一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料及其制备方法，所述过滤材料原料包括多层纤维网，多层纤维网为层叠结构，依次为：纺粘纤维网、预针刺纤维网，或纺粘纤维网、预针刺纤维网、纺粘纤维网。制备：多层纤维网层叠后，依次经过针刺加固处理，烘焙处理，电晕驻极处理而制成的。本发明材料中增能助剂的添加和特定的复合结构，使得本发明的产品具有过滤效率高、过滤阻力低、使用寿命长等特点。
【专利说明】
一种含有増能助剂的多层纺熔驻极过滤材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于过滤材料及其制备领域，特别涉及一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近代工业的快速发展使得我国经济迅速发展，国民生活水平大幅提高，但是工业的发展给我们带来了严重的空气污染问题。空气中含有大量的有害气体和细小的悬浮颗粒物，对人类呼吸道、心血管和中枢神经等造成严重危害，直接威胁人体健康。因此，减少空气中的有害物质对于环境保护和保障人体健康是至关重要的。目前最经济、最有效的空气过滤方法是纤维过滤技术。
[0003]非织造材料由于其纤维三维杂乱排列的结构，当颗粒通过时为颗粒提供了更多的机会与纤维发生碰撞或粘附而被捕获，因此非织造材料非常适合做为高效过滤材料。非织造材料在经过驻极工艺后，利用材料表面或内部存在的电荷对颗粒产生较大的静电吸附作用，可以较大程度得提高过滤性能。
[0004]中国专利CN103537142A公开的一种针刺静电滤棉及其制备方法，是将普通聚丙烯短纤梳理成网后与纺粘材料复合，再烘燥驻极而成。
[0005]中国专利CN101797457A公开了一种空气过滤材料，该过滤材料由起过滤作用的过滤层和起支撑作用的骨材层所组成，骨材层能够增强过滤材料强度，使过滤材料具有更长使用寿命，且拓展使用范围。
[0006]现有专利所用原料与加工方法都较普通，产品在生产过程中易出现驻极困难等工艺问题，产品在使用过程中易出现过滤效果低，过滤阻力偏大，电荷逃逸快，抗老化性差，使用寿命短等问题。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料及其制备方法，本发明解决现有技术制成的过滤材料驻极困难;产品过滤效果低，过滤阻力偏大，电荷逃逸快等问题。本发明的含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料通过在聚丙烯中添加增能助剂，使得产品易驻极，驻极效果好，电荷逃逸减慢。采用纺粘材料作为表层，可以提高过滤材料强度，延长使用寿命。该材料具有蓬松柔软的结构、高效的过滤效率，同时保持较低阻力。
[0008]本发明的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料，所述过滤材料包括多层纤维网，多层纤维网为层叠结构，依次为:纺粘纤维网、预针刺纤维网，或纺粘纤维网、预针刺纤维网、纺粘纤维网；
[0009]其中预针刺纤维网中的纤维为含有增能助剂的聚丙烯短纤维和腈纶纤维，纺粘纤维网中的纤维为聚合物纺丝直接成网的含有增能助剂的聚丙烯纤维。
[0010]所述增能助剂为硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的混合物。
[0011]所述混合物中硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的质量百分比分别为50%、30%和20%。
[0012]所述预针刺纤维网中:增能助剂在含有增能助剂的聚丙烯短纤维中的质量比为6%，含有增能助剂的聚丙烯短纤维在预针刺纤维网中的质量比为40%?70% ;纺粘纤维网中:
[0013]增能助剂在含有增能助剂的聚丙烯纤维中的质量比为6%。
[0014]所述预针刺纤维网中的单纤维长度为45-64毫米，细度为1.5-2旦，预针刺纤维网面密度为40-190克/平方米;纺粘纤维网中的单纤维细度为2-3旦，面密度为12-15克/平方米。
[0015]所述预针刺纤维网中的含有增能助剂的聚丙烯短纤维的纤维长度为45-60毫米，细度为2旦;腈纶纤维的纤维长度为51-64毫米，细度为1.5旦。
[0016]本发明的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料的制备方法，包括:
[0017](I)改性聚丙烯制备:
[0018]将增能助剂和聚丙烯混合，造粒，得到改性聚丙烯;其中增能助剂占改性聚丙烯的质量比为20% ；
[0019](2)短纤维制备:
[0020]将改性聚丙烯和聚丙烯混合，纺丝，得到含有增能助剂的聚丙烯短纤维;其中改性聚丙烯占混合物的质量比为30% ；
[0021](3)预针刺纤维网制备:
[0022]将含有增能助剂的聚丙烯短纤维和腈纶纤维(市售)进行开松混合、梳理、铺网、预针刺处理，形成面密度为40?190克/平方米的预针刺纤维网；
[0023](4)纺粘纤维网制备:
[0024]将改性聚丙烯和聚丙烯混合，纺丝成网，粘合热乳加固，得到纺粘纤维网；其中改性聚丙烯占混合物的质量比为30% ；
[0025](5)混合针刺加固处理、烘焙处理、电晕驻极处理:
[0026]将上述制备的预针刺纤维网、纺粘纤维网进行层叠:以上层为纺粘纤维网，下层为预针刺纤维网，或者上层为纺粘纤维网，中间层为预针刺纤维网，下层为纺粘纤维网的结构层叠复合，多道针刺加固处理，得到面密度为52?220克/平方米的多层纺熔材料，然后烘箱烘焙处理，得到预处理多层纺熔材料，电晕驻极处理，即得含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料。
[0027]步骤(I)中的造粒为通过造粒机进行，将增能助剂和聚丙烯分别加入造粒机的两个喂料斗中，在温度为190°C时熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理，即得到改性聚丙烯。
[0028]步骤(2)中纺丝为常规化纤设备纺丝。
[0029]步骤(2)中含有增能助剂的聚丙烯短纤维的纤维长度为45-60毫米，细度为2旦。
[0030]步骤(3)中腈纶纤维的纤维长度为51-64毫米，细度为1.5旦。
[0031]步骤(3)中的预针刺处理的针刺密度为50刺/平方厘米。
[0032]步骤(4)中纺丝成网为混合后的原料喂入常规聚合物纺丝成网设备；制得纤维细度为2?3旦、面密度为12?15克/平方米的纺粘纤维网。
[0033]步骤(5)中多道针刺加固处理为:经过2-5道针刺加固处理，针刺密度为150-240刺/平方厘米，纤网输出速度为1.5-2.4米/分钟。
[0034]步骤(5)中烘焙温度为50_80°C，时间为100-160S。
[0035]步骤(5)中电晕驻极处理针尖密度为1000枚/平方米，电场强度为1-3兆伏/米，驻极时间为50-80秒。
[0036]本发明含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料是由多层纤维网层叠后，依次经过针刺加固处理，烘焙处理，电晕驻极处理而制成的，面密度为52?220克/平方米;其中，构成含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料的多层纤维网，自上而下依次为:纺粘纤维网、预针刺纤维网，或纺粘纤维网、预针刺纤维网、纺粘纤维网；所述的预针刺纤维网中的纤维为含有增能助剂的聚丙烯短纤维和普通腈纶纤维，其中增能助剂在含有增能助剂的聚丙烯短纤维中的质量比为6%，含有增能助剂的聚丙烯短纤维在预针刺纤维网中的质量比为40%?70%;所述的纺粘纤维网中的纤维为聚合物纺丝直接成网的含有增能助剂的聚丙烯纤维，其中增能助剂在含有增能助剂的聚丙烯纤维中的质量比为6%;所述的增能助剂为硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的混合物，其中硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的质量比比例分别为50%、30% 和 20%。
[0037]有益效果
[0038](I)本发明解决现有技术制成的过滤材料驻极困难;产品过滤效果低，过滤阻力偏大，电荷逃逸快等问题；
[0039 ] (2)本发明的含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料通过在聚丙烯中添加增能助剂，使得产品易驻极，驻极效果好，电荷逃逸减慢;采用纺粘材料作为表层，可以提高过滤材料强度，延长使用寿命，该材料具有蓬松柔软的结构、高效的过滤效率，同时保持较低阻力；
[0040](3)本发明的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料，利用腈纶纤维易摩擦起电的特性，在使用过程中不断产生电荷，提高材料对颗粒的静电吸附作用；
[0041 ] (4)本发明的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料，利用改性聚丙烯中的增能助剂，提高驻极效果，减缓电荷衰退，提高材料的抗老化性能；
[0042](5)本发明的产品具有过滤效率高、过滤阻力低和使用寿命长等特点，符合空气过滤材料的发展趋势，具有市场发展前景；
[0043](6)本发明制备得到的含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料，经TSI8130检测，其在流速为32升/分钟，氯化钠气溶胶质量中值直径为0.26微米时，过滤阻力为2.5?13.1帕，过滤效率为78.6 %?90.9 %。
【具体实施方式】
[0044]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。
[0045]实施例1
[0046]将增能助剂和聚丙烯分别加入造粒机的两个喂料斗中，在温度为190°C时熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理，即得到改性聚丙烯，增能助剂占改性聚丙烯的质量比为20%，增能助剂为硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的混合物，其中硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的质量比比例分别为50%、30%和20% ；
[0047]将改性聚丙烯和常规聚丙烯混合，改性聚丙烯占混合物的质量比为30%，将混合后的原料喂入常规化纤设备纺丝，纺制出长度为60毫米，细度为2旦的含有增能助剂的聚丙烯短纤维;将含有增能助剂的聚丙烯短纤维和市面所售的长度为64毫米，细度为1.5旦普通腈纶纤维进行开松混合、梳理、铺网、预针刺处理，预针刺密度为50刺/平方厘米，形成面密度为40克/平方米的预针刺纤维网，含有增能助剂的聚丙烯短纤维在预针刺纤维网中的质量比为40%;
[0048]将改性聚丙烯和常规聚丙烯混合，改性聚丙烯占混合物的质量比为30%，将混合后的原料喂入常规聚合物纺丝成网设备，制得纤维细度为2旦、面密度为12克/平方米的纺粘纤维网，经常规点粘合热乳加固；
[0049]将预针刺纤维网和纺粘纤维网，以上层为纺粘纤维网，下层为预针刺纤维网的结构复合，再经过2道针刺加固，总针刺密度为150刺/平方厘米，纤网输出速度为2.4米/分钟，制得面密度为52克/平方米的多层纺熔材料;将多层纺熔材料经过烘箱烘焙处理，温度为50°C，时间为100秒，得到预处理多层纺熔材料;将预处理多层纺熔材料进行电晕驻极处理，针尖密度为1000枚/平方米，电场强度为I兆伏/米，驻极时间为50秒，最终制得含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料。
[0050]采用TSI8130滤料综合性能测试台测试所得52克/平方米的多层纺熔驻极过滤材料，其过滤效率和过滤阻力:在流速为32升/分钟，氯化钠气溶胶质量中值直径为0.26微米时，其过滤阻力为2.5帕，过滤效率为78.6%。
[0051 ] 实施例2
[0052]将增能助剂和聚丙烯分别加入造粒机的两个喂料斗中，在温度为190°C时熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理，即得到改性聚丙烯，增能助剂占改性聚丙烯的质量比为20%，增能助剂为硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的混合物，其中硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的质量比比例分别为50%、30%和20% ；
[0053]将改性聚丙烯和常规聚丙烯混合，改性聚丙烯占混合物的质量比为30%，将混合后的原料喂入常规化纤设备纺丝，纺制出长度为55毫米，细度为2旦的含有增能助剂的聚丙烯短纤维;将含有增能助剂的聚丙烯短纤维和市面所售的长度为64毫米，细度为1.5旦普通腈纶纤维进行开松混合、梳理、铺网、预针刺处理，预针刺密度为50刺/平方厘米，形成面密度为90克/平方米的预针刺纤维网，含有增能助剂的聚丙烯短纤维在预针刺纤维网中的质量比为50%;
[0054]将改性聚丙烯和常规聚丙烯混合，改性聚丙烯占混合物的质量比为30%，将混合后的原料喂入常规聚合物纺丝成网设备，制得纤维细度为2旦、面密度为12克/平方米的纺粘纤维网，经常规点粘合热乳加固；
[0055]将预针刺纤维网和纺粘纤维网，以上层为纺粘纤维网，下层为预针刺纤维网的结构复合，再经过2道针刺加固，总针刺密度为180刺/平方厘米，纤网输出速度为2米/分钟，制得面密度为102克/平方米的多层纺熔材料;将多层纺熔材料经过烘箱烘焙处理，温度为60°C，时间为120秒，得到预处理多层纺熔材料;将预处理多层纺熔材料进行电晕驻极处理，针尖密度为1000枚/平方米，电场强度为1.6兆伏/米，驻极时间为60秒，最终制得含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料。
[0056]采用TSI8130滤料综合性能测试台测试所得102克/平方米的多层纺熔驻极过滤材料，其过滤效率和过滤阻力:在流速为32升/分钟，氯化钠气溶胶质量中值直径为0.26微米时，其过滤阻力为6.8帕，过滤效率为87.5%。
[0057]实施例3
[0058]将增能助剂和聚丙烯分别加入造粒机的两个喂料斗中，在温度为190°C时熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理，即得到改性聚丙烯，增能助剂占改性聚丙烯的质量比为20%，增能助剂为硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的混合物，其中硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的质量比比例分别为50%、30%和20% ；
[0059]将改性聚丙烯和常规聚丙烯混合，改性聚丙烯占混合物的质量比为30%，将混合后的原料喂入常规化纤设备纺丝，纺制出长度为50毫米，细度为2旦的含有增能助剂的聚丙烯短纤维;将含有增能助剂的聚丙烯短纤维和市面所售的长度为51毫米，细度为1.5旦普通腈纶纤维进行开松混合、梳理、铺网、预针刺处理，预针刺密度为50刺/平方厘米，形成面密度为140克/平方米的预针刺纤维网，含有增能助剂的聚丙烯短纤维在预针刺纤维网中的质量比为60%;
[0060]将改性聚丙烯和常规聚丙烯混合，改性聚丙烯占混合物的质量比为30%，将混合后的原料喂入常规聚合物纺丝成网设备，制得纤维细度为3旦、面密度为15克/平方米的纺粘纤维网，经常规点粘合热乳加固；
[0061 ]将预针刺纤维网和纺粘纤维网，以上层为纺粘纤维网，中间层为预针刺纤维网，下层为纺粘纤维网的结构复合，再经过2道针刺加固，总针刺密度为210刺/平方厘米，纤网输出速度为1.7米/分钟，制得面密度为170克/平方米的多层纺熔材料;将多层纺熔材料经过烘箱烘焙处理，温度为70°C，时间为140秒，得到预处理多层纺熔材料;将预处理多层纺熔材料进行电晕驻极处理，针尖密度为1000枚/平方米，电场强度为2.2兆伏/米，驻极时间为70秒，最终制得含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料。
[0062]采用TSI8130滤料综合性能测试台测试所得170克/平方米的多层纺熔驻极过滤材料，其过滤效率和过滤阻力:在流速为32升/分钟，氯化钠气溶胶质量中值直径为0.26微米时，其过滤阻力为10.3帕，过滤效率为89.6%。
[0063]实施例4
[0064]将增能助剂和聚丙烯分别加入造粒机的两个喂料斗中，在温度为190°C时熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理，即得到改性聚丙烯，增能助剂占改性聚丙烯的质量比为20%，增能助剂为硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的混合物，其中硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的质量比比例分别为50%、30%和20% ；
[0065]将改性聚丙烯和常规聚丙烯混合，改性聚丙烯占混合物的质量比为30%，将混合后的原料喂入常规化纤设备纺丝，纺制出长度为45毫米，细度为2旦的含有增能助剂的聚丙烯短纤维;将含有增能助剂的聚丙烯短纤维和市面所售的长度为51毫米，细度为1.5旦普通腈纶纤维进行开松混合、梳理、铺网、预针刺处理，预针刺密度为50刺/平方厘米，形成面密度为190克/平方米的预针刺纤维网，含有增能助剂的聚丙烯短纤维在预针刺纤维网中的质量比为70%;
[0066]将改性聚丙烯和常规聚丙烯混合，改性聚丙烯占混合物的质量比为30%，将混合后的原料喂入常规聚合物纺丝成网设备，制得纤维细度为3旦、面密度为15克/平方米的纺粘纤维网，经常规点粘合热乳加固；
[0067]将预针刺纤维网和纺粘纤维网，以上层为纺粘纤维网，中间层为预针刺纤维网，下层为纺粘纤维网的结构复合，再经过2道针刺加固，总针刺密度为240刺/平方厘米，纤网输出速度为1.5米/分钟，制得面密度为220克/平方米的多层纺熔材料;将多层纺熔材料经过烘箱烘焙处理，温度为80°C，时间为160秒，得到预处理多层纺熔材料;将预处理多层纺熔材料进行电晕驻极处理，针尖密度为1000枚/平方米，电场强度为3兆伏/米，驻极时间为80秒，最终制得含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料。
[0068]采用TSI8130滤料综合性能测试台测试所得220克/平方米的多层纺熔驻极过滤材料，其过滤效率和过滤阻力:在流速为32升/分钟，氯化钠气溶胶质量中值直径为0.26微米时，其过滤阻力为13.I帕，过滤效率为90.9 %。
【主权项】
1.一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料，其特征在于:所述过滤材料包括多层纤维网，多层纤维网为层叠结构，依次为:纺粘纤维网、预针刺纤维网，或纺粘纤维网、预针刺纤维网、纺粘纤维网； 其中预针刺纤维网中的纤维为含有增能助剂的聚丙烯短纤维和腈纶纤维，纺粘纤维网中的纤维为含有增能助剂的聚丙烯纤维。2.根据权利要求1所述的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料，其特征在于:所述增能助剂为硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的混合物。3.根据权利要求2所述的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料，其特征在于:所述混合物中硬脂酸锌、硬脂酸钡和氮化硅的质量百分比分别为50%、30%和20%。4.根据权利要求1所述的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料，其特征在于:所述预针刺纤维网中:增能助剂在含有增能助剂的聚丙烯短纤维中的质量比为6%，含有增能助剂的聚丙烯短纤维在预针刺纤维网中的质量比为40%?70%;纺粘纤维网中:增能助剂在含有增能助剂的聚丙烯纤维中的质量比为6%。5.根据权利要求1所述的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料，其特征在于:所述预针刺纤维网中的单纤维长度为45-64毫米，细度为1.5-2旦，预针刺纤维网面密度为40-190克/平方米;纺粘纤维网中的单纤维细度为2-3旦，面密度为12-15克/平方米。6.—种如权利要求1-5任一所述的含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料的制备方法，包括: (1)将将增能助剂和聚丙烯混合，造粒，即得到改性聚丙烯；其中增能助剂占改性聚丙烯的质量比为20% ； (2)将改性聚丙烯和聚丙烯混合，纺丝，得到含有增能助剂的聚丙烯短纤维； (3)将含有增能助剂的聚丙烯短纤维和腈纶纤维进行开松混合、梳理、铺网、预针刺处理，形成预针刺纤维网； (4)将改性聚丙烯和聚丙烯混合，纺丝成网，粘合热乳加固，得到纺粘纤维网； (5)将上述制备的预针刺纤维网、纺粘纤维网进行层叠:以上层为纺粘纤维网，下层为预针刺纤维网，或者上层为纺粘纤维网，中间层为预针刺纤维网，下层为纺粘纤维网的结构层叠复合，多道针刺加固处理，得到纺熔材料，然后烘焙，电晕驻极处理，即得含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料。7.根据权利要求6所述的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(5)中多道针刺加固处理为:经过2-5道加固处理，针刺密度为150-240刺/平方厘米，纤网输出速度为1.5-2.4米/分钟。8.根据权利要求6所述的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(5)中烘焙温度为50-80°C，时间为100-160S。9.根据权利要求6所述的一种含有增能助剂的多层纺熔驻极过滤材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(5)中电晕驻极处理针尖密度为1000枚/平方米，电场强度为1-3兆伏/米，驻极时间为50-80秒。
【文档编号】B01D39/14GK105944455SQ201610457927
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】靳向煜, 张星, 张海峰, 刘金鑫, 刘妙峥, 吴海波, 王荣武, 王洪, 黄晨, 刘嘉炜
【申请人】东华大学