一种具有高滤性的黑色熔喷布材料及其制备方法与流程

1.本发明属于熔喷布材料技术领域，具体涉及一种具有高滤性的黑色熔喷布材料及其制备方法。


背景技术：

2.由于聚丙烯本身的无毒、无臭、无味、稳定性高、吸水率低等特点，被广泛用作熔喷法非织造布(简称“熔喷布”)的原料。熔喷布作为口罩的核心材料，近期受市场供需影响进入高潮，产能陆续释放。以聚丙烯为原料的熔喷布纤维直径可达1
‑
5μm，这些超细纤维赋予熔喷布良好的透气性能和过滤效果。研究者对聚丙型熔喷布进行常温双极电晕驻极处理，可使材料的超细纤维成为永久带电的纤维驻极体，静电作用极大地提高了驻极后材料对气相中的固体微粒的过滤效率。但是，即便加入驻极材料后，对大于0.03μm微粒的过滤效率仍达不到99.99％，只能用作亚高效过滤材料。
3.此外，熔喷布口罩除了其基本性能的要求外，越来越注重美观及个性化发展，对黑色熔喷布的需求也是越来越大，但是由于熔喷布的特殊工艺和结构，导致如果熔喷料中使用普通炭黑类色粉的话，即便在3％的很高添加量的情况下也很难着色，此外，炭黑本身具有导电效果，高添加量的情况下会使得熔喷布在放置过程中存储的电荷转移放电，从而滤效降低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有高滤性的黑色熔喷布材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题，通过在炭黑类色粉中添加多巴胺改性的cucr2o4纳米材料，不仅可以提高色粉的着色度，而且使材料过滤性能得到提升。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明一方面公开了一种具有高滤性的黑色熔喷布材料，其由聚丙烯90
‑
96份、驻极母粒2
‑
6份、炭黑1
‑
2份、多巴胺改性cucr2o4纳米材料1
‑
2份按照重量份制备而成。
7.作为本发明进一步的方案：所述聚丙烯为熔喷级聚丙烯，其在230℃、2.16kg条件下熔融指数为800
‑
2200g/10min。
8.作为本发明进一步的方案：所述驻极母粒由电气石、mgtio3、硬脂酸盐、钛酸盐、poss基材料、蜂蜡、松香中的至少一种与聚丙烯基体组成，所述聚丙烯基体在230℃，2.16kg条件下熔融指数为800g/10min
‑
1800g/10min。驻极母粒使得材料经过高级电极处理后，增加材料电荷捕集能肼的密度和深度，提高材料存储电荷的能力。
9.作为本发明进一步的方案：所述多巴胺改性cucr2o4纳米材料的制备方法包括以下步骤：
10.按重量份称取0.5
‑
10份的cucr2o4纳米材料加入100份的去离子水中，进行超声处理10
‑
30min，得到第一混合溶液；
11.向所述第一混合溶液中加入多巴胺、三羟甲基氨基甲烷，得到第二混合溶液；其
中，所述cucr2o4纳米材料、多巴胺、三羟甲基氨基甲烷的重量比为1：(0.5
‑
1.5)：(0.2
‑
0.8)；三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液，利于下一步的调节ph值。
12.向所述第二混合溶液中加入酸调节溶液ph值至8.0
‑
8.5，室温下持续搅拌反应10
‑
30小时，离心分离烘干即得到多巴胺改性cucr2o4纳米材料。
13.本发明另一方面公开了如上述任一项所述的一种具有高滤性的黑色熔喷布材料的制备方法，包括以下步骤：
14.(1)按重量份称取聚丙烯、驻极母粒、炭黑、多巴胺改性cucr2o4纳米材料后，混合均匀，得到混合料；
15.(2)将所述混合料加入螺杆挤出机中熔融挤出得到熔体，经计量泵后通过喷丝板喷出形成纤维，然后依次经过热风牵引、驻极处理后，在成网帘上得到黑色熔喷布材料。
16.作为本发明进一步的方案：所述螺杆挤出机各区温度为160
‑
280℃。
17.作为本发明进一步的方案：所述喷丝板的孔径为0.1
‑
0.4mm。
18.作为本发明进一步的方案：所述热风牵引的温度130
‑
320℃，压力为0.07
‑
0.8mpa。
19.作为本发明进一步的方案：所述驻极处理的压力为4
‑
8万伏。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.多巴胺改性cucr2o4(重铬酸铜)纳米材料配合炭黑作为色粉来制备黑色熔喷布材料，可提高熔喷布的着色度和过滤效果。纳米cucr2o4本身具有很高的着色效果，遮盖力强，经过多巴胺改性的cucr2o4纳米材料可以以微米尺寸均匀分散在材料中，同时，cucr2o4纳米材料为尖晶石型结构复合氧化物，本身具有驻极效果，多巴胺本身具有抑菌效果，使得制备的熔喷法非织造布材料黑度和过滤效果进一步提高。
具体实施方式
22.为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
24.以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：
25.熔融指数为1500g/10min的熔喷级聚丙烯生产厂家为合肥杰事杰新材料股份有限公司，型号为ppnf1500；
26.熔融指数为1800g/min的熔喷级聚丙烯生产厂家为合肥杰事杰新材料股份有限公司，型号为ppnf1800；
27.熔融指数为1200g/min的熔喷级聚丙烯生产厂家为巴塞尔，型号为ppmf650x；
28.熔融指数为800g/min的熔喷级聚丙烯生产厂家为合肥杰事杰新材料股份有限公司，型号为ppnf800；
29.熔融指数为2200g/min的熔喷级聚丙烯生产厂家为巴塞尔，型号为ppmf650z；
30.以上熔融指数均在230℃、2.16kg条件下按照iso1133测试标准测得。
31.所有材料均为市售常规常用产品。
32.上述试剂只是为了说明本发明实验时所采用的试剂来源和成分，以便充分公开，并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本发明。
33.可以理解的是，以上原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
34.本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
35.实施例1
36.(1)称取5份的cucr2o4纳米材料加入100份的去离子水中，进行超声处理20min，得到第一混合溶液；向所述第一混合溶液中加入1份多巴胺、2.5份三羟甲基氨基甲烷，得到第二混合溶液；向所述第二混合溶液中加入1mol/l的hcl调节溶液ph值至8.0
‑
8.5，室温搅拌，反应20小时，离心分离烘干即得到多巴胺改性cucr2o4纳米材料。
37.(2)取熔融指数为1500g/10min的熔喷级聚丙烯94份、驻极母粒3份，炭黑1.5份、多巴胺改性cucr2o4纳米材料1.5份，混合均匀，得到混合料；其中，驻极母粒的由50％的硬脂酸镁、50％的聚丙烯基体(熔融指数为1500g/10min)按照质量比组成。
38.(3)将所述混合料经螺杆挤出机熔融挤出成熔体，经计量泵后通过喷丝板喷出形成纤维，然后依次经过热风牵引、高压驻极处理后，在成网帘上形成熔喷布。
39.其中：螺杆挤出机的加热温度为一区175℃，二区210℃，三区225℃，四区225℃，五区220℃，六区220℃；喷丝板的孔径为0.2mm；热风牵引中热风温度为150℃，热风压力为0.5mpa；高压驻极处理选择压力为6万伏的高压静电发生器进行驻极处理。
40.实施例2
41.(1)称取2份的cucr2o4纳米材料加入100份的去离子水中，进行超声处理15min，得到第一混合溶液；向所述第一混合溶液中加入1.6份多巴胺、0.8份三羟甲基氨基甲烷，得到第二混合溶液；向所述第二混合溶液中加入1mol/l的hcl调节溶液ph至8.0
‑
8.5，室温搅拌，反应25小时，离心分离烘干即得到多巴胺改性cucr2o4纳米材料。
42.(2)称取熔融指数为1800g/min的熔喷级聚丙烯93.6份、驻极母粒4份、炭黑1.2份、多巴胺改性cucr2o4纳米材料1.2份，混合均匀，得到混合料；其中，驻极母粒由60％的电气石、40％的聚丙烯基体(熔融指数为1800g/10min)按照质量比组成。
43.(3)将所述混合料经螺杆挤出机熔融挤出成熔体，经计量泵后通过喷丝板喷出形成纤维，然后依次经过热风牵引、高压驻极处理后，在成网帘上形成熔喷布。
44.其中：螺杆挤出机的加热温度为一区210℃，二区210℃，三区210℃，四区220℃，五区220℃，六区220℃，七区225℃，八区225℃，九区225℃，十区225℃；喷丝板的孔径为0.25mm；热风牵引中热风温度为210℃，热风压力为0.3mpa；高压驻极处理选择压力为5万伏的高压静电发生器进行驻极处理。
45.实施例3
46.(1)称取8份的cucr2o4纳米材料加入100份的去离子水中，进行超声处理12min，得到第一混合溶液；向所述第一混合溶液中加入4.8份多巴胺、2.4份三羟甲基氨基甲烷，得到第二混合溶液；向所述第二混合溶液中加入1mol/l的hcl调节溶液ph值至8.0
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8.5，室温搅拌，反应26小时，离心分离烘干即得到多巴胺改性cucr2o4纳米材料。
47.(2)称取熔融指数为1200g/min的熔喷级聚丙烯91.4份、驻极母粒5份、炭黑1.8份、多巴胺改性cucr2o4纳米材料1.8份，混合均匀，得到混合料；其中，驻极母粒由30％的mgtio3、40％的si3n4、余量的聚丙烯基体(熔融指数为800g/10min)按照质量比组成。
48.(3)将所述混合料经螺杆挤出机熔融挤出成熔体，经计量泵后通过喷丝板喷出形成纤维，然后依次经过热风牵引、高压驻极处理后，在成网帘上形成熔喷布。
49.其中：螺杆挤出机的加热温度为一区180℃，二区190℃，三区190℃，四区200℃，五区200℃，六区205℃，七区205℃，八区210℃，九区220℃，十区220℃；喷丝板的孔径为0.3mm；热风牵引中热风温度为260℃，热风压力为0.3mpa；高压驻极处理选择压力为5万伏的高压静电发生器进行驻极处理。
50.实施例4
51.(1)称取0.5份的cucr2o4纳米材料加入100份的去离子水中，进行超声处理30min，得到第一混合溶液；向所述第一混合溶液中加入1.25份多巴胺、0.4份三羟甲基氨基甲烷，得到第二混合溶液；向所述第二混合溶液中加入1mol/l的hcl调节溶液ph值至8.0
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8.5，室温搅拌，反应30小时，离心分离烘干即得到多巴胺改性cucr2o4纳米材料。
52.(2)称取熔融指数为800g/min的熔喷级聚丙烯90份、驻极母粒6份、炭黑2份、多巴胺改性cucr2o4纳米材料2份，混合均匀，得到混合料；其中，驻极母粒由25％的硬脂酸镁和5％的α成核剂poss(多面体倍半硅氧烷)、余量的聚丙烯基体(熔融指数为1200g/10min)按照质量比组成。
53.(3)将所述混合料经螺杆挤出机熔融挤出成熔体，经计量泵后通过喷丝板喷出形成纤维，然后依次经过热风牵引、高压驻极处理后，在成网帘上形成熔喷布。
54.其中：螺杆挤出机的加热温度为一区200℃，二区200℃，三区210℃，四区210℃，五区220℃，六区220℃，七区220℃，八区225℃，九区225℃，十区225℃；喷丝板的孔径为0.4mm；热风牵引中热风温度为130℃，热风压力为0.07mpa；高压驻极处理选择压力为4万伏的高压静电发生器进行驻极处理。
55.实施例5
56.(1)称取10份的cucr2o4纳米材料加入100份的去离子水中，进行超声处理10min，得到第一混合溶液；向所述第一混合溶液中加入0.5份多巴胺、2份三羟甲基氨基甲烷，得到第二混合溶液；向所述第二混合溶液中加入1mol/l的hcl调节溶液ph值至8.0
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8.5，室温搅拌，反应10小时，离心分离烘干即得到多巴胺改性cucr2o4纳米材料。
57.(2)称取熔融指数为800g/min的熔喷级聚丙烯96份、驻极母粒2份、炭黑1份、多巴胺改性cucr2o4纳米材料1份，混合均匀，得到混合料；其中，驻极母粒由80％的电气石、余量的聚丙烯基体(熔融指数为1200g/10min)按照质量比组成。
58.(3)混合料经螺杆挤出机熔融挤出成熔体，经计量泵后通过喷丝板喷出形成纤维，然后依次经过热风牵引、高压驻极处理后，在成网帘上形成熔喷布。
59.其中：螺杆挤出机的加热温度为一区170℃，二区210℃，三区220℃，四区220℃，五区230℃，六区230℃，七区230℃；喷丝板的孔径为0.1mm；热风牵引中热风温度为320℃，热风压力为0.8mpa；高压驻极处理选择压力为8万伏的高压静电发生器进行驻极处理。
60.对比例1
61.(1)取熔融指数为1500g/10min的熔喷级聚丙烯94份、驻极母粒3份，炭黑1.5份混
合均匀，得到混合料；其中，驻极母粒的由50％硬脂酸镁、50％的聚丙烯基体(熔融指数为1500g/10min)按照质量比组成。
62.(2)将所述混合料经螺杆挤出机熔融挤出成熔体，经计量泵后通过喷丝板喷出形成纤维，然后依次经过热风牵引、高压驻极处理后，在成网帘上形成熔喷布。
63.其中：螺杆挤出机的加热温度为一区175℃，二区210℃，三区225℃，四区225℃，五区220℃，六区220℃；喷丝板的孔径为0.2mm；热风牵引中热风温度为150℃，热风压力为0.5mpa；高压驻极处理选择压力为6万伏的高压静电发生器进行驻极处理。
64.对比例2
65.(1)称取熔融指数为1800g/min的熔喷级聚丙烯94.8份、驻极母粒4份、炭黑1.2份混合均匀，得到混合料；其中，驻极母粒由60％的电气石、40％的聚丙烯基体(熔融指数为1800g/10min)按照质量比组成。
66.(2)将所述混合料经螺杆挤出机熔融挤出成熔体，经计量泵后通过喷丝板喷出形成纤维，然后依次经过热风牵引、高压驻极处理后，在成网帘上形成熔喷布。
67.其中：螺杆挤出机的加热温度为一区180℃，二区190℃，三区190℃，四区200℃，五区200℃，六区205℃，七区205℃，八区210℃，九区220℃，十区220℃；喷丝板的孔径为0.3mm；热风牵引中热风温度210℃，热风压力为0.5mpa；高压驻极处理选择压力为7万伏的高压静电发生器进行驻极处理。
68.对比例3
69.(1)称取熔融指数为1200g/min的熔喷级聚丙烯91.4份、驻极母粒5份、炭黑1.8份、cucr2o4纳米材料1.8份混合均匀，得到混合料；其中，驻极母粒由30％的mgtio3、40％的si3n4、余量的聚丙烯基体(熔融指数为800g/10min)按照质量比组成。
70.(2)将所述混合料经螺杆挤出机熔融挤出成熔体，经计量泵后通过喷丝板喷出形成纤维，然后依次经过热风牵引、高压驻极处理后，在成网帘上形成熔喷布。
71.其中：螺杆挤出机的加热温度为一区180℃，二区190℃，三区190℃，四区200℃，五区200℃，六区205℃，七区205℃，八区210℃，九区220℃，十区220℃；喷丝板的孔径为0.3mm；热风牵引中热风温度为260℃，热风压力为0.3mpa；高压驻极处理选择压力为5万伏的高压静电发生器进行驻极处理。
72.将实施例1
‑
5、对比例1
‑
3制得的熔喷布进行性能比较试验，过滤效率按照标准en149
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2001进行测试。炭黑色粉的着色度用色差仪测试的l值来评价，l值越小说明颜色越深；色差仪的具体型号为konica minolta cm
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3700a：色差仪使用d65/10光源。测试结果如表1所示。
73.表1各实施例和对比例制得的产品的性能检测结果
[0074][0075]
从以上结果中可看出，本发明方法制备的产品具有很高的黑度，l值达到28左右，且具有很高的过滤效率，可以满足黑色熔喷布市场需求。从实施例1和对比例1对比来看，添加多巴胺改性cucr2o4纳米材料对熔喷布的黑度影响较大；从实施例3和对比例3对比来看，cucr2o4纳米材料经过多巴胺改性后，比直接添加cucr2o4纳米材料更能提高熔喷布的l值。
[0076]
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0077]
故以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用来限定本技术的实施范围；即凡依本技术的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本技术权利要求的保护范围。