一种蓬松态过滤材料、制备方法及口罩与流程

本发明涉及一种过滤材料，尤其涉及一种用于制备口罩的性能增强型蓬松态过滤材料以及这种过滤材料的制备方法。

背景技术：

随着疫情对消费者防护意识的促进提供和中国制造业市场大幅增加带来的工业发展，民用口罩、工业口罩佩戴需求量显著增加，由于防护要求和佩戴时长的加大，使用者在佩戴中对持久防护和长时间佩戴的舒适性具有极大需求。

从制备口罩的材料而言，目前市场上流通的口罩采用的是传统的熔喷材料，当长时间佩戴后会显著出现呼吸阻力增大、憋闷的不舒适感，影响生活和工作心情，长期以往对心肺功能也有一定的健康影响。而国内的口罩产品所用过滤材料，容尘量通常较低，一方面会导致使口罩用寿命短，另一方面因为容纳污染的能力有限随着使用时间变久更容易堵滤材导致呼吸阻力曲线斜率增大，使得口罩很容易憋闷。

实现前述熔喷材料的制备目前主要采用两种方法，一种是传统的电晕驻极熔喷，另一种是疫情期间开始推广使用的水驻极熔喷。目前市面口罩产品绝大部分使用的是传统的电晕驻极熔喷，这种方法的优点是足额克重的滤材初始过滤效率高，可以满足病毒、工业粉尘的防护需求，但是缺陷也较为明显，即容尘量低，通气阻力大，长时间佩戴会导致很明显的憋闷感和不适感；疫情期间开始推广的水驻极熔喷，技术先进，可以做到同克重同滤效级别情况下阻力比传统电晕驻极熔喷低四分之一到二分之一，但是价格高昂，是传统电晕驻极熔喷价格的5倍以上，且其容尘能力较弱，仅适用于日常生活中使用，不适宜工业用防护。

除了上述熔喷之外，3m自己的垄断专利技术材料静电棉，仅3m使用，具有极佳的容尘性能，非常适宜工业防护用，但是通气阻力普遍很高，不适宜长时间连续佩戴，若在日常生活防护佩戴会有很明显的不适感和憋闷感；除3m外，国内外静电棉过滤材料通气阻力很低，但是因静电功能材料和设备加工工艺原因，滤效具有瓶颈，目前国内100克重以内产品均无法直接用在口罩实现kn95级别防护（克重超过100，口罩会非常厚，成本高，口罩的使用性能也差）。

因此目前国内最新应用方案为将静电棉与熔融叠加使用，用以实现低呼吸阻力和稳定的过滤效率以及相对较好的容尘性能，但该方案仍具有瓶颈，仅相对以往技术方案具有不错的性能优势，但在于单位面积的平面滤材测试阻力和容尘量，仍不能非常理想的满足使用者长时间舒适佩戴的需求。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种蓬松态过滤材料、制备方法及口罩，以实现稳定的透气性能和舒适度，更好的满足使用者长期佩戴的需求。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种蓬松态过滤材料、制备方法及口罩，大幅提高滤材用于口罩时的使用寿命，并显著降低呼吸阻力，带来持久佩戴时稳定的透气性和舒适感，满足使用者工作和生活中长时间舒适佩戴口罩的需求，以解决现有口罩制备材料和制备方法中的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种蓬松态过滤材料，至少包括两层纤维网和一层弹力网，所述弹力网设置于两层纤维网之间，形成包夹式结构；其中，所述纤维网材料采用合成树脂和增强型材料制备，所述纤维网的成网工艺采用纺丝成网；所述弹力网具有不规则网孔结构，具有弹性。

进一步的，两层所述纤维网的纤维直径均为1.1~3.5d，克重均为10～80g/m2。

进一步的，所述纤维网的制备材料中增强型材料为球状纳米氧化锌颗粒、纳米电气石粉、纳米二氧化硅颗粒、纳米二氧化钛颗粒的一种或几种。

进一步的，所述纤维网中增强型材料的质量占整体质量的1~9%。

进一步的，所述弹力网的纤维直径为1.1~3.5d,克重为10～100g/m2。

本发明还提供一种制备前述蓬松态过滤材料的制备方法，至少包括如下步骤：

step1：制备所述纤维网

step11：将增强型材料分散成浆液，将合成树脂融化，并将两者混合；

step12：将step11中混合后的混合液熔融挤出，经水冷后切割成母粒，再经干燥后得到增强型改性母粒；

step13：将step12中形成的改性母粒与合成树脂切片混合后，进行熔融喷丝，在经过风冷后通过牵引拉丝成网；

step14：对step13中牵引拉丝形成的网状结构进行低压热轧后收卷，形成所需的纤维网；

step2：制备所述弹力网，将弹力网网孔设置为不规则网孔纹路；

step3：制备蓬松态过滤材料

step31：对所述纤维网与所述弹力网按照纤维网-弹力网-纤维网的结构进行铺网，铺网后通过针刺固定成蓬松态；

step32：对step31形成的蓬松态材料经过驻极工艺处理，对符合成网材料进行加电，加电后进行收卷，完成对蓬松态过滤材料的制备。

进一步的，在step11中，将增强型材料分散成浆需要加入有机聚合物分散剂，分散剂为聚乙二醇、钛酸酯偶联剂、聚丙烯酸类阴离子表面活性剂、十二烷基磺酸钠的一种或几种，经分散的增强型材料，有助于呈现微观结构的均匀性，对驻极电场的均匀性和性能影响较大。

进一步的，在step31中，针刺至少包括预针刺和两道主针刺；其中，预针刺的布针密度100~4500枚/m，针刺深度3~16mm，针刺次数600~3500次/分钟，布料步进速度5m/min；两道主针刺中，第一道针刺的布针密度4500~10000枚/m，针刺深度3~16mm，针刺次数600~3500次/分钟，布料步进速度5m/min；第二道针刺：布针密度10000~13500枚/m，针刺深度3~16mm，针刺次数600~3500次/分钟，布料步进速度5m/min。

进一步的，在step32中，驻极工艺采用的驻极电压为30~50kv，驻极距离为3~5cm，驻极时间为5m/min，30~50秒，驻极温度为20~25℃。

本发明还提供一种口罩，该口罩的制备材料采用前述蓬松态过滤材料制备。

通过实施上述本发明提供的蓬松态过滤材料及其制备方法，具有如下技术效果：

（1）本技术方案突破现有静电棉性能瓶颈，在相同克重条件下进一步提升过滤效率；

（2）本技术方案有效解决了现有的技术（传统电晕驻极熔喷、新型水驻极熔喷、静电棉与熔喷结合技术）的缺陷，使得应用在口罩中可以使得口罩在相同的过滤效率情况下具有更低的通气阻力，使佩戴者获得持久佩戴时稳定的透气性和舒适感，相同材料克重和测试条件下比现有方案的呼吸感觉更加通畅，且能长时间保持低阻力的状态；

（3）本技术方案可获得在滤材层面市场其它口罩滤材不具备的抑菌抗病毒性能；

（4）本技术方案可获得更高的容尘效果，即在相同浓度和过滤条件下持续过滤测试，在升高相同通气阻力时，所花费的时间更长，意味着过滤吸附了更多的污染物，非常适宜工业防尘环境长时间作业使用，适用范围广。

附图说明

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

图1是本发明具体实施方式中蓬松态材料结构示意图；

图2是图1制备过程示意图；

图中：

1、第一层纤维网；2、第二层纤维网；3、弹力网。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面采用具体实施方式详细描述本发明的技术方案。

如图1所示的一种蓬松态过滤材料，采用三层材料制备，第一层纤维网1、第二层纤维网2和设置于两层纤维网之间的弹力网3，三层制备材料之间形成纤维网-弹力网-纤维网的包夹式结构；其中，第一层纤维网1和第二层纤维网2的材料采用合成树脂和增强型材料制备，其成网工艺采用纺丝成网；弹力网具有不规则网孔结构，例如六边形、矩形、圆形、三角形、不规则网纹形等网孔结构，弹力网3不规则网孔结构可以使得其具备良好的弹性，适用于常规超声波焊接成型口罩和一体塑型成型口罩生产；在制备材料方面一般而言，弹力网3的材质为涤氨纶。

如图2所示是制备前述蓬松态过滤材料的制备方法，至少包括如下步骤：

step1：制备纤维网

step11：将增强型材料分散成浆液，将合成树脂融化，并将两者混合；

在这一过程中，将增强型材料分散成浆需要加入有机聚合物分散剂，分散剂为聚乙二醇、钛酸酯偶联剂、聚丙烯酸类阴离子表面活性剂、十二烷基磺酸钠的一种或几种，经分散的增强型材料，有助于呈现微观结构的均匀性，对驻极电场的均匀性和性能影响较大。

需要注意的是，目前国内工厂含纳米氧化锌的滤材效率不高，其主要原因是解决不了均匀性分散问题，在本实施例中一方面增强型材料采用的是国内唯一的具有高分散性能的球状纳米氧化锌原材料（球状纳米氧化锌质量百分比为5~15%），另一方面在制成母粒过程中进行了充分分散有效解决国内现有滤材分散效率的问题。

在这一过程中，合成树脂的融化温度为200℃~260℃为宜。

step12：将step11中混合后的混合液在200℃~260℃的温度下熔融挤出，经水冷后切割成母粒，再经干燥后得到增强型改性母粒。

step13：将step12中形成的改性母粒与合成树脂切片混合后，在200℃~260℃温度下进行类利萨茹曲线轨迹熔融喷丝，采用该喷丝方式可提高纤维的强力指标，有利于蓬松态纤维的形成和良好的空间过滤结构，在经过风冷后通过牵引拉丝成网，风冷的温度在5~15℃为宜，旋转实施风冷的设备为2400kw3000转电机侧风风冷即可。

step14：对step13中牵引拉丝形成的网状结构进行低压热轧后收卷，形成所需的纤维网，其中，热轧时花辊温度为70～140℃，光辊温度为70～140℃，低压压力2.5~7mpa。

经过上述step11-14的制备形成的纤维网中，增强型材料的质量占整体质量的1~9%；纤维直径均为1.1~3.5d。

step2：制备弹力网3，将弹力网3网孔设置为不规则网孔纹路，弹力网3材质选择涤氨纶，弹力网3的纤维直径为1.1~3.5d。

step3：制备蓬松态过滤材料

step31：将第一层纤维网1、第二层纤维网2与弹力网3按照纤维网-弹力网-纤维网的结构进行铺网；铺网时，第一层纤维网1和第二层纤维网2的克重均为10～80g/m2，弹力网3的克重为10～100g/m2；铺网后通过针刺固定成蓬松态；

在这一过程中，针刺至少包括预针刺和两道主针刺；其中，预针刺的布针密度100~4500枚/m，针刺深度3~16mm，针刺次数600~3500次/分钟，布料步进速度5m/min；两道主针刺中，第一道针刺的布针密度4500~10000枚/m，针刺深度3~16mm，针刺次数600~3500次/分钟，布料步进速度5m/min；第二道针刺：布针密度10000~13500枚/m，针刺深度3~16mm，针刺次数600~3500次/分钟，布料步进速度5m/min。

step32：对step31形成的蓬松态材料经过驻极工艺处理，对符合成网材料进行加电，加电后进行收卷，分切收卷，完成对蓬松态过滤材料的制备。

在这一过程中，驻极工艺采用的驻极电压为30~50kv，驻极距离为3~5cm，驻极时间为5m/min，30~50秒，驻极温度为20~25℃。

需要补充说明的是，除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何用途或者适应性变化，这些用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求书指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的成分、配比，并且可以在不脱离其范围的前提下进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求书来限制。