CN113244697B - 自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料及其制备方法。通过对磁性纳米粒子进行退磁处理，得到退磁态磁性纳米粒子；再将预定量的退磁态纳米粒子、驻极体材料与聚丙烯熔融混合造粒，然后将形成的复合母粒与聚丙烯切片混合后进行熔喷，最后将得到熔喷非织造无纺布进行充磁、充电处理后，即可得到自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料。通过上述方式，本发明能够利用硬磁性粒子和驻极体材料共同形成的多重物理场作用，在提高熔喷非织造无纺布过滤性能的同时不增加空气阻力，同时改善其静电作用易衰减、长期使用安全稳定性差的问题，从而有效提高制得的空气过滤材料在吸附及过滤过程的稳定性，实现对空气的高效、长期过滤。

Description

自具多重物理场作用的熔喷高效空气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，尤其涉及一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料及其制备方法。
背景技术
在各类过滤材料中，非织造的纤维膜过滤材料以其成本较低、节约能源以及表面积大等优势被广泛用作气体过滤材料。目前，使用最广泛的空气过滤材料是熔喷聚丙烯无纺布和通过静电纺丝法得到纳米纤维过滤材料。然而，这两类空气过滤材料中的电荷极易衰减，尤其是在高温和高湿度的环境中，从而导致难以保证过滤性能的稳定性和使用的安全性，影响了其长期使用性能。因此，有必要对现有的空气过滤材料进行改进，开发一种具有安全性、高效、低阻的空气过滤材料。
公开号为CN106048887A的专利提供了一种高效过滤PM2.5的熔喷无纺布及其制作方法，该专利通过将聚丙烯切片与改良电气石分散均匀混合熔融，制成母粒，再将所得母粒与聚丙烯切片均匀混合熔融、挤出，在高速热空气流下拉伸，制成熔喷非织造无纺布。虽然该方法制备的熔喷非织造无纺布具有高孔隙率、、容尘量大、过滤效率高、阻力低的特点；可在高温高湿的环境下使用，具有使用寿命长的优点。然而，随着空气的尘埃颗粒沉积在过滤材料上，静电作用会逐渐减弱和消散，导致其长期使用稳定性和安全性。
有鉴于此，有必要设计一种改进的空气过滤材料及其制备方法，以解决上述问题。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料及其制备方法。通过在熔喷非织造无纺布中添加预定量的驻极体材料和硬磁性粒子，利用静电场和磁场的多重物理场作用，在提高该熔喷非织造无纺布过滤性能的同时不增加空气阻力，同时改善熔喷非织造无纺布静电作用易衰减、长期使用安全稳定性差的问题，从而有效提高制得的空气过滤材料在吸附及过滤过程的稳定性，实现对空气的高效、长期过滤。
为实现上述目的，本发明提供了一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、对磁性纳米粒子进行退磁处理，得到退磁态磁性纳米粒子；
S2、将步骤S1得到的所述退磁态磁性纳米粒子、驻极体材料和聚丙烯切片按照第一预设质量比进行熔融混合造粒，得到复合母粒；
S3、将步骤S2得到的所述复合母粒与聚丙烯切片按照第二预设质量比混合后进行熔喷，得到熔喷非织造无纺布；
S4、对步骤S3得到的所述熔喷非织造无纺布依次进行充磁处理和充电处理，得到具有多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述退磁处理包括如下步骤：
将所述磁性纳米粒子置于磁舟中，在真空或惰性气氛下进行高温处理，经冷却后得到所述退磁态磁性纳米粒子。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述高温处理为在500～700℃下处理1～2h。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述退磁态磁性纳米粒子、驻极体材料和聚丙烯切片熔融混合造粒时的所述第一预设质量比为(5～25):(5～25):(70～90)。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述熔融混合造粒过程的温度为180～240℃。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，所述复合母粒与聚丙烯切片混合时的所述第二预设质量比为(1～10):1。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，所述熔喷过程的温度为230～280℃。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述磁性纳米粒子包括但不限于Nd2Fe14B、SrFe12O19、Fe3O4中的一种或多种混合。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述的驻极体材料包括但不限于电气石、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锌、钛酸钡、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或多种。
为实现上述目的，本发明还提供了一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料，该空气过滤材料根据上述技术方案中任一技术方案制备得到。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过将预定量的退磁态纳米粒子、驻极体材料与聚丙烯熔融混合造粒，再将其与聚丙烯切片混合后进行熔喷，制备了含有硬磁性粒子和驻极体材料的熔喷非织造无纺布，经充磁、充电处理后，即可得到自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料。基于这样的方式，本发明能够利用该空气过滤材料中含有的特定量的硬磁性粒子和驻极体材料形成的多重物理场作用，在提高该熔喷非织造无纺布过滤性能的同时不增加空气阻力，还能够改善现有技术中常用的熔喷聚乙烯无纺布存在的静电作用易衰减、长期使用安全稳定性差的问题，从而有效提高制得的空气过滤材料在吸附及过滤过程的稳定性，实现对空气的高效、长期过滤。
(2)本发明在制备自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的过程中，通过先对磁性纳米粒子进行退磁处理，在制成熔喷非织造无纺布后再进行充磁处理，既能够避免磁性对制备过程的影响，又能够使制得的熔喷非织造无纺布具有硬磁特性，从而有效提高制得的空气过滤材料的过滤性能。同时，本发明在对各原料进行混合时，通过将磁性纳米粒子、驻极体材料先和聚丙烯切片熔融混合，制成复合母粒，再将该复合母粒与聚丙烯切片混合进行熔喷，不仅便于加工，还能够保证各原料混合均匀，从而进一步提高制得的空气过滤材料的过滤性能。此外，本发明通过对各原料用量及其制备工艺进行有效调控，能够以较低的成本和简单的工艺实现对熔喷非织造无纺布材料空气过滤性能的有效改善，具有较高的应用价值。
(3)本发明提供的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的制备方法简便高效、易于调控，适合工业化大规模生产；且该方法制得的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料同时具有较高的过滤效率、较低的空气阻力和较高的稳定性，能够满足实际应用的需求，实现对空气的高效过滤和长期过滤。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、对磁性纳米粒子进行退磁处理，得到退磁态磁性纳米粒子；
S2、将步骤S1得到的所述退磁态磁性纳米粒子、驻极体材料和聚丙烯切片按照第一预设质量比进行熔融混合造粒，得到复合母粒；
S3、将步骤S2得到的所述复合母粒与聚丙烯切片按照第二预设质量比混合后进行熔喷，得到熔喷非织造无纺布；
S4、对步骤S3得到的所述熔喷非织造无纺布依次进行充磁处理和充电处理，得到具有多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料。
在步骤S1中，所述磁性纳米粒子包括但不限于Nd2Fe14B、SrFe12O19、Fe3O4中的一种或多种混合；所述退磁处理包括如下步骤：
将所述磁性纳米粒子置于磁舟中，在真空或惰性气氛下进行高温处理，经冷却后得到所述退磁态磁性纳米粒子；所述高温处理为在500～700℃下处理1～2h。
在步骤S2中，所述退磁态磁性纳米粒子、驻极体材料和聚丙烯切片熔融混合造粒时的所述第一预设质量比为(5～25):(5～25):(70～90)；所述熔融混合造粒过程的温度为180～240℃；所述的驻极体材料包括但不限于电气石、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锌、钛酸钡、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或多种。
在步骤S3中，所述复合母粒与聚丙烯切片混合时的所述第二预设质量比为(1～10):1；所述熔喷过程的温度为230～280℃。
本发明还提供了一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料，该空气过滤材料根据上述技术方案制备得到。
下面结合具体的实施例对本发明提供的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料及其制备方法进行说明。
实施例1
本实施例提供了一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将磁性纳米粒子Nd2Fe14B放在磁舟里，置于马弗炉中，在真空状态下将其加热至600℃，保温1.5h，经冷却后得到退磁态磁性纳米粒子。
S2、将步骤S1得到的所述退磁态磁性纳米粒子、驻极体材料电气石和聚丙烯切片按照第一预设质量比10:10:80混合后，在210℃下进行熔融造粒，得到复合母粒。
S3、将步骤S2得到的所述复合母粒与纯聚丙烯切片按照第二预设质量比5:1混合后进行熔喷，并控制熔喷过程的温度为255℃，得到熔喷非织造无纺布。
S4、利用充磁机对步骤S3得到的所述熔喷非织造无纺布依次进行充磁处理，再利用静电驻极设备对其进行充电处理，得到具有多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料。
通过上述方式，本实施例制备的空气过滤材料中含有的特定量的硬磁性粒子和驻极体材料形成的多重物理场作用，在提高该熔喷非织造无纺布过滤性能的同时不增加空气阻力，还能够改善现有技术中常用的熔喷聚乙烯无纺布存在的静电作用易衰减、长期使用安全稳定性差的问题，从而有效提高制得的空气过滤材料在吸附及过滤过程的稳定性，实现对空气的高效、长期过滤。
实施例2～10及对比例1～2
实施例2～10及对比例1～2分别提供了一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了制备过程的工艺参数，各实施例及对比例对应的具体参数如表1所示，其中，对比例1中未添加磁性纳米粒子，对比例2中未添加驻极体材料；各实施例及对比例的其余步骤均与实施例1一致，在此不再赘述。
表1实施例2～10及对比例1～2的相应制备参数
Figure GDA0003106305030000061
Figure GDA0003106305030000071
对实施例2～10制备的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料进行测试可以发现：实施例2～10制备的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料均具有与实施例1所得的空气过滤材料类似的结构，虽然其过滤性能随参数的变化有一定区别，但均具有相对较高的过滤效率、较低的空气阻力和较高的稳定性，能够实现对空气的高效过滤和长期过滤。
将对比例1～2制备的空气过滤材料与各实施例制备的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料对比可以看出，未添加磁性纳米粒子或驻极体材料得到的空气过滤材料的过滤性能明显更差，其在长期应用过程中，存在静电作用易衰减、安全稳定性差的问题，而本发明提供的方法能够有效改善上述问题，提高制得的空气过滤材料在吸附及过滤过程的稳定性。
具体地，以0.3μm的NaCl气溶胶粒子作为试验介质，在流量大小为32L/min、测试面积为100cm2的条件下进行测试，测得实施例7和对比例2制备的空气过滤材料的压降和过滤效率如表2所示。
表2实施例7和对比例2的过滤性能对比
试验材料 压降(Pa) 过滤效率(％)
实施例7 17.32±1.86 97.44±0.98
对比例2 19.25±2.35 95.51±1.47
由表2可以看出，与对比例提供的制备方法相比，按照本发明提供的方法制备的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料具有更低的压降和更高的过滤效率，能够达到高效低阻的过滤效果，具有更高的应用价值。综上所述，本发明提供了一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料及其制备方法。通过对磁性纳米粒子进行退磁处理，得到退磁态磁性纳米粒子；再将预定量的退磁态纳米粒子、驻极体材料与聚丙烯熔融混合造粒，然后将形成的复合母粒与聚丙烯切片混合后进行熔喷，最后将得到熔喷非织造无纺布进行充磁、充电处理后，即可得到自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料。通过上述方式，本发明能够利用硬磁性粒子和驻极体材料共同形成的多重物理场作用，在提高熔喷非织造无纺布过滤性能的同时不增加空气阻力，同时改善其静电吸附效果易受外界影响的问题，从而有效提高制得的空气过滤材料在吸附及过滤过程的稳定性，实现对空气的高效、长效过滤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对磁性纳米粒子进行退磁处理，得到退磁态磁性纳米粒子；
S2、将步骤S1得到的所述退磁态磁性纳米粒子、驻极体材料和聚丙烯切片按照第一预设质量比进行熔融混合造粒，得到复合母粒；所述第一预设质量比为10:10:80，所述驻极体材料为电气石、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锌、钛酸钡中的一种或多种；所述熔融混合造粒过程的温度为180～240℃；
S3、将步骤S2得到的所述复合母粒与聚丙烯切片按照第二预设质量比1:1混合后进行熔喷，得到熔喷非织造无纺布；
S4、对步骤S3得到的所述熔喷非织造无纺布依次进行充磁处理和充电处理，得到具有多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料。
2.根据权利要求1所述的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述退磁处理包括如下步骤：
将所述磁性纳米粒子置于磁舟中，在真空或惰性气氛下进行高温处理，经冷却后得到所述退磁态磁性纳米粒子。
3.根据权利要求2所述的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述高温处理为在500～700℃下处理1～2h。
4.根据权利要求1所述的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述熔喷过程的温度为230～280℃。
5.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述磁性纳米粒子包括Nd2Fe14B、SrFe12O19、Fe3O4中的一种或多种混合。
6.一种自具多重物理场作用的熔喷高效空气过滤材料，其特征在于：该空气过滤材料根据权利要求1～5中任一权利要求所述的制备方法制备得到。
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