CN104841203A - 一种纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法，其产品的质量百分比组分为聚乳酸97～99％，平均粒径不超过25nm的蒙脱土1～3％。制备步骤包括，步骤一，先将平均粒径不超过25nm的纳米蒙脱土微粒以20％的质量百分比与熔喷专用聚乳酸切片分散均匀混合熔融，冷却造粒，得到纳米蒙脱土改性聚乳酸切片；步骤二，再将所得纳米蒙脱土改性聚乳酸切片以5～15％质量百分比与熔喷专用聚乳酸切片均匀混合，喂入螺杆挤出机中进行熔喷纺丝，得到熔喷复合非织造过滤材料；该产品具有高效低阻的过滤效果，对于PM2.5可以起到很好的过滤效果，其过滤效果可以达到100％。同时该产品具有抑菌效果和生物可降解特性，是一种绿色环保的高效过滤材料。
Description
技术领域
本发明涉及非织造材料制作工艺应用技术领域，具体为一种纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法。
背景技术
经济发展日益迅速的当今社会，生活水平的提高伴随较严重的空气污染。汽车尾气，工业烟尘，垃圾焚烧粉尘对人体健康产生了不良影响。纤维过滤材料具有过滤效率高、压力降低小的优点，已经成为空气净化的最主要方法。但是，对于普通的过滤材料来说，过滤材料和粒子之间的静电吸附作用很弱，机械阻挡起主要作用，对微小的颗粒物的过滤不够彻底，尤其当颗粒物较小时，机械沉积作用下降，不能获得很好的过滤效果。而且过滤材料的表面容易产生有害的微生物，可能会对过滤的空气产生再次污染，远远达不到净化空气的作用。
静电力在纤维过滤材料中的应用对提高过滤效率具有显著优势。驻极体是指那些能够长期储存电荷的电介质材料。驻极体气体过滤器中纤维材料本身带电，通过库伦力作用捕获带电粉尘。其纤维以低密度形成疏松和开放式结构，过滤阻力降低。在相同的功效时，其流阻仅是机械型过滤器的10％左右。另外细菌和病毒具有天然的驻极态(带负电),通常依附于粉尘上,当它们通过驻极体滤材孔隙时,由驻极体产生的强静电场和微电流会刺激细菌使蛋白质变异,损伤细菌的细胞质及细胞膜,破坏细菌的表面结构,导致细菌死亡。正是由于驻极体过滤器所具有的低流阻、高效率、除尘灭菌等多重功能及对具有致癌作用的亚微米级粒子突出的捕获能力,使其在空气净化领域显示出独特的优势,成为新一代环境净化的主导产品。
常用作驻极材料的聚丙烯纤维原料来自石油资源，不可实现资源的循环利用，故我们需要寻找一种可代替聚丙烯的纤维，实现可持续发展。聚乳酸(PLA)从玉米等谷物中获得，是一种具有生物降解性材料。其废弃后经微生物作用可分解为CO2和水，且焚烧时，不会散发出毒气，不会造成大气污染。目前，驻极聚乳酸熔喷非织造过滤材料的相关研究工作还较少，主要集中在实验性研究阶段，离规模化生产还有一定距离。这主要是由于聚乳酸的具有较高的吸湿性能，其大的回潮率会导致驻极后，材料表面的电荷迅速散逸从而使过滤性能迅速下降。
蒙脱土能够改善聚乳酸材料的介电性能。蒙脱土片层以纳米量级均匀分散在有机聚合物中,一方面以界面势垒的形式对载流子产生散射作用,另一方面由于其较高的表面能,对复合材料中的载流子有陷阱作用,使载流子在跃迁过程中被界面陷阱所捕获,从而使其介电性能更为优异。采用纳米蒙脱土对聚乳酸熔喷复合非织造过滤材料进行改性，可以使材料获得较稳定的驻极效果，但目前国内外还未见耐久驻极纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷复合非织造过滤材料及其制备方法的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法，它具有高效低阻的过滤效果，对于PM2.5可以起到很好的过滤效果，其过滤效果可以达到100％。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法，其产品的质量百分比组分为聚乳酸97～99％，平均粒径不超过25nm的蒙脱土粒子1～3％；其制备方法包括以下步骤，步骤一，纳米蒙脱土改性聚乳酸切片制备；步骤二，熔喷法纳米蒙脱土改性熔喷复合非织造过滤材料制备；步骤三，外置式电晕放电驻极处理。
其中在步骤一中，将熔喷专用聚乳酸切片分别在100℃下干燥12小时，将平均粒径不超过25nm的纳米蒙脱土微粒以20％的质量百分比与熔喷专用聚乳酸切片分散均匀混合，加入螺杆挤出机在160-180℃温度下熔融挤出，冷却造粒，得到纳米蒙脱土改性聚乳酸切片。
在步骤二中，将所得纳米蒙脱土改性聚乳酸切片以5～15％质量百分比与熔喷专用聚乳酸切片均匀混合，喂入螺杆挤出机中进行熔喷纺丝，纺丝温度为150-220℃，熔体经螺杆到纺丝组件，从喷丝板喷出，经高速热气流牵伸，制成熔喷超细纤维，并在接收装置上形成熔喷非织造材料，纺丝速度200-1500m/min，得到纳米蒙脱土改性熔喷复合非织造过滤材料。
在步骤三中，利用高压直流电源，采用外置式电晕放电处理装置对步骤B制得的材料进行驻极处理，制备耐久驻极纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷复合非织造过滤材料；驻极电压为5～20KV，驻极隔距为35～65mm，驻极时间为1～5S。
进一步，所述的纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料为耐久驻极纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷复合非织造过滤材料，该材料为纳米蒙脱土改性的聚乳酸熔喷复合非织造材料，所述的改性聚乳酸熔喷非织造材料纤维细度在2-10μm，面密度4-20g/m2。
作为本发明的优选方案：在所述的步骤一中，螺杆挤出机温度优选为170℃；在所述的步骤二中，所述纺丝温度为190℃，纺丝速度900m/min；在所述的步骤三中，驻极电压为15KV，驻极隔距为45mm，驻极时间为4S。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法，用纳米蒙脱土对PLA熔喷材料改性，克服了纯PLA熔喷非织造过滤材料驻极性能不稳定的缺点。该产品具有高效低阻的过滤效果，对于PM2.5可以起到很好的过滤效果，其过滤效果可以达到100％。同时具有抑菌效果和生物可降解特性，是一种绿色环保的高效过滤材料。
附图说明
图1为耐久驻极纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷复合非织造过滤材料制备工艺流程。
图2电晕驻极处理装置示意图；a,下电极板；b，多针电极；c，试样。
图3纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷复合纤维电子光学显微镜照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法，其产品的质量百分比组分为聚乳酸97～99％，平均粒径不超过25nm的蒙脱土粒子1～3％；其制备方法包括以下步骤，步骤一，纳米蒙脱土改性聚乳酸切片制备；步骤二，熔喷法纳米蒙脱土改性熔喷复合非织造过滤材料制备；步骤三，外置式电晕放电驻极处理；
其中在步骤一中，将熔喷专用聚乳酸切片分别在100℃下干燥12小时，将平均粒径不超过25nm的纳米蒙脱土微粒以20％的质量百分比与熔喷专用聚乳酸切片分散均匀混合，加入螺杆挤出机在160-180℃温度下熔融挤出，冷却造粒，得到纳米蒙脱土改性聚乳酸切片；
在步骤二中，将所得纳米蒙脱土改性聚乳酸切片以5～15％质量百分比与熔喷专用聚乳酸切片均匀混合，喂入螺杆挤出机中进行熔喷纺丝，纺丝温度为150-220℃，熔体经螺杆到纺丝组件，从喷丝板喷出，经高速热气流牵伸，制成熔喷超细纤维，并在接收装置上形成熔喷非织造材料，纺丝速度200-1500m/min，得到纳米蒙脱土改性熔喷复合非织造过滤材料；
在步骤三中，利用高压直流电源，采用外置式电晕放电处理装置对步骤B制得的材料进行驻极处理，制备耐久驻极纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷复合非织造过滤材料；驻极电压为5～20KV，驻极隔距为35～65mm，驻极时间为1～5S。
进一步，所述的纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料为耐久驻极纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷复合非织造过滤材料，该材料为纳米蒙脱土改性的聚乳酸熔喷复合非织造材料，所述的改性聚乳酸熔喷非织造材料纤维细度在2-10μm，面密度4-20g/m2。
实施例：将熔喷专用聚乳酸切片分别在100℃下干燥12小时，将平均粒径不超过25nm的纳米蒙脱土微粒以5％的质量百分比与熔喷专用聚乳酸切片分散均匀混合，加入螺杆挤出机在190℃温度下熔融挤出，冷却造粒，得到纳米蒙脱土改性聚乳酸切片。再将所得纳米蒙脱土改性聚乳酸切片5％质量百分比与熔喷专用聚乳酸切片均匀混合，喂入螺杆挤出机中进行熔喷纺丝，纺丝温度为190℃，熔体经螺杆到纺丝组件，从喷丝板喷出，经高速热气流牵伸，制成熔喷超细纤维，并在接收装置上形成熔喷非织造材料，纺丝速度900m/min，得到纳米蒙脱土改性熔喷复合非织造过滤材料；利用高压直流电源，采用外置式电晕放电处理装置对上述步骤制得的材料进行驻极处理，制备耐久驻极纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷复合非织造过滤材料。驻极电压为15KV，驻极隔距为45mm，驻极时间为4S。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法，其产品的质量百分比组分为聚乳酸97～99％，平均粒径不超过25nm的蒙脱土粒子1～3％；其制备方法包括以下步骤，步骤一，纳米蒙脱土改性聚乳酸切片制备；步骤二，熔喷法纳米蒙脱土改性熔喷复合非织造过滤材料制备；步骤三，外置式电晕放电驻极处理；其特征在于：
其中在步骤一中，将熔喷专用聚乳酸切片分别在100℃下干燥12小时，将平均粒径不超过25nm的纳米蒙脱土微粒以20％的质量百分比与熔喷专用聚乳酸切片分散均匀混合，加入螺杆挤出机在160-180℃温度下熔融挤出，冷却造粒，得到纳米蒙脱土改性聚乳酸切片；
在步骤二中，将所得纳米蒙脱土改性聚乳酸切片以5～15％质量百分比与熔喷专用聚乳酸切片均匀混合，喂入螺杆挤出机中进行熔喷纺丝，纺丝温度为150-220℃，熔体经螺杆到纺丝组件，从喷丝板喷出，经高速热气流牵伸，制成熔喷超细纤维，并在接收装置上形成熔喷非织造材料，纺丝速度200-1500m/min，得到纳米蒙脱土改性熔喷复合非织造过滤材料；
在步骤三中，利用高压直流电源，采用外置式电晕放电处理装置对步骤B制得的材料进行驻极处理，制备耐久驻极纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷复合非织造过滤材料；驻极电压为5～20KV，驻极隔距为35～65mm，驻极时间为1～5S。
2.根据权利要求1所述的一种纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法；其特征在于：所述的纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料为耐久驻极纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷复合非织造过滤材料，其特征在于；该材料为纳米蒙脱土改性的聚乳酸熔喷复合非织造材料，所述的改性聚乳酸熔喷非织造材料纤维细度在2-10μm，面密度4-20g/m2。
3.根据权利要求1所述的一种纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法，其特征在于：在所述的步骤一中，螺杆挤出机温度优选为170℃；在所述的步骤二中，所述纺丝温度为190℃，纺丝速度900m/min；在所述的步骤三中，驻极电压为15KV，驻极隔距为45mm，驻极时间为4S。
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