驻极体聚丙烯熔喷非织造布及其制造方法

专利公开号CN1544724A发布类型申请专利申请号CN200310107113公开日2004年11月10日申请日期2003年11月27日优先权日2003年11月27日公告号CN1242104C发明者程博闻,康卫民申请人天津工业大学导出引文BiBTeX,EndNote,RefMan被以下专利引用(7),分类(3),法律事件(4)外部链接:中国国家知识产权局,欧洲专利数据库(Espacenet)权利要求(5)1.一种驻极体聚丙烯熔喷非织造布，其质量百分比组分为：聚丙烯95％～97％，电气石3％～5％；所述的电气石平均粒径不超过0.5微米。2.根据权利要求1所述的驻极体聚丙烯熔喷非织造布，其特征在于所述的电气石平均粒径不超过0.3微米。3.一种如权利要求1或2所述的驻极体聚丙烯熔喷非织造布的制造方法，包括如下步骤：(1)先将所述比例的电气石微粒以20％的质量百分比与聚丙烯切片分散均匀混合熔融，制成母粒；所述电气石微粒的分散均匀混合采用占电气石微粒质量百分比的下列助剂进行：偶联剂3～10％；分散剂2～5％；抗氧剂0.01～0.1％；所述的偶联剂为钛酸酯类或硅烷类中的一种；所述的分散剂为低分子聚乙烯蜡；所述的抗氧剂为四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；(2)再将所得母粒以15～25％质量百分比与聚丙烯切片均匀混合熔融、挤出，在高速热空气流下拉伸，制成所述的驻极体聚丙烯熔喷非织造布。4.根据权利要求3所述的驻极体聚丙烯熔喷非织造布制造方法，其特征在于将所述制成的熔喷非织造布进一步用高压电晕放电处理，制成复合驻极体聚丙烯熔喷非织造布。5.根据权利要求3或4所述的驻极体聚丙烯熔喷非织造布制造方法，其特征在于所述偶联剂需要用量为其体积1～3倍的稀释剂石油醚稀释。驻极体聚丙烯熔喷非织造布及其制造方法CN1544724A摘要本发明涉及一种驻极体聚丙烯熔喷非织造布及其制造方法，其产品的质量百分比组分为：聚丙烯95～97％，平均粒径不超过0.5微米的电气石3～5％；其制造方法包括：(1)先将所述比例的电气石微粒以20％的质量百分比与聚丙烯切片分散均匀混合熔融，制成母粒；制粒采用占电气石微粒质量百分比的助剂为：偶联剂3～10％；分散剂2～5％；抗氧剂0.01～0.1％；(2)再将所得母粒以15～25％质量百分比与聚丙烯切片均匀混合熔融、挤出，在高速热空气流下拉伸，制成本发明产品。该产品具有较好的高温高湿环境工作适应性，可用于液体过滤，还具有预防和控菌抗毒等作用；该制造方法具有工艺简单，不需要特殊设备，工业化实施容易等特点。说明驻极体聚丙烯熔喷非织造布及其制造方法技术领域本发明涉及非织造布技术，具体为一种驻极体聚丙烯熔喷非织造布及其制造方法技术，国际专利分类号拟为Int.C17D06M11/00。背景技术随着经济的发展和人们生活水平的改善，人们对环境质量要求越来越高。但由于世界范围内工农业生产的高速发展，加剧了人类生活环境的污染。其中空气中的粉尘、细菌和病毒，水中的重金属离子、微生物等都对人类健康构成极大威胁。如何处理这些污染，净化空气和水资源，以及有效预防和控制病菌等是当前亟待解决的重要问题。纤维过滤材料就是一种处理污染，净化空气和水源的常用材料。其捕尘机理主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞、直接拦截等机械阻挡作用，但这种机械阻挡作用对粒径小于1μm以下的粒子过滤效果很差，不能起到净化作用。如果除原有的机械阻挡作用外，在空气过滤的过程中增加静电吸附，依靠库仑力直接吸引气相中的带电微粒并将其捕获，或诱导中性微粒产生极性再将其捕获，就可以更有效地过滤气体载体相中的亚微粒子，大大增强过滤效率，而空气阻力却不会增加。这就是所谓的高效低阻过滤材料。驻极体材料恰好具有这一性质。驻极体是指具有长期储存电荷功能的电介质材料，它所储存的电荷可以是外界注入的单极性真实电荷(或称空间电荷)，也可以是极性电介质中偶极子有序取向而形成的偶极电荷，或者两类电荷同时兼有。当熔喷法纤维从喷孔喷出纤维后，若受到带电质子如电子或离子的轰击，就可以使得熔喷法纤维基材成为驻极体；同样，当微纤维基材收集以后，使其受到电晕处理，也可使其成为驻极体。关于给非织造布纤维网充电使之成为驻极体已有许多相关专利报道。例如，Klaase等在美国专利US4588537中报道：采用电晕处理，可以使电荷注射入到驻极体过滤器中。Kubik等在美国专利US42156821中指出：熔喷法纺制的纤维在刚从熔喷孔挤出之时，即受到离子辐射及电子轰击，可以使该纤维在大气中以极快的速度固化，并被收集成为驻极体纤维网。Matsuura等在美国专利US5256176中揭示：通过将驻极体暴露于施加电荷的交替循环中，接着加热制品来制造稳定驻极体的工艺方法。Angadjivand等在美国专利US5496057中指出：冲击非织造布微纤维网的水滴，使网带电。其它涉及纤网充电和纤维带电专利还有美国No.4904174，No.4592815和No.5122048等。在天然矿物中，也存在具有永久极性的材料。其中，电气石是永久极性自发电极性昀强的材料，并且其极化矢量不会受到外部电场的影响。1993年日本学者中村辉太郎发表了一篇“关于电气石性能”的报告，许多学者对此产生兴趣，并且研制出了电气石驻极体纤维。涉及到电气石驻极体纤维的专利有日本的平6-104926和中国专利CN1266119A等。尽管驻极体熔喷非织造布的相关报道很多，但目前该类产品还存在着明显的不足：不宜在较高温度或较大湿度的环境下使用，不能用于液体过滤。其因在于：这些环境下驻极体熔喷非织造布的电荷很快就会衰减，甚至消失，丧失了静电吸附功能，影响了产品的使用范围和寿命。迄今为至，高效、低阻过滤材料研究报道很多。1954年5月25日出版的NavalResearchLaboratories的报告第4364号中，VanA.Wente等人发表的“超细有机纤维的制造(ManufactureofSupperFineOrganicFiber)”，一文中所述的熔喷法设备制造的聚丙烯非织造纤维基材就引起了人们的注意，该产品一直广泛地用于细粒污染物的过滤。随后，许多公司开始研究熔喷非织造查找前案讨论此申请查看PDF下载PDF授权英语申请中文登录布技术，20世纪60年代中期，Exxon公司开始对熔喷非织造布技术进行研究，5年之后成功地生产出了超细纤维。其他一些公司也开发成功各自的熔喷非织造布技术，如美国3M、德国Freudenberg、日本的旭化成、NKK等公司。我国早在20世纪70年代中期就由上海市纺织科学研究院开始了熔喷非织造布技术的研究，仅用了两年时间就试验成功聚丙烯熔喷非织造布。将无机电气石微粒添加到聚丙烯熔喷非织造布中，再给非织造布充电制成的复合驻极体聚丙烯熔喷非织造布还未有相关报道。发明内容针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种驻极体聚丙烯熔喷非织造布及其制造方法。该非织造布应当在保持或基本保持常态驻极体功能的前提下，既具有较好的高温、高湿环境工作的适应性，又可以用于液体过滤，同时还具有有效预防和控制细菌、病毒等作用；该非织造布的制造方法具有工艺简单，不需要特殊设备，工业化实施容易等特点。本发明解决所述的驻极体聚丙烯熔喷非织造布技术问题的技术方案是：设计一种驻极体聚丙烯熔喷非织造布，其质量百分比组分为：聚丙烯95％～97％，电气石3％～5％；所述的电气石平均粒径不超过0.5微米。同时设计的该驻极体聚丙烯熔喷非织造布的制造方法包括如下步骤：(1)先将所述比例的电气石微粒以20％的质量百分比与聚丙烯切片分散均匀混合熔融，制成母粒；所述电气石微粒的表面改性采用占电气石微粒质量百分比的下列助剂进行：偶联剂3～10％；分散剂2～5％；抗氧剂0.01～0.1％；所述的偶联剂为钛酸酯类或硅烷类中的任一种；所述的分散剂为低分子聚乙烯蜡；所述的抗氧剂为四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；(2)再将所得母粒以15～25％质量百分比与聚丙烯切片均匀混合熔融、挤出，在高速热空气流下拉伸，制成所述的驻极体聚丙烯熔喷非织造布。本发明的驻极体聚丙烯熔喷非织造布，组方中设计了适量比例和适合粒径的电气石，并采用适当的工艺方法而制成，与现有的产品相比，具有较好的耐高温、耐高湿工作性质，实验表明，在80℃高温下，相对湿度80％，经48小时处理后，本发明产品仍维持较高的过滤效率，对粒径为0.26μm粒子的过滤效率只下降1％左右(参见实施例1～6)，也即在高温等条件下基本保持了原有的功能。而在相同条件下，对比产品的过滤效率则下降明显，高达9％左右(参见实施例7、8)；并且不经电晕处理的本发明产品，可以用做液体过滤材料(参见实施例3～4)。采用布片法杀菌/抑菌试验测试驻极体聚丙烯熔喷非织造布的抗菌性能，本发明驻极体聚丙烯熔喷非织造布对金黄色葡萄糖菌、白色念珠菌可产生较大的抑菌晕圈，表明有很好的抑菌效果。本发明驻极体聚丙烯熔喷非织造布的制造方法，与前述的驻极体聚丙烯熔喷非织造布制造方法相比，特别设计了制造电气石聚丙烯母粒工艺，使得小比例含量的电气石可以与主要成分聚丙烯充分混合均匀，以保证其质量，稳定其性质，同时没有使用特殊或专用的设备，且熔喷非织造布技术成熟，因此工艺简单，易于工业化实施。具体实施方式下面结合实施例进一步叙述本发明：本发明驻极体聚丙烯熔喷非织造布设计了适量比例和适合粒经的电气石，并采用适当的工艺方法而制成。电气石(Tourmaline)是一种由Al、Na、Ca、Mg、B和Fe等元素组成的含水、氟等环状硅酸盐晶体矿物。电气石矿物的化学成份非常复杂，其通式可表示为XY3Z6Si6O18(BO3)3W4，式中，X＝Na、Ca、K、口(空位)，Y＝Mg2+、Fe2+、Mn2+、Al、Fe3+、Mn3+、Li，Z＝Al、Fe3+、Cr3+、Mg，W＝OH、F、O。X，Y，Z三位置的原子或离子种类不同会影响电气石的颜色。依据Y位占位原子种类的不同，将电气石分为铁电气石、镁电气石、铁电气石和锂电气石等等。在已知的具有永久极性的驻极体矿物中，电气石是永久自发电极性昀强的，其极化矢量不会受到外部电场的影响。另外，电气石容易产生压电作用。这是一种在通过外力施加应力的情况下在离子晶体中诱发介电极化的现象。电气石还容易产生热电效应，这是一种当晶体局部加热时在晶体表面上产生电荷的现象。还有一个为人们所知的事实是：含有电气石细微粒的纤维可以释放出有益于人们身心健康的活性负离子。这也意味着本发明产品具有释放活性负离子的功能。电气石的上述特性，规定了它是一种优良的无机驻极体材料。电气石的驻极体特性与其粒经有关，粒径越小，驻极体效果越好，但粒径越小，工艺上越复杂，越难于实现，价格也越贵。为了平衡产品性能和成本之间的矛盾，使产品更符合我国国情的，本发明使用的电气石微粒平均粒径不超过0.5微米，优选范围为平均粒径不超过0.3微米。在驻极体聚丙烯熔喷非织造布中，电气石微粒的含量为非织造布质量的3～5％。但这并不意味着所述的含量范围以外，完全不能够实现本发明。当电气石微粒含量太少时，特殊(高温高湿等)环境下驻极体效果不太明显，而当电气石量增加到超过所述上限时，也不会产生特殊额外优点，相反会增加成本，经济上无益。本发明的驻极体聚丙烯熔喷非织造布的主要组分是低熔点改性聚丙烯树脂，其熔点为：160℃～165℃，熔融指数为：1100g/10min。该树脂是非导电性的热塑性树脂，其表面电阻约为1×108欧姆，而且憎水耐潮，具有非瞬时或长寿命的捕获电荷能力和电荷储存能力。本发明的驻极体聚丙烯熔喷非织造布中聚丙烯含量相应地为95％～97％(质量比)。本发明同时设计了驻极体聚丙烯熔喷非织造布的制造方法。该方法包括如下步骤：(1)先将所述比例的电气石微粒以20％的质量百分比与聚丙烯切片分散均匀混合熔融，制成母粒；所述电气石微粒的分散均匀混合采用占电气石微粒质量百分比的下列助剂进行：偶联剂3～10％；分散剂2～5％；抗氧剂0.01～0.1％；所述的偶联剂为钛酸酯类或硅烷类中的一种或两种混合；所述的分散剂