“石头布”成网不再难

　　靳向煜

　　图1 纺粘长丝的横断面的SEM照片

　　图2 纺粘长丝的横断面的SEM照片

　　图3 丝的横断面放大倍数5000倍的SEM照片

　　图4 丝的横断面放大倍数1000倍的SEM照片

　　作者的话

　　该课题曾有过争议，主要是因为很多生产企业都不了解CaCO3，认为其对人体有害。其实不然，CaCO3经常会出现在我们的生活中，如牙膏、药片等。文章系统地介绍了无机粉体CaCO3改性聚丙烯纺粘非织造布的主要技术、注意要点及应用领域。如今，该产品已被广泛应用于国内外许多领域（除医用材料和卫生巾、尿裤），且呈继续上升的趋势。

　　发展对环境友好的绿色材料是产业进步的一个共同命题。碳酸钙（CaCO3）无机粉体过去通常被人们称之为“石粉”，它储量丰富，价格低廉，处理工艺相对简单。将CaCO3无机粉体应用于高分子聚合物，添加在难以分解的聚丙烯（PP）纺粘非织造布中，既代替了一部分高聚物，达到显著节省石油资源和能源、减少二氧化碳排放的目的，同时又有利于聚丙烯的降解，具有环保功能，是一种环境友好型的产品。

　　目前，每年无机粉体添加的数量已经远远超过600万吨。为了促进大比例的CaCO3等无机粉体应用于合成纤维领域的技术研究和应用推广，且能够更加适应市场需求，东华大学对无机粉体改性PP用于制备含有大比例CaCO3等无机粉体的PP纺粘法非织造布进行了探索研究，将所制得的含大比例CaCO3无机粉体的PP纺粘非织造布简称为“石头布”。该项研究解决了生产“石头布”中大比例地添加CaCO3的工艺难题，解决了无机粉体改性PP纺粘的可纺性问题，并且掌握了其关键性的技术。

　　最佳配方与主要技术条件

　　所谓纺粘PP的可纺性，即纺粘PP非织造纺丝的成纤性，是高聚物流体从喷丝孔挤出后，受到轴向拉伸成丝，稳定地发生不可逆伸长形变的能力。但是，大量的无机粉体颗粒的加入，将会破坏高聚物的内聚能，降低拉伸粘度和表面张力，容易发生熔体破裂现象，这无疑破坏了整个持续的成纤过程。CaCO3粉体的含量越高，影响就越大。所以，为了保持良好的可纺性，就必须在稳定高聚物流体的流变性能的同时，提高高聚物的内聚能，用以克服因为大量的无机粉体颗粒的加入而被破坏了的高聚物的内聚能，使其处于稳定态。这就需要设计出好的配方，从而实现大比例地添加CaCO3粉体，却仍然可以保持复合体系的良好的可纺性的目的。东华大学研究认为，可使CaCO3的质量分数提高到30%以上的主要技术条件有：一是CaCO3粉体具有足够的细度。CaCO3粉体的粒径是呈正态分布的，其中纳米等级的质量分数必须要有足够的比例；二是需要配方的设计和设备、工艺的保证使CaCO3粉体具有良好的分散效果；三是高度分散的CaCO3粉体和高聚物的大分子之间有着良好的化学键的结合；四是通过配方中改性剂的作用，提高高聚物大分子间的相互作用力，使其能够继续保持稳定的拉伸粘度和表面张力。

　　具备以上四项技术条件的CaCO3粉体，在高聚物的大分子中就可以起到一定的异向成核的作用，正是这种异向成核作用产生了新的结晶，引起晶型结构的变化，使聚丙烯中β晶含量大幅度地提高。另外，纳米CaCO3的加人，对PP重新排序起阻隔作用，使β晶型向α晶型的转化速率降低，也导致β晶型的形成。再者，当纳米材料均匀分布在PP的基体中时，由于其自身的小尺寸效应和表面效应，与PP分子链发生偶极作用，使PP的分子链在纳米材料周围有序重排，致使PP结晶度增大。有文献报道，PP中β晶含量的增加和结晶度增大有利于其力学性能的提高，因为β晶体小，有利于应力分散，晶体小会有较少的晶格缺陷和紧密有序的晶体排列。然而，当CaCO3含量进一步增加时，填料体积分数也随之增大，致使PP的分子链彼此分离，降低分子链间的相互作用，加大了它们的活动空间，从而使PP结晶度下降。这妨碍了β晶的形成和生长，使其含量又有所下降。为此，通过配方的设计，结合改性剂的作用，有针对性地提高PP分子链间的相互作用力来避免上述现象发生。

　　分页:1 2 下一页