CN110772889A - 一种针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空气过滤材料技术领域，公开了一种针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料及其制备方法，该制备方法包括：将改性聚丙烯母粒与聚丙烯切片混合后得混合粒料；将混合粒料制成聚丙烯长丝纤维网，针刺加固，得迎尘层针刺材料；用混合粒料制备精滤层熔喷材料；将聚丙烯切片制成聚丙烯纤维网，热轧加固，得支撑层纺粘材料；将迎尘层针刺材料、精滤层熔喷材料和支撑层纺粘材料置于驻极装置上同时驻极，并通过静电吸引力在线复合得到针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料。本发明制备方法制备得到的复合过滤材料可以降低过滤阻力以及延缓加载过滤过程中过滤阻力的上升、拦截小粒径颗粒，过滤效率和稳定性更高。

Description

一种针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及空气过滤材料技术领域，尤其涉及一种针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料及其制备方法。
背景技术
空气中的PM2.5颗粒具有尺寸比较小、寿命长且传播范围广等特点，很容易通过人的呼吸系统进入肺部，从而引起肺部疾病、心脏疾病以及过早死亡等，因此如何制备出有效的空气过滤材料是当前急需解决的重大问题。
专利CN103537142A公布了一种针刺静电棉过滤材料，但是制备过程中没有添加有效的增能助剂，因此存在静电吸引效果不佳及一段时间后过滤效率衰减严重的问题。专利CN206534167U公布了一种防雾霾口罩主体材料及口罩，包括针刺静电棉为第一过滤层和驻极熔喷材料为第二过滤层，同样的，制备过程中未添加可以提升驻极效果的增能助剂，也存在一段时间后过滤效率衰减严重的问题。专利CN106890506A公布了一种低阻抗高效能空气过滤材料，以针刺材料为基层，静电纺丝薄膜为表层，但是由于静电纺丝材料纤维直径小、孔径小等特点，作为表层过滤材料很容易堵塞，引起过滤阻力剧烈上升的问题。专利CN106076000A公布了一种添加增能助剂的多层熔喷复合过滤材料，包括迎尘面层熔喷材料、中间层熔喷材料和精滤层熔喷材料，其中各层熔喷材料中都添加有增能助剂，但是熔喷材料存在过滤阻力大的问题，尤其是经过一段时间加载过滤以后，阻力剧烈上升。
总体来说，当前的空气过滤材料还很难同时兼顾高过滤效率、高过滤效率稳定性、低过滤阻力以及大容尘量等性能指标要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料及其制备方法，制备的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料的过滤效率高、稳定性好，具有大容尘量。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料，该针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料由迎尘层针刺材料、精滤层熔喷材料和支撑层纺粘材料复合而成；
所述迎尘层针刺材料的纤维纤度为1.0～4.0D，面密度为40～300g/m2，厚度为0.40～3.0mm；
所述精滤层熔喷材料的纤维直径为1.5～2.5μm，面密度为15～60g/m2，厚度为0.15～0.60mm；
所述支撑层纺粘材料的纤维纤度为1.5～2.5D，面密度为8～20g/m2，厚度为0.1～0.20mm；
其中，所述迎尘层针刺材料和所述精滤层熔喷材料均含有增能助剂，所述增能助剂为山梨醇类成核剂和硬脂酸钙的混合物。
优选的，所述山梨醇类成核剂为1,3-2,4-二(3,4-二甲基亚苄基)山梨醇。
优选的，所述增能助剂中，山梨醇类成核剂的含量为60～80wt％、硬脂酸钙的含量为20～40wt％。
本发明还提供了一种上述针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将增能助剂与聚丙烯切片加入造粒机中，在200℃温度条件下熔融挤出，冷却后切割成粒，干燥处理后得到改性聚丙烯母粒；
2)将所述改性聚丙烯母粒与聚丙烯切片混合，得混合粒料；
3)采用纺丝成网装置将所述混合粒料制成聚丙烯长丝纤维网，针刺加固，得迎尘层针刺材料；
4)采用熔喷装置将所述混合粒料制备成精滤层熔喷材料；
5)采用纺粘装置将聚丙烯切片制成聚丙烯纤维网，热轧加固，得支撑层纺粘材料；
6)将所述迎尘层针刺材料、所述精滤层熔喷材料和所述支撑层纺粘材料置于驻极装置上同时驻极，并通过静电吸引力在线复合得到针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料。
优选的，所述步骤1)中增能助剂与聚丙烯切片的质量比为1：(5～6)。
优选的，步骤2)中所述混合粒料中改性聚丙烯母粒为5～10wt％，聚丙烯切片为90～95wt％。
优选的，步骤3)中所述针刺加固具体为：先经过一道预针刺，再经过两道主针刺加固，所述针刺的密度为100～300刺/cm2，深度为5～12mm。
优选的，所述步骤4)的制备条件为：熔喷喷丝板孔径为0.20～0.25mm，熔喷接收距离为10～20cm。
优选的，步骤6)中所述驻极具体为：采用针尖电晕放电，驻极电压为100～150kV，驻极距离为10～15cm，驻极时间为20～40s，驻极温度为20～25℃，湿度为30～40％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提供的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料，具有梯度结构，以针刺材料为迎尘过滤层，蓬松的材料结构可以为空气分子穿过提供更多的孔径通道，有利于降低过滤阻力以及延缓加载过滤过程中过滤阻力的上升。
2)本发明提供的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料，以熔喷材料为精滤过滤层，凭借着较小的纤维直径和孔径可以拦截小粒径颗粒，起到精过滤的效果。
3)本发明提供的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料，在迎尘层针刺材料和精滤层熔喷材料中添加有增能助剂，能够明显改善材料的驻极性能，有助于提高静电吸引作用和提高过滤效率的稳定性。
4)本发明提供的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料的制备方法，工艺路线简单，工业化推广容易。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
实施例1
(1)改性母粒的制备：
将100g增能助剂(含80g的1,3-2,4-二(3,4-二甲基亚苄基)山梨醇和20g的硬脂酸钙)与500g聚丙烯切片分别加入造粒机的两个喂料斗，在200℃温度下熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚丙烯母粒，然后取500g改性聚丙烯母粒和10000g聚丙烯切片混合，得到混合粒料。
(2)迎尘层针刺材料制备：
采用纺丝成网装置，制备纤维纤度为4D，面密度为40g/m2，厚度为0.40mm的聚丙烯长丝纤维网，然后再经过针刺加固处理，针刺过程包括一道预针刺、两道主针刺加固，针刺密度为150刺/cm2，针刺深度7mm；
(3)精滤层熔喷材料制备：采用熔喷装置，制备纤维直径为2.5μm，面密度为15g/m2，厚度为0.15mm的精滤层熔喷过滤材料，精滤层熔喷材料的喷丝板孔径为0.25mm，熔喷接收距离为15cm；
(4)支撑层纺粘材料制备：采用纺粘装置，以聚丙烯切片为原料，制备纤维直径为1.5D，面密度为10g/m2，厚度为0.10mm的聚丙烯纤维网，再经热轧加固，制备支撑层纺粘热轧材料；
(5)驻极：将迎尘层针刺材料、精滤层熔喷材料和支撑层纺粘材料置于驻极装置上同时驻极，然后依靠材料之间的静电吸引力在线复合，得到针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料；其中驻极采用针尖电晕放电，驻极电压为100kV，驻极距离为15cm，驻极时间为30秒，驻极温度为22℃，湿度为35％。
(6)采用TSI8130自动滤料测试仪测试所得过滤材料的过滤效率和过滤阻力在流速为85L/min，氯化钠气溶胶质量中值直径在0.26μm时，其过滤阻力为61.45Pa，过滤效率为90.52％，在70℃环境下处理24小时以后，过滤阻力为61.23Pa，过滤效率为88.36％。
实施例2
(1)改性母粒的制备：
将100g增能助剂(含70g的1,3-2,4-二(3,4-二甲基亚苄基)山梨醇和30g的硬脂酸钙)与550g聚丙烯切片分别加入造粒机的两个喂料斗，在200℃温度下熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚丙烯母粒，然后取800g改性聚丙烯母粒和10000g聚丙烯切片混合，得到混合粒料。
(2)迎尘层针刺材料制备：
采用纺丝成网装置，制备纤维纤度为1.5D，面密度为200g/m2，厚度为2.00mm的聚丙烯长丝纤维网，然后再经过针刺加固处理，针刺过程包括一道预针刺、两道主针刺加固，针刺密度为200刺/cm2，针刺深度8mm；
(3)精滤层熔喷材料制备：采用熔喷装置，制备纤维直径为2μm，面密度为30g/m2，厚度为0.3mm的精滤层熔喷过滤材料，精滤层熔喷材料的喷丝板孔径为0.20mm，熔喷接收距离为10cm；
(4)支撑层纺粘材料制备：采用纺粘装置，以聚丙烯切片为原料，制备纤维直径为2D，面密度为15g/m2，厚度为0.15mm的聚丙烯纤维网，再经热轧加固，制备支撑层纺粘热轧材料；
(5)驻极：将迎尘层针刺材料、精滤层熔喷材料和支撑层纺粘材料置于驻极装置上同时驻极，然后依靠材料之间的静电吸引力在线复合，得到针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料；其中驻极采用针尖电晕放电，驻极电压为120kV，驻极距离为12cm，驻极时间为35秒，驻极温度为25℃，湿度为35％。
(6)采用TSI8130自动滤料测试仪测试所得过滤材料的过滤效率和过滤阻力在流速为85L/min，氯化钠气溶胶质量中值直径在0.26μm时，其过滤阻力为106.58Pa，过滤效率为98.67％，在70℃环境下处理24小时以后，过滤阻力为106.14Pa，过滤效率为97.86％。
实施例3
(1)改性母粒的制备：
将100g增能助剂(含60g的1,3-2,4-二(3,4-二甲基亚苄基)山梨醇和40g的硬脂酸钙)与600g聚丙烯切片分别加入造粒机的两个喂料斗，在200℃温度下熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚丙烯母粒，然后取1000g改性聚丙烯母粒和10000g聚丙烯切片混合，得到混合粒料。
(2)迎尘层针刺材料制备：
采用纺丝成网装置，制备纤维纤度为1D，面密度为300g/m2，厚度为3.00mm的聚丙烯长丝纤维网，然后再经过针刺加固处理，针刺过程包括一道预针刺、两道主针刺加固，针刺密度为200刺/cm2，针刺深度10mm；
(3)精滤层熔喷材料制备：采用熔喷装置，制备纤维直径为1.5μm，面密度为60g/m2，厚度为0.60mm的精滤层熔喷过滤材料，精滤层熔喷材料的喷丝板孔径为0.20mm，熔喷接收距离为10cm；
(4)支撑层纺粘材料制备：采用纺粘装置，以聚丙烯切片为原料，制备纤维直径为2.5D，面密度为20g/m2，厚度为0.2mm的聚丙烯纤维网，再经热轧加固，制备支撑层纺粘热轧材料；
(5)驻极：将迎尘层针刺材料、精滤层熔喷材料和支撑层纺粘材料置于驻极装置上同时驻极，然后依靠材料之间的静电吸引力在线复合，得到针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料；其中驻极采用针尖电晕放电，驻极电压为140kV，驻极距离为14cm，驻极时间为40秒，驻极温度为25℃，湿度为35％。
(6)采用TSI8130自动滤料测试仪测试所得过滤材料的过滤效率和过滤阻力在流速为85L/min，氯化钠气溶胶质量中值直径在0.26μm时，其过滤阻力为215.62Pa，过滤效率为99.97％，在70℃环境下处理24小时以后，过滤阻力为215.10Pa，过滤效率为99.65％。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，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。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料，其特征在于，所述针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料由迎尘层针刺材料、精滤层熔喷材料和支撑层纺粘材料复合而成；
所述迎尘层针刺材料的纤维纤度为1.0～4.0D，面密度为40～300g/m2，厚度为0.40～3.0mm；
所述精滤层熔喷材料的纤维直径为1.5～2.5μm，面密度为15～60g/m2，厚度为0.15～0.60mm；
所述支撑层纺粘材料的纤维纤度为1.5～2.5D，面密度为8～20g/m2，厚度为0.1～0.20mm；
其中，所述迎尘层针刺材料和所述精滤层熔喷材料均含有增能助剂，所述增能助剂为山梨醇类成核剂和硬脂酸钙的混合物。
2.根据权利要求1所述的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料，其特征在于，所述山梨醇类成核剂为1,3-2,4-二(3,4-二甲基亚苄基)山梨醇。
3.根据权利要求1所述的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料，其特征在于，所述增能助剂中，山梨醇类成核剂的含量为60～80wt％、硬脂酸钙的含量为20～40wt％。
4.一种权利要求1-3任一项所述的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将增能助剂与聚丙烯切片加入造粒机中，在200℃温度条件下熔融挤出，冷却后切割成粒，干燥处理后得到改性聚丙烯母粒；
2)将所述改性聚丙烯母粒与聚丙烯切片混合，得混合粒料；
3)采用纺丝成网装置将所述混合粒料制成聚丙烯长丝纤维网，针刺加固，得迎尘层针刺材料；
4)采用熔喷装置将所述混合粒料制备成精滤层熔喷材料；
5)采用纺粘装置将聚丙烯切片制成聚丙烯纤维网，热轧加固，得支撑层纺粘材料；
6)将所述迎尘层针刺材料、所述精滤层熔喷材料和所述支撑层纺粘材料置于驻极装置上同时驻极，并通过静电吸引力在线复合得到针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料。
5.根据权利要求4所述的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料制备方法，其特征在于，所述步骤1)中增能助剂与聚丙烯切片的质量比为1：(5～6)。
6.根据权利要求4所述的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料制备方法，其特征在于，步骤2)中所述混合粒料中改性聚丙烯母粒为5～10wt％，聚丙烯切片为90～95wt％。
7.根据权利要求4所述的针刺/熔喷/纺粘复合过滤材料制备方法，其特征在于，步骤3)中所述针刺加固具体为：先经过一道预针刺，再经过两道主针刺加固，所述针刺的密度为100～300刺/cm2，深度为5～12mm。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)的制备条件为：熔喷喷丝板孔径为0.20～0.25mm，熔喷接收距离为10～20cm。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中所述驻极具体为：采用针尖电晕放电，驻极电压为100～150kV，驻极距离为10～15cm，驻极时间为20～40s，驻极温度为20～25℃，湿度为30～40％。
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