改性汉麻聚丙烯无纺布及其制备方法与流程

1.本发明属于无纺布制备技术领域，具体涉及一种改性汉麻聚丙烯无纺布及其制备方法。


背景技术：

2.无纺布(non woven fabric)，又称非织造布或不织布，由定向或随机排列的纤维通过湿法、干法、纺黏法、熔喷法和水刺法等物理或化学方法制成，是一种柔软、质轻、透气的具有类似布料状的网状纤维结构产品，具有工艺流程短、生产效率高、经济效益显著等特点，现已广泛应用于个人卫生护理、医疗防护、过滤擦拭及农业等领域。用于无纺布的纤维原料可以是棉、麻等天然纤维，以及聚丙烯(pp)、聚酯、粘胶等化学纤维，以化学纤维为主。
3.聚丙烯无纺布由于其具有无毒、色彩丰富、耐酸碱、耐化学腐蚀、耐磨性较好等优势，成为了无纺布生产中总量最大的品种。受聚丙烯等原料价格上涨的影响，需要在不降低聚丙烯无纺布力学性能甚至是提高其力学性能的情况下增加填料以降低其成本。传统的无机填料主要为碳酸钙，但碳酸钙难以在聚丙烯基材中分散均匀导致制得的聚丙烯无纺布性能表现不佳，且以碳酸钙作为填料制备无纺布，成本仍然偏高。
4.纤维在非织造成型过程中会受到拉伸、弯曲、压缩、摩擦和扭曲等作用，而汉麻纤维的干湿态强度较高，能够很好地承受非织造加工过程中的各种作用力；此外，汉麻亩产高、种植成本低，且汉麻纤维具备良好的防紫外线性能、吸水性能、抑菌性能以及可生物降解性能等，因此，汉麻纤维可应用于制备无纺布，减少甚至代替部分化学纤维的使用，并能够提高无纺布的抗菌性能。但由于汉麻纤维为纤维素纤维，含有大量的亲水性基团羟基，属于亲水性纤维，而聚丙烯纤维属于疏水性纤维，二者相容性差导致由汉麻纤维和聚丙烯纤维复合得到的复合材料力学性能较差。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种改性汉麻聚丙烯无纺布，以解决上述技术问题中的至少一个。
6.本发明的另一个目的在于提供上述改性汉麻聚丙烯无纺布的制备方法，以解决上述技术问题中的至少一个。
7.根据本发明的一个方面，提供了一种改性汉麻聚丙烯无纺布，其包括如下重量份数的制备原料：聚丙烯40-60份、有机膨润土20-30份、聚乙烯醇3-5份和汉麻纤维10-30份。
8.以有机膨润土代替碳酸钙作为填料可以有效降低无纺布的生产成本；且有机膨润土具有疏水亲油性，与聚丙烯相容性好，易于在聚丙烯中分散均匀；此外，有机膨润土层间结构中含有的阳离子容易与聚丙烯进行离子交换吸附，从而可以有效提高有机膨润土和聚丙烯的分子间作用力，因此，以有机膨润土作为填料还有利于增加无纺布的力学性能。
9.无纺布在加热生产过程中会挥发出一定量的甲醛，聚乙烯醇(pva)与甲醛、汉麻纤维和甲醛之间会发生半缩醛反应，然后发生分子间缩醛反应，从而使pva固着在汉麻纤维表
面；另外，pva分子中含有疏水性的分子链，其能自发地吸附到疏水性表面如疏水性的聚丙烯上，从而能使亲水性的汉麻纤维与疏水性的聚丙烯形成良好界面结合，提升其相容性进而提升汉麻纤维与聚丙烯复合材料的力学性能。
10.本发明以聚丙烯为基料，以有机膨润土为填料，并加入聚乙烯醇对聚丙烯与汉麻纤维进行改性制备改性汉麻聚丙烯无纺布，不仅可以有效提高聚丙烯汉麻混纺无纺布的力学性能，还能显著降低无纺布的生产成本。同时，添加了汉麻纤维制得的改性汉麻聚丙烯无纺布还具有良好的抗菌性、环保性。
11.在一些实施方式中，改性汉麻聚丙烯无纺布可以包括如下重量份数的制备原料：聚丙烯50份、有机膨润土20份、聚乙烯醇3份和汉麻纤维25份。由此，制得的改性汉麻聚丙烯无纺布力学性能最佳。
12.根据本发明的另一个方面，提供了一种改性汉麻聚丙烯无纺布的制备方法，包括如下步骤：
13.将聚丙烯和有机膨润土混合后采用熔融纺丝法进行纺丝，制得改良聚丙烯纤维；
14.将改良聚丙烯纤维和汉麻纤维进行开松混合后，加入聚乙烯醇，将加入聚乙烯醇后的混合纤维按照常规水刺无纺布生产流程制备无纺布，即得改性汉麻聚丙烯无纺布。
15.在一些实施方式中，采用熔融纺丝法进行纺丝时，双螺杆机熔融工作温度可以为190-210℃。
16.在一些实施方式中，聚乙烯醇的添加量可以为聚丙烯与汉麻纤维总质量的5wt％。
17.在一些实施方式中，还包括如下步骤：制备有机膨润土。
18.本发明中，有机膨润土可以选用市售的产品，为了进一步降低无纺布的生产成本，有机膨润土也可以选用价格更为低廉的膨润土原料进行有机改性进行制备，如：选用钠基膨润土进行有机改性制备，或选用钙基膨润土依次进行钠化改性和有机改性制备，或选用膨润土原矿土依次进行提纯精制、钠化改性和有机改性制备。
19.在一些实施方式中，制备有机膨润土可以包括如下步骤：
20.(1)提纯：
21.s1、将膨润土原矿土粉碎后，分散于水中，粗滤，收集滤液；
22.s2、取步骤s1收集的滤液进行静置沉降，然后取静置沉降后得到的上层悬浮液进行精滤，取滤渣干燥，即得到一次提纯土；
23.s3、将一次提纯土溶于水中，然后重复进行步骤s2直至静置沉降后上层悬浮液不显混浊，取不显混浊的上层悬浮液进行精滤，滤渣干燥后即得精制膨润土；
24.(2)钠化改性：将精制膨润土用水配置成浓度为5-15wt％的浆液，加入精制膨润土质量3-9％的钠化剂，在温度为70-90℃的条件下反应10-20min，产物经过滤、取滤渣洗涤至中性、干燥和研磨后，即得钠基膨润土；
25.(3)有机改性：向钠基膨润土中加入钠基膨润土质量80-120％的质量浓度为5-8％的季铵盐水溶液，在温度为70-90℃的条件下反应15-30min，干燥、研磨，即得有机膨润土。
26.膨润土成本远低于碳酸钙，因此，以膨润土原矿土为起始原料制备有机膨润土作为改性汉麻聚丙烯无纺布的填充料，可以在不影响无纺布性能的基础上，有效降低改性汉麻聚丙烯无纺布的成本。
27.膨润土原矿土经多次重复的分散、沉降和过滤等步骤提纯后，可以制得精制膨润
土，该精制膨润土为钙基膨润土。对钙基膨润土进行钠化改性可以有效增大膨润土层间结构的阳离子容量从而提高膨润土与聚丙烯离子交换吸附量。进一步对膨润土进行有机改性，可以生成有机膨润土络合物，增大膨润土的层间距，并且有机改性剂的长碳氢链覆盖在膨润土晶片表面，从而使膨润土具备疏水亲油性。
28.在一些实施方式中，钠化剂可以选自碳酸钠、氟化钠、氢氧化钠、氯化钠、氟硅酸钠等中的至少一种。
29.在一些实施方式中，钠化剂可以为碳酸钠。由此，能够更好地对膨润土进行钠化，增大其离子交换率使其能够与聚丙烯更好的相结合。
30.在一些实施方式中，季铵盐可以选自烷基三甲基季铵盐、烷基二甲基苄基季铵盐、烷基二甲基羟乙基季铵盐等中的至少一种。
具体实施方式
31.下面结合实施方式对本发明作进一步详细的说明。实施例仅用于解释而不以任何方式限制本发明。如无特殊说明，实施例中所用原料和试剂为可以通过市售获得的常规产品；实施例中未注明具体条件的方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件。
32.实施例1有机膨润土的制备
33.(1)提纯：
34.s1、将膨润土原矿土粉碎后，分散于水中，搅拌均匀后利用普通过滤纱布进行粗滤除去粗渣，收集滤液；
35.s2、将步骤s1收集的滤液进行静置沉降，取静置沉降后得到的上层悬浮液利用慢速滤纸(1-3μm)进行精滤；取精滤后得到的滤渣进行干燥，滤渣干燥后即得一次提纯土；
36.s3、将一次提纯土均匀溶于水中，然后重复步骤s2直至静置沉降后上层悬浮液不显混浊，取不显混浊的上层悬浮液利用慢速滤纸(1-3μm)进行精滤，取滤渣干燥，即得精制膨润土；
37.(2)钠化改性：用去离子水将精制膨润土配置成浓度为10wt％的浆液，加入钠化剂碳酸钠，控制钠化剂用量为精制膨润土质量的3-9％；搅拌均匀后，在温度为70-90℃条件下反应15min；得到的产物经过滤后，取滤渣用稀盐酸洗涤至中性，80℃下干燥、研磨后，得到钠基膨润土；
38.(3)有机改性：向制得的钠基膨润土中滴加等质量的质量浓度为5-8％的烷基三甲基季铵盐水溶液，搅拌至充分溶胀，将反应物置于70-90℃反应20min，干燥、研磨后，得到有机膨润土。
39.实施例2改性汉麻聚丙烯无纺布的制备
40.原料包括：聚丙烯50份、实施例1制得的有机膨润土20份、聚乙烯醇3份和汉麻纤维25份。
41.制备方法包括如下步骤：
42.(1)将聚丙烯和有机膨润土混合后采用熔融纺丝法进行纺丝，制得改良聚丙烯纤维；具体步骤可以为：将聚丙烯和有机膨润土混匀后，加入双螺杆机中，在温度为200℃的条件下进行熔融共混，熔体经计量泵计量后从喷丝孔挤出形成细流，细流冷却固化成型后，经
上油和卷绕，即得改良聚丙烯纤维；
43.(2)将改良聚丙烯纤维和汉麻纤维进行开松混合后，加入聚乙烯醇，然后将加入了聚乙烯醇的混合纤维按照常规水刺无纺布生产流程依次进行梳理杂乱成网、预湿、正反水刺加固、脱水(水处理循环)、预烘燥、后整理、烘燥定形、分切卷绕和包装处理，制得改性汉麻聚丙烯无纺布。
44.实施例3改性汉麻聚丙烯无纺布的制备
45.原料包括：聚丙烯50份、实施例1制得的有机膨润土25份、聚乙烯醇3份和汉麻纤维25份。
46.制备方法同实施例2。
47.实施例4改性汉麻聚丙烯无纺布的制备
48.原料包括：聚丙烯50份、实施例1制得的有机膨润土30份、聚乙烯醇3份和汉麻纤维25份。
49.制备方法同实施例2。
50.实施例5改性汉麻聚丙烯无纺布的制备
51.原料包括：聚丙烯50份、实施例1制得的有机膨润土20份、聚乙烯醇3份和汉麻纤维30份。
52.制备方法同实施例2。
53.对比例1
54.原料包括：聚丙烯50份、填料碳酸钙20份、聚乙烯醇3份和汉麻纤维25份。
55.制备方法与实施例2类似。
56.与实施例2相比，区别仅在于，用碳酸钙代替有机膨润土。
57.对比例2
58.原料包括：聚丙烯50份、有机膨润土20份和汉麻纤维25份。
59.制备方法与实施例2类似。
60.与实施例2相比，区别仅在于，不添加聚乙烯醇。
61.对比例3
62.原料包括：聚丙烯50份、有机膨润土20份、环氧大豆油3份和汉麻纤维25份。
63.制备方法与实施例2类似。
64.与实施例2相比，区别仅在于，用环氧大豆油代替聚乙烯醇。
65.力学性能测试
66.(1)测试样品：参照实施例2-5、对比例1-3制得的无纺布样品，无纺布样品长200mm，宽50mm。
67.(2)测试仪器：拉伸强度测试机(东日仪器508)，电子天平等。
68.(3)测试方法：
69.单位面积质量(g/m2)：参照gb/t 24218.1-2009；
70.厚度(mm)：参照gb/t 24218.2-2009；
71.最大拉力(n)：参照gb/t 24218.3-2010；
72.抗拉强度(n/mm2)：参照gb/t 24218.3-2010；
73.断裂伸长率(％)：参照gb/t 24218.3-2010；
74.定力伸长(％)：参照gb/t 24218.3-2010；
75.定伸应力(n/mm2)：参照gb/t 24218.3-2010。
76.(4)测试结果：如表1所示。
77.表1改性汉麻聚丙烯无纺布力学性能测试数据
[0078][0079]
(5)测试结论：经过对实例2、3、4、5的无纺布样品进行测试发现，参照实施例2以50份聚丙烯、20份膨润土、3份聚乙烯醇、25份汉麻纤维制得的无纺布样品在强度等综合方面表现最佳；通过对比对比例1与实例2的测试结果，可以发现，用碳酸钙替代膨润土，可以使布样的强度略微提升，但对布料的使用影响甚微，而碳酸钙成本远高于膨润土，不利于降低无纺布的生产成本；对比对比例2、3与实例2的测试结果可知，不使用聚乙烯醇或用环氧大豆油替代聚乙烯醇，制得的布样的强度皆有所降低，说明聚乙烯醇的添加很好的发挥了其吸附作用提高了布样强度。
[0080]
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。