一種聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法
2023-10-17 13:22:14
專利名稱：一種聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法
技術領域：
本發明屬於非織造材料的製備領域，特別是涉及一種聚烯烴微/納米纖維非織造材料的 製備方法。
背景技術：
在眾多的化學纖維新產品中，超細纖維製品以其獨特的性能而風靡國際市場，世界各 大公司競相開發，不斷推出新產品，其市場被日益看好。同時，超細纖維被成功的應用於 非織造材料產品上，令非織造材料的品質得到了很大的提升，拓展了非織造材料的應用領 域。用超細纖維製成的非織造材料具有以下特性①纖維的彎曲剛度很小，手感特別柔軟； ②纖維比表面積大，吸附性增強，去汙力提高，具有極強的清潔過濾功能；③纖維直徑小， 單位面積內纖維根數多，覆蓋性、膨鬆性好，具有突出的防水透氣效果。正是由於超細纖 維賦予非織造材料的卓越特性，使得超細纖維非織造材料在液體或空氣過濾、功能防護服、 合成革、高效清潔材料等方面均有廣泛應用。
聚烯烴是非織造材料中使用最廣泛的原料之一，包括聚丙烯、聚乙烯及其共聚物或共 混物。其紡絲過程相對簡單易控，原料耗和能耗較低，纖維及其非織造材料的品質良好， 因此一直為非織造材料的主要使用原料。隨著超細纖維非織造材料的不斷開發與應用，聚 烯烴超細纖維的開發與應用也在不斷提高。
目前非織造材料中所用超細纖維的製備方法主要有超倍拉伸法、雙組分複合紡絲法、 直接紡絲法等。但是這些方法普遍存在著產量低、設備投資大，並且製備出的纖維細度受 到限制等問題。如超拉伸法的後拉伸工藝控制不穩定、設備產率低、難以適應大規模生產。 雙組分複合紡絲主要包括"定島"和"不定島"兩種"海一島"型紡絲法，"定島"型的紡絲組件 構造複雜、加工難度高、設備投資大；而"不定島"型的難以找到合適的聚合物對，如聚烯 烴尚未找到合適的聚合物對。直接紡絲法中最常用的是靜電紡絲法和熔噴法，但是靜電紡 絲法的效率低，而且主要針對溶液體系；而熔噴法僅獲得微米和超微米尺寸的纖維等。上 述這些問題使得聚烯烴超細纖維非織造材料的研究開發受到很大影響。所以，需要研究開 發高效可控、且環境友好的方法，來開發和製備聚烯烴超細纖維及其非織造材料。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，本 發明高效可控、環境友好，具有高附加值，且易於實現規模化生產，所得聚烯烴微/納米 纖維非織造材料的過濾吸附效果顯著。
本發明的一種聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，包括
(1) 將50-800g高聚物與1200-1950g纖維素酯經烘箱乾燥，共混，經雙螺杆擠出機 熔融紡絲，在300-1200 m/min的巻繞速度下巻繞，形成在纖維素酯基體中呈微/納米尺度分 散的聚烯烴/纖維素酯多組分體系纖維；
(2) 將上述多組分體系纖維中在溶劑中溶解，除去纖維素酯，得到連續熱塑性高聚 物微/納米纖維集合體；
(3) 將上述纖維集合體經梳理機開松梳理、交叉鋪網形成蓬鬆的纖網，再經加固成 型得到非織造材料。
所述的步驟(1)中高聚物為共聚物或共混物，纖維素酯為乙酸丁酸纖維素酯。 所述的步驟(1)中高聚物為聚丙烯、聚乙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯或聚乙烯接枝聚 乙烯醇。
所述的步驟(1)中高聚物在多組分體系纖維中的質量分數為2.5-40%。
所述的步驟(1 )中紡絲條件包括紡絲溫度190-25(TC;噴絲板36x0.3mm或20x0.2mm; 冷卻條件中等環吹風或強環吹風。
所述的步驟(2)中溶劑為丙酮、甲醇或乙醇，加水沉澱後能回收纖維素酯，混合體 系經蒸餾也能回收利用。
所述的歩驟(2)中優選的溶劑為丙酮。
所述的步驟(2)中高聚物微/納米纖維集合體的直徑為50-500nm。 所述的步驟(3)中的梳理機可採用蓋板-羅拉式，縱向針數選擇密區30-35行，稀區 10-15行；縱向針根距選擇密區0.35-0.55mm，稀區0.45-0.75 mm;錫林速度為220-350r/min。
所述的步驟(3)中纖網的加固成型工藝為水刺、針刺或熱壓。
步驟(3)為梳理成網過程，所得到超細纖維在宏觀上表現聚集的形態，但是超細纖 維之間的粘結力較弱，在梳理針布的梳理作用下會發生局部開纖。採用"多點開松，柔和打 擊"的方式，適當增加打擊點，降低打手的速度，減少打擊力，以減少纖維的損傷和纏繞、 降低梳理機的負荷、提高纖網的均勻度。
步驟(4)的纖網加固可以選擇的方式比較多，可選擇水刺、針刺和熱壓等加固工藝。 根據超細纖維的性質和非織造材料的用途， 一般選擇水刺加固工藝。選用水刺加固時，為 了取得良好的纏結效果，關鍵是選取每一道水刺水針板的規格型號，同時合理設置前後水 刺的壓力，既使產品具有良好的物理性能，又能有效降低能源的消耗。
本發明採用一種高效可控、具有普適性、且環境友好的方法所製備聚烯烴微/納米纖
維集合體應用於非織造材料領域，開發了一種新型聚烯烴微/納米纖維非織造材料，本發明 環境友好，具有高附加值並且易於實現規模化生產，所得的聚烯烴微/納米纖維非織造材料 的過濾吸附效果顯著，將在液體和氣體過濾淨化等方面發揮巨大的作用。
有益效果
(1) 本發明高效可控、環境友好，具有高附加值並且易於實現規模化生產；
(2) 所得聚烯烴微/納米纖維非織造材料的過濾吸附效果顯著，將在液體和氣體過濾 淨化等方面發揮巨大的作用。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而 不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定 的範圍。
實施例l
1950克乙酸丁酸纖維素、50克聚丙烯經烘箱乾燥，將二者共混後經雙螺杆紡絲機熔 融紡絲、巻繞獲得聚丙烯/乙酸丁酸纖維素多組分共混纖維。紡絲溫度23CTC;噴絲板
36x0.3mm;冷卻條件強環吹風；巻繞速度1200m/min。多組分共混纖維中的乙酸丁酸 纖維素採用丙酮溶解獲得聚丙烯微/納米纖維集合體，經掃描電鏡觀察納米纖維的直徑範圍 為50-500nm。收集所制的聚丙烯微/納米纖維集合體，經開松梳理成為蓬鬆的纖網，經水 剌加固，即得到聚乙烯微/納米纖維非織造材料。
實施例2
1800克乙酸丁酸纖維素、200克聚乙烯經烘箱乾燥，將二者共混後經雙螺杆紡絲機熔融紡
絲、巻繞獲得聚乙烯/乙酸丁酸纖維素多組分共混纖維。紡絲溫度24(TC;噴絲板 20x0.2mm;冷卻條件強環吹風；巻繞速度500m/min。多組分共混纖維中的乙酸丁酸 纖維素採用丙酮溶解獲得聚乙烯微/納米纖維集合體，經掃描電鏡觀察納米纖維的直徑範圍 為50-500nm。收集所制的聚乙烯微/納米纖維集合體，經開松梳理成為蓬鬆的纖網，經水 刺加固，即得到聚乙烯微/納米纖維非織造材料。
實施例3
1600克乙酸丁酸纖維素、400克聚丙烯經烘箱乾燥，將二者共混後經雙螺杆紡絲機熔 融紡絲、巻繞獲得聚丙烯/乙酸丁酸纖維素多組分共混纖維。紡絲溫度250'C;噴絲板
36x0.3mm;冷卻條件強環吹風；巻繞速度400m/min。多組分共混纖維中的乙酸丁酸 纖維素採用丙酮溶解獲得聚丙烯微/納米纖維集合體，經掃描電鏡觀察納米纖維的直徑範圍 為50-500nm。收集所制的聚丙烯微/納米纖維集合體，經開松梳理成為蓬鬆的纖網，將蓬 松的纖網經過水刺加固，即得到聚烯烴微/納米纖維非織造材料。
實施例4
1200克乙酸丁酸纖維素、800克聚丙烯經烘箱乾燥，將二者共混後經雙螺杆紡絲機熔
融紡絲、巻繞獲得聚丙烯/乙酸丁酸纖維素多組分共混纖維。紡絲溫度250°C;噴絲板
36x0.3mm;冷卻條件強環吹風；巻繞速度300m/min。多組分共混纖維中的乙酸丁酸 纖維素釆用丙酮溶解獲得聚丙烯微/納米纖維集合體，經掃描電鏡觀察納米纖維的直徑範圍 為50-500nm。收集所制的聚丙烯微/納米纖維集合體，經開松梳理成為蓬鬆的纖網，將蓬 松的纖網經過水刺加固，即得到聚烯烴微/納米纖維非織造材料。
實施例5
1800克乙酸丁酸纖維素、200克聚丙烯經烘箱乾燥，將二者共混後經雙螺杆紡絲機熔融紡
絲、巻繞獲得聚丙烯/乙酸丁酸纖維素多組分共混纖維。紡絲溫度25(TC;噴絲板
20x0.2mm;冷卻條件中等環吹風；巻繞速度600m/min。多組分共混纖維中的乙酸丁 酸纖維素採用丙酮溶解即獲得聚丙烯微/米纖維集合體，經掃描電鏡觀察納米纖維的直徑範 圍為50-500nm。收集所製備的聚丙烯微/納米纖維集合體，經開松梳理成為蓬鬆的纖網， 經水刺加固，即得聚烯烴微/納米纖維非織造材料。
實施例6
1800克乙酸丁酸纖維素、200克馬來酸酐接枝聚丙烯經烘箱乾燥，將二者共混後經雙螺杆 紡絲機熔融紡絲、巻繞獲得馬來酸酐接枝聚丙烯/乙酸丁酸纖維素多組分共混纖維。紡絲溫 度240。C;噴絲板20x0,2mm;冷卻條件強環吹風；巻繞速度500m/min。多組分共 混纖維中的乙酸丁酸纖維素採用丙酮溶解即獲得馬來酸酐接枝聚丙烯微/納米纖維集合體， 經掃描電鏡觀察納米纖維直徑範圍為50-500nm。收集所製備的馬來酸酐接枝聚丙烯微/米 纖維集合體，經開松梳理成為蓬鬆的纖網，經水刺加固，即得到馬來酸酐接枝聚丙烯微/ 納米纖維非織造材料。
實施例7
1800克乙酸丁酸纖維素、200克聚丙烯經烘箱乾燥，將二者共混後經雙螺杆紡絲機熔
融紡絲、巻繞獲得聚丙烯/乙酸丁酸纖維素多組分共混纖維。紡絲溫度24(TC;噴絲板
36x0.3mm;冷卻條件強環吹風；巻繞速度600m/min。共混纖維中的乙酸丁酸纖維素 採用丙酮溶解獲得聚丙烯微/納米纖維集合體，經掃描電鏡觀察納米纖維的直徑範圍為 50-500nm。收集所製備的聚丙烯微/納米纖維集合體，經開松梳理成為蓬鬆的纖網，經針刺 加固，即得到聚丙烯微/納米纖維非織造材料。
實施例8
1800克乙酸丁酸纖維素、200克聚乙烯接枝聚乙烯醇經烘箱乾燥，將二者共混後經雙螺杆 紡絲機熔融紡絲、巻繞獲得聚乙烯接枝聚乙烯醇/乙酸丁酸纖維素多組分共混纖維。紡絲溫 度240°C;噴絲板36x0.3mm;冷卻條件中等環吹風；巻繞速度600m/min。共混纖 維中的乙酸丁酸纖維素採用丙酮溶解獲得聚乙烯接枝聚乙烯醇微/納米纖維集合體，經掃描 電鏡觀察納米纖維的直徑範圍為50-500nm。收集所製備的聚乙烯接枝聚乙烯醇微/納米纖 維集合體，經開松梳理成為蓬鬆的纖網，經針刺加固，即得到聚乙烯接枝聚乙烯醇微/納米 纖維非織造材料。
權利要求
1.一種聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，包括(1)將50-800g高聚物與1200-1950g纖維素酯經烘箱乾燥，共混，經雙螺杆擠出機熔融紡絲，在300-1200m/min的卷繞速度下卷繞，形成在纖維素酯基體中呈微/納米尺度分散的聚烯烴/纖維素酯多組分體系纖維；(2)將上述多組分體系纖維中在溶劑中溶解，除去纖維素酯，得到連續熱塑性高聚物微/納米纖維集合體；(3)將上述纖維集合體經梳理機開松梳理、交叉鋪網形成蓬鬆的纖網，再經加固成型得到非織造材料。
2. 根據權利要求1所述的聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，其特徵在於所述 的步驟(1)中高聚物為共聚物或共混物，其在多組分體系纖維中的質量分數為2.5-40%; 纖維素酯為乙酸丁酸纖維素酯。
3. 根據權利要求2所述的聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，其特徵在於所述 的高聚物為聚丙烯、聚乙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯或聚乙烯接枝聚乙烯醇。
4. 根據權利要求1所述的聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，其特徵在於所述的步驟(1)中紡絲條件包括紡絲溫度190-25(TC;噴絲板36x0.3mm或20x.2mm;冷卻條件中等環吹風或強環吹風。
5. 根據權利要求1所述的聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，其特徵在於所述 的步驟(2)中溶劑為丙酮、甲醇或乙醇，加水沉澱後能回收纖維素酯，混合體系經蒸餾也能回收利用。
6. 根據權利要求5所述的聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，其特徵在於所述的溶劑為丙酮。
7. 根據權利要求1所述的聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，其特徵在於所述的步驟(2)中高聚物微/納米纖維集合體的直徑為50 — 500nm。
8. 根據權利要求1所述的聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，其特徵在於所述的步驟(3)中的梳理機採用蓋板-羅拉式，縱向針數選擇密區30 — 35行，稀區10 — 15行； 縱向針根距選擇密區0. 35-0. 55mm，稀區0. 45-0. 75 mm;錫林速度為220-350r/min。
9. 根據權利要求1所述的聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，其特徵在於所述 的步驟(3)中纖網的加固成型工藝為水刺、針刺或熱壓。
全文摘要
本發明涉及一種聚烯烴微/納米纖維非織造材料的製備方法，包括(1)將50-800g高聚物與1200-1950g纖維素酯經烘箱乾燥，共混，經雙螺杆擠出機熔融紡絲，在300-1200m/min的卷繞速度下卷繞，形成在纖維素酯基體中呈微/納米尺度分散的聚烯烴/纖維素酯多組分體系纖維；(2)將上述多組分體系纖維中在丙酮溶劑中溶解，除去纖維素酯，得到熱塑性高聚物微/納米纖維集合體；(3)將上述纖維集合體經梳理機開松梳理、交叉鋪網形成蓬鬆的纖網，再經加固成型得到非織造材料。本發明具有高效可控、環境友好、高附加值並且易於實現規模化生產的特點。
文檔編號D04H1/4258GK101338456SQ20081004153
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月8日 優先權日2008年8月8日
發明者曹振博, 王華平, 茹 肖, 顧莉琴 申請人:東華大學