熔噴無紡布性能[谷風(fēng)文書]

1、減粘裂化新工藝改善熔噴無紡布性能減粘裂化新工藝改善熔噴無紡布性能 作者： M. Roth, J. Leukel, D. M焞ler, J. R. Pauquet 汽巴精細(xì)化工公司 H. G. Geus 萊芬豪舍公司 熔噴無紡布的質(zhì)量和性能取決于聚丙烯原料（熔融指數(shù)）的正確選擇和加工條件的優(yōu)化。目前，熔噴廠家主要采用的是高融指的聚丙烯原料，但缺乏必要的靈活性以適應(yīng)不同的市場需求，同時(shí)還存在著高成本的壓力。在這種情況下，使用低融指的紡粘級(jí)聚丙烯原料（MFI=2050），再配合使用“斷鏈技術(shù)”的塑料添加劑，可以生產(chǎn)出高品質(zhì)的熔噴無紡布，為熔噴廠家提供了更靈活的操作空間。通過加入IRGATEC CR7

2、6 添加劑，在熔噴紡絲過程中使得樹脂發(fā)生可控性的降解，得到相對(duì)分子量分布較窄的無紡布產(chǎn)品，從而提高產(chǎn)品的物理性能和有效降低生產(chǎn)以及倉儲(chǔ)成本。 采用新型添加劑得到的紡熔產(chǎn)品具有獨(dú)特性能，極大增加了無紡布纖維原料選擇的多樣性（圖片由汽巴精化公司提供）汽巴精細(xì)化工公司精心研制成功的新型添加劑Ciba?IRGATEC CR 76（注：由于公司內(nèi)部編號(hào)為EB 43-76，故圖片數(shù)據(jù)以該編號(hào)標(biāo)注）不含任何過氧化物，是新一代的自由基生成劑，它完全避免了目前工藝中使用過氧化物的缺點(diǎn)，即使在傳統(tǒng)加工溫度的條件下，聚合物也能夠產(chǎn)生有效的降解，并最終將聚合物相對(duì)分子量分布控制在比較窄的范圍內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品相

3、比，采用新型添加劑加工的熔噴產(chǎn)品及其紡熔復(fù)合產(chǎn)品（例如SMS）在靜水壓高度和機(jī)械性能上有很大改善。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行的測試表明，采用新型添加劑得到的紡熔產(chǎn)品具有獨(dú)特性能，極大增加了無紡布纖維原料選擇的多樣性，特別是紡粘和紡熔復(fù)合非織造布廢料都可以經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成熔噴級(jí)原料使用，本文中所有實(shí)驗(yàn)均在德國萊芬豪舍熔噴和SMS生產(chǎn)線上完成。 圖1: 兩種不同PP熔噴產(chǎn)品的靜水壓高度測試結(jié)果對(duì)比 圖2: 兩種不同PP熔噴產(chǎn)品的透氣性能測試結(jié)果對(duì)比 圖3: 兩種不同PP熔噴產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長率測試結(jié)果對(duì)比高品質(zhì)無紡布產(chǎn)品主要取決于加工設(shè)備和采用原料的一致連續(xù)性，兩項(xiàng)技術(shù)的良好結(jié)合是獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的保證，本文以下部

4、分對(duì)新型添加劑的應(yīng)用及與商業(yè)級(jí)熔噴產(chǎn)品對(duì)比情況進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 、 圖4: 兩種不同PP熔噴產(chǎn)品的長效熱穩(wěn)定性測試結(jié)果如何改善熔噴產(chǎn)品質(zhì)量 最早期的熔噴工藝是由Van Vente先生在1946年發(fā)明的，產(chǎn)品主要應(yīng)用領(lǐng)域有：過濾，對(duì)纖網(wǎng)均勻度要求較高；隔離，對(duì)纖網(wǎng)的連續(xù)一致性要求較高，網(wǎng)面不能有破洞或沒有牽伸好的團(tuán)塊出現(xiàn)；保暖，對(duì)纖網(wǎng)的蓬松性要求高。 網(wǎng)面有破洞或出現(xiàn)沒有牽伸的團(tuán)塊將降低纖網(wǎng)的整體質(zhì)量，熔噴產(chǎn)品中通常所說的“shot”就是指沒有經(jīng)過牽伸的小塊薄膜，在出現(xiàn)“shot”的區(qū)域水滲透速度要比其它區(qū)域快的多，這種疵點(diǎn)可以通過測量靜水壓高度進(jìn)行檢查。因此，如何進(jìn)一步提高紡熔產(chǎn)品的靜水壓高度

5、是產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的一個(gè)追求目標(biāo)，一方面可通過對(duì)生產(chǎn)過程控制的改進(jìn)，如對(duì)設(shè)備參數(shù)以及生產(chǎn)步驟的優(yōu)化，避免纖網(wǎng)中纖維出現(xiàn)團(tuán)塊；另一方面從改變切片質(zhì)量入手，為此，汽巴精細(xì)化工公司對(duì)無紡布使用的PP樹脂以及PP終端產(chǎn)品方面做了很多研究工作，并取得了初步成效。 圖5: 兩種不同SMS產(chǎn)品的靜水壓高度測試結(jié)果 圖6: 兩個(gè)商業(yè)級(jí)規(guī)格熔噴布MB3和MB4的MWD測試結(jié)果（高溫GPC） 圖7: 紡粘級(jí)PP樹脂(MFI 25)與添加1.5% CR76熔噴非織造布MWD測試結(jié)果（高溫GPC） 新型樹脂改進(jìn)劑 Ciba?IRGATEC CR 76 一般PP熔噴非織造布采用的原料是高熔融指數(shù)(MFI 400g/10mi

6、n.)和相對(duì)分子量分布較窄的樹脂，可以生產(chǎn)出纖網(wǎng)勻度好、纖維細(xì)和輕質(zhì)的產(chǎn)品，這是獲得具有良好阻隔性能產(chǎn)品，如靜水壓或透氣性的最基本要求。目前市場上的熔噴級(jí)PP切片是通過添加烷基化的過氧化物，在擠出加工時(shí)，在超過PP熔點(diǎn)的溫度下，過氧化物經(jīng)熱分解而產(chǎn)生可導(dǎo)致減粘裂化作用的自由基，把高相對(duì)分子質(zhì)量的PP降解變成低相對(duì)分子質(zhì)量的樹脂，從而生產(chǎn)出設(shè)定目標(biāo)的產(chǎn)品。此類過氧化物對(duì)工作環(huán)境污染嚴(yán)重，對(duì)工人的身體造成傷害；技術(shù)上來講，過氧化物的斷鏈效果不易控制，波動(dòng)嚴(yán)重，降解后的樹脂分子量變化不均勻，最終導(dǎo)致無紡布產(chǎn)品質(zhì)量的不均勻性。同時(shí)，由于過氧化物本身的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致經(jīng)過氧化物改性后的聚丙烯原料倉儲(chǔ)期有限

7、制，一般在半年左右，隨著時(shí)間的延長，原料的熔融指數(shù)會(huì)發(fā)生一定程度的變化。 圖8: 兩種不同PP熔噴產(chǎn)品的電鏡照片對(duì)比（面密度25g/m2, 阻隔性能分別見前頁的圖1和圖2）汽巴精化研制的一種新型添加劑Ciba?IRGATEC CR 76，是新一代的自由基生成劑，完全克服了目前過氧化物工藝的缺點(diǎn)，環(huán)保、高效，對(duì)熔融指數(shù)的可控性，通過優(yōu)化工藝，可以用最佳的添加量較準(zhǔn)確地提高紡粘聚丙烯原料的熔融指數(shù)，以生產(chǎn)出更佳品質(zhì)的熔噴無紡布。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，無紡布的靜水壓和機(jī)械強(qiáng)度、纖維柔軟度都得到了很大的改善。 1. 良好的阻隔性能 添加IRGATEC CR76之后，用紡粘級(jí)PP就可以生產(chǎn)熔噴非織造布，其產(chǎn)品在

8、阻隔性能上有很明顯的改進(jìn)。 圖1和圖2是商業(yè)級(jí)熔噴PP樹脂為原料和標(biāo)準(zhǔn)紡粘級(jí)(MFI 25)樹脂添加三種不同比例EB 43-76生產(chǎn)的熔噴非織造布的比較。從圖中可以看出，用2.1%的添加劑能夠把靜水壓從450mm增加到超過800mm；用較低的添加量如0.9% 生產(chǎn)非織造布的靜水壓與目前工藝產(chǎn)品相似，而透氣性則顯示出反向效果，在實(shí)驗(yàn)中值得注意的是，當(dāng)EB 43-76用量為0.9%時(shí)，與正常生產(chǎn)的熔噴非織造布相比，采用添加劑的熔噴產(chǎn)品在透氣性和靜水壓兩項(xiàng)指標(biāo)上都有增加。 2. 增強(qiáng)的機(jī)械性能 用MFI為25的PP樹脂添加IRGATEC CR76生產(chǎn)出來的熔噴非織造布，其杰出的阻隔性能表明纖網(wǎng)不但具

9、有增強(qiáng)的機(jī)械性能，且纖維分布更加均勻。 圖3是不同熔噴產(chǎn)品的拉伸性能測試結(jié)果，與采用MFI 1800的PP樹脂生產(chǎn)出來的熔噴非織造布相比，添加0.9% 的CR76可以把25g/m2的熔噴產(chǎn)品強(qiáng)度提高一倍，斷裂伸長率提高了400%；添加了1.5%的CR76可將斷裂伸長率提高一倍，拉伸強(qiáng)度提高到400%，顯然，將CR76用于一般PP樹脂來改善非織造布機(jī)械性能的靈活性是成品設(shè)計(jì)中提高品質(zhì)的關(guān)鍵。 3. 改善的熱穩(wěn)定性能 熔噴非織造布的長效熱穩(wěn)定性是非常重要的，尤其是在工程應(yīng)用上（如過濾材料）。如圖4所示，對(duì)添加CR76樹脂生產(chǎn)的熔噴非織造布和商業(yè)級(jí)熔噴產(chǎn)品，在溫度為90烘箱中測試?yán)匣阅?，結(jié)果表明改

10、進(jìn)后的熔噴布耐老化穩(wěn)定性明顯改善，該試驗(yàn)結(jié)果也顯示出與拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率測試結(jié)果相一致圖9: 兩種不同紡粘非織造布的機(jī)械性能對(duì)比的趨勢。 SMS復(fù)合非織造布的優(yōu)異特性 在大部分的SMS復(fù)合非織造布中，熔噴層比紡粘層薄。由于熔噴層由超細(xì)纖維組成，因此在紡粘層能提供足夠應(yīng)用強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，改善中間熔噴層的靜水壓就足以改變復(fù)合非織造布的阻隔性能。 圖5用17g/m2的衛(wèi)材（7/3/7g/m2）來探討阻隔性能，熔噴層是以紡粘樹脂添加1.5% 的CR76生產(chǎn)，雖然熔噴層的面密度只有3g/m2，當(dāng)使用CR76為樹脂改性劑時(shí)，SMS的阻隔能力可增加20%以上。 圖10: 兩種不同紡粘非織造布的機(jī)械性能與軋輥

11、溫度之間的關(guān)系熔噴樹脂的分子特性凝膠色譜分析法(GPC) 在纖維加工中，重均相對(duì)分子質(zhì)量(Mw)和分子量分布MWD (Mw/Mn) 是對(duì)PP樹脂加工影響最大的分子特性，而樹脂的質(zhì)量是生產(chǎn)高品質(zhì)非織造布決定性因素。MWD寬的樹脂，同時(shí)存在相對(duì)分子質(zhì)量較高和較低的鏈段，在加工時(shí)可以形成凝膠并容易在布面上產(chǎn)生硬塊或破洞等瑕疵，為了改善加工性能，要求樹脂原料有穩(wěn)定的熔融粘度(MFI)和窄的MWD，添加劑CR76的最大優(yōu)點(diǎn)在于其可控反應(yīng)能力，生成具有窄分子量分布的PP樹脂，比熔噴級(jí)PP樹脂均勻度高的多，在理論上與茂聚丙烯（m-PP）的MWD相等。 圖6是兩個(gè)商業(yè)級(jí)規(guī)格熔噴布MB3和MB4的GPC分子量分

12、布，比較有特色的是出現(xiàn)了雙峰的MWD以及大量分子質(zhì)量較高和較低的鏈段，甚至還有低聚物出現(xiàn)，這種低聚物片斷的形成是紡絲過程中纖維出現(xiàn)斷裂、布面出現(xiàn)團(tuán)塊疵點(diǎn)、產(chǎn)品機(jī)械和阻隔性能下降的主要原因。圖7是紡粘級(jí)PP樹脂(MFI 25)與添加CR76熔噴布的GPC比較，圖中表明加入CR76后，在降解樹脂時(shí)并沒有形成大量的低分子鏈段，這種單峰窄的MWD 的形成證明CR76具有高可控性的減粘裂化能力，同時(shí)不會(huì)有任何其他副反應(yīng)發(fā)生。 圖11: 三種不同非織造布的靜水壓測試結(jié)果電鏡分析微觀性能 從上述分析結(jié)果得知，添加CR76后，熔噴非織造布在宏觀性能上有顯著改善，包括阻隔性能、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，為了探尋在微觀

13、性能上產(chǎn)生的變化，我們專門拍攝了電鏡圖（SEM），圖8是商業(yè)級(jí)（MFI 1800）和紡粘級(jí)樹脂(MFI 25) 添加1.5% CR76生產(chǎn)的熔噴非織造布電鏡圖（靜水壓數(shù)據(jù)見圖1）。從圖中可看到，商業(yè)級(jí)熔噴非織造布中有僵硬纖維出現(xiàn)（在高分辨率下可看到纖維斷裂，圖中畫圈的地方），還有一些薄膜狀區(qū)域，而紡粘級(jí)樹脂在加入CR76后纖維變得更加細(xì)小和柔軟，薄膜狀區(qū)域也很少出現(xiàn)。與現(xiàn)有熔噴技術(shù)相比，添加CR76后，纖維的長度增加了，表明改進(jìn)后的紡粘級(jí)PP熔噴非織造布具有更好的微觀性能。 性能得到改進(jìn)的紡粘非織造布 紡粘級(jí)PP樹脂MFI在2535范圍內(nèi)，是廣泛用于生產(chǎn)紡粘非織造布的標(biāo)準(zhǔn)材料，由于較高的商業(yè)級(jí)

14、MFI很難得到，因而CR76的研制成功為改善紡粘非織造布性能提供了良好機(jī)遇（如柔軟的手感）。圖9是兩種紡粘非織造布的機(jī)械性能差異對(duì)比，一種是商業(yè)級(jí)的紡粘非織造布（聚合物1），另一種是MFI改進(jìn)型紡粘非織造布（添加0.5% CR76，MFI為60，軋輥溫度為145）。從圖中可以看出，MFI改進(jìn)型紡粘非織造布在拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長率都高于對(duì)比產(chǎn)品，主要原因是在給定溫度下，產(chǎn)品在軋點(diǎn)處產(chǎn)生了更好的粘結(jié)。 圖10是在不同軋輥溫度下兩種紡粘非織造布的機(jī)械性能，對(duì)比的第一種產(chǎn)品是商業(yè)級(jí)的紡粘非織造布（聚合物2），第二種是 MF I 改進(jìn)型紡粘非織造布（0.5% CR76,MFI=45)，在各種軋輥溫度下，后

15、者都比前者表現(xiàn)出了更好的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，此外，產(chǎn)生粘合溫度范圍的拓寬為改善紡粘產(chǎn)品的加工性能提供了更大的優(yōu)勢。 回收料的再利用性和環(huán)保優(yōu)勢 從前面的大量實(shí)驗(yàn)可以得到結(jié)論：采用CR76改進(jìn)紡粘級(jí)PP生產(chǎn)的熔噴非織造布在宏觀和微觀性能上都有很大改善。更進(jìn)一步的研究包括使用回收級(jí)的PP原料，因?yàn)樵诖蟛糠智闆r下，紡絲時(shí)產(chǎn)生的PP纖維廢料是不能或只有少量可用于二次纖維加工的。圖11是以三種不同PP級(jí)樹脂為原料的熔噴非織造布靜水壓測試結(jié)果，三種材料分別是兩種添加CR76的紡粘非織造布（新料和回收料），第三種是商業(yè)級(jí)熔噴樹脂制造的非織造布，圖中數(shù)據(jù)顯示，前二者具有極好的阻隔性能，表明可選用低MFI的回

16、收料生產(chǎn)高端的熔噴樹脂，對(duì)于回料的價(jià)值再創(chuàng)性和環(huán)境保護(hù)是非常有益的。 使用安全性 我們?yōu)榱诉M(jìn)一步探討IRGATEC CR76在衛(wèi)材領(lǐng)域使用的安全性，就PP熔噴非織造布對(duì)皮膚過敏性及毒性進(jìn)行了測試，結(jié)果表明含2.25% CR76的非織造布經(jīng)過B焗ler試驗(yàn)后證實(shí)，該添加劑沒有任何導(dǎo)致皮膚過敏/發(fā)炎的可能，含2.1% CR76的熔噴非織造布經(jīng)過MEM Elution L929毒性測試后也證實(shí)了不會(huì)產(chǎn)生毒性（結(jié)果為0，屬最好結(jié)果） 此外，IRGATEC CR76產(chǎn)品外觀呈粒狀，在歐盟指令(1999/45/EC)未將其歸于有毒一類，不需要特殊的防護(hù)和儲(chǔ)存。 結(jié)論 IRGATEC CR76是一種用于生產(chǎn)PP非織造布的獨(dú)特改性劑，能夠有效改善熔噴、紡粘非織造布及SMS復(fù)合非織造布的性能，可為生產(chǎn)商帶來的主要優(yōu)點(diǎn)如下：增強(qiáng)熔噴及SMS復(fù)合非織造布的阻隔性能；改進(jìn)熔噴非織造布的機(jī)械性能；有更寬的粘合溫度范圍，可改善紡粘非織造布的