一种阻燃复合无纺布及其制备方法

摘要

一种阻燃复合无纺布及其制备方法，属于复合无纺布阻燃工艺技术领域。现有技术中的复合无纺布阻燃一般采用溴系阻燃剂或大量添加无机阻燃剂的方式，燃烧产生大量的烟或影响材料最终的力学性能，或者因分散性差而导致阻燃效果下降，本发明阻燃复合无纺布包括无纺布层、胶层与聚乙烯层；胶层位于无纺布层与聚乙烯层之间，聚乙烯层含有溴系阻燃剂中的一种，胶层中含有纳米三氧化二锑阻燃剂。解决了溴系阻燃剂与三氧化二锑阻燃剂在聚乙烯层中共同使用的缺陷，能够提供优异的阻燃效果与抑烟效果，制备方法更为简单安全。

权利要求

1.一种阻燃复合无纺布，其特征在于：包括无纺布层、胶层与聚乙烯层；胶层位于无纺布层与聚乙烯层之间，聚乙烯层含有溴系阻燃剂中的一种，胶层中含有纳米三氧化二锑阻燃剂，溴系阻燃剂在聚乙烯层中的重量占比为10%，纳米三氧化二锑阻燃剂在胶层中的重量占比为30%；

所述的胶层或聚乙烯层还含有阻燃增效剂，所述的阻燃增效剂为氢氧化铝，并且添加在胶层中；

所述的溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷；

所述的溴系阻燃剂与纳米三氧化二锑阻燃剂在相同面积的阻燃复合无纺布中重量比例为3：1。

2.一种权利要求1所述的阻燃复合无纺布的制备方法，其特征在于：热熔胶加热熔融，添加纳米三氧化二锑阻燃剂搅拌均匀，向无纺布上方施加混合了纳米三氧化二锑的热熔胶形成胶层，胶层上方覆盖含有溴系阻燃剂的聚乙烯薄膜凝固定型。

3.根据权利要求2所述的阻燃复合无纺布的制备方法，其特征在于：所述的含有溴系阻燃剂的聚乙烯薄膜制备步骤包括：母粒混合、添加溴系阻燃剂、搅拌、挤出和冷却定型。

4.根据权利要求3所述的阻燃复合无纺布的制备方法，其特征在于：所述的含有溴系阻燃剂的聚乙烯薄膜原料按重量比例包括LDPE20% 、LLDPE50%、MLDPE20%和溴系阻燃剂10%。

说明书

一种阻燃复合无纺布及其制备方法

技术领域

[0001] 一种阻燃复合无纺布及其制备方法，属于复合无纺布阻燃工艺技术领域。

背景技术

[0002] 复合无纺布现在已广泛应用于医疗、工业、甚至户外运动等防护领域，其主要结构为底层的PP聚丙烯无纺布层与上层的PE聚乙烯层。而制备方法常见的分为淋膜无纺布与覆膜无纺布，淋膜无纺布是将热融态的聚乙烯组合物浇淋至无纺布层上完成覆膜，而覆膜无纺布为将成品的聚乙烯膜通过粘胶覆膜在聚丙烯无纺布层上方。

[0003] 现有的复合无纺布的阻燃方法普遍为添加阻燃剂，最常用的阻燃剂为卤系阻燃剂，卤系阻燃剂发展时间久，工艺成熟，添加卤系阻燃剂的聚乙烯膜成本低，价格低，但是其热裂及燃烧时生成的烟及腐蚀性和有毒产物较多（特别是Br‑Sb协效系统），渗出性较大；耐光性较差，存放时间久后会发黄或氧化，阻燃效果大打折扣。

[0004] 专利CN113584718A公开了一种具有阻燃功能的环保无纺布的制备方法，其主要技术方案是同时将十溴二苯乙烷、十溴二苯醚和三氧化二锑混合进入聚酯纤维制备的无纺布层，其中，十溴二苯乙烷在纤维原液中的占比达到了10%，虽然其目的是使阻燃剂在纤维中充分分散以提高分散均匀效果，进而提高阻燃效果，但是，其较高的溴含量也将造成发生燃烧时产生大量的烟与腐蚀性毒产物，同时，根据本领域技术人员的常规理解可知，无机阻燃剂（三氧化二锑）必须在大量添加的情况下才能具有良好的阻燃性，这样大的添加量必然造成聚合物机械性能的严重降低，而且它的分散性也不够好，这就导致了三种阻燃剂的分散效果反而下降，进而造成阻燃效果下降，实际的阻燃应用效果不理想，不适于阻燃复合无纺布。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种填充量小、具有优良的阻燃效果，同时保证复合无纺布力学性能的阻燃复合无纺布及其制备方法。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种阻燃复合无纺布，其特征在于：包括无纺布层、胶层与聚乙烯层；胶层位于无纺布层与聚乙烯层之间，聚乙烯层含有溴系阻燃剂中的一种，胶层中含有纳米三氧化二锑阻燃剂，溴系阻燃剂在聚乙烯层中的重量占比为5 15%，纳米三氧化二锑阻燃剂在胶层中的重量占比为5 30%。
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[0007] 纳米三氧化二锑属于一种纳米阻燃剂，其作用机理在于燃烧后可以在材料表面覆盖更加均匀，使其与氧气结合的机会降低。一般是将其采用分散剂分散、添加进入聚合物中，与聚合物结合，保证燃烧后分散均匀。现有说法认为，纳米颗粒与聚合物碳化物沉积形成阻隔膜，或纳米颗粒在聚合物燃烧热解前发生迁移，至聚合物树脂表面富集，形成阻隔膜，实现阻燃效果。但是，为了达到阻燃效果，往往会在聚合物中添加大量阻燃剂，阻燃剂添加量高，对基材机械性能、化学性能和加工性能均会产生不良影响；并且纳米阻燃剂在实际应用中发现，其较细的粒径导致其存在较大的与空气接触面积，同时因其本身具备一定的聚合物内迁移能力，趋向于向聚合物表层迁移，导致纳米阻燃剂在聚合物上易析出，进而接触空气氧化变质，导致失去阻燃性能；由于纳米填料的小尺寸，表面能很大，容易导致纳米填料的团聚而最终会降低其阻燃性。如果直接添加进入复合无纺布的聚合物层，这些都将导致复合无纺布的稳定性较差，影响复合无纺布的整体力学性能。

[0008] 本发明首先是利用了溴系阻燃剂与三氧化二锑的特殊配合效果，溴系阻燃剂在燃烧时降低氧气密度，而三氧化二锑能够吸收大量的热，从氧气与热源两方面同时作用实现阻燃；又利用了复合无纺布中覆膜无纺布的特殊结构，将溴系阻燃剂与纳米三氧化二锑分别分散于两个层结构，有效的避免了聚乙烯树脂薄膜中阻燃剂的添加量过高。大大降低了聚乙烯树脂中的阻燃剂含量，而且使用对聚乙烯树脂薄膜力学性能影响更小的溴系阻燃剂，避免无机阻燃剂固体填料的介入，有效提高了聚乙烯树脂薄膜的力学性能；同时，纳米三氧化二锑采用了融入胶层的添加方法，利用其颗粒纳米级的特性，在胶层中获得了更好的分散效果，燃烧时具有更均匀、快速的成膜效果，阻燃效果大大提升，也避免了纳米阻燃剂融入聚合物中可能产生的团聚问题，解决了纳米阻燃剂与聚合物的配合问题；并且纳米阻燃剂的胶层外层覆盖有聚乙烯层，相当于一层覆盖隔绝层，恰好能够避免纳米阻燃剂易结合空气失效，也避免纳米阻燃剂向表面迁移造成的分散不均，保证能够在发生燃烧时纳米阻燃剂与溴系阻燃剂起到良好的配合阻燃效果；此外，在实际应用实验中发现，上述阻燃剂与复合无纺布还能起到特殊的配合效应，即，片状复合无纺布材料发生燃烧时，由于聚乙烯层有受热收缩特性，而胶层因纳米三氧化二锑的吸热能力受热软化、舒张，燃烧初期整张复合无纺布的边缘部分将向聚乙烯层方向卷起，胶层、无纺布层会将收缩的聚乙烯层包裹，聚乙烯层中溴系阻燃剂阻燃产生的大量烟气将会被包裹进无纺布形成的“布包”中，既避免烟气扩散，又便于胶层的纳米三氧化二锑形成氧气阻隔膜，有效避免燃烧滴落，从而显著提高了复合无纺布整块面料实际应用中的阻燃效果和抑烟效果，实际阻燃性能远超V‑0级标准要求。

[0009] 优选的，所述的溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷。

[0010] 十溴二苯乙烷与纳米三氧化二锑具有更好的配合阻燃效果。

[0011] 根据对阻燃性能或溴含量的要求，在其他实施例中添加四溴对二甲苯与六溴对二苯后的依然能够获得所需的阻燃效果。

[0012] 优选的，所述的溴系阻燃剂与纳米三氧化二锑阻燃剂在相同面积的阻燃复合无纺布中重量比例为2 4：1。~

[0013] 优选的，所述的溴系阻燃剂与纳米三氧化二锑阻燃剂在相同面积的阻燃复合无纺布中重量比例为3：1。

[0014] 实际的其中一种阻燃剂的用量根据最终的复合无纺布的力学性能要求添加，而两种相互配合的阻燃剂的添加比例在上述的优选比例下最佳：一方面本发明利用结构的配合效应提高了阻燃效果，另一方面利用纳米分散剂在胶层中的分散效果，溴系阻燃剂与纳米三氧化二锑阻燃剂2 4：1的比例已经能够达到最佳的阻燃效果，与溴系阻燃剂达到较好的~配合效果，而较少的三氧化二锑能够避免对胶层或者整个复合无纺布的力学性能影响。

[0015] 优选的，所述的胶层或聚乙烯层还含有阻燃增效剂，所述的阻燃增效剂为氢氧化铝或氢氧化镁。

[0016] 得益于复合无纺布的特殊结构，以及分离到胶层的纳米三氧化二锑，可以向胶层额外添加阻燃增效剂而不必担心过多的无机阻燃成分影响聚乙烯的力学性能，而添加的氢氧化铝或氢氧化镁与锑系的阻燃剂有良好的协同效果，能够大幅提高锑系阻燃剂的吸热隔氧效果，最终提高整体的阻燃效果。

[0017] 进一步优选的，所述的阻燃增效剂为氢氧化铝，并且添加在胶层中。

[0018] 同时避免三系阻燃体系中，阻燃增效剂与溴系阻燃剂之间的阻燃干扰效应，实际应用中阻燃剂种类并非越多越好，两种阻燃成分配合在一起可能会出现阻燃效果下降的情况，而发明人发现，氢氧化铝或氢氧化镁添加进入聚乙烯膜层除了会影响聚乙烯层的力学性能，与溴系阻燃剂的配合效果并不理想，最佳的配合效果应当是溴系阻燃剂与纳米三氧化二锑的阻燃协同效果，外加阻燃增效剂对纳米三氧化二锑的增效效果。

[0019] 一种以上所述的阻燃复合无纺布的制备方法，其特征在于：热熔胶加热熔融，添加纳米三氧化二锑阻燃剂搅拌均匀，向无纺布上方施加混合纳米三氧化二锑的热熔胶形成胶层，胶层上方覆盖含有溴系阻燃剂的聚乙烯薄膜凝固定型。

[0020] 优选的，所述的含有溴系阻燃剂的聚乙烯薄膜制备步骤包括：母粒混合、添加溴系阻燃剂、搅拌、挤出和冷却定型。

[0021] 得益于未将纳米三氧化二锑添加进入聚乙烯组合物体系，可采用基础的聚乙烯薄膜制备方法，而其中的溴系阻燃剂本身与聚乙烯相容性好，能够在保证最终的复合无纺布阻燃效果的基础上，采用简单高效的制备方法，提高生产效率。

[0022] 进一步优选的，所述的含有溴系阻燃剂的聚乙烯薄膜原料按重量比例包括LDPE20% 、LLDPE50%、MLDPE20%和溴系阻燃剂10%。

[0023] 优选的溴系阻燃剂含量能够与纳米三氧化二锑产生优良的配合效果，同时避免添加量过高造成的燃烧生烟量大问题，避免含量过高造成的溴系阻燃剂易氧化发黄沉积的阻燃剂失效问题。

[0024] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：利用了溴系阻燃剂与三氧化二锑的特殊配合效果，溴系阻燃剂在燃烧时降低氧气密度，而三氧化二锑能够吸收大量的热，从氧气与热源两方面同时作用实现阻燃；又利用了复合无纺布中覆膜无纺布的特殊结构，将溴系阻燃剂与纳米三氧化二锑分别分散于两个层结构，有效的避免了聚乙烯树脂薄膜中阻燃剂的添加量过高。相同的复合无纺布阻燃剂含量下，大大降低了聚乙烯树脂中的阻燃剂含量，而且使用对聚乙烯树脂薄膜力学性能影响更小的溴系阻燃剂，避免无机阻燃剂固体填料的介入，有效提高了聚乙烯树脂薄膜的力学性能；同时，纳米三氧化二锑采用了融入胶层的添加方法，利用其颗粒纳米级的特性，在胶层中获得了更好的分散效果，燃烧时具有更均匀、快速的成膜效果，阻燃效果大大提升，也避免了纳米阻燃剂融入聚合物中可能产生的团聚问题，解决了纳米阻燃剂与聚合物的配合问题；并且含有纳米阻燃剂的胶层外层覆盖有聚乙烯层，相当于一层覆盖隔绝层，恰好能够避免纳米阻燃剂易结合空气失效，也避免纳米阻燃剂向表面迁移造成的分散不均，仍然能够在发生燃烧时，保证纳米阻燃剂与溴系阻燃剂起到良好的配合阻燃效果；此外，在实际应用实验中发现，上述阻燃剂与复合无纺布还能起到特殊的配合效应，即，片状复合无纺布材料发生燃烧时，由于聚乙烯层有受热收缩特性，而胶层因纳米三氧化二锑的吸热能力受热软化、舒张，燃烧初期整张复合无纺布的边缘部分将向聚乙烯层方向卷起，胶层、无纺布层会将收缩的聚乙烯层包裹，聚乙烯层中溴系阻燃剂阻燃产生的大量烟气将会被包裹进无纺布形成的“布包”中，既避免烟气扩散，又便于胶层的纳米三氧化二锑形成氧气阻隔膜，有效避免燃烧滴落，从而显著提高了复合无纺布整块面料实际应用中的阻燃效果和抑烟效果，实际阻燃性能远超V‑0级标准要求。

具体实施方式

[0025] 下面结合实施例对本发明做进一步说明，实施例1是本发明的最佳实施例。

[0026] 以下实施例中，无纺布购买自山东华业无纺布有限公司，无纺布牌号为华业SSS高抗。

[0027] 实施例1

[0028] 一种阻燃复合无纺布的制备方法，包括以下步骤：

[0029] 1）按重量比例LDPE母粒20% 、LLDPE母粒50%、MLDPE母粒20%和十溴二苯乙烷10%混合均匀搅拌，将搅拌好的物料加入螺旋挤出机，挤出、冷却定型、切边、摆动、电晕获得聚乙2
烯薄膜，收卷备用，聚乙烯薄膜的克重为30g/m；

[0030] 2）热熔胶采用德渊公司生产的合得妙牌（牌号C9014）热熔胶，加热至融化，添加市购的纳米三氧化二锑，和购买自山东泰星新材料股份有限公司的氢氧化铝粉末，搅拌30min，避免过长时间搅拌胶内出现气泡，利用施胶机向无纺布基布上均匀施胶，施胶重量
2
为3g/m；

[0031] 其中，混合了纳米三氧化二锑与氢氧化铝粉末的热熔胶中，纳米三氧化二锑重量含量为30%，氢氧化铝的重量含量为0.5%；

[0032] 3）将步骤1）获得的聚乙烯薄膜覆盖于步骤2）的热熔胶层之上，冷却定型，获得阻燃复合无纺布。

[0033] 所述的阻燃复合无纺布，包括无纺布层、胶层与聚乙烯层；胶层位于无纺布层与聚乙烯层之间，聚乙烯层含有十溴二苯乙烷阻燃剂，胶层中含有纳米三氧化二锑阻燃剂与氢氧化铝阻燃增效剂；

[0034] 其中，单位面积的阻燃复合无纺布中，十溴二苯乙烷与纳米三氧化二锑的重量比例为3：1。

[0035] 实施例2

[0036] 一种阻燃复合无纺布，制备方法在实施例1的基础上，调整步骤2）纳米三氧化二锑的用量，使最终单位面积的阻燃复合无纺布中十溴二苯乙烷与纳米三氧化二锑的重量比例为2：1。

[0037] 其他条件与实施例1相同。

[0038] 实施例3

[0039] 一种阻燃复合无纺布，制备方法在实施例1的基础上，调整步骤2）纳米三氧化二锑的用量，使最终单位面积的阻燃复合无纺布中十溴二苯乙烷与纳米三氧化二锑的重量比例为4：1。

[0040] 其他条件与实施例1相同。

[0041] 实施例4

[0042] 一种阻燃复合无纺布，在实施例1的基础上，将十溴二苯乙烷替换为十溴二苯乙醚，其他条件与实施例1相同。

[0043] 实施例5

[0044] 一种阻燃复合无纺布，在实施例1的基础上，步骤2）不添加氢氧化铝，其他条件与实施例1相同。

[0045] 实施例6

[0046] 一种阻燃复合无纺布，在实施例1的基础上，调整步骤2）纳米三氧化二锑的用量，使最终单位面积的阻燃复合无纺布中十溴二苯乙烷与纳米三氧化二锑的重量比例为1：1，其他条件与实施例1相同。

[0047] 实施例7

[0048] 一种阻燃复合无纺布，在实施例1的基础上，步骤1）十溴二苯乙烷替换为六溴对二甲苯，其他条件与实施例1相同。

[0049] 实施例8

[0050] 一种阻燃复合无纺布，在实施例1的基础上，氢氧化铝在步骤1）添加进入聚乙烯层原料中混合搅拌，步骤2）不再添加氢氧化铝，其他条件与实施例1相同。

[0051] 实施例9

[0052] 一种阻燃复合无纺布，在实施例1的基础上，步骤1）十溴二苯乙烷添加量设置为5%，MLDPE母粒添加量设为25%，其他条件与实施例1相同。

[0053] 实施例10

[0054] 一种阻燃复合无纺布，在实施例1的基础上，步骤1）十溴二苯乙烷添加量设置为15%，LLDPE母粒添加量设为45%；步骤2）热熔胶中纳米三氧化二锑重量含量设置为5%，其他条件与实施例1相同。

[0055] 对比例1

[0056] 一种阻燃复合无纺布，在实施例1的基础上，步骤2）不再添加纳米三氧化二锑与氢氧化铝，而是在步骤1）中，纳米三氧化二锑与氢氧化铝与十溴二苯乙烷一起添加进入聚乙烯树脂母粒中混合。其中，十溴二苯乙烷与纳米三氧化二锑的重量比例设置为4：1，以避免纳米三氧化二锑导致的聚合物团聚现象，十溴二苯乙烷在聚乙烯薄膜中的重量含量设为10%，其他条件与实施例1相同。

[0057] 对比例2

[0058] 一种阻燃复合无纺布，在实施例1的基础上，将步骤1）添加的十溴二苯乙烷在步骤2）添加进入热熔胶搅拌均匀，在步骤1）不再添加，其他条件与实施例1相同。

[0059] 对比例3

[0060] 一种阻燃复合无纺布，在实施例1的基础上，将胶层的纳米三氧化二锑阻燃剂替换为普通三氧化二锑阻燃剂，其他条件与实施例1相同。

[0061] 性能测试

[0062] （一）样品选择

[0063] 每批阻燃复合无纺布产品在生产过程中，每一卷取样2 m*1m进行性能测试。

[0064] （二）性能标准

[0065] 1、阻燃性能检测标准采用《GB/T 5455‑1997》，应符合下列要求：

[0066] a）损毁长度不大于200mm；

[0067] b）续燃时间不超过15s；

[0068] c）阴燃时间不超过10s。

[0069] 各实施例与对比例性测试结果见下表1。

[0070] 表1 性能测试结果

[0071] 。

[0072] 对实施例1进行力学性能测试，实施例1性能测试结果见下表2。

[0073] 表2 实施例1力学性能测试结果

[0074] 。

[0075] 实施例2、6因在胶层中添加了过量的无机阻燃剂，预估力学性能中剥离性能将出现严重下降，参照实施例1力学性能测试标准进行测试后，实施例2在剥离强度一项上测试结果平均值为1.7 N/50mm，实施例6为1.5 N/50mm，阻燃性能符合较高要求，但剥离性能相较于实施例1略低。实施例8获得的阻燃复合无纺布断裂强力（CD）平均值为50.5，断裂强力（MD）平均值为111，可见阻燃增效剂添加在聚乙烯层中，会对聚乙烯层的断裂强力物理性能产生一定的负面影响。实施例1 10所得的阻燃复合无纺布产品均已通过下游客户的力学性~能验收。

[0076] 此外，实施例1相较于对比例1，能够通过简单触摸明显区分，实施例1聚乙烯层光滑平整，而对比例1有明显的凸起小颗粒，轻微的刺感，实施例1相较于对比例1触感更高档，同时发明人根据实施例4与实施例1的性能测试结果推测，作为在两个层结构形成的协同阻燃体系，十溴二苯乙烷相较于十溴二苯乙醚更适应协同增效，具有更强的与纳米三氧化二锑的配合效果。

[0077] 此外，根据发明人的实际完全引燃实验，当将实施例1制得的2m*1m的样品布料丢入面积大于样品布料的燃烧区域时，在进入的前十秒内样品布料未发生冒烟现象，而将对比例1的样品布料进行上述实验时，在第5s即在现场发出较大的青烟与刺鼻气味。

[0078] 在上述技术条件下，可采用普通阻燃级别的无纺布或市购的不含阻燃剂的无纺布，依然能够达到较好阻燃效果。

[0079] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。