CN110833725A - 驻极体过滤材料、滤网组件及空气处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种驻极体过滤材料，包括基材树脂、含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚；其中，基材树脂包括聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚甲醛、聚酯、聚丙烯腈、聚碳酸酯和聚乙烯中的任意一种或多种；所述驻极体过滤材料中，含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的重量份占比为0.3％～10％。本发明还提供包括该驻极体过滤材料的滤网组件及空气处理设备。本发明技术方案通过在常用树脂中添加少量含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚，通过控制含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的添加量，能够使驻极体过滤材料具备良好的摩擦起电效果，同时保证过滤材料的高强度和可塑性。本发明的驻极体过滤材料具有较稳定的电荷存储性能，且成型加工容易，成本相对较低。

Description

驻极体过滤材料、滤网组件及空气处理设备

技术领域

本发明涉及空气过滤和净化技术领域，特别涉及一种驻极体过滤材料、滤网组件及空气处理设备。

背景技术

目前空调器、净化器和等空气处理设备中会安装有高效空气过滤网(HEPA网)，室内空气中颗粒物进行净化处理，其中HEPA网主要包括玻璃纤维网和静电驻极聚丙烯(PP)纤维网等。玻璃纤维网压阻大，静电驻极PP网是在制备过程中通过高电压处理使纤维驻极，但在使用过程中静电会逐渐耗散导致过滤效率降低而无法重复使用。摩擦起电也是一种驻极处理方式，但对于大多数材料而言，摩擦起电效果受材料成分和特性，以及外界温湿度环境影响。其中，聚四氟乙烯(PTFE)和聚全氟乙丙烯(FEP)具有较好的摩擦起电效率，但氟聚合物价格高，成型加工比较困难。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种驻极体过滤材料，旨在解决上述至少一个技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种驻极体过滤材料，所述驻极体过滤材料包括：

基材树脂，所述基材树脂包括聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚甲醛、聚酯、聚丙烯腈、聚碳酸酯和聚乙烯中的任意一种或多种；以及，

含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚；其中，

所述驻极体过滤材料中，含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的重量份占比为0.3％～10％。

在一实施例中，所述驻极体过滤材料中，所述基材树脂的重量份占比为90％～99.7％。

在一实施例中，所述含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的分子量的选取范围为1000～10000。

在一实施例中，所述含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的分子量的选取范围为2000～5000。

在一实施例中，所述驻极体过滤材料还包括电荷增强剂、偶联剂和分散剂。

在一实施例中，所述驻极体过滤材料中，所述基材树脂的重量份占比79％～99％，所述含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的重量份占比为0.3％～10％，所述电荷增强剂的重量份占比为0.5％～10％，余量为偶联剂和分散剂。

在一实施例中，所述电荷增强剂包括氧化物、盐类化合物和氮化物中的至少一种，所述氧化物包括氧化锌、氧化铝、氧化钛、氧化钽和氧化硅中的至少一种；所述盐类化合物硅酸盐电气石、钛酸钡和锆钛酸铅中的至少一种；所述氮化物包括氮化硅和氮化铝中的至少一种。

在一实施例中，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯中的至少一种；所述分散剂包括聚乙烯蜡或硬脂酸类化合物中的至少一种。

本发明还提供一种滤网组件，所述滤网组件包括：

由所述驻极体过滤材料制成的第一摩擦件；以及，

用以与所述第一摩擦件配合摩擦起电的第二摩擦件，所述第二摩擦件的材料包括尼龙、聚酯、纤维素和聚丙烯腈中的任意一种或多种。

本发明还提供一种空气处理设备，所述空气处理设备包括：

壳体，所述壳体具有进风口和出风口；

所述滤网组件，所述滤网组件安装于所述壳体的内部；以及，

风机，所述风机安装于所述壳体的内部，所述风机用以驱动气流通过所述滤网组件，以为所述滤网组件的第一摩擦件和第二摩擦件提供摩擦起电的动力来源。

本发明一种驻极体过滤材料，包括基材树脂、含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚；其中，基材树脂包括聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚甲醛、聚酯、聚丙烯腈、聚碳酸酯和聚乙烯中的任意一种或多种；所述驻极体过滤材料中，含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的重量份占比为0.3％～10％。本发明技术方案通过在常用树脂中添加少量含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚制成驻极体过滤材料，通过控制含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的添加量，能够使驻极体过滤材料具备良好的摩擦起电效果，同时保证过滤材料的高强度和可塑性。本发明的驻极体过滤材料具有较稳定的电荷存储性能，且成型加工容易，成本相对较低。采用该过滤材料制成的滤网组件，在与异种材料摩擦时，容易产生静电压并保持一段时间，从而可以有效去除颗粒物。同时该滤网组件可以进行清洗和清洁，然后再继续摩擦并带电，因而可以重复使用。

具体实施方式

下面将结合本发明的具体实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种驻极体过滤材料，可用于制备空调器、加湿器、净化器等空气处理设备的高效过滤网，其目的在于使驻极体过滤材料具备良好的摩擦起电效果，同时保证过滤材料的高强度和可塑性，降低过滤材料成型加工的难度和成本。

在本发明一实施例中，所述驻极体过滤材料包括：

基材树脂，所述基材树脂包括聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚甲醛、聚酯、聚丙烯腈、聚碳酸酯和聚乙烯中的任意一种或多种；以及，

含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚；其中，

所述驻极体过滤材料中，含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的重量份占比为0.3％～10％。

可以理解，驻极体是一种能够长期储存空间电荷和偶极电荷的电介质材料。驻极体材料可用作空气过滤材料，驻极体过滤材料是利用电荷的静电力作用捕集尘粒。通常人们将传统熔喷或纺粘方法得到的纤维经过电晕处理或者摩擦起电等方法使纤维带上静电，最终形成驻极体过滤材料。驻极体过滤材料除了具有一般的机械拦截作用，还利用了本身带电的特点，通过带电纤维产生的库伦力实现对灰尘的捕获，能够大幅度提高对细小微粒的扑集作用，而且对微生物还有捕集、抑制和杀灭作用。

目前，空调器、净化器和等空气处理设备中的高效空气过滤网(HEPA网)就是由驻极体材料构成。HEPA网主要包括玻璃纤维网和静电驻极聚丙烯(PP)纤维网等。玻璃纤维网压阻大，静电驻极PP网是在制备过程中通过高电压处理使纤维驻极，但在使用过程中静电会逐渐耗散导致过滤效率降低而无法重复使用。摩擦起电也是一种驻极处理方式，但对于大多数材料而言，摩擦起电效果受材料成分和特性，以及外界温湿度环境影响。其中，已知聚四氟乙烯(PTFE)具有较好的摩擦起电效果，但PTFE的强度和刚性较低，单独拉丝成型作为驻极体过滤材料，容易发生蠕变变形。即使将PTFE与基材树脂混合作为驻极体过滤材料，由于PTFE是高熔点的固体粉末，加工过程中基本难以熔融，导致PTFE与基材树脂的相容性不好，容易产生缺陷导致力学性能降低，且PTFE不易向驻极体过滤材料的表面迁移富集，从而影响摩擦起电的效果。

而本发明技术方案通过在常用树脂中添加少量含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚制成驻极体过滤材料，通过控制含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的添加量，能够使驻极体过滤材料具备良好的摩擦起电效果，同时保证过滤材料的高强度和可塑性。本发明的驻极体过滤材料具有较稳定的电荷存储性能，且成型加工容易，成本相对较低。采用该过滤材料制成的滤网组件，在与异种材料摩擦时，容易产生静电压并保持一段时间，从而可以有效去除颗粒物。同时该滤网组件可以进行清洗和清洁，然后再继续摩擦并带电，因而可以重复使用。

在一实施例中，所述驻极体过滤材料仅由含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚，以及基材树脂组成。其中，基材树脂的重量份占比为90％～99.7％，含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的重量份占比为0.3％～10％。值得注意的是，驻极材料表面的氟元素含量会随含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的添加量增加而增大，但达到一定量后会趋向于饱和。如果含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的添加量过低，会使得材料表面的氟元素含量低，导致摩擦起电效果不好。如果含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚达到一定添加量后，材料表面的氟元素增加效果不再明显，同时由于含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚呈液态或半固态，其仅可以作为助剂与基材树脂进行混合，添加量过高一方面影响驻极材料的强度，另一方面也会使材料成本偏高而不利于其经济性。

在一实施例中，所述含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的分子量的选取范围为1000～10000。进一步地，所述含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的分子量的选取范围为2000～5000。应该说明的是，如果选取的含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的分子量过低，虽然含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚容易向驻极材料的表面迁移富集，驻极材料的摩擦起电效果也会得以增强，但含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚与基材树脂的结合力却比较差，使得驻极材料的表面容易呈现“出油”状态，在摩擦过程中含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚容易脱落导致持久性不好。如果选取的含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的分子量过高，其与基材树脂的结合力强，但向表面迁移效果降低，导致摩擦起电效果不好。本实施例技术方案通过合理控制含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的分子量，可以使含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚更好地向材料表面迁移富集，提高摩擦起电效果，同时保证材料具有好的耐久性，不容易从材料本体脱离。

在另一实施例中，所述驻极体过滤材料还包括电荷增强剂、偶联剂和分散剂。所述驻极体过滤材料中，所述基材树脂的重量份占比79％～99％，所述含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的重量份占比为0.3％～10％，所述电荷增强剂的重量份占比为0.5％～10％，余量为偶联剂和分散剂。

具体而言，所述电荷增强剂包括氧化物、盐类化合物和氮化物中的至少一种，所述氧化物包括氧化锌、氧化铝、氧化钛、氧化钽和氧化硅中的至少一种；所述盐类化合物硅酸盐电气石、钛酸钡和锆钛酸铅中的至少一种；所述氮化物包括氮化硅和氮化铝中的至少一种。这些无机颗粒本身具有良好的电荷储存性能，且添加到驻极体过滤材料中后，可以提高其比表面积，从而提高摩擦起电的效率。

具体而言，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯中的至少一种；所述分散剂包括聚乙烯蜡或硬脂酸类化合物中的至少一种。可以理解，偶联剂一般由两部分组成：一部分是亲无机基团，可与电荷增强剂等其它无机物作用；另一部分是亲有机基团，可与基材树脂等有机物作用。因此，偶联剂增强电荷增强剂与基材树脂之间粘合强度，改善驻极体过滤材料的界面性能，使驻极体过滤材料能够获得良好的表面质量及机械、热和电性能。需要说明的是，当在驻极体过滤材料中添加的电荷增强剂较少时，可以不添加偶联剂和分散剂。

本发明实施例还提出一种滤网组件，该滤网组件包括由所述驻极体过滤材料制成的第一摩擦件，以及，用以与所述第一摩擦件配合摩擦起电的第二摩擦件。其中，第二摩擦件的材料包括尼龙、聚酯、纤维素和聚丙烯腈等中的任意一种或多种。具体的，驻极体过滤材料可以加工成纤维、片材或其他结构，然后构制成滤网组件。该驻极体过滤材料的具体组分参照上述实施例，由于该驻极体过滤材料采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本发明实施例还提出一种空气处理设备，该空气处理设备包括壳体、所述滤网组件和风机。所述壳体具有进风口和出风口；所述滤网组件安装于所述壳体的内部；所述风机安装于所述壳体的内部，所述风机用以驱动气流通过所述滤网组件，以为所述滤网组件的第一摩擦件和第二摩擦件提供摩擦起电的动力来源。当然，也可以通过外设动力装置来实现第一摩擦件和第二摩擦件的摩擦和分离。所述空气处理设备可以为空调器、净化器或加湿器。其中，滤网组件中的第一摩擦件由所述驻极体过滤材料制成，该该驻极体过滤材料的具体组分参照上述实施例，由于该空气处理设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

下面将结合具体实施例和对比例，对本发明驻极体过滤材料的性能进行具体说明。

实施例1

99.7％PP树脂添加0.3％含氟丙烯酸酯聚合物(分子量为4500)制备成片材。

实施例2

97％PP树脂添加3％含氟丙烯酸酯聚合物(分子量为4500)制备成片材。

实施例3

90％PP树脂添加10％含氟丙烯酸酯聚合物(分子量为4500)制备成片材。

实施例4

99.9％PP树脂添加0.1％含氟丙烯酸酯聚合物(分子量为4500)制备成片材。

实施例5

75％PP树脂添加25％含氟丙烯酸酯聚合物(分子量为4500)制备成片材。

实施例6

99.7％PP树脂添加0.3％全氟聚醚(分子量为4500)制备成片材。

实施例7

97％PP树脂添加3％全氟聚醚(分子量为4500)制备成片材。

实施例8

90％PP树脂添加10％全氟聚醚(分子量为4500)制备成片材。

实施例9

99.9％PP树脂添加0.1％全氟聚醚(分子量为4500)制备成片材。

实施例10

75％PP树脂添加25％全氟聚醚(分子量为4500)制备成片材。

实施例11

93％PP树脂添加3％全氟聚醚(分子量4800)，以及3％电气石，1％的偶联剂和分散剂制备成片材。

实施例12

90％PP树脂添加3％全氟聚醚(分子量4800)，以及6％电气石，1％的偶联剂与分散剂制备成片材。

对比例1

将PP树脂制备成片材。

摩擦起电性能测试：

对上述片材，在25℃，60％RH条件下，用尼龙刷与其摩擦10次使其带电，然后分别用SIMCO的FMX-003静电压测试仪在不同时间内测试静电压，结果如表1所示。

表1.不同驻极体过滤材料的摩擦起电性能

(电压单位为kV)

通过表1的测试结果可知，由PP树脂制成(对比例1)摩擦起电效果较差，电荷消失较快，带电持久性非常差。从实施例1至10可以看到，添加了含氟丙烯酸酯聚合物或全氟聚醚之后，驻极材料的摩擦带电效果得到了明显提升，带电持久性较好，并且，含氟丙烯酸酯聚合物或全氟聚醚的添加量越高，摩擦带电效果越好。但需要说明的是，含氟丙烯酸酯聚合物或全氟聚醚的添加量不宜过高。含氟丙烯酸酯聚合物或全氟聚醚常温下是液体或半固态，其本身基本没有机械强度，在低添加量0.3％～10％范围内，对材料的整体强度影响较小，但当添加量较高，特别是高于10％时，容易从制品表面析出，同时高含量的含氟丙烯酸酯聚合物或全氟聚醚容易在材料内部形成薄弱或缺陷点，导致整体强度明显降低。另外，从实施例11和12可以看到，通过添加电荷增强剂能够明显提高驻极材料的摩擦起电的效果，具体体现在所带电荷量的增加，以及带电持久性的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种驻极体过滤材料，其特征在于，所述驻极体过滤材料包括：

基材树脂，所述基材树脂包括聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚甲醛、聚酯、聚丙烯腈、聚碳酸酯和聚乙烯中的任意一种或多种；以及，

含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚；其中，

所述驻极体过滤材料中，含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的重量份占比为0.3％～10％。

2.如权利要求1所述的驻极体过滤材料，其特征在于，所述驻极体过滤材料中，所述基材树脂的重量份占比为90％～99.7％。

3.如权利要求1所述的驻极体过滤材料，其特征在于，所述含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的分子量的选取范围为1000～10000。

4.如权利要求3所述的驻极体过滤材料，其特征在于，所述含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的分子量的选取范围为2000～5000。

5.如权利要求1所述的驻极体过滤材料，其特征在于，所述驻极体过滤材料还包括电荷增强剂、偶联剂和分散剂。

6.如权利要求5所述的驻极体过滤材料，其特征在于，所述驻极体过滤材料中，所述基材树脂的重量份占比79％～99％，所述含氟丙烯酸酯聚合物和/或全氟聚醚的重量份占比为0.3％～10％，所述电荷增强剂的重量份占比为0.5％～10％，余量为偶联剂和分散剂。

7.如权利要求5所述的驻极体过滤材料，其特征在于，所述电荷增强剂包括氧化物、盐类化合物和氮化物中的至少一种，所述氧化物包括氧化锌、氧化铝、氧化钛、氧化钽和氧化硅中的至少一种；所述盐类化合物硅酸盐电气石、钛酸钡和锆钛酸铅中的至少一种；所述氮化物包括氮化硅和氮化铝中的至少一种。

8.如权利要求5所述的驻极体过滤材料，其特征在于，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯中的至少一种；所述分散剂包括聚乙烯蜡或硬脂酸类化合物中的至少一种。

9.一种滤网组件，其特征在于，所述滤网组件包括：

由如权利要求1至8中任意一项所述的驻极体过滤材料制成的第一摩擦件；以及，

用以与所述第一摩擦件配合摩擦起电的第二摩擦件，所述第二摩擦件的材料包括尼龙、聚酯、纤维素和聚丙烯腈中的任意一种或多种。

10.一种空气处理设备，其特征在于，所述空气处理设备包括：

壳体，所述壳体具有进风口和出风口；

如权利要求9所述的滤网组件，所述滤网组件安装于所述壳体的内部；以及，

风机，所述风机安装于所述壳体的内部，所述风机用以驱动气流通过所述滤网组件，以为所述滤网组件的第一摩擦件和第二摩擦件提供摩擦起电的动力来源。

11.如权利要求10所述的空气处理设备，其特征在于，所述空气处理设备为空调器或净化器或加湿器。