一种在线负载纳米纤维的聚丙烯复合纤维、熔喷无纺布及其制备方法与应用技术

本申请公开了一种在线负载纳米纤维的熔喷无纺布及其制备方法与应用。通过在熔喷布成型过程气流中同步添加纳米纤维，利用熔喷加工过程中具有高风压的引导气流作用使纳米纤维与聚丙烯熔体纤维有效纠缠结合，从而有助于提高纳米纤维的负载牢度。并通过调节纳米纤维的负载量以制得微纳米纤维复合材料，所述微纳米纤维复合材料具有微纳米梯度结构。本申请的微纳米纤维复合材料的物理拦截效果更稳定、可靠，且能兼具优良的透气性能。且本发明专利技术制备方法简单、安全、高效，适合在医疗和环保等过滤材料领域中广泛应用。料领域中广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种在线负载纳米纤维的聚丙烯复合纤维、熔喷无纺布及其制备方法与应用


[0001]本申请属于无纺布
，特别涉及一种在线负载纳米纤维的熔喷无纺布及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]熔喷无纺布以聚丙烯为主要原料，空隙多、结构蓬松、抗褶皱能力好，具有独特的毛细结构的超细纤维增加单位面积纤维的数量和表面积，从而使熔喷布具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性。可用于空气、液体过滤材料等领域。特别地，在抗击病毒传播的过程中，以熔喷无纺布为核心的材料的口罩可以有效隔离包含病原体的微小颗粒物。因此，佩戴高过滤性口罩是阻断病毒传播的有效方式。
[0003]熔喷无纺布是利用高速热空气对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并凝聚在凝网帘或滚筒上，滚筒上的纤维再经过辊压、施加静电荷的驻极等过程，就成为最终的熔喷布成品。在现有工艺基础上进一步强化熔喷布材料的过滤性能对于扩展其应用领域非常重要。
[0004]熔喷无纺布实现对颗粒物过滤的途径主要包括两个方面：(1)静电吸附，利用聚丙烯纤维中驻极体储存电荷，通过静电力吸附气流中的微小颗粒。(2)物理隔离，利用纤维层本身的孔隙结构，阻隔细菌及病毒的侵入。医用外科口罩过滤层采用微米级的聚丙烯纤维，孔隙直径较大，无法高效地实现对小颗粒细菌、病毒的物理隔离，而主要采用为静电吸附的方法。但随着佩戴时间增长(如1～2小时)，其静电吸附能力减弱，隔离效果迅速衰减。因此，亟需研究开发一种高效的新型技术，实现熔喷无纺布材料的安全高效持久的过滤性能及力学性能。
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技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术存在的熔喷无纺布过滤性能不足的问题，提供一种在线负载纳米纤维的熔喷无纺布及其制备方法与应用，通过熔喷加工过程中具有高风压的引导气流作用使纳米纤维与聚丙烯熔体纤维有效纠缠结合，从而有助于提高纳米纤维的负载牢度，获得具有优异过滤性能的熔喷无纺布复合材料。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供一种聚丙烯复合纤维，包括聚丙烯纤维和通过熔喷气流工艺负载于所述聚丙烯纤维的纳米纤维；所述纳米纤维的负载量占所述聚丙烯复合纤维总质量的0.01％～5％。该复合材料具有优异的过滤性能，且兼具优良的透气性能。
[0007]优选地，所述纳米纤维为纤维素纳米晶、纤维素纳米纤维、微晶纤维素、细菌纳米纤维素中的至少一种。
[0008]细菌纳米纤维素优选为大肠杆菌、金黄葡萄球菌、白喉杆菌。
[0009]所述复合材料具有微纳米梯度结构；微纳米梯度结构，是指具有微米和纳米孔径结构的材料组合成的微纳米结构；
[0010]优选地，所述纳米纤维的直径为5nm至600nm范围内的任意值，长度为0.01μm至1000μm范围内的任意值。
[0011]所述聚丙烯纤维的直径为1μm至100μm范围内的任意值。
[0012]所述熔喷气流工艺是将纳米纤维分散液经气流雾化后随熔喷高速气流喷吹至聚丙烯熔体纤维，所述纳米纤维分散液包括纳米纤维和溶剂；
[0013]优选地，所述溶剂选自水、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸、氨基乙酸、乙酸乙酯、醋酸正丁酯、乙醚、乙酰丙酸溶剂中的至少一种；
[0014]优选地，所述纳米纤维在溶剂中的质量分数为0.1％～10％。
[0015]根据本专利技术的另一个方面，提供一种聚丙烯复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)将纳米纤维与溶剂混合，得纳米纤维分散液；
[0017](2)将纳米纤维分散液经熔喷气流工艺负载于聚丙烯熔体纤维，冷却后制得聚丙烯复合纤维。
[0018]本专利技术方法属于在线负载，在熔喷布成型过程中通过熔喷气流喷射将纳米纤维负载于聚丙烯纤维表面。
[0019]纳米纤维负载方向优选垂直方向，与聚丙烯纤维夹角60-90
°
。
[0020]优选地，步骤(2)是在聚丙烯纤维熔喷工艺段。
[0021]经气流纺丝的纳米纤维与聚丙烯纤维在凝固前聚集纠缠。
[0022]优选地，所述分散的方式包括机械搅拌和超声分散。
[0023]优选地，所述搅拌的时间为0.2～30h，所述超声分散的时间为0.1～5h。
[0024]在步骤(2)中，所述熔喷气流工艺是指将纳米纤维分散液经气流雾化后随熔喷高速气流喷吹至聚丙烯熔体纤维；
[0025]优选地，所述熔喷气流的温度为200℃至240℃范围内的任意值，所述熔喷高速气流的流速为300m/s至500m/s范围内的任意值，所述纳米纤维溶液的喷吹量为20g/min至500g/min范围内的任意值，所述雾化的纳米纤维分散液气流的流量为30L/min至400L/min范围内的任意值。
[0026]优选地，所述聚丙烯熔体纤维的制备是将聚丙烯原料在螺杆挤出机中熔融后从喷丝孔喷出，进行熔融纺丝，得到聚丙烯熔体纤维；优选所述熔融纺丝的接收距离为10cm至40cm范围内的任意值，喷丝孔径为0.01mm至1mm范围内的任意值。
[0027]根据本专利技术的再一个方面，提供一种熔喷无纺布复合材料，包括上述任一种聚丙烯复合纤维。
[0028]优选地，所述熔喷无纺布复合材料的纤维层孔径为1～200μm，纤维层厚度为10～500μm；
[0029]所述无纺布的吸气阻力为5～90Pa，呼气阻力为1～80Pa，所述无纺布对粒径范围为0.25μm～0.35μm的盐性颗粒物的过滤效率≥95％，对粒径范围为0.25～0.45μm的油性颗粒物的过滤效率≥95％。
[0030]根据本专利技术的另一个方面，提供一种熔喷无纺布复合材料的制备方法，将上述的聚丙烯复合纤维落在成网帘上相互粘结形成所述熔喷无纺布复合材料。优选地，所述复合材料经过电压10～50kV静电驻极。
[0031]根据本专利技术的再一个方面，提供上述聚丙烯复合纤维或熔喷无纺布复合材料在制备病毒防护品或环保产品中应用；
[0032]优选地，所述病毒防护品为口罩或防护服，更优选为医用外科口罩、医用防护口罩、气密性防护服、喷射致密性防护服、喷溅致密性防护服、粉尘致密性防护服；
[0033]所述病毒防护品为口罩或防护服，更优选为医用外科口罩、医用防护口罩、气密性防护服、喷射致密性防护服、喷溅致密性防护服、粉尘致密性防护服。
[0034]本申请能产生的有益效果包括：
[0035](1)本专利技术所提供的具有微纳米梯度结构的熔喷无纺布材料，通过在熔喷布成型过程气流中同步添加纳米纤维，利用熔喷加工过程中具有高风压的引导气流作用使纳米纤维与聚丙烯熔体纤维有效纠缠结合，从而有助于提高纳米纤维的负载牢度。在现有聚丙烯熔喷无纺布的基础上，将含有纳米结构的植物纤维与现有微米级聚丙烯熔喷布纤维上有效结合制备出的新材料，具有良好的透气性和较高的过滤效率，可实现对不同尺寸颗粒的高效过滤，其物理拦截效果更稳定、长效，解决了聚丙烯熔喷无纺布过滤层在对病毒的阻隔和透气性等方面的问题。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯复合纤维，其特征在于，包括聚丙烯纤维和通过熔喷气流工艺负载于所述聚丙烯纤维的纳米纤维；所述纳米纤维的负载量占所述聚丙烯复合纤维总质量的0.01％～5％；优选地，所述纳米纤维为纤维素纳米晶、纤维素纳米纤维、微晶纤维素、细菌纳米纤维素中的至少一种；优选地，所述纳米纤维的直径为5nm至600nm范围内的任意值，长度为0.01μm至1000μm范围内的任意值。2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合纤维，其特征在于，所述聚丙烯纤维的直径为1μm至100μm范围内的任意值。3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合纤维，其特征在于，所述熔喷气流工艺是将纳米纤维分散液经气流雾化后随熔喷高速气流喷吹至聚丙烯熔体纤维，所述纳米纤维分散液包括纳米纤维和溶剂；优选地，所述溶剂选自水、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸、氨基乙酸、乙酸乙酯、醋酸正丁酯、乙醚、乙酰丙酸溶剂中的至少一种；优选地，所述纳米纤维在溶剂中的质量分数为0.1％～10％。4.聚丙烯复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纳米纤维与溶剂混合，得纳米纤维分散液；(2)将纳米纤维分散液经熔喷气流工艺负载于聚丙烯熔体纤维，冷却后制得聚丙烯复合纤维；优选地，步骤(2)是在聚丙烯纤维熔喷工艺段。5.根据权利要求4所述的聚丙烯复合纤维的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述熔喷气流工艺是指将纳米纤维分散液经气流雾化后随熔喷高速气流喷吹至聚丙烯熔体纤维；所述熔喷气流的温度为200℃至240℃范围内的任意值，所述熔喷高速气流的流速为300m/s至500m/s范围内的任意值，所述纳米纤维溶液的喷吹量为20g/min至...

【专利技术属性】
技术研发人员：路芳，吴鹏飞，卢锐，司晓勤，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：