驻极体-增塑剂pla熔喷非织造材料的制备及性能

驻极体-增塑剂Pla熔喷非织造材料的制备及性能霍夫法是一种高效制备非织造材料的生产工艺其主要步骤是首先，用高速空气对熔融细流进行吸引，然后用高速热空气吸引膨胀后的纤维，最后用纤维垫网冷却并获得非织造材料采用这种方式得到的纤维直径小，且结构蓬松，孔隙率高，并且纤网中的纤维取向随机，纤维间存在大量微小空隙，因此熔喷非织造材料被广泛应用于空气净化和对细菌的过滤20世纪30年代，聚乳酸PLA被美国科学家Carothers证明是一种性能优良、且具有生物相容性和可降解性的聚合物PLA是由丙交酯开环聚合而得，但却存在对热和水较为敏感的问题60年代，科学家们却发现其水解性的优势，并利用其取代了胶原，应用于手术缝线领域驻极体是指在外界不存在电场的情况下，能保持电极化并在其周围永久连续地形成电场的物质本文通过在PLA基体中引入无机nano SiO1实验材料和方法

1.1熔融指数法mfi聚乳酸PLA,6252D,熔融指数MFI70~85g/10min,美国NatureWorks公司；nano SiO

1.2pla复合切及其材料的制备将PLA母粒、nano SiO

1.3热性能测试流变性测试1将70g改性PLA熔喷切片加入到RM-200B型哈普转矩流变仪内，在180℃下，设定转速为60r/min,稳定10min,得到平衡扭矩；2切片的熔融指数MFI由熔融指数仪XNR-400按照ASTM D1238—13热力学性能测试:采用梅特勒-托利多仪器有限公司832e型差示扫描量热仪进行DSC分析，保护气为Ar60mL/min炉体控温程序设置为先以10℃/min的速率从25℃升至200C,恒温5min以消除热历史，再以50℃/min的速率降温至0℃,随后以10℃/min升温至200℃,记录第二次升温曲线，最后再以lOC/min降温至0℃,记录第二次降温曲线通过DSC曲线研究材料的熔融和结晶行为PLA的结晶度计算公式为式中A H为测试得到的PLA熔融焰;A H采用梅特勒-托利多TGA/DSC1型热重分析仪进行热稳定性分析，保护气为Ar20mL/min,炉体控温程序为10℃/min从25℃升至600℃采用TA公司的Q800型DMA对PLA基熔喷非织造复合材料的力学性能进行测试，得到非织造材料的应力-应变曲线实验模式为Control Force模式，Stress/Strain方法，夹具为薄膜型夹具，控制温度为25℃,样品尺寸为25inniX6mni孔隙率计算:将熔喷非织造材料裁成50mmX50mm大小，称量质量M,并测出其厚度h,计算纤维密度P和孔隙率n,计算公式为式中:S为样品面积；P过滤性能测试采用苏州华达仪器设备有限公司的LZC-H型滤材综合性能测试台，根据EN1822-3—2009标准式中:E为熔喷非织造材料过滤效率;N驻极性能测试:将驻极改性后的熔喷非织造复合材料裁成50mmX50nini大小，采用万用电表测量该样品中心点与未经驻极改性的纯PLA熔喷非织造复合材料中心点之间的电势差;选取两个时间点进行测量，分别取为驻极改性后1min和1个月，控制相同实验条件微观结构及形貌观察:采用日本HITACHI S-4800场发射扫描电子显微镜观察PLA熔喷非织造复合材料微观形貌和结构2结果与讨论

2.1复合改性pla熔喷切片的流动性在PLA熔喷生产非织造材料的过程中，首先要解决的难点是PLA热流动性不佳的问题传统的熔喷原料PP通常具有较为优良的流动性，能够在熔喷机上顺畅生产;然而PLA的流动性较差，工程上通常采用提高熔体温度的方式来改善流动性，但这样常会引起PLA的热降解，进而恶化产品的力学和服役性能图1为经过复合改性及未改性的PLA熔喷切片在转矩流变仪中的平衡扭矩及相对应的熔融指数MFI值可知，平衡扭矩和MFI值反应出了类似的影响规律,即加入nano SiO

2.2驻极体-增塑剂/pla熔喷非织造复合材料热性能表征熔喷生产非织造材料的基本原理是将聚合物切片熔融后，在高速热空气牵引力的作用下，拉伸得到超细纤维，最后在接收板上快速冷却成型得到堆叠起来的非织造材料图2为驻极体-增塑剂/PLA熔喷非织造复合材料消除热历史的DSC曲线，同时表2列出了主要的热性能参数玻璃化转变温度T另一方面，加入增塑剂后，PLA基复合材料的T在熔喷生产过程中，热降解的影响是不可忽视的，如热分解温度过低，将会使PLA分子链受到不同程度的破坏，材料的强度和塑性等严重恶化

2.3使用pla原料进行熔喷非织造布应具有的基熔喷生产获得的非织造材料往往需要进行后续打褶加工才能获得商品化的过滤滤芯，因此熔喷生产出来的非织造材料需要具备一定的强度，且具有一定柔韧性，以便于后续加工如果只使用纯PLA原料进行熔喷生产，得到的非织造材料强度低、脆性大，无法完成后续加工因此本文采用了添加复合增塑剂ESO和PEG的方法来改善其塑性，并且研究了添加nanoSiO图4为熔喷得到的驻极体-增塑剂/PLA非织造复合材料的应力-应变曲线，同时图5对比了样品的最大拉伸强度和断裂伸长率通过对比1对比

12.4过滤性能的影响表4为PLA熔喷非织造材料的主要过滤性能参数由于熔喷非织造材料的孔隙率会极大地影响产品的过滤性能，因此本实验通过控制加工参数使非织造材料的孔隙率相当，控制在

0.70左右，以便更好地比较不同驻极体改性剂和增塑剂的添加对产品过滤性能的影响通过对比

12.5驻极前后熔喷非织造材料电势对比在熔喷非织造材料中添加驻极体改性剂的目的是为了使材料表面形成长期有效的电场，能够对空气中的带电粒子产生库仑引力并对其进行吸附，进而起到过滤空气的作用图6为驻极体-增塑剂/PLA熔喷非织造复合材料在驻极改性处理后Imin和1个月后所测得的电势差数据对比其中驻极改性Imin后的电势侧面反映了材料能够存储的电荷量，而驻极改性1个月后的电势反应了材料维持电荷的能力，即抵抗电荷衰减的能力可知，即便是未添加驻极体改性剂，材料表面也能形成一定的电势，约为

60.3mV,这是由于在驻极过程中，外加的高压电场能够对PLA分子产生一定的极化效果;而加入驻极体改性剂后，电势显著提高，这是由于驻极体能够将电离产生的电荷进行捕捉并固定，其中nano SiO

2.6增塑剂复合改性对过滤性能的影响图7为熔喷制备PLA基非织造复合材料的表面形貌SEM图像由图7a可见，纯PLA熔喷非织造材料纤维直径较大，且纤维完整性差，存在大量的断口，因此宏观上表现出较差的力学性能这是由于流动性差的PLA切片在熔喷过程中不易被高速空气拉伸，且较大的黏性使纤维容易回缩，很难形成长纤维；另一方面，PLA本身的脆性也使纤维即便是冷却成型后也容易在外力干扰下发生断裂由图7b和7c可见，加入驻极体改性剂后，样品中细纤维的比例显著增加，小孔径纤网分布更加密集，这也解释了过滤过程中空气阻力增大的原因此外，通过对比图7a和图7d可知，加入增塑剂改性后的样品，其纤维的完整性和表面光滑性明显优于未采用增塑剂复合改性的样品非织造材料中长纤维的比例增加，纤维进一步细化，纤维间交错更加复杂图7e和图7fo这是由于增塑剂的加入有效改善了熔体流动性和PLA分子链运动的能力，熔体更易被拉伸，拉伸出的纤维也具有一定的变形能力结合来看，有机与无机驻极改性剂对纤维微观形貌和结构的影响区别不大，均能使纤维变细，纤网缠结节点变多，小孔径纤网密度增加，进而使空气过滤效率显著增加

3.pla基熔喷非织造复合材料的力学性能1驻极体改性剂的添加可以有效提高聚乳酸PLA熔喷非织造过滤材料净化空气中微小粒子的能力，其中纳米SiO2两种驻极体改性剂均可以有效提高滤网的滤效，但是nano SiO3虽然采用驻极体改性剂改性后PLA基熔喷非织造复合材料的过滤性能能基本满足工业要求，但是其力学性能仍无法完全满足加工需求，而采用二元增塑剂进一步改性后，PLA基熔喷非织造复合材料的强度和塑性都将获得大幅提升，这主要是由于增塑剂对PLA分子链的增塑效果降低了切片的熔体流动性，并使非织造材料的滤网孔隙结构更加复杂，纤维更加完整4结合驻极体改性剂与增塑剂改性的共同效果，最终获得过滤性能和力学性能等均十分优良的PLA基熔喷非织造材料，其中nano SiO。