负离子聚丙烯熔喷法非织造材料的制备及性能研究

负离子聚丙烯熔喷法非织造材料的制备及性能研究

高聚层材料的非纺织材料利用高温和高速的热量气流，通过高聚层的拉伸作用形成高度拉伸的纤细纤维，并通过相互咬合形成材料。1试验材料与仪器聚丙烯专用料:(切片:湖南盛锦新材料有限公司)纳米钛金负离子粉体:(自制)切片造粒机(含双螺杆挤出机、水槽、风干机和切粒机):苏州宝力塑胶有限公司熔喷纺丝设备:南通丽洋新材料开发有限公司,型号:ROC-MB300冷场发射扫描电子显微镜:HITACHI,型号:S4800空气离子检测仪:日本COMSYSTEMINC,型号:COM3200PROⅡ威尔150A生化培养箱:苏州威尔试验室用品有限公司手提式不锈钢蒸汽消毒器:上海三中医器械有些公司涡旋混合器XW-80A:上海琪特分析仪器有限公司强力搅拌器:上海标本模型厂,型号:JB90-D全自动织物透湿量测试仪厂家:TEXTEST型号:FX31502测试2.1挤出造粒的制备将聚丙烯切片与纳米钛金负离子粉体通过混料机搅拌混匀后,在双螺杆挤出机中挤出造粒,收集第一遍的负离子功能母粒,将其通过风干机风干后,再次经过双螺杆挤出机挤出制造纳米钛金负离子功能母粒。2.2用离心式聚丙烯溶胶法生产非织造材料将聚丙烯切片与纳米钛金负离子功能母粒按一定的比例混合均匀后,通过螺杆挤压机制备负离子聚丙烯熔喷法非织造材料。2.3负离子粉体纤维网外观形态观察将干燥好的负离子聚丙烯熔喷法非织造材料,制成样品后,通过冲击断口喷金后,使用冷场发射扫描电子显微镜(SEM),观察纤维网外观形态,纳米钛金负离子粉体在非织造材料纤维中的分散情况和纤维直径分布情况。2.4负离子聚丙烯非织造材料负离子发生量的试验采用COM3200PROⅡ型空气离子检测仪测试负离子聚丙烯非织造材料的负离子发生量:恒温恒湿试验室内,试样以水平方式放置于绝缘密闭的测试仓内,测试距离为5cm,相对表面积不小于1×102.5平床扩散法采用GB/T20944《纺织品抗菌性能的评价》第1部分:琼脂平皿扩散法,通过往平皿内注入两层琼脂培养皿,下层为无菌培养基,上层为接种培养基。试样放在两层培养基上,培养一段时间,根据培养基和试样接触处细菌繁殖的程度,定性评定试样的抗菌性能。2.6结果表明，阴离子聚苯乙烯材料的透湿性能采用全自动织物透湿量测试仪测试负离子聚丙烯非织造材料的透湿性能。3结果与分析3.1负离子功能母粒的制备采用熔喷法制备负离子聚丙烯非织造材料,首先将纳米钛金负离子粉体与聚丙烯切片均匀混合,通过切片造粒机双螺杆挤出造粒,制作成负离子功能母粒。其中,聚丙烯熔融指数为1500g/(10min),制备纳米钛金负离子粉体含量为12%(质量百分数)的功能母粒,制作4kg的负离子母粒。负离子聚丙烯熔喷法母粒配方和双螺杆二次挤出工艺如表1和表2所示。3.2工艺参数的确定熔喷法纺丝工艺是一种拉伸工艺根据聚丙烯切片的热性能和流变性能确定螺杆挤出机各段的温度。按表4所示温度参数,将熔喷纺丝设备的各区温度调节到设定温度,当达到设定温度后需恒温0.5h。加入聚丙烯切片清洗螺杆挤出机,去除杂质,避免杂质的存在造成喷丝口阻塞,影响熔喷试验的进行设置熔喷过程中的空气动力调节、接网帘速度、接屏距离、计量泵转速等工艺参数,制备负离子聚丙烯熔喷法非织造材料。负离子聚丙烯熔喷法非织造材料各工艺参数如表5所示。4种的纺丝工艺共获得4种规格的负离子聚丙烯熔喷法非织造材料如表6所示。3.3熔喷法非织造材料的微观结构采用冷场发射扫描电子显微镜(SEM)进行观察,当放大倍数为1100倍如图2所示。可观察到纤维网中超细纤维纤度不均匀,粗细不一,直径变化范围为0.1~20μm;纤维排列紊乱,相互缠结,以热粘合形式结合,形成立体网状结构;纤维拉伸成丝、点、块状缺陷较少,具有良好的微观形态。另外从电镜照片上观察,熔喷法非织造材料纤维的表面特性比较粗糙,这有利于捕集过滤气体中的微粒。当放大倍数为5000倍时,聚丙烯非织造材料和负离子聚丙烯非织造材料的SEM图如图3中a、b所示。比较两图可观察到,未添加纳米钛金负离子粉体的与添加过纳米钛金负离子粉体(质量分数为4%)的非织造材料中,纤维表面呈现出不同的效果。前者纤维表面光滑,后者由于添加了纳米钛金负离子粉体,能明显看到纤维表面有颗粒状物质,粒子部分裸露在纤维表面,剩余部分被包埋在聚丙烯材料中。纳米钛金负离子粉体与聚丙烯高聚物熔体混合时,会在熔液中扩散、迁移,游离到纤维表面的粉体会形成颗粒状凸起,使得纤维表面形成密集的微粒。裸露在纤维表面和包埋在纤维内部的纳米钛金负离子粉体可激发空气产生空气负离子。3.4材料负离子发生量及评价系数样品正负离子发生量如表7所示。测试结果表明,每组测试结果的CV值不超过5%,说明试验的重现性较好,O组由于测试基数较小,使得CV值较大,但并不影响测试结果的分析。图4是4种样品的正负离子浓度数据图形,负离子变化规律为:A>B>C>O。A样与B样对比,A样产生的负离子发生量大于B样,为1020个/cm不同样品空气正负离子发生量及其评价指标如表8所示。将表中单极系数和安倍空气质量评价系数做成图5所示,4种规格的非织造材料单极系数变化规律为:O>C>B>A;安倍空气质量评价系数变化规律为:A>B>C>O。空气清洁度,A、B样为A级,空气最清洁;C样为C级,空气中等清洁;O样为D级,空气清洁度在允许范围内。A样单极系数最小,安倍空气质量评价系数最大,产生的负离子浓度远高于正离子浓度,有效清除环境中的杂质,使空气清新洁净。当负离子浓度小于250个/cm上述分析表明,当纺织品中纳米钛金负离子粉体含量为4%,样品平方米质量大于30g/m3.5抗菌性能及抗菌性能负离子聚丙烯非织造材料的抗菌性能测试结果如表9所示。根据国家标准GB/T20944.1-2007,对金黄色葡萄球菌的抗菌效果满足表中“效果好”的要求,说明负离子聚丙烯熔喷法非织造材料的抗菌性已经达到了国家对抗菌纺织品的标准。3.6纤维直径和透湿率四种材料的透湿性测试结果如表10和图6所示。比较A、B、C、O样透湿率可知,A样的透湿率大于B样,说明纤维直径越小,其透湿性越好;A样的透湿率大于C样,说明纺织品平方米质量越小,其透湿性越好;加入负离子粉体后纺织品的透湿率减小。4激发空气负离子