CN112709004A - 一种超细纤维非织造过滤材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超细纤维非织造过滤材料的制备方法以及采用该方法制备得到的超细纤维非织造过滤材料，本发明借助磁力对超细纤维原始丝进行分裂处理，在超细纤维原始丝行进路线的两侧布置交变电磁场，超细纤维原始丝行进方向上任一位置点两侧的磁场力方向相反，在超细纤维原始丝行进过程中对其进行多点的分裂拉扯，使得超细纤维原始丝可以充分、完全分裂成若干独立的超细纤维结合后续的摔打工艺，可以使得超细纤维的分裂更充分，最终获得的非织造纤维网中超细纤维的成分达到了80％以上，其中，较粗的原始丝纤维提供较高的强力，较细的超细纤维提供优秀的过滤效果，这样即保证了纤维网作为过滤材料具有足够的强度，也保证了其具有良好的过滤效果。
Description
技术领域
本发明属于纺粘非织造材料领域，涉及超细纤维的制备，特别是指一种超细纤维非织造过滤材料的制备方法。
背景技术
随着经济社会的发展，现代工业、交通运输的迅速发展使得空气污染现象十分严重，烟尘是大气污染源之一，对人类的健康构成极大的威胁。我国对烟尘的排放有严格的限制，且标准越来越严。目前控制工业烟尘主要通过袋式除尘器来解决，而过滤材料是袋式除尘器的核心。工业烟气的成份比较复杂，特别是垃圾焚烧、水泥窑协同处理垃圾等工况，其对过滤材料性能的要求越来越高。另外，空气中可吸入颗粒物的组成十分复杂，粒径小且分布范围宽，其中粒径小于2.5um的颗粒可进入肺泡中，不仅对人体呼吸系统具有刺激作用，而且还可以携带细菌微生物、病毒和致癌物侵入体内，危害人体健康，因此高效空气过滤材料的研制日益受到重视。
目前主要高效空气过滤材料包括驻极熔喷非织造布、静电纺丝纳米纤维膜和多孔膜材料。但驻极熔喷非织造布存在静电荷容易散失的弊端；静电纺丝纳米纤维膜生产效率很低；而多孔膜材料则耗能过高。对相同或不同成网方式制成的非织造材料进行复合加工，优化纤网细观结构和材料的力学性能，是制备优质高效空气过滤材料的一个有效途径。非织造过滤材料的过滤性能与其纤网结构密切相关，纤网结构包括面密度、厚度、纤维直径、孔径大小及其分布等。
现有技术中用于制备过滤材料的非织造生产工艺主要可以分为纺粘方法和熔喷方法，其中，纺粘非织造布中纤维直径和孔径较大，但强度和耐磨性好。熔喷非织造布纤维直径小、体积密度低，但强度低，耐磨性差。将纺粘非织造布与熔喷非织造布复合能大大提高滤材的强度和耐磨性，同时具有良好的过滤性能。但现有复合技术系两种非织造布的简单叠合、热轧加固，过滤效率提升幅度仍然不能达到理想的水平，须通过多层复合并加固才能获得较高的过滤效率，但与此同时过滤阻力上升幅度更大，造成过滤品质即效阻比的下降，且成本上升。同时，经过研究发现，非织造纤维网中的纤维直径越小、纤维越细，则非织造纤维网的过滤性能就越好，而且由于较细的纤维在纤维网中纠缠更为紧密，其纤维网整体的强度也相应地变高。但是，传统的纺粘或者熔喷工艺并不能无限制地缩小纤维的直径，过小的纤维直径将会导致纺丝过程的无法顺利进行，因此，如何进一步缩小熔喷或者纺粘非织造制备工艺中的纤维的直径一直都是研究人员努力的方向。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种超细纤维非织造过滤材料的制备方法，采用该方法可以获得具有超细纤维的非织造过滤材料，所获得的超细纤维非织造过滤材料不仅具有高强、轻薄、柔软和舒适的特点，还具有高的过滤效率，同时其制备工艺具有绿色环保的特色。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种超细纤维非织造过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)磁应激聚合物切片的制备，将磁应激粒子与第一聚合物按比例混合后进行造粒，得到含有磁应激粒子的磁应激聚合物切片；
步骤2)超细纤维初生丝的制备，将步骤1)中制备得到的磁应激聚合物切片通过料斗输送至第一螺杆挤压机，在第一螺杆挤压机内熔融得到第一聚合物熔体；将第二聚合物通过料斗输送至第二螺杆挤压机，在第二螺杆挤压机内熔融得到第二聚合物熔体；将第一聚合物熔体和第二聚合物熔体分布通过计量泵输送到双组份纺丝组件内，第一聚合物熔体和第二聚合物熔体通过双组份纺丝组件的喷丝板纺丝挤出得到超细纤维初生丝；
步骤3)超细纤维初生丝的分裂处理和非织造纤维网的制备，将步骤2)中得到的超细纤维初生丝经冷却后得到超细纤维原始丝，而后超细纤维原始丝经过磁力分裂得到若干根独立的超细纤维，若干根独立的超细纤维相互缠绕，得到双组份非织造纤维网；
步骤4)双组份非织造纤维网的摔打处理，对步骤3)中得到的双组分非织造纤维网进行震动冲击摔打，进一步促使超细纤维原始丝的分裂，得到超细纤维原始丝分裂程度更高的双组分非织造纤维网；
步骤5)双组份非织造纤维网的后处理，对步骤4)中得到的双组份非织造纤维网进行后处理，而后收集得到超细纤维非织造过滤材料。
进一步的，所述步骤2)中的磁力分裂后还包括进行外力冲击的步骤。
进一步的，所述步骤1)中磁应激粒子为铁、铬、镍、锰和稀土金属中的一种和或几种的组合的氧化物，磁应激粒子的平均粒径是1-5000nm，磁应激粒子与第一聚合物的质量比为 (11-20)：100。
进一步的，第一聚合物和第二聚合物中至少一种为弹性热塑性聚合物，第一聚合物和第二聚合物的溶解度参数比为1:(11-20)、应变比为1：(1.01-10)。
进一步的，所述步骤3)中的冷却为侧吹风冷却或者环吹风冷却。
进一步的，所述步骤3)中的磁力分裂为交电变磁场磁力分裂处理，在超细纤维原始丝行进路线的两侧布置交变电磁场，超细纤维原始丝行进方向上任一位置点两侧的磁场力方向相反。
进一步的，所述步骤5)中的后处理为使非织造纤维网具有特殊功能的功能性处理，包括但不限于抗菌处理、驻极体处理、远红外处理、等离子处理或者电晕处理。
进一步的，所述步骤4)之后还设置有针刺、水刺或热轧的处理步骤。
进一步的，所述步骤2)中所述的双组份纺丝组件喷丝板上的喷丝孔结构为并列形、三叶形、四叶形、五叶形或者橘瓣形。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用磁力对超细纤维原始丝进行分裂处理，制备得到超细纤维，超细纤维原丝分裂后，得到的最终产品的直径是原丝纤维直径的三分之一-十几分之一，也就是说，将原丝的直径进一步缩小了几倍到十几倍，在不改变前纺工序和工艺的情况下，获得了直径极小的超细纤维。
2、本发明所获得的超细纤维非织造过滤材料、或包含上述本发明所述超细纤维非织造过滤材料的叠层材料具有超细的纤维直径，具有较高的过滤效率，可以广泛用于口罩、防护服、隔离服、手术服、防护头盔、土工建筑、保暖隔热、合成革、枕套、床单、被罩、地毯等与人民生活相关的方方面面。
3、本发明借助磁力对超细纤维原始丝进行分裂处理，在超细纤维原始丝行进路线的两侧布置交变电磁场，超细纤维原始丝行进方向上任一位置点两侧的磁场力方向相反，在超细纤维原始丝行进过程中对其进行多点的分裂拉扯，使得超细纤维原始丝可以充分、完全分裂成若干独立的超细纤维结合后续的摔打工艺，可以使得超细纤维的分裂更充分，最终获得的非织造纤维网中超细纤维的成分达到了80％以上，其中，较粗的原始丝纤维提供较高的强力，较细的超细纤维提供优秀的过滤效果，这样即保证了纤维网作为过滤材料具有足够的强度，也保证了其具有良好的过滤效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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付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。
本发明所使用的第一聚合物以及第二聚合物属于是两种异性聚合物，且均为热塑性聚合物，且至少一种聚合物为热塑性弹性聚合物。热塑性聚合物可以是目前已知的热塑性聚合物，从纺丝稳定性、非织造材料的易分裂率和纤维本身强度的角度考虑，特别优选为聚酯、聚酰胺、聚乳酸、聚丙烯、聚乙烯及其共混物、共聚物或衍生物。热塑性弹性聚合物可以是是目前已知的热塑性弹性聚合物，具体而言可以为聚烯烃类、聚氨酯类、聚苯乙烯类、聚氯乙烯类、聚乳酸类、聚己内酯类、聚乙烯醇类、聚酯类及其共混物、共聚物或衍生物。
为了保证第一聚合物和第二聚合物可以充分的分裂开来，形成本发明的两种异性热塑性聚合物通常具有的溶解度参数比为1:(11-20)，两种聚合物的应变比为1:(1.01-10)，本发明优选的热塑性聚合物具有的熔体流动速率为30-200g/10min。溶解度参数比是指两种聚合物材料的溶解度参数的比值，用于表征两种聚合物材料的相容性。一般来说溶解度参数比越接近1，越具有高的相容性。本发明使用的两种聚合物的溶解度参数比差异巨大，也就是说，其二者的相容性很差，其二者之间容易发生分裂，从而从一个整体纤维分裂成多个独立的超细纤维个体，为了本发明的超细纤维制备提供了理论基础。
本发明的磁应激粒子的金属氧化物可以是目前已知的金属氧化物，具体而言可以为铁、铬、镍、锰和稀土金属中的一种和或几种的组合形式。
本发明涉及的热塑性聚合物、金属氧化物和化合物不仅可以是上述的单一组份，也可以是两种及两种以上组份的共混物、共聚物或衍生物。
本发明还可以根据需要配合使用各种类型的亲水剂、拒水剂、柔软整理剂、成核剂、色母粒、抗静电剂、抗老化剂、降温母粒等各种形式的聚合物、无机物和有机物。
实施例1
一种超细纤维非织造过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)磁应激聚合物切片的制备，磁应激粒子为四氧化三铁，粒径为500nm，将磁应激粒子与第一聚合物按11：100的比例混合后进行造粒，得到含有磁应激粒子的磁应激聚合物切片；
步骤2)超细纤维初生丝的制备，将步骤1)中制备得到的磁应激聚合物切片通过料斗输送至第一螺杆挤压机，在第一螺杆挤压机内熔融得到第一聚合物熔体；将第二聚合物通过料斗输送至第二螺杆挤压机，在第二螺杆挤压机内熔融得到第二聚合物熔体；将第一聚合物熔体和第二聚合物熔体分布通过计量泵输送到双组份纺丝组件内，第一聚合物熔体和第二聚合物熔体通过双组份纺丝组件的喷丝板纺丝挤出得到超细纤维初生丝，双组份纺丝组件喷丝板上的喷丝孔结构为五叶形；第一聚合物选择为PET第二聚合物选择为聚酰胺，并使用适当添加剂调整二者的溶解度参数，第一聚合物和第二聚合物的溶解度参数比为1:11、应变比为1： 1.01；
步骤3)超细纤维初生丝的分裂处理和非织造纤维网的制备，将步骤2)中得到的超细纤维初生丝经冷却后得到超细纤维原始丝，而后超细纤维原始丝经过磁力分裂得到若干根独立的超细纤维，若干根独立的超细纤维相互缠绕，得到双组份非织造纤维网；
步骤4)双组份非织造纤维网的摔打处理，对步骤3)中得到的双组分非织造纤维网进行震动冲击摔打，进一步促使超细纤维原始丝的分裂，得到超细纤维原始丝分裂程度更高的双组分非织造纤维网；
步骤5)双组份非织造纤维网的后处理，对步骤4)中得到的双组份非织造纤维网进行后处理，而后收集得到超细纤维非织造过滤材料。
实施例2
在步骤2)中的磁力分裂后还包括进行外力冲击的步骤，即进行气流冲击，其他参数与实施例1相同。
实施例3
将磁应激粒子的粒径调整为600nm，将磁应激粒子与第一聚合物按15：100的比例混合，将第一聚合物和第二聚合物的溶解度参数比调整为1:15、应变比为1：2，将喷丝孔结构调整为十叶橘瓣形，其他工艺参数与实施例1相同。
实施例4
将磁应激粒子的粒径调整为600nm，将磁应激粒子与第一聚合物按18：100的比例混合，将第一聚合物和第二聚合物的溶解度参数比调整为1:18、应变比为1：8，将喷丝孔结构调整为五叶形，其他工艺参数与实施例1相同。
实施例5
将磁应激粒子的粒径调整为500nm，将磁应激粒子与第一聚合物按20：100的比例混合，将第一聚合物和第二聚合物的溶解度参数比调整为1:20、应变比为1：20，将喷丝孔结构调整为十叶橘瓣形，其他工艺参数与实施例1相同。
实施例6
将磁应激粒子的粒径调整为1000nm，其他工艺参数与实施例1相同。
对比例
直接采用纺粘方法制备非织造材料，不进行纤维的分裂处理。
分别测试上述实施例以及对比例中的非织造材料的各项性能入下表所示：
本申请所制备的双组份长丝超细纤维非织造材料具有高强、高柔、高开纤率和优良的医用防护特性,具有较细的纤维直径和较高的过滤效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超细纤维非织造过滤材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)磁应激聚合物切片的制备，将磁应激粒子与第一聚合物按比例混合后进行造粒，得到含有磁应激粒子的磁应激聚合物切片；
步骤2)超细纤维初生丝的制备，将步骤1)中制备得到的磁应激聚合物切片通过料斗输送至第一螺杆挤压机，在第一螺杆挤压机内熔融得到第一聚合物熔体；将第二聚合物通过料斗输送至第二螺杆挤压机，在第二螺杆挤压机内熔融得到第二聚合物熔体；将第一聚合物熔体和第二聚合物熔体分布通过计量泵输送到双组份纺丝组件内，第一聚合物熔体和第二聚合物熔体通过双组份纺丝组件的喷丝板纺丝挤出得到超细纤维初生丝；
步骤3)超细纤维初生丝的分裂处理和非织造纤维网的制备，将步骤2)中得到的超细纤维初生丝经冷却后得到超细纤维原始丝，而后超细纤维原始丝经过磁力分裂得到若干根独立的超细纤维，若干根独立的超细纤维相互缠绕，得到双组份非织造纤维网；
步骤4)双组份非织造纤维网的摔打处理，对步骤3)中得到的双组分非织造纤维网进行震动冲击摔打，进一步促使超细纤维原始丝的分裂，得到超细纤维原始丝分裂程度更高的双组分非织造纤维网；
步骤5)双组份非织造纤维网的后处理，对步骤4)中得到的双组份非织造纤维网进行后处理，而后收集得到超细纤维非织造过滤材料。
2.根据权利要求1所述的超细纤维非织造过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的磁力分裂后还包括进行外力冲击的步骤。
3.根据权利要求1所述的超细纤维非织造过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中磁应激粒子为铁、铬、镍、锰和稀土金属中的一种和或几种的组合的氧化物，磁应激粒子的平均粒径是1-5000nm，磁应激粒子与第一聚合物的质量比为(11-20)：100。
4.根据权利要求1所述的超细纤维非织造过滤材料的制备方法，其特征在于，第一聚合物和第二聚合物中至少一种为弹性热塑性聚合物，第一聚合物和第二聚合物的溶解度参数比为1:(11-20)、应变比为1：(1.01-10)。
5.根据权利要求1所述的超细纤维非织造过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的冷却为侧吹风冷却或者环吹风冷却。
6.根据权利要求1所述的超细纤维非织造过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的磁力分裂为交电变磁场磁力分裂处理，在超细纤维原始丝行进路线的两侧布置交变电磁场，超细纤维原始丝行进方向上任一位置点两侧的磁场力方向相反。
7.根据权利要求6所述的超细纤维非织造过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中的后处理为使非织造纤维网具有特殊功能的功能性处理，包括但不限于抗菌处理、驻极体处理、远红外处理、等离子处理或者电晕处理。
8.根据权利要求7所述的超细纤维非织造过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)之后还设置有针刺、水刺或热轧的处理步骤。
9.根据权利要求8所述的超细纤维非织造过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中所述的双组份纺丝组件喷丝板上的喷丝孔结构为并列形、三叶形、四叶形、五叶形或者橘瓣形。
10.一种超细纤维非织造过滤材料，其特征在于，所述超细纤维非织造过滤材料采用权利要求1-9任一项所述的超细纤维非织造过滤材料制备方法制备而成。
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