基于原位聚合原位成纤的非织造复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种非织造复合材料，包括以下重量份数的组分：尼龙6纤维20～80份，第二纤维20～80份，第二纤维为尼龙6纤维以外的纤维，第二纤维在非织造复合材料中以编织布和非织造布中的一种或两种形式存在。本发明专利技术还公开上述非织造复合材料的原位聚合原位成纤制备方法，以及上述非织造复合材料的应用。本发明专利技术的方法可调控非织造复合材料的孔径和孔隙率，与现有技术相比，孔径与孔隙率的调控技术更加简单，制得的非织造复合材料孔径更小、孔隙率更高。

In situ polymerization of in-situ fiber forming nonwoven composites and their preparation and Application

The invention discloses a nonwoven composite material, consisting of a component of the following weight portion: 20~80 parts of nylon 6 fibers, 20~80 parts of second fibers, second fibers other than nylon 6 fibers, and the second fibers exist in one or two form of woven fabric and nonwoven fabric in nonwoven composites. The invention also discloses a method for in-situ polymerization of in-situ polymerization of the nonwoven composite material and the application of the nonwoven composite material. The method of the invention can regulate the pore size and porosity of nonwoven composites. Compared with the existing technology, the control technology of pore size and porosity is simpler, and the pore size and porosity of the made nonwoven composites are smaller and higher.

【技术实现步骤摘要】
基于原位聚合原位成纤的非织造复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于复合材料
，尤其涉及一种基于原位聚合原位成纤的非织造复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着人们对健康的用水和空气质量的要求日益提高、环保意识的不断觉醒和治理力度的不断加大，我国环保产业进入了快速发展期，冶金、化工、火力发电厂和高温炉净化等行业对气体或液体过滤的要求越来越高，这为过滤材料的发展提供了很好的机遇。非织造过滤材料在生产过程中完全脱离了传统纺织的并条、粗纱、细纱、络筒以及整经、浆纱、织造等工序，它具有独特的三维立体网状结构，孔隙分布均匀、过滤性能好、生产工序短、产量高、自动化程度高、生产成本低、可应用纤维原料范围广等优势，逐渐取代了传统的纤维过滤材料和滤纸等，成为目前气体及液体等过滤领域应用最为广泛的纤维过滤材料。张惠芳等将非织造材料与机织物、针织物等复合，加工成过滤材料(张惠芳，机针织与非织造复合过滤材料的性能研究，硕士学位论文，浙江理工大学，2012)，使过滤材料在不同厚度具有不同的孔径大小、孔隙率等，可以在同一过滤材料上可以完成初滤、中滤、精滤等多级过滤，实现对悬浮颗粒的梯度过滤，提高了材料的过滤效果和过滤性能。申请号为201410315027.X的中国专利公开了一种非织造复合加工工艺，通过水刺、针刺、热压或者超声波复合方式中的一种复合技术将各层非织造面料复合在一起；公开号为CN106012296A的中国专利公开了一种首先经纺粘成形工艺制得聚酯/聚酰胺共混长丝纤维网，通过针针加固，再去除掉纤维表面的聚酯或者聚酰胺成份，然后进一步水刺加固，得到很好疏水效果、力学性能和尺寸稳定性更好的滤料材料；公开号为CN105771427A的中国专利公开了一种经混合、梳理后，经针刺成网、碱液消融、轧压水洗、PTFE乳液浸渍、拉幅热定型和冷却固化工艺而制成的空气过滤用驻极体非织造过滤材料；公开号为CN101804274B的中国专利公开了一种将硬挺化处理得到的水刺非织造布退卷，然后表面上胶，再与聚四氟乙烯膜通过压辊压紧复合，得到由水刺非织造布和聚四氟乙烯膜复合而成的过滤材料的工艺；其它如公开号为CN105999853A、CN105498361A、CN101844014A的中国专利等等也均通过与上述专利类似的工艺制备非织造复合过滤材料的方法。然而当前制备非织造复合过滤材料的技术存在如下两方面缺点：(1)面工艺和设备复杂；(2)均使用常规纺丝工艺生产的纤维为原料，较大的纤维直径，不利于进一步降低过滤材料的孔径，对极微细颗粒过滤困难。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种制备工艺简单、孔径更小、孔隙率更高、孔径与孔隙率的调控技术更加简单的基于原位聚合原位成纤的非织造复合材料。本专利技术的另一目的是提供上述非织造复合材料的制备方法及在液体过滤方面的应用。技术方案：一种非织造复合材料，包括以下重量份数的组分：尼龙6纤维(聚酰胺-6纤维)20～80份玻璃纤维20～80份玻璃纤维在非织造复合材料中以编织布和非织造布中的一种或两种形式存在。优选地，尼龙6纤维的直径为50nm～5μm，玻璃纤维的直径为100nm～5μm。本专利技术另一方面提供上述非织造复合材料的原位聚合原位成纤制备方法，包括以下步骤：1)将熔融态的己内酰胺与第二组份聚合物混合均匀后，加入己内酰胺阴离子聚合的催化剂，除水，加入己内酰胺阴离子聚合的助催化剂，得到反应性混合熔体；2)将玻璃纤维均匀铺入带有进料孔和排气孔的反应器中，并将反应器和玻璃纤维预热至70～120℃；3)将步骤1)得到的反应性混合熔体经所述进料孔注入步骤2)经预热的反应器中，直至排气孔有物料溢出，完成注入，关闭进料孔和所述排气孔；在反应器中密闭条件下125～200℃进行己内酰胺的阴离子聚合5～60分钟，停止加热，自然冷却至室温，得到尼龙6/第二组份聚合物/玻璃纤维混合物；4)洗涤步骤3)获得的尼龙6/第二组份聚合物/玻璃纤维混合物，除去其中的第二组份聚合物，获得尼龙6/玻璃纤维非织造复合材料。优选地，第二组份聚合物选自聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯及其衍生物和苯乙烯-马来酸酐共聚物中的一种或几种的混合物，第二组份聚合物在己内酰胺和第二组份聚合物组成的混合物的含量为5～50wt％。步骤1)中，除水的方法优选为减压蒸馏；熔融态的己内酰胺(己内酰胺熔体)的温度为70～120℃；催化剂为碱金属、碱金属的氢化物、碱金属的氢氧化物或碱金属的醇化物，进一步优选钠、氢化钠或乙醇钠，催化剂加入量为己内酰胺熔体的0.04～1wt％；助催化剂为能够与己内酰胺反应生成酰化己内酰胺的物质，进一步优选异氰酸酯类化合物、酰氯类化合物或酸酐类化合物，助催化剂加入量为己内酰胺熔体的0.04～1wt％。通过减压蒸馏除去己内酰胺和第二组份聚合物混合物中微量的水分。步骤2)和步骤3)中提到的反应器为设置有进料孔和排气孔的任意可密闭的耐压力装置，例如密闭式注塑模具；步骤2)中，使用模温控制器对反应器和玻璃纤维预热，玻璃纤维的加入量以使最终制得的尼龙6纤维(聚酰胺-6纤维)和玻璃纤维的质量比满足20～80：20～80为准；步骤3)中，注入是通过压力注射装置实现的，压力注射装置的注射压力为0.6～6MPa，压力注射装置可以为注射机、RTM成型用注胶机、负压吸入装置。步骤4)中，洗涤步骤3)获得的尼龙6/第二组份聚合物/玻璃纤维混合物使用的溶剂为己内酰胺熔体。本专利技术另一方面提供上述非织造复合材料在过滤中的应用。有益效果：本专利技术中，在注入反应器前，因为己内酰胺与第二组份聚合物之间粘度的差别，高含量的己内酰胺在反应性混合熔体中呈球状液滴分散于第二组份聚合物熔体中；当包含己内酰胺熔体和第二组份聚合物的反应性混合熔体在压力作用下注入并充满反应器时，反应性混合熔体流经反应器进料孔以及玻璃纤维编织布和/或非织造布孔隙的过程中，进料孔以及玻璃纤维编织布和/或非织造布孔隙的毛细效应将对反应性混合熔体产生拉伸作用，高含量、呈球状分散于第二组份聚合物熔体中的己内酰胺液滴将被拉伸，且彼此聚并，从而转变为连续微纤状；因为己内酰胺阴离子聚合反应速率快、聚合温度低于尼龙6的熔点，所以连续微纤状的己内酰胺在反应器中迅速原位聚合形成结晶的、形态稳定的尼龙6连续微纤；当通过溶剂洗涤去除第二组份聚合物后，尼龙6连续微纤与玻璃纤维织物最终形成互传网络结构。与现有非织造复合材料技术相比，本专利技术具有如下有点：(1)无需经过现有技术中的水刺、针刺、纺粘、胶粘、热压、超声波等任何特殊工艺，仅仅压力注射就可以形成尼龙6纤维/玻璃纤维的非织造过滤材料，工艺简单；(2)因该复合织物具有连续尼龙6纤维贯穿于第二纤维空隙的互传网络结构，两种纤维彼此相互缠绕，所以网络结构更加稳定；(3)本专利技术中，一方面，第二组份聚合物含量越高，所获得的连续尼龙6纤维的直径越小；另一方面，去除第二组份聚合物之前，连续尼龙6纤维被包覆于第二组份聚合物中，因此第二组份聚合物含量越高，尼龙6连续纤维之间、以及尼龙6连续纤维与玻璃纤维之间的阻隔层(第二组份聚合物)越多，去除第二组份聚合物后整个复合材料中纤维与纤维之间的孔隙也就越大。所以，本专利技术通过改变第二组份聚合物的含量，就可调控非织造复合材料的孔径和孔隙率，与现有技术相比，孔径与孔隙率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非织造复合材料，其特征在于，所述非织造复合材料包括以下重量份数的组分：尼龙6纤维       20～80份玻璃纤维        20～80份所述玻璃纤维在所述非织造复合材料中以编织布和非织造布中的一种或两种形式存在。

【技术特征摘要】
1.一种非织造复合材料，其特征在于，所述非织造复合材料包括以下重量份数的组分：尼龙6纤维20～80份玻璃纤维20～80份所述玻璃纤维在所述非织造复合材料中以编织布和非织造布中的一种或两种形式存在。2.根据权利要求1所述的一种非织造复合材料，其特征在于，所述尼龙6纤维直径为50nm～5μm。3.根据权利要求1所述的一种非织造复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维直径为50nm～5μm。4.权利要求1～3中任意一项所述的非织造复合材料的原位聚合原位成纤制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)将熔融态的己内酰胺与第二组份聚合物混合均匀，加入己内酰胺阴离子聚合的催化剂，除水，加入助催化剂，得到反应性混合熔体；2)将玻璃纤维铺满带有进料孔和排气孔的反应器，并将所述反应器和玻璃纤维预热至70～120℃；3)将步骤1)得到的反应性混合熔体经所述进料孔注入步骤2)经预热的所述反应器中，直至所述排气孔有物料溢出，完成注入，关闭所述进料孔和所述排气孔，在所述反应器中密闭条件下125～200℃进行己内酰胺的阴离子聚合5～60分钟，冷却，得到尼龙6/第二组份聚合物/玻璃纤维混合物；4)洗涤步骤3)获得的尼龙6/第二组份聚合物/玻璃纤维混合物，除去其中的第二组份聚合物，获得尼龙6/玻璃纤维非织造复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫东广，宋玮琦，王春亭，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32