CN102086566A - 加速降解聚丙烯纺粘非织造材料及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加速降解聚丙烯纺粘非织造材料及其工艺，它是以聚丙烯PP切片为原料，以无机粉体改性材料为配料，经均匀共混、挤压、纺丝、牵伸、热轧而成，其特征在于：无机粉体改性材料的重量百分比为10-30％，聚丙烯PP切片的重量百分比为90-70％。本发明由于采用以碳酸钙为主体，配以总重量的1％钛酸酯作为复合偶联剂，充分混合，再实施表面活化处理而制成的无机粉体改性材料与聚丙烯PP切片按配比经均匀共混、挤压、纺丝、牵伸、热轧而成，因此不仅用其制成的产品使用后可较快地光氧化降解，并被环境消纳，没有环境污染，节省石油资源，降低成本，而且断裂、撕破强力性能指标提高，质量高。本发明不仅工艺合理，而且操作简单、效果好，利于广泛推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种加速降解聚丙烯纺粘非织造材料及其工艺。
技术背景
目前，纺粘法非织造材料生产所用的原料可以是聚丙烯、聚酯和聚酰胺等。其中聚丙烯生产工艺简单、成本低、力学性能好、化学性能稳定，是生产非织造材料的主要原料之一。聚丙烯纺粘法生产的非织造材料已广泛应用于包装、医疗卫生用品和一次性使用的市场用品，但由于大量使用，其废弃物造成的污染对土壤、生物和人类生活环境带来危害，已经越来越引起人们的重视。因此开发加速降解的聚丙烯纺粘非织造材料，使产品使用后较快地光氧化降解，并被环境消纳，没有环境污染是当前人们迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的日的是克服现有纺粘法非织造材料存在的缺陷，给人们提供一种不仅用其制成的产品使用后可较快地光氧化降解，并被环境消纳，没有环境污染，而且断裂、撕破强力性能指标提高，高质量的加速降解聚丙烯纺粘非织造材料及其工艺。
本发明它是以聚丙烯PP切片为原料，以无机粉体改性材料为配料，经均匀共混、挤压、纺丝、牵伸、热轧而成，其特征在于：无机粉体改性材料的重量百分比为10-30％，聚丙烯PP切片的重量百分比为90-70％。
所述的无机粉体改性材料是以碳酸钙为主体，配以总重量的1％钛酸酯作为复合偶联剂，充分混合，再实施表面活化处理而制成。
本发明的具体工艺步骤如下：
(1)均匀共混：将无机粉体改性材料与聚丙烯PP切片按配比加入混料机中，均匀混合后的加速降解聚丙烯纺粘非织造材料物料倒入料仓，由吸嘴输入螺杆挤压机；
(2)挤压：加速降解聚丙烯纺粘非织造材料原料首先进入螺杆挤压机的进料 段预热，进料段的温度为195±10℃，使切片基本保持原状，预热后进入熔融段使固体物料转变为熔融物料，熔融段的温度由210±10℃区到220±10℃区，再到235±10℃再到225±10℃，从而足以使物料在压缩最后阶段熔融，最后进入计量段由计量泵将熔融的物料定量、稳压挤出，计量段的温度为210±10℃；
(3)纺丝：上述挤压后的熔融物料进入纺丝箱进行最后一次过滤，混合均匀后分配到每一个喷丝板的喷丝孔中，形成均匀的细流，纺丝箱内的熔体压力控制为6～10MPa，温度为225±10℃；
(4)牵伸：启动纺丝箱的冷却***，从纺丝箱内的熔体两面向上述细流吹风冷却，利用一条窄缝进行成网均匀的负压牵伸，冷却风的风速设定在2m/s，风温为8-20℃；
(5)热轧：牵伸后的纺丝再由热轧机的双辊热轧加固成加速降解聚丙烯改性纺粘非织造材料，上辊温度高于聚丙烯熔点5℃，下辊温度低于聚丙烯熔点7℃，热轧机线速度83.8m/min，卷绕线速度85.1m/min。
加速降解聚丙烯纺粘非织造材料重要性能指标及降解性能：
1、技术性能测试结果
(1)面密度40g/m2，无机粉体含量10％
(2)面密度40g/m2，无机粉体含量25％
(3)面密度70g/m2，无机粉体含量10％
(4)面密度70g/m2，无机粉体含量25％
(5)面密度120g/m2，无机粉体含量10％
(6)面密度120g/m2，无机粉体含量25％
经试验，产品完全达到了设计标准。经检测，各项指标均达到行业标准《FZ/T64004-1993薄型粘合法非织造布》和企业标准《Q/RWF04-2010包装用可降解改性纺粘非织造材料》要求。
2、降解性能
(1)加入无机粉体前后聚丙烯纺粘非织造材料各主要衍射峰强度变化
上表显示添加了无机粉体后，材料结晶型结构明显改变。聚丙烯纺粘非织造材料添加无机粉体后，从X射线衍射谱图上反映出晶型结构的变化。原因是在纺丝时，当温度升高，大分子链部分缠结点被打开，无机粉体在复合偶联剂的桥梁作用下与大分子生成新的结晶。这种结构变化可看成是无机粉体和复合偶联剂起到了一定的异向成核作用，产生新的结晶及晶型结构的变化，改变了聚丙烯纺粘非织造材料的降解性能。
(2)光降解对结晶度和力学性能的影响
聚丙烯是一种半结晶性的聚合物，结晶与非结晶共存，结晶度是表征聚丙烯纺粘非织造材料性能的重要参数之一。
图1显示出，添加不同比例无机粉体的聚丙烯纺粘非织造材料在人工气候降解实验中结晶度的变化，图中显示添加无机粉体的聚丙烯纺粘非织造材料比不添加无机粉体的结晶度明显增加。主要是因为降解发生在非洁净区中，在疝弧灯光或者日光的照射下，非结晶区的部分分子链发生了断裂，使原来与它纠缠在一起的分子链解除了束缚，得到了较充分的释放，产生的自由链段重新排附到晶体上，形成新的结晶。无机粉体和复合偶联剂促进了新的晶体的形成，因此聚丙烯纺粘非织造材料的总结晶度有所增加。
添加无机粉体后的聚丙烯纺粘非织造材料在降解实验的各时间段，结晶度均明显高于未添加无机粉体的纺粘非织造材料。表明，通过无机粉体改变聚丙烯纺粘非织造材料的晶状结构可以达到改性的目的。
(3)自然光降解时间对加入无机粉体前后聚丙烯纺粘非织造布断裂强力保留率的影响
本发明聚丙烯纺粘非织造材料在自然降解实验中，经过日晒雨淋，其力学性能 明显下降，会发生降解。以断裂强力保留率作为降解的主要表征手段，断裂强力保留率降低越快，则表明材料降解速度越快。随着试验时间的增加，其力学性质明显下降，加速发生老化降解。
由图2可知，随着光照天数的增加，加速降解聚丙烯纺粘非织造材料的断裂强力保留率随之下降。经不同日晒时间短裂强力保留率实验：当日晒时间为15天时，添加17％、24％无机粉体的聚丙烯纺粘非织造材料断裂强力保留率分别为50％和43％；当日晒时间为30天时，添加17％、24％无机粉体的聚丙烯纺粘非织造材料断裂强力保留率分别为12％和10％；当日晒时间为30天时，两种添加比例的聚丙烯纺粘非织造材料断裂强力保留率为0。可见随着光照天数的增加，聚丙烯纺粘非织造材料的断裂强力保留率随之下降。没有添加无机粉体的纺粘布，日光照射分别为15、30天时，其断裂强力保留率也会下降，但下降趋势较慢，分别为80％和50％。添加了无机粉体后，其下降速度明显增加，形成了在自然光作用下加速老化降解的趋势，无机粉体比例越高，降解速度越快。
本发明中加速降解聚丙烯纺粘非织造材料及其工艺方法可知，在聚丙烯纺粘非织造材料中添加一定比例的无机粉体可加速材料的降解，无机粉体比例越高，降解速度越快。
聚丙烯纺粘非织造材料粉碎解体，降解为被自然界吸收的粉末，并且没有污染。在这个过程中，无机粉体起到了聚丙烯纺粘非织造材料光氧化降解的有效催化作用，无机粉体的添加量越多，光降解的催化作用就越大。体现出改性纺粘非织造材料作为环境友好型材料的功能和特征。
发明的效果
1、本发明由于采用以碳酸钙为主体，配以总重量的1％钛酸酯作为复合偶联剂，充分混合，再实施表面活化处理而制成的无机粉体改性材料与聚丙烯PP切片按配比经均匀共混、挤压、纺丝、牵伸、热轧而成，因此不仅用其制成的产品使用后可较快地光氧化降解，并被环境消纳，没有环境污染，节省石油资源，降低成本，而且断裂、撕破强力性能指标提高，质量高。
2、本发明不仅工艺合理，而且操作简单、效果好，利于广泛推广。
附图说明：
1、图1为光降解对结晶度和力学性能影响的示意图。
2、图2为自然光降解时间对加入无机粉体前后聚丙烯纺粘非织造布断裂强力保留率影响的示意图。
具体实施方式
实施例1：
首先以碳酸钙为主体，配以总重量的1％钛酸酯作为复合偶联剂，充分混合，再实施表面活化处理而制成无机粉体改性材料备用，再取无机粉体改性材料100千克，牌号是S900、熔融指数是30、兰州石化公司生产的聚丙烯PP切片900千克，加入混料机中，均匀混合后的加速降解聚丙烯纺粘非织造材料物料倒入料仓，由吸嘴输入螺杆挤压机；先进入螺杆挤压机的进料段预热，进料段的温度为195±10℃，使切片基本保持原状，预热后进入熔融段压实物料，使该段的固体物料转变为熔融物料。物料在螺杆强大剪切、压缩作用下，产生摩擦热，加上机筒传递的热量，足以使物料在压缩最后阶段基本熔融。熔融段的温度由210±10℃区到220±10℃区，再到235±10℃再到225±10℃，从而足以使物料在压缩最后阶段熔融，最后进入计量段由计量泵将熔融的物料定量、稳压挤出，进一步加强熔融，计量段的温度为210±10℃；挤压后的熔融物料进入纺丝箱进行最后一次过滤，混合均匀后分配到每一个采用的德国卡尔菲休的喷丝板，单独的整条矩形喷丝板，喷丝板纺丝孔数在10000孔/m以上，利用一条窄缝进行牵伸，成网均匀，布面均匀度很好的喷丝板的喷丝孔 中，形成均匀的细流，纺丝箱内的熔体压力控制为6～10MPa，温度为225±10℃；同时启动纺丝箱的冷却***，从纺丝箱内的熔体两面向上述细流吹风冷却，利用一条窄缝进行成网均匀的负压牵伸，借助气流或机械作用以一定的速度拉伸变细，形成纤维后铺成纤维网，然后加固成非织造材料。纺粘法非织造布具有很好的物理机械性质，冷却风的风速设定在2m/s，风温为8-20℃；牵伸后的纺丝再由热轧机的双辊热轧加固成加速降解聚丙烯改性纺粘非织造材料，上辊温度高于聚丙烯熔点5℃，下辊温度低于聚丙烯熔点7℃，热轧机线速度83.8m/min，卷绕线速度85.1m/min；生产过程中，必须合理设定轧辊温度，当光辊温度高于花辊的温度的时候，很容易发生缠辊现象。因此，在生产低克重的产品时，一般使刻花辊的温度稍高于光辊的温度，既降低了缠辊的几率又改善了产品手感。另外，在生产薄克重产品时，轧机线压力不宜设得太高，因为过高的线压力不仅不利于产品中间部位的粘合，而且很容易造成轧点的磨损，并且导致产品粘连轧辊。
实施例2：
首先以碳酸钙为主体，配以总重量的1％钛酸酯作为复合偶联剂，充分混合，再实施表面活化处理而制成无机粉体改性材料备用，再取无机粉体改性材料300千克，牌号是S900、熔融指数是30、兰州石化公司生产的聚丙烯PP切片700千克，加入混料机中，均匀混合后的加速降解聚丙烯纺粘非织造材料物料倒入料仓，由吸嘴输入螺杆挤压机；先进入螺杆挤压机的进料段预热，进料段的温度为195±10℃，使切片基本保持原状，预热后进入熔融段压实物料，使该段的固体物料转变为熔融物料。物料在螺杆强大剪切、压缩作用下，产生摩擦热，加上机筒传递的热量，足以使物料在压缩最后阶段基本熔融。熔融段的温度由210±10℃区到220±10℃区，再到235±10℃再到225±10℃，从而足以使物料在压缩最后阶段熔融，最后进入计量段由计量泵将熔融的物料定量、稳压挤出，进一步加强熔融，计量段的温度为210±10℃；挤压后的熔融物料进入纺丝箱进行最后一次过滤，混合均匀后分配到每一个采用的德国卡尔菲休的喷丝板，单独的整条矩形喷丝板，喷丝板纺丝孔数在10000孔/m以上，利用一条窄缝进行牵伸，成网均匀，布面均匀度很好的喷丝板的喷丝孔中，形成均匀的细流，纺丝箱内的熔体压力控制为6～10MPa，温度为225±10℃；同时启动纺丝箱的冷却***，从纺丝箱内的熔体两向上述细流吹风冷却，利用一条 窄缝进行成网均匀的负压牵伸，借助气流或机械作用以一定的速度拉伸变细，形成纤维后铺成纤维网，然后加固成非织造材料。纺粘法非织造布具有很好的物理机械性质，冷却风的风速设定在2m/s，风温为8-20℃；牵伸后的纺丝再由热轧机的双辊热轧加固成加速降解聚丙烯改性纺粘非织造材料，上辊温度高于聚丙烯熔点5℃，下辊温度低于聚丙烯熔点7℃，热轧机线速度83.8m/min，卷绕线速度85.1m/min；生产过程中，必须合理设定轧辊温度，当光辊温度高于花辊的温度的时候，很容易发生缠辊现象。因此，在生产低克重的产品时，一般使刻花辊的温度稍高于光辊的温度，既降低了缠辊的几率又改善了产品手感。另外，在生产薄克重产品时，轧机线压力不宜设得太高，因为过高的线压力不仅不利于产品中间部位的粘合，而且很容易造成轧点的磨损，并且导致产品粘连轧辊。
实施例3：
首先以碳酸钙为主体，配以总重量的1％钛酸酯作为复合偶联剂，充分混合，再实施表面活化处理而制成无机粉体改性材料备用，再取无机粉体改性材料250千克，牌号是S900、熔融指数是30、兰州石化公司生产的聚丙烯PP切片750千克，加入混料机中，均匀混合后的加速降解聚丙烯纺粘非织造材料物科倒入料仓，由吸嘴输入螺杆挤压机；先进入螺杆挤压机的进料段预热，进料段的温度为195±10℃，使切片基本保持原状，预热后进入熔融段压实物料，使该段的固体物料转变为熔融物料。物料在螺杆强大剪切、压缩作用下，产生摩擦热，加上机筒传递的热量，足以使物料在压缩最后阶段基本熔融。熔融段的温度由210±10℃区到220±10℃区，再到235±10℃再到225±10℃，从而足以使物料在压缩最后阶段熔融，最后进入计量段由计量泵将熔融的物料定量、稳压挤出，进一步加强熔融，计量段的温度为210±10℃；挤压后的熔融物料进入纺丝箱进行最后一次过滤，混合均匀后分配到每一个采用的德国卡尔菲休的喷丝板，单独的整条矩形喷丝板，喷丝板纺丝孔数在10000孔/m以上，利用一条窄缝进行牵伸，成网均匀，布面均匀度很好的喷丝板的喷丝孔中，形成均匀的细流，纺丝箱内的熔体压力控制为6～10MPa，温度为225±10℃；同时启动纺丝箱的冷却***，从纺丝箱内的熔体两向上述细流吹风冷却，利用一条窄缝进行成网均匀的负压牵伸，借助气流或机械作用以一定的速度拉伸变细，形成 纤维后铺成纤维网，然后加固成非织造材料。纺粘法非织造布具有很好的物理机械性质，冷却风的风速设定在2m/s，风温为8-20℃；牵伸后的纺丝再由热轧机的双辊热轧加固成加速降解聚丙烯改性纺粘非织造材料，上辊温度高于聚丙烯熔点5℃，下温度低于聚丙烯熔点7℃，热轧机线速度83.8m/min，卷绕线速度85.1m/min；生产过程中，必须合理设定轧辊温度，当光辊温度高于花辊的温度的时候，很容易发生缠辊现象。因此，在生产低克重的产品时，一般使刻花辊的温度稍高于光辊的温度，既降低了缠辊的几率又改善了产品手感。另外，在生产薄克重产品时，轧机线压力不宜设得太高，因为过高的线压力不仅不利于产品中间部位的粘合，而且很容易造成轧点的磨损，并且导致产品粘连轧辊。
Claims (3)
1.一种加速降解聚丙烯纺粘非织造材料，它是以聚丙烯PP切片为原料，以无机粉体改性材料为配料，经均匀共混、挤压、纺丝、牵伸、热轧而成，其特征在于：无机粉体改性材料的重量百分比为10-30％，聚丙烯PP切片的重量百分比为90-70％。
2.根据权利要求1所述的加速降解聚丙烯纺粘非织造材料，其特征在于：所述的无机粉体改性材料是以碳酸钙为主体，配以总重量的1％钛酸酯作为复合偶联剂，充分混合，再实施表面活化处理而制成。
3.根据权利要求1所述的加速降解聚丙烯纺粘非织造材料的加工工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下：
(1)均匀共混：将无机粉体改性材料与聚丙烯PP切片按配比加入混料机中，均匀混合后的加速降解聚丙烯纺粘非织造材料物料倒入料仓，由吸嘴输入螺杆挤压机；
(2)挤压：加速降解聚丙烯纺粘非织造材料原料首先进入螺杆挤压机的进料段预热，进料段的温度为195±10℃，使切片基本保持原状，预热后进入熔融段使固体物料转变为熔融物料，熔融段的温度由210±10℃区到220±10℃区，再到235±10℃再到225±10℃，从而足以使物料在压缩最后阶段熔融，最后进入计量段由计量泵将熔融的物料定量、稳压挤出，计量段的温度为210±10℃；
(3)纺丝：上述挤压后的熔融物料进入纺丝箱进行最后一次过滤，混合均匀后分配到每一个喷丝板的喷丝孔中，形成均匀的细流，纺丝箱内的熔体压力控制为6～10MPa，温度为225±10℃；
(4)牵伸：启动纺丝箱的冷却***，从纺丝箱内的熔体两面向上述细流吹风冷却，利用一条窄缝进行成网均匀的负压牵伸，冷却风的风速设定在2m/s，风温为8-20℃；
(5)热轧：牵伸后的纺丝再由热轧机的双辊热轧加固成加速降解聚丙烯改性纺粘非织造材料，上辊温度高于聚丙烯熔点5℃，下辊温度低于聚丙烯熔点7℃，热轧机线速度83.8m/min，卷绕线速度85.1m/min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20110608 |