CN103316543A - 空气净化滤材 - Google Patents

Abstract

一种空气净化滤材，采用PET或PPS基布，纺上或混铺上PET或PVA纤维层，再与PPS纤维层或与芳纶混纺后针剌复合，最后在PPS纤维层或与芳纶混纺PTFE微孔膜或铺有发泡层。PET或PVA纤维层是纳米纤维层，施加的量为20-50克/平方米。采用本发明完整的方案：PM2.5过滤率为99%以上，0.3微米过滤率为92%以上，在水泥厂包装车间试用可以达到10天无明显风压损失的效果，经风力反冲或拍打（主要方案可以进行表面清洗）又能继续使用。纳米纤维对电磁波有强烈的吸收能力，同时具有防水、防辐射、杀菌防霉等功效。相对成本低，产量高，而使用的期限可以很长。

Description

空气净化滤材

一、技术领域

本发明涉及一种空气净化滤材，尤其是PM2.5空气净化滤材。 

二、背景技术

空气净化滤材已经是相对比较成熟的发明创造，然而PM2.5是更需要解决的空气处理问题。对细颗粒物”的PM2.5指的是粒径更小的颗粒物，“在漂浮于大气中的颗粒物中，使用能够以50%的比率分离出粒径为2.5微米的颗粒物的装置，去除较大颗粒物之后采集得到的颗粒物”。虽然还含有粒径大于2.5微米的颗粒物，但大致指的是粒径在2.5微米以下的颗粒物，有若干0.3-0.5微米的成分。 

当PM2.5指数成百及至上千时，需要审视呼吸环境，已经到了在生活和工作时使用空气净化滤材的程度（尤其是重雾霾地区），在今后一段时间，PM2.5指数升高的这种趋势仍可能继续。N95口罩是纤维过滤材料的，但其不能清洗，一次重雾霾使用时间只能保证8小时。因此，空气净化滤材在日常生活用品中的应用的要求是长久性和歇脚反冲清洗，不会导致二次污染。 

据文献报导，测定北京PM2.5的成分：含碳的颗粒物，硫酸根，硝酸根，铵根加在一起占了重量了69%。类似地，1999年测定的上海PM2.5中有41.6%是硫酸铵、硝酸铵，41.4%是含碳的物质。PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。 

如果空气中PM2.5的浓度长期高于10微克/立方米，死亡风险就开始上升。浓度每增加10微克/立方米，总的死亡风险就上升4%，得心肺疾病的死亡风险上升6%，得肺癌的死亡风险上升8%。关于PM2.5死亡风险的数据源自2002年发表于《美国医学会杂志》的一篇论文。这篇论文分析了一项长期研究中参与者的死亡率和空气污染之间的关系，发现死亡率升高与PM2.5和二氧化硫的污染有关联，而与粗颗粒物污染没有可靠的关联。当然空气中也有一定浓度的PM2.5，这个浓度被称为背景浓度。背景浓度大约为3-5微克/立方米左右。 

CN200910024746.5公开了聚四氟乙烯针刺毡及其制造方法，其结构自表面向里层依次是:聚四氟乙烯卷曲短纤维层、聚四氟乙烯长丝基布、聚四氟乙烯卷曲短纤维层,针刺毡厚度范围为0.8～1.8mm,其中基布上下穿插有聚四氟乙烯卷曲短纤维,通过针刺使聚四氟乙烯卷曲短纤维形成相互。 

CN200410024542.9公开了由玻璃纤维和聚丙烯纤维组成的复合纤维针刺毡的制作方法。将复合纤维由导丝孔引入抛丝辊的两辊间,由于惯性及重力的作用下落至传送带上, 经过两次针刺作用使其结构固定,分布均匀,再由压辊将其压实后,通过切刀截取所需的宽度,并卷绕起来。 

CN201010121986.X一种芭蕉纤维针刺毡,由至少一层纤维网构成,纤维网由芭蕉纤维和热熔纤维构成,芭蕉纤维在纤维网中的重量百分比为50-90%,热熔纤维在纤维网中的重量百分比为10-50%,芭蕉纤维的长度为3.8-38cm,细度为... 

CN201110104657.9PPs复合针刺毡覆膜滤材的制备方法，将PPs纤维与化纤混合组成的混合纤维覆在PPs基布的上下表面针刺成素毡,再经表面处理剂表面处理后,与PTFE膜高温热压覆合而成;前述混合纤维中,PPs纤维的重量百分含量为60%～80%. 

CN201210003201.8针刺毡滤袋用亚克力涤纶混纺滤材用涤纶纤维和亚克力纤维混纺成过滤基布，大大提高了滤袋的耐水解性及耐酸性，且其成本较纯亚克力滤袋低，同时解决了涤纶滤袋使用寿命偏短的问题。 

CN201110104657.9涉及一种PPs复合针刺毡覆膜滤材的制备方法,，将PPs纤维与化纤混合组成的混合纤维覆在PPs基布的上下表面针刺成素毡,再经表面处理剂表面处理后,与PTFE膜高温热压覆合而成;前述混合纤维中,PPs纤维的重量百分含量为60%～85%,其余为化纤;前述表面处理剂由下述组分按重量比配制而成:丙烯酸酯1%～5%,四氟乳液2%～15%,防水剂1%～8%,偶联剂1%～12%,抗氧化剂1%～5%,余量为水。本发明对1μm以下粉尘过滤效率可达到99.99%,可避免PPs复合针刺毡深层过滤带来的滤材堵塞现象,将有效降低系统过滤阻力,减少清灰次数。这两种效果的综合叠加,使得PPs复合针刺毡覆膜滤材的使用寿命相对普通PPs针刺毡滤材来说得到大幅提高。 

CN200510037950.2一种针刺毡表面处理剂及其浸渍工艺,涉及针刺毡滤材表面处理剂的配方及其工艺处理方法。表面处理剂的配方包括成膜剂、织物整理剂及偶联剂,其具体配方按重量百分比计算,组成如下:1)氟聚物乳液:4-15%;2)高分子酯聚合物:1-20%;3)硅油乳液:1-8%;4)偶联剂:0.1-1%;5)纳米级材料:0.3-3%;6)水:余量。工艺流程如下:针刺毡素毡放卷,通过浸渍槽走毡,经过对辊挤压机进行挤压,经挤压后的湿毡,再送入烘干炉烘干,经烘干的针刺毡用收卷机收卷,得成品。 

CN201110038236.0公开了一种多种纤维复合高温针刺毡及其制备方法。是将无碱玻璃纤维纱与聚苯硫醚长丝和聚四氟乙烯长丝并捻成混纺纱，经过化学浸渍处理后，织成基布；在基布的上面，外层覆盖着纤细致密的聚四氟乙烯短纤维网，内层包裹着聚苯硫醚短纤维和玄武岩短纤维混合网；在基布的下面，覆盖着聚苯硫醚短纤维和玻璃短切丝混合网，然后将其四层网布复合针刺成坯毡；再经化学浸渍处理，成为一种滤袋用复合高温针刺毡。 

CN01010113452.2一种膨体聚四氟乙烯热熔覆膜针刺毡的生产工艺是:将烟气过滤用的微孔膜平铺在需要覆合的滤材基材表面,微孔膜的两边应比滤材基材宽出10-15cm,微孔膜和滤材基材以1-5m/min通过热熔覆合辊并且微孔膜与滤材基材之间不能有速度差, 在热熔覆合辊上。. 

自从美国于1997年率先制定PM2.5的空气质量标准以来，许多国家都陆续跟进将PM2.5纳入监测指标。根据美国癌症协会和哈佛大学的研究结果，世界卫生组织（WHO）于2005年制定了PM2.5的准则值。高于这个值，死亡风险就会显著上升。WHO同时还设立了三个过渡期目标值，为目前还无法一步到位的地区提供了阶段性目标，其中目标-1的标准最为宽松，目标-3最严格[5]。下表列举了WHO以及几个有代表性的国家的标准。中国拟实施的标准与WHO过渡期目标-1相同。美国和日本的标准一样，与目标-3基本一致。欧盟的标准略微宽松，与目标-2一致，澳大利亚的标准最为严格，年均标准比WHO的准则值还低。PM2.5中颗粒物，硫酸根，硝酸根，铵根加在一起占了重量了69%。类似地，1999年测定的上海PM2.5中有41.6%是硫酸铵、硝酸铵，41.4%是含碳的物质。PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。据3M介绍，3M的颗粒物防护口罩都是按照每天在恶劣环境里8小时使用的一次性设计。对于日常应用暂时还没有严格的寿命规定。 

中国的PM2.5强制标准正在征求意见中，并拟于2016年实施，“实施”的含义应该是指开展常规检测并公布结果。PM2.5空气净化滤材的特殊设计是一有意义的事。 

三、发明内容

本发明目的是，提出一种PM2.5空气净化滤材，适用于干式过滤单元，具有高的滤过效率，而且运行成本低，同时还可具有去除空气中的其它有害化学物质，且使用寿命长，易于再生，使用中不易对人体带来可能的二次污染。 

本发明的技术方案是，一种空气净化滤材，采用PET或PPS基布，纺上或混铺上PET或PVA纤维层，再与PPS纤维层或与芳纶混纺一道针剌，最后在PPS纤维层或与芳纶混纺PTFE微孔膜或铺有发泡层。 

进一步的，PET或PVA纤维层是纳米纤维层，施加的量为20-50克/平方米，尤其是纳米纤维层， 

进一步的，发泡层的高分子材料通过发泡剂发泡或高分子乳液发泡，厚0.5-1.5mm。 

进一步的，芳纶与PPS加工成绒状纤维，二者质量比为20-80：80-20，施加的量为10-25克/平方米。 

PET或PVA纤维层是由100nm纤维，也可以压成薄膜或多层膜。 

PTFE膜进行高温热压复合，具有0.3-1微米的孔径。 

本发明主要用于捕集0.3微米及以上的颗粒灰尘及各种悬浮物。过滤材料选型的一般原则按照过滤压力损失和过滤材料孔目数的选择最为重要，此外，物理化学性质和温度范围及易反冲再生也是重要指标。 

本发明的有益效果是：PVA和PET纤维或纳米纤维的较多使用使相对的成本较低，PPS芳纶使材料的耐氧性增强，受冲击强度高，PTFE覆膜对滤材的功能增强并可以使材料的可清洗性能改善。芳纶PPS产品密度低，硬度低，易加工成绒状纤维，再研磨原纤化，使其表面呈蓬松的毛羽状，沿纤维轴向排列许多微原纤，形成很大的表面积，具有良好的吸附性，可很好的与树脂及填料湿润结合，芳纶纤维的突出优点再于其热稳定性，与PPS相混合可以增加PPS的抗氧性和吸附能力；加上100纳米直径左右的纳米纤维效果更好，可以吸附气溶胶。如采用本发明完整的方案，使本发明构成一个优秀滤材：PM2.5过滤率为99%以上，0.3微米过滤率为92%以上，在水泥厂包装车间试用可以达到10天无明显风压损失的效果，经风力反冲或拍打（主要方案可以进行表面清洗）又能继续使用。纳米纤维对电磁波有强烈的吸收能力，同时具有防水、防辐射、杀菌防霉（PET纤维层有纳米级二氧化钛的添加）等功效。相对成本产高，而使用的期限可以很长。PTFE微孔膜或铺有发泡层利于滤材的再生。尤其是采用高分子微孔发泡层的结合使滤材整体更易于再生，形状有一定挺括也便于装配应用于各种空气过滤组件。 

四、具体实施方式

一种PM2.5空气净化滤材是具有复合结构的材料，由基布上PET或PVA纤维层+PPS纤维层或与芳纶混纺针剌，表面设有PTFE微孔膜或微米孔发泡层，PET或PVA纤维层尤其是纳米纤维。 

基布为PPS基布（无纺布等）更好，纺上或混铺上PET或PVA纤维层尤其是纳米纤维层，再与PPS纤维层或与芳纶混纺一道针剌，最后在PPS纤维层或与芳纶混纺PTFE微孔膜或铺有发泡层。发泡层的高分子材料通过发泡剂发泡或高分子乳液发泡。 

发泡层的高分子材料通过发泡剂发泡或高分子乳液发泡，厚0.5-1.5mm。 

芳纶与PPS加工成绒状纤维，二者质量比为20-80：80-20，施加的量为10-25克/平方米。 

PTFE膜进行高温热压复合，主要是0.3-1微米的孔径。 

微米孔发泡层的制备：三种方法，其一是环氧树脂或/和封闭异氰酸酯混合液,第二采用间苯二酚-甲醛-胶乳(简称RFL)双浴法,或者直接采用环氧改性RFL胶乳的一浴法都能有效地增加PPS纤维层或芳纶纤维界面粘合和微孔吸附性能。其三是PU乳液的开孔发泡，发泡层为1mm以内，孔径主要分布在0.3－1微米左右，最大在5微米以内。PPS耐氧差，通过芳纶，受冲击强度高，耐氧性的影响小。 

以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但是本发明并非局限于此，本领域的技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神下，可根据不同的实际需要做出各种具体的变化，但是仍属于本申请的保护范围。 

Claims (8)

1.一种空气净化滤材，其特征是采用PET或PPS基布，纺上或混铺上PET或PVA纤维层，再与PPS纤维层或与芳纶混纺后针剌复合，最后在PPS纤维层或与芳纶混纺PTFE微孔膜或铺有发泡层。

2.根据权利要求1所述的空气净化滤材，其特征是PET或PVA纤维层是纳米纤维层，施加的量为20-50克/平方米。

3.根据权利要求1所述的空气净化滤材，其特征是发泡层的高分子材料通过发泡剂发泡或高分子乳液发泡，厚0.5-1.5mm。

4.根据权利要求1所述的空气净化滤材，其特征是芳纶与PPS加工成绒状纤维，二者质量比为20-80：80-20，施加的量为10-25克/平方米。

5.根据权利要求1所述的空气净化滤材，其特征是PTFE膜进行高温热压复合，0.3-1微米的孔径。

6.根据权利要求1所述的空气净化滤材，其特征是PET或PVA纤维层是由100nm纤维，也可以压成薄膜或多层膜。

7.根据权利要求2所述的空气净化滤材，其特征是，PET或PVA纤维层是纳米纤维层。

8.根据权利要求2所述的空气净化滤材，其特征是，PET或PPS基布为无纺布。