一种柔软耐磨无纺布及其制备方法与流程

1.本发明涉及无纺布技术领域，具体涉及一种柔软耐磨无纺布及其制备方法。


背景技术：

2.无纺布(英文名：non woven fabric或者non wovencloth)又称不织布，是由定向的或随机的纤维而构成。因具有布的外观和某些性能而称其为布。无纺布具有防潮、透气、柔韧、质轻、不助燃、容易分解、无毒无刺激性、色彩丰富、价格低廉、可循环再用等特点。如多采用聚丙烯(pp材质)粒料为原料，经高温熔融、喷丝、铺纲、热压卷取连续一步法生产而成。无纺布制品色彩丰富、鲜艳明丽、时尚环保、用途广泛、美观大方，图案和款式都多样，且质轻、环保、可循环再用，被国际公认为保护地球生态的环保产品。适用于农用薄膜、制鞋、制革、床垫、子母被、装饰、化工、印刷、汽车、建材，家具等行业，及服装衬布，医疗卫生一次性手术衣，口罩，帽，床单，酒店一次性台布，美容，桑拿乃至当今时尚的礼品袋，精品袋，购物袋，广告袋等等。
3.现有无纺布的耐磨改性方法，通常是在无纺布的两个表面贴附上防磨胶，甚至是硬质防磨胶层，虽然起到了防磨的效果，但也失去了无纺布本身的柔软特定，得不到消费者的认可。其次，受限于聚丙烯材料本身的特性，聚丙烯纺粘无纺布做表面亲水整理后，产品的手感偏硬，如果添加爽滑剂进行纺丝再做亲水表面整理，产品会存在亲水效果可能失效的问题。另外，现有的部分生产厂家采用亲水母粒共混纺丝对聚丙烯进行亲水改性的生产工艺，生产成本高，而且存在生产工艺的稳定性问题。
4.专利cn107523938b《一种超柔软度无纺布及超柔软度亲水无纺布》公开了一种超柔软度无纺布及超柔软度亲水无纺布，由柔软层和粘合面层经热轧固结而成的，所述柔软层的成网克重比≥70%，所述粘合面层的成网克重比≤30%；通过改善了粘合面的粘合性能，大幅度降低施胶量，提升无纺布产品的轻薄感。但是，虽然该无纺布很轻薄，却不具备很好的耐磨性能，制备成衣物时容易磨损破洞，从而严重影响了面料的使用寿命。
5.专利cn107524015b《一种耐磨无纺布及其制备方法》公开了一种耐磨无纺布，包括一层无纺布和涂附于无纺布两侧面的耐磨涂层；所述的耐磨涂层包括石膏晶须、丙烯酸树脂、高锰合金、碳化硅、六方氮化硼，通过将无纺布浸没于涂层分散液中，再进行晾干后得到耐磨无纺布，该无纺布通过无机物、合金以及高分子化合物的复合改性后，从而得到耐磨无纺布，原料成本高，且制得的无纺布较硬，柔软性差。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提出一种柔软耐磨无纺布及其制备方法，制得的无纺布防磨的效果、延伸率高，本身的柔软度好，无纺布表面光滑度得到明显提高，摩擦系数降低，使得防磨性能得到改善。
7.本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供一种柔软耐磨无纺布，由改性蚕丝纤维、聚丙烯树脂、改性二氧化硅气
凝胶和聚氨酯水分散体制备而成；所述改性蚕丝纤维为表面经过带有巯基的硅烷偶联剂改性的蚕丝纤维；所述改性二氧化硅气凝胶为表面经过带有氨基的硅烷偶联剂改性的二氧化硅气凝胶。
8.作为本发明的进一步改进，所述改性二氧化硅气凝胶的制备方法如下：将二氧化硅气凝胶加入乙醇中，超声分散均匀，按最终质量分数为2
‑
5wt%添加带有氨基的硅烷偶联剂，升温至70
‑
90℃，搅拌反应5
‑
10h后，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到改性二氧化硅气凝胶。
9.作为本发明的进一步改进，所述带有氨基的硅烷偶联剂选自kh550、kh602、kh792中的至少一种；优选地，为kh550和kh792的复配混合物，质量比为（3
‑
4）：2。
10.作为本发明的进一步改进，所述聚氨酯水分散体由以下方法制备而成：将异佛尔酮二异氰酸酯和聚丙二醇混合，升温至80
‑
100℃，添加催化剂，搅拌反应4
‑
7h，加入1，4
‑
丁二醇，反应3
‑
5h，继续加入2
‑
5wt%的三乙胺水溶液，将混合物的ph值控制在6
‑
8，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入消泡剂，混合均匀，得到聚氨酯水分散体。
11.作为本发明的进一步改进，所述引发剂选自双（二甲氨基）乙基醚、二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡、n,n
‑
二甲基乙醇胺、n,n
‑
二甲基苄氨中的至少一种；所述消泡剂选自乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚中的至少一种。
12.作为本发明的进一步改进，所述聚氨酯水分散体的固含量为55
‑
65%。
13.作为本发明的进一步改进，所述改性蚕丝纤维的制备方法如下：将天然蚕丝纤维浸泡在乙醇中，超声20
‑
40min后，按最终质量分数为1
‑
3wt%添加带有巯基的硅烷偶联剂，升温至65
‑
85℃，搅拌反应2
‑
4h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到改性蚕丝纤维。
14.作为本发明的进一步改进，所述带有巯基的硅烷偶联剂选自kh580、kh590中的至少一种，优选地为kh580和kh590的复配混合，质量比为2：（1
‑
3）。
15.本发明进一步保护一种上述柔软耐磨无纺布的制备方法，包括以下步骤：s1.预混料的制备：将10
‑
20重量份改性二氧化硅气凝胶和20
‑
35重量份聚氨酯水分散体混合，加热至45
‑
50℃搅拌反应1
‑
2h后，加入25
‑
50重量份改性蚕丝纤维，升温至55
‑
70℃，搅拌反应2
‑
4h后，球磨1
‑
2h，得到预混料；s2.熔体的制备：将100
‑
150重量份聚丙烯树脂经过螺杆挤压机进行挤压熔融得到熔体；s3.纺丝成网：将步骤s2得到的熔体经纺丝机喷丝板喷出后，冷却固结成丝，经牵伸气流牵引，吹向滚筒，均匀喷洒步骤s1得到的预混料，并收集到滚筒上，得到纤维网；s4.加固整理：将步骤s3得到的纤维网重叠进入溶液喷射纺丝区进行加固，得到柔软耐磨无纺布。
16.作为本发明的进一步改进，所述熔融温度为170
‑
200℃。
17.本发明具有如下有益效果：参见图1，本发明具有大量气孔结构的改性二氧化硅气凝胶通过带有氨基的硅烷偶联剂改性，表面的氨基会与制备的聚氨酯水分散体发生反应，所述聚氨酯水分散体在特定条件下能够对分子中的异氢酸酯基团进行解封，活化后的异氰酸酯基团能够与改性二氧化硅气凝胶表面的氨基反应交联，从而得到具有大量气孔结构的二氧化硅
‑
聚氨酯材料；本发明改性蚕丝纤维表面经过带有巯基的硅烷偶联剂改性，蚕丝纤维为天然蛋白
质纤维，本身携带有大量的巯基、二硫键，通过于带有巯基的硅烷偶联剂发生氢键或者形成二硫键，使得硅烷偶联剂固定在蚕丝纤维表面，另一端为硅氧键，与得到的具有大量气孔结构的二氧化硅
‑
聚氨酯材料接触后，能稳定的与二氧化硅结构键连，从而得到一种耐磨、柔软的材料，将该材料喷洒与聚丙烯纺丝网表面，形成纤维网，经过整理固化后得到的无纺布具有良好的耐磨、柔软的特性。
18.本发明制得的无纺布防磨的效果、延伸率高，本身的柔软度好，无纺布表面光滑度得到明显提高，摩擦系数降低，使得防磨性能得到改善，具有广阔的应用前景。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明作用原理图。
具体实施方式
21.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例1本实施例提供一种柔软耐磨无纺布及其制备方法，包括以下步骤：（1）改性二氧化硅气凝胶的制备：将10g二氧化硅气凝胶加入200ml乙醇中，1000w超声分散均匀，按最终质量分数为2wt%添加带有氨基的硅烷偶联剂，升温至70℃，搅拌反应5h后，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到改性二氧化硅气凝胶；带有氨基的硅烷偶联剂为kh550和kh792的复配混合物，质量比为3：2；（2）聚氨酯水分散体的制备：将20g异佛尔酮二异氰酸酯和35g聚丙二醇混合，升温至80℃，添加0.5g双（二甲氨基）乙基醚，搅拌反应4
‑
7h，加入1.2g 1，4
‑
丁二醇，反应3h，继续加入2wt%的三乙胺水溶液，将混合物的ph值控制在6，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入0.5g聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚，混合均匀，得到聚氨酯水分散体，固含量为55%。
23.（3）改性蚕丝纤维的制备：将10g天然蚕丝纤维浸泡在200ml乙醇中，1000w超声20min后，按最终质量分数为1wt%添加带有巯基的硅烷偶联剂，升温至65℃，搅拌反应2h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到改性蚕丝纤维，带有巯基的硅烷偶联剂为kh580和kh590的复配混合，质量比为2：1。
24.（4）预混料的制备：将10g改性二氧化硅气凝胶和20g聚氨酯水分散体混合，加热至45℃搅拌反应1h后，加入25g改性蚕丝纤维，升温至55℃，搅拌反应2h后，球磨1h，得到预混料。
25.（5）熔体的制备：将100g聚丙烯树脂经过螺杆挤压机进行挤压熔融得到熔体，熔融温度为170℃。
26.（6）纺丝成网：将步骤（5）得到的熔体经纺丝机喷丝板喷出后，冷却固结成丝，经牵伸气流牵引，吹向滚筒，均匀喷洒步骤s1得到的预混料，并收集到滚筒上，得到纤维网；（7）加固整理：将步骤（6）得到的纤维网重叠进入溶液喷射纺丝区进行加固，得到柔软耐磨无纺布。
27.实施例2本实施例提供一种柔软耐磨无纺布及其制备方法，包括以下步骤：（1）改性二氧化硅气凝胶的制备：将10g二氧化硅气凝胶加入200ml乙醇中，2000w超声分散均匀，按最终质量分数为5wt%添加带有氨基的硅烷偶联剂，升温至90℃，搅拌反应10h后，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到改性二氧化硅气凝胶；带有氨基的硅烷偶联剂为kh550和kh792的复配混合物，质量比为2：1；（2）聚氨酯水分散体的制备：将20g异佛尔酮二异氰酸酯和35g聚丙二醇混合，升温至100℃，添加0.5g辛酸亚锡，搅拌反应7h，加入1.2g 1，4
‑
丁二醇，反应5h，继续加入5wt%的三乙胺水溶液，将混合物的ph值控制在8，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入0.5g乳化硅油，混合均匀，得到聚氨酯水分散体，固含量为55
‑
65%。
28.（3）改性蚕丝纤维的制备：将10g天然蚕丝纤维浸泡在200ml乙醇中，2000w超声40min后，按最终质量分数为1
‑
3wt%添加带有巯基的硅烷偶联剂，升温至85℃，搅拌反应4h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到改性蚕丝纤维，带有巯基的硅烷偶联剂为kh580和kh590的复配混合，质量比为2：3。
29.（4）预混料的制备：将20g改性二氧化硅气凝胶和35g聚氨酯水分散体混合，加热至50℃搅拌反应2h后，加入50g改性蚕丝纤维，升温至70℃，搅拌反应4h后，球磨2h，得到预混料。
30.（5）熔体的制备：将150g聚丙烯树脂经过螺杆挤压机进行挤压熔融得到熔体，熔融温度为200℃。
31.（6）纺丝成网：将步骤（5）得到的熔体经纺丝机喷丝板喷出后，冷却固结成丝，经牵伸气流牵引，吹向滚筒，均匀喷洒步骤s1得到的预混料，并收集到滚筒上，得到纤维网；（7）加固整理：将步骤（6）得到的纤维网重叠进入溶液喷射纺丝区进行加固，得到柔软耐磨无纺布。
32.实施例3本实施例提供一种柔软耐磨无纺布及其制备方法，包括以下步骤：（1）改性二氧化硅气凝胶的制备：将10g二氧化硅气凝胶加入200ml乙醇中，1500w超声分散均匀，按最终质量分数为3.5wt%添加带有氨基的硅烷偶联剂，升温至80℃，搅拌反应7h后，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到改性二氧化硅气凝胶；带有氨基的硅烷偶联剂为kh550和kh792的复配混合物，质量比为3.5：2；（2）聚氨酯水分散体的制备：将20g异佛尔酮二异氰酸酯和35g聚丙二醇混合，升温至90℃，添加0.5g二丁基二月桂酸锡，搅拌反应5h，加入1.2g 1，4
‑
丁二醇，反应4h，继续加入3.5wt%的三乙胺水溶液，将混合物的ph值控制在7，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入0.5g聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，混合均匀，得到聚氨酯水分散体，固含量为60%。
33.（3）改性蚕丝纤维的制备：将10g天然蚕丝纤维浸泡在200ml乙醇中，1500w超声30min后，按最终质量分数为2wt%添加带有巯基的硅烷偶联剂，升温至75℃，搅拌反应3h，过
滤，乙醇洗涤，干燥，得到改性蚕丝纤维，带有巯基的硅烷偶联剂为kh580和kh590的复配混合，质量比为1：1。
34.（4）预混料的制备：将14g改性二氧化硅气凝胶和27g聚氨酯水分散体混合，加热至47℃搅拌反应1.5h后，加入32g改性蚕丝纤维，升温至62℃，搅拌反应3h后，球磨1.5h，得到预混料。
35.（5）熔体的制备：将125g聚丙烯树脂经过螺杆挤压机进行挤压熔融得到熔体，熔融温度为185℃。
36.（6）纺丝成网：将步骤（5）得到的熔体经纺丝机喷丝板喷出后，冷却固结成丝，经牵伸气流牵引，吹向滚筒，均匀喷洒步骤s1得到的预混料，并收集到滚筒上，得到纤维网；（7）加固整理：将步骤（6）得到的纤维网重叠进入溶液喷射纺丝区进行加固，得到柔软耐磨无纺布。
37.实施例4与实施例3相比，带有氨基的硅烷偶联剂为kh550，其他条件均不改变。
38.实施例5与实施例3相比，带有氨基的硅烷偶联剂为kh792，其他条件均不改变。
39.实施例6与实施例3相比，带有巯基的硅烷偶联剂为kh580，其他条件均不改变。
40.实施例7与实施例3相比，带有巯基的硅烷偶联剂为kh590，其他条件均不改变。
41.对比例1与实施例3相比，二氧化硅气凝胶没有经过改性处理，其他条件均不改变。
42.（1）聚氨酯水分散体的制备：将20g异佛尔酮二异氰酸酯和35g聚丙二醇混合，升温至90℃，添加0.5g二丁基二月桂酸锡，搅拌反应5h，加入1.2g 1，4
‑
丁二醇，反应4h，继续加入3.5wt%的三乙胺水溶液，将混合物的ph值控制在7，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入0.5g聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，混合均匀，得到聚氨酯水分散体，固含量为60%。
43.（2）改性蚕丝纤维的制备：将10g天然蚕丝纤维浸泡在200ml乙醇中，1500w超声30min后，按最终质量分数为2wt%添加带有巯基的硅烷偶联剂，升温至75℃，搅拌反应3h，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到改性蚕丝纤维，带有巯基的硅烷偶联剂为kh580和kh590的复配混合，质量比为1：1。
44.（3）预混料的制备：将14g二氧化硅气凝胶和27g聚氨酯水分散体混合，加热至47℃搅拌反应1.5h后，加入32g改性蚕丝纤维，升温至62℃，搅拌反应3h后，球磨1.5h，得到预混料。
45.（4）熔体的制备：将125g聚丙烯树脂经过螺杆挤压机进行挤压熔融得到熔体，熔融温度为185℃。
46.（5）纺丝成网：将步骤（4）得到的熔体经纺丝机喷丝板喷出后，冷却固结成丝，经牵伸气流牵引，吹向滚筒，均匀喷洒步骤s1得到的预混料，并收集到滚筒上，得到纤维网；（6）加固整理：将步骤（5）得到的纤维网重叠进入溶液喷射纺丝区进行加固，得到柔软耐磨无纺布。
47.对比例2
与实施例3相比，蚕丝纤维没有经过改性处理，其他条件均不改变。
48.（1）改性二氧化硅气凝胶的制备：将10g二氧化硅气凝胶加入200ml乙醇中，1500w超声分散均匀，按最终质量分数为3.5wt%添加带有氨基的硅烷偶联剂，升温至80℃，搅拌反应7h后，过滤，乙醇洗涤，干燥，得到改性二氧化硅气凝胶；带有氨基的硅烷偶联剂为kh550和kh792的复配混合物，质量比为3.5：2；（2）聚氨酯水分散体的制备：将20g异佛尔酮二异氰酸酯和35g聚丙二醇混合，升温至90℃，添加0.5g二丁基二月桂酸锡，搅拌反应5h，加入1.2g 1，4
‑
丁二醇，反应4h，继续加入3.5wt%的三乙胺水溶液，将混合物的ph值控制在7，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入0.5g聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，混合均匀，得到聚氨酯水分散体，固含量为60%。
49.（3）预混料的制备：将14g改性二氧化硅气凝胶和27g聚氨酯水分散体混合，加热至47℃搅拌反应1.5h后，加入32g蚕丝纤维，升温至62℃，搅拌反应3h后，球磨1.5h，得到预混料。
50.（4）熔体的制备：将125g聚丙烯树脂经过螺杆挤压机进行挤压熔融得到熔体，熔融温度为185℃。
51.（5）纺丝成网：将步骤（4）得到的熔体经纺丝机喷丝板喷出后，冷却固结成丝，经牵伸气流牵引，吹向滚筒，均匀喷洒步骤s1得到的预混料，并收集到滚筒上，得到纤维网；（6）加固整理：将步骤（5）得到的纤维网重叠进入溶液喷射纺丝区进行加固，得到柔软耐磨无纺布。
52.对比例3与实施例3相比，没有添加预混料，其他条件均不改变。
53.（1）熔体的制备：将125g聚丙烯树脂经过螺杆挤压机进行挤压熔融得到熔体，熔融温度为185℃。
54.（2）纺丝成网：将步骤（1）得到的熔体经纺丝机喷丝板喷出后，冷却固结成丝，经牵伸气流牵引，吹向滚筒，均匀喷洒步骤s1得到的预混料，并收集到滚筒上，得到纤维网；（3）加固整理：将步骤（2）得到的纤维网重叠进入溶液喷射纺丝区进行加固，得到柔软耐磨无纺布。
55.测试例1力学性能测试参照gb/t3923.2
‑
2013《纺织品 织物拉伸性能 第 2 部分:断裂强力的测定》，采用yg028pc 型多功能电子织物强力机(温州百恩仪器有限公司)测试本发明实施例1
‑
7和对比例1
‑
3制得的柔软耐磨无纺布以及市售同类产品的拉伸断裂强力。
56.参照gb/t3917.1
‑
1997《纺织品 织物撕破性能 第 1 部分:撕破强力的测定》， 利用yg(b)033a型织物撕裂仪(温州际高检测仪器有限公司) 测试本发明实施例1
‑
7和对比例1
‑
3制得的柔软耐磨无纺布以及市售同类产品的撕破强力。
57.测试结果见表1。
58.表1
由上表可知，本发明实施例制得的柔软耐磨无纺布具有良好的力学性能。
59.测试例2柔软度测试参照gb/t8942
‑
2016测试方法对本发明实施例1
‑
7和对比例1
‑
3制得的柔软耐磨无纺布以及市售同类产品的纵向柔软度和横向柔软度进行检测，结果见表2。
60.表2由上表可知，本发明实施例制得的柔软耐磨无纺布具有良好的柔软度。
61.测试例3耐磨性测试将本发明实施例1
‑
7和对比例1
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3制得的柔软耐磨无纺布以及市售同类产品剪为半径为1cm的圆形，中间留小孔，清洗干净，烘干后质量为m0，进行耐磨性能测试，磨损3000次后的质量为m1，磨损量的计算公式为x=（1
‑
m1/m0）
×
100%。结果见表3。
62.表3
由上表可知，本发明实施例制得的柔软耐磨无纺布具有良好的耐磨性。
63.实施例4、5与实施例3相比，带有氨基的硅烷偶联剂为kh550或kh792，其力学性能、柔软度和耐磨性能均有一定程度的下降，可见kh550和kh792的复配具有协同增效的作用。
64.实施例6、7与实施例3相比，带有巯基的硅烷偶联剂为kh580或kh590，其力学性能、柔软度和耐磨性能均有一定程度的下降，可见kh580和kh590的复配具有协同增效的作用。
65.对比例1与实施例3相比，二氧化硅气凝胶没有经过改性处理，其力学性能、耐磨性能明显下降，没有经过改性的二氧化硅气凝胶无法与聚氨酯水分散体反应，导致不能形成稳定的复合材料。改性二氧化硅气凝胶通过带有氨基的硅烷偶联剂改性，表面的氨基会与制备的聚氨酯水分散体发生反应，所述聚氨酯水分散体在特定条件下能够对分子中的异氢酸酯基团进行解封，活化后的异氰酸酯基团能够与改性二氧化硅气凝胶表面的氨基反应交联，从而得到具有大量气孔结构的二氧化硅
‑
聚氨酯材料。
66.对比例2与实施例3相比，蚕丝纤维没有经过改性处理，其耐磨性、力学性能和柔软度大幅度下降。蚕丝纤维没有经过改性无法与具有大量气孔结构的二氧化硅
‑
聚氨酯材料结合，形成具有柔软性和耐磨性的复合材料。蚕丝纤维通过于带有巯基的硅烷偶联剂发生氢键或者形成二硫键，使得硅烷偶联剂固定在蚕丝纤维表面，另一端为硅氧键与得到的具有大量气孔结构的二氧化硅
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聚氨酯材料键连，从而得到一种耐磨、柔软的材料，将该材料喷洒与聚丙烯纺丝网表面，形成纤维网，经过整理固化后得到的无纺布具有良好的耐磨、柔软的特性。
67.对比例3与实施例3相比，没有添加预混料，也就是改性蚕丝纤维与具有大量气孔结构的二氧化硅
‑
聚氨酯材料键连后的具有耐磨性和柔软性的复合材料，从而导致制得的无纺布性能显著下降。
68.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。