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        高性能聚丙烯熔噴布駐極母粒的制備與應(yīng)用研究

        2022-12-29 12:00:26張翼翔陳志釗李玲玉
        遼寧化工 2022年12期
        關(guān)鍵詞:效率

        張翼翔,陳志釗,李玲玉

        (廣東聚石化學(xué)股份有限公司,廣東 清遠(yuǎn) 511500)

        自2019年末爆發(fā)了新冠疫情,至今疫情反復(fù),對(duì)全世界各國(guó)人民的生命健康造成了極大危害??谡殖蔀榱巳粘5谋貍湮镔Y,正確佩戴口罩能降低病毒感染的風(fēng)險(xiǎn)。醫(yī)護(hù)級(jí)別的N95口罩,對(duì)非油性顆粒物(如酸霧、粉塵、微生物、漆霧等)的過(guò)濾效率達(dá)到95%。

        醫(yī)用外殼口罩由內(nèi)外兩層為無(wú)紡布,中間層為熔噴布,熔噴布作為過(guò)濾層,是口罩的核心組成部分,對(duì)過(guò)濾病毒起到關(guān)鍵作用[1-2]。

        聚丙烯熔噴布原料易得、生產(chǎn)成本低,具有非極性、高電阻率、疏水性等特點(diǎn),可以作為性能優(yōu)異的過(guò)濾層,但其在高濕、高溫環(huán)境下,電荷會(huì)快速衰減甚至消失,因此,加入駐極材料且經(jīng)過(guò)駐極處理,過(guò)濾層對(duì)顆粒的捕獲吸附能力更好,因此,在聚丙烯熔噴布的噴絲成布過(guò)程加入駐極母粒,熔噴布的能容納更多的電荷,能有效的提升電荷捕集能阱的深度與密度。從而對(duì)固體顆粒、細(xì)菌、病毒等雜物的過(guò)濾有顯著效果,可實(shí)現(xiàn)防護(hù)病毒的目的[3-6]。

        1 駐極母粒現(xiàn)有的制備方法

        目前,駐極母粒的制備方法有:

        專利CN202210212996.7[7]選用有機(jī)復(fù)配物為駐極劑,以聚丙烯樹脂、駐極劑、抗靜電劑、潤(rùn)滑劑、抗熱氧老化劑為原料按照一定比例混合均勻,擠出造粒獲得駐極母粒。

        專利CN202011579660.1[8]采用有機(jī)與無(wú)機(jī)復(fù)合駐極材料,采用ECTFE和C36H70MgO4提升聚丙烯與駐極劑之間的相容性。

        專利CN202111546485.0[9]以MPP、氣相SiO2、C36H70MgO4、抗氧劑和光穩(wěn)定劑為原料,經(jīng)過(guò)混合均勻,擠出切粒獲得駐極母料。

        專利CN202010871250.8[10]采用納米電氣石粉與C36H70MgO4作為駐極助劑,以熔噴級(jí)聚丙烯基料、駐極助劑、潤(rùn)滑劑、POE-8880等為原料,混合,熔融造粒即可獲得目標(biāo)產(chǎn)品。

        專利CN202111499895.4[11]利用了氣相SiO2和高溫硅油的協(xié)同效應(yīng),實(shí)現(xiàn)駐極效果,并采用現(xiàn)有技術(shù)制備獲得目標(biāo)產(chǎn)品。陳英林[12]等提出在駐極母粒中加入抗菌劑,抗菌劑在一定比例下與駐極劑有良好的協(xié)同效應(yīng),使產(chǎn)品增加了抗菌功效。田輝[13]采用有機(jī)氟碳為駐極劑,以高熔指聚丙烯、駐極劑、EBS、粘著劑等為原料,按照一定配比攪拌熔融造粒獲得目標(biāo)產(chǎn)品。

        專利CN202010405931.5[14]利用TiO2的空穴-電子遷移的特性,有效提高了駐極母粒的抗菌效果。

        2 駐極母粒制備的研究

        本文針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)制備的駐極母粒產(chǎn)品由于使用無(wú)機(jī)駐極劑,或駐極劑材料無(wú)法均勻分散,導(dǎo)致噴絲時(shí)容易堵塞膜孔,或添加駐極母粒導(dǎo)致熔噴布柔韌性低,或制備工藝復(fù)雜等缺陷展開了駐極母粒制備的研究。

        2.1 主要原料與主要儀器設(shè)備

        實(shí)驗(yàn)用到的主要原料見表1。

        表1 實(shí)驗(yàn)用到的主要原料

        實(shí)驗(yàn)用到的主要儀器設(shè)備見表2。

        表2 實(shí)驗(yàn)用到的主要原料

        2.2 駐極母粒的制備

        1)分別稱取熔噴聚丙烯、柔順劑、主駐極劑、輔駐極劑、成核劑、抗氧劑,質(zhì)量份比為:39.5~69.8;20~40∶5~10∶5~10∶0.1~0.25∶0.1~0.25,其中熔噴PP要求其熔體質(zhì)量流動(dòng)速率在(1 300±100 g)/10 min~(1 500±100 g)/min[GB/T 30923]。本實(shí)驗(yàn)采用不同原料配比制備駐極母粒樣品,其配比如表3。

        表3 駐極母粒樣品原料配比

        2)以樣品1為例,加熱稱量好的輔駐極劑EBS,使其從固體熔化至液體狀態(tài),加入納米氣相SiO2,EBS將SiO2包裹,使納米級(jí)的主駐極劑有效分散,同時(shí)加入C24H30O6與抗氧劑1010,攪拌加熱,獲得均勻的半熔化狀態(tài)混合結(jié)塊。

        3)研磨機(jī)中加入步驟2獲得的結(jié)塊,經(jīng)過(guò)研磨獲得混合中間體A。

        4)混合機(jī)中加入熔噴PP、步驟3混合中間體A、MPP,低速攪拌2 min,此時(shí)物料已均勻混合獲得中間體B。

        (5)將步驟4獲得的中間體B加入雙螺桿擠出機(jī),在240 ℃,轉(zhuǎn)速220 r·min-1下熔融擠出造粒,顆粒過(guò)篩,除去小顆粒與粉塵后進(jìn)入成品貯罐,罐內(nèi)保持90℃熱風(fēng)攪拌、鼓動(dòng)4 h均勻脫除小分子聚合物,經(jīng)過(guò)均化、脫揮操作后即可得到高性能駐極母粒。

        2.3 駐極母粒的對(duì)比樣品的制備

        為了考察各種主駐極劑、輔駐極劑發(fā)揮的性能及其之間具有協(xié)同作用,同時(shí)考察制備工藝的效果,根據(jù)樣品2調(diào)整了原料配比及生產(chǎn)工藝,制備了對(duì)比樣品,制備方法與3.3一致,表4為對(duì)比樣品的原料配比。

        表4 對(duì)比樣品的原料配比

        其中對(duì)比樣品5,其原料配比與樣品2是一致的,區(qū)別在于制備工藝,對(duì)比樣品5不優(yōu)先進(jìn)行主駐極劑與輔駐極劑的混合,直接將所有原料進(jìn)行2.2中步驟4的操作。

        對(duì)比樣品7,直接采用PPH Y1500噴布。

        3 駐極母粒的應(yīng)用及性能評(píng)價(jià)

        在聚丙烯熔噴布噴絲過(guò)程,加入1%~5%的駐極母粒,可以有效提高熔噴布表面電荷,使熔噴布的過(guò)濾效果、使用有效期得以提高與延長(zhǎng)。

        在Y1500聚丙烯熔噴料樹脂中分別加入1%上述制備的樣品2與對(duì)比樣品1-6駐極母粒,混合加熱熔化為液體狀態(tài),紡絲噴布。對(duì)比樣品7采用Y1500不加入駐極母粒熔融噴布。

        上述的熔噴布分別進(jìn)行駐極處理,電壓為20 kV,獲得8個(gè)熔噴布樣品。對(duì)熔噴布樣品進(jìn)行過(guò)濾效率與氣流阻力試驗(yàn)。每個(gè)熔噴布的試驗(yàn)質(zhì)量為26 g,流量32 L·min-1,在阻力相同的條件下,進(jìn)行細(xì)菌過(guò)濾效率(BFE)測(cè)試,結(jié)果如表5所示。

        表5 熔噴布過(guò)濾效率對(duì)比

        通過(guò)表5數(shù)據(jù)可以看過(guò),(1)通過(guò)本文制備的駐極母粒(樣品2)具有優(yōu)異的電荷捕獲能力,能有效的提高熔噴布的細(xì)菌過(guò)濾效率,其BFE最高。對(duì)比樣品7僅采用PPH Y1500制備,未加入駐極母粒,其BFE最低,且過(guò)濾效果遠(yuǎn)低于其他樣品。(2)通過(guò)對(duì)比樣品2及對(duì)比樣品1-4,作為主駐極劑,納米電氣石的效果最佳,明顯優(yōu)于其它單一或復(fù)合主駐極劑材料,復(fù)合主駐極劑材料之間并未有產(chǎn)生提高性能的協(xié)同效應(yīng)。(3)根據(jù)樣品2與對(duì)比樣品5的BFE值,可以得知若主駐極劑未能預(yù)先有效分散,其效果有明顯下降,且有可能堵塞噴絲孔,影響生產(chǎn)效率。(4)通過(guò)樣品2與對(duì)比樣品6比較,主駐極劑作為關(guān)鍵原料,與輔駐極劑之間的產(chǎn)生良好的協(xié)同效應(yīng),對(duì)比樣品6未加入主駐極劑,其過(guò)濾效果雖然比未添加任何成分的樣品7有一定的提高,但距離加入主駐極劑的樣品仍存在較大差距。

        4 結(jié)論

        本文以熔噴聚丙烯、柔順劑、主駐極劑、輔駐極劑、成核劑、抗氧劑為原料,此工藝關(guān)鍵步驟要求主駐極劑均勻分散于輔駐極劑中,主駐極劑與輔駐極劑之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),獲得性能良好的駐極母粒產(chǎn)品。在聚丙烯熔噴布噴絲過(guò)程,加入的駐極母粒產(chǎn)品,可以有效提高熔噴布表面電荷,通過(guò)測(cè)試熔噴布過(guò)濾效率,通過(guò)加入本方法制備的駐極母粒,細(xì)菌過(guò)濾效率(BFE)大于95%,聚丙烯熔噴布的綜合過(guò)濾效率、抗熱衰的性能、柔韌性得到大幅度提升。

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