可生物降解塑料使用的驻极材料制备及应用方法与流程

1.本发明涉及熔喷布生产原料制备及应用方法技术领域，特别是一种可生物降解塑料使用的驻极材料制备及应用方法。


背景技术：

2.熔喷法生产的无纺纤维布，是采用高熔体流动速率的可降解树脂(包括可生物降解塑料)等聚合物切片，先经挤出机加热形成流动的聚合物高温熔体，然后熔体从挤出机喷丝孔中喷出形成纺丝细流，挤出机两侧有高速热气流对高温熔体细流夹持，再经牵引拉伸后形成超细的纤维形态，接着在配套的接收装置上聚集成网状结构，利用熔体尚未完全冷却的余热，将纤维相互粘合成无纺布的状态得到成品。熔喷无纺布应用在机械过滤时，为了达到高滤效，需要大幅提高无纺布的克重(即单位面积内纤维的重量)，然而单位面积内纤维的重量过大会引起较大的空气阻力、进而降低过滤效果。为了降低空气阻力，业界普遍采用添加驻极体材料以一定方式分散到用于无纺布生产的聚合物原料中，生产时在高压电场作用下驻极体材料诱导聚合物纤维发生极化，撤去电场后，纤维储存的极化电荷也不消失，保证熔喷无纺布在静电作用下、相同克重和空气阻力的情况下，可以达到更高的滤效。
3.驻极体材料是指可长期储存电荷并保持极化状态的功能材料。常用的驻极体材料分无机和有机两大类，无机驻极材料包括电气石类、磁化物、部分陶瓷材料、无机硅等，有机驻极体材料包括天然蜡、树脂、松香、有机玻璃及高分子聚合物，比如聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚全氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酯等。无机驻极材料相比有机驻极材料在种类上相对匮乏、应用效果不佳、且存在成本高的问题，因此目前业内主要还是采用有机驻极材料。然而，有机驻极材料均存在一个严重的性能问题，即储存的电荷衰减严重，这也成为制约熔喷无纺布行业发展的一个关键因素。
4.目前，生产无纺布所用的驻极材料是通过制备驻极母粒来实现的。驻极母粒制备中，驻极材料的分散及其与用于制备无纺布的原料树脂的结合性能就成为关键(决定其后续储存电荷的性能)。目前，有机驻极材料的母粒制备因技术限制存在以下缺陷：以聚四氟乙烯作为基材树脂的驻极体为例，其采用乳液浸渍法形成的聚四氟乙烯涂覆层，由于其化学惰性和非极性等特点，涂覆牢度难以保证；而仅依靠超疏水性能，难以更大限度的延长过滤材料的静电衰减周期。现有技术中的无机驻极材料，以电气石为例，电气石为天然无机矿物，而不同批次、不同产地的电气石中各组分含量差异较大，因此在使用前需要对其成分进行专业检测，再依据检测结果调整驻极方案，会显著降低生产效率，同时也增加了企业的检测成本，而驻极方案的调整也会引起各批次产品间存在差异，导致产品质量不稳定。


技术实现要素：

5.为了克服现有生产无纺布使用的有机驻极材料因材料及制备工艺的缺陷、以及无机驻极材料会增加企业的检测成本导致产品质量不稳定的弊端，本发明提供了一种基于粉末状氮化碳材料和无机酸作为原材料，制备得到有机驻极材料，生产无纺布时能与可生物
降解塑料反应性牢固结合，有效抑制由于驻极材料与树脂(可生物降解塑料)结合不牢而导致驻极材料析出的现象，并可有效储存静电电荷，延长熔喷布中电荷保持时效，很少用量即可达到较高驻极效果，减少了无纺布产品相同克重的空气阻力，能达到更高滤效的可生物降解塑料使用的驻极材料制备及应用方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.可生物降解塑料使用的驻极材料制备，其特征在于驻极材料的制备采用氮化碳、无机酸作为原料，驻极材料制备的过程如下，a：称取富氮类前驱物转移至坩埚中，并置于马弗炉中高温煅烧、冷却至室温，研磨后得到淡黄色粉末状氮化碳材料，根据煅烧温度的不同，氮化碳的得率为40％～60％；b：配制无机酸水溶液转移至聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，再加入粉末状氮化碳材料，充分搅拌、混合均匀后，转移至烘箱中保温再冷却至室温，其中，无机酸包括硫酸、盐酸、硝酸、磷酸常用无机酸中的一种，无机酸水溶液浓度为0.5mol//l～5mol/l，其中，水热温度为50℃～200℃，水热时间为0.5h～4h；c：把水热反应后的粉末状氮化碳材料反应液过滤、多次水洗、干燥后，即得表面改性的氮化碳驻极材料，根据酸种类和水热温度的不同，氮化碳的得率在20％～50％。
8.进一步地，所述富氮类前驱物包括尿素，包含如单氰胺、双氰胺、三聚氰胺在内的氰胺类物质。
9.进一步地，所述高温煅烧的温度为400℃～600℃、优选550℃，煅烧时间为0.5h～4h、优选2h，马弗炉中气体为空气。
10.进一步地，所述称取的富氮类前驱物优选100g双氰胺，得到50g左右淡黄色粉末状氮化碳材料。
11.进一步地，所述无机酸水溶液为1mol//l硫酸水溶液，粉末状氮化碳材为50g，在100℃烘箱中保温2h再冷却至室温，得到的表面改性的氮化碳驻极材料为20g、得率约为40％。
12.可生物降解塑料使用的驻极材料应用方法，其特征在于分为如下步骤，a:利用双螺杆挤出机将干燥处理的用于无纺布生产原料可生物降解塑料按比例，与表面改性的氮化碳驻极材料共混、挤出，得到表面酸化氮化碳驻极母粒；b：将表面酸化氮化碳驻极母粒与可生物降解塑料按比例混合，通过熔喷设备进行熔喷布加工成型、得到含氮化碳驻极母粒的熔喷布成品。
13.进一步地，所述可生物降解塑料与表面改性的氮化碳驻极材料的混合比例为100:2～100:20、优选100:12；表面酸化氮化碳驻极母粒与可生物降解塑料熔喷混合比例为100:0.05～100:2、优选100:1。
14.本发明有益效果是：本发明基于粉末状氮化碳材料和无机酸作为原材料，采用无机酸活化能提高其表面羧基基团的数量，有利于改性氮化碳与可降解树脂(可生物降解塑料)的端羟基发生酯化反应，促进含氮化碳驻极母粒驻极材料与树脂基体的界面结合，提高驻极材料在树脂中的分散和结合能力，有效防止驻极材料熔喷时从可生物降解塑料中析出。本发明成本低廉，作为驻极材料可有效储存静电电荷，延长熔喷布中电荷的保持时效，降低无纺布产品相同克重的空气阻力，很少用量即可达到较高驻极效果、终端应用能有效提高滤效。基于上述，本发明具有好的应用前景。
附图说明
15.图1是本发明可生物降解塑料应用的驻极材料制备的流程框图。
16.图2是本发明微米氮化碳驻极体的扫描电子显微镜照片。
17.图3是本发明现有无纺布生产的原料纯聚乳酸树脂与采用本技术制备的微米氮化碳驻极体熔融共混得到复合材料，其拉伸应力
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应变力对比曲线。
具体实施方式
18.图1所示，可生物降解塑料使用的驻极材料制备，驻极材料的制备采用氮化碳、无机酸作为原料，驻极材料制备的过程如下，a：称取富氮类前驱物转移至坩埚中，并置于马弗炉中高温煅烧、冷却至室温，研磨后得到淡黄色粉末状氮化碳材料。根据煅烧温度的不同，氮化碳的得率为40％～60％；b：配制无机酸水溶液转移至聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，再加入粉末状氮化碳材料，充分搅拌、混合均匀后，转移至烘箱中保温再冷却至室温。其中，无机酸包括硫酸、盐酸、硝酸、磷酸等常用无机酸中的一种，无机酸水溶液浓度为0.5mol//l～5mol/l，水热温度为50℃～200℃，水热时间为0.5h～4h；c：把水热反应后的粉末状氮化碳材料反应液过滤、多次水洗、干燥后，即得表面改性的氮化碳驻极材料。根据酸种类和水热温度的不同，氮化碳的得率在20％～50％。富氮类前驱物包括尿素，包含如单氰胺、双氰胺、三聚氰胺等在内的氰胺类物质。高温煅烧的温度为400℃～600℃、优选550℃，煅烧时间为0.5h～4h、优选2h，马弗炉中气体为空气。称取的富氮类前驱物优选100g双氰胺，得到50g左右淡黄色粉末状氮化碳材料。无机酸水溶液为1mol//l硫酸水溶液，粉末状氮化碳材料为50g，在100℃烘箱中保温2h再冷却至室温，得到的表面改性的氮化碳驻极材料为20g、得率约为40％。
19.图1所示，可生物降解塑料使用的驻极材料应用方法，分为如下步骤，a:利用双螺杆挤出机将干燥处理的用于无纺布生产原料可生物降解塑料按比例，与表面改性的氮化碳驻极材料共混、挤出，得到表面酸化氮化碳驻极母粒；b：将表面酸化氮化碳驻极母粒与可生物降解塑料按比例混合，通过熔喷设备进行熔喷布加工成型、得到含氮化碳驻极母粒的熔喷布成品。可生物降解塑料与表面改性的氮化碳驻极材料的混合比例为100:2～100:20、优选100:12；表面酸化氮化碳驻极母粒与可生物降解塑料熔喷混合比例为100:0.05～100:2、优选100:1。
20.图1所示，本发明基于粉末状氮化碳材料和无机酸作为原材料。图2可见，本发明采用无机酸活化氮化碳材料提高其表面羧基基团的数量，制备得到的表面酸化氮化碳驻极母粒有利于其与无纺布生产原料可降解树脂(无纺布生产原料可降解塑料)的端羟基发生酯化反应，促进驻极材料与树脂基体的界面结合和分散能力(氮化碳材料具二维层状结构，酸处理可显著提高其比表面积)，可有效防止熔喷布生产时驻极材料从基体塑料中析出。本发明中制备氮化碳材料的原料来源广泛，成本低廉，减少了生产成本，利于该技术的推广。本发明二维层状结构的表面酸化氮化碳驻极母粒，氮化碳在酸水热条件下可发生层间剥离，增大的比表面积有利于进一步提高其吸附作用，作为无纺布生产使用的驻极材料可有效储存静电电荷，延长熔喷布中电荷的保持时效，减少无纺布产品相同克重的空气阻力，很少用量即可达到较高驻极效果终端应用能有效提高滤效。
21.图3是本发明现有无纺布生产的原料纯聚乳酸树脂与采用本技术制备的微米氮化
碳驻极体熔融共混得到复合材料，其拉伸应力
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应变力对比曲线。由图3可见，添加本技术的表面酸化氮化碳驻极体材料后，聚乳酸树脂的韧性和延展性得到了显著提升。图3中，1是纯聚乳酸树脂，2是添加表面酸化氮化碳驻极母粒的聚乳酸树脂。以下表格是纯聚乳酸树脂与添加本技术1％表面酸化氮化碳驻极母粒的聚乳酸树脂过滤效率数据对比(由表可见，添加表面酸化氮化碳驻极母粒后，复合材料过滤效率远大于纯聚乳酸树脂生产无纺布的过滤效率)。
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测试条件：气流速率—32.1l/min，空气阻力—0.2pa。
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以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
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此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非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，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。