CN113308797B - 熔喷布及其制法和含有其的口罩和空气过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高效低阻熔喷布，该熔喷布的纤维直径为0.3‑15μm，熔喷布中的孔隙率为80‑95％，熔喷布的比表面积为25‑50m2/g。本发明还提供了一种制备高效低阻熔喷布的方法，该方法包括以下步骤：将分别置于不同纺丝装置中的熔喷纤维材料和驻极母粒，与水溶性材料同时喷丝到同一成网帘上，控制喷丝直径，使得熔喷纤维丝的直径大于水溶性材料形成的丝的直径。本发明还提供一种口罩，形成该口罩的熔喷布为本发明提供的熔喷布。本发明提供的熔喷布的蓬松度远高于现有技术制备的熔喷布的蓬松度。采用本发明提供的熔喷布制备的口罩，其过滤效果大于98％，吸气阻力≤42Pa，呼气阻力≤39Pa。

Description

熔喷布及其制法和含有其的口罩和空气过滤装置
技术领域
本发明涉及医卫纤维材料领域，具体地涉及熔喷布领域，尤其涉及高效低阻熔喷布，该高效低阻熔喷布的制备方法，以及含有该高效低阻熔喷布的口罩和空气过滤装置。
背景技术
熔喷布因具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性，可广泛用于空气、液体过滤材料、隔离材料、吸纳材料、口罩材料、保暖材料、吸油材料及擦拭布等领域。
熔喷布是医用口罩、N95、KN95口罩中最核心的材料。熔喷布的过滤效果与形成熔喷布的纤维直径以及纤维上附着的静电量相关。通常为了获得更好的过滤效果，熔喷布的纤维直径被控制非常纤细，例如纤维细度被控制为2-5μm之间。采用传统的熔喷布的制备方法制备的熔喷布在厚度方向上纤维之间比较密实，不够蓬松，因此，呼吸阻力比较大，例如呼吸防护用品的最新国标GB2626-2019中规定：KN95随弃式面罩吸气阻力≤210Pa，呼气阻力≤210Pa。当人们佩戴这种标准的口罩时，总感觉呼吸不够顺畅。
另外，采用现有技术制备的熔喷布形成空气过滤装置中的过滤芯，通气阻力大，增加能耗。
发明专利内容
为了提高人们使用含有熔喷布的呼吸防护用品的舒适性或者降低空气过滤装置的通气阻力，本发明提供了高效低阻熔喷布以及制备所述熔喷布的方法。
因此，一方面，本发明提供了一种高效低阻熔喷布，其特征在于，该熔喷布的纤维直径为0.3-15μm，熔喷布中的孔隙率为80-95％，熔喷布的比表面积为25-50m2/g。
另一方面，本发明还提供了一种制备高效低阻熔喷布的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将分别置于不同纺丝装置中的熔喷纤维材料和驻极母粒，与水溶性材料同时喷丝到同一成网帘上，控制喷丝直径，使得熔喷纤维丝的直径大于水溶性材料形成的丝的直径。
本发明还提供一种口罩，其中，形成该口罩的熔喷布为本发明提供的熔喷布。
本发明还提供一种空气过滤装置，其中，该空气过滤装置的过滤芯采用本发明提供的熔喷布制成。
本发明提供的熔喷布的比表面积稍高于常规熔喷布的比表面积，蓬松度高于现有技术制备的熔喷布的蓬松度，其幅宽方向的纤维的密度基本上保持不变，但是厚度方向的纤维密度显著降低，这样的纤维分布，基本上不降低过滤效果，但是能大大降低通气阻力。
采用本发明提供的熔喷布，采用GB2626-2019标准进行测试，其过滤效果大于98％，吸气阻力≤42Pa，呼气阻力≤39Pa；即在同等过滤效果的情况下，其空气流过阻力远低于最新国家规定的相应值(最新国标GB2626-2019中规定：KN95随弃式面罩吸气阻力≤210Pa，呼气阻力≤210Pa)。
采用本发明提供的制备方法制备的熔喷布的蓬松度比较高，具有较高的过滤效果，较低的空气通过阻力；即在同等过滤效果的情况下，其空气通过阻力远低于最新国家规定的相应值。
附图说明
图1为本发明提供的熔喷布生产过程中幅宽方向的纤维分布示意图；
图2为本发明提供的熔喷布生产过程中厚度方向的纤维分布示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种高效低阻熔喷布，其特征在于，该熔喷布的纤维直径为0.3-15μm，熔喷布中的孔隙率为80-95％，熔喷布的比表面积为25-50m2/g。
纤维直径越大，刚性越好；在一种优选的实施方式中，为了维持一定的筋骨但是又不过于刚硬，第1层的纤维直径不大于12μm，更优选不大于10μm。当第1层的纤维直径比较大，例如，大于10μm并小于15μm，这种高效低阻熔喷材料具有一定的筋骨，不软塌，可以用于空气过滤器材中，例如空气过滤器，空调，新风系统中。
在另一种优选的实施方式中，第M层熔喷布的纤维直径不小于0.5μm，以便于采用常规的设备制备。
在一种优选的实施方式中，熔喷布的纤维直径可以为0.3-5μm。
当熔喷布的纤维直径小于10μm时，熔喷布具有较好的柔韧性，从而可以用于制备医用口罩、N95、KN95等；当然这种熔喷材料也可以用于其它空气过滤情况。
在一种优选的实施方式中，该熔喷布通过包括以下步骤的方法制备：将分别置于不同纺丝装置中的熔喷纤维材料和驻极母粒，与水溶性材料同时喷丝到同一成网帘上，控制喷丝直径，使得熔喷纤维丝的直径大于水溶性材料形成的丝的直径。
为了获得更好的横切面蓬松度，并且为了尽量减少在幅宽方向的水溶性材料喷丝对熔喷材料喷丝的影响，在一种优选的实施方式中，所述熔喷纤维丝的直径为水溶性材料形成的丝的直径的2-10倍，优选为2.5-6倍。
在一种优选的实施方式中，所述熔喷纤维丝的直径0.3-5μm，优选为0.5-2μm；水溶性材料形成的丝的直径为0.1-1μm，优选为0.15-0.4μm。
进一步地，为了获得更好的横切面蓬松度，并且为了尽量减少在幅宽方向的水溶性材料喷丝对熔喷材料喷丝的影响，在一种优选的实施方式中，喷丝到单位成网帘上的所述熔喷纤维材料与所述水溶性材料的重量比为2-20:1，优选为4-10:1。
水溶性材料可以为糖和水溶性纤维，在一种优选的实施方式中，水溶性材料为糖、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、维纶或海藻。
熔喷纤维材料可以为本领域中任何可以采用的纤维材料，在一种优选的实施方式中，熔喷纤维材料为聚丙烯、聚肽胺、聚乳酸、聚乙烯、PBT或乙烯共聚物。
本发明还提供一种制备高效低阻熔喷布的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将分别置于不同纺丝装置中的熔喷纤维材料和驻极母粒，与水溶性材料同时喷丝到同一成网帘上，控制喷丝直径，使得熔喷纤维丝的直径大于水溶性材料形成的丝的直径。
为了获得更好的横切面蓬松度，并且为了尽量减少在幅宽方向的表面水溶性材料喷丝对熔喷材料喷丝的影响，在一种优选的实施方式中，所述熔喷纤维丝的直径为水溶性材料形成的丝的直径的2-10倍，优选为2.5-6倍。
在一种优选的实施方式中，所述熔喷纤维丝的直径0.3-5μm，优选为0.5-2μm；水溶性材料形成的丝的直径为0.1-1μm，优选为0.15-0.4μm。
进一步地，为了获得更好的横切面蓬松度，并且为了尽量减少在幅宽方向的水溶性材料喷丝对熔喷材料喷丝的影响，在一种优选的实施方式中，喷丝到单位成网帘上的所述熔喷纤维材料与所述水溶性材料的重量比为2-20:1，优选为5-10:1。
水溶性材料可以为糖和水溶性纤维，在一种优选的实施方式中，水溶性材料为糖、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、维纶或海藻。
熔喷纤维材料可以为本领域中任何可以采用的纤维材料，在一种优选的实施方式中，熔喷纤维材料为聚丙烯、聚肽胺、聚乳酸、聚乙烯、PBT或乙烯共聚物。
本发明还提供一种口罩，其中，形成该口罩的熔喷布为本发明提供的熔喷布。所述口罩可以为医用口罩、外科口罩、N95、KN95，带呼吸阀或者不带呼吸阀。
本发明还提供一种空气过滤装置，其中，该空气过滤装置的过滤芯采用本发明提供的熔喷布制成。
实施例
实施例1
a.按照重量百分比4％的驻极母粒和96％的聚丙烯混合均匀，获得熔喷布原料；将熔喷布原料加入到螺杆挤出机A出机中进行熔融处理；
b.将步骤a中熔喷布原料重量的1/4的白砂糖加入到棉花糖机器中进行熔融处理；
c.调节螺杆挤出机A 5个区的温度值分别设定为一区温度为190℃，二区温度为220℃，三区温度为240℃，四区温度为240℃，五区温度为210℃，并保温20min，采用计量泵将熔融得到的熔体送至喷丝组件A；依次打开主机、风机及接收网帘，主机的转速为300-320r/min，风机的热风进行喷吹，风机的热风温度为220℃，风机的转速为750-800r/min，喷吹的距离为155-160mm；使得喷丝直径为2-3μm。调节棉花糖机器，使得喷丝直径为0.7-0.8μm。使喷丝组件A和棉花糖机器同时向接收网帘喷丝。
d.待熔喷布累计到规定的厚度后，打开收卷辊和驻极电压，收卷辊的转速为790r/min，驻极电压为250V，进行水驻极处理，纯水将白砂糖纤维溶解。收卷辊收卷成型，制得熔喷布成品；
e.对所制备的熔喷布成品进行性能测试，采用GB2626-2019测试过滤效率、呼气阻力和吸气阻力、采用Porometer3G和Autosorb-iQ3检测比表面和孔隙率，并检测克重；测试结果如表1所示。
实施例2
a.按照重量百分比4％的驻极母粒和96％的聚丙烯混合均匀，获得熔喷布原料；将熔喷布原料加入到螺杆挤出机A出机中进行熔融处理；
b.将步骤a中熔喷布原料重量的1/5的高浓度聚乙烯醇溶液采用纳米静电纺丝方法制备；
c.调节螺杆挤出机A 5个区的温度值分别设定为一区温度为190℃，二区温度为220℃，三区温度为240℃，四区温度为240℃，五区温度为210℃，并保温20min，采用计量泵将熔融得到的熔体送至喷丝组件A；依次打开主机、风机及接收网帘，主机的转速为300-320r/min，风机的热风进行喷吹，风机的热风温度为220℃，风机的转速为780-800r/min，喷吹的距离为155-160mm；使得喷丝直径为2-2.5μm。将高浓度的聚乙烯醇溶液送入纳米静电纺丝机中，使得喷丝直径为0.6-0.7μm。使喷丝组件A和静电纺丝同时向接收网帘喷丝。
d.待熔喷布累计到规定的厚度后，打开收卷辊和驻极电压，收卷辊的转速为790r/min，驻极电压为250V，进行水驻极处理，纯水将聚乙烯醇纤维溶解。收卷辊收卷成型，制得熔喷布成品；
e.对所制备的熔喷布成品进行性能测试，采用GB2626-2019测试过滤效率、呼气阻力和吸气阻力、采用Porometer3G和Autosorb-iQ3检测比表面和孔隙率，并检测克重；测试结果如表1所示。
实施例3
a.按照重量百分比4％的驻极母粒和96％的聚丙烯混合均匀，获得熔喷布原料；将熔喷布原料加入到螺杆挤出机A出机中进行熔融处理；
b.将步骤a中熔喷布原料重量的1/10的高浓度聚乙烯醇溶液采用纳米静电纺丝方法制备；
c.调节螺杆挤出机A 5个区的温度值分别设定为一区温度为190℃，二区温度为220℃，三区温度为240℃，四区温度为240℃，五区温度为210℃，并保温20min，采用计量泵将熔融得到的熔体送至喷丝组件A；依次打开主机、风机及接收网帘，主机的转速为350-400r/min，风机的热风进行喷吹，风机的热风温度为220℃，风机的转速为780-800r/min，喷吹的距离为155-160mm；使得喷丝直径为1.5-2μm。将高浓度的聚乙烯醇溶液送入纳米静电纺丝机，使得喷丝直径为0.6-0.65μm。使喷丝组件A和静电纺丝同时向接收网帘喷丝。
d.待熔喷布累计到规定的厚度后，打开收卷辊和驻极电压，收卷辊的转速为790r/min，驻极电压为250V，进行水驻极处理，纯水将聚乙烯醇纤维溶解。收卷辊收卷成型，制得熔喷布成品；
e.对所制备的熔喷布成品进行性能测试，采用GB2626-2019测试过滤效率、呼气阻力和吸气阻力、采用Porometer3G检测和Autosorb-iQ3比表面和孔隙率，并检测克重；测试结果如表1所示。
实施例4
a.按照重量百分比4％的驻极母粒和96％的聚丙烯混合均匀，获得熔喷布原料；将熔喷布原料加入到螺杆挤出机A出机中进行熔融处理；
b.将步骤a中熔喷布原料重量的1/6的高浓度聚乙烯醇溶液采用纳米静电纺丝方法制备；
c.调节螺杆挤出机A 5个区的温度值分别设定为一区温度为190℃，二区温度为220℃，三区温度为240℃，四区温度为240℃，五区温度为210℃，并保温20min，采用计量泵将熔融得到的熔体送至喷丝组件A；依次打开主机、风机及接收网帘，主机的转速为300-350r/min，风机的热风进行喷吹，风机的热风温度为220℃，风机的转速为700-800r/min，喷吹的距离为150-160mm；使得喷丝直径为5-7μm。将高浓度的聚乙烯醇溶液送入纳米静电纺丝机，使得喷丝直径为0.8-0.85μm。使喷丝组件A和静电纺丝同时向接收网帘喷丝。
d.待熔喷布累计到规定的厚度后，打开收卷辊和驻极电压，收卷辊的转速为790r/min，驻极电压为250V，进行水驻极处理，纯水将聚乙烯醇纤维溶解。收卷辊收卷成型，制得熔喷布成品；
e.对所制备的熔喷布成品进行性能测试，采用GB2626-2019测试过滤效率、呼气阻力和吸气阻力、采用Porometer3G检测和Autosorb-iQ3比表面和孔隙率，并检测克重；测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003055641760000071
结论：本发明提供的熔喷布，过滤效果均高于98％，吸气阻力均低于42Pa，呼吸阻力均低于39Pa；该呼吸阻力远低于最新国标GB2626-2019中规定的KN95随弃式面罩吸气阻力≤210Pa，呼气阻力≤210Pa。

Claims (15)

1.一种高效低阻熔喷布，其特征在于，该熔喷布的纤维直径为0.3-15μm，熔喷布中的孔隙率为80-95％，熔喷布的比表面积为25-50m2/g；该熔喷布通过包括以下步骤的方法制备：将分别置于不同熔喷纺丝装置中的熔喷纤维材料和驻极母粒，与水溶性材料同时喷丝到同一成网帘上，控制喷丝直径，使得熔喷纤维丝的直径大于水溶性材料形成的丝的直径；在水驻极处理后，用纯水溶解水溶性材料形成的丝。
2.根据权利要求1所述的熔喷布，其特征在于，该熔喷布的纤维直径为0.3-5μm。
3.根据权利要求1所述的熔喷布，其特征在于，所述熔喷纤维丝的直径为水溶性材料形成的丝的直径的2-10倍。
4.根据权利要求1所述的熔喷布，其特征在于，所述熔喷纤维丝的直径0.3-5μm，水溶性材料形成的丝的直径为0.1-1μm。
5.根据权利要求1所述的熔喷布，其特征在于，喷丝到单位成网帘上的所述熔喷纤维材料与所述水溶性材料的重量比为2-20:1。
6.根据权利要求1所述的熔喷布，其特征在于，水溶性材料为糖、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、维纶或海藻。
7.根据权利要求1所述的熔喷布，其特征在于，熔喷纤维材料为聚丙烯、聚肽胺、聚乳酸、聚乙烯、PBT或乙烯共聚物。
8.一种制备高效低阻熔喷布的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将分别置于不同纺丝装置中的熔喷纤维材料和驻极母粒，与水溶性材料同时喷丝到同一成网帘上，控制喷丝直径，使得熔喷纤维丝的直径大于水溶性材料形成的丝的直径；在水驻极处理后，用纯水溶解水溶性材料形成的丝。
9.根据权利要求8所述的制备高效低阻熔喷布的方法，其特征在于，所述熔喷纤维丝的直径为水溶性材料形成的丝的直径的2-10倍。
10.根据权利要求8所述的制备高效低阻熔喷布的方法，其特征在于，所述熔喷纤维丝的直径0.3-5μm，水溶性材料形成的丝的直径为0.1-1μm。
11.根据权利要求8所述的制备高效低阻熔喷布的方法，其特征在于，喷丝到单位成网帘上的所述熔喷纤维材料与所述水溶性材料的重量比为2-20:1。
12.根据权利要求8所述的制备高效低阻熔喷布的方法，其特征在于，水溶性材料为糖、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、维纶或海藻。
13.根据权利要求8所述的制备高效低阻熔喷布的方法，其特征在于，熔喷纤维材料为聚丙烯、聚肽胺、聚乳酸、聚乙烯、PBT或乙烯共聚物。
14.一种口罩，其中，形成该口罩的熔喷布为权利要求 2-7中任意一项所述的熔喷布。
15.一种空气过滤装置，其特征在于，该空气过滤装置的过滤芯采用权利要求1-7中任意一项所述的熔喷布制成。
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