[发明专利]一种多孔纤维无纺布制备方法

说明书

技术领域

本发明属于产业用纺织品领域，具体涉及一种将热致相分离成孔技术与熔喷技术相结合制备多孔纤维无纺布的方法，制得的无纺布可用于环保、水处理、空气过滤等。

背景技术

熔喷技术是依靠高速、高温气流(常接近聚合物熔点)喷吹聚合物熔体使其得到迅速拉伸而制备超细纤维的一种方法，可一步成形为无纺布。通过熔喷技术生产的由纤维无规堆砌组装成的无纺布，具有非常优良的结构性质，如纤维超细、比表面积大、孔隙率高、孔洞结构相互贯通、溶质扩散阻力小等，特别适合用作吸附和过滤分离材料。熔喷无纺布产品在医卫防护(雾霾、禽流感、空气净化)、保暖隔热、吸音降噪、污水处理(市政废水、原油污染吸附)等领域具有独特的优势。熔喷技术工艺流程短，生产效率高，一条生产线的年生产能力为百吨至千吨级别。由于技术含量高，市场前景大，其发展水平已经成为衡量一个国家纺织工业综合实力的重要标志之一。然而，现有熔喷技术仍存在一些不足之处：纯熔体加工高耗能，模头和热空气温度往往需超过260℃，这又会造成聚合物降解问题；纯熔体粘度大，挤出困难；对母粒熔体流动性要求较高，需用高熔融指数熔喷专用料，如要求使用熔融指数超过800g/10min的聚丙烯母粒，其需通过降解常规聚丙烯或者用茂金属催化生产得到，价格比常规聚丙烯母粒贵50％以上。

现有熔喷无纺布产品仍无法满足高精度和高性能过滤要求，如防雾霾口罩、汽车/坦克发动机防尘等，如若要进一步提高其产品使用效果或性能，需增加其比表面积，这可通过将纤维直径降低至纳米级和引入多孔结构两种途径实现。Nonwoven Technologies公司采用直径为63.5μm的纺丝孔，制备了纤维直径大约为500nm的聚丙烯纤维，但是此方法产量低，同时喷丝板价格异常昂贵，还极易开裂和堵头，生产成本太高。目前国产的熔喷设备和聚丙烯原料均无法满足纳米纤维的生产条件。多孔结构的引入可通过在熔喷聚合物母粒中加入不相容的无机纳米粒子或聚合物，然后通过溶剂溶解或者煅烧的方法来选择性去除成孔，但是此方法会导致纤维机械性能大大下降且存在溶解不完全的问题。

热致相分离技术(thermally induced phase separation，简称TIPS)是近年来发展成熟的一种聚合物成孔方法。在1980年,Castro等第一个提出TIPS制备微孔膜的方法，并申请美国专利US Patent424798。TIPS基本原理如下：对于许多非极性或弱极性热塑性结晶高聚物，在常温下与某些高沸点的小分子液体(稀释剂)互不相溶，但在升高温度下(一般高于结晶高聚物的熔点)可形成均相溶液，降低温度后由于溶解能力下降和聚合物结晶因素诱发产生液-液(L-L)或固-液(S-L)相分离，而后用萃取剂脱除稀释剂，混合物中原稀释剂所占空间变为孔洞，最终形成连贯的微孔结构。TIPS方法只有热交换过程，而不涉及复杂的物质交换过程，因此具有操作简单、影响因素少等优点，同时膜孔隙率高、不易形成缺陷、机械性能好，孔径大小、分布范围、孔隙率可控。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足之处，提供一种将热致相分离成孔技术与熔喷技术相结合，实现多孔纤维无纺布大规模制备的方法；以提升现有无纺布产品性能，使其满足高精度和高性能过滤要求。

本发明所采用的技术方案是：一种多孔纤维无纺布制备方法，依次按以下步骤进行：

(1)将聚合物和稀释剂混合均匀，得到聚合物质量百分比浓度为10～60％的共混物；

(2)采用螺杆挤出造粒机将步骤1中的共混物熔融挤出，并在空气中直接冷却造粒；

(3)将步骤2中的母粒用熔喷设备生产得到初生无纺布；

(4)萃取除去步骤3初生无纺布中的稀释剂，使该无纺布中的纤维成孔，干燥后即得到多孔纤维无纺布；

(5)将稀释剂和萃取剂混合废液回收，重复使用。