聚丙烯膜裂纖維及制備方法以及由其制備的空氣過濾材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚丙烯膜裂纖維及其制備方法，所述的聚丙烯膜裂纖維主要由PP顆粒料、POE顆粒料、增容劑、改性納米粉體、抗氧劑和光穩(wěn)定劑等原料制備而成。本發(fā)明先用超支化聚合物表面接枝改性納米粉體，再依次制備薄膜母粒和改性薄膜料，然后將雙層或三層薄膜料共擠制成復(fù)合薄膜，并經(jīng)過多輥拉伸、紅外烘箱加熱、機(jī)械膜裂開纖和熱定型等工藝制成聚丙烯膜裂纖維，所制備的膜裂纖維原纖化程度、斷裂強(qiáng)度和初始模量較高，具有大孔徑多通道的蓬松結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的聚丙烯膜裂纖維作為基體材料制作空氣過濾材料，能達(dá)到高效低阻的效果。
【專利說明】
聚丙烯膜裂纖維及制備方法以及由其制備的空氣過濾材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及熱塑性聚烯烴纖維領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度、原纖化程度高且能進(jìn) 行靜電駐極處理的熱塑性聚丙烯膜裂纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 纖維非織造材料的制造工序分為制備纖維、成網(wǎng)、粘合、熱定型、后整理及包裝等6 個(gè)過程，生產(chǎn)工藝包括干法、濕法、紡絡(luò)法、針刺法、縫編法、紡粘法、熔噴法、膜裂法和靜電 紡絲法等。其中，干法工藝所生產(chǎn)的非織造材料易產(chǎn)生靜電荷集聚，不耐堿;濕法工藝耗水 量大，品種變換可能性?。患徑j(luò)法工藝所生產(chǎn)的非織造材料無法降解，易對環(huán)境造成污染； 針刺法工藝所生產(chǎn)的非織造材料其缺陷為缺乏韌度，產(chǎn)品易斷裂;縫編法工藝的缺陷為原 材料消耗大，生產(chǎn)成本高；紡粘法生產(chǎn)的產(chǎn)品伸長率大、拉伸強(qiáng)力低、尺寸不穩(wěn)定，易變形； 靜電紡絲法，無論是溶液靜電紡還是熔體靜電紡都存在生產(chǎn)效率和產(chǎn)率較低、工藝條件難 以控制等問題;熔噴法制備的纖網(wǎng)堆積密實(shí)，用作過濾材料雖然過濾效率較高，但氣流阻力 較大。
[0003] 膜裂法制備纖維是加工合成纖維的一種新工藝、新技術(shù)，它是利用薄膜經(jīng)高倍拉 伸后，分子取向平衡排列，軸向的強(qiáng)力升高，煒向的強(qiáng)力降至極限，會(huì)自行劈裂成纖維的內(nèi) 在特性，將聚合物先熔融擠出多道縱向熱拉伸制成薄膜，然后經(jīng)機(jī)械加工或化學(xué)方法處理 制得的纖維一種方法。這種新工藝具有對原材料要求不高、密度輕、拉伸強(qiáng)度高、生產(chǎn)工藝 流程簡短、設(shè)備投資較少、產(chǎn)品規(guī)格在一定程度可調(diào)整、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在工 業(yè)領(lǐng)域，如制造地毯(面毯和底布）、繩索、漁網(wǎng)、粗縫紉線、無紡織布、包裝袋布、家具布、人 造草坪、水壩、建筑用增強(qiáng)材料以及水過濾材料和空氣過濾材料等。
[0004] 膜裂法制備的纖維呈現(xiàn)扁平狀，長徑比通常大于5:1，纖維直徑呈現(xiàn)正態(tài)分布，既 含有大量原纖化程度高的超細(xì)纖維，也存在少量一定直徑分布的"大尺寸纖維"。當(dāng)應(yīng)用于 空氣過濾材料中，其高原纖化程度的超細(xì)纖維可作為主體過濾纖維，超細(xì)纖維比表面積大， 吸附能力強(qiáng)，較粗的纖維作為骨架支撐纖網(wǎng)，使纖網(wǎng)具有一定的厚度，形成大孔徑和多通 道，結(jié)構(gòu)蓬松，從而保證了較高過濾效率和容塵量的同時(shí)能減少過濾阻力的特性，如果進(jìn)一 步對空氣過濾材料進(jìn)行極化駐極處理，能夠進(jìn)一步地提高其過濾材料，具有非常廣泛的實(shí) 際應(yīng)用價(jià)值。
[0005] 由于聚丙烯材料為高結(jié)晶性材料，用其制備的薄膜韌性差，斷裂伸長率低，拉伸斷 裂現(xiàn)象顯著，在開纖時(shí)容易產(chǎn)生毛絲、斷絲，甚至不能連續(xù)開纖，很難制備出較薄的薄膜和 超細(xì)纖維，因此需要對其進(jìn)行增韌改性，并促進(jìn)其原纖化。常用的增韌改性方法如添加無機(jī) 粉體、聚乙烯或者其他聚合物彈性體，這些增韌改性方法很難在改善纖維強(qiáng)度、韌性和加工 工藝條件的同時(shí)，提高聚丙烯纖維的原纖化程度，所制備的膜裂纖維纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)密實(shí)，作為空 氣過濾材料，氣流阻力大，無法達(dá)到高效低阻的效果。傳統(tǒng)膜裂法工藝制備的膜裂纖維存在 纖維產(chǎn)品細(xì)度的均勻性和穩(wěn)定性較差，原纖化程度較低，同時(shí)原纖化過程易起毛、斷裂和纏 繞輥等缺陷。因此，需要開發(fā)一種力學(xué)性能好且原纖化程度高的聚丙烯膜裂纖維，作為過濾 材料，在保證高效率吸附的前提下，將過濾阻力降到最低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有的聚丙烯膜裂纖維及其駐極體無紡空氣過濾材料存在的問題，本發(fā)明提 供一種原纖化程度高，強(qiáng)度較高，且具有大孔徑多通道的蓬松結(jié)構(gòu)的聚丙烯膜裂纖維及其 制備方法，并將其用于制備空氣過濾材料，達(dá)到高效低阻的效果。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種聚丙烯膜裂纖維的制備方法，包括以下步驟：
[0009] (1)超支化聚合物表面接枝改性納米粉體；
[0010] (2)膜母粒的制備：
[0011] A層薄膜母粒:PP顆粒料100份、Ρ0Ε顆粒25~75份、增容劑0.5~3.5份、改性納米粉 體10~25份、抗氧劑0.5~1.5份、光穩(wěn)定劑0.15~0.5份，將上述各成份在高混機(jī)中低速充 分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠出、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到A層薄膜母粒；
[0012] B層薄膜母粒:Ρ0Ε顆粒料100份、改性納米粉體10~20份、抗氧劑0.2~1.0份、光穩(wěn) 定劑0.05~0.5份，將上述各成份在高混機(jī)中低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑 化、擠出、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到B層薄膜母粒；
[0013] (3)改性薄膜料的制備：
[0014] A層改性薄膜料:將PP顆粒料100份和A層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均勻， 備用；
[0015] B層改性薄膜料：將Ρ0Ε顆粒料100份和B層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均 勻，備用；
[0016] (4)膜裂纖維的制備：
[0017] 首先將A層改性薄膜料與B層改性薄膜料分別在單螺桿擠出機(jī)中熔融塑化，然后依 次通過計(jì)量栗、過濾器和熔體分配器將兩種改性薄膜料按一定質(zhì)量比共擠制備復(fù)合薄膜， 再依次經(jīng)過冷卻、分切成條、第一次多輥熱拉伸、紅外烘箱加熱、第二次多輥熱拉伸、機(jī)械膜 裂開纖、熱定型制成聚丙烯膜裂纖維。
[0018] 所述步驟(1)中超支化聚合物包括超支化聚酯樹脂、超支化聚酰胺樹脂、超支化聚 醚或超支化聚氨酯樹脂;優(yōu)選超支化聚酯樹脂。
[0019] 所述步驟（1)中納米粉體包括納米二氧化鈦、納米二氧化娃和納米電氣石粉中的 至少一種;優(yōu)選納米二氧化娃，粒徑為20~30nm，比表面積為220~400m 2/g。
[0020] 所述步驟(2)中PP顆粒料是熔融指數(shù)為0.5~7.0g/10min，等規(guī)度大于95%的PP顆 粒料;優(yōu)選熔融指數(shù)為3.0~5.0g/10min，等規(guī)度為96~98 %的PP顆粒料。
[0021] 所述步驟(2)中Ρ0Ε顆粒料包括乙烯與丁烯共聚物或乙烯與辛烯共聚物，乙烯含量 為10~30%，熔融指數(shù)為0.5~8.0g/10min;優(yōu)選乙烯與辛烯共聚物，乙烯含量為10~20%， 恪融指數(shù)為4.0~6.0g/10min。
[0022] 所述步驟（2)中增容劑包括 PP-g-GMA、PP-g-GMA/St、PP-g-MAH、P0E-g-MAH、P0E-g-PMAH 或 P0E-g-GMA;優(yōu)選 PP-g-GMA/St 和 PP-g-MAH。
[0023] 所述步驟(2)中抗氧劑包括受阻酚類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑或硫代類抗氧劑 中的至少一種;優(yōu)選受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯類抗氧劑或硫代類抗氧劑復(fù)配使用。
[0024] 所述步驟(2)中光穩(wěn)定劑包括受阻胺類光穩(wěn)定劑、二苯甲酮類光穩(wěn)定劑或苯并三 唑類光穩(wěn)定劑中的至少一種。
[0025] 所述步驟(4)中A層改性薄膜料與B層改性薄膜料的質(zhì)量比為70: 30~90:10;優(yōu)選 80:20~85:15。
[0026]所述步驟(4)中復(fù)合薄膜可為AB雙層膜結(jié)構(gòu)或BAB三層膜結(jié)構(gòu)；優(yōu)選BAB三層膜結(jié) 構(gòu)。
[0027]所述步驟(4)中復(fù)合薄膜厚度為15~300μηι。
[0028] 所述步驟(4)中多輥熱拉伸溫度為100~125°C，第一個(gè)輥筒的線速度為5~50m/ min，拉伸倍數(shù)為1.5~8;優(yōu)選第一次拉伸倍數(shù)為4~6,第二次拉伸倍數(shù)為1.5~3。
[0029] 所述步驟(4)中機(jī)械膜裂開纖使用針輥的針密度為30~120針/cm，針輥線速度為 第一個(gè)輥筒線速度的10~20倍;優(yōu)選針密度60~80針/cm。
[0030] 所述步驟(4)中機(jī)械膜裂開纖使用針輥的所有針與薄膜運(yùn)行方向的夾角為50~ 85° ;優(yōu)選60~70°。
[0031] 所述步驟(4)中熱定型溫度為90~125°C;優(yōu)選105~115°C。
[0032]本發(fā)明還提供由上述方法制備的聚丙烯膜裂纖維或包括該聚丙烯膜裂纖維制備 的駐極體空氣過濾材料。
[0033]本發(fā)明中增容劑PP-g-GMA表示甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝聚丙烯，PP-g-GMA/St 表示甲基丙烯酸縮水甘油酯/苯乙烯多單體接枝聚丙烯，PP-g-MAH表示馬來酸酐接枝聚丙 烯、POE-g-MAH表示馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體、POE-g-PMAH表示聚馬來酸酐接枝聚烯烴彈 性體、POE-g-GMA表示甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝聚烯烴彈性體。
[0034]本發(fā)明的有益效果：
[0035]本發(fā)明聚丙烯膜裂纖維的制備過程中添加了改性納米粉體和Ρ0Ε顆粒料，經(jīng)超支 化聚合物改性的納米粉體不僅在聚丙烯基材中具有較好的分散性和相容性，還能在一定程 度上增容PP和Ρ0Ε，從而提高了聚丙烯纖維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和初始模量;Ρ0Ε顆粒中 結(jié)晶性的乙烯鏈段與聚丙烯有很好的相容性，在PP基體中易得到較小的分散相粒徑和較窄 的粒徑分布，進(jìn)一步提高了纖維的強(qiáng)度和斷裂伸長率，并且促進(jìn)了纖維原纖化。此外，在制 備復(fù)合薄膜的過程中，B層薄膜料的Ρ0Ε基材在多輥熱拉伸階段出現(xiàn)軟化，經(jīng)膜裂開纖后更 容易出現(xiàn)原纖化現(xiàn)象。本發(fā)明所制備的膜裂纖維斷裂強(qiáng)度高、斷裂伸長率和原纖化程度大， 膜裂纖維中不僅含有原纖化程度很高的超細(xì)纖維，還含有直徑分布較廣的大纖維，較粗的 纖維可以作為骨架纖維支撐纖網(wǎng)，保證纖網(wǎng)有一定的厚度和強(qiáng)度，形成大孔徑、多通道的蓬 松結(jié)構(gòu)，用其制備空氣過濾材料時(shí)，在提高過濾效率的同時(shí)不降低透氣性，從而達(dá)到了高效 低阻的效果。
【附圖說明】
[0036] 圖1是實(shí)施例5的SEM圖
[0037]圖2是常規(guī)空氣過濾材料的SEM圖 具體實(shí)施例 [0038] 實(shí)施例1
[0039] 按以下步驟制備本實(shí)施例聚丙烯膜裂纖維：
[0040] (1)用超支化聚氨酯樹脂表面改性納米二氧化硅粉體，得到改性納米二氧化硅；
[0041 ] (2)膜母粒的制備：
[0042] A層薄膜母粒:PP顆粒料100份、Ρ0Ε顆粒25份、增容劑PP-g-MAH 0.5份、改性納米二 氧化硅10份、抗氧劑1010 0.4份、抗氧劑168 0.1份、光穩(wěn)定劑GW-540 0.15份，將上述各成 份在高混機(jī)中低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠出、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥 得到A層薄膜母粒；
[0043] B層薄膜母粒:Ρ0Ε顆粒料100份、改性納米二氧化娃10份、抗氧劑IrganoxlOlO 0.2 份、光穩(wěn)定劑GW-540 0.05份，將上述各成份在高混機(jī)中低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出 機(jī)熔融塑化、擠出、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到B層薄膜母粒；
[0044] (3)改性薄膜料的制備：
[0045] A層改性薄膜料:將PP顆粒料100份和A層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均勻， 備用；
[0046] B層改性薄膜料:將Ρ0Ε顆粒料100份和B層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均 勻，備用；
[0047] (4)膜裂纖維的制備：
[0048] a)首先將A層改性薄膜料與B層改性薄膜料分別在單螺桿擠出機(jī)中熔融塑化，然后 依次通過計(jì)量栗、過濾器和熔體分配器將兩種改性薄膜料按質(zhì)量比70:30經(jīng)共擠流延制備 成厚度為300M1的AB雙層復(fù)合薄膜，再依次經(jīng)過冷卻、分切成條；
[0049] b)將上述切條的薄膜在溫度為100°C的輥熱拉伸，第一個(gè)輥筒的線速度為5m/min， 拉伸倍數(shù)為8倍，再經(jīng)紅外烘箱加熱，然后在溫度為100°C下進(jìn)行第二次多輥熱拉伸，拉伸倍 數(shù)為2倍；
[0050] C)將上述拉伸后的薄膜經(jīng)針密度為30針/cm，線速度為第一個(gè)輥筒線速度20倍的 針輥進(jìn)行機(jī)械膜裂開纖，針與薄膜運(yùn)行方向的夾角為50°，然后在90°C下熱定型制成聚丙烯 膜裂纖維。
[0051 ] 實(shí)施例2
[0052] (1)用超支化聚醚樹脂表面改性納米二氧化鈦和納米電氣石粉體，得到改性納米 二氧化鈦和納米電氣石；
[0053] (2)膜母粒的制備：
[0054] A層薄膜母粒:PP顆粒料100份、Ρ0Ε顆粒45份、增容劑POE-g-MAH 1.5份、改性納米 二氧化鈦10份、改性納米電氣石粉10份、抗氧劑1076 0.8份、抗氧劑1035 0.2份、光穩(wěn)定劑 770 0.3份，將上述各成份在高混機(jī)中低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠出、 水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到A層薄膜母粒；
[0055] B層薄膜母粒:Ρ0Ε顆粒料100份、改性納米二氧化鈦10份、抗氧劑1076 0.4份、光穩(wěn) 定劑770 0.4份，將上述各成份在高混機(jī)中低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、 擠出、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到B層薄膜母粒；
[0056] (3)改性薄膜料的制備：
[0057] A層改性薄膜料:將PP顆粒料100份和A層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均勻， 備用；
[0058] B層改性薄膜料：將POE顆粒料100份和B層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均 勻，備用；
[0059] (4)膜裂纖維的制備：
[0060] a)首先將A層改性薄膜料與B層改性薄膜料分別在單螺桿擠出機(jī)中熔融塑化，然后 依次通過計(jì)量栗、過濾器和熔體分配器將兩種改性薄膜料按質(zhì)量比90:10經(jīng)共擠制備成厚 度為150μπι的AB雙層復(fù)合薄膜，再依次經(jīng)過冷卻、分切成條；
[0061] b)將上述切條的薄膜在溫度為110°C下多輥熱拉伸，第一個(gè)輥筒的線速度為35m/ min，拉伸倍數(shù)為6倍，再經(jīng)紅外烘箱加熱，然后在溫度為100°C下進(jìn)行第二次多輥熱拉伸，拉 伸倍數(shù)為1.5倍；
[0062] c)將上述拉伸后的薄膜經(jīng)針密度為120針/cm，線速度為第一個(gè)輥筒線速度10倍的 針輥進(jìn)行機(jī)械膜裂開纖，針與薄膜運(yùn)行方向的夾角為85°，然后在100°C下熱定型制成聚丙 烯膜裂纖維。
[0063] 實(shí)施例3
[0064] (1)用超支化聚酰胺樹脂表面改性納米二氧化鈦和納米二氧化硅，得到改性納米 二氧化鈦和納米二氧化娃；
[0065] (2)膜母粒的制備：
[0066] A層薄膜母粒:PP顆粒料100份、Ρ0Ε顆粒75份、增容劑PP-g-GMA 3.5份、改性納米二 氧化鈦5份、改性納米二氧化硅10份、抗氧劑2246 1.2份、抗氧劑626 0.3份、光穩(wěn)定劑944 0.5份，將上述各成份在高混機(jī)中低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠出、水 冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到A層薄膜母粒；
[0067] B層薄膜母粒:Ρ0Ε顆粒料100份、改性納米二氧化鈦5份、改性納米二氧化硅10份、 抗氧劑2246 0.8份、抗氧劑626 0.2份、光穩(wěn)定劑UV-360 0.05份，將上述各成份在高混機(jī)中 低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠出、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到B層薄膜母 粒；
[0068] (3)改性薄膜料的制備：
[0069] A層改性薄膜料:將PP顆粒料100份和A層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均勻， 備用；
[0070] B層改性薄膜料：將Ρ0Ε顆粒料100份和B層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均 勻，備用；
[0071] (4)膜裂纖維的制備：
[0072] a)首先將A層改性薄膜料與B層改性薄膜料分別在單螺桿擠出機(jī)中熔融塑化，然后 依次通過計(jì)量栗、過濾器和熔體分配器將兩種改性薄膜料按質(zhì)量比85:15經(jīng)共擠流延制備 成厚度為30M1的BAB三層復(fù)合薄膜，再依次經(jīng)過冷卻、分切成條；
[0073] b)將上述切條的薄膜在溫度為120°C下多輥熱拉伸，第一個(gè)輥筒的線速度為50m/ min，拉伸倍數(shù)為4倍，再經(jīng)紅外烘箱加熱，然后在溫度為120°C下進(jìn)行第二次多輥熱拉伸，拉 伸倍數(shù)為3倍；
[0074] c)將上述拉伸后的薄膜經(jīng)針密度為60針/cm，線速度為第一個(gè)輥筒線速度16倍的 針輥進(jìn)行機(jī)械膜裂開纖，針與薄膜運(yùn)行方向的夾角為65°，然后在125°C下熱定型制成聚丙 烯膜裂纖維。
[0075] 實(shí)施例4
[0076] (1)用超支化聚酯樹脂表面改性納米二氧化硅和納米電氣石粉體，得到改性納米 電氣石粉體和納米電氣石粉體；
[0077] (2)膜母粒的制備：
[0078] A層薄膜母粒:PP顆粒料100份、Ρ0Ε顆粒50份、增容劑POE-g-GMA 2.0份、改性納米 二氧化硅10份、改性納米電氣石粉體8份、抗氧劑300 0.7份、抗氧劑300 0.2份、抗氧劑641 0.1份、光穩(wěn)定劑622 0.4份，將上述各成份在高混機(jī)中低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī) 熔融塑化、擠出、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到A層薄膜母粒；
[0079] B層薄膜母粒:Ρ0Ε顆粒料100份、改性納米二氧化娃15份、改性納米電氣石粉體5 份、抗氧劑300 0.7份、抗氧劑641 0.1份、光穩(wěn)定劑622 0.3份，將上述各成份在高混機(jī)中低 速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠出、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到B層薄膜母 粒；
[0080] (3)改性薄膜料的制備：
[00811 A層改性薄膜料:將PP顆粒料100份和A層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均勻， 備用；
[0082] B層改性薄膜料：將Ρ0Ε顆粒料100份和B層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均 勻，備用；
[0083] (4)膜裂纖維的制備：
[0084] a)首先將A層改性薄膜料與B層改性薄膜料分別在單螺桿擠出機(jī)中熔融塑化，然后 依次通過計(jì)量栗、過濾器和熔體分配器將兩種改性薄膜料按質(zhì)量比85:15經(jīng)共擠吹塑制備 成厚度為1 5mi的AB雙層復(fù)合薄膜，再依次經(jīng)過冷卻、分切成條；
[0085] b)將上述切條的薄膜在溫度為125°C下多輥熱拉伸，第一個(gè)輥筒的線速度為10m/ min，拉伸倍數(shù)為1.2倍，再經(jīng)紅外烘箱加熱，然后在溫度為125°C下進(jìn)行第二次多輥熱拉伸， 拉伸倍數(shù)為8倍；
[0086] c)將上述拉伸后的薄膜經(jīng)針密度為75針/cm，線速度為第一個(gè)輥筒線速度13倍的 針輥進(jìn)行機(jī)械膜裂開纖，針與薄膜運(yùn)行方向的夾角為75°，然后在110°C下熱定型制成聚丙 烯膜裂纖維。
[0087] 實(shí)施例5
[0088] (1)用超支化聚酯樹脂表面改性納米二氧化硅粉體，得到改性納米二氧化硅粉體；
[0089] (2)膜母粒的制備：
[0090] A層薄膜母粒:PP顆粒料100份、Ρ0Ε顆粒60份、增容劑PP-g-GMA/St 2.0份、改性納 米二氧化硅15份、抗氧劑1065 1.0份、光穩(wěn)定劑UV-5411 0.4份，將上述各成份在高混機(jī)中 低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠出、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到A層薄膜母 粒；
[0091] B層薄膜母粒:Ρ0Ε顆粒料100份、改性納米二氧化硅10份、抗氧劑1065 0.8份、光穩(wěn) 定劑0.3份，將上述各成份在高混機(jī)中低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠出、 水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到B層薄膜母粒；
[0092] (3)改性薄膜料的制備：
[0093] A層改性薄膜料:將PP顆粒料100份和A層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均勻， 備用；
[0094] B層改性薄膜料：將POE顆粒料100份和B層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均 勻，備用；
[0095] (4)膜裂纖維的制備：
[0096] a)首先將A層改性薄膜料與B層改性薄膜料分別在單螺桿擠出機(jī)中熔融塑化，然后 依次通過計(jì)量栗、過濾器和熔體分配器將兩種改性薄膜料按B層:A層:B層的質(zhì)量比為10: 80:10經(jīng)共擠吹塑制備成厚度為20μπι的BAB三層復(fù)合薄膜，再依次經(jīng)過冷卻、分切成條； [0097] b)將上述切條的薄膜在溫度為110°C下多輥熱拉伸，第一個(gè)輥筒的線速度為20m/ min，拉伸倍數(shù)為5倍，再經(jīng)紅外烘箱加熱，然后在溫度為110°C下進(jìn)行第二次多輥熱拉伸，拉 伸倍數(shù)為2倍；
[0098] c)將上述拉伸后的薄膜經(jīng)針密度為75針/cm，線速度為第一個(gè)輥筒線速度16倍的 針輥進(jìn)行機(jī)械膜裂開纖，針與薄膜運(yùn)行方向的夾角為70°，然后在110°C下熱定型制成聚丙 烯膜裂纖維。
[0099] 對比實(shí)施例5'
[0100] 本對比實(shí)施例中納米電氣石粉體不通過超支化改性，其它按實(shí)施例5的步驟和配 方制備聚丙烯膜裂纖維。
[0101] 對比實(shí)施例5〃
[0102] 本對比實(shí)施例不使用Ρ0Ε增韌改性，改用PE增韌改性，將實(shí)施例5中的Ρ0Ε全部改成 PE，其它按實(shí)施例5的步驟和配方制備聚丙烯膜裂纖維。
[0103] 實(shí)施例6
[0104] (1)用超支化聚酯樹脂表面改性納米二氧化硅粉體，得到改性納米二氧化硅粉體；
[0105] (2)膜母粒的制備:PP顆粒料100份、Ρ0Ε顆粒35份、增容劑POE-g-PMAH 1.0份、改性 納米二氧化硅25份、抗氧劑1065 0.8份、光穩(wěn)定劑UV-5411 0.2份，將上述各成份在高混機(jī) 中低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠出、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到薄膜母 粒；
[0106] (3)改性薄膜料的制備:將PP顆粒料100份和上述薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混 合均勻，備用；
[0107] (4)膜裂纖維的制備：
[0108] a)首先將上述改性薄膜料在單螺桿擠出機(jī)中熔融塑化，然后依次通過計(jì)量栗和過 濾器，將改性薄膜料擠吹制備成厚度為20μπι的薄膜，再依次經(jīng)過冷卻、分切成條；
[0109] b)將上述切條的薄膜在溫度為110°C下多輥熱拉伸，第一個(gè)輥筒的線速度為40m/ min，拉伸倍數(shù)為5倍，再經(jīng)紅外烘箱加熱，然后在溫度為110°C下進(jìn)行第二次多輥熱拉伸，拉 伸倍數(shù)為2倍；
[0110] c)將上述拉伸后的薄膜經(jīng)針密度為75針/cm，線速度為第一個(gè)輥筒線速度13倍的 針輥進(jìn)行機(jī)械膜裂開纖，針與薄膜運(yùn)行方向的夾角為75°，然后在110°C下熱定型制成聚丙 烯膜裂纖維。
[0111] 對比實(shí)施例6'
[0112] 本對比實(shí)施例制備方法同實(shí)施例6,其中膜母粒的制備配方中不添加 Ρ0Ε，其它配 方同實(shí)施例6。
[0113] 上述各實(shí)施例中超支化聚合物接枝改性納米粉體方法是:首先通過KH-550或者乙 二胺在納米粉體上引入活性羥基或氨基，以此為反應(yīng)核，與單體分子發(fā)生反應(yīng)，單體分子之 間也會(huì)發(fā)生加成反應(yīng)，得到超支化聚合物接枝改性的納米粉體。其改性方法參考武漢工程 大學(xué)楊亮亮的碩士論文《超細(xì)二氧化硅表面接枝超支化聚合物研究》。
[0114] 將上述各實(shí)施例中制備的聚丙烯膜裂纖維通過集束、張力控制、導(dǎo)絲、蒸汽軟化、 卷曲、熱定型后導(dǎo)入圓盤式或閘刀式纖維切斷機(jī)切成指定長度的膜裂短纖維，短纖維經(jīng)雙 道開松、梳理、鋪網(wǎng)、雙道針刺、熱定型、駐極處理和收卷制備成駐極體無紡布(克重約160g/ m2)，分別用1、2、3、4、5、5-A、5-B、6和6-A表示，并將該駐極體無紡布用于空氣過濾材料中， 然后按照下述測試方法測試聚丙烯膜裂纖維各項(xiàng)性能以及對應(yīng)無紡布的過濾性能，測試結(jié) 果如下表1和表2。
[0115] 聚丙烯膜裂纖維的測試方法：（1)斷裂強(qiáng)度、伸長率和初始模量參照《GB/T19975-2005高強(qiáng)化纖長絲拉伸性能試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)測試，其中兩夾頭隔距為250mm，前伸速度為 250mm/min，預(yù)加張力為5cN;(2)平均直徑：使用光學(xué)顯微鏡自動(dòng)掃描法隨機(jī)測定1000~ 2000根纖維直徑，然后計(jì)算平均值；（3)原纖化指數(shù)參照楊旭紅的《Lyocell纖維原纖化程度 的評價(jià)》中的原纖化指數(shù)主觀評價(jià)法進(jìn)行測定。
[0116] 無紡布空氣過濾材料的測試方法：（1)過濾效率:按照《GB 2626-2006呼吸防護(hù)用 品自吸過濾式防顆粒物呼吸器》中第6.3節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試；（2)氣流阻力：參照《GB 19083-2010醫(yī)用防護(hù)口罩技術(shù)要求》中第5.4節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，其中選用0.3μπι的NaCl顆粒，氣體 流量為30L/min，測試環(huán)境溫濕度分別約為23°C和30 % ;(3)透氣性:參照5453-1997《紡織品 織物透氣性的測試》測試透氣量，壓差選擇l〇〇Pa。
[0117] 表1聚丙烯膜裂纖維的性能參數(shù)
[0119]表2空氣過濾材料的性能參數(shù)
[0121] 從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，納米粉體不經(jīng)過超支化聚合物接枝改性和采用PE增韌 改性所制備的膜裂纖維的斷裂強(qiáng)度、伸長率、初始模量和原纖化指數(shù)均較小，如對比實(shí)施例 5、這是因?yàn)榻?jīng)超支化聚合物改性的納米粉體在聚丙烯基材中的分散性和相容性明顯得到 了提高，并且還能在一定程度上增容PP和Ρ0Ε，提高了纖維的斷裂強(qiáng)度和伸長率，而且改性 后的納米粉體在一定溫度的拉伸工藝下，能夠誘導(dǎo)薄膜和纖維內(nèi)部β晶發(fā)生熔融重結(jié)晶，轉(zhuǎn) 化為α晶，增加了纖維的初始模量。對比實(shí)施例5〃的斷裂強(qiáng)度、伸長率、初始模量和原纖化指 數(shù)明顯低于實(shí)施例5膜裂纖維的性能參數(shù)，而平均直徑卻較大，這是因?yàn)棣?Ε中結(jié)晶性的乙 烯鏈段與ΡΡ有很好的相容性，其表觀切變粘度對溫度的依賴性與ΡΡ相近，具有較強(qiáng)的剪切 敏感性，在ΡΡ基體中易得到較小的分散相粒徑和較窄的粒徑分布，提高了 ΡΡ與Ρ0Ε共混體系 的強(qiáng)度和斷裂伸長率，并制備出超薄薄膜，進(jìn)而能制備出更細(xì)的和原纖化程度更高的膜裂 纖維，如圖1所示，膜裂纖維中不僅含有原纖化程度很高的超細(xì)纖維，還含有直徑較大的大 纖維。
[0122] 從表1中的數(shù)據(jù)還可以看出，本發(fā)明復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)更容易制備出原纖化程度較高 的膜裂纖維，如實(shí)施例6中未采用由Ρ0Ε作為基材制備的Β層薄膜料，所制備的膜裂纖維為單 層薄膜，其原纖化程度較低，而當(dāng)其制備過程中不添加 Ρ0Ε時(shí)，如對比實(shí)施例6、其原纖維程 度更低，這是因?yàn)棣?Ε不僅能夠增韌ΡΡ，還能促進(jìn)ΡΡ纖維原纖化，此外，在多輥熱拉伸階段， Ρ0Ε組分出現(xiàn)軟化，而ΡΡ組分未出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，經(jīng)膜裂開纖后更容易出現(xiàn)原纖化。
[0123] 從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，由本發(fā)明的膜裂纖維制備的空氣過濾材料，其過濾效率 較高、阻力較低、透氣量較大，這是因?yàn)楸景l(fā)明膜裂纖維不僅含有原纖化程度很高的超細(xì)纖 維，還含有直徑分布較廣的大纖維，較粗的纖維可以作為骨架纖維支撐纖網(wǎng)，保證纖網(wǎng)有一 定的厚度和強(qiáng)度，形成大孔徑、多通道的蓬松結(jié)構(gòu)，從而保證了在高效過濾的前提下，過濾 阻力較低，且透氣性較大。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種聚丙烯膜裂纖維的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備超支化聚合物表面接枝改性納米粉體； (2) 膜母粒的制備： A層薄膜母粒:PP顆粒料100份、POE顆粒25~75份、增容劑0.5~3.5份、改性納米粉體10 ~25份、抗氧劑0.5~1.5份、光穩(wěn)定劑0.15~0.5份，將上述各成份在高混機(jī)中低速充分混 合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠出、造粒得到A層薄膜母粒； B層薄膜母粒:POE顆粒料100份、改性納米粉體10~20份、抗氧劑0.2~1.0份、光穩(wěn)定劑 0.05~0.5份，將上述各成份在高混機(jī)中低速充分混合，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化、擠 出、造粒得到B層薄膜母粒； (3) 改性薄膜料的制備： A層改性薄膜料:將PP顆粒料100份和A層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均勻，備 用； B層改性薄膜料:將POE顆粒料100份和B層薄膜母粒20份在高混機(jī)中高速混合均勻，備 用； (4) 膜裂纖維的制備： 首先將A層改性薄膜料與B層改性薄膜料分別在單螺桿擠出機(jī)中熔融塑化，然后依次通 過計(jì)量栗、過濾器和熔體分配器將兩種改性薄膜料按一定質(zhì)量比共擠制備復(fù)合薄膜，再依 次經(jīng)過冷卻、分切成條、第一次多輥熱拉伸、紅外烘箱加熱、第二次多輥熱拉伸、機(jī)械膜裂開 纖、熱定型制成聚丙烯膜裂纖維。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述超支化聚合物 包括超支化聚酯樹脂、超支化聚酰胺樹脂、超支化聚醚或超支化聚氨酯樹脂。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述超支化聚合物 包括超支化聚酯樹脂。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述納米粉體包括 納米二氧化鈦、納米二氧化硅和納米電氣石粉中的至少一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述PP顆粒料是熔 融指數(shù)為〇. 5~7.0g/10min，等規(guī)度大于95 %的PP顆粒料。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述POE顆粒料包 括乙烯與丁烯共聚物或乙烯與辛烯共聚物，乙烯含量為10~30%，熔融指數(shù)為0.5~8.Og/ IOmin07. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述增容劑包括 PP-g-GMA、PP-g-GMA/St、PP-g-MAH、POE-g-MAH、POE-g-PMAH、POE-g-GMA。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述A層改性薄膜 料與B層改性薄膜料的質(zhì)量比為70:30~90:10。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述A層改性薄膜 料與B層改性薄膜料的質(zhì)量比為80:20~85:15。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合薄膜可 為AB雙層膜結(jié)構(gòu)或BAB三層膜結(jié)構(gòu)。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述多輥熱拉伸 溫度為1〇〇~125°(：，第一個(gè)輥筒的線速度為5~5〇111/1^11，拉伸倍數(shù)為1.5~8。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述機(jī)械膜裂開 纖使用針輯的針密度為30~120針/cm〇13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述機(jī)械膜裂開 纖使用針輥的所有針與薄膜運(yùn)行方向的夾角為50~85°。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯膜裂纖維的制備方法，其特征在于，所述熱定型溫度 為 90 ~125°C。15. 聚丙烯膜裂纖維，其特征在于，含權(quán)利要求1~14中任一項(xiàng)所述方法制備的聚丙烯 膜裂纖維。16. 空氣過濾材料，其特征在于，含權(quán)利要求15所述的聚丙烯膜裂纖維。
【文檔編號(hào)】D01F1/10GK105926079SQ201610466043
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】胡樹, 郭輝
【申請人】深圳市新綸科技股份有限公司