熔喷无纺布性能

1、熔喷无纺布性能作者:日期:减粘裂化新工艺改善熔喷无纺布性能?减粘裂化新工艺改善熔喷无纺布性能作者:M . Rot h , J . Leu k e l, D. M 焞 ler, J .R. Pauquet汽巴精细化工公司 ？ H. G . G eus 莱芬豪 舍公司熔喷无纺布的质量和性能取决于聚丙烯原料（熔融指数）的 正确选择和加工条件的优化。目前，熔喷厂家主要采用的是高融 指的聚丙烯原料，但缺乏必要的灵活性以适应不同的市场需求， 同时还存在着高成本的压力。在这种情况下，使用低融指的纺粘级聚丙烯原料（MF匸2 050）,再配合使用 断链技术”的塑料 添加剂,可以生产出高品质的熔喷无纺布，为熔喷厂

2、家提供了更 灵活的操作空间。通过加入IRG AT EC CR 7 6添加剂，在熔 喷纺丝过程中使得树脂发生可控性的降解，得到相对分子量分 布较窄的无纺布产品,从而提高产品的物理性能和有效降低生产 以及仓储成本。？采用新型添加剂得到的纺熔产品具有独特性能，极大增加了无纺布纤维原料选择的多样性（图片由汽巴精化公司提供）?汽巴精细化工公司精心研制成功的新型添加剂Ci ba ?IRGATE C CR 7 6（注:由于公司内部编号为 EB 4 3 - 7 6,故图片 数据以该编号标注）不含任何过氧化物，是新一代的自由基生成 剂,它完全避免了目前工艺中使用过氧化物的缺点，即使在传统 加工温度的条件下，聚合

3、物也能够产生有效的降解，并最终将聚 合物相对分子量分布控制在比较窄的范围内。与现有技术生产 的产品相比，采用新型添加剂加工的熔喷产品及其纺熔复合产品（例如S MS）在静水压高度和机械性能上有很大改善。对产品进 行的测试表明，采用新型添加剂得到的纺熔产品具有独特性能， 极大增加了无纺布纤维原料选择的多样性，特别是纺粘和纺熔复 合非织造布废料都可以经过转换变成熔喷级原料使用，本文中 所有实验均在德国莱芬豪舍熔喷和S MS生产线上完成。Mt厂“匸"MS.!- «- >-!- «-图1:两种不同PP熔喷产品的静水压高度测试结果对比当花r_L*Trto图2:两种不同P

4、P熔喷产品的透气性能测试结果对比图3:两种不同PP熔喷产品的拉伸强力和断裂伸长率测试结果对比高品质无纺布产品主要取决于加工设备和采用原料的一致连续性，两项技术的良好结合是获得优质产品的保证，本文 以下部分对新型添加剂的应用及与商业级熔喷产品对比情况进行了详细介绍。喷产品质量如何改善熔最早期的熔n V n te先生在194 6年发明的，产品主要应用领域有：过滤，对纤网均匀度要求较喷工艺是由Va高;隔离，对纤网的连续一致性要求较高，网面不能有破洞或没有牵伸好的团块出现；保暖，对纤网的蓬松性要求高。网面有破洞或出现没有牵伸的团块将降低纤网的整体质量熔喷产品中通常所说的“sh ot ”就是指没有经过牵

5、伸的小块薄膜，在出现“h ot ”的区域水渗透速度要比其它区域快的多，这 种疵点可以通过测量静水压高度进行检查。因此，如何进一步提高纺熔产品的静水压高度是产品设计开发的一个追求目标，一方面可通过对生产过程控制的改进，如对设备参数以及生产步骤的 优化，避免纤网中纤维出现团块；另一方面从改变切片质量入手,为此，汽巴精细化工公司对无纺布使用的PP树脂以及PP终端产品方面做了很多研究工作，并取得了初步成效。确I訊些4r vFiimi wii 晖萃 wi 狞 1号*EBORi图5:两种不同SMS产品的静水压高度测试结果新型树脂改进剂（高温GPC）（高温GPC）布MWD测试结果图7:纺粘级PP树脂(MFI

6、 25)与添加1.5% CR76熔喷非织造Ci b a?I RGA T EC CR 76图6:两个商业级规格熔喷布 MB3和MB4的MWD测试结果M4W/J i一J PPrMFllS/人/ AJJ 'A.!X >04L一般PP熔喷非织造布采用的原料是高熔融指数(MFI > 4 0Og/1 0 min .)和相对分子量分布较窄的树脂 可以生产出纤网匀 度好、纤维细和轻质的产品，这是获得具有良好阻隔性能产品， 如静水压或透气性的最基本要求。目前市场上的熔喷级 PP切片是通过添加烷基化的过氧化物，在挤出加工时，在超过 PP熔点 的温度下，过氧化物经热分解而产生可导致减粘裂化作用的

7、自 由基,把高相对分子质量的PP降解变成低相对分子质量的树 脂，从而生产出设定目标的产品。此类过氧化物对工作环境污 染严重，对工人的身体造成伤害；技术上来讲，过氧化物的断链效 果不易控制，波动严重，降解后的树脂分子量变化不均匀，最 终导致无纺布产品质量的不均匀性。同时，由于过氧化物本身 的不稳定性，导致经过氧化物改性后的聚丙烯原料仓储期有限 制，一般在半年左右，随着时间的延长，原料的熔融指数会发 生一定程度的变化。?图8:两种不同PP熔喷产品的电镜照片对比汽巴(面密度25g/m2,阻隔性能分别见前页的图1和图2)精化研制的一种新型添加剂C i ba ?I RGA T EC C R 7 6，是新

8、 一代的自由基生成剂，完全克服了目前过氧化物工艺的缺点，环 保、高效，对熔融指数的可控性，通过优化工艺，可以用最佳的添加量较准确地提高纺粘聚丙烯原料的熔融指数，以生产出更佳 品质的熔喷无纺布。实验数据表明，无纺布的静水压和机械强 度、纤维柔软度都得到了很大的改善。？1. 良好的阻隔性能添加IR GA TEC CR76之后，用纺粘级PP就可以生产熔喷 非织造布，其产品在阻隔性能上有很明显的改进。图1和图2是商业级熔喷PP树脂为原料和标准纺粘级 (M FI 2 5 )树脂添加三种不同比例 EB 43-76生产的熔喷非织造 布的比较。从图中可以看出，用2.1%的添加剂能够把静水压从 450m m增加

9、到超过8 00m m;用较低的添加量如0.9% 生产非 织造布的静水压与目前工艺产品相似 ，而透气性则显示出反向效 果,在实验中值得注意的是，当EB 43 - 76用量为0.9%时，与正 常生产的熔喷非织造布相比，采用添加剂的熔喷产品在透气性 和静水压两项指标上都有增加。2.增强的机械性能 ？ 用MFI为2 5的PP树脂添加I RGAT EC CR7 6生产出来的熔喷非织造布， 其杰出的阻隔性能表明纤网不但具有增强的机械性能，且纤维分布更加均匀。图3是不同熔喷产品的拉伸性能测试结果， 与采用MFI 1800的PP树脂生产出来的熔喷非织造布相比，添加0.的CR7 6可以把25g/m2的熔喷产品强

10、度提高一倍，断裂伸长率提高了 4 0 0%;添加了 1.5%的CR7 6可将断裂伸长率提高一倍拉伸强度提高到40 0 %，显然，将CR7 6用于一般PP树脂3 .改善的热稳定性能熔喷非织造布的长效热稳定来改善非织造布机械性能的灵活性是成品设计中提高品质的关 键。性是非常重要的，尤其是在工程应用上 （如过滤材料）。如图4所示，对添加CR76树脂生产的熔喷非织造布和商业级熔喷产品 在温度为90C烘箱中测试老化性能，结果表明改进后的熔喷布耐 老化稳定性明显改善，该试验结果也显示出与拉伸强度及断裂伸 长率测试结果相一致的趋势。V1 HSMS复合非织造布的优Mri 29 0.5% FB 43-7 （%）

11、54 50' -45 -範15异特性在大图9:两种不同纺粘非织造布的机械性能对比部分的SMs复合非织造布中，熔喷层比纺粘层薄。由于熔喷层由超细纤维 组成，因此在纺粘层能提供足够应用强度的基础上，改善中间熔 喷层的静水压就足以改变复合非织造布的阻隔性能。图5用1 7 g/m 2的卫材（7/3/7 g/m2）来探讨阻隔性能， 熔喷层是以纺粘树脂添加 1.5 %的CR76生产，虽然熔喷层的面 密度只有3g/m2,当使用C R7 6为树脂改性剂时,SM S的阻隔能 力可增加2 0 %以上。？齢站45-tUUtW2佯G躺聲【辽）图10:两种不同纺粘非织造布的机械性能与轧辊温度之间的关系?熔喷树脂

12、的分子特性一一凝胶色谱分析法（G PC）?在纤维加工中，重均相对分子质量（Mw）和分子量分布MWD （ Mw/Mn）是对PP树脂加工影响最大的分子特性，而 树脂的质量是生产高品质非织造布决定性因素。MWD宽的树脂，同时存在相对分子质量较高和较低的链段，在加工时可以 形成凝胶并容易在布面上产生硬块或破洞等瑕疵，为了改善加工性能,要求树脂原料有稳定的熔融粘度(MFI)和窄的M WD,添加剂CR76的最大优点在于其可控反应能力，生成具有窄分 子量分布的PP树脂,比熔喷级PP树脂均匀度高的多，在理论上与 茂聚丙烯(m-PP )的 MWD相等。图6是两个商业级规格熔喷布 M B3和M B 4的GPC分子

13、量分布，比较有特色的是出现了双峰的MWD以及大量分子质量较高和较低的链段，甚至还有低聚物出现，这种低聚物片断的 形成是纺丝过程中纤维出现断裂、布面出现团块疵点、产品机 械和阻隔性能下降的主要原因。图7是纺粘级PP树脂(MF I 25)与添加CR7 6熔喷布的GPC比较周中表明加入CR7 6后，在降解树脂时并没有形成大量的低分子链段，这种单峰窄的MWD的形成证明CR 76具有高可控性的减粘裂化能力，同时不会有任何其他副反应发生。电镜分析微观性能？ 从上述分析结果得知,添加CR 76后，熔喷非织造布图11:三种不同非织造布的静水压测试结果在宏观性能上有显著改善，包括阻隔性能、机械强度和热稳定性 为

14、了探寻在微观性能上产生的变化， 我们专门拍摄了电镜图(SEM),图8是商业级(MF I 1800)和纺粘级树脂(M FI 25) 添 加1. 5% CR 7 6生产的熔喷非织造布电镜图(静水压数据见图1）。从图中可看到，商业级熔喷非织造布中有僵硬纤维出现（在 高分辨率下可看到纤维断裂，图中画圈的地方），还有一些薄膜状 区域,而纺粘级树脂在加入 CR7 6后纤维变得更加细小和柔软， 薄膜状区域也很少出现。与现有熔喷技术相比，添加CR76后， 纤维的长度增加了，表明改进后的纺粘级 PP熔喷非织造布具有 更好的微观性能。性能得到改进的纺粘非织造布 ？ 纺粘级PP树脂MF I 在2535范围内，是广泛

15、用于生产纺粘非织造布的标准材料，由于较高的商业级 MFI很难得到，因而CR7 6的研制成功为改善 纺粘非织造布性能提供了良好机遇（如柔软的手感）。图9是两种纺粘非织造布的机械性能差异对比，一种是商业级的纺粘非 织造布（聚合物1）,另一种是MFI改进型纺粘非织造布（添加 0 .5% CR7 6,M F I为6 0,轧辊温度为1 4 5C）。从图中可以 看出，MF I改进型纺粘非织造布在拉伸强力和断裂伸长率都高 于对比产品，主要原因是在给定温度下，产品在轧点处产生了更 好的粘结。图10是在不同轧辊温度下两种纺粘非织造布的机械性能， 对比的第一种产品是商业级的纺粘非织造布（聚合物2）,第二种是 M

16、F I改进型纺粘非织造布（0. 5% CR76,MFI =4 5）, 在各种轧辊温度下，后者都比前者表现出了更好的拉伸强度和断 裂伸长率，此外，产生粘合温度范围的拓宽为改善纺粘产品的加工性能提供了更大的优势。回收料的再利用性和环保优势？从前面的大量实验可以得到结论:采用CR7 6改进纺粘级PP生产的熔喷非织造布在 宏观和微观性能上都有很大改善。更进一步的研究包括使用回 收级的PP原料,因为在大部分情况下，纺丝时产生的PP纤维废料是不能或只有少量可用于二次纤维加工的。图1 1是以三种不同PP级树脂为原料的熔喷非织造布静水压测试结果，三种材料分别是两种添加CR7 6的纺粘非织造布（新料和回收料），

17、第 三种是商业级熔喷树脂制造的非织造布，图中数据显示，前二 者具有极好的阻隔性能，表明可选用低MF I的回收料生产高端 的熔喷树脂，对于回料的价值再创性和环境保护是非常有益的。 ? 使用安全性我们为了进一步探讨IRGA TE C C R76在卫材领域使用 的安全性，就PP熔喷非织造布对皮肤过敏性及毒性进行了测 试，结果表明含2.25% C R76的非织造布经过B焗ler试验后证实，该添加剂没有任何导致皮肤过敏/发炎的可能，含2.1 %CR 76的熔喷非织造布经过 ME M Elution L92 9毒性测试后也 证实了不会产生毒性（结果为0,属最好结果）此外,IRGA T EC C R7 6产品外观呈粒状，在欧盟指令 （1999/45/E C）未将其归于有毒一类，不需要特殊的防护和储 存。结论 ？ IRGATE C C R76是一种用于生产PP非织造 布的独特改性剂，能够有效改善熔喷、纺粘非织造布及SMS复合非织造布的性能，可为生产商带来的主要优点如下：增强熔喷 及SM S复合非织造布的阻隔性能；改进熔喷非织造布的机械性 能；有更宽的粘合温度