CN117188197A - 一种利用废弃口罩过滤层制备聚丙烯复合纤维膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用废弃口罩过滤层制备聚丙烯复合纤维膜的方法，包括：将废旧口罩进行清洗拆解，之后将过滤层聚丙烯熔喷布进行打浆处理，得到聚丙烯纤维浆粕，最后将聚丙烯纤维浆粕与其它短纤维混合后制成湿纤维膜，再经干燥、热辊辊压，即得。本发明制备方法简单，操作和控制容易，易规模化生产，适用于不同种类的口罩。同时能够针对不同的膜分离场景，选择不同的复合纤维与复合比例，以获得应用场景所需的性能需求。
Description
技术领域
本发明属于再生利用领域，特别涉及一种利用废弃口罩过滤层制备聚丙烯复合纤维膜的方法。
背景技术
随着世界范围内公共卫生水平的提高，口罩的消耗量与日俱增。据世界卫生组织的统计，全球口罩的日均消耗量达数十亿只。如此庞大的口罩消耗量给口罩的回收带来了难题，如果不能妥善处理废弃口罩，那么将给全球带来严重的环境污染问题。
口罩一般由防水层、过滤层和吸水层三层组成，其中过滤层是聚丙烯熔喷布，其纤维直径大约在1-5μm之间。传统的废弃口罩处理方式往往采用填埋和焚烧，口罩中的聚丙烯纤维是一种合成化学纤维，直接填埋和焚烧会给环境带来了很大的压力。因此需要研发一种能够规模化且无污染的回收废弃口罩的方法。湿法抄纸工艺可以将熔喷纤维布制成纤维膜，且现代造纸技术的发展使得湿法抄纸工艺能够大规模生产，目前还没有关于利用废弃口罩过滤层通过湿法抄纸工艺制备聚丙烯复合纤维膜的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用废弃口罩过滤层制备聚丙烯复合纤维膜的方法，以解决现今废弃口罩处理污染环境、处理方法适用口罩种类少、回收规模小的技术问题。
本发明的一种利用口罩过滤层制备聚丙烯复合纤维膜的方法，包括：
(1)将不同种类的口罩进行拆解，分离出过滤层聚丙烯熔喷布；
(2)将聚丙烯熔喷布进行打浆处理，得到聚丙烯纤维浆粕；
(3)将聚丙烯纤维浆粕、分散剂的水溶液，混合，然后形成湿纤维膜，烘干、辊压，得到聚丙烯复合纤维；
或将聚丙烯纤维浆粕、其它短纤维、分散剂的水溶液，混合分散，然后形成湿纤维膜，烘干、辊压，得到聚丙烯复合纤维。
上述制备方法的优选方式如下：
所述步骤(1)具体为将不同种类的废弃口罩进行清洗处理，然后将晾干后的口罩进行拆解，分离出其中的过滤层聚丙烯熔喷布。
所述步骤(1)中口罩为医用外科口罩、活性炭口罩、N95口罩等常见口罩类型中的一种或几种；所述口罩为废弃口罩；所述废弃口罩进行消毒处理。
所述步骤(1)中口罩进行清洗处理，其中清洗处理包括清水冲洗、超声清洗、蒸汽清洗中的一种或几种。
所述步骤(2)中采用打浆机进行，打浆处理时间为0.5-2h。
步骤(3)中短纤维可以不添加，也可以为纤维素纤维、聚酯纤维、芳纶纤维等其它高性能纤维中的一种或多种。
所述步骤(3)中短纤维为纤维素纤维、聚酯纤维、芳纶纤维中的一种或几种；所述短纤维的长度为3-9mm。
所述步骤(3)中聚丙烯纤维浆粕、短纤维的质量比为1:99-99:1；所述聚丙烯纤维浆粕在纤维总质量的占比为1-100％。
进一步优选地，所述聚丙烯纤维浆粕、短纤维的质量比为1:9-9:1。
所述步骤(3)中分散剂为水溶性高分子分散剂(如聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺)或表面活性剂(如十二烷基硫酸钠、羧甲基纤维素)中的一种或几种；所述分散剂的加入量为纤维总质量的0.1-2％。
所述步骤(3)中形成湿纤维膜为经纸页成型机滤水成湿纤维膜。
所述步骤(3)中烘干的温度50-100℃，时间5-30min；所述辊压的温度为60-200℃，辊压压力为0.1-1MPa，辊压线速度为0.5-2m/min。
本发明的一种所述方法制备的聚丙烯复合纤维膜。
本发明的回收过程包括先对废弃口罩进行消毒清洗拆解、聚丙烯熔喷布的打浆以及后续的湿法抄造成膜工艺。一方面通过打浆处理将纤维切短，优化了复合纤维膜的孔径结构。另一方面通过与其它短纤的的复合，增强整体复合纤维膜的强度等性能。
有益效果
(1)本发明所提供的废弃口罩回收方法简单，适用于多种常见口罩类型，易规模化生产，为废弃口罩回收利用提供了一种简单可行的方法。
(2)本发明将超细的聚丙烯熔喷无纺布进行打浆处理，制得的复合纤维膜具有孔隙率高、孔径小的特点。
(3)本发明可以根据膜分离使用场景，针对性的选择复合纤维材料与复合比，使其制得的纤维膜性能能够满足特定使用场景。
附图说明
图1为本回收方法的工艺流程图；
图2为实施案例制得的复合纤维膜的微观形貌图；
图3为实施例1中(a)处理前废弃口罩，(b)处理后得到的复合纤维膜；
图4为实施例2中(a)处理前废弃口罩，(b)处理后得到的复合纤维膜；
图5为实施例3中(a)处理前废弃口罩，(b)处理后得到的复合纤维膜。
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。
纤维膜各项性能测试方法与标准如下：
孔隙率：采用正丁醇浸泡吸收测试法来确定纤维膜的孔隙率，利用圆形打孔器把纤维膜纸敲成直径为14mm的圆形样品，测量其厚度H，计算出体积V，并将样品进行称重，记作W0；然后将样品放入装有正丁醇的玻璃培养皿中浸泡2h，取出后用滤纸刮除样品表面的余液再次称重并记作W1。通过纤维膜的干湿重可以计算正丁醇的质量，隔膜中孔的体积就是正丁醇溶液的体积，纤维膜的孔隙率计算公式如下
式中：P为孔隙率，％；W0为纤维膜的干重质量，g；W1为纤维膜浸入正丁醇后的质量，g；V为纤维膜的体积，mL，ρb为正丁醇密度，g/m L。
平均孔径大小：采用气液法膜孔径分析仪(PSDA-30M)，测试液体选用GQ16溶液，测试最大气压500KPa，通过气液置换法原理，测量纤维膜的平均孔径大小。
厚度：参照GB/T415.3—2002《纸和纸板厚度的测定法》，采用微电脑厚度测定仪(FFiber-Thick02)进行测试，其中测试压力为50kPa，重复测试5组取平均值。
拉伸强度：采用材料抗张强度测定仪(FFiber-tensile01)进行测试。将纤维膜按照统一方向剪成长5cm、宽2cm的细长条，试样加持长度30mm，拉伸速度20mm/min，各自测试5组取平均值。
透气性：参照GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测试方法》，采用织物透气性测试仪测试，测试面积为20cm3，测试气压为1KPa，重复测试5组取平均值。
实施例1
将废弃的普通医用外科口罩置于超声机中(如图3a)，加入消毒剂进行20min的消毒超声清洗。将晾干后的口罩鼻梁条及周围粘结处减去，从多层无纺布中分离出过滤层聚丙烯熔喷布。
将分离出的聚丙烯熔喷布置于打浆机中，进行打浆处理40min，得到聚丙烯纤维浆粕。
在1L的水中加入0.01g的聚氧化乙烯，搅拌使其充分溶解。再加入聚丙烯纤维浆粕与聚酯短纤维进行混合，其中聚酯短纤维的长度为6mm，纤维总质量为3g，聚丙烯纤维浆粕与聚酯纤维质量比为3:7，搅拌2h使其充分混合均匀分散于水中。将混合均匀的纤维分散液倒入纸业成型机中稀释至20L，经过滤水成湿纤维膜。
将湿纤维膜置于烘缸中90℃烘干10min。将烘干后的纤维膜置于热辊中辊压，其中热辊温度为110℃，压力为0.5MPa，线速度为1m/min，辊压次数为正反2次。最终得到复合纤维膜A1(图3b)。复合纤维膜A1的相关性能参考表1。
实施例2
本实施案例与实施案例1的制备方法相同，不同之处在于：废弃口罩为活性炭口罩(图4a)，最终得到复合纤维膜A2(图4b)。复合纤维膜A2的相关性能参考表1。
实施例3
本实施案例与实施案例1的制备方法相同，不同之处在于：废弃口罩为N95口罩(图5a)，最终得到复合纤维膜A3(图5b)。复合纤维膜A3的相关性能参考表1。
实施例4
本实施案例与实施案例1的制备方法相同，不同之处在于：聚丙烯纤维浆粕与聚酯短纤维质量比为2:8，最终得到复合纤维膜B1。
实施例5
本实施案例与实施案例1的制备方法相同，不同之处在于：聚丙烯纤维浆粕与聚酯短纤维质量比为4:6，最终得到复合纤维膜B2。
实施例6
本实施案例与实施案例1的制备方法相同，不同之处在于：复合纤维为6mm芳纶短切纤维，最终得到复合纤维膜C1。
对上述实施案例1-6制备的复合纤维膜分别进行测试，测试结果如表1所示。
表1.实施案例1-6复合纤维膜的性能指标
由表1可知，采用不同废弃口罩制得的复合纤维膜A1、A2、A3性能指标相近，表明此种废弃口罩回收再利用的方法对大多数种类的废弃口罩具有普适性。对比不同复合比例的复合纤维膜A1、B1、B2的性能指标，聚丙烯纤维浆粕含量的增加使得复合纤维膜的孔隙率更高，但也使得复合纤维膜的拉伸强度降低。对比不同复合纤维的复合纤维膜A1、C1的性能指标，该废弃口罩回收方法适用于与不同种类的纤维进行复合成膜，且复合纤维的强度越高得到的复合纤维膜的强度也越高。
Claims (10)
1.一种利用口罩过滤层制备聚丙烯复合纤维膜的方法，包括：
(1)将口罩进行拆解，分离出过滤层聚丙烯熔喷布；
(2)将聚丙烯熔喷布进行打浆处理，得到聚丙烯纤维浆粕；
(3)将聚丙烯纤维浆粕、分散剂的水溶液，混合，然后形成湿纤维膜，烘干、辊压，得到聚丙烯复合纤维；
或将聚丙烯纤维浆粕、短纤维、分散剂的水溶液，混合分散，然后形成湿纤维膜，烘干、辊压，得到聚丙烯复合纤维。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中口罩为医用外科口罩、活性炭口罩、N95口罩中的一种或几种；所述口罩为废弃口罩。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中口罩进行清洗处理，其中清洗处理包括清水冲洗、超声清洗、蒸汽清洗中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中打浆处理时间为0.5-2h。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中短纤维为纤维素纤维、聚酯纤维、芳纶纤维中的一种或几种；所述短纤维的长度为3-9mm。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中聚丙烯纤维浆粕、短纤维的质量比为1:99-99:1；所述聚丙烯纤维浆粕在纤维总质量的占比为1-100％。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中分散剂为水溶性高分子分散剂或表面活性剂中的一种或几种；所述分散剂的加入量为纤维总质量的0.1-2％。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中形成湿纤维膜为经纸页成型机滤水成湿纤维膜。
9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中烘干的温度50-100℃，时间5-30min；所述辊压的温度为60-200℃，辊压压力为0.1-1MPa，辊压线速度为0.5-2m/min。
10.一种权利要求1所述方法制备的聚丙烯复合纤维膜。
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