕一樣為假塑性流體，但是其非牛頓指數(shù)更為趨近與1， 因此材料的擠出脹大倍數(shù)相較于丙絕更大，因此為使材料具有超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，紡絲時(shí)計(jì)量 累的擠出量應(yīng)在丙絕制備工藝的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)低，而牽伸的熱空氣的溫度和壓力相較于烙 融擠出時(shí)要適當(dāng)調(diào)高。因?yàn)榫廴樗岬姆纸恻c(diǎn)比丙絕要低很多，所W紡絲溫度相對于傳統(tǒng)的 丙絕烙噴工藝要調(diào)低30-60°C，PLA與丙絕的流體密度不同，因此加工時(shí)的管道壓力也有一 定的改變；同時(shí)PLA產(chǎn)品由于強(qiáng)力很低，因此生產(chǎn)時(shí)為避免飛花，要適當(dāng)調(diào)整接收距離；為 保證產(chǎn)品具有良好的透氣性，W及適當(dāng)?shù)暮穸扰c克重，相應(yīng)的調(diào)整接收負(fù)壓和接收速度；
[0016] (5)制成的纖維材料進(jìn)行長效駐極整理，將制成的纖維網(wǎng)勻速通過高壓靜電場，使 纖維材料具有靜電吸附能力，從而具有高效過濾材料的性能，并且納米顆粒在纖維中是良 好的電荷載體，所W纖維網(wǎng)中的電荷停留時(shí)間長，材料具有長時(shí)間的高效過濾性能。
[0017] 作為優(yōu)化；所述長效駐極整理中駐極電壓為20kv-5化V。
[0018] 作為優(yōu)化；烙噴加工部分的工藝參數(shù)如下：
[0019]擠出機(jī)；190-200°C;
[0020] 濾網(wǎng)；190-200°C;
[0021] 計(jì)量累；200-210°C;
[0022] 噴絲板組件；210-220°C;
[0023] 熱空氣牽伸溫度；220-240°C;
[0024]擠出機(jī)壓力；2. 5-3. 5MPa;
[0025]模頭處壓力；0.6-1. 2MPa;
[0026] 熱空氣壓力；0.12MPa;
[0027] 接收負(fù)壓；2KPa;
[002引 接收距離；20-35畑1。
[0029] 有益效果；本發(fā)明所述的具有良好力學(xué)性能的PLA超細(xì)纖維材料，是指與普通PLA 原料通過烙噴加工工藝直接加工出來的超細(xì)纖維材料相比，斷裂強(qiáng)力提升3倍W上。例如 克重為200的普通PLA超細(xì)纖維材料，斷裂強(qiáng)力約為200cN，而本發(fā)明專利生產(chǎn)出來的超細(xì) 纖維材料在克重為200的時(shí)候斷裂強(qiáng)力為600cNW上。在駐極加工處理后，具有超高的過 濾效率，其對最易穿透粒子的捕集效率可達(dá)到99. 95%W上。本發(fā)明專利加工設(shè)計(jì)巧妙，易 于生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明的產(chǎn)品加工流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 本發(fā)明出示了一種高強(qiáng)力超細(xì)纖維烙噴布及其制備方法，為了加深對本發(fā)明的理 解，下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本 發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0032] 綜述，表1為工藝參數(shù)設(shè)定表，該制備方法中所用到的工藝參數(shù)均包含在表1中。
[0033] 表1工藝參數(shù)設(shè)定表
[0034]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA熔噴非織造材料，其特征在于：所述PLA熔噴非 織造材料主要由可再生、可降解的PLA切片和納米顆粒添加劑，通過改進(jìn)的熔噴超細(xì)纖維 加工工藝制得，然后進(jìn)行駐極工藝整理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA熔噴非織造材料，其特征在于： 所述可再生、可降解的PLA切片的原料為左旋PLLA切片，原料的結(jié)晶度在30% -60%之間， 熔融指數(shù)在70-400之間，分子量在10萬-15萬之間，熔點(diǎn)為165°C_180°C，玻璃化溫度為 55°C-75°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA熔噴非織造材料，其特征在于： 所述納米顆粒添加劑為無機(jī)納米顆粒：蒙脫土、粘土或碳酸鈣，顆粒直徑在20至300納米之 間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA熔噴非織造材料，其特征在于： 所述PLA熔噴非織造材料中纖維的直徑分布主要在2-10微米之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA熔噴非織造材料，其特征在于： 所述PLA熔噴非織造材料中納米顆粒重量占材料總重量的0. 5% -3%，納米顆粒需經(jīng)表面 改性處理，表面改性劑可以是有機(jī)或無機(jī)類的表面活性劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA熔噴非織造材料的制備方法， 其特征在于： 包括以下步驟： (1) 將PLA切片在100°C條件下干燥2-4小時(shí)或在80°C條件下干燥6-12小時(shí)； (2) 將干燥好的PLA切片與經(jīng)有機(jī)季銨鹽類表面處理劑改性后，具有一定的親油性的 納米顆粒，加入雙螺桿擠出機(jī)在175-180°C的條件下進(jìn)行熔融共混造粒，制得新的聚合物切 片原料；納米顆粒的含量在〇. 5% -3%之間； (3) 將新制得的切片干燥后，在180°C_220°C的條件下進(jìn)行紡絲加工，經(jīng)高速熱氣流牽 伸得到超細(xì)的短纖維，其具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定表見表1 ; (4) 纖維經(jīng)過極短時(shí)間的冷卻結(jié)晶，在成網(wǎng)簾上聚集，形成超細(xì)纖維熔噴非織造布；此 外PLA材料熔融流動(dòng)時(shí)，與丙綸一樣為假塑性流體，但是其非牛頓指數(shù)更為趨近與1，因此 材料的擠出脹大倍數(shù)相較于丙綸更大，因此為使材料具有超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，紡絲時(shí)計(jì)量泵的 擠出量應(yīng)在丙綸制備工藝的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)低，而牽伸的熱空氣的溫度和壓力相較于熔融擠 出時(shí)要適當(dāng)調(diào)高。因?yàn)榫廴樗岬姆纸恻c(diǎn)比丙綸要低很多，所以紡絲溫度相對于傳統(tǒng)的丙綸 熔噴工藝要調(diào)低30-60°C，PLA與丙綸的流體密度不同，因此加工時(shí)的管道壓力也有一定的 改變；同時(shí)PLA產(chǎn)品由于強(qiáng)力很低，因此生產(chǎn)時(shí)為避免飛花，要適當(dāng)調(diào)整接收距離；為保證 產(chǎn)品具有良好的透氣性，以及適當(dāng)?shù)暮穸扰c克重，相應(yīng)的調(diào)整接收負(fù)壓和接收速度； (5) 制成的纖維材料進(jìn)行長效駐極整理，將制成的纖維網(wǎng)勻速通過高壓靜電場，使纖維 材料具有靜電吸附能力，從而具有高效過濾材料的性能，并且納米顆粒在纖維中是良好的 電荷載體，所以纖維網(wǎng)中的電荷停留時(shí)間長，材料具有長時(shí)間的高效過濾性能。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA熔噴非織造材料的制備方法， 其特征在于：所述長效駐極整理中駐極電壓為20kv-50kv。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA熔噴非織造材料的制備方法， 其特征在于：熔噴加工部分的工藝參數(shù)如下： 擠出機(jī)：190-200°C; 濾網(wǎng)：190-200°C; 計(jì)量泵：200-210°C; 噴絲板組件：210-220°C; 熱空氣牽伸溫度：220-240°C; 擠出機(jī)壓力：2. 5-3. 5MPa; 模頭處壓力：〇? 6-1. 2MPa; 熱空氣壓力：〇? 12MPa; 接收負(fù)壓：2KPa; 接收距離：20_35cm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)力長效駐極超細(xì)纖維PLA熔噴非織造材料及其制備方法；旨在過濾材料領(lǐng)域提供一種具有良好力學(xué)性能和長效駐極功能的可再生、可降解環(huán)境友好的超細(xì)纖維非織造材料；在本發(fā)明技術(shù)方案中原料為環(huán)境友好的左旋PLA切片以及納米顆粒添加劑，利用改進(jìn)的熔噴超細(xì)纖維加工工藝加工成型，最后進(jìn)行駐極處理；本發(fā)明在過濾、阻隔方面性能優(yōu)異，方案設(shè)計(jì)巧妙且易于實(shí)施。在解決PLA推廣應(yīng)用問題中，提供了一種新的、有效的解決方案。
【IPC分類】D01D13-00, D04H1-4382
【公開號】CN104711764
【申請?zhí)枴緾N201510176489
【發(fā)明人】彭鵬, 張偉, 張瑜
【申請人】南通大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年4月14日