[发明专利]一种在线负载纳米纤维的聚丙烯复合纤维、熔喷无纺布及其制备方法与应用

说明书

本申请公开了一种在线负载纳米纤维的熔喷无纺布及其制备方法与应用。通过在熔喷布成型过程气流中同步添加纳米纤维，利用熔喷加工过程中具有高风压的引导气流作用使纳米纤维与聚丙烯熔体纤维有效纠缠结合，从而有助于提高纳米纤维的负载牢度。并通过调节纳米纤维的负载量以制得微纳米纤维复合材料，所述微纳米纤维复合材料具有微纳米梯度结构。本申请的微纳米纤维复合材料的物理拦截效果更稳定、可靠，且能兼具优良的透气性能。且本发明制备方法简单、安全、高效，适合在医疗和环保等过滤材料领域中广泛应用。

技术领域

本申请属于无纺布技术领域，特别涉及一种在线负载纳米纤维的熔喷无纺布及其制备方法与应用。

背景技术

熔喷无纺布以聚丙烯为主要原料，空隙多、结构蓬松、抗褶皱能力好，具有独特的毛细结构的超细纤维增加单位面积纤维的数量和表面积，从而使熔喷布具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性。可用于空气、液体过滤材料等领域。特别地，在抗击病毒传播的过程中，以熔喷无纺布为核心的材料的口罩可以有效隔离包含病原体的微小颗粒物。因此，佩戴高过滤性口罩是阻断病毒传播的有效方式。

熔喷无纺布是利用高速热空气对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并凝聚在凝网帘或滚筒上，滚筒上的纤维再经过辊压、施加静电荷的驻极等过程，就成为最终的熔喷布成品。在现有工艺基础上进一步强化熔喷布材料的过滤性能对于扩展其应用领域非常重要。

熔喷无纺布实现对颗粒物过滤的途径主要包括两个方面：(1)静电吸附，利用聚丙烯纤维中驻极体储存电荷，通过静电力吸附气流中的微小颗粒。(2)物理隔离，利用纤维层本身的孔隙结构，阻隔细菌及病毒的侵入。医用外科口罩过滤层采用微米级的聚丙烯纤维，孔隙直径较大，无法高效地实现对小颗粒细菌、病毒的物理隔离，而主要采用为静电吸附的方法。但随着佩戴时间增长(如1～2小时)，其静电吸附能力减弱，隔离效果迅速衰减。因此，亟需研究开发一种高效的新型技术，实现熔喷无纺布材料的安全高效持久的过滤性能及力学性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的熔喷无纺布过滤性能不足的问题，提供一种在线负载纳米纤维的熔喷无纺布及其制备方法与应用，通过熔喷加工过程中具有高风压的引导气流作用使纳米纤维与聚丙烯熔体纤维有效纠缠结合，从而有助于提高纳米纤维的负载牢度，获得具有优异过滤性能的熔喷无纺布复合材料。

根据本发明的一个方面，提供一种聚丙烯复合纤维，包括聚丙烯纤维和通过熔喷气流工艺负载于所述聚丙烯纤维的纳米纤维；所述纳米纤维的负载量占所述聚丙烯复合纤维总质量的0.01％～5％。该复合材料具有优异的过滤性能，且兼具优良的透气性能。

优选地，所述纳米纤维为纤维素纳米晶、纤维素纳米纤维、微晶纤维素、细菌纳米纤维素中的至少一种。

细菌纳米纤维素优选为大肠杆菌、金黄葡萄球菌、白喉杆菌。

所述复合材料具有微纳米梯度结构；微纳米梯度结构，是指具有微米和纳米孔径结构的材料组合成的微纳米结构；

优选地，所述纳米纤维的直径为5nm至600nm范围内的任意值，长度为0.01μm至1000μm范围内的任意值。

所述聚丙烯纤维的直径为1μm至100μm范围内的任意值。

所述熔喷气流工艺是将纳米纤维分散液经气流雾化后随熔喷高速气流喷吹至聚丙烯熔体纤维，所述纳米纤维分散液包括纳米纤维和溶剂；

优选地，所述溶剂选自水、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸、氨基乙酸、乙酸乙酯、醋酸正丁酯、乙醚、乙酰丙酸溶剂中的至少一种；

优选地，所述纳米纤维在溶剂中的质量分数为0.1％～10％。

根据本发明的另一个方面，提供一种聚丙烯复合纤维的制备方法，包括以下步骤：