[发明专利]一种POSS改性聚丙烯熔喷非织造布及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非织造布技术，具体为一种POSS改性聚丙烯熔喷非织造布及制备方法。

背景技术

熔喷非织造布是将高聚物切片通过螺杆挤出机使其熔融，经过喷丝孔将其喷出成为纤维状，并在高速热气流的喷吹下，使之受到强大拉伸，形成极细的纤维，这些纤维在成网帘上相互粘连成为非织造布。熔喷非织造布纤维纤细，表面积相对较大，具备作为理想空气过滤材料的条件。目前国际上一致认为熔喷非织造布(无纺布)是制作空气过滤器驻极体的最佳材料，国内主要采用的熔喷非织造布是熔喷聚丙烯纤维。

熔喷非织造布的捕尘机理主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞、直接拦截等机械阻挡作用，但这些机械阻挡作用对粒径小于1μm以下的粒子(特别粒径范围0.1～0.25μm之间的粒子)过滤效果很差，不能起到净化作用。如果除原有的机械阻挡作用外，在空气过滤的过程中增加静电吸附，依靠库仑力直接吸引气相中的带电微粒并将其捕获，或诱导中性微粒产生极性再将其捕获，就可以更有效地过滤气体载体相中的亚微粒子，大大增强过滤效率，而空气阻力却不会增加。这就是所谓的高效低阻过滤材料。驻极体材料恰好具有这一性质。

驻极体是指具有长期储存电荷功能的电介质材料，它所储存的电荷可以是外界注入的单极性真实电荷(或称空间电荷)，也可以是极性电介质中偶极子有序取向而形成的偶极电荷，或者两类电荷同时兼有。当熔喷法纤维从喷孔喷出纤维后，若受到带电质子如电子或离子的轰击，就可以使得熔喷法纤维基材成为驻极体；同样，当微纤维基材收集以后，使其受到电晕处理，也可使其成为驻极体。关于给非织造布纤维网充电使之成为驻极体已有许多相关专利报道。例如，Klaase等在美国专利US 4588537中报道：采用电晕处理，可以使电荷注射入到驻极体过滤器中。Kubik等在美国专利US 4215682中指出：熔喷法纺制的纤维在刚从熔喷孔挤出之时，即受到离子辐射及电子轰击，可以使该纤维在大气中以极快的速度固化，并被收集成为驻极体纤维网。Matsuura等在美国专利US 5256176中揭示：通过将驻极体暴露于施加电荷的交替循环中，接着加热制品来制造稳定驻极体的工艺方法。Angadjivand等在美国专利US 5496057中指出：冲击非织造布微纤维网的水滴，使网带电。其它涉及纤网充电和纤维带电专利还有美国No.4904174，No.4592815和No.5122048等。

但现有驻极体熔喷非织造布存在电荷储存性能较差的不足，特别是在较高温度或较大湿度的环境下使用电荷很快就会衰减，甚至消失，驻极耐久性差，很大程度上影响了产品的使用寿命。且由于熔喷工艺特点决定了该非织造布力学性能较差，不能单独用于过滤器件制备，往往需要与纺粘非织造布或其他非织造布复合后用于过滤器件。因此，熔喷非织造布的力学及其驻极耐久性能有待于进一步提高。

通过加入成核剂或无机粒子，可以提高驻极体的电荷储存特性，例如，LeonidAT等研究指出(参见美国专利6858551B1)，将具有铁电效应的钛酸钡微粒添加到熔喷聚丙烯非织造布中，并通过电晕驻极来提高其过滤性能。程博闻等发明了一种电气石改性聚丙烯复合驻极熔喷超细纤维非织造布(参见ZL200310107113.3)，该复合驻极体聚丙烯熔喷非织造布的过滤性能优于常规驻极聚丙烯熔喷非织造布，对直径小于0.26μm粒子，在过滤阻力为7Pa时，过滤效率达95.8％，但是其拉伸强度和断裂伸长率均有所下降。

多面体倍半硅氧烷(POSS)是一种新型的分子级纳米无机材料，引起了人们的广泛重视，特别是笼型结构的多面体齐聚倍半硅氧烷POSS(RSiO_1.5)₈倍受关注。由于其带有可反应性和非反应性的有机官能团，与有机物材料相容性好，在聚合物基体中的分散性好，可应用于制备高强耐热的聚合物/POSS纳米复合材料。众所周知，二氧化硅是国内外研究比较多的无机驻极体材料，由于POSS和二氧化硅结构相近赋予了其作为驻极体材料的基本特性。在POSS材料中存在着两种空隙，即POSS立方体内的孔隙和立方体间的空隙多孔，这种多孔结构有利于捕捉电晕放电产生的空间电荷，将大大改善材料的驻极效果。

本发明将POSS纳米粒子加入到聚丙烯中制备聚丙烯/POSS功能母粒，然后采用熔喷法制备出力学性能优异的POSS改性聚丙烯熔喷超细纤维非织造布，该非织造布经过电晕放电驻极处理开发出新型高效耐久驻极过滤材料，这方面的研究国内外还没相关报道。

发明内容