CN115613216B

CN115613216B - 一种可降解弹性材料、非织造材料及其制备方法

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Publication number: CN115613216B
Application number: CN202211318723.7A
Authority: CN
Inventors: 吕继发; 徐玉康; 刘佳伟
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2022-10-26
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2042-10-26
Also published as: CN115613216A

Abstract

本发明提供一种可降解弹性材料、非织造材料及其制备方法。其中，可降解弹性材料的制备包括：以PBAT、可熔性TPU和聚乙二醇为原料，通过共混成型方法按比例制备得到。本发明可降解弹性材料的制备方法，通过改性将PBAT颗粒与改性TPU熔融共混来制备可降解弹性材料，使得制备的可降解弹性材料在土壤中或土壤外能快速生物降解，将弹性材料降解为无毒化合物。本发明提供的非织造材料制备方法，通过将熔融的可降解弹性材料聚合物熔体从花瓣形喷丝孔挤出，可以抵消挤出胀大现象，从而使制备非织造材料时纤维拉伸平稳，断头减小，且生产过程纤维均匀，产品拥有较好的机械性能。

Description

一种可降解弹性材料、非织造材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种可降解弹性材料、非织造材料及其制备方法。

背景技术

弹性非织造材料主要应用在卫生材料上，适合应用于口罩、防护服、组织工程材料，膜材料、土工布等土木工程材料以及成人失禁用品、女性卫生用品、纸尿裤等卫生材料，且近几年都在保持着两位数的增长。然而，目前的弹性非织造材料是一种不可降解材料，随意丢弃会造成“白色污染”,破坏生态环境，并且，PP熔喷布的分类回收再利用难度很大,如果采用焚烧能量回收的方式处理，又会产生有毒有害气体。

热塑性聚氨酯(TPU)作为弹性非织造材料的其中一种，由于其独特的链结构和聚集态结构，使其有优异的物理性能和加工性能，也被广泛应用于工农业生产的各个方面，但废弃的聚氨酯最终会被填埋，或者焚烧，但是由于聚氨酯同样不可降解，并且同样存在环境污染问题。随着人们环保意识的增强，可降解弹性熔喷非织造材料受到了更多人的关注，期望制备出可降解的弹性熔喷非织造材料，以减少能源损耗与环境污染。

TPU作为一种可降解的材料，以其优异的性能和广泛的应用，已成为重要的热塑性弹性体材料之一。然而，TPU熔体在流动期间存在很强的可恢复弹性变形，使其在熔喷挤出过程中存在很明显的挤出胀大现象，而挤出胀大现象直接影响着聚合物挤出成型加工制品的尺寸精度、品质和外观，同时如果胀大现象过于严重则可能导致纤维并丝,使熔喷非织造布纤维平均直径增加，平均孔径增大，从而降低产品品质。因此在制备可降解弹性熔喷非织造材料过程中改善这种情况十分重要，不仅利于控制制备工艺的参数，还能够使纤维均匀性好，生产的产品机械性能优良。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种既能够降解、又具有弹性的可降解弹性材料、非织造材料及其制备方法。

一种可降解弹性材料的制备方法，包括：

以PBAT、可熔性TPU和聚乙二醇为原料，通过共混成型方法按比例制备得到。

进一步地，如上所述的制备方法，包括：

(1)改性TPU的制备：以聚乙二醇和可熔性TPU为原料，通过共混成型方法按比例制备改性TPU；

(2)改性PBAT的制备：以PBAT颗粒为原料，将聚乙二醇溶液在一定条件下与PBAT颗粒进行共混搅拌，让聚乙二醇溶液均匀包裹于所述PBAT颗粒表面后冷却定型，形成改性PBAT颗粒；

(3)改性PBAT颗粒与所述改性TPU的熔融共混成型；将步骤(2)的改性PBAT颗粒与改性TPU按比例共混，送入到螺杆挤出机内共混，最终制备得到所述可降解弹性材料。

进一步地，如上所述的制备方法，所述PBAT是熔融指数高于100g/10min的高熔指PBAT。

一种利用如上任一所述方法制备得到的可降解弹性材料。

一种利用如上制备的可降解弹性材料制备非织造材料的方法，包括：

将熔融的可降解弹性材料聚合物熔体通过花瓣形喷丝孔挤出，并以挤出的所述可降解弹性材料作为制备非织造材料的基础。

进一步地，如上所述的方法，所述花瓣形喷丝为六花瓣形喷丝孔。

进一步地，如上所述的方法，还包括：将从所述花瓣形喷丝孔挤出的可降解弹性材料经过熔喷成型工艺获得PBAT弹性纤维熔喷纤网；

将所述PBAT弹性纤维熔喷纤网经加热牵伸装置对其进行多级热牵伸处理，最终制备得到所述非织造材料。

一种利用如上任一所述方法制备得到的非织造材料。

一种人数上所述方法制备得到的非织造材料在制备尿不湿、卫生巾、手术服、覆盖布等方面的应用。

有益效果：

本发明提供的可降解弹性材料、非织造材料及其制备方法，通过改性将PBAT颗粒与改性TPU熔融共混来制备可降解弹性材料，使得制备的可降解弹性材料在土壤中或土壤外能快速生物降解，将弹性材料降解为无毒化合物。

本发明提供的方法，通过将熔体状态的可降解弹性材料的熔体从花瓣形喷丝孔挤出，可以抵消挤出胀大现象，从而使制备非织造材料时纤维拉伸平稳，断头减小，且生产过程纤维均匀，产品拥有较好的机械性能。

附图说明

图1为六花瓣形喷丝孔结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

实施例1：

本实施例提供一种可降解弹性材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)聚乙二醇/可熔性TPU共混溶液的准备：以聚乙二醇和可熔性TPU为原料，通过共混成型方法按比例制备聚乙二醇/TPU共混溶液；其中，聚乙二醇和可熔性TPU的质量比为：(1-2)：(2-4)。

(2)聚乙二醇/聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯共混颗粒的制备：以聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)颗粒为原料，将聚乙二醇与PBAT颗粒进行共混搅拌，共混搅拌的条件为：为80—100摄氏度，外加以惰性气体保护，让聚乙二醇溶液均匀包裹于PBAT颗粒表面后迅速冷却定型，形成聚乙二醇/PBAT共混颗粒；其中，PBAT与聚乙二醇的质量比为：(6-7)： (1-2)。

(3)PBAT共混颗粒与改性TPU的熔融共混成型；将步骤(2)的聚乙二醇/PBAT共混颗粒与改性TPU按比例共混，送入到螺杆挤出机内共混成聚合物熔体，该聚合物熔体即所述可降解弹性材料。其中，PBAT共混颗粒与改性TPU的质量比为：(6-7)：(2-4)。

本实施例所述聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和聚乙二醇用于制备可生物降解添加剂。所用PBAT是熔融指数高于100g/10min的高熔指PBAT；熔融指数越高，其流动性越好,熔体表观黏度受温度、切变速率、切应力的影响就越小；在相同的剪切速率作用下，挤出胀大比随PBAT熔融指数的增加而减小，所以本申请在制备可降解弹性材料时选用高熔融指数熔喷专用PBAT材料，以减少熔喷材料在口模处的挤出胀大，防止纤维并丝，提高熔喷非织造材料的品质。

本发明提供的方法，由于TPU具有弹性，PBAT具有可降解性，聚乙二醇用于促进聚合物的融合。本申请通过将PBAT共混颗粒与改性TPU使用螺杆挤出机，使PBAT和TPU以熔融态形式充分混合，加上聚乙二醇良好的相溶性，使得最终制得的弹性材料由外到内皆具有可降解性与弹性，并且可以充分降解。

采用本发明实施例制备得到的可降解弹性材料可应用于口罩、防护服、组织工程材料，膜材料、土工布等土木工程材料以及成人失禁用品、女性卫生用品、纸尿裤等卫生材料。

实施例2：

本实施例提供一种非织造材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1制备得到的聚合物熔体通过六花瓣形喷丝孔挤出，经过熔喷成型工艺获得PBAT弹性纤维熔喷纤网；图1为六花瓣形喷丝孔结构示意图。

(2)将步骤(1)的PBAT弹性纤维熔喷纤网经加热牵伸装置对其进行多级热牵伸处理，制得一种兼具强度、弹性和生物可降解特性的PBAT/改性TPU非织造材料。

本实施例中熔喷设备的喷丝孔是一种新设计的喷丝孔，喷丝孔的横截面为带有六个圆形花瓣的花形状，喷丝孔均匀分布在喷丝板板体上。聚合物熔体在挤出加工过程中，迫使熔融聚合物通过几何构造的口模流道流动，聚合物材料的流变性质一定会受到流道几何条件的影响，由于熔体具有黏弹性能，挤出物的断面尺寸和形状与挤出口模口型的断面尺寸和形状有差异，六花瓣形喷丝孔利用了挤出胀大本身来改善挤出的聚合物熔体。由于挤出物刚挤出离模时,挤出胀大值较小；随时间的推移，挤出物的胀大值逐渐变大，在一定时间后，挤出胀大会保持一相对恒定值。在喷丝孔的六个圆形花瓣两两相接处，由于这些部分相比六个圆形花瓣的其它部分具有较差的壁面条件和更窄的孔道，聚合物熔体喷出时速度随着孔道的收缩而迅速上升，更高的挤出速度使这些部分的挤出胀大现象比其他部分更加明显，在挤出胀大稳定后恰好能填充孔道收缩部分的熔体，达到“消除”挤出胀大的结果。本发明利用此效应能在聚合物熔体挤出时控制纤维的细度与均匀程度，通过控制挤出工艺的参数(设置熔喷机器的挤出速度为65～90g/10min)，从而提高了聚合物挤出产品质量。

利用本实施例制备得到的非织造材料可广泛用于尿不湿、卫生巾、手术服、覆盖布等产品。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明通过熔喷非织造成型技术结合多级热牵伸工艺制备了一种可生物降解的弹性非织造材料，是一种兼具强度、弹性和可生物降解特性的弹性纤维非织造材料。材料无毒、无臭、方法可靠和生产成本低，具有大规模化应用的优势。

(2)从六花瓣形喷丝孔挤出的聚合物熔体使熔喷过程的纤维能很好地保持均匀，这保证纤维拉伸平稳，断头减小，使得挤出物表面质量良好，拥有较好的机械性能。

(3)本发明克服了现有技术中的非织造布单一材料的缺陷，扩大了非织造布的应用范围：可生物降解的弹性非织造材料一方面可适用于传统熔喷非织造材料的应用领域，可取代传统石油基熔喷非织造材料，如市场上大量使用的PP无纺布；另一方面它凭借优良的力学性能和生物可降解性，能够适应医疗卫生材料和包装材料的要求，可广泛用于尿不湿、卫生巾、手术服、覆盖布等产品。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种可降解弹性材料的制备方法，其特征在于，包括：

以PBAT颗粒、可熔性TPU和聚乙二醇为原料，通过共混成型方法按比例制备得到;

（1）改性TPU的制备：以聚乙二醇和可熔性TPU为原料，通过共混成型方法按比例制备改性TPU；

（2）改性PBAT颗粒的制备：以PBAT颗粒为原料，将聚乙二醇溶液在一定条件下与PBAT颗粒进行共混搅拌，让聚乙二醇溶液均匀包裹于所述PBAT颗粒表面后冷却定型，形成改性PBAT颗粒；所述一定条件为：温度为80℃-100℃，外加以惰性气体保护；

（3）改性PBAT颗粒与所述改性TPU的熔融共混成型;将步骤（2）的改性PBAT颗粒与改性TPU按：（6-7）:（2-4）的质量比例共混，送入到螺杆挤出机内共混，最终制备得到所述可降解弹性材料。

2.根据权利要求1所述的可降解弹性材料的制备方法，其特征在于，所述PBAT颗粒是熔融指数高于100g/10min的高熔指PBAT。

3.一种利用权利要求1-2任一所述方法制备得到的可降解弹性材料。

4.一种利用权利要求3制备的可降解弹性材料制备非织造材料的方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述花瓣形喷丝孔为六花瓣形喷丝孔。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，还包括：将从所述花瓣形喷丝孔挤出的可降解弹性材料经过熔喷成型工艺获得PBAT弹性纤维熔喷纤网；

7.一种利用权利要求4-6任一所述方法制备得到的非织造材料。

8.一种权利要求4-6任一所述方法制备得到的非织造材料在制备尿不湿、卫生巾、手术服、覆盖布方面的应用。