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纺粘和熔喷非织造布生产常用的原料
发布日期:2017-06-02 08:23:44 来源:本站原创
  

 纺粘和熔喷非织造布生产常用的原料之一聚丙烯(PP)
聚丙烯是目前最常用的原料,也是最重要的聚合物纤维原料,我国有近94%的纺粘布和熔喷布所用的原料都是聚丙烯。根据美国统计,聚丙烯纤维在非织造布方面的应用越来越广泛,已大量取代聚酯和粘胶纤维。在医疗、卫生、保健等领域,聚丙烯非织造布的应用量占非织布造总量的50%。
聚丙烯纤维与其他合成纤维有两大不同:第一是其吸湿性很低,这就使聚丙烯纤维具有极好的耐污性与几乎相同的干、湿态特性;第二是它拥有所有纤维中最小的密度,这使它在相同重量条件下有更好的覆盖性。
聚丙烯纤维基本性能如下:极低的密度(0.91g/cm3);低的含水率(小于0.1%,);良好的耐化学性(耐酸、碱、溶剂);防霉、防腐、防蛀、抗菌;良好的隔热、保温、绝缘性能;高刚度、良好的抗拉强度(4.5~7.5cN/dtex);良好的耐疲劳性、耐磨性;良好的水解稳定性;原液染色性好(可染色谱广);耐温性为120℃、熔点为165℃;易再生使用。
聚丙烯纤维的碳氢结构(即缺少任何极性)使其具有高的拒水性,因而可防止极性材料引起的沾染。对非织造布来说,这一特性也可通过适当的后整理来加以改变,使PP非织造布具有亲水性或其他特殊的性能。
聚丙烯熔点很低(165℃),因此纤网适合采用热轧黏合固结加工,产品已被广泛用于卫生巾与尿片的包覆材料。
由于聚丙烯纤维的非离子型化学特性,采用普通的工艺难以染色。因此PP非织造布都是采用熔体染色工艺,即在聚合物切片原料中混入色母粒,进行熔体共混纺丝染色。除了产品染色外,还可以在熔体中添加功能母粒,使产品具有特定的功能。一般情况下由光线诱发(紫外线UV)的降解现象会导致PP非织造布褪色、发脆、机械强力下降等弊病。现在可以采用添加抗老化剂的方法来减少紫外线对产品的影响,延长产品的有效使用时间。
但要指出,PP非织造布在伽马射线照射下(这是生产卫生材料时所采取的一种消毒方法)会分解,释放出一股气味,改变颜色,并且发脆。这是PP非织造布用于医疗卫生领域时要注意的问题。
聚酯(PET)
聚酯的学名为聚对苯二甲酸乙二酯(PET),商品名为涤纶。聚酯是热塑性聚合物,由于其具有优良的物理机械性能和加工性能,已成为纺粘法非织造布的重要原料之一,我国的纺粘法聚酯非织造布产量约占纺粘法非织造布总产量的6%。
1.PET的分子结构
PET分子链通过酯基相连,其化学性质多与酯键有关,如在高温和水存在下,或在强碱性介质中容易发生酯键的水解,使分子链断裂,聚合度下降,所以在PET纺丝成形过程中必须严格控制水分含量。在纺粘法非制造布生产中,一般要求涤纶切片的含水率要小于50mg/kg。
2.PET的物理性能
3.化学性能
PET除耐碱性差以外,耐其他化学试剂性能均较优良。
(1)耐酸性:PET对酸(尤其是有机酸)很稳定,在100℃下于5%盐酸溶液内浸泡24h,或在40℃下于70%硫酸溶液内浸泡72h,其强度均无损失,但在室温下不能抵抗浓硫酸或浓硝酸的长时间作用。
(2)耐碱性:由于PET大分子上的酯基受碱作用容易水解。在常温下与浓碱、在高温下与稀碱作用,能使纤维破坏,只有在低温下对稀碱或弱碱才比较稳定。
(3)耐溶剂性:PET对一般非极性有机溶剂有极强的抵抗力,即使对极性有机溶剂在室温下也有相当强的抵抗力。
例如在室温下于丙酮、氯仿、甲苯、三氯乙烯、四氯化碳中浸泡24h,纤维强度不降低。在加热状态下,可溶于苯酚、二甲酚、邻二氯苯酚、苯甲醇、硝基苯和苯酚—四氯化碳、苯酚—氯仿、苯酚—甲苯等混合溶剂中。
(4)耐微生物性:PET耐微生物作用,耐虫蛀,不受霉菌等作用。因此,常用来制造土工布和环境保护用产品,如垃圾填埋场就使用大量的PET非织造布。
4.热性能
纤维的性能与高聚物的热性能有密切的关系。聚酯具有良好的耐热性,软化点为238~240℃,一般工业产品用PET的熔点在255~260℃。PET可在较宽的温度范围内保持其良好的物理—机械性能,在20~80℃的温度范围内受温度影响较小,长期使用温度可到120℃,能在150℃使用一段时间。
结晶高聚物的熔融过程也是一个相变过程,但它与低分子物质不同,从开始熔融到完全熔融有一个相当宽的温度范围,一般将最后完全熔融时的温度称为熔点;熔点的高低与晶片的厚度、结晶温度、分子量等有关。结晶温度高,分子量大,熔点也越高。
高聚物的玻璃化温度是指非晶态高聚物从玻璃态到高弹态的转变温度,对晶态高聚物来说,是指其中非晶部分的这种转变。玻璃化温度与熔点的高低相关,但不宜过低,否则熔点会接近使用温度,使产品失去使用价值。
5.PET的成形加工
PET的成形加工性能与相对分子质量及其分布、大分子的聚集态结构及聚合物中的杂质含量有关。纺丝用PET树脂的相对分子质量通常为15000~22000。相对分子质量低,则熔体黏度下降,纺丝易断头,丝条亦经不起较高速度的拉伸,纤维的强力下降,断裂伸长率上升,耐热性、耐光性、耐化学稳定性差。
当相对分子质量小于8000~10000时,几乎不具有可纺性。相对分子质量分布对于PET纺丝加工性能及非织造布纤网中的纤维结构、性能的影响也很大。
实践证明,平均相对分子质量相同而分布宽的PET,纺丝时容易产生断头、毛丝和疵点,且经不起拉伸,所得纤维及非织造布的强度低、延伸度高、弹性回复率低、布面粗糙。
PET的纺丝成形温度必须控制在其熔点和分解温度之间。熔点是聚酯切片的一项重要指标,但是由于纺丝过程中,聚合物熔体是在一定压力下被压出喷丝孔,成为熔体细流并冷却成形,因此,熔体黏度与纺丝成形密切相关。一定特性黏数的PET在不同温度下与切变速率的存在依赖关系,温度升高,黏度呈指数函数下降;切变速率增大,黏度下降。
影响熔体黏度的因素一般包括温度、压力、高分子聚合度及切变速率等。
6.聚酯切片的可纺性
切片的可纺性一般通过以下方面加以判断。
(1)筛料的难易:混在切片中的粗大粒子和粉末少,易被过滤而除去,可避免切片在干燥或纺丝时产生堵料、粘壁、熔融不匀等现象,切片的可纺性好。
(2)螺杆的纺丝压力:切片可纺性好,纺丝压力稳定,泵的供应量均衡稳定。正常情况下,螺杆压力波动应小于0.3MPa。
(3)纺丝组件或滤前熔体的压力上升速度:由于切片中的凝聚粒子或其他杂质成分较多时,容易堵塞滤网,致使组件内熔体压力上升速度加快,缩短了纺丝组件的使用周期。熔体过滤器更换周期缩短,熔体压力波动,影响质量。
聚酰胺(PA)
1.聚酰胺的分子结构
聚酰胺纤维又称尼龙(Nylon),我国商品名为锦纶。聚酰胺纤维是世界上最早投入工业化生产的合成纤维。根据聚酰胺的分子单元结构所含有碳原子数目不同,可以得到不同品种的聚酰胺,如聚酰胺6(尼龙6);根据二元胺和二元酸的碳原子数可以用于不同品种的命名,如尼龙66,其中前一个数字是二元胺的碳原子数,后一个数字是二元酸的碳原子个数。
一般适合纺丝用的聚己内酰胺的数均分子量在14000~20000之间,聚己二酰己二胺的相对分子质量一般控制在20000~30000之间,过高和过低都会给高聚物的加工性能和产品性质带来不利影响。而对于相对分子质量分布的要求,一般聚酰胺6的分散指数在2左右,聚己二酰己二胺在1.85左右。
2.聚酰胺的性能
(1)密度:聚酰胺的密度随着内部结构和制造条件的不同而有差异,不同晶型的晶态密度、不同的测试方法,其结果都不同。常见的聚酰胺6、聚酰胺66的密度为1.12~1.16g/cm3(25℃)。
(2)熔点:结晶固体有鲜明的熔点,而无定形固体只有熔融温度范围或软化温度范围,部分结晶的聚合物根据其结晶度,有或宽或窄的熔融范围。聚酰胺是一种部分结晶高聚物,具有较窄的熔融范围。使用的测定方法不同,所得的熔点数值也不同。
用ASTMD789—66方法测试时,常见的聚酰胺6熔点为220℃,聚酰胺66的熔点为260℃。
(3)吸湿性:由于聚酰胺具有酰胺键结构,因此比其他的成纤高聚物有较高的吸湿性,其吸湿性与环境温度、相对湿度等因素有关。相对湿度越高、吸湿率越大。如聚酰胺6在相对湿度65%时,吸湿率为(3.5~5.0)%;在相对湿度95%时,吸湿率为(8.0~9.3)%。聚酰胺66在相
对湿度65%时,吸湿率为(3.4~3.8)%;在相对湿度95%时,吸湿率为(5.8~6.1)%。
(4)耐化学药品性:聚酰胺的耐碱性能很好,但是耐酸性能较差,通常可溶于有机酸和无机酸,也可溶于苯酚和某些醇中,特别是在高温时更易溶解。由于聚酰胺在高温下,在有水分存在的条件下容易产生降解,大分子断裂,使制品的物理机械性能下降。因此,用于制造纺粘法非织造布的聚酰胺树脂切片在使用前一定要进行干燥处理,以保证纺丝的顺利进行。
3.聚酰胺6切片的质量对纺丝过程的影响
切片的质量对纺丝、牵伸过程和产品的质量影响主要表现在以下几个方面。
(1)相对分子质量及其分布:用于纺制纤维的聚酰胺6,其平均相对分子质量要有一定的范围。当相对分子质量低于10000时,纺丝困难,不能获得强韧的纤维和非织造布;但当相对分子质量过高时,熔体黏度太高,流动性差,也会给纺丝和牵伸带来困难。所以要根据产品的不同用途,选用合适相对分子质量的聚酰胺6切片。用于纺制长丝的聚酰胺6的平均相对分子质量一般控制在14000左右,相当于相对黏度为2.4~2.6。
聚合物的相对分子质量分布对纺丝和牵伸也有一定的影响,分布太宽时,纺丝成形工艺难以控制,纤维质量下降。一般分子量分布窄,可制得强度高的纤维;相反,则只能得到强度低的纤维。一般用于制造非织造布的聚酰胺6的分散指数在2左右。
(2)相对分子质量的稳定性:分子量的稳定性是指聚酰胺6切片在熔融纺丝等过程中分子量的变化程度。变化越大,表示分子量越不稳定,这将给纺粘法生产中的纺丝、牵伸等工序带来困难。
(3)低分子物含量(可萃取物含量):由己内酰胺单体开环聚合生成聚酰胺6聚合体是一个可逆的平衡反应过程,即在生成聚合物的同时也存在着一定量的单体与其相平衡。聚合体中单体含量的多少与聚合反应温度有关,聚合反应温度的温度提高,单体含量也增多。
使用这种原料纺丝时,单体挥发量大,产生的烟雾多,容易沾污喷丝板表面,而且易使纤维中的杂质增多和单体在丝条的表面析出,造成在牵伸时产生毛丝或断头增多,纺粘布强度下降。不过纤维中含有少量单体时却能起增塑作用,有利于牵伸的进行。一般要求控制切片中的可萃取物含量≤0.6%。
(4)含水量:聚合物的含水量超过一定范围,在熔融纺丝过程中会产生水解,使分子量下降,并产生气泡、注头等现象,严重妨碍纺丝的顺利进行,因此,必须对聚酰胺6切片进行干燥处理,除去切片中过多的水分。一般应将聚酰胺6的含水率控制在0.05%以下。
聚酰胺常用作双组分纤维中的一个组分原料。
聚氨酯(PU)
聚氨酯弹性纤维又称氨纶。是一种可用于熔喷法非织造布、纺粘非织造布生产的热塑性聚
合物原料。聚氨酯纤维具有弹性,在受力变形后有足够的回弹性能。
一般而言,聚氨酯的相对分子质量越大,纤维的伸长弹性和回弹率就越高。化学交联型聚氨
酯弹性纤维的回弹能力较物理交联型的更好。聚醚型氨纶比聚酯型氨纶弹性伸长、回弹率高。
聚乙烯(PE)
聚乙烯是热塑性聚合物,也可用于生产纺粘法和熔喷法非织造布。聚乙烯按其密度可分为低密度聚乙烯(LDPE)(0.910~0.925g/cm3),和高密度聚乙烯(HDPE)(0.941~0.965g/cm3),密度介于两者之间的称为中密度聚乙烯(MDPE),高密度聚乙烯常用作熔体纺丝成网非织造布的原料。
用高压法工艺制造的聚乙烯相对分子质量较低,为4万~12万,具有支链结构,强度低,耐热性差,质地柔软,适合于做薄膜等制品;用低压法制造的聚乙烯没有支链结构,相对分子质量较高,为2.5万~100万,强度及耐热性均较好,适合于制作纤维和非织造布。
聚乙烯的物态与结晶度及相对分子质量有关。一般线型高分子量聚乙烯的平衡熔点为137℃,常用的加工熔点范围为132~135℃,而支化聚乙烯熔点为112℃且范围宽。聚乙烯具有优良的耐低温性能,最低使用温度可达-100~-70℃。聚乙烯一般以-125℃作为玻璃化转变点。
与所有已知的介电材料相比,聚乙烯的介电常数和介电强度与密度的关系较小,但是与相对分子质量大小有关。浓硫酸、浓硝酸及其他氧化剂会慢慢腐蚀聚乙烯,不能在脂肪烃、芳烃和氯代烃中溶胀,但能够耐60℃以下的大多数溶剂。
聚乙烯容易光氧化、热氧化,遇臭氧分解和进行卤化反应,在紫外线的作用下会发生光降解,导致聚乙烯变脆,介电性变差。炭黑对聚乙烯具有光屏蔽作用。聚乙烯受到辐射时会发生许多反应,中等剂量辐照对聚乙烯的低温柔性没有影响;高剂量作用会导致其结晶性消失,损害其低温性能;在更高剂量作用下,聚合物在室温也会发脆。
聚乙烯熔体同样表现出非牛顿假塑性行为,且有弹性材料的特性,当所受应力去除后,表现出一定的弹性回复,在高剪切速率下,熔体会产生熔体破裂的不稳定流动,其表现与不同聚乙烯树脂的物性相关。因此,每种牌号树脂均存在一临界的剪切速率及应力,超过该临界值便会产生不规则流动,同时该现象随挤出速率、压力的增加而加剧。
由于聚乙烯熔融黏度比聚酯、聚酰胺高,弹性大,因而纺丝较困难,纤维线密度不易均匀。
为解决此问题,可考虑通过提高纺丝温度来克服。根据其相对分子质量的不同,一般纺丝温度控制在200~250℃。
纺粘法聚乙烯非织造布一般可用作滤布、家具用布、防护服、手术衣、户外用品、电绝缘材料等。
可生物降解聚乳酸(PLA)
聚乳酸是以玉米淀粉为原料,经细菌发酵和化学合成而得到的新型高分子纤维原料,用可生物降解纤维原料制造的非织造布置于自然环境中,会在在酶、微生物及酸、碱和水等介质的作用下,会逐渐缓慢分解成为二氧化碳和水,而最终消失。
由于聚乳酸是一种生物可再生原料,其制造过程所产生的温室气体比其他聚合物更少。因此聚乳酸是一种新型的环保型料,对环境无污染。
1.聚乳酸的种类
根据聚乳酸的分子结构,常分为左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)、外消旋聚乳酸
(PDLLA)、非旋光性聚乳酸(meso—PLA)等几种,其性能也有差异。由于左旋聚乳酸(PLLA)具有结晶性,熔点较高(175℃左右),一般用来纺制纤维和非织造布。
2.聚乳酸的性能
聚乳酸不仅具有较好的强度、化学惰性和易加工性等特点,更重要的是其具有优良的生物相容性和可生物降解性。聚乳酸以水解的方式降解,水解生成的低聚物在微生物的代谢作用下,最终生成水和二氧化碳,不会对环境造成二次污染。
聚乳酸为浅黄色或透明的聚合物,是一种热塑性聚合物材料,其性能与聚苯乙烯(PS)和聚酯(PET)相似,可采用常规的熔体纺丝设备(如纺粘法、熔喷法生产系统)生产聚乳酸非织造布。
3.聚乳酸非织造布的特点
(1)聚乳酸非织造布在常温下具有良好的耐气候性,强度保持率高;而在土壤、海水或活性污泥中,经历不同时间后即可完全分解为水和二氧化碳,对环境无污染。
此外,其分解产生的二氧化碳通过植物的光合作用又可再次被利用,生成淀粉,是一种没有公害的自然循环型材料。
(2)聚乳酸废弃物除可在自然环境中分解之外,将其焚烧也没有毒气产生。此外,还可将其用作堆肥,对环境完全无害。
(3)聚乳酸非织造布具有染色性,其力学性能和加工性能好,可加工成各色各样的制品,应用范围广。
4.乳酸非织造布产品的应用
聚乳酸非织造布主要用于农业、园艺等方面,可用作种子培植、育秧、防霜及除草用布等;在医疗卫生方面,可用做手术衣、手术覆盖布、口罩等;也可用作尿布、妇女卫生巾的面料及其他生理卫生用品;在生活用品方面,可用作擦揩布、厨房用滤水袋、滤渣袋或其他包装材料;用聚乳酸非织造布代替某些不可分解的通用塑料制品,对减少环境污染有重要的作用。
新型原料
目前国内有90%以上的熔喷法、纺粘法非织造布都是使用PP原料制造的,所用的其他原料数量有限。PET是仅次于PP的第二种聚合物,但其产量所占的比重也很小。如在2011年,PET纺粘法非织造布实际产量为10.4万吨,仅占全部纺粘法非织造布的7.65%。
除了以上介绍的PP(聚丙烯),PET(聚酯),PA(聚酰胺),国外已经开始使用聚酯基PBT、聚三氟氯乙烯,PEA(聚酰胺酯)等原料生产熔喷产品或纺粘产品。
一些聚合物,如聚苯硫醚(PPS),聚对苯二甲酸丁二醇酯类聚合物(PBT)等在制造高性能的非织造布产品显示了其良好的特性。

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