一种聚乙烯无纺布、制备方法及应用与流程

本发明属于非织造布，具体涉一种聚乙烯无纺布、制备方法及应用。

背景技术：

1、聚乙烯具有低温柔韧性好、耐溶剂、绝缘、自润滑等特点，闪蒸法聚乙烯无纺布因为其优异的力学性能和防水透气性能，吸引了大量国内外院校和企业的研究。闪蒸无纺布是聚乙烯和溶剂在高温高压状态下形成均相纺丝液，纺丝液采用闪蒸纺丝喷头制得连续长纤维，长纤维经过摆动、成网、热压制成无纺布，连续长纤维经过多方向、交叉、堆叠成网，一股纤维形成一层薄纤网，多层薄纤网在网带上叠加后形成无纺布，因此闪蒸无纺布内部无从正面到反面直接贯穿整个厚度方向的纤维，堆叠的长纤维导致其内部层间结合强度低，长期使用时存在脱层的风险。

2、为了解决闪蒸无纺布层间结合强度低的问题，公开号为us3478141a的美国专利采用花辊作为热轧辊，利用花辊上凸起的图案增加无纺布的抗脱层能力，但是这个方法制备的无纺布其表面粗糙度大、两面差明显，不适合应用到双面印刷、锂电池隔膜等应用中。

3、采用现有技术制备的闪蒸纺丝纤维长度大易絮聚，打浆度低纸页无法成型，不能采用湿法抄造技术制备聚乙烯纸或无纺布片材；直接将闪蒸纺丝纤维进行短切由于打浆度低，也无法通过湿法抄造技术制备聚乙烯无纺布，且即使通过打浆采用湿法抄造技术制备聚乙烯无纺布，其物理性能较差，如抗剥离强度和耐穿刺强度低。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种聚乙烯无纺布、制备方法及应用。通过将闪蒸纺丝制备的聚乙烯浆粕纤维、聚乙烯沉析纤维以及聚乙烯短切纤维三者进行有机结合，制备出抗剥离强度和耐穿刺强度高的聚乙烯无纺布。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种聚乙烯无纺布，所述聚乙烯无纺布包括下述组分：聚乙烯浆粕纤维：20~70wt%；聚乙烯沉析纤维：10~60wt%；聚乙烯短切纤维：20~75wt%；所述聚乙烯浆粕纤维采用闪蒸纺丝制备的纤维，经切断、磨浆和打浆后，打浆度为10~80°sr，所述聚乙烯沉析纤维的打浆度为10~70°sr，所述聚乙烯短切纤维长度为3~10mm，纤维旦数为1~3d，混合后通过湿法抄造、压榨烘干和热压处理制得所述聚乙烯无纺布。

4、进一步的，所述聚乙烯浆粕纤维的直径范围为0.1~18µm，切断后的长度为0.1~20.0mm，所述聚乙烯浆粕纤维粒径配比为：≤100目：10~100目：≥10目=（1~8）：（1~8）：1。

5、进一步的，所述聚乙烯浆粕纤维的结晶度为60~70%，异形度为20%~80%。

6、进一步的，所述聚乙烯沉析纤维结晶度不大于20%。

7、进一步的，所述聚乙烯浆粕纤维，聚乙烯沉析纤维以及聚乙烯短切纤维的质量比为：（1.2~2）：1：（1.5~2.1）。

8、进一步的，所述聚乙烯短切纤维的异形度为30-80%。

9、进一步的，所述聚乙烯短切纤维为高密度聚乙烯长丝短切纤维或超高分子量聚乙烯长丝短切纤维。

10、本发明提供上述聚乙烯无纺布的制备方法，包括如下步骤：制备聚乙烯浆粕纤维浆料；制备聚乙烯沉析纤维浆料；制备聚乙烯短切纤维浆料；分别将聚乙烯浆粕纤维浆料、聚乙烯沉析纤维浆料以及聚乙烯短切纤维浆料制浆并按照比例混合，经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述聚乙烯无纺布。

11、进一步的，制备聚乙烯浆粕纤维浆料包括：将聚乙烯和溶剂r1加入反应釜中，控制反应釜以0.1~10℃/min升温速度到达140~250℃，并保持压力3~20mpa，通过闪蒸方式制备出闪蒸纺丝纤维；将所述闪蒸纺丝纤维切断至0.1~20mm，经过磨浆和打浆处理，使得聚乙烯浆粕纤维的打浆度为10~80°sr；干燥后，对所述聚乙烯浆粕纤维进行亲水处理即得。

12、进一步的，所述磨浆处理工艺为：按照浓度为0.1~5wt%进行磨浆处理至打浆度5~20°sr；所述打浆处理工艺为：磨浆完成后，加入去离子水至浓度为0.01~0.1wt%疏解5~50min，第一段打浆压力为8~22kg，打浆时间为1~10min；第二段打浆压力为2~7kg，打浆时间为30~200min。

13、进一步的，所述溶剂r1为水、醇、酸、胺、酯、醚、酮、腈、酰胺、卤代烃、脂肪烃、脂环烃、芳烃、不饱和烃中的一种或几种；通过辅助气体和加热控制反应釜内的温度和压力，所述辅助气体为氮气、氩气、氦气、二氧化碳、氖气中的一种或多种。

14、进一步的，所述闪蒸方式为将聚合物纺丝液通过闪蒸纺丝设备的减压喷头喷出进入50~500℃的氮气中；或，所述闪蒸方式为将聚合物纺丝液通过闪蒸纺丝设备的减压喷头喷出进入聚乙烯的良溶剂与不良溶剂的混合物，其中良溶剂占30~70%。

15、进一步的，将所述闪蒸纺丝纤维切断至0.1~20mm包括：将闪蒸纺丝纤维切断，得到长度范围分别为0.1~0.5mm、1.5~5.5mm、9~11mm、14~16mm和19~20mm的五种长度纤维，将相同质量的五种长度的闪蒸纺丝短切纤维混合。

16、进一步的，制备聚乙烯沉析纤维包括：将聚乙烯和溶剂r2加入到反应釜中，加热和搅拌控制反应釜达到160~200℃，得到聚乙烯溶液；将所述聚乙烯溶液与沉析剂混合并以2000~3000r/min转速剪切至少10分钟形成沉析纤维，冷却成型后清洗得到聚乙烯沉析纤维。

17、进一步的，所述溶剂r2为十氢萘、白油、1,2,4-三氯苯、矿物油、石蜡油或煤油中的一种或几种。

18、进一步的，所述聚乙烯溶液的浓度为5~15wt%；所述沉析剂为浓度为40~70wt%溶剂r2的苯溶液或甘油溶液，沉析剂温度为80~120℃，所述聚乙烯溶液与沉析剂的质量比为1：5~50。

19、进一步的，制备聚乙烯短切纤维包括：将长度为3~10mm、纤维旦数为1~3d以及异形度为30~80%的聚乙烯短切纤维进行亲水处理。

20、进一步的，所述亲水处理为将纤维的表面能提高到至少38 mn/m。

21、进一步的，所述亲水处理为电晕处理，所述电晕处理工艺为：电晕处理的电压为4000~16000v，频率12~26khz，电极棒与绝干聚合物纤维的距离为1~10mm，空气的流量为300~6000m3/h；或所述亲水处理为等离子体处理，所述等离子体处理工艺为：电离功率为200~500w，处理时间1~6min，高纯氧气体积流量为0.008~0.02l/min。

22、进一步的，将聚乙烯浆粕纤维浆料、聚乙烯沉析纤维浆料以及聚乙烯短切纤维浆料分别加入去离子水进行疏解制浆，得到浓度为0.01~0.1wt%的浆料水溶液；所述聚乙烯浆粕纤维浆料粒径配比为：≤100目：10~100目：≥10目=（1~8）：（1~8）：1；按照聚乙烯浆粕纤维浆料：20~70wt%，聚乙烯沉析纤维浆料：10~60wt%，聚乙烯短切纤维浆料：20~75wt%的比例，将聚乙烯浆粕纤维浆料、聚乙烯沉析纤维浆料以及聚乙烯短切纤维浆料的水溶液混合。

23、进一步的，湿法抄造时上浆质量浓度为0.001~0.05%；热压采用预热和热轧相结合的方式，预热温度为80~115℃，车速为1~100m/min，线压力0~50n/mm，预热次数1~5次；热轧温度为115~145℃，车速为1~100m/min，线压力10~100n/mm，热轧次数1~5次。

24、本发明提供上述聚乙烯无纺布的应用，所述聚乙烯无纺布应用于绝缘包装、蜂窝芯材、印刷包装、建筑防水、地面覆盖、医用灭菌包装、复合材料增强及锂电池隔膜领域。

25、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

26、（1）本发明中采用闪蒸纺丝制备的纤维具有高的结晶度，经切断和打浆后高度分裂和细纤维化，高的结晶度可以提高聚乙烯无纺布的强度和热稳定性，经过切断和打浆后使得纤维高度分裂和细化，使得其在无纺布内部可以形成有效的三维互穿网状结构，增加了聚乙烯无纺布的层间结合强度，具体的，本技术的通过闪蒸纺丝制备的纤维直径范围为0.1-18µm，其中80%的纤维直径范围在1-10µm之间，在该范围内的纤维经过后续打浆处理，可以使得所制备的纤维细化后，分叉多，单个纤维分叉至少在5以上，呈团状，且由于其结晶度高，具有较高的韧性，因此在聚乙烯无纺布中呈现三维互穿网状结构，充分与聚乙烯短切纤维和聚乙烯沉析纤维粘合，增加三者之间的结合强度；其次，本发明所制备的聚乙烯沉析纤维，呈薄膜状漂片结构，结晶度低，比表面积大，包裹聚乙烯浆粕纤维和聚乙烯短切纤维，提高了聚乙烯无纺布的机械性能。

27、（2）本发明对聚乙烯浆粕纤维的粒径配比进行限定，总体上看大于10目的比例不超过三分之一，小于等于100目的比例大于10%，小粒径的纤维打浆后分叉少，但自由度较高，容易弯曲，粒径较大的纤维自由度较低，但打浆后分叉多，只有小粒径、中粒径和大粒径相互配合才能使得三维网状结构在产品的空间结构上分布均匀，不容易引起团聚或偏聚，力学性能均一。

28、（3）采用100%纯聚乙烯制备，热压成型时纤维界面处在熔点附近温度分子链产生有效粘接。保留了聚乙烯本身的优良特性，绝缘、自润滑、耐磨、耐溶剂、耐化学品。

29、（4）采用造纸工艺制备聚乙烯无纺布，棒状聚乙烯短切纤维可以贯穿整个纸页厚度，聚乙烯浆粕纤维可以有效的互相搭接，聚乙烯沉析纤维包裹短切纤维和浆粕纤维，长纤维贯穿整个无纺布厚度方向，解决了其分层结合强度低的问题。在制浆过程中通过磨浆、表面处理、分散剂等手段，有效提高聚乙烯无纺布结构均匀性。造纸工艺，纤维均匀滤水后纸页内部保留了微细空隙，提高了聚乙烯无纺布的透气性能和湿气透过率；其次，湿法造纸工艺中去离子水带走纤维表面的杂质，明显降低卤素、重金属等有害物质含量。