基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维的制备方法，是将高聚物、增塑助剂经计量输送到超临界釜中，在搅拌状态下导入超临界二氧化碳，经过搅拌稳定后形成超临界纺丝流体，该超临界纺丝流体经过纺丝喷头瞬时释放的开放大气环境中发生相分离转化为二氧化碳气体、增塑助剂及固化的高聚物，固化的高聚物在增塑助剂置换和瞬时释压压差牵伸的作用下形成高聚物纤维。本发明专利技术还公开了上述方法制成的高聚物纤维及其应用。本发明专利技术提供的制备方法能够比闪蒸法获得的更高的纺丝压力差和纺丝喷速，还能避免有机溶剂的回收和处理，制备的高聚物纤维的纤维直径为0.5～5μm。本发明专利技术属于高聚物非织造布制备技术领域，适用于有限次医用防护服领域。

【技术实现步骤摘要】
基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维、其制备方法及应用
本专利技术属于一种高聚物非织造布制备
，涉及一种高聚物纤维的制备，具体地说是一种基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维、其制备方法及应用。
技术介绍
非织造布是一种不需要纺纱织布而形成的织物，其只是将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。非织造布是直接利用高聚物切片、短纤维或长丝通过各种纤网成形方法和固结技术形成的具有柔软、透气和平面结构的新型纤维制品。非织造布的用途非常广泛，主要用途大致可分为：涉及医疗卫生用布、家庭装饰用布、服装用布、工业用布、农业用布等。其中医疗卫生用布涉及手术衣、防护服、消毒包布、口罩、尿片、妇女卫生巾等。2020年爆发的新型冠状病毒肺炎疫情蔓延至全球，并且呈逐步恶化的趋势，疫情的爆发使口罩和防护服的需求量急剧上升。口罩和防护服的各种原材料，尤其是非织造布的产量成为制约二者生产速度的一个重要因素。与此同时，医务防务工作对口罩和防护服的阻隔性、透汽舒适性与可重复使用提出了较高的要求。研究表明，通过调控非织造布的纤维细度，可以系统解决医用防护服的阻隔性、透汽舒适性与可重复使用问题。当非织造布纤维直径达到亚微米尺度时，可在纤维与外界的“固-气”、“固-液”界面形成纳米效应，形成单向导湿膜。具体表现为，汽体分子可以通过纤维膜排出，而颗粒物、液滴等大尺度物质可被有效阻隔。因此，对于高端医用防护服来说，发展微细纤维非织造布（UFN），是提高医用防护服过滤阻隔性、舒适性等关键性能的核心，也是目前国内外纤维及非织造材料研究领域关注的重点。目前，工业化制备非织造布的方法，如纺粘法、海岛型或桔瓣型复合纺、熔喷法等难以构筑高阻隔性的微细纤维聚集体。而静电纺、溶液喷射纺等方法构筑UFN，产品需多步加工或与其它材料复合，力学性能较差，生产效率不高。离心纺、超拉伸法也可用于构筑UFN，但仍处于实验室探索阶段，短期难以实现工业转化。因此建立一种简便易行、适用范围广、产品性能优的UFN一步成形方法，对于UFN产业化推进，积极应对新型冠状病毒疫情和重大的安全卫生事件具有重要意义。闪蒸法是一种在高温高压下将聚乙烯溶解于有机溶剂（如甲苯，二甲苯等）中，采用溶液纺丝干法工艺制备无纺布的方法，且杜邦公司技术工艺严格保密。仅有少数高校和企业做了探索性研究。如，美国约翰霍普金斯大学的MarkA.McHugh组对于聚合物在烷烃、卤代烃等溶剂体系的超临界溶解性和相平衡规律做了一定的研究，总结了聚合物溶液相变的热力学规律；韩国科学技术研究院的Kim组采用闪蒸法纺丝制备了L-丙交酯长丝，纤维直径为0.32-0.47mm。此外，闪蒸法无纺布生产过程中存在溶剂污染大、纤维形貌可控性问题。针对可重复使用医用防护服的高端需求，如果能制造一种高阻隔、高耐磨、高透湿的安全防护材料，将会为医用口罩和防护服的舒适性和重复使用提供强有力的技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的，是要提供一种基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维的制备方法，该方法采用制备超临界高聚物流体的方式，制备高聚物纤维，解决闪蒸法无纺布生产过程中溶剂污染大、纤维形貌可控性问题；本专利技术的第二个目的，是要提供基于上述制备方法制备的高聚物纤维；本专利技术还有一个目的，是要提供上述高聚物纤维的应用，用于制备高阻隔、高耐磨、高透湿的安全防护材料。本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方案如下：一种基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维的制备方法，按照以下步骤顺序进行：一、将高聚物、增塑助剂输送到超临界釜中，在搅拌状态下导入超临界二氧化碳，稳定后形成超临界纺丝流体；二、将超临界纺丝流体经过纺丝喷头以200～300m/s的速度瞬时释放的开放大气环境中，超临界纺丝流体在100～200的高倍压力差下从超临界状态迅速发生相分离转化为二氧化碳气体、增塑助剂及固化的高聚物，在上述过程中，固化的高聚物在增塑助剂置换和瞬时释压压差牵伸的作用下形成高聚物纤维。作为限定：所述高聚物、增塑助剂的质量比例为70～95:5～30。作为第二种限定：所述高聚物为聚烯烃、聚酯或聚酰胺；所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯中的一种；所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚羟基乙酸、聚丁二酸丁二醇酯中的一种；所述聚酰胺为聚酰胺6，聚酰胺66，聚酰胺56，聚酰胺1010中的一种。作为第三种限定：所述增塑助剂为二氧六环、环己烷、二氯甲烷、异丙醇、乙二醇单甲醚中的一种或两种的复合助剂。作为第四种限定：所述超临界釜的温度环境为110～190oC。作为第五种限定：所述超临界流体的压力为8～18MPa。本专利技术还提供了一种高聚物纤维，采用上述的基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维的制备方法制成。作为限定：所述高聚物纤维的直径为0.5～5μm。本专利技术进一步提供了上述的高聚物纤维的一种应用，所述高聚物纤维用于制备高聚物非织造布。本专利技术由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：（1）本专利技术的瞬时释压纺丝法是基于高聚物的超临界流体为纺丝液，不仅能够比闪蒸法获得的更高的纺丝压力差和纺丝喷速，还能有效降低甚至避免有机溶剂的回收和处理；（2）本专利技术的超临界纺丝流体在喷射过程中发生相分离，生成的高聚物非织造布的纤维具有更高的透汽性和阻隔性，还具有耐磨性好的特点，特别适用于制备有限次医用防护服；（3）本专利技术的高聚物非织造布的纤维直径达到0.5～5μm；（4）本专利技术的制备方法，生产过程中不会造成溶剂污染，制备的纤维形貌微细结构可控。本专利技术适用于高聚物超细非织造布
，用于制备0.5～5μm非织造布。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例1-10的设备结构示意图；图2为本专利技术实施例1的聚乙烯微纳纤维的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1的聚乙烯微纳纤维非织造布的实物图。图中：1、超临界气体输入口,2、原料口,3、超临界釜,4、空气放大器,5、第一收集辊,6、导丝辊，7、第二收集辊。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1基于瞬时释压纺丝法的聚乙烯微纳纤维的制备方法本实施例按照以下步骤顺序进行：一、如图1所示，将高密度聚乙烯90kg、增塑助剂环己烷10kg计量后从原料口2输送到150oC超临界釜3中，在搅拌状态下从超临界气体输入口1导入超临界二氧化碳至18MPa，稳定2h后形成超临界纺丝流体；二、将超临界纺丝流体经过圆形喷嘴以200m/s的速度瞬时释放的开放大气环境中，超临界纺丝流体在空气放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维的制备方法，其特征在于，按照以下步骤顺序进行：/n一、将高聚物、增塑助剂输送到超临界釜中，在搅拌状态下导入超临界二氧化碳，稳定后形成超临界纺丝流体；/n二、将超临界纺丝流体经过纺丝喷头以200～300 m/s的速度瞬时释放的开放大气环境中，超临界纺丝流体在100～200的高倍压力差下从超临界状态迅速发生相分离转化为二氧化碳气体、增塑助剂及固化的高聚物，在上述过程中，固化的高聚物在增塑助剂置换和瞬时释压压差牵伸的作用下形成高聚物纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维的制备方法，其特征在于，按照以下步骤顺序进行：
一、将高聚物、增塑助剂输送到超临界釜中，在搅拌状态下导入超临界二氧化碳，稳定后形成超临界纺丝流体；
二、将超临界纺丝流体经过纺丝喷头以200～300m/s的速度瞬时释放的开放大气环境中，超临界纺丝流体在100～200的高倍压力差下从超临界状态迅速发生相分离转化为二氧化碳气体、增塑助剂及固化的高聚物，在上述过程中，固化的高聚物在增塑助剂置换和瞬时释压压差牵伸的作用下形成高聚物纤维。


2.根据权利要求1所述的基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维的制备方法，其特征在于：所述高聚物、增塑助剂的质量比例为70～95:5～30。


3.根据权利要求1或2所述的基于瞬时释压纺丝法的高聚物纤维的制备方法，其特征在于：所述高聚物为聚烯烃、聚酯或聚酰胺；
所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯中的一种；
所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚羟基乙酸、聚丁二酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱美芳，相恒学，王倩倩，潘伟楠，周家良，胡泽旭，俞森龙，杨利军，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31