口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒及其制备方法、制成的熔喷无纺布
技术领域
本发明涉及熔喷无纺布领域，特别涉及口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒及其制备方法、制成的熔喷无纺布。
背景技术
口罩用熔喷无纺布是一种制备过滤口罩的材料，尽管可以通过驻极处理提高其过滤效率，但是仅仅对无纺布自身进行驻极处理过滤效率的提升程度有限。为了达到理想的过滤效果，一般在口罩用熔喷无纺布的配方中，加入驻极材料或驻极母粒。驻极母粒又可以分为无机驻极母粒及有机驻极母粒两类。最常见的无机驻极母粒是以超高熔指的聚丙烯作为基体，经过添加分散剂等将粒径较小的电气石粉在基体实现分散后得到的，如专利CN1718910A提供了一种熔喷用改性聚丙烯母粒及其制备方法和用途，其通过偶联剂对电气石表面进行改性，然后添入分散剂将电气石粉均匀地分布在PP基体中而得到的驻极母粒。但是由于电气石粉粒径较小，很容易发生团聚，而且熔喷非纺织布使用的熔喷设备中，其喷丝板的孔径较小，长期使用过程中，这些团聚电气石粉有较大几率停留在喷丝板上，造成喷丝板堵塞的风险，停机清理需要较高的成本。
有机驻极母粒相对于无机驻极母粒的优势是其不具有团聚的风险。专利CN109354767A公开了一种有机驻极母粒的制备，其使用的驻极剂包括天然蜡、松香、有机玻璃、碳原子数为6~20的脂肪酸或其盐等，该有机驻极母粒与高熔指聚丙烯以1:20重量比添入，生产出来的熔喷布无纺布过滤效率基本可以达到95%以上。但是，这些驻极剂因为分子量较小，依然有析出迁移的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒，该母粒用于熔喷无纺布生产时，驻极效果理想且持久，并且熔喷无纺布生产过程无堵塞现象。
本发明的另一目的在于提供所述口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种含有所述口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒的熔喷无纺布。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒，所述有机驻极母粒由以下重量百分比计算的组分制成：
聚丙烯树脂80~90%；
氟类驻极粉2~10%；
相容剂1~10%；
加工助剂0.05~0.5%；
所述氟类驻极粉的颗粒平均粒径为0.05~3um；
所述相容剂为马来酸酐接枝烯烃共聚物/弹性体或甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的烯烃共聚物/弹性体；
所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯，其熔融指数MFI在230℃/2.16kg下，不低于1000%20g/10min；
制备所述口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒采用的双螺杆挤出机的螺杆长径比大于等于40:1；
所述氟类驻极粉为含氟乙烯基单体形成的高聚物或共聚物的微粉。
氟类驻极粉是一类含氟有机聚合物的颗粒，已有报道将其作为驻极剂用于制备多孔过滤膜或大画面显示器的电泳颗粒，但未有将其用于制备口罩用熔喷无纺布的驻极母粒的报道。其原因是，这类物质虽然分子量较普通的有机驻极粉分子量大，不容易发生迁移，但其较常规有机驻极粉更难分散均匀，在熔喷无纺布中需要在较大添加量下才能达到理想的驻极效果，然而其在较大添加量时，在生产过程中容易造成断丝，并且因为分散不均容易导致驻极效果不持久。发明人意外发现，当把氟类驻极粉的粒径控制在上述范围时，配合适合的相容剂，以及合适的螺杆长径比，能使氟类驻极粉更容易地分散在驻极母粒中，并且使得在较少的添加量下，就能达到理想的驻极效果。
更优选地，所述氟类驻极粉为聚四氟乙烯微粉、聚偏氟乙烯微粉、四氟乙烯/六氟乙烯共聚物微粉，二氟乙烯/六氟乙烯共聚物微粉。最优选地，所述氟类驻极粉最优选为二氟乙烯/六氟乙烯共聚物微粉。
相容剂的种类对氟类驻极粉的分散效果有较明显的影响，马来酸酐接枝烯烃共聚物/弹性体或甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的烯烃共聚物/弹性体能使氟类驻极粉在体系中很好地分散，使得驻极母粒的效果得以体现。
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝POE、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝POE、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝EPDM中的一种或几种。
更优选地，所述相容剂更优选为马来酸酐接枝烯烃共聚物/弹性体，具体地，所述相容剂更优选为马来酸酐接枝聚丙烯，马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝POE。所述相容剂更优选为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚乙烯。
为了便于加工方便，还通常在母粒中还会加入加工助剂。优选地，所述加工助剂为润滑剂、抗氧剂或抗老化剂。常用的抗氧剂例如是抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、抗氧剂168(三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)等。常用的抗老化剂例如是光稳定剂944，UV-531，UV-770等。
本发明中，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯，更优选地，所述聚丙烯树脂的熔融指数MFI优选在230℃/2.16kg下，为1000~1500g/10min。根据聚丙烯树脂的熔融指数不同，也会影响最终熔喷无纺布的过滤效率。因此，当聚丙烯树脂的熔融指数大于等于1000g/10min时，已经能满足普通医护口罩(YY/T%200969-2013《一次性使用医用口罩》)的过滤能力。而当所述聚丙烯树脂的熔融指数MFI在1500g/10min时，能够达到KN95要求的过滤效果。
氟类驻极粉可以直接添加或采用分散成乳液再添加至所述有机驻极母粒配方中。将氟类驻极粉分散在乳液中再添加，分散效果会更理想，但是母粒生产过程需要对乳液中的溶剂进行去除，导致工艺更复杂。直接添加的优点是生产过程较简单，但分散效果比前者稍差。所述乳液优选为含有表面活性剂的水溶液。
所述口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒的制备方法，将所述组分用双螺杆挤出机进行熔融共混挤出并造粒得到，工艺温度在130~220℃。更大的螺杆长径比有利于组分在母粒中均匀分散，使母粒与熔喷无纺布用聚丙烯树脂混合后能达到更好的效果。更优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1~48:1。
一种口罩用熔喷无纺布，所述口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒及熔喷无纺布用聚丙烯，所述口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒与熔喷无纺布用聚丙烯的重量比为1：（19~49）。
所述熔喷无纺布用聚丙烯的熔融指数MFI通常在230℃/2.16kg下，大于等于1000g/10min。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过加入采用特定尺寸的氟类驻极粉代替传统的无机驻极粉或有机驻极粉制备成驻极母粒，克服了现有的驻极母粒在熔喷无纺布生产过程容易因为驻极粉析出而导致的堵塞现象，同时选用合适的相容剂和调整螺杆长径比，使氟类驻极粉能更好地实现分散均匀，从而在较小的添加量下达到理想的驻极效果。
具体实施方式
如无特殊说明，本发明所用原料、试剂及溶剂，均为商业购买未经任何处理。下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。另外，关于本说明书中“份”、“%”，除非特别说明，分别表示“质量份”、“质量%”。
均聚聚丙烯，购自金发科技公司，其熔融指数MFI在230℃/2.16kg下，为1500g/10min，
均聚聚丙烯，购自金发科技公司，其熔融指数MFI在230℃/2.16kg下，为1000g/10min，
聚四氟乙烯微粉，购自南京天诗新材料科技有限公司，其平均粒径为0.05um-3um；
四氟乙烯/六氟乙烯共聚物微粉A，购自3M公司，其平均粒径为0.05um-3um；
四氟乙烯/六氟乙烯共聚物微粉B，购自3M公司，其平均粒径为约为5um；
二氟乙烯/六氟乙烯共聚物微粉，购自日本大金公司，其平均粒径为0.05um-3um；
三嗪苯酚钠，购自乐凯化学，其平均粒径约为7um；
纳米电气石粉，购自天津鸿雁天山石业纳米技术有限公司；
马来酸酐接枝聚丙烯购自美国Aaron，牌号/型号为BONDYRAM%201001CN；
甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯购自利安德巴塞尔，牌号/型号为PX6006；
甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝EPDM购自科通塑胶科技，牌号/型号为KT-7；
马来酸酐接枝POE购自美国杜邦，牌号为N493；
乙烯丙烯酸共聚物购自陶氏化学，牌号/型号为EA101；
恶唑啉接枝聚苯乙烯购自浩正塑胶科技，牌号/型号为ST-8；
抗氧剂1010及抗氧剂168均购自BASF。
实施例1~9
按照表1配方将实施例1~5、7~8的材料投到高速混合机混合，并通过长径比为40:1的双螺杆挤出机熔融共混挤出，熔融段温度150～210℃，得到口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒。
将实施例9中的聚四氟乙烯微粉加入500mL含有表面活性剂的水，分散形成乳液，按照表1配方投到高速混合机混合，并通过长径比为40:1的双螺杆挤出机熔融共混挤出，挤出时结合真空处理除去水，熔融段温度150～210℃，得到口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒。
按照表1配方将实施例6的材料投到高速混合机混合，并通过长径比为48:1的双螺杆挤出机熔融共混挤出，熔融段温度150～210℃，得到口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒。
表1
对比例1~6
按照表2配方将对比例1~5的材料投到高速混合机混合，并通过长径比为40:1的双螺杆挤出机熔融共混挤出，熔融段温度150～210℃，得到口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒。
按照表2配方将对比例6的材料投到高速混合机混合，并通过长径比为36:1的双螺杆挤出机熔融共混挤出，熔融段温度150～210℃，得到口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒。
表2
样品测试例1：过滤效率及阻力、驻极效果、堵塞情况测试
过滤效率及阻力测试
将上述实施例1~9、对比例1~6制备的口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒与均聚聚丙烯树脂(熔指1500g/10min)混合，其中所述口罩用聚丙烯驻极母粒材料与PP树脂的重量比为1:19。对应记为样品测试例1~9和样品对比例1~6。将所得的混合物经过单螺杆熔融，经计量泵计量后通过喷丝板喷出形成纤维。所述纤维经过230～270℃的热风牵引，形成测试样品。测试样品再经过300kV电压驻极处理后再收卷，得到样品熔喷无纺布材料。
另外，以实施例9的配方制备的口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒与均聚聚丙烯树脂(熔指1500g/10min)混合，其中所述口罩用熔喷无纺布专用有机驻极母粒与PP树脂的重量比为1:49。对应记为样品测试例10。将所得的混合物经过单螺杆熔融，经计量泵计量后通过喷丝板喷出形成纤维。所述纤维经过230～270℃的热风牵引，形成测试样品。测试样品再经过300kV电压驻极处理后再收卷，得到样品熔喷无纺布材料。
该熔喷无纺布材料使用TSI8130自动滤料测试仪测试，使用GB19083-2010《医用防护口罩技术要求》标准，介质采用数量中值粒径0.075±0 .02μm的NaCl颗粒，测试流量85L/min，进行过滤效率及吸气阻力测试。对于驻极效果的长期性来看，我们使用了加速衰减的方法，利用在高温高湿情况下加速电荷的衰减，具体实施温度为85℃，湿度85%，放置24h后取出，平衡4h后，通过前面的方法测试其过滤效率及阻力，计算出比对其放进去前的过滤效率及吸气阻力，通过公式QF ＝-ln(过滤效率)/吸气阻力，分别计算出老化前后的品质因子QF，驻极保持率%=Q1（加速老化后）/Q0×100%。堵塞情况以熔喷布机器上使用500目滤网，连续生产，以机器生产滤网前压力提高0.5MPa的时间来评价。
结果如表3所示。从样品对比例1、样品对比例2可以看出，当相容剂选择不合适时，产品较容易团聚，导致其过滤效果下降。从样品对比例3可以看出，当氟类驻极粉的粒径过大，导致产品容易断丝，布面不够紧密，从而使过滤效率降低。从样品对比例4、样品对比例5可以看出，常规使用的有机驻极粉或无机驻极粉，均在生产过程中会出现堵塞。从样品对比例6可以看出，当驻极母粒制备过程中挤出机的螺杆长度不够，也会影响含氟驻极粉的分散，从而影响驻极效果。
表3
从样品测试例1~9可以看出，本发明配方下的母粒均使熔喷无纺布生产更顺畅。从样品测试例1~3可以看出，以二氟乙烯/六氟乙烯共聚物微粉为最优选的氟类驻极剂的过滤效率。从样品测试例6可以看出，挤出机的长径比越长，能使母粒中各物料分散更均匀，使得母粒应用于熔喷无纺布时，过滤效果和驻极保持率更好。从样品测试例1、样品测试例7和8可以看出，马来酸酐接枝烯烃共聚物作为相容剂效果更好。从样品测试例9可以看出氟类驻极剂以乳液的形式加入母粒中，过滤效果有更好的提升，但工艺方面变得更为复杂。从样品测试例10可以看出，本发明的母粒，在添加量较小的情况下，依然具有良好的驻极效果。
