无纺布用填料母粒及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及无纺布高分子材料领域，具体涉及一种无纺布用填料母粒及其制备工艺，将重量份数为60-80份的包覆改性超细碳酸钙加热到50-80℃，依次加入载体树脂10-20份，偶联剂3-6份，润滑剂1-3份，双酚A型环氧树脂1-5份，碳纳米管0.1-0.5份，抗氧化剂2-10份，搅拌均匀，并在170-210℃下搅拌10-20min，挤出造粒，得到无纺布用填料母粒。该产品不仅能够降低碳酸钙离子的团聚现象而且增加了碳酸钙与高聚物基质的结合力。
【专利说明】无纺布用填料母粒及其制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及无纺布高分子材料领域，具体涉及一种无纺布用填料母粒及其制备工艺。
【背景技术】
[0002]无纺布又称不织布，是由定向的或随机的纤维而构成，是新一代环保材料，具有防潮、透气、柔韧、质轻、不助燃、容易分解、无毒无刺激性、色彩丰富、价格低廉、可循环再用等特点。多采用聚丙烯等为原料，经高温熔融、喷丝、铺纲、热压卷取连续一步法生产而成。无纺布有着巨大的市场应用前景，降低无纺布的生产成本对于无纺布实用的进一步推广有着深远的影响。目前，无纺布生产中主要是靠添加无机粉体来降低其生产成本并对其进行性能改性的。碳酸钙是目前有机高聚物材料中用量最大的无机填料，由于价廉且无毒被广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料以及日用化工产品等领域。碳酸钙粉末粒子表面具有许多强亲水性的羟基使其表现为碱性，表面是亲水疏油性的，生产过程中易形成聚结体，分散性能极差，直接应用时，由于与有机高聚物基质材料的截面性质不好.难以在基质材料中分散均匀并且形成强的结合力，导致有机高聚物的性能降低，因此需要对碳酸钙进行表面处理，以克服其表面自身的缺陷。碳酸钙粉末的表面处理就是通过物理或化学的方法将表面处理剂吸附或反映在碳酸钙粉末的表面形成表面改性层，从而改善碳酸钙粉末的表面性能，采用不同的表面处理方法和不同表面处理剂，可以得到不同性能的碳酸钙产品以满足不用要求.表面处理使碳酸钙产品获得许多优异性能，具有广阔的前景。
[0003]目前的以碳酸钙为主要成分的填料应用于无纺布时，存在着碳酸钙分散不均容易团聚且碳酸钙粒子与高聚物基质结合强度较低导致无纺布性能降低的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的首要目的是为了提供一种无纺布用填料母粒，解决目前的以碳酸钙为主要成分的无纺布填料母粒在高聚物基质中不易分散且容易团聚，导致无纺布的力学等性能受到填料的负面影响较大的问题；同时也提高了无纺布用填料母粒中无机粉体同高聚物基质的结合力，提高了无纺布的各项性能
增加了以降低无纺布的生产成本并改善无纺布的性能，且填料母粒中的较低的问题。
[0005]本发明的另一个目的是为了提供一种制备这种无纺布填料母粒的制备工艺。
[0006] 为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案:
一种无纺布用填料母粒，所述无纺布用填料母粒的原料包括以下重量份数的组分:包覆改性超细碳酸钙60-80份，载体树脂10-20份，偶联剂3-6份，润滑剂1_3份，双酚A型环氧树脂1-5份，碳纳米管0.1-0.5份，抗氧化剂2-10份。碳酸钙由于具备无机物的典型性质，使其表面具有很高的亲水性，且由于其表面的碱性特点不仅导致应用范围较小且无法与高聚物进行有效结合从而大大降低了高聚物的性能。通过采用经过改性的超细碳酸钙可以有效与高聚物进行结合，提高碳酸钙与高聚物基质的结合力，从而避免由于碳酸钙的加入导致高聚物性能降低过多现象的发生。双酚A型环氧树脂两端是反应能力很强的环氧基，分子主链上有许多醚键、仲羟基、苯环、次甲基和异丙基，使其不仅具有很强的内聚力和粘接力，可以将其他各物料进行有效粘结，而且有助于提高整体的浸润性和粘附力，有助于提高无纺布的相关性能。载体树脂作为载体助于挤出超细碳酸钙的造粒，从而在将填料母粒添加到无纺布的纺丝原料中时，更加容易对填料进行分散。由于双酚A型环氧树脂的耐候性较差，添加的抗氧化剂不仅能够提高它的抗氧化性，而且可以提高无纺布的耐候性。碳纳米管具有较高的强度和模量，少量的加入就可以大大的提高整体物料的强度，碳纳米管的加入提高了强度，可以降低由于添加碳酸钙导致的对高聚物基质的强度影响。
[0007]作为优选方案，所述无纺布用填料母粒的原料还包括重量份数为3-10份的纳米银粉，重量份数为3-10份的二烷基次磷酸盐。金属银离子具有非常高的生物活性，这意味着银离子极易同其它物质相结合，使得细菌细胞膜内外的蛋白质凝固，从而阻断细菌细胞的呼吸和繁殖过程。从而达到杀菌效果，纳米银粉的加入可以提高无纺布的杀菌效果，在用于口罩、女士用品等方面具有很好的前景。二烷基次磷酸盐具有较好的阻燃效果，不仅用量少，且环保无毒，对高聚物的性能几乎不产生负面影响，由于目前的无纺布不仅容易滋生病菌且较易燃烧，纳米银粉与二烷基次磷酸盐的结合使其具备了抗菌阻燃性。
[0008]作为优选方案，所述碳纳米管的外径≤lOOnm。
[0009]作为优选方案，所述包覆改性超细碳酸钙的粒径为20_50nm。粒径较大的碳酸钙，对高聚物基质的性能有较大的不利影响，能够极大的降低高聚物基质的性能，粒径过小，粒子团聚问题更加严重。
[0010]作为优选方案，所述包覆改性超细碳酸钙的制备方法为:
I)干燥:将超细碳酸钙在100-150°c下干燥4-8h，使其含水量< 0.01% ;干燥去除水分可以排除水分对后续反应的影响。
[0011]2)酸处理:将干燥后的超细碳酸钙在70-80°C下高速搅拌处理10-30min，并在搅拌过程中采用喷雾工艺加入重量为超细碳酸钙3-8%的偏磷酸或焦磷酸；由于碳酸钙粉末的耐酸性差，表面PH值高的缺点，极大限制了其使用范围和使用量，因此为了扩大其使用范围和使用量，故用偏磷酸或焦磷酸对其进行处理。70-80°C的温度可以防止碳酸钙在反应过程中吸收水分，喷雾工艺能够更好地将偏磷酸或焦磷酸进行均匀喷洒，使得反应更加均匀，增加产品的均匀度。
[0012]3)烷基化处理:将酸处理后的超细碳酸钙中加入重量为超细碳酸钙1-2倍的有机溶剂和重量为超细碳酸钙3-8%的偶联剂，搅拌均匀，80-85°C下反应2-5h ;偶联剂在有机溶剂中对超细碳酸钙的表面进行表面整理，生成较多的可以与有机物相结合的基团，如羟基和竣基等。
[0013]4)包覆接枝:在烷基化处理的产物中加入重量为超细碳酸钙1-10%的甲苯二异氰酸酯、1-5%的木质素和0.01-0.1%的引发剂，100-130°C下反应3_5h ；
甲苯二异氰酸酯上处于对位的异氰酸酯基具有非常高的活性，通过对位上的异氰酸酯基与烷基化处理的超细碳酸钙进行交联反应，可以更好的降低碳酸钙粒子之间吸引力，减少团聚，同时，甲苯二异氰酸酯作为超细碳酸钙与木质素的中间连接物，使木质素通过甲苯二异氰酸酯对碳酸钙进行包覆，从而更好地对碳酸钙离子间进行隔绝，大大降低碳酸钙离子之间的结合力，并且能够提高碳酸钙粒子与高聚物基质的结合性。由于甲苯二异氰酸酯邻位的异氰酸酯基可以进行反应加速碳酸钙粒子的团聚，因此100-130°C的温度环境不仅可以排除水分的干扰，并且可以加速整体反应的速度。木质素的分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、碳基共扼双键等活性基团，因此可以进行氧化、还原、水解、醇解、酸解甲氧基、梭基、光解、酞化、磺化、烷基化、卤化、硝化、缩聚或接枝共聚等许多化学反应，因此采用木质素作为包覆接枝反应物具有很好的优势。碳酸钙被改性后，形成了以碳酸钙为核、木质素进行包覆的粒子，当将填料用于无纺布时，碳酸钙与高聚物基质之间存在了一个包覆碳酸钙离子的包覆层，这个包覆层对高聚物与碳酸钙之间进行应力传递，促进高聚物基质发生屈服和塑形形变，通过吸收冲技能来提高材料的韧性，从而达到既增强又增韧的目的。
[0014]5)干燥:将包覆接枝得到的产物去除有机溶剂，并在100_150°C下干燥3_5h，得到包覆改性超细碳酸钙。
[0015]作为优选方案，步骤3)中所述有机溶剂为环己烷、乙二醇或芳烃，步骤4)中所述引发剂为偶氮类引发剂或有机过氧化物引发剂。
[0016]作为优选方案，所述载体树脂为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。
[0017]作为优选方案，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。
[0018]作为优选方案，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸或双乙撑硬脂酸酰胺。
[0019]一种无纺布用填料母粒的制备工艺，包括以下步骤:将重量份数为60-80份的包覆改性超细碳酸钙加热到5 0-80°C，依次加入载体树脂10-20份，偶联剂3-6份，润滑剂1-3份，双酚A型环氧树脂1-5份，碳纳米管0.1-0.5份，抗氧化剂2-10份，搅拌均匀，并在170-21 (TC下保持10-20min，挤出造粒，得到无纺布用填料母粒。
[0020]本发明的有益效果为:1工艺简单，成本较低；2改善了碳酸钙离子的团聚现象，降低了团聚对无纺布的负面影响；3提高了碳酸钙粒子与高聚物基质的结合力，从而提高了无纺布的性能；4同时起到增韧和增强的效果，从而可以通过增加碳酸钙的用量以达到降低成本的目的；5该产品具有一定的抗菌性和抗静电性。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
[0022]实施例1:
首先，采用以下方法制备包覆改性超细碳酸钙:
1)干燥:将粒径为20nm的超细碳酸钙在120°C下干燥8h，使其含水量 0.01% ；
2)酸处理:将干燥后的超细碳酸钙在70°C下高速搅拌处理20min，并在搅拌过程中采用喷雾工艺加入重量为超细碳酸钙8%的偏磷酸；
3)烷基化处理:将酸处理后的超细碳酸钙中加入重量为超细碳酸钙I倍的有机溶剂(乙二醇)和重量为超细碳酸钙5%的硅烷偶联剂，搅拌均匀，85°C下反应2h ；
4)包覆接枝:在烷基化处理的产物中加入重量为超细碳酸钙7%的甲苯二异氰酸酯、5%的木质素和0.01%的引发剂(偶氮类引发剂)，120°C下反应5h ；
5)干燥:将包覆接枝得到的产物去除有机溶剂，并在100°C下干燥3.5h，得到包覆改性超细碳酸钙。
[0023]然后，按照如下配方对无纺布用填料母粒的原料进行配料:
包覆改性超细碳酸钙70kg，载体树脂(聚丙烯)20kg，偶联剂(硅烷偶联剂)3kg，润滑剂(聚乙烯腊)2kg,双酹A型环氧树脂5kg,外径< 10nm的碳纳米管0.1kg,抗氧化剂5kg。
[0024]最后，按照如下步骤进行制备无纺布用填料母粒:
将包覆改性超细碳酸钙加热到60°C，依次加入载体树脂，偶联剂，润滑剂，双酚A型环氧树脂，搅拌均匀，并在210°C下搅拌lOmin，挤出造粒，得到无纺布用填料母粒。
[0025]实施例2:
首先，采用以下方法制备包覆改性超细碳酸钙:
1)干燥:将粒径为40nm的超细碳酸钙在150°C下干燥4h，使其含水量0.01% ；
2)酸处理:将干燥后的超细碳酸钙在78°C下高速搅拌处理30min，并在搅拌过程中采用喷雾工艺加入重量为超细碳酸钙3%的焦磷酸；
3)烷基化处理:将酸处理后的超细碳酸钙中加入重量为超细碳酸钙1.2倍的有机溶剂(乙二醇)和重量为超细碳酸钙8%的硅烷偶联剂，搅拌均匀，80°C下反应4h ；
4)包覆接枝:在烷基化处理的产物中加入重量为超细碳酸钙10%的甲苯二异氰酸酯、1%的木质素和0.05%的引发剂(偶氮类引发剂)，130°C下反应3h ；
5)干燥:将包覆接枝得到的产物去除有机溶剂，并在135°C下干燥5h，得到包覆改性超细碳酸钙。
[0026]然后，按照如下配方对无纺布用填料母粒的原料进行配料:
包覆改性超细碳酸钙80kg，载体树脂(聚乙烯)10kg，偶联剂(硅烷偶联剂)4kg，润滑剂(双乙撑硬脂酸酰胺)3kg，双酚A型环氧树脂1kg，外10nm的碳纳米管0.3kg，抗氧化剂 1kgo
[0027]最后，按照如下步骤进行制备无纺布用填料母粒:
将包覆改性超细碳酸钙加热到80°C，依次加入载体树脂，偶联剂，润滑剂，双酚A型环氧树脂等，搅拌均匀，并在170°C下搅拌17min,挤出造粒,得到无纺布用填料母粒。
[0028]实施例3:
首先，采用以下方法制备包覆改性超细碳酸钙:
1)干燥:将粒径为50nm的超细碳酸钙在100°C下干燥5h，使其含水量0.01% ；
2)酸处理:将干燥后的超细碳酸钙在80°C下高速搅拌处理lOmin，并在搅拌过程中采用喷雾工艺加入重量为超细碳酸钙6%的偏磷酸；
3)烷基化处理:将酸处理后的超细碳酸钙中加入重量为超细碳酸钙2倍的有机溶剂(芳烃)和重量为超细碳酸钙3%的偶联剂，搅拌均匀，83°C下反应5h ；
4)包覆接枝:在烷基化处理的产物中加入重量为超细碳酸钙1%的甲苯二异氰酸酯、4%的木质素和0.1%的引发剂(有机过氧化物)，100°C下反应3.h ；
5)干燥:将包覆接枝得到的产物去除有机溶剂，并在150°C下干燥3h，得到包覆改性超细碳酸钙。
[0029]然后，按照如下配方对无纺布用填料母粒的原料进行配料:
包覆改性超细碳酸韩60kg,载体树脂(聚氯乙烯)15kg,偶联剂(钛酸酯偶联剂)6kg,润滑剂(硬脂酸)Ikg,双酹A型环氧树脂2kg,外径< 10nm的碳纳米管0.5kg,抗氧化剂2kg。
[0030]最后，按照如下步骤进行制备无纺布用填料母粒:
将包覆改性超细碳酸钙加热到50°C，依次加入载体树脂，偶联剂，润滑剂，双酚A型环氧树脂等，搅拌均匀，并在200°C下搅拌20min,挤出造粒,得到无纺布用填料母粒。
[0031]实施例4:
在实施例1中的配方中再加入3kg的纳米银粉、1kg的二烷基次磷酸盐。
[0032]实施例5:
在实施例2中的配方中再加入7kg的纳米银粉、3kg的二烷基次磷酸盐。
[0033]实施例6:
在实施例3中的配方中再加入1kg的纳米银粉、5kg的二烷基次磷酸盐。
[0034]将上述实施例得到的无纺布用填料母粒进行性能测试，结果显示:拉伸强度为25-27MPa，断裂伸长率在170-210%之间。其中实施例4_6并进行抗菌及抗静电测试显示，抗菌效果和抗静电效果良好。
【权利要求】
1.一种无纺布用填料母粒，其特征在于，所述无纺布用填料母粒的原料包括以下重量份数的组分:包覆改性超细碳酸钙60-80份，载体树脂10-20份，偶联剂3-6份，润滑剂1_3份，双酚A型环氧树脂1-5份，碳纳米管0.1-0.5份，抗氧化剂2-10份。
2.根据权利要求1所述的无纺布用填料母粒，其特征在于，所述无纺布用填料母粒的原料还包括重量份数为3-10份的纳米银粉，重量份数为3-10份的二烷基次磷酸盐。
3.根据权利要求1所述的无纺布用填料母粒，其特征在于，所述碳纳米管的外径^ lOOnm。
4.根据权利要求1或2或3所述的无纺布用填料母粒，其特征在于，所述包覆改性超细碳酸钙的粒径为20-50nm。
5.根据权利要求4所述的无纺布用填料母粒，其特征在于，所述包覆改性超细碳酸钙的制备方法为: 1)干燥:将超细碳酸钙在100-15(TC下干燥4-8h，使其含水量<0.01% ； 2)酸处理:将干燥后的 超细碳酸钙在70-80°C下高速搅拌处理10-30min，并在搅拌过程中采用喷雾工艺加入重量为超细碳酸钙3-8%的偏磷酸或焦磷酸； 3)烷基化处理:将酸处理后的超细碳酸钙中加入重量为超细碳酸钙1-2倍的有机溶剂和重量为超细碳酸钙3-8%的偶联剂，搅拌均匀，80-85°C下反应2-5h ； 4)包覆接枝:在烷基化处理的产物中加入重量为超细碳酸钙1-10%的甲苯二异氰酸酯、1-5%的木质素和0.01-0.1%的引发剂，100-130°C下反应3_5h ； 5)干燥:将包覆接枝得到的产物去除有机溶剂，并在100-150°C下干燥3-5h，得到包覆改性超细碳酸钙。
6.根据权利要求5所述的无纺布用填料母粒，其特征在于，步骤3)中所述有机溶剂为环己烷、乙二醇或芳烃，步骤4)中所述引发剂为偶氮类引发剂或有机过氧化物引发剂。
7.根据权利要求1或2或3所述的无纺布用填料母粒，其特征在于，所述载体树脂为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。
8.根据权利要求1或2或3所述的无纺布用填料母粒，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。
9.根据权利要求1或2或3所述的无纺布用填料母粒，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸或双乙撑硬脂酸酰胺。
10.一种如权利要求1所述的无纺布用填料母粒的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤:将重量份数为60-80份的包覆改性超细碳酸钙加热到50-80°C，依次加入载体树脂10-20份，偶联剂3-6份，润滑剂1-3份，双酚A型环氧树脂1_5份，碳纳米管0.1-0.5份，抗氧化剂2-10份，搅拌均匀，并在170-210°C下搅拌10-20min，挤出造粒，得到无纺布用填料母粒。
【文档编号】C08K5/5313GK104177696SQ201310194890
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2013年5月23日
【发明者】邵振宏 申请人:建德市振红塑化材料有限公司