CN106283891A - 一种静电空气滤纸及其制备方法 - Google Patents

一种静电空气滤纸及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种静电空气滤纸，包括聚丙烯/聚酯复合、短切玻璃纤维棉、改性纳米纤维素及防水乳液。本发明还公开了静电空气滤纸的制备方法，包括以下步骤：1)打浆；2)分散；3)配浆；4)成型；5)热压；6)浸渍；7)干燥。通过本发明的制备方法得到的静电空气滤纸，具有较高的过滤效率、相对较低的过滤阻力和质量稳定性好的特性。

Description

一种静电空气滤纸及其制备方法
技术领域
本发明属于滤纸技术领域，尤其是涉及一种静电空气滤纸及其制备方法。
背景技术
随着时代的进步，人们对环境质量的要求越来越高，但经济的快速发展加剧了环境的污染，空气中的粉尘、化学物质、有害微生物等对人们的健康产生了不良影响。同时，医药、生物科学、集成电路、无菌手术室等洁净室的要求越来越高。因此，有效控制空气中的有害物质是有待解决的重大问题。
空气过滤器和过滤材料的应用是净化空气的重要手段。空气滤纸是专门用来制作各类空气滤清器中的纸质滤芯，这种纸质滤芯是空气滤清器中的关键性部件，决定着空气滤清器的性能。制作空气过滤纸的主要原材料有植物纤维、有机纤维、微纤维玻璃棉(玻璃纤维)等。
普通的空气过滤纸主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞、重力沉降等机械阻挡作用来过滤空气中的微粒，因此对粒径小于1um的粒子过滤效果不理想。多数细菌、病毒微生物的大小都是微米级和亚微米级，例如SARS冠状病毒只有约100nm。只有当过滤材料纤维十分细小和密实时才能高效地捕获这些微小的颗粒，这导致过滤材料空气阻力增大，进而导致空气过滤器运行能耗和成本增加；应用于呼吸防护则使呼吸负担增加。现有技术中，通常希望空气过滤纸具有较高的过滤效率，特别是在特定场合的特定用途中，不得不牺牲通过阻力来达到较高的过滤效率。传统的空气过滤材料不是过滤性能不理想，就是价格(成本)太贵。因此，有必要开发一种具有高效、低阻等优点的空气过滤纸以适应社会需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种过滤精度高、过滤阻力小、纳污能力强、使用寿命长及质量稳定性好的静电空气滤纸及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种静电空气滤纸，包括以下组分：50-70份聚丙烯/聚酯纤维复合纤维，20-30份短切玻璃纤维棉，5-10份改性纳米纤维素及5-15份防水乳液。
进一步的，所述聚丙烯/聚酯纤维复合纤维的直径为5-20um。
进一步的，所述短切玻璃纤维棉为直径为0.2-1.0μm的无碱玻璃纤维。
进一步的，所述改性纳米纤维素的直径为3-10nm。
进一步的，所述防水乳液为氟碳憎水剂。
进一步的，所述纳米纤维素经疏水改性处理，疏水基团的取代度为0.10-0.25。
本发明还公开了一种上述静电空气滤纸的制备方法，包括以下步骤：
1)打浆：对聚丙烯/聚酯纤维复合纤维进行打浆处理，控制浆料加拿大游离度为100-200；
2)分散：对短切玻璃纤维棉进行分散处理；
3)配浆：将步骤1)和2)中得到的浆料导入配浆池中，并均匀加入改性纳米纤维素和防水乳液；
4)成型：将步骤3)中得到的混合浆料经纸样抄取器湿法成型，控制定量为40-60g/m2；
5)热压：将步骤4)中得到的纸样经平板硫化机进行热压，热压温度为140-65℃，时间为5-12min；
6)浸渍I：将步骤5)中得到的纸样置入阴离子表面改性剂溶液中浸渍5-15min；
7)干燥I：将步骤6)中得到的纸样在-20～-5℃的温度下真空干燥，干燥时间为12-24h；
8)浸渍II：将步骤7)中得到的纸样置入阳离子表面改性剂溶液中浸渍3-10min；
9)干燥II：将步骤8)中得到的纸样在-20～-5℃的温度下真空干燥，干燥时间为12-24h，即得。
进一步的，所述步骤6)中的阴离子表面改性剂为十八烯酸钠，浓度为0.02M。
进一步的，所述步骤8)中的阳离子表面改性剂为二甲基二十八烷基溴化铵，浓度为0.02M。
静电空气滤纸除原有的机械阻挡作用外，还依靠静电力直接吸引空气中的带电微粒并将其捕获，或诱导空气中的中性微粒产生极性再将其捕获，从而更有效地过滤空气中的亚微米粒子，在不增加空气阻力的情况下显著提高过滤效率。由于电场力是长程力，在同样的过滤效率时，静电空气滤纸空隙的几何尺寸可以大于普通纤维或多孔材料，使静电空气滤纸的气流阻力比传统空气滤纸显著降低，因此可大幅度地节约能源。
本发明的有益效果是：1、本发明采用聚丙烯/聚酯纤维复合纤维、短切玻璃纤维棉和改性纳米纤维素混合配抄保证了滤纸的高孔隙率和足够小的孔径，孔径足够小能有效拦截尘埃的通过；2、使用氟碳防水乳液，能增加滤纸的抗水性；同时氟碳防水乳液在抄纸过程中具有增强作用，使得制得的原纸湿强度高、使用寿命长，提升了纸张质量；3、纳米纤维素采用特殊疏水工艺处理，保证了其与另外两种纤维的结合能形成预期的孔径和孔隙率，还去除纤维里的杂质，确保纤维的含量，保证了滤纸的质量；4、采用阴离子和阳离子表面活性剂为浸渍剂，依靠原纸的自然吸收能力，将浸渍剂均匀地吸附到原纸中，经冷冻干燥后在纤维表面形成正负电荷，且对浸渍液回收、降低生产成本及提高生产效率都是非常有益的；5、本发明各原料成本合理，生产工艺简单、便于控制，利于推广使用。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
1)打浆：利用伏特式打浆机对50份直径为5um的聚丙烯/聚酯纤维复合纤维进行打浆处理，控制浆料加拿大游离度为100；
2)分散：利用高剪切分散机对20份直径为0.2μm的无碱玻璃纤维进行分散处理；
3)配浆：将步骤1)和2)中得到的浆料导入配浆池中，并均匀加入5份直径为3nm的改性纳米纤维素和5份氟碳憎水剂，其中改性纳米纤维素为纳米纤维素经疏水改性处理得到，疏水基团的取代度为0.10；
4)成型：将步骤3)中得到的混合浆料经纸样抄取器湿法成型，控制定量为40g/m2；
5)热压：将步骤4)中得到的纸样经平板硫化机进行热压，热压温度为140℃，时间为5min；
6)浸渍I：将步骤5)中得到的纸样置入浓度为0.02M的十八烯酸钠溶液中浸渍5min；
7)干燥I：将步骤6)中得到的纸样经低温真空干燥，干燥温度为-5℃，干燥时间为12h；
8)浸渍II：将步骤7)中得到的纸样置入浓度为0.02M的二甲基二十八烷基溴化铵中浸渍3min；
9)干燥II：将步骤8)中得到的纸样经低温真空干燥，干燥温度为-5℃，干燥时间为12h，即得静电空气滤纸(a)。
实施例2
1)打浆：利用伏特式打浆机对60份直径为15um的聚丙烯/聚酯纤维复合纤维进行打浆处理，控制浆料加拿大游离度为200；
2)分散：利用高剪切分散机对25份直径为0.6μm的无碱玻璃纤维进行分散处理；
3)配浆：将步骤1)和2)中得到的浆料导入配浆池中，并均匀加入8份直径为6nm的改性纳米纤维素和10份氟碳憎水剂，其中改性纳米纤维素为纳米纤维素经疏水改性处理得到，疏水基团的取代度为0.20；
4)成型：将步骤3)中得到的混合浆料经纸样抄取器湿法成型，控制定量为60g/m2；
5)热压：将步骤4)中得到的纸样经平板硫化机进行热压，热压温度为165℃，时间为12min；
6)浸渍I：将步骤5)中得到的纸样置入浓度为0.02M的十八烯酸钠溶液中浸渍15min；
7)干燥I：将步骤6)中得到的纸样经低温真空干燥，干燥温度为-20℃，干燥时间为24h；
8)浸渍II：将步骤7)中得到的纸样置入浓度为0.02M的二甲基二十八烷基溴化铵中浸渍10min；
9)干燥II：将步骤8)中得到的纸样经低温真空干燥，干燥温度为-20℃，干燥时间为24h，即得静电空气滤纸(b)。
实施例3
1)打浆：利用伏特式打浆机对68份直径为19um的聚丙烯/聚酯纤维复合纤维进行打浆处理，控制浆料加拿大游离度为150；
2)分散：利用高剪切分散机对30份直径为1.0μm的无碱玻璃纤维进行分散处理；
3)配浆：将步骤1)和2)中得到的浆料导入配浆池中，并均匀加入9.5份直径为10nm的改性纳米纤维素和13份氟碳憎水剂，其中改性纳米纤维素为纳米纤维素经疏水改性处理得到，疏水基团的取代度为0.25；
4)成型：将步骤3)中得到的混合浆料经纸样抄取器湿法成型，控制定量为50g/m2；
5)热压：将步骤4)中得到的纸样经平板硫化机进行热压，热压温度为155℃，时间为8min；
6)浸渍I：将步骤5)中得到的纸样置入浓度为0.02M的十八烯酸钠溶液中浸渍10min；
7)干燥I：将步骤6)中得到的纸样经低温真空干燥，干燥温度为-10℃，干燥时间为18h；
8)浸渍II：将步骤7)中得到的纸样置入浓度为0.02M的二甲基二十八烷基溴化铵中浸渍7min；
9)干燥II：将步骤8)中得到的纸样经低温真空干燥，干燥温度为-10℃，干燥时间为18h，即得静电空气滤纸(c)。
对上述实施例所制得的静电空气滤纸(a)、静电空气滤纸(b)及静电空气滤纸(c)进行性能测试，并与传统空气滤纸进行比较，结果如下表1所示。
表1各实施例空气滤纸性能测试
由此可见，本发明的静电空气滤纸具有高效的过滤性能，同时过滤阻力较小，放水性能佳。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种静电空气滤纸，其特征在于，包括以下组分：50-70份聚丙烯/聚酯纤维复合纤维，20-30份短切玻璃纤维棉，5-10份改性纳米纤维素及5-15份防水乳液。
2.根据权利要求1所述的静电空气滤纸，其特征在于：所述聚丙烯/聚酯纤维复合纤维的直径为5-20um。
3.根据权利要求1所述的静电空气滤纸，其特征在于：所述短切玻璃纤维棉为直径为0.2-1.0μm的无碱玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的静电空气滤纸，其特征在于：所述改性纳米纤维素的直径为3-10nm。
5.根据权利要求1所述的静电空气滤纸，其特征在于：所述防水乳液为氟碳憎水剂。
6.根据权利要求1所述的静电空气滤纸，其特征在于：所述纳米纤维素经疏水改性处理得到改性纳米纤维素，疏水基团的取代度为0.10-0.25。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的静电空气滤纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)打浆：对聚丙烯/聚酯纤维复合纤维进行打浆处理，控制浆料加拿大游离度为100-200；
2)分散：对短切玻璃纤维棉进行分散处理；
3)配浆：将步骤1)和2)中得到的浆料导入配浆池中，并均匀加入改性纳米纤维素和防水乳液；
4)成型：将步骤3)中得到的混合浆料经纸样抄取器湿法成型，控制定量为40-60g/m2；
5)热压：将步骤4)中得到的纸样经平板硫化机进行热压，热压温度为140-65℃，时间为5-12min；
6)浸渍I：将步骤5)中得到的纸样置入阴离子表面改性剂溶液中浸渍5-15min；
7)干燥I：将步骤6)中得到的纸样在-20～-5℃的温度下真空干燥，干燥时间为12-24h；
8)浸渍II：将步骤7)中得到的纸样置入阳离子表面改性剂溶液中浸渍3-10min；
9)干燥II：将步骤8)中得到的纸样在-20～-5℃的温度下真空干燥，干燥时间为12-24h，即得。
8.根据权利要求4所述的静电空气滤纸的制备方法，其特征在于：所述步骤6)中的阴离子表面改性剂为十八烯酸钠，浓度为0.02M。
9.根据权利要求4所述的静电空气滤纸的制备方法，其特征在于：所述步骤8)中的阳离子表面改性剂为二甲基二十八烷基溴化铵，浓度为0.02M。
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