一种高抗撕裂性能无纺布及其制备方法

技术领域

本发明属于无纺布制造技术领域，具体涉及一种高抗撕裂性能无纺布及制备方法。

背景技术

无纺布又称非织造布，是由定向或随机排列的纤维，通过磨擦、抱合或粘合等方法的组合而相互结合制成的片状物、纤网或絮垫，具有防潮、透气、柔韧、质轻、不助燃、易分解、无毒无刺激性、价格低廉等特点，广泛应用于医疗卫生、服装、包装材料等诸多领域。

现有无纺布本身强度和耐久度比纺织布差，其抗撕裂性、抗拉能力和耐磨性差，容易出现撕裂和过度磨损现象，导致无纺布容易发生损坏，不适用于一些强度要求高的应用场景。此外，若采用纯的特种纤维（或长丝、长纤维）制成无纺布，则生产成本较高，无法满足市场需求。因此急需开发一种低成本、力学性能优异的高性能无纺布。

专利公开号为CN108893973A的专利文本公开了一种抗撕裂医用无纺布材料，其原料包括：聚氨酯纤维、改性钛酸铈、聚乙烯乙二醇蜡、抗菌剂、抗静电剂、抗氧剂。改性钛酸铈采用如下工艺制备：将介孔钛酸铈、纳米玻璃纤维、偶联剂加入丙酮溶液中，调节PH值后，加入聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇，经恒温超声处理和干燥制得改性钛酸铈。此医用无纺布材料具有良好的抗菌性和抗静电效果，但是其抗撕裂性能仍有待提高。

专利公开号为CN111270342A的专利文本公开了一种包装生产用高强度抗撕裂无纺布及其制备方法，由高强复合纤维经水刺工艺或针刺工艺制得；所述高强复合纤维由包括以下重量份的原料制成：聚己二酰丁二胺30-37份、聚己二酰己二胺45-55份、聚葵二酰葵二胺15-20份、聚对苯二甲酰对苯二胺10-14份、羧基化碳纳米管3.5-5份、氧化石墨烯2.5-3.5份、氧化铈1.5-2.2份、纳米填料3-5份、流动助剂5-10份。本发明的包袋生产用高强度抗撕裂无纺布在厚度相同的情况下，顶破强力和断裂强力大，均明显优于普通尼龙无纺布，具有高强度和高抗撕裂，力学性能优异。但是此种无纺布的原料组成复杂，生产成本较高，不利于工业化生产。

综上所述，现有技术中普遍存在抗撕裂性能、抗菌性能差、强度低、成本高等技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高抗撕裂性能无纺布及制备方法。本发明提供的高抗撕裂性能无纺布有效提高了无纺布的抗撕裂性能和抗菌性能，且制备原料简单，有效降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高抗撕裂性能无纺布，包括以下组分及其重量份数：纤维原料50-70份、填料14-23份、流动助剂3-7份、添加剂20-25份、聚氨酯8-15份。

进一步的，所述高抗撕裂性能无纺布中纤维原料由聚丙烯颗粒、羟丙基淀粉醚、改性壳聚糖、聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比为32-36:13-15:4-7:19-24组成。

更进一步的，所述纤维原料中的改性壳聚糖的制备方法为：向安装有搅拌器的250mL三口烧瓶中加入石蜡和水各50mL，再加入2mL乙酸和0.83g大豆磷脂，在30℃乳化30min；加入1g壳聚糖搅拌30min后加入5mL甲醇并且升温至60℃，反应1h，以1mol/L的氢氧化钠调节pH值至10，再加入10mL戊二醛反应2h；反应完成后，将三口烧瓶中的反应物移至250mL的烧杯中，完全冷却后抽滤，先用石油醚洗涤滤渣3次，再用丙酮洗涤3次，真空干燥得粗产品；将粗产物置于索氏提取器中，用体积比为40∶60的乙醇-冰醋酸回流抽提10h，真空干燥，即得。

进一步的，所述高抗撕裂性能无纺布中的填料由氧化石墨烯和纳米碳酸钙按照质量比为23-27:12-16组成。

进一步的，所述高抗撕裂性能无纺布中的流动助剂为纳米二氧化硅。

进一步的，所述高抗撕裂性能无纺布中的添加剂由环氧树脂和邻苯二甲酸二丁酯按照质量比为10-14:7-9组成。

本发明还提供了所述高抗撕裂性能无纺布的制备方法，包括以下步骤：

S1、共融：称取配方量的纤维原料，加入到破碎机中进行破碎，并过筛，然后加入填料、流动助剂、添加剂和聚氨酯，搅拌均匀后投入双螺杆挤压机中加热处理30-50min，得到熔融体；

S2、纺丝：将步骤S1制得的熔融体放入复合纺丝机，从喷丝板中喷出，形成丝条，然后经吹风冷却，得到高强度复合纤维；

S3、铺网：将步骤S2制得的高强度复合纤维采用热压辊的方式压制成型，得到纤维网；

S4、固结：将步骤S3制得的纤维网在温度为120-135℃、12-13MPa的条件下固定成型，即得。

进一步的，所述高抗撕裂性能无纺布的制备方法步骤S1中过500-600目筛；所述挤压机的加热温度为350-400℃，螺杆转速为80-100rpm。

进一步的，所述高抗撕裂性能无纺布的制备方法步骤S2中喷丝板的压力为7-9MPa。

进一步的，所述高抗撕裂性能无纺布的制备方法步骤S3中热压辊的温度为80-85℃。

本发明提供的高抗撕裂性能无纺布中的纤维原料采用聚丙烯颗粒、羟丙基淀粉醚、改性壳聚糖、聚对苯二甲酸乙二醇酯组成，其中聚丙烯颗粒、羟丙基淀粉醚和聚对苯二甲酸乙二醇酯共同组成高强度复合纤维，既充分发挥各自的优点，又相互促进，而改性壳聚糖的加入使复合纤维内部形成三维网络网状结构，从而进一步提高复合纤维的力学性能，进而提高无纺布的抗撕裂性能。与此同时，改性壳聚糖的加入还能够有效提高无纺布的抗菌性能。

本发明采用氧化石墨烯和纳米碳酸钙组成填料组分加入到纤维原料熔融液中进行纺丝，不仅能够提高丝纤维的密度，而且能够有效提高丝纤维的硬度和拉伸强度，进而有效提高无纺布的抗撕裂性能。但是申请人在研究过程中发现，填料的添加量过大会降低无纺布的拉伸强度，用量太小时起不到提高丝纤维密度的作用，当填料用量为14-23份时，无纺布的抗撕裂性能最佳。

本发明在高抗撕裂性能无纺布添加剂中的环氧树脂，在铺网过程中能够有效粘合纺丝，从而提升无纺布的密实度，提高其抗拉强度和抗撕裂性能；邻苯二甲酸二丁酯可以改善环氧树脂的韧性、柔软性和弹性，提高抗冲击强度和剥离强度。本发明研究发现，当环氧树脂和邻苯二甲酸二丁酯按照质量比为10-14:7-9组成时制得的无纺布的抗撕裂性能最佳。

本发明提供的高抗撕裂性能无纺布的制备方法中采用较高的加热温度将纤维原料熔融，有利于纤维原料形成稳定的结晶体，从而提高复合纤维的力学性能。

与现有技术相比，本发明提供的高抗撕裂性能无纺布及其制备方法和应用具有如下技术优势：

（1）本发明提供的高抗撕裂性能无纺布对传统无纺布的配方进行了改进，配方中的纤维原料、填料和添加剂之前写到协同增效作用，有效提高了无纺布的抗撕裂性能；

（2）本发明提供的高抗撕裂性能无纺布在配方中加入了改性壳聚糖，有效提高了无纺布的抗菌性能；

（3）本发明提供的高抗撕裂性能无纺布配方简单，制备方法易操作，有效节约了无纺布的生产成本，有利于实现工业化生产。

具体实施方式

以下通过具体实施方式进一步描述本发明，但本发明不仅仅限制于以下实施例。本领域的技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

本具体实施方式中所述纤维原料中的改性壳聚糖的制备方法为：向安装有搅拌器的250mL三口烧瓶中加入石蜡和水各50mL，再加入2mL乙酸和0.83g大豆磷脂，在30℃乳化30min；加入1g壳聚糖搅拌30min后加入5mL甲醇并且升温至60℃，反应1h，以1mol/L的氢氧化钠调节pH值至10，再加入10mL戊二醛反应2h；反应完成后，将三口烧瓶中的反应物移至250mL的烧杯中，完全冷却后抽滤，先用石油醚洗涤滤渣3次，再用丙酮洗涤3次，真空干燥得粗产品；将粗产物置于索氏提取器中，用体积比为40∶60的乙醇-冰醋酸回流抽提10h，真空干燥，即得。

实施例1、一种高抗撕裂性能无纺布及其制备方法

一种高抗撕裂性能无纺布，包括以下组分及其重量份数：纤维原料50份、填料23份、纳米二氧化硅7份、添加剂25份、聚氨酯15份。

所述高抗撕裂性能无纺布中纤维原料由聚丙烯颗粒、羟丙基淀粉醚、改性壳聚糖、聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比为32:13:4:19组成；所述高抗撕裂性能无纺布中的填料由氧化石墨烯和纳米碳酸钙按照质量比为23:12组成；所述高抗撕裂性能无纺布中的添加剂由环氧树脂和邻苯二甲酸二丁酯按照质量比为10:7组成。

本发明还提供了所述高抗撕裂性能无纺布的制备方法，包括以下步骤：

S1、共融：称取配方量的纤维原料，加入到破碎机中进行破碎，并过500目筛，然后加入填料、流动助剂、添加剂和聚氨酯，搅拌均匀后投入双螺杆挤压机中加热处理30min，加热温度为400℃，螺杆转速为80rpm，得到熔融体；

S2、纺丝：将步骤S1制得的熔融体放入复合纺丝机，在压力为7MPa下从喷丝板中喷出，形成丝条，然后经吹风冷却，得到高强度复合纤维；

S3、铺网：将步骤S2制得的高强度复合纤维采用80℃热压辊的方式压制成型，得到纤维网；

S4、固结：将步骤S3制得的纤维网在温度为120℃、13MPa的条件下固定成型，即得。

实施例2、一种高抗撕裂性能无纺布及其制备方法

一种高抗撕裂性能无纺布，包括以下组分及其重量份数：纤维原料70份、填料23份、纳米二氧化硅7份、添加剂25份、聚氨酯15份。

所述高抗撕裂性能无纺布中纤维原料由聚丙烯颗粒、羟丙基淀粉醚、改性壳聚糖、聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比为36:15:7:24组成；所述高抗撕裂性能无纺布中的填料由氧化石墨烯和纳米碳酸钙按照质量比为27:16组成；所述高抗撕裂性能无纺布中的添加剂由环氧树脂和邻苯二甲酸二丁酯按照质量比为14:9组成。

本发明还提供了所述高抗撕裂性能无纺布的制备方法，包括以下步骤：

S1、共融：称取配方量的纤维原料，加入到破碎机中进行破碎，并过600目筛，然后加入填料、流动助剂、添加剂和聚氨酯，搅拌均匀后投入双螺杆挤压机中加热处理50min，加热温度为350℃，螺杆转速为100rpm，得到熔融体；

S2、纺丝：将步骤S1制得的熔融体放入复合纺丝机，在压力为9MPa下从喷丝板中喷出，形成丝条，然后经吹风冷却，得到高强度复合纤维；

S3、铺网：将步骤S2制得的高强度复合纤维采用85℃热压辊的方式压制成型，得到纤维网；

S4、固结：将步骤S3制得的纤维网在温度为135℃、12MPa的条件下固定成型，即得。

实施例3、一种高抗撕裂性能无纺布及其制备方法

一种高抗撕裂性能无纺布，包括以下组分及其重量份数：纤维原料61份、填料19份、纳米二氧化硅5份、添加剂23份、聚氨酯11份。

所述高抗撕裂性能无纺布中纤维原料由聚丙烯颗粒、羟丙基淀粉醚、改性壳聚糖、聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比为34:14:5:21组成；所述高抗撕裂性能无纺布中的填料由氧化石墨烯和纳米碳酸钙按照质量比为26:15组成；所述高抗撕裂性能无纺布中的添加剂由环氧树脂和邻苯二甲酸二丁酯按照质量比为13:8组成。

本发明还提供了所述高抗撕裂性能无纺布的制备方法，包括以下步骤：

S1、共融：称取配方量的纤维原料，加入到破碎机中进行破碎，并过550目筛，然后加入填料、流动助剂、添加剂和聚氨酯，搅拌均匀后投入双螺杆挤压机中加热处理40min，加热温度为380℃，螺杆转速为90rpm，得到熔融体；

S2、纺丝：将步骤S1制得的熔融体放入复合纺丝机，在压力为8MPa下从喷丝板中喷出，形成丝条，然后经吹风冷却，得到高强度复合纤维；

S3、铺网：将步骤S2制得的高强度复合纤维采用83℃热压辊的方式压制成型，得到纤维网；

S4、固结：将步骤S3制得的纤维网在温度为131℃、12MPa的条件下固定成型，即得。

对比例1、一种无纺布及其制备方法

本对比例中所述无纺布的配方及制备方法与实施例3类似。

本对比例与实施例3的区别为：本对比例中所述纤维原料由聚丙烯颗粒、羟丙基淀粉醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比为34:14:21组成，本对比例中未添加改性壳聚糖。

对比例2、一种无纺布及其制备方法

本对比例中所述无纺布的配方及制备方法与实施例3类似。

本对比例与实施例3的区别为：本对比例中所述纤维原料由聚丙烯颗粒、羟丙基淀粉醚、双荃壳聚糖、聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比为34:14:5:21组成，采用双荃壳聚糖代替改性壳聚糖。

对比例3、一种无纺布及其制备方法

本对比例中所述无纺布的配方及制备方法与实施例3类似。

本对比例与实施例3的区别为：本对比例中所述填料的用量为5份。

对比例4、一种无纺布及其制备方法

本对比例中所述无纺布的配方及制备方法与实施例3类似。

本对比例与实施例3的区别为：本对比例中所述填料的用量为35份。

对比例5、一种无纺布及其制备方法

本对比例中所述无纺布的配方及制备方法与实施例3类似。

本对比例与实施例3的区别为：本对比例中所述填料由白炭黑和碳酸钙按照质量比为26:15组成，即分别采用白炭黑和碳酸钙代替氧化石墨烯和纳米碳酸钙。

对比例6、一种无纺布及其制备方法

本对比例中所述无纺布的配方及制备方法与实施例3类似。

本对比例与实施例3的区别为：本对比例中所述添加剂由环氧树脂和邻苯二甲酸二丁酯按照质量比为1:1组成。

对比例7、一种无纺布及其制备方法

本对比例中所述无纺布的配方及制备方法与实施例3类似。

本对比例与实施例3的区别为：本对比例中所述无纺布的制备方法步骤S1中的加热温度为210℃。

试验例一、抗撕裂性能试验

试验样品：实施例1-3、对比例1-7制得的无纺布；

试验方法：参考GB/T 3917.2-2009《纺织品织物撕破性能第2部分：裤形试样(单缝)撕破强力的测定》，测试由本发明各实施例所得抗撕裂抗菌无纺布的抗撕裂性能。拉伸速度为100mm/min；隔距长度可设定为100mm；夹具有效宽度为75mm；将本发明各实施例所得抗撕裂抗菌无纺布制成长度为200mm、宽度为50mm的长条形试样，每个试样从宽度方向的正中切开一个长度为100mm的平行于长度方向的裂口，在试样中间距离未切割端25mm处标出撕裂终点。各例均测试5个不同的试样，测试结果取该5个试样的平均值。

试验结果：试验结果见表1。

表1 抗撕裂性能测试结果

由表1可知，本发明提供的高抗撕裂性能无纺布的地坡强力高达90.3-91.2N，抗撕裂性能优良，其中实施例3制得的无纺布的撕破强力最高，为本发明最佳实施例。

与实施例3相比，对比例1中未添加改性壳聚糖，对比例2中采用双荃壳聚糖代替改性壳聚糖，但是制得的无纺布的撕破强力降低，这说明本发明配方中添加的改性壳聚糖能够使复合纤维内部形成三维网络结构，提高纤维的力学性能，从而提高无纺布的抗撕裂性能。

对比例3中降低了填料的用量，对比例4中增加的填料的用量，但是制得的无纺布的撕破强力降低，这说明本发明提供的无纺布配方中填料的用量已达到最优范围，降低用量，填料起不到提高纤维密度的作用，增加用量会降低无纺布的拉伸强度，从而降低无纺布的撕破强力。对比例5中采用白炭黑和碳酸钙代替氧化石墨烯和纳米碳酸钙，但是制得的无纺布的撕破强力降低，这说明并非所有的填料都能起到本发明中氧化石墨烯和纳米碳酸钙的技术效果。

对比例6中改变了添加剂环氧树脂和邻苯二甲酸二丁酯的用量比，但是制得的无纺布的撕破强力降低，这说明本发明提供的高抗撕裂性能无纺布的配方中添加剂的用量比已到最优化。

对比例7中无纺布的制备方法步骤S1中采用低温进行加热，但是制得的无纺布的撕破强力降低，这说明本发明提供的无纺布的制备方法中采用高温加热有利于纤维原料形成稳定的结晶体，从而提高无纺布的抗撕裂性能。

试验例二、抗菌性能测试

试验样品：实施例1-3、对比例1-2制得的无纺布；

试验方法：参考GB/T 20944.1-2007进行测试，测试菌种为大肠杆菌(ATCC11229)、金黄色葡萄球菌(ATCC6538)；取直径25mm的圆形无纺布试样，在温度为37℃、相对湿度为85％的环境中培养24小时，确定抑菌带宽度。

试验结果：试验结果见表2。

表2 抗菌性能试验结果

由表2可知，本发明提供的高抗撕裂性能无纺布对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌带宽度较宽，说明本发明提供的高抗撕裂性能无纺布具有良好的抑菌效果。

与实施例3相比，对比例1中未添加改性壳聚糖，对比例2中采用双荃壳聚糖代替改性壳聚糖，但是制得的无纺布对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌带宽度降低，这说明本发明中采用改性壳聚糖能够有效提高无纺布的抗菌性能。

上述实施例仅例示性说明本发明的制备方法，而并非限制本发明。本领域任何熟悉此技术的认识皆不可在违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所提供的技术思想下完成的一切等效修饰或改变，仍由本发明的权利要求所涵盖。