抗静电防尘吸附的水刺无纺布及其制备工艺的制作方法

本发明涉及水刺无纺布，尤其涉及抗静电防尘吸附的水刺无纺布及其制备工艺。

背景技术：

1、无纺布（又称非织造布）是一种无需传统纺纱织布工艺、通过将纺织短纤维或长丝进行定向或随机排列形成纤网结构后，再经机械、热粘或化学等方法加固而成的新型片状材料。无纺布具有透气、柔软、质轻、无毒无刺激性、色彩丰富、价格低廉等特点，被广泛应用于医疗、卫生、电子、包装、建筑、农业等多个领域。水刺无纺布是无纺布中的重要品种之一，其采用高压微细水流喷射到一层或多层纤维网上，使纤维相互缠结在一起，从而使纤网得以加固而具备一定强力。水刺工艺属于柔性加固技术，不损伤纤维本身特性，制得的水刺无纺布具有手感柔软、悬垂性好、强度高、吸湿透气性优异等突出优点。水刺非织造布内部具有非常好的纤维三维交织结构和密度空间，使其在空气过滤、医疗卫生、个人护理等领域展现出广阔的应用前景。

2、现有技术中，针对水刺无纺布的抗静电、防尘与吸附性能，已发展出多种改性技术路线。化学本体改性方面，如通过将聚丙烯与含胺单体接枝共聚后连接三苯基鏻溴化物并经质子化处理，制备含有季铵盐和季鏻盐位点的改性聚丙烯，利用阳离子结构的亲油基朝向聚丙烯内部、亲水基向外排列，吸收空气中的水分在表面形成连续均匀的导电分子层，从而实现抗静电效果。表面功能整理方面，采用阳离子表面活性剂对无纺布进行预处理后，再依次浸渍氧化石墨烯溶液和硝酸银溶液并进行还原反应，通过阳离子表面活性剂亲油端与无纺布表面的范德华力结合、亲水端与带负电荷的氧化石墨烯的正负离子结合，以及银离子与氧化石墨烯的结合与还原，形成抗静电功能层。内添加改性方面，通过将自制的聚醚酰胺嵌段共聚物抗静电剂与聚丙烯基体熔融共混，使抗静电剂在基材表面形成筋状或层状分布的导电性表层，以降低材料电阻率的方式实现抗静电效果。此外，还有通过设置防尘抗静电组件、静电组件等方式，对衣物摩擦产生的静电进行吸收去除；以及通过静电棒产生正负离子中和无纺布表面静电、通过静电驻极处理赋予水刺非织造布稳定的静电电荷以提升过滤性能等方法。

3、由于无纺布纤维材料（尤其是聚丙烯等化学纤维）具有较低的回潮率（如聚酯纤维的回潮率仅为0.3%左右），纤维上几乎不含水分，因此在实际生产和使用的过程中非常容易产生静电。静电的产生首先会导致无纺布表面强力吸附空气中的灰尘、毛发、纤维屑等微小颗粒物；这不仅严重污染无纺布表面、降低产品质量；静电吸附的灰尘在沾上空气中水分或外界水渍后容易渗透到无纺布内部，不仅难以清理，还会加速材料的老化和性能劣化。现有抗静电技术中，表面涂覆法虽然操作简单，但抗静电剂与纤维结合力弱，在洗涤、摩擦过程中容易脱落，抗静电耐久性差；化学本体改性法赋予材料持久的内生抗静电性能，但功能相对单一，且抗静电效果依赖环境湿度，在干燥环境中水分子导电层难以形成，抗静电性能大幅下降；表面自组装法工艺复杂、成本高，功能层与基体的界面结合力有待进一步提升；内添加抗静电剂法合成步骤复杂，成本高昂，且同样未能解决主动防尘吸附的问题。因此，开发一种兼具持久抗静电性能、主动防尘吸附能力且环境适应性强的水刺无纺布及其制备工艺，已成为本领域亟需解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供抗静电防尘吸附的水刺无纺布及其制备工艺，旨在解决背景技术中的问题。

2、具体的：所述抗静电防尘吸附的水刺无纺布，包括纤维本体和表面功能涂层，所述纤维本体包括以下按重量份的原料制备：改性聚丙烯120份、黑磷纳米片2份、卤代金属酸盐离子液体6份、相容剂3份；

3、所述表面功能涂层为金属酚醛网络/银纳米粒子复合涂层。

4、下面对本技术的技术方案作进一步的说明:

5、在其中一个实施例中，所述黑磷纳米片与卤代金属酸盐离子液体预先进行复合处理，复合处理的步骤包括以下步骤：将黑磷纳米片分散于卤代金属酸盐离子液体的乙醇溶液中，黑磷纳米片与离子液体的质量比为1:1-4，超声处理30-60 min，于40-60℃搅拌4-8h，过滤，干燥，得到黑磷/卤代金属酸盐离子液体复合物。

6、在其中一个实施例中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为0.8-1.5%。

7、本发明的另一个目的是提供一种抗静电防尘吸附的水刺无纺布的制备工艺，包括以下步骤：

8、步骤一、将改性聚丙烯、黑磷/卤代金属酸盐离子液体复合物和相容剂投入高速混合机中，于常温下搅拌混合15-30 min，送入双螺杆挤出机中于190-240℃熔融共混、挤出、造粒，得到复合母粒；

9、步骤二、将步骤一所得复合母粒加入螺杆挤出机中，于220-260℃加热熔融，经喷丝板挤出，在热空气作用下拉伸后，得到复合纤维，经牵伸气流牵引，吹向滚筒并收集成网，依靠纤维自身的热黏合形成纤网；

10、步骤三、将步骤二所得纤网浸渍于浓度为1-5 g/l的单宁酸溶液中5-15 min，取出后浸渍于浓度为0.5-2 g/l的三价铁盐溶液中5-15 min，取出后浸渍于浓度为1-10 mg/l的硝酸银溶液中5-15 min，于40-60℃反应1-3 h，洗涤、干燥，得到金属酚醛网络/银复合涂层纤网；

11、步骤四、将步骤三所得金属酚醛网络/银复合涂层纤网装入平网水刺机中，在水刺头压力1.5-3mpa条件下进行水刺加固，水刺后于80-100℃干燥，得到抗静电防尘吸附的水刺复合无纺布。

12、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

13、1、改性聚丙烯的季铵盐和季鏻盐位点的基础上，引入黑磷纳米片和卤代金属酸盐离子液体；季铵盐和季鏻盐提供基于质子传导的抗静电功能；黑磷纳米片提供电子导电通道；卤代金属酸盐离子液体提供不依赖环境湿度的离子导电通道；三者协同，使无纺布在宽湿度范围内均能保持优异的抗静电性能；实现湿度不敏感的抗静电性能；

14、2、黑磷纳米片的二维褶皱片层结构具有高比表面积，可提供丰富的电荷存储位点；金属酚醛网络的金属-酚配位网络具有高介电常数和优异的电荷存储能力；二者协同，在纤维制备和使用过程中可通过摩擦产生稳定且持久的静电荷，主动吸附空气中的微小尘埃颗粒；金属酚醛网络的强粘附性将黑磷纳米片牢固锚定于纤维表面，解决了纳米材料易脱落的问题；实现黑磷纳米片和金属酚醛网络协同赋予主动静电吸附防尘功能；

15、3、金属酚醛网络中的酚羟基具有还原性，可原位还原硝酸银生成银纳米粒子，无需外加还原剂；生成的银纳米粒子均匀负载于纤维表面，形成连续导电网络，进一步增强了无纺布的表面导电性和抗静电性能；

16、4、本发明通过将含有季铵盐和季鏻盐阳离子位点的改性聚丙烯、二维半导体材料黑磷纳米片、卤代金属酸盐离子液体以及金属酚醛网络/银纳米粒子复合涂层进行有机整合，构建了纤维本体与表面涂层的多维协同体系；其中，改性聚丙烯中的季鏻盐阳离子与黑磷纳米片表面负电性基团之间的静电相互作用解决了黑磷在聚丙烯基体中的分散难题，卤代金属酸盐离子液体中的咪唑阳离子与黑磷纳米片的π-电子体系形成π-阳离子锚定效应、fecl4-阴离子与季鏻盐中p原子形成配位锚定效应，双重锚定使离子液体在水刺加工和洗涤过程中不易流失；表面金属酚醛网络涂层中的fe3+同时参与单宁酸的配位自组装、与季鏻盐p原子形成配位键将涂层化学锚定于纤维表面、以及与黑磷纳米片表面p-o-基团配位锚定，将纤维本体的导电/驻极功能与表面涂层的导电/抗菌功能通过化学键合方式集成为一体；金属酚醛网络中酚羟基的原位还原功能可在无需外加还原剂的条件下将ag+还原为银纳米粒子并均匀负载于金属酚醛网络网络中，使银纳米粒子与黑磷纳米片形成跨界面导电桥接；上述结构特征和技术手段相互配合，使该水刺无纺布产生了以下效果：

17、1）、三重导电通道（季鏻盐的质子导电、黑磷的电子导电、离子液体的离子导电）在全湿度范围（rh 10%-95%）内协同工作，尤其是rh 20%干燥条件下表面电阻率仅从107ω级升至108ω级，较现有技术改善近两个数量级；

18、2）、黑磷/金属酚醛网络协同驻极效应使电荷半衰期延长至数周以上，pm2.5主动静电吸附过滤，结合纤维本体的物理拦截实现了主动与被动的双重防尘；

19、3）、金属酚醛网络酚羟基的原位还原功能简化了工艺，银纳米粒子在金属酚醛网络限域网络中均匀分散，与黑磷形成跨界面连续导电通路，表面电阻进一步降低；

20、4）、季鏻盐的阳离子抗菌机制与单宁酸的多酚抗菌机制协同，实现了从依赖湿度的单一抗静电到湿度不敏感的多重抗静电、主动驻极防尘吸附和原位自还原导电网络的综合性能跃升，这是单一组分或简单组合无法预见的功能集成效应。