无纺布添加剂白色纳米电气石粉碧玺粉末

电气石粉对改性驻极无纺布的影响

聚丙烯(PP)熔喷过滤材料经过驻极,表面会带上电荷,电荷产生的库伦力使材料的过滤效率大大提高,过滤阻力并没有随之增大,从而该材料具有低滤阻、长寿命、高集尘能力和节约能源等优点,因此广泛应用于医疗卫生健康防护领域以及空气净化滤网,如PM2.5口罩及HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter)、 ULPA (Ultra Low Penetration Air Filter)等。但由于熔喷工艺特殊的工艺特点,聚丙烯熔喷纤维的晶粒通常较大且结晶度不高,影响了空间电荷的存储,为了改善驻极体材料的这一缺陷,通常采用添加纳米级无机驻极体粒子的方法,如Si02、电气石粉等。

一种更加安全有效的改性方法,通过添加透明成核剂细化了材料的晶型、提高了结晶度,从而提升了驻极效率；同时该改性方法可一定程度上提高非织造材料的透明度,拓展其在空气过滤领域的应用,如更加美观的高透明防霾口罩、透明HEPA.防霾纱窗等。

首先进行母粒改性,将两种透明成核剂(α成核剂)分别与不同种类熔喷母粒进行混合,并探讨了成核剂种类、成核剂浓度对改性后母粒的透光率、结晶度以及热性能的影响；其次,将改性后的母粒添加白色电气石粉经熔喷制成了非织造布,同时探讨了电气石粉对非织无纺布的影响；第三,用自主搭建的电晕充电装置对改性熔喷聚丙烯无纺布材料进行了充电工艺的研究,通过改变充电的工艺参数来获得最佳的无纺布驻极效果,最后将驻极后的无纺布进行测试,完成对比分析。

研究表明：通过添加透明成核剂后,熔喷母粒的熔融温度略有提高、晶粒尺寸变小、结晶度提高,如使用改性剂NX-8000K的基材H39S-2母粒雾度由初始的84.1%降低到32.2%；熔喷工艺参数与非织造纤维直径密切相关；电晕充电参数变化对无纺布带电性能的影响较大,其中充电电压影响最为显著；充电后聚丙烯无纺布材料的过滤效率有显著提升,过滤效率由起始30%提升至81%,而经过透明改性后的熔喷无纺布过滤效率可进一步提高至92%,驻极稳定性更佳,同时外观也较普通熔喷聚丙烯无纺布更加透明。 

电气石粉改性熔喷过滤材料

空气过滤材料的理想性能是“高过滤效率,低过滤阻力”,聚丙烯(PP)熔喷过滤材料经过驻极,表面会带上电荷,电荷产生的库伦力使材料的过滤效率大大提高,过滤阻力却并没有随之增大,因而广泛用于空气过滤领域。但驻极稳定性受环境条件的影响较大,为了改善这一缺陷,基于电气石持久的自发极化效应,可以将电气石粉掺杂到聚丙烯熔喷驻极过滤材料中来提高其驻极稳定性。

首先对电气石的表面形态、粒径分布、热稳定性等进行研究,熔喷工艺中电气石粉确实有添加的可行性；然后对电气石粉进行改性,解决无机电气石颗粒与有机聚丙烯的相容性问题,将改性后的电气石粉与纯PP在双螺杆挤出机上共混挤出,制得电气石粉含量较高的改性母粒。最后,将高浓度的母粒与纯PP共混纺丝,制得电气石粉含量不同的熔喷非织造材料,并对其各项性能进行测试。

按照上述方法,采用熔融指数(MI)为1800g/10min和30g/10min两种原料来制备电气石改性熔喷非织造材料。MI=1800g/10min时,制备了电气石粉含量为0%,1%,2%,5%,8%五种熔喷材料；MI=30g/10min时,制备了电气石粉含量为2%的熔喷材料。MI=1800g/10min时,随着电气石粉含量的增大,材料中的纤维变粗,孔隙增大,透气性变好；材料的力学性能先上升后下降,拐点出现在2%时。电气石粉的加入,使得材料的晶型发生了改变,由原来的拟晶态逐渐向α晶转变,结晶度增大,晶粒尺寸减小。电气石粉改性熔喷材料的热刺激放电(TSD)图谱显示,电气石粉改性熔喷材料的驻极稳定性增大,过滤效率测试结果也验证了这一点。电气石粉改性熔喷材料的过滤效率虽有所下降,但是过滤阻力大大降低,过滤效率稳定性增强。对比MI=30g/10min和1800g/10minPP制得的电气石粉改性熔喷材料发现,MI=30g/10min时,材料表面存在料滴,纤网中的孔隙较大,纤维更粗；由于工艺温度较高,其α晶较MI=1800g/10min时更为完善,结晶度高,但晶粒尺寸较大,材料呈现脆性,力学性能下降；过滤效率较MI=1800g/10min时降低较多,过滤阻力略小,过滤稳定性较好。