[发明专利]应用超临界流体熔喷纺丝制备微孔纤维非织造布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用超临界流体熔喷纺丝制备微孔纤维非织造布的方法。

技术背景

熔喷非织造布生产技术的发展和产品应用领域的拓展促进了高性能聚合物的使用，以满足产业用纺织品的特别需求，如耐高温、耐化学性、良好的强度和弹性、医疗用产品舒适性、与食品接触的安全性等要求。除使用传统聚丙烯PP、聚酯PET、共聚聚酯COPET、聚乙烯PE、聚酰胺PA、共聚聚酰胺COPA、弹性聚酯PBT、弹性聚酯PTT外，一些高性能的成纤高聚物在熔喷非织造布产品中也得以使用。如聚甲醛共聚物（POM）、环状聚烯烃共聚物（COC）、热塑性聚酯弹性体（TPE–E）、聚苯硫醚（PPS）等。由于熔喷非织造布中的纤维属于超细纤维，重量轻、手感柔软、保暖性好，同时熔喷纤维间空隙小，而空隙率大透气性十分优越，这就决定了熔喷纤维是十分优异的保温材料。 熔喷非织造布由于其纤维直径细、比表面积大、孔隙小，空隙率高等特点极适合作液固分离或气固分离的过滤材料。在空气过滤中可适合作亚高效以上的过滤。如劳保及医疗口罩、防毒面具，滤除粉尘、细菌等有害颗粒，亦可作空调、汽车内空气过滤和发动机空气过滤，特别当熔喷纤维经驻极化处理后，空气过滤的过滤效率可超过99%，甚至可达99.999%，可适合作电子设备超净车间等高要求的空气净化场所。 熔喷非织造布去污力强、手感柔软、不损坏被揩拭的表面，市场容量巨大。国外有的企业用熔喷纤维制作婴儿揩擦布、家庭用揩布、个人用揩拭布等个人适用领域，熔喷揩擦布也可用于汽车揩拭布、精密机床、精密仪器揩布等工业应用领域。 

微孔聚合物的基本概念是在1980 年由美国麻省理工学院的Suh 教授提出的。他的基本设想是如果泡孔尺寸小于聚合物材料中业已存在的临界裂纹尺寸,则可加入足够数目的泡孔,使得材料密度降低而又不会失去必要的力学性能,从而达到降低成本、提高材料性价比的目的。研究表明,微孔聚合物有很好的物理机械性能,如缺口冲击强度高(与纯塑料相比最高可提高5 倍)、韧性高(与纯塑料相比最高可提高5 倍)、比强度高(比纯塑料高3 ～ 5 倍)、疲劳寿命长(比纯塑料可提高5倍)、热稳定性高、介电常数低和导热系数低等。因而可用于制造食品包装材料、轻质高强隔音的飞机和汽车部件、重量轻、缓冲性强的运动器材、保温绝缘的纤维材料、低摩擦的表面改性材料和生物医学制品等。在传统泡沫塑料物理发泡中大量使用对臭氧层有害的氯氟烃(氟利昂) 和易燃的碳氢化合物等做为物理发泡剂,而在过饱和法制造微孔聚合物时采用无公害、易回收的CO2 和N2作为发泡剂,符合当前绿色环保科技的要求,因而微孔聚合物也被称为“二十一世纪的新型材料”。

超临界流体既不同于气体，也不同于液体，具有许多独特的物理化学性质：其具有接近于液体的密度，这赋予它很强的溶剂化能力；其粘度与气体接近，扩散系数比液体大，因而具有良好的传质性能。通过改变超临界流体的温度或压力，可以得到处于气态和液态之间的任一密度；在临界点附近，压力和温度的微小变化可导致密度的巨大变化。由于粘度、介电常数、扩散系数和溶解能力都与密度有关，因此可以方便地调节压力和温度来控制超临界流体的物理化学性质。与其他物质相比，C02临界条件适宜( 31．1℃ ，Pc=7．38 MPa)，易于操作，且其便宜易得、无毒不燃、化学性质稳定、使用安全，所以在众多超临界流体中超临界C02流体的应用最多。虽然对于大多数聚合物而言，超临界二氧化碳(SCCO2)是不良溶剂，但是它可以溶解许多小分子，并且它对聚合物有很强的溶胀性。近年来，有关超细纤维非织造布的应用日趋广泛，如工业废水的处理、海水淡化、混合物质的分离和浓缩、工业金属的分离和回收等。随着科学技术的迅猛发展，微孔发泡技术、超临界流体技术和非织造布技术交叉结合，优势互补，将CO₂应用到纤维的制备中，使其由被动变主动，取得了一些重大的突破。其基本原理是：① 聚合物在高压下被惰性气体(CO2)饱和，形成聚合物气体均相体系；② 通过减压或升温，降低气体在聚合物中的溶解度，产生超饱和状态；③ 气泡成核、长大及定型。微孔指孔径为0.01~50um,孔密度10⁹~10¹³孔/cm³,因此，含微孔纤维非织造布具有一下有点：质轻、省料、吸收冲击载荷强、隔音和隔热性能好、比强度高等特性。同时由于纤维的强度大，因此，具有微孔结构纤维非织造布在医疗领域以及制作汽车、飞机和各种运输器材等领域有特殊的应用价值。