CN108211519A - 一种阻燃抗菌性空气过滤用材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阻燃抗菌性空气过滤用材料及其制备方法，它包括至少一层熔喷带电无纺布层、形成在所述熔喷带电无纺布层任一表面的活性炭层以及形成在所述活性炭层另一表面的阻燃抗菌聚酯支撑层。这样能够通过赋予纤维半永久性的带电电荷，能吸附空气中的细小灰尘，有效提高细小灰尘的捕集效率，降低粉尘堵塞；有利于提高空气过滤用材料的强度、刚性、打褶的稳定性并赋予阻燃、抗菌的功能；还能够吸附甲苯、甲醛等TVOC气体污染物。

Description

一种阻燃抗菌性空气过滤用材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种空气过滤材料，具体涉及一种阻燃抗菌性空气过滤用材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展和社会的进步，人们对环境及环保的要求越来越高。随着家用汽车的日益普及，空气中PM2.5等细小悬浮颗粒也日益增多，严重威胁着人体的身体健康，特别是1微米以下的细小粒子，一旦进入人体肺部并且沉降，就很难出体外，从而导致肺癌、过敏性疾病等；另一方面，由于建筑、装饰装修、家具造成的室内环境污染，已经成为影响人类健康的一大杀手，严重的室内环境污染不仅给人们健康造成损失，而且造成了巨大的经济损失。
传统过滤材料通常在内外层采用不同孔径的无纺布，但这些不同孔径的无纺布为普通无纺布，无论在捕集效率和其使用寿命方面都不及带电无纺布。因为普通无纺布对粉尘的捕集是机械捕集作用，就是通过惯性、拦截、重力、扩散作用来捕集粉尘，因此满足不了现阶段的要求；而且要增加机械捕集效果，只能通过增加无纺布的克重和厚度来达到，这样不仅增加了材料的使用量，还无形中增加了材料的阻力(压损)。
目前，国内外研究者做了大量的研究工作以提高捕集效率，又不能提高压损。申请号为201410156278.8的中国发明专利公开了一种通过电晕带电方式制造带电无纺布的方法，从而通过静电方式来提高细小灰尘的捕集；但是这种带电方式为暂时性的，随着使用时间的延长，电荷的衰减，捕集效率会越来越弱；而且该种带电方式使材料的带电电荷密度低，并且带电不均与，这些都会影响材料的过滤综合性能。另外对于空气中的细菌以及气体污染物，如甲苯、甲醛、二氧化硫、硫氢化合物、氨等污染气体的消除，以及材料的阻燃性也有者急迫的需求。因此，制备一种既能提高细小灰尘的捕集效率，又能延长使用寿命，还具有抗菌、消除异味异臭、材料具有阻燃性能的新型过滤材料具有深远的意义。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种阻燃抗菌性空气过滤用材料。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：一种阻燃抗菌性空气过滤用材料，它包括至少一层熔喷带电无纺布层、形成在所述熔喷带电无纺布层任一表面的活性炭层以及形成在所述活性炭层另一表面的阻燃抗菌聚酯支撑层。
优化地，所述阻燃抗菌聚酯支撑层包含有阻燃聚酯纤维、抗菌聚酯纤维和非功能聚酯纤维，所述阻燃纤维占所述阻燃抗菌聚酯支撑层的质量比为20～50％，所述抗菌聚酯纤维占所述阻燃抗菌聚酯支撑层的质量比为10～30％，所述非功能聚酯纤维占所述阻燃抗菌聚酯支撑层的质量比为20～50％。
进一步地，所述阻燃聚酯纤维的磷元素含量为6000～10000ppm；所述抗菌聚酯纤维中无机氧化银的含量为0.5～3.0wt％。
优化地，所述熔喷带电无纺布层(3)由聚丙烯纤维驻极体材料的构成。
进一步地，所述聚丙烯纤维驻极体材料是由含有0.5～5.0wt％添加剂的聚丙烯纤维经水处理后得到，所述的添加剂为受阻胺添加剂或三嗪添加剂。
进一步地，所述聚丙烯纤维驻极体材料的纤维直径为1～10μm、克重为20～50g/m2；更优选为，所述聚丙烯纤维驻极体材料的纤维直径为2～5μm、克重为30～40g/m2。
优化地，所述活性炭层通过热熔融树脂粘结在所述阻燃抗菌聚酯支撑层和所述熔喷带电无纺布层之间，其克重为50～400g/m2。
本发明的又一目的在于提供一种阻燃抗菌性空气过滤用材料的制备方法，它包括以下步骤：
(a)通过双螺杆混炼机向聚丙烯中加入添加剂，经熔喷设备制得熔喷无纺布，再经水处理得到熔喷带电无纺布；
(b)将阻燃聚酯纤维、抗菌聚酯纤维和非功能聚酯纤维进行混合，经针刺工艺制得阻燃抗菌聚酯支撑层(1)；
(c)在所述阻燃抗菌聚酯支撑层(1)上喷涂活性炭形成活性炭层(2)，随后贴合熔喷带电无纺布形成熔喷带电无纺布层(3)即可。
本发明带来的有益效果是：本发明阻燃抗菌性空气过滤用材料，通过在性炭层的两侧形成熔喷带电无纺布层和阻燃抗菌聚酯支撑层，这样能够通过赋予纤维半永久性的带电电荷，能吸附空气中的细小灰尘，有效提高细小灰尘的捕集效率，降低粉尘堵塞；有利于提高空气过滤用材料的强度、刚性、打褶的稳定性并赋予阻燃、抗菌的功能；还能够吸附甲苯、甲醛等TVOC气体污染物。
附图说明
图1为本发明阻燃抗菌性空气过滤用材料的结构示意图。
具体实施方式
本发明阻燃抗菌性空气过滤用材料，它包括至少一层熔喷带电无纺布层3、形成在熔喷带电无纺布层3任一表面的活性炭层2以及形成在活性炭层2另一表面的阻燃抗菌聚酯支撑层1。这样能够通过赋予纤维半永久性的带电电荷，能吸附空气中的细小灰尘，有效提高细小灰尘的捕集效率，降低粉尘堵塞；有利于提高空气过滤用材料的强度、刚性、打褶的稳定性并赋予阻燃、抗菌的功能；还能够吸附甲苯、甲醛等TVOC气体污染物。
口罩等领域为了舒适性，一般不使用支撑层；但对于空气净化机等领域，需要使用打褶的过滤材料，则必须使用支撑材。对于空气净化使用的过滤材料，使用支撑材可以提高打褶加工成型的稳定性。而且对于支撑材，为了保持其刚性同时提高其初期捕集效率，使用不同纤度和或不同材料的纤维效果更佳，可以先将颗粒粒径比较大的粉尘先过滤掉，以提高滤材对粉尘的过滤效果。因此，在阻燃抗菌聚酯支撑层1中，阻燃纤维的质量比优选为20～50％(超出该质量比范围可能导致空气过滤用材料的阻燃性达不到要求，或者其强度、刚性、打褶的稳定性达不到要求)，抗菌聚酯纤维的质量比优选为10～30％(超出该质量比范围可能导致空气过滤用材料的抗菌性达不到要求，或者其强度、刚性、打褶的稳定性达不到要求)，非功能聚酯纤维(即普通聚酯纤维，通常指聚对苯二甲酸乙二酯，PET)的质量比优选为20～50％。而阻燃聚酯纤维优选磷系阻燃聚酯纤维，其磷元素含量优选为6000～10000ppm；抗菌聚酯纤维优选纳米杂化功能复合聚酯纤维，其无机氧化银的含量优选为0.5～3.0wt％。
熔喷带电无纺布层3由聚丙烯纤维驻极体材料的构成，该聚丙烯纤维驻极体材料是由含有0.5～5.0wt％添加剂的聚丙烯纤维经水处理后得到，添加剂为受阻胺添加剂或三嗪添加剂，该加工方法使得聚丙烯纤维驻极体材料所带的电荷密度大于通常的电晕带电方式，并且电荷分别比较均匀；当添加剂含量低于0.5wt％时，达不到高性能驻极体性能；若添加剂含量高于5wt％时，则会使纤维成丝性较差，不利于生产。该添加剂可以选用常规的那些，如[[3,5-二叔丁基-4-羟基苯基]丁基丙二酸二(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)酯(产品：巴斯夫Tinuvin144)、聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯(产品：巴斯夫Tinuvin622)和聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨]](产品：巴斯夫Chimassorb944)等中的一种。该聚丙烯纤维驻极体材料的纤维直径为1～10μm、克重为20～50g/m2；更优选为纤维直径为2～5μm、克重为30～40g/m2。纤维直径之间小于1μm时，制造工业困难，成本较高；纤维直径高于10μm时，制成的无纺布的空隙较大，对细小灰尘的捕集效率明显降低。利用驻极体材料可以使得聚丙烯纤维带电，这样可以进一步提高细小灰尘的捕集效率，降低粉尘堵塞；经过带电加工，即赋予纤维半永久性的带电电荷，从而使之能吸附空气中的细小灰尘。与为经过带电加工的过滤材料相比，带电加工材料在达到高捕集效率的同时，降低过滤材料的压力损失，减少堵塞，延长使用寿命。
活性炭层2主要是为了吸附区域内的异味异臭如，甲苯、甲醛等TVOC气体污染物；它通过热熔融树脂粘结在阻燃抗菌聚酯支撑层1和熔喷带电无纺布层3之间，其克重优选为50～400g/m2；当其低于50g/m2时，TVOC气体污染物的净化效率达不到；高于400g/m2时，由于颗粒较多，后续打褶加工时，由于受力作用，粒子会顶破阻燃抗菌聚酯支撑层1和熔喷带电无纺布层3。上述各层不是简单的层叠成滤材，要贴合成接近一体化的结构；最好采用热帖合法。比如，将热熔融树脂组分的粉末状聚合物或低熔点纤维均匀地洒到各层的表面后，通过热风、红外线加热、电加热等使热熔融树脂熔融从而使两层层叠；或者在各层的表面喷洒热熔融树脂，进行加压层叠；或者通过超声波振动熔融使两层粘合等。
本发明的又一目的在于提供一种阻燃抗菌性空气过滤用材料的制备方法，它包括以下步骤：(a)通过双螺杆混炼机向聚丙烯中加入添加剂，经熔喷设备制得熔喷无纺布，再经水处理得到熔喷带电无纺布；(b)将阻燃聚酯纤维、抗菌聚酯纤维和非功能聚酯纤维进行混合(将它们分别送到粗开松设备中，粗开松上述纤维；然后将粗开松的纤维递送到混合设备，进行机械混合；然后对机械混合的纤维进行细开松处理，将处理后的纤维引入进料装置中，均匀地进送纤维至梳理机以以形成非织造纤维网)，经针刺工艺(即进行针刺法处理)制得阻燃抗菌聚酯支撑层1；(c)在所述阻燃抗菌聚酯支撑层1上喷涂活性炭形成活性炭层2，随后贴合熔喷带电无纺布形成熔喷带电无纺布层3即可。
下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：
实施例1
本实施例提供一种阻燃抗菌性空气过滤用材料及其制备方法，具体为：
(a)熔喷带电无纺布的制备：将添加剂Tinuvin144通过双螺杆挤出机添加到聚丙烯中，使得聚丙烯纤维驻极体材料中添加剂的质量含量为2％；然后通过熔喷设备制备出熔喷无纺布(具体参考现有的工艺)，经水喷射处理干燥后得熔喷带电无纺布(熔喷带电无纺布，即聚丙烯纤维驻极体材料，的纤维直径为2.5μm，克重为35g/m2)；
(b)阻燃抗菌聚酯支撑层的制备：将30wt％阻燃纤维(磷含量为7500ppm，浙江安顺化纤)、20wt％抗菌纤维(氧化银含量为1.5wt％，日本帝人)和50wt％聚酯纤维(芯鞘复合纤维，鞘的熔点为150℃，韩国熊津)分别送到粗开松设备中，对上述纤维进行粗开松；然后将粗开松的纤维递送到混合设备，对粗开松的纤维进行机械混合；再对机械混合的纤维进行细开松处理；然后将处理的纤维引入进料装置中，将其均匀地送入到梳理机中以形成非织造纤维网；然后对非织造纤维网进行针刺法(采用常规的工艺方法，参考专利号为201410214515.1中记载的)处理制成支撑层，克重为100g/m2；
(c)在阻燃抗菌聚酯支撑层表面均匀喷涂活性炭(活性炭的克重为75g/m2)，再将聚乙烯树脂均匀分布其上，通过红外线加热装置对其进行加热(加热温度为160℃)，使其熔化并均匀分布成薄膜状，然后与带电无纺布进行热粘合加工即可。
实施例2
本实施例提供一种阻燃抗菌性空气过滤用材料及其制备方法，其与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(b)中，20wt％阻燃纤维(磷含量为8000ppm；浙江安顺化纤)、30wt％抗菌纤维(氧化银含量为2.0wt％；日本帝人)和50wt％聚酯纤维(芯鞘复合纤维，鞘的熔点为130℃；韩国熊津)；步骤(c)中，活性炭的克重为100g/m2。
实施例3
本实施例提供一种阻燃抗菌性空气过滤用材料及其制备方法，其与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(a)中，添加剂为Chimassorb944；步骤(b)中，将20wt％阻燃纤维(磷含量为10000ppm；浙江安顺化纤)、20wt％抗菌纤维(氧化银含量为2.0wt％；日本帝人)和60wt％聚酯纤维(芯鞘复合纤维，鞘的熔点为110℃；韩国熊津)；步骤(c)中，活性炭的克重为200g/m2。
对比例1
本实施例提供一种空气过滤用材料及其制备方法，其与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(a)中，采用常规电晕的方式使聚丙烯带电，具体为将聚丙烯熔喷无纺布通过驻极等离子处理机组，在设备前后棍间进行表面静电处理，表面静电处理的驻极电流为0.2mA驻极峰峰电为20000V。
对比例2
本实施例提供一种空气过滤用材料及其制备方法，其与实施例1中的基本一致，不同的是：使用的聚酯支撑层为普通聚酯短纤维；熔喷无纺布层为普通无纺布层。
将上述各例中的空气过滤用材料通过打褶加工，再组装成滤芯材料(长400mm、宽280mm、高30mm)；测定0.3～0.5μm的空气粒子的捕集效率和压力损失(测试风量为320m3/h)，测定粉尘容尘量，以及按照阻燃FMVSS302、抗菌JIS1902和GB/T18801-2008《空气净化机》的测试标准对该滤材进行测试。具体结果见表1和表2。
测试标准参考以下：
(1)克重：根据JIS L 1096的规定，测定过滤材料的克重；
(2)抗拉伸强度试验：根据JIS L 1096法的规定，测定过滤材料的拉伸强度；
(3)捕集效率(％)：把片状的滤材放到0.1m2开口面积的机器上，固定住，使面风速为6.5m/min的空气通过测定滤材，用粒子计数器测定滤材上下流的空气粒子数(粒径0.3～0.5um)，从而算出该测定滤材的捕集效率；计算公式如下：捕集效率(％)＝1-(下流粒子数/上流粒子数)×100；
(4)粉尘捕捉量(g/m2)：把片状的滤材放到0.1m2开口面积的机器上，固定住，使面风速为6.5m/min的空气通过测定滤材，在空气流入侧的上方，以70mg/m3的粉尘浓度供给JIS15种粉尘，用压差计测量滤材上下流的压力损失，当压力损失上升到150Pa的时候，停止供给粉尘，测量样品上积累的粉尘捕集量；换成国际通用粉尘ISO-Fine-A2时，也采取上述同样的方法测定滤材上的粉尘捕集量；
(5)阻燃性测试：按照FMVSS302测试标准进行测试；
(6)抗菌性测试：按照JIS1902测试标准进行测试；
(7)净化空气量测试(CARD)：按照GB/T18801-2008《空气净化机》的测试标准，评价空气净化机的指标。
表1实施例1-3对比例1-2中空气过滤用材料各层原料配方
表1中，BHEPP为苯基磷酸二(乙二醇)酯，PSPPP为聚苯基磷酸二苯砜酯。
表2实施例1-3对比例1-2中空气过滤用材料的性能测试表
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻燃抗菌性空气过滤用材料，其特征在于：它包括至少一层熔喷带电无纺布层(3)、形成在所述熔喷带电无纺布层(3)任一表面的活性炭层(2)以及形成在所述活性炭层(2)另一表面的阻燃抗菌聚酯支撑层(1)。
2.根据权利要求1所述的阻燃抗菌性空气过滤用材料，其特征在于：所述阻燃抗菌聚酯支撑层(1)包含有阻燃聚酯纤维、抗菌聚酯纤维和非功能聚酯纤维，所述阻燃纤维占所述阻燃抗菌聚酯支撑层(1)的质量比为20～50％，所述抗菌聚酯纤维占所述阻燃抗菌聚酯支撑层(1)的质量比为10～30％，所述非功能聚酯纤维占所述阻燃抗菌聚酯支撑层(1)的质量比为20～50％。
3.根据权利要求2所述的阻燃抗菌性空气过滤用材料，其特征在于：所述阻燃聚酯纤维的磷元素含量为6000～10000ppm。
4.根据权利要求2或3所述的阻燃抗菌性空气过滤用材料，其特征在于：所述抗菌聚酯纤维中无机氧化银的含量为0.5～3.0wt％。
5.根据权利要求1所述的阻燃抗菌性空气过滤用材料，其特征在于：所述熔喷带电无纺布层(3)由聚丙烯纤维驻极体材料的构成。
6.根据权利要求5所述的阻燃抗菌性空气过滤用材料，其特征在于：所述聚丙烯纤维驻极体材料是由含有0.5～5.0wt％添加剂的聚丙烯纤维经水处理后得到，所述的添加剂为受阻胺添加剂或三嗪添加剂。
7.根据权利要求6所述的阻燃抗菌性空气过滤用材料，其特征在于：所述聚丙烯纤维驻极体材料的纤维直径为1～10μm、克重为20～50g/m2。
8.根据权利要求7所述的阻燃抗菌性空气过滤用材料，其特征在于：所述聚丙烯纤维驻极体材料的纤维直径为2～5μm、克重为30～40g/m2。
9.根据权利要求1所述的阻燃抗菌性空气过滤用材料，其特征在于：所述活性炭层(2)通过热熔融树脂粘结在所述阻燃抗菌聚酯支撑层(1)和所述熔喷带电无纺布层(3)之间，其克重为50～400g/m2。
10.一种阻燃抗菌性空气过滤用材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(a)通过双螺杆混炼机向聚丙烯中加入添加剂，经熔喷设备制得熔喷无纺布，再经水处理得到熔喷带电无纺布；
(b)将阻燃聚酯纤维、抗菌聚酯纤维和非功能聚酯纤维进行混合，经针刺工艺制得阻燃抗菌聚酯支撑层(1)；
(c)在所述阻燃抗菌聚酯支撑层(1)上喷涂活性炭形成活性炭层(2)，随后贴合熔喷带电无纺布形成熔喷带电无纺布层(3)即可。
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