CN111472100A - 一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料 - Google Patents

一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料，由聚丙烯，酚类抗氧剂，亚磷酸酯类抗氧剂，受阻胺光稳定剂，吸酸剂和爽滑剂组成，其组分按重量份计为：聚丙烯100份，酚类抗氧剂0.05‑0.08份，亚磷酸酯类抗氧剂0.1‑0.2份，受阻胺光稳定剂0.06‑0.08份，吸酸剂0.05‑0.8份，爽滑剂0.02‑0.04份；本发明的有益效果是：因配方的先进性和螺杆组合的先进性，提高了产能，单位加工成本电耗、水耗以及引发剂消耗均有所降低；产品中大分子（凝胶）量降低，使得等规指数提高；产品在后续工序加工过程中产生凝胶的量大幅度降低，可以大幅度延长后续工序喷丝板的使用周期；实现熔融指数300‑6000g/10min的全系列产品的生产。

Description

一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料
技术领域
本发明属于聚丙烯无纺布技术领域，具体涉及一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料。
背景技术
目前聚丙烯超流动性无纺布原料的制备技术，普遍采用通用型双螺杆设计，因反应条件设计、螺杆组合设计、配方设计的局限，导致聚丙烯超高流动性材料在再加工喷丝过程中，从螺杆加入融化到喷丝板喷出大约十分钟左右的时间内，在250-270°C的温度下发生热氧老化反应，也同时和残留的高聚物产生分子链接枝交联；通过检测表明，重均分子量约2000g/mol的聚丙烯分子，和高聚物发生无序的交联后，分子量常常超过15000g/mol；大分子量的聚丙烯不能顺利的通过微孔的喷丝板，而不断的集聚在喷丝板和喷丝板网带上，形成“凝胶”。“凝胶”的量达到一定程度，带来的直接影响是，喷丝成布后会出现克重不均、slot漏点多、飞花严重等无纺布质量指标下降明显等问题，同时会因喷丝板堵网严重大幅度缩短喷丝板使用周期，不得不停工生产线来处理喷丝板堵塞问题。
克重不均、静水压不稳、slot严重、喷丝板使用周期短等问题，一直是困扰聚丙烯无纺布行业的几大难题。
为了实现对聚丙烯分子逆向接枝交联的有效控制，达到大幅度降低“凝胶”的产生；为此本发明提供一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料，以解决上述背景技术中提出的克重不均、静水压不稳、slot严重、喷丝板使用周期短等问题，一直是困扰聚丙烯无纺布行业的几大难题的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料，由聚丙烯，酚类抗氧剂，亚磷酸酯类抗氧剂，受阻胺光稳定剂，吸酸剂和爽滑剂组成，其组分按重量份计为：聚丙烯100份，酚类抗氧剂0.05-0.08份，亚磷酸酯类抗氧剂0.1-0.2份，受阻胺光稳定剂0.06-0.08份，吸酸剂0.05-0.8份，爽滑剂0.02-0.04份。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述酚类抗氧剂为SONGNOX1010/SONGNOX1076/YFK1010 中的一种或两种组合。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述亚磷酸酯类抗氧剂为SONGNOX1680/YFK168中的一种或两种组合。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述受阻胺光稳定剂为SABOSTAB UV40/Chimassorb2020中的一种或两种组合。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述吸酸剂为硬脂酸钙/硬脂酸锌中的一种或两种组合。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述爽滑剂为微晶石蜡/聚乙烯蜡中的一种或两种组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）因配方的先进性和螺杆组合的先进性，提高了产能，单位加工成本电耗、水耗以及引发剂消耗均有所降低；
（2）产品中大分子（凝胶）量降低，使得等规指数提高；
（3）产品在后续工序加工过程中产生凝胶的量大幅度降低，可以大幅度延长后续工序喷丝板的使用周期；
（4）实现熔融指数300-6000g/10min的全系列产品的生产。
附图说明
图1为本发明的水槽结构示意图；
图2为本发明的活动柱和固定柱连接结构示意图；
图3为本发明的特殊的流道分布图；
图4为本发明的螺杆组合图；
图5为本发明垂直向下机头图；
图中：1、支架；2、进水口；3、溢水口；4、出水口；5、螺杆；6、水槽；7、活动柱；8、固定柱；9、挡块；10、滑块；11、滑槽；12、弹簧；13、固定腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料，由聚丙烯，酚类抗氧剂，亚磷酸酯类抗氧剂，受阻胺光稳定剂，吸酸剂和爽滑剂组成，其组分按重量份计为：聚丙烯100份，酚类抗氧剂0.05-0.08份，亚磷酸酯类抗氧剂0.1-0.2份，受阻胺光稳定剂0.06-0.08份，吸酸剂0.05-0.8份，爽滑剂0.02-0.04份。
酚类抗氧剂为SONGNOX1010/ SONGNOX1076/YFK1010 中的一种或两种组合。
亚磷酸酯类抗氧剂为SONGNOX1680/YFK168中的一种或两种组合。
受阻胺光稳定剂为SABOSTAB UV40/ Chimassorb2020中的一种或两种组合。
吸酸剂为硬脂酸钙/硬脂酸锌中的一种或两种组合。
爽滑剂为微晶石蜡/聚乙烯蜡中的一种或两种组合。
配方设计说明：聚丙烯原料加入一定比例的酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、受阻胺光稳定剂可以有效的控制聚丙烯可控降解过程中的热氧降解的无序性，最佳的配比，可以实现降解后聚丙烯分子的等规指数达到97%，更重要的是适度的抗氧剂和稳定剂残留可以保证后续工序过程中，尽可能少的出现聚丙烯分子和其他残留的高聚物在260-280℃下发生的交联，从而减少产品在后续加工过程中的“凝胶”产生量，吸酸剂和爽滑剂的加入，中和聚丙烯降解后产品的弱酸性，保证后续加工设备的安全长周期运行，保证产品加工后各项指标的稳定性，也适度降低产品加工能耗。
制备超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料所用设备为双螺杆设备，且在双螺杆设备内注入引发剂；其中，
双螺杆设备采用市场通称的“75机”为反应设计基础设备，采用聚丙烯降解的引发剂为101/301/DTBP其中的一种，260℃下半衰期为0.5-2秒；在剪切力辅助下，聚丙烯原料从常温加热到220-270℃需要的时间为10-30秒；尽管引发剂半衰期在2秒内，考虑引发剂和熔融聚丙烯的充分混合需要组合式分段实现，经过大量的实践调整摸索，采用停留时间为110s-150s，以实现最佳的降解反应等规控制和最佳的引发剂效能和机器热效能；满足符合为500-900kg/h和停留时间110s-150s，选择螺杆长径比为48-64，大幅度减少超大聚丙烯分子的残留，实现超低凝胶含量的方法之一；
引发剂注入：引发剂选择为101/301/DTBP其中的一种或几种混合，液态的引发剂通过高压计量泵注射到挤出机的第二一四段，与半熔融状态的聚丙烯混合，实现均匀的混合分散；保证引发剂在第一阶段只混合分散而不能参与反应，挤出机第一段到第五段的实际温度控制在低于190℃。
确保反应过程可控，需要对温度、转数、真空度进行设定，合理实现最佳的可控降解、获得最佳的等规指数，反复的摸索优化，最佳的反应参数为：
温度：1-4段操作温度不高于180℃、第5段190℃、第6段220-250℃、第7-10段220-270℃、第11-16段230-260℃；
主机转速：在喂料频率30-50HZ时对应的主机转数为300-550rpm，最佳的转速是最佳停留时间的保证；
真空度：为了保证产品气味（VOC）指标符合要求、保证超高流动性下出条成型的稳定性，保持-0.07-0.09Mpa的真空度是主要途径，而且必须在运行中持续保持；
最佳的操作参数，在工艺过程中可描述为：特殊配方设计的助剂（热稳定剂、光稳定剂、润滑剂、吸酸剂等）经过预混合后均匀的加入到双螺杆的喂料段，经过第1-4段的输送和预加热，温度逐步达到180℃；此时和喷射进入螺杆内部的引发剂发生混合分散，在特殊设计的螺杆组合下，实现最佳的分散而不发生降解反应；在配合喂料频率的螺杆5转速下，第5-6段实现引发剂和聚丙烯的预反应，这两段的温度一般要求保持在190-250℃且呈递增趋势，以实现最佳的分散和预反应效果；第7-10段为高强度剪切和返混区，此阶段引发剂全部活化衰变，聚丙烯分子在引发剂活化衰变产生的大量活性氧基团的作用下完成n次链中断，分子量从50000 g/mol左右减少到2000g/mol左右；降解后2000g/mol的物质分子式为-[-CH2--CH(CH3)-]-n，仍然是聚丙烯，但因分子缩小了20-30倍，而具备了超高流动性的特性；第11-16段为均匀混合阶段和抽真空段，此阶段温度适度降低10-20℃，以实现最大程度的从熔融聚丙烯中排除反应残留的叔丁基类小分子物质，提高聚丙烯产品的纯度，改善后续工序加工性能；
为了实现最佳的等规指数（可理解为最低的大分子凝胶），操作温度、喂料频率、主机转速、真空度、配方设计和螺杆组合等关键因素的良性协同是必须的。
螺杆5组合：螺杆5组合代码说明：采用国内双螺杆组合最常用的代码表述：如96/96、72/72、56/56 为双头推进元件，第一个数字代表元件长度，第二个数字代表推进效率；45/5/56、60/5/56、90/5/56为啮合元件，第一个数字为齿角度，第二个数字代表齿数，第三个数字代表元件长度；D96/96、D72/72、D56/56代表单头推进元件，前后数字意义和双头元件相同；元件代码后有“左”字，代表是反向元件；从下料口开始，螺纹元件以积木式顺序组合如下：56/56A 56/56 56/56 72/72 72/72 96/96 96/96 96/96 90/5/56 60/5/56 45/5/56 45/5/56 56/56 56/56 56/56左 45/5/56 60/5/56 45/5/56 90/5/56 56/56 56/5690/5/56 90/5/56 90/5/56 90/5/56 56/56 56/56 56/56 左 60/5/56 60/5/56 60/5/5660/5/56 56/56 56/56 56/56 90/5/56 60/5/56 45/5/56 45/5/56 56/56 56/56 56/5690/5/56 60/5/56 45/5/56 45/5/56 56/56 56/56 45/5/56左56/56 56/56 45/5/56左56/56 56/56 72/72 72/72 96/96 96/96 96/96 D56/56 D56/56 D72/72 D96/96 D96/96D96/96。
为了解决熔融指数1500-2000g/10min超高流动性熔体的成型难题，设计了特殊流道设计的垂直向下机头→特殊结构的圆弧引渡水槽→初步成型水槽→低温冷却水槽→高速切粒机的解决方案，率先实现了900kg/h大产能长周期运行。
垂直向下机头：如图5所示；机头喷出的水沿着弧形支架使得顺流而下；
特殊的流道分布：如图3所示，参考衣架式流道设计理念，本机头采用四通道分级分布的流道设计，确保20-30孔出条均匀稳定；
主流道分成两个流道，第三层分成四个通道，起到分流作用；网状为小孔板，有30个左右的小孔，起到均匀分布的作用；
单排孔出条：机头舍弃通用型双排孔出条设计，采用单排孔出条，可以加大出条间距，实现顺利分条，大幅度降低等外品率；
直径2.0-3.0mm 18-30孔出条：采用18-30孔出条，可以实现500-900kg/h的灵活的产能调整；
圆弧水槽：如图1所示，水槽6的底部固定有多个支架1，支架1下设置有缓冲机构，该缓冲机构包括活动柱7、固定柱8和弹簧12，固定柱8的内部开设有固定腔13，活动柱7的一端嵌入固定腔13，另一端伸出固定腔13，并与支架1相连，弹簧12的一端与活动柱7的嵌入端端面连接，另一端与固定腔13的腔底连接，固定腔13的内壁开设有两个相对分布的滑槽11,活动柱7的嵌入端外侧面固定有与滑槽11相匹配的滑块10，且滑槽11的端口处固定有挡块9，使用时活动柱7挤压弹簧12，弹簧12受压后复位，利用弹簧12的往复，一定程度上达到缓冲的效果，多个支架1所用材料为角铁，水槽6上开设有分别与水槽6内部连通的进水口2、溢水口3和出水口4。
均匀厚度的水从圆弧面顶部流下，将机头熔融的树脂条顺流送到圆弧底部，引入到5-8米的预冷却水槽。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料，其特征在于，由聚丙烯，酚类抗氧剂，亚磷酸酯类抗氧剂，受阻胺光稳定剂，吸酸剂和爽滑剂组成，其组分按重量份计为：聚丙烯100份，酚类抗氧剂0.05-0.08份，亚磷酸酯类抗氧剂0.1-0.2份，受阻胺光稳定剂0.06-0.08份，吸酸剂0.05-0.8份，爽滑剂0.02-0.04份。
2.根据权利要求1所述的一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料，其特征在于：所述酚类抗氧剂为SONGNOX1010/ SONGNOX1076/YFK1010 中的一种或两种组合。
3.根据权利要求1所述的一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料，其特征在于：所述亚磷酸酯类抗氧剂为SONGNOX1680/YFK168中的一种或两种组合。
4.根据权利要求1所述的一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料，其特征在于：所述受阻胺光稳定剂为SABOSTAB UV40/ Chimassorb2020中的一种或两种组合。
5.根据权利要求1所述的一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料，其特征在于：所述吸酸剂为硬脂酸钙/硬脂酸锌中的一种或两种组合。
6.根据权利要求1所述的一种超高流动性超低凝胶含量的聚丙烯无纺布材料，其特征在于：所述爽滑剂为微晶石蜡/聚乙烯蜡中的一种或两种组合。
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