CN111729401A - 一种口罩用高过滤效率熔喷过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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陈云
童茜
程长发
朱家俊
张应佳
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张本林
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Abstract

本发明公开了一种口罩用高过滤效率熔喷过滤材料，按质量百分比计，包括下述原料：氟插层纳米水滑石0.5‑1％、纳米氟化炭黑0.1‑0.2％、纳米SiO2气凝胶0.2‑0.5％、偶联剂0.05‑0.1％、聚丙烯余量。本发明还公开了口罩用高过滤效率熔喷过滤材料的制备方法。本发明制得的熔喷过滤材料能够同时满足高过滤效率、高强度和低阻的性能要求，具有优良的防护效果和舒适性，适合应用于口罩滤材。

Description

一种口罩用高过滤效率熔喷过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及过滤材料技术领域，尤其涉及一种口罩用高过滤效率熔喷过滤材料及其制备方法。
背景技术
随着空气污染的严重以及公众对健康问题的重视，口罩成为越来越多人出行的必备选择。熔喷过滤材料是口罩最核心的材料，其纤维直径可以达到1～4μm，具有空隙多、比表面积大、结构蓬松的特点，对粉尘、花粉、细菌、飞沫等颗粒污染物具有很好的阻隔过滤能力。除提高过滤效率外，低阻、高强度也是口罩用熔喷过滤材料非常重要的使用要求，这是由于口罩过滤材料呼吸阻力过高不利于透气，会引发呼吸不畅，舒适性差，而机械性能差则容易断裂，降低防护效果。目前，口罩用熔喷过滤材料的主要制造方法是将熔喷形成的过滤材料经过高压驻极处理，使材料表面带电荷，从而提高大幅度过滤效率。通过在熔喷用料中掺杂PTFE微粉可以进一步强化驻极稳定性，但是，难以同时满足高过滤效率、高强度和低阻的性能要求。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种口罩用高过滤效率熔喷过滤材料及其制备方法。
本发明提出的一种口罩用高过滤效率熔喷过滤材料，按质量百分比计，包括下述原料：氟插层纳米水滑石0.5-1％、纳米氟化炭黑0.1-0.2％、纳米SiO2气凝胶0.2-0.5％、偶联剂0.05-0.1％、聚丙烯余量。
优选地，所述氟插层纳米水滑石是以全氟辛基磺酸钾为插层剂，对纳米水滑石进行插层改性制得；优选地，所述全氟辛基磺酸钾与纳米水滑石的质量比为(0.5-1)：1；优选地，所述纳米水滑石的粒径为50-100nm。
优选地，所述氟插层纳米水滑石的制备方法为：将全氟辛基磺酸钾和纳米水滑石加入适量去离子水中分散均匀，将pH调至4-4.5，然后常温搅拌反应60-120h，离心、洗涤、干燥即得。
优选地，所述纳米氟化炭黑的粒径为50-100nm，氟碳比为0.8-1.1。
优选地，所述纳米SiO2气凝胶的粒径为10-20nm。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或者其混合物。
一种所述的口罩用高过滤效率熔喷过滤材料的制备方法，包括下述步骤：
S1、以偶联剂对氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶进行表面接枝改性，得到改性填料；
S2、将所述改性填料与聚丙烯按质量比1：(10-20)混合均匀，然后经过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到改性聚丙烯母粒；
S3、将所述改性聚丙烯母粒与聚丙烯切片混合均匀，然后加入熔喷设备中，熔融后经过喷丝头喷丝、冷却、拉伸和定型，得到熔喷空气过滤材料基材；
S4、将所述熔喷空气过滤材料基材经过电晕驻极装置进行驻极处理，即可。
优选地，所述步骤S1中，将氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶和偶联剂加入适量甲苯中分散均匀，在90-110℃反应6-10h，然后离心、洗涤、干燥，得到改性填料；优选地，所述甲苯的用量为氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶质量之和的20-40倍。
优选地，所述步骤S2中，双螺杆挤出机熔融挤出造粒的温度为265-285℃。
优选地，所述步骤S3中，熔融温度为265-285℃，喷丝温度为240-260℃。
优选地，所述步骤S4中，驻极电压为5-20kV，驻极间距为3.5-4.5cm。
本发明的有益效果如下：
本发明通过在熔喷原料中加入合适比例的偶联剂改性处理的氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶，经过熔喷工艺、驻极处理，得到熔喷过滤材料。其中，氟插层纳米水滑石是以全氟辛基磺酸钾为插层剂，对纳米水滑石进行插层改性制得，经过插层处理后，纳米水滑石片层发生剥离，形成片状的含氟杂化纳米材料，其均匀地分散在熔喷材料的纤维内部，从而在纤维内部引入大量具有较强捕获电子能力的氟原子，而且与纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶复配，可以在纤维内部形成片层-颗粒的桥联结构，进一步强化纤维吸附电荷的能力，提高过滤效率和电荷储存的稳定性，并且这种桥联结构还有利于提高材料的机械强度；同时，由于片状的纳米材料会增大纤维透气的空气阻力，降低材料的透气性，适量的纳米SiO2气凝胶有助于提高材料的孔隙率，从而满足口罩用过滤材料对透气性和舒适度的要求。由此，本发明制得的熔喷过滤材料能够同时满足高过滤效率、高强度和低阻的性能要求，具有优良的防护效果和舒适性，适合应用于口罩滤材。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种口罩用高过滤效率熔喷过滤材料，按质量百分比计，包括下述原料：氟插层纳米水滑石0.5％、纳米氟化炭黑0.2％、纳米SiO2气凝胶0.2％、硅烷偶联剂KH-550 0.05％、聚丙烯余量。
其中，氟插层纳米水滑石的制备方法为：将0.5g全氟辛基磺酸钾和1g粒径为50-100nm的纳米水滑石加入40mL去离子水中分散均匀，将pH调至4，然后常温搅拌反应60h，离心、洗涤、干燥即得；纳米氟化炭黑的粒径为50-100nm，氟碳比为1.1；纳米SiO2气凝胶的粒径为10-20nm。
口罩用高过滤效率熔喷过滤材料的制备方法包括下述步骤：
S1、将氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶和偶联剂加入适量甲苯中分散均匀，在90℃反应6h，然后离心、洗涤、干燥，得到改性填料，其中甲苯的用量为氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶质量之和的40倍；
S2、将所述改性填料与聚丙烯按质量比1：10混合均匀，然后经过双螺杆挤出机在265-285℃条件下熔融挤出造粒，得到改性聚丙烯母粒；
S3、将所述改性聚丙烯母粒与聚丙烯切片混合均匀，然后加入熔喷设备中，在265-285℃条件下熔融后经过喷丝头在240℃条件下喷丝，冷却、拉伸、定型，得到熔喷空气过滤材料基材；
S4、将所述熔喷空气过滤材料基材经过电晕驻极装置进行驻极处理，其中驻极电压为5kV，驻极间距为4.5cm，即可。
实施例2
一种口罩用高过滤效率熔喷过滤材料，按质量百分比计，包括下述原料：氟插层纳米水滑石1％、纳米氟化炭黑0.1％、纳米SiO2气凝胶0.5％、硅烷偶联剂KH-550 0.1％、聚丙烯余量。
其中，氟插层纳米水滑石的制备方法为：将1g全氟辛基磺酸钾和1g粒径为50-100nm的纳米水滑石加入40mL去离子水中分散均匀，将pH调至4.5，然后常温搅拌反应120h，离心、洗涤、干燥即得；纳米氟化炭黑的粒径为50-100nm，氟碳比为0.8；纳米SiO2气凝胶的粒径为10-20nm。
口罩用高过滤效率熔喷过滤材料的制备方法包括下述步骤：
S1、将氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶和偶联剂加入适量甲苯中分散均匀，在110℃反应10h，然后离心、洗涤、干燥，得到改性填料，其中甲苯的用量为氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶质量之和的40倍；
S2、将所述改性填料与聚丙烯按质量比1：20混合均匀，然后经过双螺杆挤出机在265-285℃条件下熔融挤出造粒，得到改性聚丙烯母粒；
S3、将所述改性聚丙烯母粒与聚丙烯切片混合均匀，然后加入熔喷设备中，在265-285℃条件下熔融后经过喷丝头在260℃条件下喷丝，冷却、拉伸、定型，得到熔喷空气过滤材料基材；
S4、将所述熔喷空气过滤材料基材经过电晕驻极装置进行驻极处理，其中驻极电压为20kV，驻极间距为3.5cm，即可。
实施例3
一种口罩用高过滤效率熔喷过滤材料，按质量百分比计，包括下述原料：氟插层纳米水滑石0.6％、纳米氟化炭黑0.15％、纳米SiO2气凝胶0.45％、硅烷偶联剂KH-5500.06％、聚丙烯余量。
其中，氟插层纳米水滑石的制备方法为：将0.8g全氟辛基磺酸钾和1g粒径为50-100nm的纳米水滑石加入40mL去离子水中分散均匀，将pH调至4.2，然后常温搅拌反应80h，离心、洗涤、干燥即得；纳米氟化炭黑的粒径为50-100nm，氟碳比为1.0；纳米SiO2气凝胶的粒径为10-20nm。
口罩用高过滤效率熔喷过滤材料的制备方法包括下述步骤：
S1、将氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶和偶联剂加入适量甲苯中分散均匀，在100℃反应8h，然后离心、洗涤、干燥，得到改性填料，其中甲苯的用量为氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶质量之和的30倍；
S2、将所述改性填料与聚丙烯按质量比1：15混合均匀，然后经过双螺杆挤出机在265-285℃条件下熔融挤出造粒，得到改性聚丙烯母粒；
S3、将所述改性聚丙烯母粒与聚丙烯切片混合均匀，然后加入熔喷设备中，在265-285℃条件下熔融后经过喷丝头在250℃条件下喷丝，冷却、拉伸、定型，得到熔喷空气过滤材料基材；
S4、将所述熔喷空气过滤材料基材经过电晕驻极装置进行驻极处理，其中驻极电压为15kV，驻极间距为4cm，即可。
将实施例1-3制得的熔喷空气过滤材料进行性能测试，其中，过滤效率和阻力参照GB2626-2006的方法测试，测试流量为32L/min；结果如表1所示：
表1熔喷空气过滤材料性能测试结果
Figure BDA0002563066110000061
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种口罩用高过滤效率熔喷过滤材料，其特征在于，。
2.根据权利要求1所述的口罩用高过滤效率熔喷过滤材料，其特征在于，所述氟插层纳米水滑石是以全氟辛基磺酸钾为插层剂，对纳米水滑石进行插层改性制得；优选地，所述全氟辛基磺酸钾与纳米水滑石的质量比为(0.5-1)：1；优选地，所述纳米水滑石的粒径为50-100nm。
3.根据权利要求1所述的口罩用高过滤效率熔喷过滤材料，其特征在于，所述纳米氟化炭黑的粒径为50-100nm，氟碳比为0.8-1.1。
4.根据权利要求1所述的口罩用高过滤效率熔喷过滤材料，其特征在于，所述纳米SiO2气凝胶的粒径为10-20nm。
5.根据权利要求1所述的口罩用高过滤效率熔喷过滤材料及其制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或者其混合物。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的口罩用高过滤效率熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、以偶联剂对氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶进行表面接枝改性，得到改性填料；
S2、将所述改性填料与聚丙烯按质量比1：(10-20)混合均匀，然后经过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到改性聚丙烯母粒；
S3、将所述改性聚丙烯母粒与聚丙烯切片混合均匀，然后加入熔喷设备中，熔融后经过喷丝头喷丝、冷却、拉伸和定型，得到熔喷空气过滤材料基材；
S4、将所述熔喷空气过滤材料基材经过电晕驻极装置进行驻极处理，即可。
7.根据权利要求6所述的口罩用高过滤效率熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，将氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶和偶联剂加入适量甲苯中分散均匀，在90-110℃反应6-10h，然后离心、洗涤、干燥，得到改性填料；优选地，所述甲苯的用量为氟插层纳米水滑石、纳米氟化炭黑、纳米SiO2气凝胶质量之和的20-40倍。
8.根据权利要求6或7所述的口罩用高过滤效率熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，双螺杆挤出机熔融挤出造粒的温度为265-285℃。
9.根据权利要求6-8任一项所述的口罩用高过滤效率熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，熔融温度为265-285℃，喷丝温度为240-260℃。
10.根据权利要求6-9任一项所述的口罩用高过滤效率熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，驻极电压为5-20kV，驻极间距为3.5-4.5cm。
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