本發明涉及一種單絲組合物、駐極化絲網和它們的制備方法以及應用。
技術背景
目前，普通的粗效空氣過濾絲網以機械阻擋方式捕集粉塵顆粒，存在過濾效率低，容塵量小等缺點。為了克服這些缺點，常常需要進行駐極處理。所謂駐極處理是指通過紡絲、電暈放電、摩擦起電、熱極化和低能電子束轟擊等方式，使含有電荷加強助劑的材料(駐極材料)具有長期儲有電荷的能力。此種材料能以電荷的靜電力作用來捕獲灰塵顆粒，具有空氣流阻低、過濾效率高、集塵能力強及抗菌等優點。
目前,駐極材料在無紡布空氣過濾材料制備上報道較多，如專利文獻CN200780003683.4采用芳香族酯或酰胺駐極改性劑作為熔噴纖維的添加劑來制備無紡布材料。專利文獻CN201080021244.8采用受阻胺N-取代琥珀酰亞胺低聚物來作為非織造纖維料片的加工助劑或電荷加強劑。專利文獻US4789504通過添加脂肪酸金屬鹽來作為駐極改性材料，通過熔噴工藝來制成過濾材料。專利文獻US5645627加入了脂肪酸酰胺和氟類表面活性劑來作為駐極改性添加劑，通過熔噴工藝制備纖維過濾網。無紡布材料通過駐極改性后，其過濾性能得到顯著提高，且空氣阻力可以保持較低。然而，這種無紡布材料的空氣助力仍比編織絲網的空氣阻力高很多。
涉及駐極材料的編織絲網作為空氣過濾材料的相關報道如下：專利文獻CN201220308452.2公開了一種駐極體纖維材料隔塵紗窗，不僅利用機械阻擋灰塵顆粒,而且依靠靜電力吸引灰塵微粒，但其未公開織網具體的制備過程、駐極改性配方及具體的空氣過濾效果。專利文獻CN201510356195.8公開了一種平面式空氣過濾紗窗，但其主要起過濾效果的為熔噴材料。
在現有技術中，通常編織絲網的空氣阻力低，但其過濾效率低。因此，需要提供一種新的駐極化絲網，該絲網大大提高了空氣過濾效率并且保持較低的空氣阻力。
技術實現要素：
本發明示例實施方式的目的在于解決現有技術中存在的上述和其它的不足。
本發明的目的是提供一種含有電荷加強助劑的聚合物單絲組合物，然后將該聚合物單絲組合物編織成絲網；另一方面，本發明的目的是提供一種對編織的絲網進行駐極處理的方法，以獲得一種駐極化絲網。
一方面，本發明實施方式提供一種單絲組合物，所述組合物包含：
(1)含有電荷加強助劑的母粒，以該母粒的總重量為基準，該母粒包含：
(a)10～30重量％的電荷加強助劑，
(b)余量為熱塑性樹脂，選自聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯中的一種或多種；
(2)任選的，一種或多種加工助劑；
(3)熱塑性樹脂，選自聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯中的一種或多種；
其中，組分(1)占單絲組合物總重量的5～30重量％；組分(2)占單絲組合物總重量的0～5重量％；余量為組分(3)。
在一些實施方式中，所述電荷加強助劑包括無機電荷加強助劑、有機電荷加強助劑或者它們的混合物；優選地，所述無機電荷加強助劑包括硅酸鹽、碳酸鈣、無機壓電熱電材料或它們兩種或多種的混合物；所述有機電荷加強助劑包括有機胺類、油酸鹽或它們兩種或多種的混合物。在優選的實施方式中，所述無機壓電熱電材料包括電氣石。
在一些實施方式中，組分(1)占單絲組合物總重量的5～30重量％、8～30重量％、10～30重量％、15～30重量％、20～30重量％、5～25重量％、5～20重量％、10～25重量％、10～25重量％或8～20重量％。
在一些實施方式中，所述加工助劑選自低分子量聚烯烴、硬脂酸鹽和它們兩種或多種的混合物。在優選的實施方式中，組分(2)占單絲組合物總重量的0.2～5重量％、0.5～4重量％、0.8～3.5重量％、1～3重量％、1.5～2.5重量％、1.8～4重量％、2～4重量％或2.5～5重量％。
在一些實施方式中，組分(2)中的熱塑性樹脂與組分(3)相同。
在一些實施方式中，所述熱塑性樹脂選自聚丙烯；優選地，組分(2)中的熱塑性樹脂與組分(3)均是聚丙烯。
另一方面，本發明實施方式提供一種駐極化絲網，所述駐極化絲網包含使用本發明所述單絲組合物紡絲形成的單絲，且所述單絲是放電駐極處理的單絲。
在一些實施方式中，所述單絲的直徑為0.1～1mm、0.1～0.9mm、0.1～0.8mm、0.1～0.7mm、0.1～0.6mm、0.1～0.5mm、0.2～1mm、0.2～0.9mm、0.2～0.8mm、0.2～0.7mm、0.2～0.6mm、0.3～0.9mm或0.3～0.8mm。
另一方面，本發明實施方式提供本發明所述駐極化絲網的制備方法，所述方法包括：在以下條件下對絲網進行放電駐極處理：
(1)電壓正極：(+10)～(+40)KV，
(2)電壓負極(-10)～(-40)KV；
(3)駐極距離為5～30cm；以及
(4)絲網移動速度為0.5～2.0米/分鐘。
另一方面，本發明實施方式提供所述駐極化絲網在空氣過濾和凈化產品中的應用。
在一些實施方式中，所述空氣過濾和凈化產品包括空氣過濾器中的空氣過濾網、PM2.5濾網和/或紗窗網。
通過下面的詳細描述、附圖以及權利要求，其他特征和方面會變得清楚。
具體實施方式
除非另作定義，權利要求書和說明書中使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬技術領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。
術語“包括”或者“包含”等類似的詞語意指出現在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。
如在本說明書和所附權利要求中所使用，術語“或”通常用在包括“和/或”的其意義中，除非該內容以其它方式明確指出。術語“和/或”意思是一個或所有的所列元素，或者任何兩種或更多個所列元素的組合。
如本文所使用，“有”、“具有”、“包括”、“正包括”、“包含”、“正包含”等用在其開口端的意義，并且通常意思是“包括，但不限于”。將理解的是：“基本上由...組成”、“由......組成”等被歸入在“包含”等中。例如，“包括”銀的導電跡線可能是“由”銀“組成”或“基本上由”銀“組成”的導電跡線。
詞語“優選的”和“優選地”指的是在某些情況下可能提供某些優勢的實施例。然而，在相同或其它情況下，其它實施例也可能是優選的。此外，一個或多個優選的實施例的敘述并不暗示其它實施例沒有用，并且不旨在從包括權利要求的公開的范圍中排除其它實施例。
本發明的第一方面提供一種含有電荷加強助劑的單絲組合物，該組合物包含：
(1)占單絲組合物總重量5～30重量％的含有電荷加強助劑的母粒，
(2)占單絲組合物總重量0.2～5重量％的加工助劑，
(3)余量為熱塑性樹脂，選自聚丙烯、聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯中的至少一種。
其中，所述母粒包含：
(a)10～30重量％電荷加強助劑；和
(b)余量的熱塑性樹脂，選自聚丙烯、聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯中的至少一種。
在一些具體實施方式中，所述母粒所含的組分(a)電荷加強助劑為無機類或有機類物質或二者的混合物。無機類物質包括無機硅酸鹽、碳酸鈣、無機壓電熱電材料(如電氣石)的至少一種或其混合物；有機類物質包括有機胺類、油酸鹽的至少一種或其混合物。
在一些具體實施方式中，所述單絲所含的組分(2)加工助劑為低分子量聚烯烴、硬脂酸鹽的至少一種或其混合物。
在本發明的單絲組合物的一個優選實施方式中，母粒所含的組分(b)熱塑性樹脂與單絲組合物所含的組分(3)熱塑性樹脂相同。
在本發明的單絲組合物的一個更優選實施方式中，母粒所含的組分(b)熱塑性樹脂與單絲組合物所含的組分(3)熱塑性樹脂相同，圴是聚丙烯。
在本發明中，使用所述單絲組合物制成的含有電荷加強助劑的單絲具有長期儲存電荷的能力。在將該單絲編織成絲網之后，對該絲網進行駐極化(例如，電暈法駐極化)處理，使絲網本身帶有靜電力。在本發明中，所述駐極化絲網可以較長時期保持靜電力，這大大提高了其空氣過濾效率，并且保持了較低的空氣阻力。這是因為本發明的駐極化絲網不僅利用本身結構阻擋空氣中的灰塵顆粒,而且依靠靜電力吸附空氣中的灰塵微粒。
在本發明的含有電荷加強助劑的母粒中，電荷加強助劑的含量為10～30重量％。如果該含量低于10重量％，則會導致單絲組合物中的電荷加強助劑的量不足，從而導致駐極化絲網中保持的靜電力不足。如果該含量高于30重量％，則所用電荷加強助劑的量過多，導致成本增大。在一些實施方式中，電荷加強助劑的含量為10～25重量％、10～20重量％、15～30重量％、15～25重量％或15～20重量％。在母粒中余量的熱塑性樹脂選自聚丙烯、聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯中的至少一種。在優選的實施方式中，所述聚烯烴選自聚丙烯。
本發明含有電荷加強助劑的單絲組合物包含本發明含有電荷加強助劑的母粒、加工助劑和熱塑性樹脂。在一些實施方式中，所述母粒占單絲組合物總重量的5～30重量％、8～30重量％、10～30重量％、15～30重量％、20～30重量％、5～25重量％、5～20重量％、10～25重量％、10～25重量％或8～20重量％。
如果所述母粒占單絲組合物總重量低于5重量％，則所形成單絲的長期儲存電荷的能力就不足，達不到所要求的性能。如果所述母粒占單絲組合物總重量高于30重量％，則成本就較大。
在本發明中，所述加工助劑占單絲組合物總重量的0.2～5重量％、0.5～4重量％、0.8～3.5重量％、1～3重量％、1.5～2.5重量％、1.8～4重量％、2～4重量％或2.5～5重量％。如果所述加工助劑占單絲組合物總重量低于0.2重量％，則加工助劑的作用下降。如果所述加工助劑占單絲組合物總重量高于5重量％，則成本就較大。所述單絲組合物余量的熱塑性樹脂選自聚丙烯、聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯中的至少一種。在優選的實施方式中，所述聚烯烴選自聚丙烯。
在本發明的含有電荷加強助劑的聚合物單絲組合物的一個優選實施方式中，單絲組合物所包含的熱塑性樹脂優選與含有電荷加強助劑的母粒中的熱塑性樹脂相同。這樣，單絲中所包含的熱塑性樹脂易于與母粒中的熱塑性樹脂相容，有利于單絲的加工。
在本發明的單絲組合物的另一個優選實施方式中，單絲組合物所包含的熱塑性樹脂優選與母粒中的熱塑性樹脂相同，圴為聚丙烯。這是因為聚丙烯適于用作空氣過濾器中的過濾網材料。
本發明的含有電荷加強助劑的聚合物單絲組合物形成的單絲直徑沒有特別限制。其直徑可以根據實際需要進行選擇。其直徑一般為0.03～0.4mm，優選0.05～0.3mm，再優選0.05～0.2mm，再優選0.08～0.15mm。在一些實施方式中，所述單絲的直徑為0.1～1mm、0.1～0.9mm、0.1～0.8mm、0.1～0.7mm、0.1～0.6mm、0.1～0.5mm、0.2～1mm、0.2～0.9mm、0.2～0.8mm、0.2～0.7mm、0.2～0.6mm、0.3～0.9mm或0.3～0.8mm
本發明的含有電荷加強助劑的母粒購自浙江金海環境技術股份有限公司。它們均采用常規的方法制備。將電荷加強助劑與熱塑性樹脂按照所要求的比例，進行混合、攪拌、熔融擠出、造粒，制成本發明的電荷加強助劑的母粒。
在本發明的含有電荷加強助劑的聚合物單絲組合物的制備方法可以參照ZL200510024260.3，具體制備方法是:
(1)將上述制得的母粒顆粒與加工助劑與熱塑性樹脂進行烘料，
(2)按照所要求的比例進行混合、攪拌，
(3)由擠出機熔融擠出、冷卻、牽伸、定型、收卷，制成本發明的單絲。
本發明中，單絲組合物制成單絲之后，可以進一步由常規的編織方法編織成絲網。所述絲網的結構可以是平紋、斜紋、蜂巢、多層等等結構中的一種或多種的組合。
為了使前述制得的絲網帶有靜電力，需要對絲網進行放電駐極處理，也即本發明涉及的一種制備駐極化絲網的方法，它的工藝參數為:
(a)電壓正極(+10)～(+40)KV、負極(-10)～(-40)KV；
(b)駐極距離為5～30cm；
(c)絲網移動速度為0.5～2.0米/分鐘。
雖然不拘泥于理論，以上各參數根據絲網的結構、單絲直徑的大小、絲網過濾效率的要求來進行選擇。
在一些實施方式中，本發明所述絲網的放電駐極處理在雙電源雙極性電暈放電駐極機上進行。
本發明的駐極化絲網用于空氣過濾器中的空氣過濾網、PM2.5絲網、及紗窗網等。
本發明所制備的絲網在相同密度和阻力下具有較高的阻擋和吸附空氣中灰塵顆粒的效率。這是因為絲網本身帶有靜電力，而且可以較長時期保有該靜電力。所述絲網不僅利用本身結構阻擋空氣中的灰塵顆粒,而且依靠靜電力吸附空氣中的灰塵微粒。
以下實施例中所采用的含有電荷加強助劑的母粒均購自浙江金海環境技術股份有限公司。
實施例1(對比例--未加電荷加強劑的普通配方)
聚丙烯 98重量％
液體石蠟 0.16重量％
硬脂酸鈣 1.84重量％
聚丙烯熔融指數為3克/10分鐘。
絲網結構為平紋。
配料工序
將以上原料按設定比例配制后進行攪拌混合10分鐘后備用。
紡絲工序
將混合好的料在擠出機中熔融擠出，熔融溫度240～250℃；經過25℃的冷卻槽冷卻；在溫度為97℃下，放入牽伸機進行牽伸，牽伸倍數為5.6，最終獲得絲徑為0.12±0.01mm的單絲；在95℃下對單絲進行定型處理，回縮率控制在5％以下；紡絲收卷速度100米/分鐘，進行卷繞成型。
織網工序
按經緯密度為26根/cm×26根/cm的要求，將前述工序獲得的單絲織成平紋結構的絲網；將織好的絲網在定型機中定型處理。此時絲網移動速度為35米/分鐘、定型溫度為130℃。
實施例2
聚丙烯熔融指數為3克/10分鐘。
電荷加強母粒中電氣石含量為30重量％。
絲網結構為平紋。
配料工序
將以上原料按設定比例配好后進行攪拌混合10分鐘后備用。
紡絲工序
將混合好的料在240～250℃下進行熔融擠出；經過25℃的冷卻槽冷卻；在溫度為97℃下，放入牽伸機進行牽伸5.6倍，最終絲徑為0.12±0.01mm；在95℃下進行定型處理，回縮率控制在0.5％以下；紡絲收卷速度100米/分鐘，進行卷繞成型。
織網工序
按經緯密度為26根/cm×26根/cm的要求，將前述工序獲得的單絲織成平紋結構的絲網；將織好的絲網在定型機中定型處理，此時絲網移動速度為35米/分鐘、定型溫度為130℃。
駐極工序：將成型的絲網在雙電源雙極性電暈放電駐極機上進行放電駐極處理，其駐極電壓正極+20KV，負極-20KV，放電駐極距離為10cm，絲網移動速度為1米/分鐘。
由此，獲得了一種駐極化的絲網。
實施例3
聚丙烯熔融指數為3克/10分鐘。
電荷加強母粒中含5重量％受阻胺和15重量％電氣石。
絲網結構為平紋。
配料工序
將以上原料按設定比例配好后進行攪拌混合10分鐘后備用。
紡絲工序
將混合好的料在240～250℃下進行熔融擠出；經過25℃的冷卻槽冷卻；在溫度為97℃下，放入牽伸機進行牽伸5.6倍，最終絲徑為0.12±0.01mm；在95℃下進行定型處理，回縮率控制在0.5％以下；收卷速度100米/分鐘，進行卷繞成型。
織網工序
按經緯密度為26根/cm×26根/cm的要求，將前述工序獲得的單絲織成平紋結構的絲網；將織好的絲網在定型機中定型處理，此時絲網移動速度為35米/分鐘、定型溫度為130℃。
駐極工序
將成型的絲網在雙電源雙極性電暈放電駐極機上進行放電駐極處理，其駐極電壓正極+30KV，負極-30KV，放電駐極距離為10cm，絲網移動速度為0.8米/分鐘。
由此，獲得了一種駐極化的絲網。
實施例4
聚丙烯熔融指數為3克/10分鐘。
電荷加強母粒中含脂肪酰胺20重量％。
絲網結構為平紋。
配料工序
將以上原料按設定比例配好后進行攪拌混合10分鐘后備用。
紡絲工序
將混合好的料在240～250℃下進行熔融擠出；經過25℃的冷卻槽冷卻；在溫度為97℃下，放入牽伸機進行牽伸5.6倍，最終絲徑為0.12±0.01mm；在95℃下進行定型處理，回縮率控制在0.5％以下；收卷速度100米/分鐘，進行卷繞成型。
織網工序
按經緯密度為26根/cm×26根/cm的要求，將前述工序獲得的單絲織成平紋結構的絲網；將織好的絲網在定型機中定型處理，此時絲網移動速度為35米/分鐘、定型溫度為130℃。
駐極工序
將成型的絲網在雙電源雙極性電暈放電駐極機上進行放電駐極處理，其駐極電壓正極+40KV，負極-40KV，放電駐極距離為10cm，絲網移動速度為0.5米/分鐘。
由此，獲得了一種駐極化的絲網。
采用美國TSI公司出品的8130型全自動空氣濾材測試儀對實施例1-4制得的絲網進行過濾效率和空氣阻力的性能測試，測試條件為:風量32L/分鐘，試劑NaCI，粒徑0.3μm(該儀器與測試條件是全球空氣過濾行業普遍采用的)。
雖然結合特定的實施例對本發明進行了描述，但本領域的技術人員可以理解，對本發明可以作出許多修改和變型。因此，要認識到，權利要求書的意圖在于覆蓋在本發明真正構思和范圍內的所有這些修改和變型。