一种双层泡沫涂层空气过滤材料、制备方法及应用与流程

本发明属于空气过滤材料制备技术领域，尤其涉及一种双层泡沫涂层空气过滤材料、制备方法及应用。

背景技术：

泡沫涂层技术是一种将空气或者co2注入涂层乳液中，经发泡设备搅拌，使乳液高倍发泡成均匀、稳定、细腻的泡沫状态后再将其施加到纺织品表面，经烘干、烘焙成膜后附着于纺织品表面的涂层加工过程。采用泡沫涂层一方面可以最大程度的减少涂覆量，降低涂层乳液用量，减少热定型烘燥时间和烘燥成本，另一方面可以利用泡沫涂层泡沫破裂时产生的微孔，对粉尘起到表层过滤作用，在保证一定过滤效率的同时大大减少过滤阻力，使清灰次数减少，滤料寿命延长。

但常见的泡沫涂层空气过滤材料大多先对基材进行单一的亲水整理或拒水整理，然后涂覆一层泡沫乳液，形成的泡沫涂层孔径尺寸较大，过滤效率较低。涂覆多层泡沫乳液，虽然能够减小孔径尺寸，提高过滤效率，但不作处理直接在前层泡沫层涂覆泡沫乳液，后涂的涂层会堵塞前一层形成的微孔，孔数减少，导致过滤阻力增加过大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：双层泡沫涂层空气过滤材料，后涂的涂层会堵塞前一层形成的微孔，导致孔数减少，过滤阻力增加，提供了一种双层泡沫涂层空气过滤材料、制备方法及应用。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括：

一种双层泡沫涂层空气过滤材料，包括质量百分比为40％～58％的聚丙烯腈纤维，20％～38％的玄武岩纤维，10％～20％的聚苯硫醚纤维，1％～5％的亲水整理材料，1％～5％的拒水整理材料，10％～18％的泡沫乳液。

所述的空气过滤材料的平均孔径为1～15μm，透气量为80～90l/m²·s；在5.3cm/s的滤速下，对平均粒径为0.3μm的聚苯乙烯实验尘过滤阻力为245～260pa，过滤效率为95.00％～99.99％。

所述的亲水整理材料为聚酯与聚醚的复配物、聚环氧乙烷与聚对苯二甲酸乙二醇酯的嵌段共聚物、聚醚硅氧烷、聚氨酯类亲水整理剂中的任一种。

所述的拒水整理材料为氟类、有机硅类拒水整理剂中的任一种。

所述的泡沫乳液包括34％～62％的有机硅改性丙烯酸酯乳液、35％～64％的pvdf乳液、0.5％～2％月桂酸钾皂、0.5％～2％羟乙基纤维素、0.3％～0.5％羟甲基丙基纤维素。

一种双层泡沫涂层空气过滤材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材：

首先取聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维、聚苯硫醚纤维混合，然后采用交叉方式铺网5～9层，铺网速度15～25米/分钟，得到混合纤维网；

然后采用针刺加固法对混合纤维网进行加固，得到加固的混合纤维网；

将加固后的混合纤维网烘干得到聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材；

(2)对聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材进行亲水整理：

将滤料基材浸入亲水整理剂溶液中，20℃下浸渍20分钟，浴比20:1，用水冲洗至中性，烘干得到亲水聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材；

(3)制备泡沫乳液：

边搅拌边向pvdf乳液中加入有机硅改性丙烯酸酯乳液，混合均匀后依次加入月桂酸钾皂、羟乙基纤维素、羟甲基丙基纤维素，常温下搅拌70～80h，得到泡沫乳液；

(4)制备单层泡沫涂层空气过滤材料：

将亲水聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材置于涂层机上，泡沫乳液置于滤料基材上，使用刮刀涂覆；保持刮刀刀口与滤料基材表面刚刚接触，相互之间的作用力为0，涂覆速度20～25mm/s，涂覆完成后进行烘燥，冷却至室温得到单层泡沫涂层空气过滤材料；

(5)对单层泡沫涂层空气过滤材料进行拒水整理：

在单层泡沫涂层空气过滤材料的涂覆泡沫乳液的一面上涂覆拒水整理剂溶液，使用刮刀涂覆，涂覆速度50～100mm/s，涂覆完成后进行烘燥，冷却至室温得到拒水单层泡沫涂层空气过滤材料；

(6)制备双层泡沫涂层空气过滤材料：

在单层泡沫涂层空气过滤材料拒水面上涂覆泡沫乳液，使用刮刀涂覆，保持刮刀刀口与滤料基材表面距离为10～100丝，涂覆速度19～25mm/s，涂覆完成后进行烘燥，冷却至室温得到双层泡沫涂层空气过滤材料。

所述的步骤(1)中针刺加固法对混合纤维网进行加固的预刺频率46～50hz，倒刺频率56～60hz，正刺频率66～75hz，预刺针深8～9mm，倒刺针深5～7mm，正刺针深5～7mm。

所述的步骤(4)中的涂覆完成后进行烘燥的工艺为105～120℃下烘燥1分钟，然后120～135℃下烘燥1分钟，最后300℃下烘燥4秒。

所述的步骤(5)中的涂覆完成后进行烘燥的工艺为110～120℃下烘燥2分钟，然后135～150℃下烘燥1分钟。

一种双层泡沫涂层空气过滤材料在空气过滤器上的应用。

本发明选择耐酸性优异的聚丙烯腈纤维和碱性条件下性能优异的玄武岩纤维、聚苯硫醚纤维混合制备双层泡沫涂层空气过滤材料基材，基材既能适应酸性污染气体又能适应碱性污染气体，应用范围广泛。

对基材先进行亲水整理，降低了基材的表面张力，使泡沫乳液更均匀地涂覆于基材上。涂覆泡沫乳液时，保持刮刀刀口与滤料基材表面刚刚接触，相互之间的作用力为0，泡沫乳液完全渗入基材纤维构建的通道内，经过烘燥和焙烘，干燥后的泡沫涂层封堵了纤维间的大通道，泡沫涂层泡沫破裂时形成新的微孔；然后对已经涂覆泡沫涂层形成一定微孔的过滤材料预制品进行单面拒水整理，提高其表面张力，减少其渗透性，并再次涂覆泡沫乳液，因表面张力大泡沫乳液不能够渗入已经形成的微孔中，从而避免堵塞已经形成的微孔，保证第一层泡沫涂层微孔道畅通，同时在第一层泡沫涂层微孔的基础上新的泡沫乳液涂层再次形成微孔，因此双层泡沫涂层过滤材料较单层泡沫涂层过滤材料的平均孔径小，过滤效率高，同时由于两层之间的微孔是贯通的，过滤材料的过滤阻力适中。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明的空气过滤材料既能应用于酸性气体污染场合，又能应用于碱性气体污染场合，应用范围广。本发明的双层泡沫涂层工艺制备空气过滤材料，避免了第二层涂层堵塞第一层涂层的微孔，制备的过滤材料较单层泡沫涂层工艺制备的空气过滤材料，过滤效率更高，两层之间的微孔贯通，过滤材料的过滤阻力适中。

附图说明

图1是双层泡沫涂层空气过滤材料制备过程示意图，

1-聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材，2-单层泡沫涂层空气过滤材料，3-双层泡沫涂层空气过滤材料；

图2是滤材的平均孔径结果。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材1、单层泡沫涂层空气过滤材料2、双层泡沫涂层空气过滤材料3。具体实现方式如下：

首先制备聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材1：

取占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量40％的聚丙烯腈纤维、30％的玄武岩纤维、10％的聚苯硫醚纤维混合，然后采用交叉方式铺网5层，铺网速度25米/分钟，得到混合纤维网；

然后采用针刺加固法对混合纤维网进行加固，预刺频率50hz，倒刺频率60hz，正刺频率75hz，预刺针深8mm，倒刺针深5mm，正刺针深5mm，得到加固的混合纤维网；

将加固后的混合纤维网110℃下烘燥4分钟，烘干得到聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材；

(2)对聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材进行亲水整理：

取占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量1％的聚酯与聚醚型亲水整理剂，配制成溶液，滤料基材浸入其中，20℃下浸渍20分钟，浴比20:1，用水冲洗至中性，烘干得到亲水聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材；

(3)制备泡沫乳液：

边搅拌边向pvdf乳液中加入有机硅改性丙烯酸酯乳液，混合均匀后依次加入月桂酸钾皂、羟乙基纤维素、羟甲基丙基纤维素，有机硅改性丙烯酸酯乳液占泡沫乳液总质量的34％、pvdf乳液为63％、月桂酸钾皂为1.5％、羟乙基纤维素为1.2％、羟甲基丙基纤维素为0.3％，常温下搅拌70h，得到泡沫乳液；

(4)制备单层泡沫涂层空气过滤材料2：

将亲水聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材置于涂层机上，泡沫乳液置于滤料基材上，泡沫乳液涂覆量占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量的9％，使用刮刀涂覆；保持刮刀刀口与滤料基材表面刚刚接触，相互之间的作用力为0，涂覆速度20mm/s，涂覆完成后进行烘燥，105℃下烘燥1分钟，然后120℃下烘燥1分钟，最后300℃下烘燥4秒，冷却至室温得到单层泡沫涂层空气过滤材料；

(5)对单层泡沫涂层空气过滤材料进行拒水整理：

取占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量1％的氟类拒水整理剂，配制成溶液，在单层泡沫涂层空气过滤材料的涂覆泡沫乳液的一面上涂覆拒水整理剂溶液，使用刮刀涂覆，涂覆速度50mm/s，涂覆完成后进行烘燥，110℃下烘燥2分钟，然后135℃下烘燥1分钟，冷却至室温得到拒水单层泡沫涂层空气过滤材料；

(6)制备双层泡沫涂层空气过滤材料3：

在单层泡沫涂层空气过滤材料拒水面上涂覆泡沫乳液，泡沫乳液涂覆量占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量9％，使用刮刀涂覆，保持刮刀刀口与滤料基材表面距离为10丝，涂覆速度19mm/s，涂覆完成后进行烘燥，105℃下烘燥2分钟，然后120℃下烘燥2分钟，最后300℃下烘燥4秒，冷却至室温得到双层泡沫涂层空气过滤材料。

采用泡点法使用滤纸孔径及其分布测试仪对上述单层泡沫涂层空气过滤材料及双层泡沫涂层空气过滤材料的平均孔径进行测量，选用环烯烃类共聚物作为实验液体介质，其表面张力为16n/m，浸润角为0°，测试结果如图2。

按照gb/t5453-1997织物透气性，使用yg461d数字式织物透气性仪，采用200pa的压降，20cm²圆盘面积对上述双层泡沫涂层空气过滤材料进行透气性测试。

按照gb/t14295-2008空气过滤器标准，使用sx-l105滤料试验台及滤速为5.3cm/s，平均粒径为0.3μm的聚苯乙烯实验尘对上述双层泡沫涂层空气过滤材料进行过滤效率和过滤阻力的测试，过滤前后气溶胶的质量分数之比为试样的过滤效率，过滤压力之差即为试样的过滤阻力。

上述双层泡沫涂层空气过滤材料透气性为80l/m²·s，过滤效率为95％，过滤阻力为260pa。

实施例2

如图1所示，本实施例包括聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材1、单层泡沫涂层空气过滤材料2、双层泡沫涂层空气过滤材料3。具体实现方式如下：

首先制备聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材1：

取占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量57％的聚丙烯腈纤维、20％的玄武岩纤维、11％的聚苯硫醚纤维混合，然后采用交叉方式铺网7层，铺网速度20米/分钟，得到混合纤维网；

然后采用针刺加固法对混合纤维网进行加固，预刺频率48hz，倒刺频率58hz，正刺频率70hz，预刺针深8mm，倒刺针深6mm，正刺针深6mm，得到加固的混合纤维网；

将加固后的混合纤维网110℃下烘燥4分钟，烘干得到聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材；

(2)对聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材进行亲水整理：

取占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量1％的聚酯与聚醚型亲水整理剂，配制成溶液，滤料基材浸入其中，20℃下浸渍20分钟，浴比20:1，用水冲洗至中性，烘干得到亲水聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材；

(3)制备泡沫乳液：

边搅拌边向pvdf乳液中加入有机硅改性丙烯酸酯乳液，混合均匀后依次加入月桂酸钾皂、羟乙基纤维素、羟甲基丙基纤维素，有机硅改性丙烯酸酯乳液占泡沫乳液总质量的61％、pvdf乳液为35％、月桂酸钾皂为2.0％、羟乙基纤维素为1.6％、羟甲基丙基纤维素为0.4％，常温下搅拌75h，得到泡沫乳液；

(4)制备单层泡沫涂层空气过滤材料2：

将亲水聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材置于涂层机上，泡沫乳液置于滤料基材上，泡沫乳液涂覆量占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量的5％，使用刮刀涂覆；保持刮刀刀口与滤料基材表面刚刚接触，相互之间的作用力为0，涂覆速度23mm/s，涂覆完成后进行烘燥，110℃下烘燥1分钟，然后125℃下烘燥1分钟，最后300℃下烘燥4秒，冷却至室温得到单层泡沫涂层空气过滤材料；

(5)对单层泡沫涂层空气过滤材料进行拒水整理：

取占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量1％的氟类拒水整理剂，配制成溶液，在单层泡沫涂层空气过滤材料的涂覆泡沫乳液的一面上涂覆拒水整理剂溶液，使用刮刀涂覆，涂覆速度70mm/s，涂覆完成后进行烘燥，115℃下烘燥2分钟，然后140℃下烘燥1分钟，冷却至室温得到拒水单层泡沫涂层空气过滤材料；

(6)制备双层泡沫涂层空气过滤材料3：

在单层泡沫涂层空气过滤材料拒水面上涂覆泡沫乳液，泡沫乳液涂覆量占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量5％，使用刮刀涂覆，保持刮刀刀口与滤料基材表面距离为50丝，涂覆速度20mm/s，涂覆完成后进行烘燥，110℃下烘燥2分钟，然后125℃下烘燥2分钟，最后300℃下烘燥4秒，冷却至室温得到双层泡沫涂层空气过滤材料。

上述双层泡沫涂层空气过滤材料透气性为85l/m²·s，过滤效率为98％，过滤阻力为250pa。

其他实施方式和实施例1相同。

实施例3

如图1所示，本实施例包括聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材1、单层泡沫涂层空气过滤材料2、双层泡沫涂层空气过滤材料3。具体实现方式如下：

首先制备聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材1：

取占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量43％的聚丙烯腈纤维、22％的玄武岩纤维、10％的聚苯硫醚纤维混合，然后采用交叉方式铺网9层，铺网速度15米/分钟，得到混合纤维网；

然后采用针刺加固法对混合纤维网进行加固，预刺频率46hz，倒刺频率56hz，正刺频率66hz，预刺针深8mm，倒刺针深5mm，正刺针深5mm，得到加固的混合纤维网；

将加固后的混合纤维网110℃下烘燥4分钟，烘干得到聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材；

(2)对聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材进行亲水整理：

取占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量5％的聚酯与聚醚型亲水整理剂，配制成溶液，滤料基材浸入其中，20℃下浸渍20分钟，浴比20:1，用水冲洗至中性，烘干得到亲水聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材；

(3)制备泡沫乳液：

边搅拌边向pvdf乳液中加入有机硅改性丙烯酸酯乳液，混合均匀后依次加入月桂酸钾皂、羟乙基纤维素、羟甲基丙基纤维素，有机硅改性丙烯酸酯乳液占泡沫乳液总质量的49％、pvdf乳液为50％、月桂酸钾皂为0.5％、羟乙基纤维素为0.5％、羟甲基丙基纤维素为0.5％，常温下搅拌80h，得到泡沫乳液；

(4)制备单层泡沫涂层空气过滤材料2：

将亲水聚丙烯腈/玄武岩/聚苯硫醚滤料基材置于涂层机上，泡沫乳液置于滤料基材上，泡沫乳液涂覆量占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量的7.5％，使用刮刀涂覆；保持刮刀刀口与滤料基材表面刚刚接触，相互之间的作用力为0，涂覆速度25mm/s，涂覆完成后进行烘燥，120℃下烘燥1分钟，然后135℃下烘燥1分钟，最后300℃下烘燥4秒，冷却至室温得到单层泡沫涂层空气过滤材料；

(5)对单层泡沫涂层空气过滤材料进行拒水整理：

取占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量5％的氟类拒水整理剂，配制成溶液，在单层泡沫涂层空气过滤材料的涂覆泡沫乳液的一面上涂覆拒水整理剂溶液，使用刮刀涂覆，涂覆速度100mm/s，涂覆完成后进行烘燥，120℃下烘燥2分钟，然后145℃下烘燥1分钟，冷却至室温得到拒水单层泡沫涂层空气过滤材料；

(6)制备双层泡沫涂层空气过滤材料：

在单层泡沫涂层空气过滤材料拒水面上涂覆泡沫乳液，泡沫乳液涂覆量占双层泡沫涂层空气过滤材料总质量7.5％，使用刮刀涂覆，保持刮刀刀口与滤料基材表面距离为60丝，涂覆速度25mm/s，涂覆完成后进行烘燥，120℃下烘燥2分钟，然后130℃下烘燥2分钟，最后300℃下烘燥4秒，冷却至室温得到双层泡沫涂层空气过滤材料。

上述双层泡沫涂层空气过滤材料透气性为90l/m²·s，过滤效率为95％，过滤阻力为245pa。

其他实施方式和实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。