CN111389101A - 一种五层聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片 - Google Patents

一种五层聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及到一种五层聚氨酯‑醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片。其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚氨酯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚氨酯和醋酸纤维素，其重量比例为(1：2)～(2：1)。本发明中的空气滤片具有高的热稳定性和孔隙率，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％，远优于N95口罩，而且可以通过水煮、高温等方式杀菌消毒后重复使用率高于15次。

Description

一种五层聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及到一种五层聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片。
背景技术
空气污染不仅能通过物理、化学、生物的侵蚀作用对周围物体产生破坏性的影响，而且污染气体经人的呼吸系统、皮肤表皮等部位对我们的呼吸道系统、神经系统、免疫能力、皮肤等产生严重的毒害作用。长期在空气质量较差的环境中生活或工作，不仅会引起呼吸功能下降，呼吸道症状加重，还会导致慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等疾病，严重的还会导致肺癌、鼻咽癌的患病率的增加。为此，人们常选用防护口罩对吸入的空气进行过滤和净化。目前，防护口罩的滤片主要分为两大类，即防尘类和防毒类。它们的作用都是将有害气溶胶，包括粉尘、熏烟、雾滴和毒气经过滤片吸附、阻挡而不被人吸入。对于好的防护口罩的滤片来说，应该具有以下三个条件：一是在面具与使用者面部密合良好的情况下过滤效率高；二是呼吸阻力小；三是使用者感觉舒适。
然而，现有常规的防护口罩一般采用聚丙烯、聚乙烯等材料，通过SM方式制备得到三层或单层结构，主要通过无纺布形成的孔隙截留来达到过滤空气中的微小颗粒和微生物的作用。然而这种过滤是一种被动的过滤，由于上述材料都是一些非极性原料，对各类极性微粒不能通过静电力、极性吸附等方式来进一步提高过滤效果。而且，常规的SM防护口罩一般为对称的结构，不能同时满足高的过滤效率和低的呼吸阻力的要求。此外，由于通过无纺布制造的这些防护材料的纤维，以及每一层之间的结合都只是原料分子间的扩散粘结，结合力弱，由此形成的孔隙稳定性较差，无法经受高温或水煮等处理，水煮、高温处理等操作之后，由于空隙结构被破坏而导致其过滤效果严重下降，因此常规的防护口罩不能多次重复使用，常规的防护口罩用过滤片重复使用次数少，使用寿命也很短。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚氨酯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚氨酯和醋酸纤维素，其重量比例为(1：2)～(2：1)。
作为一种优选的技术方案，所述醋酸纤维素中组合醋酸含量为53～58wt％。
作为一种优选的技术方案，所述醋酸纤维素的玻璃化转变温度不低于180℃。
作为一种优选的技术方案，所述功能支撑层的制备原料中，聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1；所述强力支撑层的制备原料中，聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2。
作为一种优选的技术方案，所述聚氨酯的缩水率为1.5～2％。
作为一种优选的技术方案，所述聚氨酯的邵尔硬度为56～62D。
作为一种优选的技术方案，所述强力支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为1～5μm，厚度为10～50μm；所述功能支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为0.5～1.0μm，厚度为5～10μm；所述过滤功能层由电纺聚氨酯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.05～0.5μm，厚度为0.5～3μm。
本发明的第二个方面提供了如上所述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚氨酯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，或将两种原料混合后溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚氨酯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，或者脱泡得到混合纺丝液；
步骤二、静电纺丝：五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，挤出电纺，电纺所形成的纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布；
步骤三、后处理：将上述五层复合结构的非织造布经传送带导入干燥炉中，在100～150℃下去除纤维中残留溶剂即得所述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片。
作为一种优选的技术方案，所述步骤一的有机溶剂为丙酮的混合溶剂，其中丙酮的含量为45～55wt％。
本发明的第三个方面提供了如上所述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片在医用防护领域中的应用。
本发明中的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片具有优异的热稳定性和尺寸结构稳定性，在具备低的呼吸阻力的同时，具有高的过滤效果，同时能够多次杀菌消毒重复使用。具体的，本发明中的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的热分解温度高于300℃，可达到320℃；软化温度高于180℃；耐水蒸水煮；耐水洗摩擦；孔隙率约不低于90％；功能层平均孔径低于0.30微米，85L/min空气流速下的压差不高于250Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％。将其置于180℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率依然超过95％，通过蒸煮、水洗、或微波加热等重复使用要求的消毒处理加工后重复使用率大于15次，高效耐用。
具体实施方式
参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
本发明的第一方面提供了一种五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚氨酯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚氨酯和醋酸纤维素，其重量比例为(1：2)～(2：1)。
本发明中所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料的重量比例可以相同，也可以不相同，其制备原料包括所述聚氨酯和醋酸纤维素，其重量比例相同或不同的分别为(1：2)～(2：1)；进一步地，所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例相同或不同的分别为(1：1.2)～(1.2：1)。
在一些优选的实施方式中，所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料的重量比例不相同。
进一步地，所述功能支撑层的制备原料中，聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1；所述强力支撑层的制备原料中，聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2。
本发明中所述醋酸纤维素CA是纤维素分子中羟基在硫酸催化剂存在下，用醋酸和酯酐混合液使之乙酰化，然后加稀醋酸水解到所需的酯化度一种化学改性的天然高聚物。乙酸酯纤维素产品有温暖的触感、抗汗，并能自体发光，它是拥有明亮色彩和糖浆般透明感的一种传统聚合物。由于醋酸纤维素CA是纤维素中的羟基经过醋酸酯化得到，因此其醋酸含量可以间接的表明其分子链中的羟基含量，醋酸含量越高，其参与酯化反应的羟基量越多，醋酸纤维素中残余的羟基含量越少。
在一些实施方式中，所述醋酸纤维素中组合醋酸含量为53～58wt％。
进一步地，所述醋酸纤维素的玻璃化转变温度不低于180℃。
进一步地，所述醋酸纤维素的玻璃化转变温度为180～190℃。
进一步地，所述醋酸纤维素中组合醋酸含量为55±1wt％，其玻璃化转变温度为185℃。
本发明中的醋酸纤维素含量可以通过本领域技术人员所熟知的方式进行测试，玻璃化转变温度也可根据常规方法测试得到，例如DSC、DMA等测试手段。本发明中的醋酸纤维素可以用醋酸和酯酐混合液使纤维素乙酰化制备得到，也可以从市面上购买得到，例如美国伊士曼公司生产的CA-398-10醋酸纤维素等。
申请人发现醋酸纤维素的醋酸含量和玻璃化转变温度对所得复合纤维高效耐用空气滤片的重复使用率有着密切的联系。当所使用的醋酸纤维素的玻璃化转变温度太低时，所得空气滤片进行微波加热、高温、水煮消毒等操作时尺寸容易发生变化，导致滤片的微孔闭合、尺寸发生改变，从而直接影响防护口罩的呼吸阻力和对微粒的过滤效果。而当醋酸纤维素的玻璃化转变温度太高，容易造成其与聚氨酯之间的相互扩散融合，纺丝液进行静电纺丝后得到的复合纤维中两种物料之间存在明显的界面，复合效果差，影响滤片的机械性能，也同样在进行重复使用要求的消毒加工处理过程中影响滤片的过滤效果和重复使用性能。申请人发现当所使用的醋酸纤维素的玻璃化转变温度高于180℃，尤其在185℃时，所得的空气滤片具有优异的过滤效果和好的呼吸阻力性能，并且经过多次消毒处理后，其上述性能不发生显著的变化。
本发明中的聚氨酯为是由等异氰酸酯(例如二苯甲烷二异酸酯(MDI)、甲苯二异酸酯(TDI))和大分子多元醇(例如与聚酯多元醇、聚醚多元醇等)、扩链剂共同反应聚合而成的高分子材料。它的分子结构是由二苯甲烷二异酸酯(MDI)、甲苯二异酸酯(TDI)和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二苯甲烷二异酸酯(MDI)、甲苯二异酸酯(TDI)和大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的，具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性，是一种成熟的环保材料。
在一些实施方式中，所述聚氨酯的缩水率为1.5～2％。
进一步地，所述聚氨酯的邵尔硬度为56～62D。
进一步地，所述聚氨酯的邵尔硬度为58±2D。
本发明中所述聚氨酯的邵尔硬度是根据ASTM D2240标准进行测试得到，缩水率的测试方法不做限定，根据常规方法进行测试即可。本发明中选用纺丝级聚氨酯材料，可以从市面购买获得。例如可以使用德国巴斯夫的PU98A。
申请人发现本发明中聚氨酯材料的硬度对所得空气滤片的过滤性能和重复使用性能有着密切的联系。需要合理选用聚氨酯材料才能使空气滤片具备好的综合效果。当硬度过小时，原料经过静电纺丝得到的复合纤维的致密度相对较低，对高温、微波辐射等刺激敏感度较高，不能在高温、水煮等环境下保持好的尺寸和结构稳定性。而当硬度太高时，其与醋酸纤维素之间的相容性变差，从而影响复合纤维的机械性能，影响滤片的重复使用性。申请人发现当聚氨酯的邵尔硬度在56～62D范围内，尤其为58±2D时，滤片的重复使用率达到最佳。
在一些实施方式中，所述强力支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为1～5μm，厚度为10～50μm；所述功能支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为0.5～1.0μm，厚度为5～10μm；所述过滤功能层由电纺聚氨酯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.05～0.5μm，厚度为0.5～3μm。
本发明中在核心过滤功能层内外两侧通过对称设置超细纤维功能支撑层和较粗纤维强力支撑层，利用每一层的不同直径纤维相互搭接编织成三维网状结构，层层截留环境中的微粒和病菌。此外，由于最外的强力支撑层纤维较粗，强力大，孔径大，环境中的微粒碰撞在其表面后由于惯性和力的反作用而改变方向，沉降或粘附在最外层上，能够有效保护核心过滤功能层。而且由于最外层和次外层纤维直径相对较粗，所形成的三维网状结构较稳定，在经过水煮、水洗、高温烘烤、紫外辐射、或微波加热等重复使用要求的消毒处理加工时，容易除掉其中所截留的微粒，使其处理前后的孔隙率基本保持一致，不损失其过滤效率。此外，本发明中采用不同比例的较强极性的聚氨酯和醋酸纤维素作为功能支撑层和强力支撑层的原料，利用这些成分中强极性基团容易与空气中的微粒之间形成静电作用力，对相同极性或带有相同电荷的微粒产生排斥，对异性微粒则产生吸附作用，即捕捉这些微粒，从而主动过滤空气中的细菌、病毒、粉尘等微粒，从而进一步改善其过滤效果。
本发明的第二个方面提供了如上所述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚氨酯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，或将两种原料混合后溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚氨酯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，或者脱泡得到混合纺丝液；
步骤二、静电纺丝：五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，挤出电纺，电纺所形成的纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布；
步骤三、后处理：将上述五层复合结构的非织造布经传送带导入干燥炉中，在100～150℃下去除纤维中残留溶剂即得所述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片。
本发明中的纺丝液可以将聚氨酯和醋酸纤维素单独溶解在有机溶剂中，然后将溶液混合，静置脱泡，制备得到纺丝液。也可以将聚氨酯和醋酸纤维素原料混合之后加入溶剂一起溶解、静置脱泡得到纺丝液。其中，对有机溶剂的种类不做特殊限定，可以选用任何可以共同溶解醋酸纤维素和聚氨酯的溶剂。
在一些实施方式中，所述步骤一的有机溶剂为丙酮的混合溶剂，其中丙酮的含量为45～55wt％。
进一步地，所述丙酮的混合溶剂还包括甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、1-甲基-2吡咯烷酮。
进一步地，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的混合物，其质量比例为1：1；或者为二甲基乙酰胺(DMAc)与丙酮的混合物，其质量比例为1：1；或者为1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)与丙酮的混合物，其质量比例为1：1。
在一些实施方式中，所述内强力支撑层和外强力支撑层的聚氨酯-乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度25～32wt％，绝对粘度3.0～8.0Pa.S。
进一步地，所述内强力支撑层和外强力支撑层的聚氨酯-乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度28wt％，绝对粘度5.0Pa.S。
在一些实施方式中，所述内功能支撑层和外功能支撑层的聚氨酯-乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度20wt％，绝对粘度1.5～2.5Pa.S。
在一些实施方式中，所述过滤功能层的聚氨酯纺丝液质量浓度8wt％左右，绝对粘度0.5～1.4Pa.S。
进一步地，所述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的制备方法，包括如下步骤：
五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第五组各有三个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度28％左右，绝对粘度3.0～8.0Pa.S；第二组和第四组各有两个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度20％左右，绝对粘度1.5～2.5Pa.S；第三组一头，聚氨酯纺丝液质量浓度8％左右，绝对粘度0.5～1.4Pa.S。电纺形成的聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维及聚氨酯纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在100～150℃下去除纤维中残留溶剂，形成五层对称的聚氨酯/醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，滤片面积尺寸：120*150～200*250cm2。
本发明的第三个方面提供了如上所述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片在医用防护领域中的应用。
实施例
实施例1：提供了一种五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚氨酯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚氨酯和醋酸纤维素；所述强力支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2，复合纤维的直径为2.5μm，厚度为30μm；所述功能支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.7μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚氨酯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚氨酯为德国巴斯夫的PU98A；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CA-398-10醋酸纤维素。
上述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量比例分别取聚氨酯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚氨酯纺丝液-醋酸纤维素纺丝液和聚氨酯纺丝液；其中的有机溶剂为1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)和丙酮的混合溶剂(质量比为1：1)；
步骤二、五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第五组各有三个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度28％左右，绝对粘度5.0Pa.S；第二组和第四组各有两个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度20％左右，绝对粘度2.1Pa.S；第三组一头，聚氨酯纺丝液质量浓度8％左右，绝对粘度0.8Pa.S。
步骤三、电纺形成的聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维及聚氨酯纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在150℃下去除纤维中残留溶剂，形成五层对称的聚氨酯/醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的热分解温度约为320℃；软化温度186℃；耐水蒸水煮；耐水洗摩擦；孔隙率约为94％；功能层平均孔径0.22微米，85L/min空气流速下的压差约为223Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％。将其置于180℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为95.5％。
实施例2：提供了一种五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚氨酯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚氨酯和醋酸纤维素；所述强力支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为2.5μm，厚度为30μm；所述功能支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.7μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚氨酯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚氨酯为德国巴斯夫的PU98A；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CA-398-10醋酸纤维素。
上述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量比例分别取聚氨酯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚氨酯纺丝液-醋酸纤维素纺丝液和聚氨酯纺丝液；其中的有机溶剂为1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)和丙酮的混合溶剂(质量比为1：1)；
步骤二、五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第五组各有三个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度28％左右；第二组和第四组各有两个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度20％左右；第三组一头，聚氨酯纺丝液质量浓度8％左右。
步骤三、电纺形成的聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维及聚氨酯纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在150℃下去除纤维中残留溶剂，形成五层对称的聚氨酯/醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片耐水蒸水煮；耐水洗摩擦；85L/min空气流速下的压差约为225Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％。将其置于180℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为91.0％。
实施例3：提供了一种五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚氨酯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚氨酯和醋酸纤维素；所述强力支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2，复合纤维的直径为2.5μm，厚度为30μm；所述功能支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.7μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚氨酯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚氨酯为德国巴斯夫的PU98A；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CAB-381-2醋酸丁酸纤维素(玻璃化转变温度为133℃)。
上述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量比例分别取聚氨酯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚氨酯纺丝液-醋酸纤维素纺丝液和聚氨酯纺丝液；其中的有机溶剂为1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)和丙酮的混合溶剂(质量比为1：1)；
步骤二、五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第五组各有三个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度28％左右；第二组和第四组各有两个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度20％左右；第三组一头，聚氨酯纺丝液质量浓度8％左右。
步骤三、电纺形成的聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维及聚氨酯纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在150℃下去除纤维中残留溶剂，形成五层对称的聚氨酯/醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片在85L/min空气流速下的压差约为238Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％。将其置于180℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为86.0％。
实施例4：提供了一种五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚氨酯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚氨酯和醋酸纤维素；所述强力支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2，复合纤维的直径为2.5μm，厚度为30μm；所述功能支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.7μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚氨酯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚氨酯为德国巴斯夫的PU95A(邵尔硬度为45±2Shore D)；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CA-398-10醋酸纤维素。
上述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量比例分别取聚氨酯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚氨酯纺丝液-醋酸纤维素纺丝液和聚氨酯纺丝液；其中的有机溶剂为1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)和丙酮的混合溶剂(质量比为1：1)；
步骤二、五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第五组各有三个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度28％左右；第二组和第四组各有两个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度20％左右；第三组一头，聚氨酯纺丝液质量浓度8％左右。
步骤三、电纺形成的聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维及聚氨酯纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在150℃下去除纤维中残留溶剂，形成五层对称的聚氨酯/醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的在85L/min空气流速下的压差约为221Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％。将其置于180℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为93.0％。
实施例5：提供了一种三层非对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层和强力支撑层分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述过滤功能层的制备原料为聚氨酯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚氨酯和醋酸纤维素；所述强力支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2，复合纤维的直径为2.5μm，厚度为30μm；所述功能支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.7μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚氨酯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚氨酯为德国巴斯夫的PU98A；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CA-398-10醋酸纤维素。
上述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量比例分别取聚氨酯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚氨酯纺丝液-醋酸纤维素纺丝液和聚氨酯纺丝液；其中的有机溶剂为1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)和丙酮的混合溶剂(质量比为1：1)；
步骤二、三组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组有三个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度28％左右；第二组有两个喷头，聚氨酯和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度20％左右；第三组一头，聚氨酯纺丝液质量浓度8％左右。
步骤三、电纺形成的聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维及聚氨酯纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的三层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在150℃下去除纤维中残留溶剂，形成三层对称的聚氨酯/醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的三层非对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片在85L/min空气流速下的压差约为208Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％。将其置于180℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为78.5％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其特征在于，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚氨酯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚氨酯和醋酸纤维素，其重量比例为(1：2)～(2：1)。
2.如权利要求1所述的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其特征在于，所述醋酸纤维素中组合醋酸含量为53～58wt％。
3.如权利要求2所述的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其特征在于，所述醋酸纤维素的玻璃化转变温度不低于180℃。
4.如权利要求1所述的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其特征在于，所述功能支撑层的制备原料中，聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1；所述强力支撑层的制备原料中，聚氨酯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2。
5.如权利要求1任意一项所述的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其特征在于，所述聚氨酯的缩水率为1.5～2％。
6.如权利要求5所述的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其特征在于，所述聚氨酯的邵尔硬度为56～62D。
7.如权利要求1～6任意一项所述的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片，其特征在于，所述强力支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为1～5μm，厚度为10～50μm；所述功能支撑层由电纺聚氨酯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为0.5～1.0μm，厚度为5～10μm；所述过滤功能层由电纺聚氨酯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.05～0.5μm，厚度为0.5～3μm。
8.如权利要求1～7任意一项所述的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚氨酯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，或将两种原料混合后溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚氨酯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，或者脱泡得到混合纺丝液；
步骤二、静电纺丝：五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，挤出电纺，电纺所形成的纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布；
步骤三、后处理：将上述五层复合结构的非织造布经传送带导入干燥炉中，在100～150℃下去除纤维中残留溶剂即得所述五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片。
9.如权利要求8所述的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片的制备方法，其特征在于，所述步骤一的有机溶剂为丙酮的混合溶剂，其中丙酮的含量为45～55wt％。
10.如权利要求1～7任意一项所述的五层对称聚氨酯-醋酸纤维素复合纤维高效耐用空气滤片在医用防护领域中的应用。
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