CN104971630A

CN104971630A - 一种聚烯烃空气过滤复合膜及其制备方法

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Publication number: CN104971630A
Application number: CN201510344271.3A
Authority: CN
Inventors: 吴术球; 杨佳富
Original assignee: Shenzhen Senior Technology Material Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Senior Technology Material Co Ltd
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2015-10-14

Abstract

本发明提供了一种聚烯烃空气过滤复合膜，其特征在于，包括一层空气过滤膜和两层保护膜，其中保护膜分别位于在空气过滤膜的两侧，所述空气过滤膜采用热致相分离法制备，与现有技术相比过滤PM2.5效果尤其显著。本发明还提供热致相分离法制备聚烯烃空气过滤复合膜的工艺方法，经过挤出、流延、双向拉升、萃取等工艺，不但能够高效连续地大规模生产，而且能够灵活地控制孔隙率和孔径大小。同时，经过双向拉伸制备的空气过滤膜的强度要远远大于通过熔纺、静电纺丝等方法制备的纳米纤维膜。此外，还可以和PET无纺布或者玻璃纤维针刺毡进行复合，得到对空气具有高效过滤能力，且强度优异、防止划伤、高温性能好、二次加工性能突出的聚烯烃空气过滤复合膜。

Description

一种聚烯烃空气过滤复合膜及其制备方法

技术领域

本发明属于空气过滤材料的制备领域，特别涉及一种聚烯烃空气过滤复合膜及其制备方法。

背景技术

近年来，我国空气污染愈发严重，人们对空气污染的关注度也越来越高,特别是近期出现的连续大范围雾霾天气更加促进了老百姓对空气质量的担忧。空气质量的恶化已经严重影响了人们的日常生化，PM2.5成为每日必须检测的项目。

同时，室内空气充斥着颗粒物、甲醛、总挥发性有机物(TVOC)、细菌、病毒、过敏源、异味气体、放射源等各种污染物,被列入对公众健康影响最大的五个环境因素之一。空气污染对人类健康危害已成为全世界共同面临的难题，为了更加有效地净化空气，还人们一个洁净环保的生活居住环境，空气净化技术得到了人们的高度关注。

空气过滤用品例如口罩、空气过滤器、防毒面具等在维护人类的绿色生活和身体健康中逐步占领重要地位。空气过滤膜必须具有将空气中的固体有害物质截留或是与之发生吸附反应等作用，才能达到净化空气，保证人类健康之目的。目前，市场上的日用、医用空气过滤膜，例如口罩、空气过滤器、防毒面具等，多数采用静电纺丝方法制备。比如，CN103480285A公开了一种增强聚砜纳米纤维空气过滤膜及其静电纺丝制备方法，CN104368245A同样公开了一种静电纺丝空气过滤膜及其制备方法。但是，静电纺丝制备得到的空气过滤膜，使用过程中很容易损伤，且长期使用的抗形变能力及耐热性较差。

本发明通过研究发现，采用热致相分离法制备的聚烯烃空气过滤复合膜，对于PM2.5过滤效果更为显著。尤其，两侧复合PET无纺布层或玻璃纤维针刺毡，使用过程中不易损伤，且长期使用的抗形变能力及耐热性较强。具有本领域技术人员意想不到的技术效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于室内空气过滤系统、能够有效过滤PM2.5的聚烯烃空气过滤复合膜及其制备方法。

一种聚烯烃空气过滤复合膜，其特征在于，包括一层空气过滤膜和两层保护膜，其中保护膜分别位于在空气过滤膜的两侧，所述空气过滤膜采用热致相分离法制备。

国内外目前均无采用热致相分离法制备空气过滤膜的报导，本发明首次采用此方法具有工艺简单，更适合连续地大规模生产，其中制备所得的空气过滤膜对于PM2.5过滤效果更为显著等点，其PM2.5过滤效率高达90％以上，远远高于现有技术80％左右的过滤效率，具有本领域技术人员意想不到的技术效果。尤其，本发明优选的技术方案在空气过滤膜两侧分别复合一层保护膜，具有拉伸强度优异、防止划伤、高温性能优异、二次加工性能优异等显著进步。

所述空气过滤膜，其优选厚度为80μm～300μm，孔隙率为50％～80％，空气透过率为5～200L/(m²·s)。

所述的保护膜优选为PET无纺布或玻璃纤维针刺毡；其中，更优选PET无纺布的孔隙率为80％～95％，所述PET无纺布的厚度为30μm～100μm。

本发明的上述空气过滤膜通过以下技术方案实现：

a、聚烯烃粉末溶胀溶解：将聚烯烃树脂粉末和稀释剂充分搅拌混合，在氮气保护下，升温至80～150℃保温溶胀，得到溶胀聚烯烃；

b、铸片：将上一步骤所得的混合物通过挤出机塑化形成聚烯烃熔体，然后从模头挤出，得到片状聚烯烃流延膜，挤出机工作温度在100～400℃；

c、一次拉伸：上述聚烯烃流延膜经过单向或者双向拉伸，然后在室温下利用对溶剂膜片萃取除油并干燥；

d、二次拉伸及热定型：将萃取后的膜片在热拉伸箱中再进行二次拉伸和热定型处理，最终得到纤维化的聚烯烃微孔膜；

e、上述制备的聚烯烃微孔膜的两侧分别复合一层保护膜，在80℃下热复合，得到三层复合空气过滤膜。

所述聚烯烃树脂的平均分子量为1×10⁴～1×10⁷。优选1×10⁴～5×10⁶，作为更优选，聚烯烃的分子量为5×10⁵～5×10⁶。

所述稀释剂为石蜡油、固体石蜡、大豆油、花生油、橄榄油、邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二丁酯和甘油酯中的一种或两种以上的混合物。作为优选，稀释剂为低分子量的石蜡油或固体石蜡。

所述萃取溶剂为戊烷、己烷、庚烷、二氯甲烷、四氯化碳、二氧五环、二乙醚、二恶烷和甲基乙基甲酮中的一种或两种以上的混合物。

所述聚烯烃粉末的粒径范围为0.01μm～5μm。优选0.1μm～2μm。

本发明优选技术方案，所述步骤a中，所得到混合物中聚烯烃树脂与稀释剂的比例为1:1～1:10；所述c步骤中，双向拉伸的拉伸倍率为3×3～12×12倍；步骤d中为横向方向单向拉伸，倍率为1～3倍；热定型温度在聚烯烃熔点以下5℃～40℃，热定型时间为3min～20min。

为了得到更均匀孔隙率的微孔膜，本发明进一步的优选技术方案，所述步骤a树脂与稀释剂的比例优选在1:3～1:6；所述c步骤中，双向拉伸的拉伸倍率优选为5×5～10×10倍；步骤d中为横向单向拉伸倍率为优选为1.2～2倍。所制备的聚烯烃空气过滤膜，孔隙率为60％～75％。

本发明具有以下优点：

(1)热致相分离法制备得到的聚烯烃空气过滤膜，生产过程中能够通过调节稀释剂的含量、双向拉伸倍率来精确控制空气过滤膜的厚度、孔径分布及空气透过率，其制备的空气过滤膜对于PM2.5过滤效果尤其显著,其PM2.5过滤效率高达90％以上，尤其本发明优选的技术方案过滤效率高达95％，远远高于现有技术80％左右的过滤效率，具有本领域技术人员意想不到的技术效果。而且，经过双向拉伸制备的空气过滤膜的拉伸强度也要远远大于通过熔纺、静电纺丝等方法制备的纳米纤维膜。

(2)外侧PET无纺布层或玻璃纤维针刺毡的存在，提高聚烯烃微孔膜在高温下保持形体的能力；同时，给予聚烯烃微孔膜很好地保护，使其在二次加工或者使用过程中具有良好的装配性能。使用过程中不易损伤，且长期使用的抗形变能力及耐热性较强。

(3)热致相分离法制备方法与其它现有工艺相比，工艺简单，产量高，适合大规模连续生产，高效的生产效率降低了生产成本；并且本发明采用的是聚烯烃，原料价格便宜，最终空气过滤膜成本将大大降低。

附图说明

图1为三层的聚烯烃空气过滤复合膜

具体实施方式

实施例1

将聚乙烯树脂粉末和石蜡油按照1:4的比例混合搅拌混合，在90℃下溶胀10h，得到溶胀后的混合物；混合物经过挤出流延，急冷辊冷却成片材，进行一次拉伸，一次拉伸为双向拉伸，拉伸温度为110℃，拉伸倍率为9×9倍；一次拉伸后的膜在庚烷中进行萃取除油，得到除油后的白膜；上述白膜再经过横向拉伸，拉伸倍率为1.5倍，拉伸温度为120℃；最后在130℃下热定型，定型时间为3min，得到厚度为25μm，孔隙率为70％的聚烯烃微孔膜。然后在上述聚烯烃微孔膜两侧分别复合一层厚度为40μm，孔隙率为80％的PET无纺布，热复合温度为80℃。最终得到三层的空气过滤复合膜。如图1所示，其中S1和S3为PET无纺布层，S2为聚乙烯微孔膜层。

实施例2

将聚乙烯树脂粉末和石蜡油按照1:10的比例混合搅拌混合，在90℃下溶胀10h，得到溶胀后的混合物；混合物经过挤出流延，急冷辊冷却成片材，进行一次拉伸，一次拉伸为双向拉伸，拉伸温度为110℃，拉伸倍率为3×3倍；一次拉伸后的膜在庚烷中进行萃取除油，得到除油后的白膜；上述白膜再经过横向拉伸，拉伸倍率为1倍，拉伸温度为120℃；最后在130℃下热定型，定型时间为3min，得到厚度为25μm，孔隙率为50％的聚烯烃微孔膜。然后在上述聚烯烃微孔膜两侧分别复合一层厚度为80μm，孔隙率为85％的PET无纺布，热复合温度为80℃。最终得到三层的空气过滤复合膜。如图1所示，其中S1和S3为PET无纺布层，S2为聚乙烯微孔膜层。

实施例3

将聚乙烯树脂粉末和石蜡油按照1:1的比例混合搅拌混合，在90℃下溶胀10h，得到溶胀后的混合物；混合物经过挤出流延，急冷辊冷却成片材，进行一次拉伸，一次拉伸为双向拉伸，拉伸温度为110℃，拉伸倍率为12×12倍；一次拉伸后的膜在庚烷中进行萃取除油，得到除油后的白膜；上述白膜再经过横向拉伸，拉伸倍率为3倍，拉伸温度为120℃；最后在130℃下热定型，定型时间为3min，得到厚度为25μm，孔隙率为80％的聚烯烃微孔膜。然后在上述聚烯烃微孔膜两侧分别复合一层厚度为100μm，孔隙率为95％的PET无纺布，热复合温度为80℃。最终得到三层的空气过滤复合膜。如图1所示，其中S1和S3为PET无纺布层，S2为聚乙烯微孔膜层。

实施例4

采用实施例1制备聚烯烃空气过滤复合膜步骤，其中述步骤a树脂与稀释剂的比例，所述步骤c双向拉伸的拉伸倍率和步骤d横向单向拉伸倍率，如表2所示。

表2

序号	步骤a树脂与稀释剂	步骤c双向拉伸倍率	步骤d横向单向拉伸倍率
				1	1:1	3×3	1
2	1:3	5×5	1.2
				3	1:5	7×7	1.5
4	1:6	10×10	2
				5	1:10	12×12	3

其中，测试结果如表3所示。

表3

序号	PM2.5过滤效率	MD拉伸强度(MPa)	TD拉伸强度(MPa)
				1	99.00％	950	810
2	98.00％	850	790
				3	97.00％	750	610
4	95.00％	680	520
				5	90.00％	280	260

其中，MD为Machine Direction，即纵向拉伸强度；TD为Transverse Direction，即横向拉伸强度。为了得到更均匀的孔隙率的微孔膜，所述步骤a树脂与稀释剂的比例优选在1:3～1:6；所述c步骤中，双向拉伸的拉伸倍率优选为5×5～10×10倍；步骤d中为横向单向拉伸倍率为优选为1.2～2倍，所制备的聚烯烃空气过滤复合膜，孔隙率为60％～75％。可见，优选技术参数具有PM2.5过滤效率高，拉伸强度优越等显著进步。

对比例2

采用实施例1制备聚烯烃空气过滤复合膜制备步骤，但是不复合PET无纺布层。

实施例	105/1h热收缩率(％)
		实施例1	0.2
对比例2	805

可见，外侧PET无纺布层或玻璃纤维针刺毡的存在，提高聚烯烃微孔膜在高温下保持形体的能力；同时，给予聚烯烃微孔膜很好地保护，使其在二次加工或者使用过程中具有良好的装配性能。使用过程中不易损伤，且长期使用的抗形变能力及耐热性较强。

以上是对本发明超高分子量聚乙烯/热致相液晶复合微孔膜及其制备方法进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种聚烯烃空气过滤复合膜，其特征在于，包括一层空气过滤膜和两层保护膜，其中保护膜分别位于在空气过滤膜的两侧，所述空气过滤膜采用热致相分离法制备。

2.根据权利要求1所述聚烯烃空气过滤复合膜，其特征在于，所述空气过滤膜的优选厚度为80μm～300μm，孔隙率为50％～80％，空气透过率为5～200L/(m²·s)。

3.根据权利要求2所述聚烯烃空气过滤复合膜，其特征在于，所述孔隙率优选为65％～75％。

4.根据权利要求1所述聚烯烃空气过滤复合膜，其特征在于，所述的保护膜优选为PET无纺布或玻璃纤维针刺毡。

5.根据权利要求4所述聚烯烃空气过滤复合膜，其特征在于，所述PET无纺布的孔隙率优选为80％～95％，厚度为30μm～100μm。

6.一种聚烯烃空气过滤复合膜制备方法，其特征在于，包括：

e、上述制备的聚烯烃微孔膜的两侧分别复合一层保护膜，在80℃下热复合，得到三层的空气过滤复合膜。

7.根据权利要求6所述聚烯烃空气过滤复合膜制备方法，其特征在于，所述稀释剂为石蜡油、固体石蜡、大豆油、花生油、橄榄油、邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二丁酯和甘油酯中的一种或两种以上的混合物；作为优选，稀释剂为低分子量的石蜡油或固定石蜡。

8.根据权利要求6所述聚烯烃空气过滤复合膜制备方法，其特征在于，所述萃取溶剂为戊烷、己烷、庚烷、二氯甲烷、四氯化碳、二氧五环、二乙醚、二恶烷和甲基乙基甲酮中的一种或两种以上的混合物。

9.根据权利要求6所述聚烯烃空气过滤复合膜制备方法，其特征在于，所述聚烯烃粉末的粒径范围为0.01μm～5μm；优选0.1μm～2μm。

10.根据权利要求6所述聚烯烃空气过滤复合膜制备方法，其特征在于，所述步骤a树脂与稀释剂的比例优选在1:3～1:6；所述c步骤中，双向拉伸的拉伸倍率优选为5×5～10×10倍；步骤d中为横向单向拉伸倍率为优选为1.2～2倍。