一种耐候改性PP材料、其制备方法及其在空气滤芯的应用与流程

本发明涉及空气滤芯用熔喷pp，具体涉及一种耐候改性pp材料、其制备方法及其在空气滤芯的应用。

背景技术：

1、熔喷布主要以聚丙烯为主要原料，纤维直径可以达到1～5微米、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，可用于空气过滤材料、液体过滤材料、隔离材料、吸纳材料、口罩材料、保暖材料、吸油材料及擦拭布等领域。

2、现有的空气滤芯，多由聚酯纤维支撑层、胶粘剂层和熔喷pp滤纸组成，熔喷pp滤纸是空气过滤的核心，其驻极处理后的过滤效率可达99.90％@0.3μm。然而，现有熔喷pp滤纸的聚丙烯材料耐候性差、易老化而导致过滤效率等性能降低，使用寿命和效果大幅降低。现有技术中，存在向聚丙烯中加入光稳定剂例如紫外线吸收剂uv-531以期提高聚丙烯材料的耐候性；然而光稳定剂的加入，存在导致聚丙烯材料加工黄变的问题，而且其本身是一种有机物，也会被紫外线侵害，其防护效果不能有效地保护制品表面和薄制品，还存在易挥发、喷霜、迁移等缺点，这不但影响了其效能发挥的持久性，同时也易污染环境；另外，实际使用时聚丙烯不仅受光氧化还存在湿热氧化并存的影响，难以提高聚丙烯材料的耐候性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的之一在于提供一种耐候改性pp材料，提高聚丙烯耐候性、力学性能和熔融指数，解决pp材料耐候性差、易老化的问题。

2、本发明的目的之二在于提供一种耐候改性pp材料的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。

3、本发明的目的之三在于提供一种耐候改性pp材料在空气滤芯的应用，耐候改性pp材料用于制作熔喷pp滤纸，以解决熔喷pp滤纸的pp材料耐候性差、易老化而导致过滤效率等性能降低问题，提高熔喷pp滤纸的使用寿命和效果大幅降低。

4、本发明的目的之一通过下述技术方案实现：一种耐候改性pp材料，包括如下重量份的原料：

5、

6、本发明的耐候改性pp材料，以聚丙烯为主要原料，加入β-晶型成核剂、有机填料、耐候改性剂、偶联剂、流动剂、抗氧剂、无味型过氧化物和硬脂酸盐对其进行耐候改性，提高聚丙烯耐候性、力学性能和熔融指数，解决pp材料耐候性差、易老化的问题。其中，加入的β-晶型成核剂具有增韧效果，能够使聚丙烯具有良好的加工性能和使用性能，且促进聚丙烯材料形成结构规整的β型晶体，对pp抗老化有较大促进作用；有机填料的加入，在聚丙烯材料中其片层被层离开而分散或其晶格夹层插入聚丙烯中，对力学性能和耐热稳定性有较大提高。加入的耐候改性剂在偶联剂改性作用下均匀分散于pp材料中，具有增韧增强作用，且与抗氧剂协同对提高pp材料的耐候性起到至关重要的作用。加入的流动剂、无味型过氧化物和β-晶型成核剂有利于共同提高pp材料的加工性能和流动性，提高pp材料的熔融指数，更能适用于熔喷加工。

7、优选的，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯，所述聚丙烯在230℃、2.16kg测试条件下的熔融指数为10-30g/10min。

8、优选的，所述β-晶型成核剂为wbg-ⅱ或tmp-5；所述流动剂为a-490、jt-222、acr-201、acr-301和acr-401中的至少一种。

9、采用上述技术方案，上述β-晶型成核剂有利于促进pp材料形成结构规整的β型晶体，赋予pp材料良好的抗冲击性、断裂伸长率和耐热变形性，在聚丙烯多次加工过程中保持结构稳定，不影响成核效果。上述流动剂，有利于提高pp材料的流动性，提高熔融指数，进一步的，所述流动剂为a-490和acr-301按重量比2:1-2混合而成，两者协同作用下，不仅能提高pp材料的流动性，而且对pp材料的耐候性、抗冲击性能有较大的促进作用。

10、优选的，所述有机填料为有机膨润土，所述有机填料的粒径为10-20μm；所述偶联剂为kh-550、kh-560或kh-570。

11、进一步的，有机膨润土本身具有片层和晶格夹层，在聚丙烯材料中其片层被层离开而分散或其晶格夹层插入聚丙烯中，对力学性能和耐热稳定性有较大提高。上述偶联剂主要用于促进有机填料和耐候改性剂与pp材料的结合以及分散性，提高加工性能。

12、优选的，所述抗氧剂为抗氧剂xh-245和抗氧剂610按重量比2-4:1混合而成。

13、采用上述技术方案，抗氧剂xh-245和抗氧剂610协同效果显著，抗氧效率高，配合耐候改性剂和有机填料能显著提高pp材料的耐候性能。

14、优选的，所述无味型过氧化物为过氧化二异丙苯；所述硬脂酸盐为硬脂酸锌或硬脂酸镁。

15、优选的，所述耐候改性剂的制备方法包括如下步骤：

16、(r1)按重量份向100份氢氧化钠水溶液中加入1-3份掺杂稀土金属元素的纳米二氧化钛粉充分搅拌，再在均质机中均质处理12-20min，得到分散体；

17、(r2)将分散体在微波反应器中在100-120℃条件下反应50min，得到反应物；

18、(r3)以离心分离和水洗结合的方式将反应物洗至中性，烘干后得到耐候改性剂。

19、采用上述技术方案，耐候改性剂以掺杂稀土金属元素的纳米二氧化钛粉为原料，对其进行结构改性，将普通粉体在氢氧化钠水溶液、均质、微波高温条件下改性获得管状结构掺杂稀土金属元素的纳米二氧化钛，其对光吸收效率更高，且不存在传统光稳定剂受紫外线侵害分解、挥发迁移等缺陷；该耐候改性剂比普通纳米二氧化钛粉对于提高pp材料的耐候性更显著。该耐候改性剂再在偶联剂的作用下均匀分散于pp材料中，具有增韧增强作用，且与抗氧剂协同对提高pp材料的耐候性起到至关重要的作用。进一步的，所述氢氧化钠水溶液的浓度为20-30wt％。

20、优选的，所述掺杂稀土金属元素的纳米二氧化钛粉为掺杂0.5wt％la+1.0wt％ce的纳米二氧化钛粉；所述纳米二氧化钛粉的粒径为5-20nm。

21、采用上述技术方案，掺杂0.5wt％la+1.0wt％ce的纳米二氧化钛粉更易于将粉体转化为管状结构，提高管状结构转化率，有利于耐候改性剂充分发挥耐候性的作用。

22、本发明的目的之二通过下述技术方案实现：上述的耐候改性pp材料的制备方法，包括如下步骤：

23、(s1)、按重量份取聚丙烯、β-晶型成核剂、有机填料、耐候改性剂、偶联剂、流动剂、抗氧剂、无味型过氧化物和硬脂酸盐，备用；

24、(s2)、将有机填料、耐候改性剂和偶联剂在高速混合机中预混1-3min，再向高速混合机中加入聚丙烯、β-晶型成核剂、流动剂、抗氧剂、无味型过氧化物和硬脂酸盐，继续混合3-6min，得到混合物料；

25、(s3)、将混合物料加入至双螺杆挤出机于180℃-240℃温度下共混挤出，冷却造粒，即得耐候改性pp材料。

26、其中，双螺杆挤出机的各段加工温度分别为：180-200℃、210-220℃、220-230℃、220-230℃、230-240℃、200-220℃，模头温度180-200℃，螺杆长径比为60，螺杆直径为35cm，螺杆转速为200rpm。

27、本发明的目的之三通过下述技术方案实现：上述的耐候改性pp材料在空气滤芯的应用，所述耐候改性pp材料用于制作熔喷pp滤纸，所述熔喷pp滤纸的克重为23-28g/m2。

28、进一步的，所述耐候改性pp材料经230-240℃温度下熔喷成布后，再经驻极处理，获得熔喷pp滤纸；其中，驻极电压为30-40kv；驻极距离为4-6cm。

29、本发明的有益效果在于：本发明的耐候改性pp材料，以聚丙烯为主要原料，加入β-晶型成核剂、有机填料、耐候改性剂、偶联剂、流动剂、抗氧剂、无味型过氧化物和硬脂酸盐对其进行耐候改性，提高聚丙烯耐候性、力学性能和熔融指数，解决pp材料耐候性差、易老化的问题。其中，加入的β-晶型成核剂具有增韧效果，能够使聚丙烯具有良好的加工性能和使用性能，且促进聚丙烯材料形成结构规整的β型晶体，对pp抗老化有较大促进作用；有机填料的加入，在聚丙烯材料中其片层被层离开而分散或其晶格夹层插入聚丙烯中，对力学性能和耐热稳定性有较大提高。加入的耐候改性剂在偶联剂改性作用下均匀分散于pp材料中，具有增韧增强作用，且与抗氧剂协同对提高pp材料的耐候性起到至关重要的作用。加入的流动剂、无味型过氧化物和β-晶型成核剂有利于共同提高pp材料的加工性能和流动性，提高pp材料的熔融指数，更能适用于熔喷加工。

30、本发明的制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。

31、本发明的耐候改性pp材料在空气滤芯的应用，耐候改性pp材料用于制作熔喷pp滤纸，以解决熔喷pp滤纸的pp材料耐候性差、易老化而导致过滤效率等性能降低问题，提高熔喷pp滤纸的使用寿命和效果大幅降低。