多功能复合熔喷无纺布及其制备方法

技术领域

本发明涉及无纺布过滤材料技术领域，尤其涉及一种多功能复合熔喷无纺布及其制备方法。

背景技术

近年来，高分子化学纤维生产技术的发展使得用驻极体纤维能生产出HEPA及ULPA过滤器；用作驻极体空气过滤器的材料需要优异的介电性能，如高体电阻和表面电阻，高介电击穿强度，低吸湿性和透气率等。这类材料主要以高聚物为主的有机驻极体材料，如非极性材料：聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物等；极性材料或弱极性材料：聚三氟乙烯、聚丙烯(共混)及聚酯等。

聚丙烯驻极体静电合成纤维过滤材料是对聚丙烯纤维在熔喷制造过程中进行静电充电，使其成为静电型驻极体熔喷非织造布。这种过滤材料除了利用传统空气过滤材料的过滤机理外，同时利用荷电纤维的库仑力去实现对微粒的捕获，因此效率增加，阻力下降。专利CN111499979A公开了一种熔喷聚丙烯组合物及其制备方法和应用。该熔喷聚丙烯组合物包括聚丙烯、过氧化物引发剂、聚丁烯、驻极母粒、β晶型成核剂、抗氧剂和润滑剂，通过熔融混合挤出得到熔喷料，提高聚丙烯无纺布的过滤效率。CN112011126A公开了一种多功能聚丙烯熔喷料及其制备方法，将聚丙烯、驻极剂、抗菌剂、引发剂等熔融混合挤出得到多功能聚丙烯熔喷料，提高聚丙烯无纺布的驻极和抗菌效果。然而现有技术制备的聚丙烯熔喷无纺布仍存在驻极效果和电荷稳定性不佳的问题，过滤效率仍有待提高。

有鉴于此，有必要设计一种改进的多功能复合熔喷无纺布及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能复合熔喷无纺布及其制备方法。该方法通过双层熔喷，将常规聚丙烯无纺布与含氟接枝改性聚丙烯无纺布复合，得到梯度驻极过滤材料。具有静电驻极效果好，空气过滤效率高、压阻低的优点。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种多功能复合熔喷无纺布，包括至少一层聚丙烯熔喷无纺布和至少一层含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布，所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布是由聚丙烯与含氟烯烃类单体在引发剂作用下熔融聚合得到。

作为本发明的进一步改进，所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布中聚丙烯链段与含氟链段的质量比为100:(2～20)。

作为本发明的进一步改进，所述含氟烯烃类单体为含有双键和氟酸酯基团的功能单体。

作为本发明的进一步改进，所述含氟烯烃类单体包含但不限于为甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸八氟戊酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十七氟癸酯中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，所述聚丙烯熔喷无纺布的表面静电势为200～3000V，所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布的表面静电势为1000～8000V，所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布的表面静电势大于所述聚丙烯熔喷无纺布的表面静电势，以形成表面静电势梯度。

作为本发明的进一步改进，所述多功能复合熔喷无纺布对PM2.5的过滤效率≥99％，过滤压阻≤20Pa。

一种以上所述的多功能复合熔喷无纺布的制备方法，包括以下步骤：

S1.按质量比100:(0.5～10):(2～20)称取聚丙烯、引发剂和含氟烯烃类单体，将其混合均匀，然后在双螺杆挤出机中熔融共混改性，得到含氟接枝改性聚丙烯熔喷料；

S2.将聚丙烯在双螺杆挤出机中熔融混合，得到聚丙烯熔喷料；

S3.将步骤S1得到的所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷料和步骤S2得到的所述聚丙烯熔喷料进行双层熔喷，得到所述多功能复合熔喷无纺布。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述聚丙烯的熔融指数为1000-1800g/10min；在步骤S2中，所述聚丙烯的熔融指数为500-1800g/10min。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述熔融共混改性的温度为160～230℃。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述聚丙烯的熔融指数为800～1800g/10min。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的多功能复合熔喷无纺布，将常规聚丙烯无纺布与含氟接枝改性聚丙烯无纺布复合，由于含氟元素的聚丙烯熔喷无纺布有非常优异的静电驻极效果，能够得到梯度驻极过滤材料。利用驻极电荷的梯度性，在空气过滤使用的过程中，可将大部分气溶胶、颗粒物、PM2.5等有害物质集中于含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布层。利用表面静电势梯度，从而实现定向过滤，提高过滤效果，而且通过两层表面静电势梯度的相互影响，能够有效抑制电荷衰减。而且电荷衰减速率明显降低，大大延长了其使用寿命。

2、本发明提供的多功能复合熔喷无纺布，采用分子量为25000～60000的聚丙烯，接枝本发明所述的含氟烯烃类单体后，得到的无纺布的驻极效果较优。再与分子量为100000～400000的聚丙烯无纺布复合，得到的梯度驻极过滤材料，具有静电驻极效果好、空气过滤效率高、压阻低等优点。通过调控含氟接枝改性聚丙烯的链段组成，实现对复合无纺布驻极电荷梯度的调控，从而提高驻极效果和电荷稳定性，电荷贮存能力也增强。

3、本发明提供的多功能复合熔喷无纺布，采用本发明制备出来的复合熔喷无纺布，在性能方面，克服了传统熔喷无纺布功能化改性困难，静电驻极效果差的缺点，实现了熔喷聚丙烯无纺布的性能的多样化。具有较大的产业化生产的潜力。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供的多功能复合熔喷无纺布，包括至少一层聚丙烯熔喷无纺布和至少一层含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布，所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布是由聚丙烯与含氟烯烃类单体在引发剂作用下熔融聚合得到。将常规聚丙烯无纺布与含氟接枝改性聚丙烯无纺布复合，能够得到梯度驻极过滤材料。利用驻极电荷的梯度性，在空气过滤使用的过程中，可将大部分气溶胶、颗粒物、PM2.5等有害物质集中于含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布层，从而实现定向过滤，提高过滤效果。而且电荷衰减速率明显降低。本发明制备的无纺布具有静电驻极效果好、空气过滤效率高、压阻低等优点。

所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布中聚丙烯链段与含氟链段的质量比为100:(2～20)。通过调控含氟接枝改性聚丙烯的链段组成，实现对复合无纺布驻极电荷梯度的调控，从而提高驻极效果和电荷稳定性，电荷贮存能力也增强。

所述含氟烯烃类单体为含有双键和氟酸酯基团的功能单体。优选地，所述含氟烯烃类单体包含但不限于为甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸八氟戊酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十七氟癸酯中的一种或多种。

所述聚丙烯熔喷无纺布的表面静电势为200～3000V，所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布的表面静电势为1000～8000V，所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布的表面静电势大于所述聚丙烯熔喷无纺布的表面静电势，以形成表面静电势梯度。在实际使用时，可通过对驻极体充电注入电荷。例如通过在约14000V的电压下进行电晕放电，对复合无纺布充电。通过不同电压极充电时间，控制双层无纺布储存电荷的数量，从而实现驻极电荷梯度的目的。利用表面静电势梯度，从而实现定向过滤，提高过滤效果，而且通过两层表面静电势梯度的相互影响，能够有效抑制电荷衰减。

所述多功能复合熔喷无纺布对PM2.5的过滤效率≥99％，过滤压阻≤20Pa。

一种以上所述的多功能复合熔喷无纺布的制备方法，包括以下步骤：

S1.按质量比100:(0.5～10):(2～20)称取聚丙烯、引发剂和含氟烯烃类单体，将其混合均匀，然后在双螺杆挤出机中熔融共混改性，得到含氟接枝改性聚丙烯熔喷料；所述的引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物中的一种；

S2.将聚丙烯在双螺杆挤出机中熔融混合，得到聚丙烯熔喷料；

S3.将步骤S1得到的所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷料和步骤S2得到的所述聚丙烯熔喷料进行双层熔喷，得到所述多功能复合熔喷无纺布。

本发明中，选用聚丙烯作为基体材料，选用含有双键和氟酸酯结构的两个特征官能团的功能单体作为接枝改性物。在高温和氧化作用下，制备过程中主要包含两个反应，一个是形成聚丙烯大分子链自由基，含氟烯烃类单体与自由基发生接枝反应；另一个是聚丙烯的β-断链反应，即，聚丙烯在加入过氧化物引发剂的时候会发生聚丙烯分子断链的反应，产生副产物。本发明含氟烯烃类单体与聚丙烯分子链中的反应性较高，因此，PP自由基可与含氟烯烃类单体快速反应，并一定程度上抑制潜在的β断裂反应。

由于有双键官能团的存在，使得抗菌单体接枝到聚丙烯的主链上。接着，由于有含氮官能团的存在，通过胺卤化作用，可以使接枝成功的聚丙烯熔喷材料分子链上形成具有卤胺的抗菌结构，由此赋予聚丙烯熔喷材料优异的抗菌性能。

在步骤S1中，所述聚丙烯的熔融指数为1000-1800g/10min；在步骤S2中，所述聚丙烯的熔融指数为500-1800g/10min。在步骤S1中，所述聚丙烯的熔融指数优选为1200-1600g/10min，更优选为1300～1500g/10min，更优选为1400g/10min。在步骤S2中，所述聚丙烯的熔融指数优选为800～1500g/10min，更优选为1000～1300g/10min，更优选为1100～1200g/10min。熔融指数的测定条件为：温度：230℃，负荷：2160g，试样所受压强：0.2982Mpa。

本发明研究表明，采用熔融指数为1000-1800g/10min的聚丙烯，接枝本发明所述的含氟烯烃类单体后，得到的无纺布的驻极效果较优。再熔融指数为500-1800g/10min的聚丙烯无纺布复合，得到的梯度驻极过滤材料，具有静电驻极效果好、空气过滤效率高、压阻低等优点。

在步骤S1中，所述熔融共混改性的温度为160～230℃。

实施例1

一种多功能复合熔喷无纺布，通过以下步骤制备：

S1.按质量比100:2:10称取熔融指数为1400g/10min的聚丙烯、过氧化苯甲酰和甲基丙烯酸三氟乙酯，将其混合均匀，然后在双螺杆挤出机中熔融共混改性(加工温度为180℃)，得到含氟接枝改性聚丙烯熔喷料；

S2.将熔融指数为1150g/10min的聚丙烯在双螺杆挤出机中熔融混合，得到聚丙烯熔喷料(所述的聚丙烯熔喷材料的熔融指数为1000g/10min)；

S3.将步骤S1得到的所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷料和步骤S2得到的所述聚丙烯熔喷料进行双层MM熔喷，得到所述多功能复合熔喷无纺布。

对制备的多功能复合熔喷无纺布进行驻极充电，使得所述聚丙烯熔喷无纺布的表面静电势2000V，所述含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布的表面静电势为5000V，以形成表面静电势梯度。

采用步骤S1的熔喷料得到的单独的含氟接枝改性聚丙烯无纺布，对PM2.5过滤效率为99.90％～99.99％，过滤压阻为5～20Pa，一个月后电荷衰减率为0.2～1％。

而采用步骤S2的熔喷料得到的单独的聚丙烯无纺布对PM2.5过滤效率为94.00％～98.95％，过滤压阻为20～50Pa，一个月后电荷衰减率为10～35％。

采用步骤S1的熔喷料得到的单独的含氟接枝改性聚丙烯无纺布对PM2.5过滤效率为94.00％～98.95％，过滤压阻为10～50Pa，一个月后电荷衰减率为10～30％。

实施例2-5

一种多功能复合熔喷无纺布，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤S1，聚丙烯、过氧化苯甲酰和甲基丙烯酸三氟乙酯的质量比如表1所示。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

表1实施例2-5的制备条件及过滤性能

从表1可以看出，实施例2和3，在引发剂含量相同的条件下，随着甲基丙烯酸三氟乙酯的含量的增加，聚丙烯表面静电势越高，PM2.5的过滤效果越好，过滤压阻越低，电荷衰减率越小。实施例4和5，在功能单体甲基丙烯酸三氟乙酯含量相同的条件下，随着引发剂DCP含量的增加，复合熔喷无纺布的表面静电势越高、PM2.5过滤效率越高，过滤压阻越小，电荷衰减率也越低。

实施例6-9

一种多功能复合熔喷无纺布，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S1中和步骤S2中的聚丙烯分子量分别如表2所示。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

表2实施例6-9的制备条件及过滤性能

从表2可以看出，实施例6和7，在S2步骤中使用相同熔融指数的聚丙烯时，S1中或步骤S2使用的聚丙烯熔融指数过高或过低，制备得到的复合熔喷布的过滤性能均变差，即表面静电势降低、PM2.5过滤效率变差，过滤压阻增大，电荷衰减率也增大大，其机械性能会受到一定的影响。

综上所述，本发明提供的多功能复合熔喷无纺布，将常规聚丙烯无纺布与含氟接枝改性聚丙烯无纺布复合，由于含氟元素的聚丙烯熔喷无纺布有非常优异的静电驻极效果，能够得到梯度驻极过滤材料。利用驻极电荷的梯度性，在空气过滤使用的过程中，可将大部分气溶胶、颗粒物、PM2.5等有害物质集中于含氟接枝改性聚丙烯熔喷无纺布层。利用表面静电势梯度，从而实现定向过滤，提高过滤效果，而且通过两层表面静电势梯度的相互影响，能够有效抑制电荷衰减。而且电荷衰减速率明显降低，大大延长了其使用寿命。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。