[发明专利]基于瞬时释压纺丝法制备聚丙烯纤维集合体的方法及应用

说明书

本发明属于聚丙烯非织造布制备领域，公开了一种基于瞬时释压纺丝法制备聚丙烯纤维集合体的方法，将聚丙烯和增塑剂加入超临界釜中，搅拌注入超临界二氧化碳，得到超临界流体；将超临界流体瞬时释放到纺丝环境中，由超临界状态发生气液分离，增塑剂和二氧化碳以气体形式置换到空气中，超临界流体中的聚丙烯冷却后得到固化聚丙烯，并在气压流动作用下发生牵伸形成聚丙烯微纳纤维集合体。本发明还公开了上述聚丙烯微纳纤维集合体的应用，经过静电开纤和热轧后形成聚丙烯非织造布。本发明用于制备聚丙烯微纳纤维集合体，其直径达到0.5~5μm，制备的聚丙烯非织造布性能远胜于熔喷或纺粘制备的聚丙烯非织造布材料，在防护服领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于聚丙烯非织造布制备领域，特别涉及一种基于瞬时释压纺丝法制备聚丙烯纤维集合体的方法及应用。

背景技术

2020年全球爆发了新型冠状病毒肺炎疫情（COVID-19），在疫情肆虐之下，口罩、防护服等医用防护用品一直处于紧缺状态，其主要原因是防护纺织品中关键过滤材料的匮乏。为了实现医用防护材料高阻隔性能，一般选用驻极熔喷非织造布、静电纺非织造布和多孔膜材料等。其中，驻极熔喷非织造布技术较为成熟，是3M公司、霍尼韦尔等国际性公司大规模生产N95口罩使用的技术；静电纺非织造布技术生产的材料虽然的过滤效果好，但受静电纺丝产能限制，难以满足疫情防护大规模需求；另外，多孔膜作为防护材料，其制备技术仍然不够成熟，在过滤效率、空气阻力和成本之间存在极大矛盾。

当前，实现驻极熔喷非织造布纤维均匀微细直径的基础条件是使用加工流动性能非常优异的高融指聚丙烯（PP）树脂。一般而言，该高融指PP树脂的熔融指数要达到1500~2000 g/10min，远远高于普通PP树脂（2~60 g/10min）。目前高融指PP树脂的制备路线主要采用过氧化降解法和茂金属催化聚合法，相对而言，过氧化降解法制备PP树脂具有制备流程长、生产能耗高的不足，且产品的流动性能稳定性差、含有较高的挥发性有机化合物（VOC）不足的缺点；茂金属催化制备PP树脂则具有流动性稳定、低VOC的优点，且生产成本低，但其制备核心技术长期以来仅有荷兰的利安德巴塞尔工业公司掌握。因此，为了更好应对COVID-19疫情防治和未来可能发生的重大突发公共卫生事件，探索建立一种不受限于高熔指PP树脂基础原材料、且可规模化生产微细纤维集合体（含纱线、织物、非织造布）的新技术具有极其重要的战略意义。

闪蒸法是一种在高温高压下将聚乙烯溶解于有机溶剂（如甲苯，二甲苯等）中，采用溶液纺丝干法工艺制备非织造布的方法，在制备过程中具有溶剂污染大、纤维形貌可控性难的问题，且杜邦公司技术工艺严格保密，仅有少数高校和企业做了探索性研究。而“瞬时释压”（FPR）纺丝法基于超临界条件下高溶解度溶液相图控制，纺丝甬道的温度、速度和压力的矢量有限元分析，实现微细聚合物纤维及其聚集体的工程化生产，且生产过程和纤维产品可计算、可模拟。因此，针对当前医用防护材料所存在的关键过滤原料短缺及其使用效能低难题，利用瞬时释压纺丝制备常规聚丙烯（PP）非织造布具有重要的科学意义和应用价值。

发明内容

为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明是要提供一种基于瞬时释压纺丝法制备聚丙烯纤维集合体的方法，以超临界流体为纺丝液，通过纺丝组件在喷射过程中发生气液分离生成聚丙烯微细纤维集合体；

本发明的另一个目的，是要提供上述基于瞬时释压纺丝法制备的聚丙烯纤维集合体的一种应用，实现制备高过滤效率、抗渗水性、抗合成血液穿透性的聚丙烯非织造布。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种基于瞬时释压纺丝法制备聚丙烯纤维集合体的方法，包括以下步骤：

S1、将聚丙烯和增塑剂添加到超临界釜中，在搅拌状态下注入超临界二氧化碳，得到稳定的超临界流体；