CN111548566A - 一种熔喷聚丙烯材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种熔喷聚丙烯材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种熔喷聚丙烯材料及其制备方法和应用，由以下组分组成：熔喷聚丙烯65‑80份，低等规度聚丙烯20‑35份，硬脂酸盐2‑3份。本发明将低等规度聚丙烯LMPP与熔喷聚丙烯共混，可有效改善熔喷无纺布的手感，制备得到的熔喷无纺布具有柔和手感，且具有高强力、高韧性等优点，同时可提升熔喷无纺布的颗粒过滤效率和空气透气性，这种材料在制备要求完美贴合面部的高滤、低阻的女性/儿童口罩中具有广泛的应用前景。

Description

一种熔喷聚丙烯材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种熔喷聚丙烯材料及其制备方法和应用。
背景技术
熔喷无纺布是一次性医用外科口罩、医用N95口罩等产品当中的关键过滤材料，而熔喷无纺布主要以聚丙烯为原材料，经过喂料-熔融挤出-纤维形成-纤维冷却-成网-加固成布等工艺过程制备而成。熔喷形成的纤维直径可以达到1～5微米，其空隙多、结构蓬松、抗褶皱能力好，这些具有独特的毛细结构的超细纤维增加单位面积纤维的数量和表面积，从而使熔喷无纺布具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性。可用于空气、液体过滤材料、隔离材料、吸纳材料、口罩材料、保暖材料、吸油材料及擦拭布等领域。
然而，目前已有的熔喷聚丙烯材料在制备熔喷无纺布的过程中，由于对熔喷无纺布的颗粒过滤效率要求较高（YY0469-2011标准中要求一次性医用外科口罩的BFE达95%以上），在满足高滤效熔喷无纺布的同时，存在熔喷无纺布手感偏硬，布面呈现硬而脆的特性，这将导致其制备的口罩在佩戴过程中，出现布面断裂，口罩难以有效贴合佩戴者面部的情况。并且，针对女性以及儿童而言，由于其脸部面积较小，该问题将更加严峻，这将直接导致口罩在使用过程中无法起到阻隔飞沫、细菌、气凝胶等的作用，威胁到疫情时期人们的生命健康。鉴于此，目前市面上急需一种可制备柔和手感，同时表面硬度较低熔喷无纺布的熔喷聚丙烯材料。
因此研究一种具有柔和手感的熔喷聚丙烯材料具有极佳的工业应用前景。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种具有柔和手感的熔喷聚丙烯材料，由该材料制备的熔喷无纺布具有柔和手感、且具有高强力、高韧性等优点，同时可提升熔喷无纺布的颗粒过滤效率和空气透气性。
本发明的另一目的在于提供上述熔喷聚丙烯材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种熔喷聚丙烯材料，按重量份计，由以下组分组成：
熔喷聚丙烯 65-80份；
低等规度聚丙烯 20-35份；
硬脂酸盐 2-3份。
所述熔喷聚丙烯为熔喷无纺布专用的高流动性聚丙烯树脂，熔融指数在230℃、2.16kg条件下为1400g/10min-1600g/10min，重均分子量为12000-15000g/mol，分子量分布指数PDI为2.5-3.5。
熔喷聚丙烯的分子量越大，要想达到熔指要求，所含的小分子物质会越多，从而会影响熔喷聚丙烯材料的过滤效率，因此，优选的，所述熔喷聚丙烯的重均分子量为12500-13500g/mol，分子量分布指数PDI为2.8-3.2。
所述低等规度聚丙烯为茂金属催化合成的聚丙烯树脂，其熔融指数在230℃、2.16kg条件下为600g/10min-900g/10min，平均等规度m值为24%-50%。低等规度聚丙烯具有低结晶性能，可以使熔喷聚丙烯的结晶变慢，从而使制备得到的熔喷无纺布具有较好的柔和手感。低等规度聚丙烯的平均等规度越低，材料的柔软度越高，但平均等规度过低，会影响材料的力学性能，因此，综合考虑，优选的，所述低等规度聚丙烯的平均等规度m值为30%-45%。
本发明的低等规度聚丙烯可通过本领域常规方法制备，也可以通过市购获得。
本发明通过特定量的低等规度聚丙烯（LMPP）和熔喷聚丙烯共混，可有效改善熔喷无纺布的手感，制备得到的熔喷无纺布具有优异的柔软性，且能同时提升熔喷无纺布的颗粒过滤效率和空气透气性。若低等规度聚丙烯加入过多，一方面会降低材料的强度，另一方面可降低熔喷无纺布颗粒过滤效率。
所述硬脂酸盐选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钴、硬脂酸镁、稀土硬脂酸盐中的一种或多种。硬脂酸盐可有效提高材料的结晶度、α晶相比例和晶粒尺寸，进而提高电荷储存性能。
本发明还提供了上述熔喷聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
按比例称量各组分后，将各组分经过高速混合机混合均匀，然后通过双螺杆挤出机在160-180℃下熔融挤出、造粒，干燥后即得到熔喷聚丙烯材料。
本发明还提供了上述熔喷聚丙烯材料在制备空气过滤材料、液体过滤材料、隔离材料、吸纳材料、口罩材料、保暖材料或吸油材料中的应用。
优选的，本发明上述熔喷聚丙烯材料用于制备熔喷无纺布。由本发明上述熔喷聚丙烯材料制备的熔喷无纺布，具有柔和手感，且具有高强力、高韧性等优点，同时可提升熔喷无纺布的颗粒过滤效率和空气透气性，这种材料在制备要求完美贴合面部的高滤、低阻的女性/儿童口罩中具有广泛的应用前景。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明将低等规度聚丙烯LMPP与熔喷聚丙烯共混，利用低等规度聚丙烯LMPP的弹性，以及两者之间的良好相容性，低等规度聚丙烯对不同剪切速率下熔喷聚丙烯的表观粘度影响不大，制备得到的PP/LMPP非织造材料体现出高强和高柔韧性，因此具有柔和手感，由此制备出的口罩可更好的贴合佩戴者面部，可广泛应用于包装和医卫产品领域。
（2）本发明的低等规度聚丙烯LMPP的低结晶性能对熔喷聚丙烯的结晶具有稀释作用，使熔喷聚丙烯的结晶变慢，更容易被充分牵伸，纺丝的固化位置被移向下游，颈状变形也受到抑制，可纺性得到改善。且在高速纺纱速度、在冷却空气出现的条件下纤维直径的波动降低，纤维直径更加均一，制备出的熔喷无纺布表面更光滑，手感更细腻。
（3）本发明的低等规度聚丙烯LMPP容易进入熔喷聚丙烯的非晶相，使非晶相区域范围增加，非晶区与晶区的界面增多，造成驻极处理过程中的捕集电荷的“界面陷阱”增多，因此相同驻极条件后的熔喷无纺布颗粒过滤效率以及70℃热处理24h后的颗粒过滤效率均会有所提升。
（4）本发明提供的熔喷聚丙烯材料中，原料皆为市售常用材料，无特殊化学品，制备过程简单易行，对设备要求低，产品的综合性价比较高，可以根据不同用途制备具有优良过滤性能的一次性医用/防护口罩，具有极佳的工业应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
现对实施例及对比例所用的原材料做如下说明，但不限于这些材料：
熔喷聚丙烯PP1：熔融指数为1500g/10min（测试条件230℃/2.16kg），重均分子量为13000g/mol，分子量分布指数PDI为2.8-3.2；
熔喷聚丙烯PP2：熔融指数为1500g/10min（测试条件230℃/2.16kg），重均分子量为14000g/mol，分子量分布指数PDI为2.5-3.5；
熔喷聚丙烯PP3：熔融指数为1500g/10min（测试条件230℃/2.16kg），重均分子量为17000g/mol，分子量分布指数PDI为2.0-4.0；
低等规度聚丙烯LMPP1：熔融指数为800g/10min（测试条件230℃/2.16kg），平均等规度m值为36%，市售；
低等规度聚丙烯LMPP2：熔融指数为650g/10min（测试条件230℃/2.16kg），平均等规度m值为50%，市售；
聚丙烯：熔融指数为800g/10min（测试条件230℃/2.16kg），平均等规度m值为99.9%，市售；
硬脂酸盐：硬脂酸镁，市售。
相关性能的测试标准或方法如下：
克重测试标准FZ/T 60003；
横/纵向断裂强力及断裂伸长率测试标准FZ/T 60005；
空气透气性测试标准GB/T 5453-1997；
柔软度测试标准GB/T 8942-2016；
颗粒过滤效率测试标准YY0469-2011。
实施例与对比例：
按表1的配比，按比例称量各组分后，将各组分经过高速混合机混合均匀，然后通过双螺杆挤出机在160~180℃下熔融挤出，造粒，干燥后即得到熔喷聚丙烯材料；
对实施例和对比例制备得到的熔喷聚丙烯粒料加入螺杆挤出机中熔融挤出，再经过料路、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，并在高速热空气的作用下牵伸细化成纤维，然后纤维无规则的沉积到网帘上形成熔喷无纺布，紧接着在线对无纺布进行电晕放电驻极处理，驻极电压30KV，驻极距离6cm，即可制备出聚丙烯熔喷无纺布，熔喷无纺布的测试结果列于表2中。
表1 实施例与对比例的具体配比及性能结果（重量份）
Figure 529125DEST_PATH_IMAGE001
表2 实施例与对比例的具体配比及性能结果（重量份）
Figure 915107DEST_PATH_IMAGE002
从表2可以看出：将对比例1与实施例相比，本发明通过在熔喷聚丙烯加入低等规度聚丙烯LMPP，可有效改善熔喷无纺布的手感，制备得到的熔喷无纺布具有优异的柔软性、高强力和高韧性，且能同时提升熔喷无纺布的颗粒过滤效率和空气透气性。将对比例2与实施例相比，加入过量的低等规度聚丙烯LMPP，虽然其柔软度和断裂伸长率明显提高，但其强度下降，且颗粒过滤效率降低。将对比例3与实施例2进行比较，对比例3中加入其它普通聚丙烯，会影响熔喷无纺布喷丝过程的稳定性，所制备的熔喷无纺布力学性能下降，颗粒过滤效率下降，柔软度较差。由实施例1和对比例4对比可以看出，本发明通过对熔喷聚丙烯性能参数的优化，制备得到的熔喷无纺布的各项性能达到最佳。

Claims (6)

1.一种熔喷聚丙烯材料，其特征在于，按重量份计，由以下组分组成：
熔喷聚丙烯 65-80份；
低等规度聚丙烯 20-35份；
硬脂酸盐 2-3份；
所述熔喷聚丙烯的熔融指数在230℃、2.16kg条件下为1400g/10min-1600g/10min，重均分子量为12000-15000 g/mol，分子量分布指数PDI为2.5-3.5；
所述低等规度聚丙烯为茂金属催化合成的聚丙烯树脂，熔融指数在230℃、2.16kg条件下为600g/10min-900g/10min，平均等规度m值为24%-50%；
所述硬脂酸盐选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钴、硬脂酸镁、稀土硬脂酸盐中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的熔喷聚丙烯材料，其特征在于，所述熔喷聚丙烯的重均分子量为12500-13500 g/mol，分子量分布指数PDI为2.8-3.2。
3.根据权利要求1所述的熔喷聚丙烯材料，其特征在于，所述低等规度聚丙烯的平均等规度m值为30%-45%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的熔喷聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按比例称量各组分后，将各组分经过高速混合机混合均匀，然后通过双螺杆挤出机在160-180℃下熔融挤出、造粒，干燥后即得到熔喷聚丙烯材料。
5.根据权利要求1-3任一项所述的熔喷聚丙烯材料在制备空气过滤材料、液体过滤材料、隔离材料、吸纳材料、口罩材料、保暖材料或吸油材料中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，用于制备熔喷无纺布。
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