CN106245234B - 一种双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料，其特征在于熔喷纤维体中包括聚苯乙烯和聚丙烯两种介电聚合物，所述聚苯乙烯和聚丙烯的质量百分比为：聚丙烯90％～99％，聚苯乙烯1％～10％。本发明所述双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料，由于聚苯乙烯和聚丙烯两者的介电特性，在熔喷加工高速剪切过程中二者间相互摩擦带上大量静电，再经电晕放电处理，纤维体中两聚合物界面空穴陷阱可捕获大量空间电荷而形成耐久驻极材料，对亚微米数量级粉尘颗粒的捕集效率高达99.9％以上，在高效低阻过滤材料中具有广泛的应用前景。

Description

一种双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料
技术领域
本发明涉及非织造材料及其制备，具体为一种聚苯乙烯/聚丙烯双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料，属于环保技术领域。
背景技术
熔喷非织造技术是高效生产和加工产业用纺织品的重要手段，由于技术含量高，应用范围广，市场潜力大的优势，其发展水平已成为衡量一个国家纺织工业综合实力的重要标志之一。熔喷非织造技术自20世纪50年代问世以来得到了快速发展，美国Exxon、3M、德国Freudenberg、日本旭化成、NKK等公司相继开发出自主知识产权的熔喷技术。近些年来，随着社会的不断发展和人们对环境保护意识的不断加强，以及SARS、H1N1、禽流感等全球安全突发性事件诱发下，加速了世界范围内熔喷非织造材料的高速发展。与此同时，我国在熔喷技术及产品应用方面也取得了长足进步，目前已拥有熔喷法非织造材料生产企业50多家，生产线100多条，产能近10万吨，成为世界上熔喷非织造材料第一生产大国。其产品具有工艺流程短、生产效率高、纤维超细、比表面积大、孔隙率高等特点，在医卫防护、高效过滤、保暖隔热、吸音降噪以及电池隔膜等领域具有独特的优势。
在过滤材料领域，传统熔喷非织造过滤材料对空气中粉尘颗粒、有害气体以及微生物等有害物质主要依靠布朗扩散、惯性碰撞等机械作用进行拦截，因此只有当纤维直径较细、滤材纤网密度较高时，才能有效提高捕集效率，但此时材料过滤阻力却明显增加。也就是说，传统熔喷非织造过滤材料在捕获空气中有害物质方面存在一定的局限性。
从上世纪70年代以来，众多科学工作者集思广益，对此技术难题进行了***全面的研究，并取得了一定的科研成果，驻极体纤维便开始逐步进入公众的视野，与传统熔喷非织造过滤材料相比，通过驻极处理后，由于其带有持久静电，极大提高了对亚微米数量级粉尘颗粒的捕集效率，同时表现出了较低的过滤阻力，该技术对熔喷非织造产业结构的转型升级具有积极推动作用。目前，使非织造材料带上持久静电的驻极技术主要包括摩擦带电和电晕放电两种技术。早在2003年，发明人课题组公开了一种驻极体聚丙烯熔喷非织造布及其制造方法(ZL.200310107113)，该发明描述了通过电晕放电法获得驻极体聚丙烯熔喷非织造布的过程，同时针对单一电晕放电驻极技术电荷储存持久性差的问题，提供了一种矿物电气石改性驻极技术，该技术虽然较好的提高了熔喷材料驻极效果和电荷储存特性，但由于电气石纳米粉体容易团聚，工业化加工过程中容易堵塞模头毛细孔而需缩短模头更换周期，加工生产成本明显提高。在该专利技术基础上，很多相关驻极改性技术相继提出，如采用纳米SiO2、纳米POSS等其他无机材料改性等，这些技术也难以避免纳米颗粒团聚问题的发生。还需指出的是，纳米电气石、SiO2、POSS等加入，由于这些材料带有极性基团，容易与空气中的H2O形成氢键，在一定程度上会降低聚丙烯的介电性能，对材料的长期电荷能力存储也会造成一定影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种双介电聚合物共混熔喷纤维非织造材料，所述的双介电聚合物共混熔喷纤维非织造材料采用的原料都是高聚物，不会产生模头毛细孔堵塞现象，极易产业化实施，特别是经电晕放电后，产品的驻极性能显著提升，是一种优异的高效低阻过滤材料，可满足各种防护过滤介质、高效过滤器过滤介质使用。
本发明解决所述的双介电聚合物共混熔喷纤维非织造材料技术问题的技术方案是：设计一种双介电聚合物共混熔喷纤维非织造材料，其特征在于所述熔喷纤维体中包括聚丙烯和聚苯乙烯两种介电聚合物，所述聚丙烯和聚苯乙烯的质量百分比为：聚丙烯90％～99％，聚苯乙烯1％～10％；
所述的双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料，其特征在于所述的聚丙烯和聚苯乙烯均具高介电常数，聚丙烯介电常数范围为1.5～1.8，聚苯乙烯介电常数范围为2.0～3.0；
所述的双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料，其特征在于所述的聚丙烯和聚苯乙烯熔融指数存在高倍差，聚丙烯熔融指数范围为1000g/10min～1200g/10min，聚苯乙烯范围为20g/10min～30g/10min。
本发明所述双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料加工技术是公知熔喷和电晕放电技术，技术成熟，工艺简单，没有使用特殊或专用的设备，易于工业化实施。本发明使用的聚丙烯是低熔点改性聚丙烯树脂，其熔点为：165℃，熔融指数范围为：1000g/10min～1200g/10min，介电常数范围为1.5～1.8，聚苯乙烯熔点为：240℃，熔融指数范围为：20g/10min～30g/10min，介电常数范围为2～3，原料易得，无需特殊改性。
本发明的双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料，组方中设计了适量比例高倍差熔融指数的双介电共混聚合物，并采用适当的工艺方法而制成。本发明双介电聚合物共混的优势在于三方面，一是介电高聚物具有良好的电荷存储特性；二是两者在高速剪切过程中相互摩擦而带电(摩擦驻极)；三是经高倍差熔融指数使得熔喷技术制得的共混纤维体中形成一定的微相界面分离，该微相分离界面存在而使得纤维体中形成空穴而更易捕获电晕放电过程的空间电荷(电晕驻极)而形成双驻极方式的永久驻极体。与纯聚丙烯熔喷驻极纤维非织造材料相比，具有较高的过滤效率和低的过滤阻力，且电荷存储性能更加优异。实验表明，本发明聚苯乙烯/聚丙烯双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达99.9％，过滤阻力小于35Pa；在70℃高温下，经24小时处理后，本发明产品维持较高的过滤效率，对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达97.5％以上。
附图说明
图1为本发明实施例3所述一种双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料的电镜扫描示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1
(1)将介电常数为1.5、熔融指数为1000g/10min、质量百分比90％的聚丙烯与介电常数为2.0、熔融指数为20g/10min、质量百分比10％的聚苯乙烯放入高速搅拌器中高速搅拌混合均匀后，加入到螺杆挤出机中熔融挤出，再经料路、计量泵，进入熔喷模头，熔体在熔喷模头出口处与高速热空气相遇，并在高速热空气作用下牵伸细化，然后沉积于收网帘上形成聚苯乙烯/聚丙烯共混熔喷纤维非织造材料；
其制备工艺为，螺杆挤出机各区温度分别设定为：一区温度160℃，二区温度230℃，三区温度250℃，四区温度260℃，五区温度275℃，六区温度280℃，料路、计量泵、熔喷模头、热空气流四者温度均为280℃；螺杆挤出转速和计量泵转速分别为8.5r/min和7.6r/min；热空气流风压0.2MPa；收网帘线速度20m/min；接收距离20cm。
(2)对上述制得的聚苯乙烯/聚丙烯共混熔喷纤维非织造材料进行在线电晕放电驻极处理，驻极电压10kV，驻极距离2cm，即可制得本发明所述双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料。经测试，该材料对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达96.7％，过滤阻力小于40Pa；在70℃高温下，经24小时处理后，本发明产品维持较高的过滤效率，对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达93.8％以上。
实施例2
(1)将介电常数为1.6、熔融指数为1100g/10min、质量百分比93％的聚丙烯与介电常数为2.5、熔融指数为25g/10min、质量百分比7％的聚苯乙烯放入高速搅拌器中高速搅拌混合均匀后，加入到螺杆挤出机中熔融挤出，再经料路、计量泵，进入熔喷模头，熔体在熔喷模头出口处与高速热空气相遇，并在高速热空气作用下牵伸细化，然后沉积于收网帘上形成聚苯乙烯/聚丙烯共混熔喷纤维非织造材料；
其制备工艺为，螺杆挤出机各区温度分别设定为：一区温度160℃，二区温度230℃，三区温度250℃，四区温度260℃，五区温度273℃，六区温度278℃，料路、计量泵、熔喷模头、热空气流四者温度均为278℃；螺杆挤出转速和计量泵转速分别为8.5r/min和7.6r/min；热空气流风压0.2MPa；收网帘线速度20m/min；接收距离20cm。
(2)对上述制得的聚苯乙烯/聚丙烯共混熔喷纤维非织造材料进行在线电晕放电驻极处理，驻极电压10kV，驻极距离2cm，即可制得本发明所述双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料。经测试，该材料对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达97.9％，过滤阻力小于37Pa；在70℃高温下，经24小时处理后，本发明产品维持较高的过滤效率，对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达94.6％以上。
实施例3
(1)将介电常数为1.7、熔融指数为1100g/10min、质量百分比95％的聚丙烯与介电常数为3.0、熔融指数为25g/10min、质量百分比5％的聚苯乙烯放入高速搅拌器中高速搅拌混合均匀后，加入到螺杆挤出机中熔融挤出，再经料路、计量泵，进入熔喷模头，熔体在熔喷模头出口处与高速热空气相遇，并在高速热空气作用下牵伸细化，然后沉积于收网帘上形成聚苯乙烯/聚丙烯共混熔喷纤维非织造材料；
其制备工艺为，螺杆挤出机各区温度分别设定为：一区温度160℃，二区温度230℃，三区温度250℃，四区温度260℃，五区温度271℃，六区温度276℃，料路、计量泵、熔喷模头、热空气流四者温度均为276℃；螺杆挤出转速和计量泵转速分别为8.5r/min和7.6r/min；热空气流风压0.2MPa；收网帘线速度20m/min；接收距离20cm。
(2)对上述制得的聚苯乙烯/聚丙烯共混熔喷纤维非织造材料进行在线电晕放电驻极处理，驻极电压10kV，驻极距离2cm，即可制得本发明所述双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料。经测试，该材料对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达99.9％，过滤阻力小于35Pa；在70℃高温下，经24小时处理后，本发明产品维持较高的过滤效率，对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达97.5％以上。
实施例4
(1)将介电常数为1.8、熔融指数为1200g/10min、质量百分比97％的聚丙烯与介电常数为3.0、熔融指数为30g/10min、质量百分比3％的聚苯乙烯放入高速搅拌器中高速搅拌混合均匀后，加入到螺杆挤出机中熔融挤出，再经料路、计量泵，进入熔喷模头，熔体在熔喷模头出口处与高速热空气相遇，并在高速热空气作用下牵伸细化，然后沉积于收网帘上形成聚苯乙烯/聚丙烯共混熔喷纤维非织造材料；
其制备工艺为，螺杆挤出机各区温度分别设定为：一区温度160℃，二区温度230℃，三区温度250℃，四区温度260℃，五区温度269℃，六区温度274℃，料路、计量泵、熔喷模头、热空气流四者温度均为274℃；螺杆挤出转速和计量泵转速分别为8.5r/min和7.6r/min；热空气流风压0.2MPa；收网帘线速度20m/min；接收距离20cm。
(2)对上述制得的聚苯乙烯/聚丙烯共混熔喷纤维非织造材料进行在线电晕放电驻极处理，驻极电压10kV，驻极距离2cm，即可制得本发明所述双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料。经测试，该材料对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达98.6％，过滤阻力小于38Pa；在70℃高温下，经24小时处理后，本发明产品维持较高的过滤效率，对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达95.2％以上。
实施例5
(1)将介电常数为1.8、熔融指数为1100g/10min、质量百分比99％的聚丙烯与介电常数为3.0、熔融指数为25g/10min、质量百分比1％的聚苯乙烯放入高速搅拌器中高速搅拌混合均匀后，加入到螺杆挤出机中熔融挤出，再经料路、计量泵，进入熔喷模头，熔体在熔喷模头出口处与高速热空气相遇，并在高速热空气作用下牵伸细化，然后沉积于收网帘上形成聚苯乙烯/聚丙烯共混熔喷纤维非织造材料；
其制备工艺为，螺杆挤出机各区温度分别设定为：一区温度160℃，二区温度230℃，三区温度250℃，四区温度260℃，五区温度267℃，六区温度272℃，料路、计量泵、熔喷模头、热空气流四者温度均为272℃；螺杆挤出转速和计量泵转速分别为8.5r/min和7.6r/min；热空气流风压0.2MPa；收网帘线速度20m/min；接收距离20cm。
(2)对上述制得的聚苯乙烯/聚丙烯共混熔喷纤维非织造材料进行在线电晕放电驻极处理，驻极电压10kV，驻极距离2cm，即可制得本发明所述双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料。经测试，该材料对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达97.5％，过滤阻力小于38Pa；在70℃高温下，经24小时处理后，本发明产品维持较高的过滤效率，对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达94.8％以上。
实施例6
(1)将介电常数为1.7、熔融指数为1100g/10min的聚丙烯加入到螺杆挤出机中熔融挤出，再经料路、计量泵，进入熔喷模头，熔体在熔喷模头出口处与高速热空气相遇，并在高速热空气作用下牵伸细化，然后沉积于收网帘上形成纯聚丙烯熔喷纤维非织造材料；
其制备工艺为，螺杆挤出机各区温度分别设定为：一区温度160℃，二区温度230℃，三区温度250℃，四区温度260℃，五区温度271℃，六区温度276℃，料路、计量泵、熔喷模头、热空气流四者温度均为276℃；螺杆挤出转速和计量泵转速分别为8.5r/min和7.6r/min；热空气流风压0.2MPa；收网帘线速度20m/min；接收距离20cm。
(2)对上述制得的纯聚丙烯熔喷纤维非织造材料进行在线电晕放电驻极处理，驻极电压10kV，驻极距离2cm。经测试，该材料对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率达90.4％，过滤阻力小于42Pa；在70℃高温下，经24小时处理后，本发明产品过滤效率有所降低，对粒径为0.26μm NaCl粒子的过滤效率约为60.5％。

Claims (1)

1.一种双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料，其特征在于所述熔喷纤维中包括聚苯乙烯和聚丙烯两种介电聚合物，所述聚丙烯和聚苯乙烯的质量百分比为：聚丙烯90％～99％，聚苯乙烯1％～10％；
所述的聚丙烯和聚苯乙烯均具高介电常数，聚丙烯介电常数范围为1.5～1.8，聚苯乙烯范围介电常数范围为2.0～3.0；
所述的聚丙烯和聚苯乙烯熔融指数存在高倍差，聚丙烯熔融指数范围为1000g/10min～1200g/10min，聚苯乙烯范围为20g/10min～30g/10min。
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