CN114875578A - 一种可降解在线水刺复合过滤材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于空气过滤材料制备领域，公开了一种可降解在线水刺复合过滤材料及制备方法。复合过滤材料由梳理成网内层、梳理成网外层和聚乳酸熔喷中间层叠合水刺而成；梳理成网外层含疏水整理功能助剂，所述聚乳酸熔喷中间层含有1‑3wt％的改性助剂；所述改性助剂为受阻酚类抗氧剂和受阻胺类光稳定剂的混合物。制备方法包括：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得梳理成网外层、内层材料；以改性聚乳酸母粒和常规聚乳酸切片为原料，制备聚乳酸熔喷中间层；进行水刺加固与驻极，得到复合过滤材料。该复合过滤材料可以同时兼顾高过滤效率和高生物降解性的平衡问题。
Description
技术领域
本发明属于空气过滤材料制备领域，尤其一种可降解在线水刺复合过滤材料及制备方法。
背景技术
近些年来，由于新冠疫情的爆发和扩散，口罩等个人防护用品成为日常必备用品，每天有大量的废弃个体防护用品需要回收处理，给自然环境带来了很大的压力，因此，可生物降解的过滤材料的制备可以在很大程度上解决这个问题。
专利CN113208206A公开了一种全生物降解口罩及制备方法。所述全生物降解口罩包括内层、外层、阻隔过滤层、鼻梁条和弹性耳带，采用的原料皆为可降解的聚酯或聚乳酸等，但是在阻隔过滤层材料未经过驻极整理，过滤阻力难以满足标准要求。专利CN113403750A公布了一种熔喷法生产的全降解无纺布，但制备过程相对复杂，且所需成本较高。专利CN113403747A公布了一种可降解无纺布及其制备方法，但所制备的无纺布为单层熔喷结构，会导致过滤效率下降，且制备采用了静电纺丝，过程相对较复杂。专利CN113786018A公开了一种聚乳酸复合可降解口罩，罩体从外至内依次设置有外侧面层、熔喷布层和内贴肤层，外侧面层、熔喷布层和内贴肤层之间通过热粘合呈一体。存在工艺复杂，且热粘合过程会导致电荷逃逸引起过滤效率衰减的问题。
总体来说当前的可降解过滤材料还很难同时兼顾高过滤效率和高生物降解性的平衡问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可降解在线水刺复合过滤材料及制备方法，本发明解决当前的口罩用过滤材料难以同时兼顾高过滤效率和高生物降解性的平衡问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可降解在线水刺复合过滤材料，所述复合过滤材料由梳理成网内层、梳理成网外层和聚乳酸熔喷中间层叠合水刺而成；所述梳理成网外层含疏水整理功能助剂，所述聚乳酸熔喷中间层含有1-3wt％的改性助剂；所述改性助剂为受阻酚类抗氧剂和受阻胺类光稳定剂的混合物，受阻酚类抗氧剂包括Irganox1010、IRGAFOS 168、Irganox 1076和IRGANOX B225中的一种或几种，受阻胺类光稳定剂包含CHIMASSORB 944、Tinuvin 770DF和TINUVIN 783中的一种或几种。
优选的，所述梳理成网内层和外层选用长绒棉纤维为原料，纤维直径1.5～2.5dtex，纤维长度30～45mm，材料克重为20～40g/m2，厚度为0.4～0.8mm。
优选的，所述熔喷中间层的纤维直径为1～6μm，克重为20～100g/m2，厚度为0.2～1.0mm。
优选的，所述改性助剂中受阻酚类抗氧剂质量百分比为40～60％，受阻胺类光稳定剂的质量百分比为40～60％。
本发明还提供了上述复合过滤材料的制备方法，包括步骤：
1)梳理成网内层制备：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得梳理成网内层材料；
2)梳理成网外层制备：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得梳理成网外层；
3)改性聚乳酸母粒的制备：将聚乳酸切片烘燥处理后与改性助剂分别加入造粒机的两个喂料斗，熔融挤出后经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚乳酸母粒；
4)聚乳酸熔喷中间层制备：以改性聚乳酸母粒和常规聚乳酸切片为原料，采用熔喷设备制备聚乳酸熔喷中间层；
5)水刺加固与驻极：将梳理成网外层、聚乳酸熔喷中间层和梳理成网内层按照从上到下的顺序叠合后引入到水刺托网帘上，利用水刺工艺进行加固和水驻极处理后进行烘燥整理，得到复合材料；
6)表面疏水功能整理：将所述复合材料的梳理成网外层浸渍于疏水整理功能助剂整理液中进行整理，得到复合过滤材料。
优选的，上述复合过滤材料的制备方法中，步骤3)中，所述改性聚乳酸母粒中改性助剂的含量为20wt％。
优选的，上述复合过滤材料的制备方法中，步骤3)中，所述烘燥处理具体为：将聚乳酸切片放置真空烘箱烘燥12h，烘燥温度80℃。
优选的，上述复合过滤材料的制备方法中，步骤5)所述水刺工艺中，喷水孔孔径0.4～1.0mm，喷水孔至熔喷纤维直线距离为10～25cm，水刺压力为0.5～5Mpa，水刺道数为正反各一道。
优选的，上述复合过滤材料的制备方法中，步骤5)中，所述烘燥整理采用的烘房温度为50～80℃，烘燥时间为30～40s。
优选的，上述复合过滤材料的制备方法中，步骤6)中，所述疏水整理功能助剂整理液为聚二甲基硅氧烷(PDMS)水溶液，所述聚二甲基硅氧烷水溶液中聚二甲基硅氧烷的浓度为0.1-2wt％，所述疏水整理功能助剂整理液与所述梳理成网外层的质量比为1～10:1；所述浸渍时间为1～10min。
本发明的有益效果是：其一，将梳理成网纤维外层、熔喷中间层和梳理成网内层经过水刺加固后，无需再经过其他复合工序，水刺过程中内外两层梳理成网中的纤维发生位移、穿插、缠结、抱合，从而使棉纤维层和熔喷纤维层牢固结合，赋予材料高机械过滤效率。此外，本发明提供的方法经过水刺复合无需后面其他加固方式复合，减少了工艺流程，也避免了后续热粘合过程中电荷逃逸的风险。其二，水刺过程中高压水射流和气流对复合材料的纤维高速摩擦使材料表面和内部带有电荷，相当于对材料进行水驻极处理，赋予材料高静电吸引能力；其三，材料中所选用的棉纤维、聚乳酸纤维等都是可降解的材料，在废弃填埋之后可以自行降解，不会对环境造成危害，可缓解当前大量一次性个人防护用品的丢弃和后处理给环境带来的压力。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
梳理成网内层材料制备：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得棉纤维网，采用的长绒棉纤维直径1.5dtex，长度为度35mm，材料克重为20g/m2，厚度为0.4mm。
梳理成网外层材料制备：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得棉纤维网，采用的长绒棉纤维直径2.0dtex，长度为度35mm，材料克重为20g/m2，厚度为0.4mm。
聚乳酸熔喷中间层材料制备：将聚乳酸切片放置真空烘箱烘燥12h，烘燥温度80℃；将改性助剂与烘燥整理后的聚乳酸切片分别加入造粒机的两个喂料斗，熔融挤出后经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚乳酸母粒，改性助剂占改性聚乳酸母粒质量比为20％，改性助剂中受阻酚类抗氧剂为Irganox 1010，质量百分比为40％，受阻胺类光稳定剂为CHIMASSORB 944，质量百分比为60％；以改性聚乳酸和常规聚乳酸切片为原料，采用熔喷设备制备聚乳酸熔喷中间层材料，改性聚乳酸母粒质量占聚乳酸熔喷中间层材料的质量比为5％，熔喷中间层的纤维直径为4μm，克重为30g/m2，厚度为0.3mm。
水刺加固与驻极：将梳理成网外层、聚乳酸熔喷中间层和梳理成网内层按照从上到下的顺序叠合后引入到水刺托网帘上，利用水刺工艺对纤网进行加固和水驻极处理，喷水孔孔径0.5mm，喷水孔至熔喷纤维直线距离为10cm，水刺压力为1.5Mpa，水刺道数为正反各一道。
烘燥和表面整理：将水刺整理后的复合材料通过烘房烘燥整理，烘房温度为60℃，烘燥时间为30s，然后对复合材料的梳理成网外层进行疏水功能整理，疏水功能整理采用的PDMS水溶液浸渍，PDMS水溶液中PDMS浓度为0.2wt％，聚二甲基硅氧烷整理液和织物的质量比为4:1；在整理液中浸渍时间为5min。
采用TSI8130自动滤料测试仪测试所得过滤材料的过滤效率和过滤阻力在流速为85L/min，氯化钠气溶胶质量中值直径在0.26μm时，其过滤阻力为78.85Pa，过滤效率为95.52％。
实施例2
梳理成网内层材料制备：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得棉纤维网，采用的长绒棉纤维直径2.0dtex，长度为度38mm，材料克重为30g/m2，厚度为0.6mm。
梳理成网外层材料制备：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得棉纤维网，采用的长绒棉纤维直径2.0dtex，长度为度38mm，材料克重为30g/m2，厚度为0.6mm。
聚乳酸熔喷中间层材料制备：将聚乳酸切片放置真空烘箱烘燥12h，烘燥温度80℃；将改性助剂与烘燥整理后的聚乳酸切片分别加入造粒机的两个喂料斗，熔融挤出后经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性母粒，改性助剂占改性聚乳酸母粒质量比为20％，改性助剂中受阻酚类抗氧剂质量百分比为55％，受阻胺类光稳定剂的质量百分比为45％；以改性聚乳酸和常规聚乳酸切片为原料，采用熔喷设备制备熔喷材料，改性聚乳酸母粒质量占聚乳酸熔喷中间层材料的质量比为8％，聚乳酸熔喷中间层材料的纤维直径为3μm，克重为40g/m2，厚度为0.4mm。
水刺加固与驻极：将梳理成网外层、熔喷中间层和梳理成网内层按照从上到下的顺序叠合后引入到水刺托网帘上，利用水刺工艺对纤网进行加固和水驻极处理，喷水孔孔径0.6mm，喷水孔至熔喷纤维直线距离为14cm，水刺压力为2.0Mpa，水刺道数为正反各一道。
烘燥和表面整理：将水刺整理后的复合材料通过烘房烘燥整理，烘房温度为65℃，烘燥时间为30s，然后对材料外层梳理纤维网疏水功能整理，疏水功能整理采用的PDMS水溶液中PDMS浓度为0.2wt％，聚二甲基硅氧烷整理液和织物的质量比为2:1；在整理液中浸渍时间为4min。
采用TSI8130自动滤料测试仪测试所得过滤材料的过滤效率和过滤阻力在流速为85L/min，氯化钠气溶胶质量中值直径在0.26μm时，其过滤阻力为94.08Pa，过滤效率为97.83％。
实施例3
梳理成网内层材料制备：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得棉纤维网，采用的长绒棉纤维直径2.5dtex，长度为度40mm，材料克重为35g/m2，厚度为0.7mm。
梳理成网外层材料制备：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得棉纤维网，采用的长绒棉纤维直径2.5dtex，长度为度35mm，材料克重为40g/m2，厚度为0.8mm。
聚乳酸熔喷中间层材料制备：将聚乳酸切片放置真空烘箱烘燥12h，烘燥温度80℃；将改性助剂与烘燥整理后的聚乳酸切片分别加入造粒机的两个喂料斗，熔融挤出后经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性母粒，改性助剂占改性聚乳酸母粒质量比为20％，改性助剂中受阻酚类抗氧剂质量百分比为60％，受阻胺类光稳定剂的质量百分比为40％；以改性聚乳酸和常规聚乳酸切片为原料，采用熔喷设备制备熔喷材料，改性聚乳酸母粒质量占聚乳酸熔喷中间层材料的质量比为10％，聚乳酸熔喷中间层材料的纤维直径为2μm，克重为40g/m2，厚度为0.4mm。
水刺加固与驻极：将梳理成网外层、熔喷中间层和梳理成网内层按照从上到下的顺序叠合后引入到水刺托网帘上，利用水刺工艺对纤网进行加固和水驻极处理，喷水孔孔径0.8mm，喷水孔至熔喷纤维直线距离为12cm，水刺压力为2.5Mpa，水刺道数为正反各一道。
烘燥和表面整理：将水刺整理后的复合材料通过烘房烘燥整理，烘房温度为70℃，烘燥时间为40s，然后对材料外层梳理纤维网疏水功能整理，疏水功能整理采用的PDMS水溶液中PDMS浓度为0.2wt％，聚二甲基硅氧烷整理液和织物的质量比为2:1；在整理液中浸渍时间为3min。
采用TSI8130自动滤料测试仪测试所得过滤材料的过滤效率和过滤阻力在流速为85L/min，氯化钠气溶胶质量中值直径在0.26μm时，其过滤阻力为112.70Pa，过滤效率为99.25％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种可降解在线水刺复合过滤材料，其特征在于：所述复合过滤材料由梳理成网内层、梳理成网外层和聚乳酸熔喷中间层叠合水刺而成；
所述梳理成网外层含疏水整理功能助剂，所述聚乳酸熔喷中间层含有1-3wt％的改性助剂；所述改性助剂为受阻酚类抗氧剂和受阻胺类光稳定剂的混合物，受阻酚类抗氧剂包括Irganox 1010、IRGAFOS 168、Irganox 1076和IRGANOX B225中的一种或几种，受阻胺类光稳定剂包含CHIMASSORB 944、Tinuvin770DF和TINUVIN 783中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种可降解在线水刺复合过滤材料，其特征在于：所述梳理成网内层和外层选用长绒棉纤维为原料，纤维直径1.5～2.5dtex，纤维长度30～45mm，材料克重为20～40g/m2，厚度为0.4～0.8mm。
3.根据权利要求1所述的一种可降解在线水刺复合过滤材料，其特征在于：所述熔喷中间层的纤维直径为1～6μm，克重为20～100g/m2，厚度为0.2～1.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种可降解在线水刺复合过滤材料，其特征在于：所述改性助剂中受阻酚类抗氧剂质量百分比为40～60％，受阻胺类光稳定剂的质量百分比为40～60％。
5.一种权利要求1-4任一项所述复合过滤材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
1)梳理成网内层制备：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得梳理成网内层材料；
2)梳理成网外层制备：以长绒棉纤维为原料开松处理，然后送入梳理成网机，经过梳理铺网后获得梳理成网外层；
3)改性聚乳酸母粒的制备：将聚乳酸切片烘燥处理后与改性助剂分别加入造粒机的两个喂料斗，熔融挤出后经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚乳酸母粒；
4)聚乳酸熔喷中间层制备：以改性聚乳酸母粒和常规聚乳酸切片为原料，采用熔喷设备制备聚乳酸熔喷中间层；
5)水刺加固与驻极：将梳理成网外层、聚乳酸熔喷中间层和梳理成网内层按照从上到下的顺序叠合后引入到水刺托网帘上，利用水刺工艺进行加固和水驻极处理后进行烘燥整理，得到复合材料；
6)表面疏水功能整理：将所述复合材料的梳理成网外层浸渍于疏水整理功能助剂整理液中进行整理，得到复合过滤材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述改性聚乳酸母粒中改性助剂的含量为20wt％。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述烘燥处理具体为：将聚乳酸切片放置真空烘箱烘燥12h，烘燥温度80℃。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤5)所述水刺工艺中，喷水孔孔径0.4～1.0mm，喷水孔至熔喷纤维直线距离为10～25cm，水刺压力为0.5～5Mpa，水刺道数为正反各一道。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述烘燥整理采用的烘房温度为50～80℃，烘燥时间为30～40s。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述疏水整理功能助剂整理液为聚二甲基硅氧烷水溶液，所述聚二甲基硅氧烷水溶液中聚二甲基硅氧烷的浓度为0.1-2wt％，所述疏水整理功能助剂整理液与所述梳理成网外层的质量比为1～10:1；所述浸渍时间为1～10min。
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