专利名称：竹炭空气过滤网用单丝及其制备工艺和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含有竹炭的聚合物母粒、竹炭空气过滤网的单丝及其制备工艺和 用途。
背景技术：
随着社会生活水平的提高，人们对大量使用的空调器、空气清净机输出的空气质 量要求越来越高，这就要求安装在空调器、空气清净机中的空气过滤网不仅要能够过滤掉 空气中的灰尘，也要具备抗菌、防霉、除臭、吸附有害气体等作用和功能。在目前的空气过滤 网中，通过浸泡、涂覆等化学方法或添加光触媒等抗菌或除臭的化学助剂能实现抗菌除臭 作用，但在生产中会造成二次污染，而且化学抗菌除臭材料有刺激性，影响人体健康。
发明内容
鉴于现有空气过滤网的缺点，本行业需求性能改进的空气过滤网，它不仅要能够 过滤掉空气中的灰尘，还要具备抗菌、防霉、除臭、吸附有害气体等作用和功能，同时兼具环 保、无二次污染的功效，还有益于人体健康。为此，本发明的目的是提供一种环保的、并具有抗菌、除臭、吸附有害气体等作用 的聚合物母粒及其空气过滤网的单丝。本发明的第一方面涉及一种含有竹炭的聚合物母粒，包含(i)纳米级竹炭粉，该 竹炭粉的细度为1 500nm ；和(ii)聚合物，选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺 中的至少一种；组分(i)与(ii)的重量比例为40 60 50 50。本发明的第二方面涉及一种竹炭空气过滤网的单丝，它包含(1)权利要求1所述 的含有竹炭的聚合物母粒，和(2)聚合物材料，该聚合物材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙 烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种；组分(1)与⑵的重量比例为30 70 40 60 ；所述单 丝直径为0. 1-lmm。在本发明单丝的一个优选的实施方式中，所述母粒中包含的组分(ii)聚合物、与 单丝中包含的组分(2)聚合物相同。在本发明单丝的另一个优选实施方式中，所述母粒中包含的组分(ii)聚合物、与 单丝中包含的组分(2)聚合物均是聚丙烯。本发明的第三方面涉及一种制备所述单丝的方法，它依次包括如下步骤(a)将细度为1 500nm的组分(i)竹炭粉，与组分(ii)聚合物，按照重量比 40 60 50 50，进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，制成所述的含有竹炭的聚合物母粒， 组分(ii)聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种；(b)将由步骤(a)得到的母粒，与组分⑵聚合物材料，按照重量比30 70 40 60，依次进行烘料、混合、搅拌，并由挤出机熔融挤出、冷却、牵伸、定型、收卷，制成直 径0. 1-lmm的单丝，所述组分(2)聚合物材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺 中的至少一种。
本发明的第四方面涉及上述单丝的用途，它用于编织成空气过滤器中的空气过滤 网。所述的空气过滤器优选是空调器、空气清净机或空气清新器中的过滤器。竹炭是纯天然制品，其本身有无数的孔隙，可以有效吸附空气中的各种浮游物质， 对硫化物、氢化物、甲醇、苯、酚等有害化学物质起到吸收、分解异味和消臭作用。竹炭还具 有自动调湿作用，若周围环境湿度大时，可吸收水分，若周围环境干燥，则可释放水分。另 外，竹炭能产生最适合人体吸收的远红外线波长，能使物体产生微热，促进人体衰老细胞的 活化，加快血液循环，改善人体内环境。竹炭中也会产生少量负离子，起到清新空气的作用。 因此，本发明的含有竹炭的聚合物母粒、及其竹炭空气过滤网单丝也被赋予上述有益效果。
具体实施例方式竹炭是纯天然制品，具有许多有益的功能。其本身有无数的孔隙，可以有效吸附空 气中的各种浮游物质，对硫化物、氢化物、甲醇、苯、酚等有害化学物质起到吸收、分解异味 和消臭作用。竹炭能产生最适合人体吸收的远红外线波长，能使物体产生微热，促进人体衰 老细胞的活化，加快血液循环，改善人体内环境。从竹炭中产生的负离子具有较高的活性， 有吸收和氧化还原作用，能破坏细菌的细胞膜的活性，从而达到抗菌杀菌的作用。将本发明的单丝编织成空气过滤网，由此提升了空气过滤网的功能，除了吸附尘 埃外，还增加了过滤网的抑菌杀菌、除臭和吸附有害气体功能，大大改善了室内空气的质 量；而且竹炭粉为天然物质，不需要化学合成，没有化学品所具有的刺激性和污染性，不仅 环保、而且对人体有益而无害。另外，采用纳米级的竹炭粉材料还具有以下优点⑴纳米材料比表面积大，与空 气接触面积大，更多地吸附空气中的各种有害气体。(2)纳米材料尺寸细小、活性强，能在树 脂中更好地分散、混合和加工，其表面渗透能力更强。在本发明的含有竹炭的母粒中，纳米级竹炭粉的含量与聚合物含量的重量比为 40 60 50 50，该含量比例如果低于40 60，母粒的抑菌杀菌和除臭功能就不足，如 果高于50 50，所使用的竹炭粉过多，增加了材料的脆性，成本也增多。该含量比例优选 40 60 48 52，再优选 40 60 45 55。在母粒中使用的纳米级竹炭粉的细度为1 500nm。该范围内的任何细度的竹炭 粉均能够用于本发明。其细度优选为1 450nm，再优选为1 400nm，再优选为1 300nm， 再优选为1 200nm，再优选为1 lOOnm，再优选为1 50nm，再优选为1 30nm。采用纳米级竹炭粉制备母粒的过程中，由于纳米级材料的尺寸很小，自身具有粘 合团聚的现象。为此，可以加入高分子分散剂，避免纳米级粉的团聚现象。本发明对于高分 子分散剂没有特别限制，可以采用本行业内已知的常规分散剂，优选聚乙烯蜡和氧化聚乙 火布。另外，还可以加入各种其它添加剂，以利于聚合物母粒的加工或提高母粒的性能。 所述添加剂可以选自以下的一种或多种稀释剂、热稳定剂等等。这些添加剂可以采用该行 业内的常规的稀释剂和热稳定剂等。稀释剂可以采用液体石蜡(也称白油)等，稀释剂还 具有提高混合分散效果的作用。热稳定剂可以采用硬脂酸锌(又称十八酸锌)和硬脂酸钙 (又称十八酸钙)，其作用是提高树脂基体的热稳定性，同时还有润滑的作用。这些添加剂的用量是本行业内的常规用量。例如，分散剂的用量可以是竹炭粉的1-5重量％，稀释剂的用量可以为竹炭粉的1-2重量％，热稳定剂的用量可以是竹炭粉的 1-1. 5 重量 ％。本发明的含有竹炭的母粒中所使用的聚合物可以选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、 聚酯、聚酰胺中的至少一种。优选聚丙烯。本发明的含有竹炭并具有抑菌杀菌和除臭功能的单丝，包含本发明的含有竹炭的 聚合物母粒和聚合物材料，所述母粒含量与聚合物的重量比例为30 70 40 60。优 选30 70 38 62，再优选30 70 35 65。如果比例低于30 70，单丝的抑菌杀 菌和除臭功能会不足，达不到所要求的性能；如果高于40 60，则会降低单丝的强度，成本 也较高。所述单丝中的聚合物材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一 种。对于空气过滤器中的空气过滤网，优选采用聚丙烯。在本发明的聚合物单丝的一个优选实施方式中，单丝所包含的聚合物材料优选与 母粒中的聚合物相同，这样，单丝中所包含的聚合物材料易与母粒中的聚合物相容，有利于 聚合物单丝的加工、而且单丝的性能更均一。在本发明的单丝的另一个优选实施方式中，单丝所包含的聚合物材料与母粒中的 聚合物均为聚丙烯，因为，聚丙烯最适于用作空气过滤器中的空气过滤网材料。本发明的含有竹炭、并具有抑菌杀菌和除臭功能的单丝的直径没有特别限制。其 直径可以根据实际需要进行选择。其直径一般为0. 1 1mm。当其用于空气过滤器中的空 气过滤网时，其直径优选为0. 1 0. 8mm，再优选为0. 1 0. 5mm，再优选为0. 1 0. 3mm，再 优选为0. 18 0. 22mm,再优选为0. 15 0. 2mm。本发明的聚合物母粒采用常规的制备方法获得将竹炭粉和聚合物按照所要求 的比例，进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，即制成本发明的母粒。熔融挤出温度为180 190°C。本发明的聚合物单丝也采用常规的制备方法获得将上述制得的母粒颗粒与聚合 物材料进行烘料，并按照所要求的比例，进行混合、搅拌，然后由挤出机熔融挤出、冷却、牵 伸、定型、收卷，制成单丝。下面依次描述单丝制备方法的各步骤。(1)烘料将纺丝级的聚合物原料和制备的竹炭聚合物母粒颗粒放入烘干机中烘干，烘料温 度没有特别限制。采用一般的烘料温度即可。需要注意温度不能过高，也不能过低，过高 会使聚合物原料软化，粘结成块；温度过低，干燥作用不足。烘料温度优选为50 75°C，更 优选为60 65°C。(2)混合和搅拌将本发明的聚合物母粒颗粒与构成单丝的聚合物材料以所需要的重量比例，加入 常规搅拌机中进行混合，并充分搅拌。(3)熔融挤出将充分搅拌的配料放入挤出机中通过预热、熔化、塑化、喷丝工序后熔融挤出单 丝，挤出温度可以采用本行业内常规的范围进行。挤出温度优选150 280°C，当挤出温度低于150°C时，挤出不顺利，单丝的质量和 挤出产量受到影响；当挤出温度高于280°C时，会使聚合物降解，造成聚合物分子量下降，影响单丝的力学性能、强度等。熔融挤出温度优选175 260°C，更优选195 240°C。(4)冷却将熔融挤出的单丝放入水槽中冷却，冷却温度一般为10 40°C，当冷却温度低于 10°C时，会造成单丝结晶不均勻，力学性能差。当冷却温度高于40°C时，会造成结晶不足，单 丝较软，力学性能和强度不足。冷却温度优选15 35°C，更优选20 30°C，最优选25°C。(5)牵伸将冷却后的单丝放入牵伸机进行牵伸，牵伸温度一般为90 110°C、牵伸倍数一 般为5. 0 6. 5倍。如果牵伸温度低于90°C，单丝容易断裂，如果高于110°C，聚合物会软化，甚至局 部熔化，不利于牵伸。牵伸温度优选95 105°C、更优选98 102 °C。如果牵伸倍数低于5. 0，单丝的力学性能和强度等不足，而且伸长率偏大。如果牵 伸倍数高于6. 5，单丝的力学性能和强度等偏大，但是伸长率偏小。牵伸倍数优选5. 2 6. 2，更优选5. 5 6. 0，最优选5. 8。(6)定型将牵伸过的单丝放入定型机中进行热定型，定型温度优选90 110°C，回缩率优 选 0. 2 1. 0%。当定型温度低于90°C时，定型不足，单丝在使用过程中容易变形；当定型温度高 于110°C，单丝会软化、甚至局部熔化，不利于定型。定型温度优选95 105 °C，更优选98 102 °C如果定型中的回缩率大于1.0%，收缩率偏大，那么由该单丝制成的网的面积会缩 小，由此成本增高。回缩率优选0. 4 0. 8%。(7)收卷将定型过的单丝在收卷机上卷取，收卷张力一般为200cN 270cN，收卷速度一般 为110米/分 150米/分。如果收卷张力低于200cN，那么张力太小，丝的收卷困难。如果收卷张力高于 270cN，那么张力太大，丝会产生卷取变形。收卷张力优选220cN 250cN，更优选230cN 240cN。同样，收卷速度低于110米/分或高于150米/分，会使单丝制成网后在使用过程 中变形。收卷速度优选120米/分 140米/分。经过上述步骤，制得直径为0. 1-lmm的竹炭空气过滤网单丝。然后，进一步由常规 的编织方法，将制得的单丝编织成网。本发明通过将竹炭的应用引入到空气过滤产品领域，将纳米级竹炭粉掺入聚丙烯 等树脂中，改进了现有的单丝制备工艺技术，获得了一种具有抗菌除臭和吸附有害气体性 能的塑料单丝。该单丝环保，对人体有益无害。用该类单丝编织成空气过滤网，可以装入抗菌净化空调中进行空气过滤。该单丝还可用于其他要求具有抗菌除臭清新空气功能的产品 中，如空气净化机等。将单丝编织成空气过滤网，经测试，过滤网具有良好的力学性能、抗菌除臭、吸附 有害气体性能，完全满足空气过滤器中过滤网的要求，其断裂强力> IlOOcN,断裂伸长率 18 25%，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌抗菌率均> 90%，去除甲醛效率> 80%。实施例以下实施例是对本发明的进一步说明，并不限制本发明的范围。实施例1按照竹炭粉与聚丙烯的重量比40 60分别量取竹炭粉和聚丙烯，再按竹炭粉的1 重量％量取分散剂聚乙烯蜡，进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，即制成本发明的竹炭聚丙烯 母粒。竹炭粉的粒径为lOOnm。此时熔融挤出温度为185°C。按照上述制得母粒与纺丝级聚丙烯的重量比30 70，分别量取母粒与纺丝级聚 丙烯，再分别在65°C温度下烘料3h，然后，将上述材料加入搅拌机中进行混合、并充分搅 拌。将充分搅拌好的混合料放入挤出机中，在250°C下熔融挤出，然后，将熔融挤出的 单丝放入冷却槽中冷却，冷却温度为25°C。将冷却后的单丝放入牵伸机进行牵伸，牵伸温度为100°C，牵伸倍数为5. 6倍。将牵伸过的单丝放入定型机中进行热定型，定型温度为100°C，回缩率为0. 6%。将定型过的单丝在收卷机上卷取，收卷张力为235cN，收卷速度为135米/分。制成的单丝直径为0. 20mm。将单丝编织成空气过滤网，测试其抗菌除臭、吸附有害气体性能，结果为大肠杆菌抗菌率95 %，金黄色葡萄球菌抗菌率96 %，甲醛去除率82 %，氨气去除 率 85%。将该网用作空调器中的空气过滤网。实施例2按照竹炭粉与聚丙烯的重量比45 55，分别量取竹炭粉和聚丙烯，再按竹炭粉的 2重量％量取分散剂聚乙烯蜡，再按竹炭粉的2重量％量取稀释剂液体石蜡，再按竹炭粉的 1重量％量取热稳定剂硬脂酸锌，将上述材料进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，即制成本发 明的竹炭聚丙烯母粒。竹炭粉的粒径为150nm。熔融挤出温度为185°C。按照上述制得母粒与纺丝级聚丙烯的重量比35 65，分别量取母粒与纺丝级聚 丙烯，再分别在70°C温度下烘料3h，然后，将上述材料加入搅拌机中进行混合、并充分搅 拌。将充分搅拌好的混合料放入挤出机中，在260°C下熔融挤出，然后，将熔融挤出的 单丝放入冷却槽中冷却，冷却温度为25°C。将冷却后的单丝放入牵伸机进行牵伸，牵伸温度为105°C，牵伸倍数为6. O倍。将牵伸过的单丝放入定型机中进行热定型，定型温度为100°C，回缩率为0. 8%。将定型过的单丝在收卷机上卷取，收卷张力为250cN，收卷速度为130米/分。制成的单丝直径为0. 50mm。将单丝编织成空气过滤网，测试其抗菌除臭、吸附有害气体性能，结果为
大肠杆菌抗菌率96 %，金黄色葡萄球菌抗菌率96 %，甲醛去除率85 %，氨气去除 率 86%。将该网用作空气清净机中的空气过滤网。实施例3按照竹炭粉与聚丙烯的重量比50 50，分别量取竹炭粉和聚丙烯，再按竹炭粉的 3重量％量取分散剂聚乙烯蜡，再按竹炭粉的2重量％量取稀释剂液体石蜡，再按竹炭粉的 1重量％量取热稳定剂硬脂酸钙，将上述材料进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，即制成本发 明的竹炭聚丙烯母粒。竹炭粉的粒径为180nm。熔融挤出温度为185°C。按照上述制得母粒与纺丝级聚丙烯的重量比40 60，分别量取母粒与纺丝级聚 丙烯，再分别在60°C温度下烘料3h，然后，将上述材料加入搅拌机中进行混合、并充分搅 拌。将充分搅拌好的混合料放入挤出机中，在220°C下熔融挤出，然后，将熔融挤出的 单丝放入冷却槽中冷却，冷却温度为30°C。将冷却后的单丝放入牵伸机进行牵伸，牵伸温度为98°C，牵伸倍数为5. 8倍。将牵伸过的单丝放入定型机中进行热定型，定型温度为95°C，回缩率为0. 5%。将定型过的单丝在收卷机上卷取，收卷张力为230cN，收卷速度为120米/分。制成的单丝直径为0. 10mm。将单丝编织成空气过滤网，测试其抗菌除臭、吸附有害气体性能，结果为大肠杆菌抗菌率99 %，金黄色葡萄球菌抗菌率99 %，甲醛去除率88 %，氨气去除 率 87%。将该网用作空调器中的空气过滤网。实施例4按照竹炭粉与聚乙烯的重量比48 52，分别量取竹炭粉和聚乙烯，再按竹炭粉的 4重量％量取分散剂聚乙烯蜡，再按竹炭粉的1.5重量％量取稀释剂液体石蜡，再按竹炭粉 的1重量％量取热稳定剂硬脂酸钙，将上述材料进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，即制成本 发明的竹炭聚丙烯母粒。竹炭粉的粒径为lOOnm。熔融挤出温度为175°C。按照上述制得母粒与纺丝级聚丙烯的重量比38 62，分别量取母粒与纺丝级聚 乙烯，再分别在60°C温度下烘料3h，然后，将上述材料加入搅拌机中进行混合、并充分搅 拌。将充分搅拌好的混合料放入挤出机中，在240°C下熔融挤出，然后，将熔融挤出的 单丝放入冷却槽中冷却，冷却温度为30°C。将冷却后的单丝放入牵伸机进行牵伸，牵伸温度为96°C，牵伸倍数为5. O倍。将牵伸过的单丝放入定型机中进行热定型，定型温度为98°C，回缩率为0. 5%。将定型过的单丝在收卷机上卷取，收卷张力为250cN，收卷速度为125米/分。制成的单丝直径为0. 6mm。将单丝编织成空气过滤网，测试其抗菌除臭、吸附有害气体性能，结果为大肠杆菌抗菌率96 %，金黄色葡萄球菌抗菌率97 %，甲醛去除率83 %，氨气去除 率 84%。将该网用作空气清新器中的空气过滤网。
权利要求
一种含有竹炭的聚合物母粒，包含(i)纳米级竹炭粉，该竹炭粉的细度为1～500nm；(ii)聚合物，选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种；其中组分(i)与(ii)的重量比例为40∶60～50∶50。
2.如权利要求1所述的聚合物母粒，其中所述的组分(i)与(ii)的重量比例为 40 60 48 52。
3.一种竹炭空气过滤网的单丝，它包含 1)权利要求1所述的含有竹炭的聚合物母粒，(2)聚合物材料，该聚合物材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少 一种；其中组分(1)与⑵的重量比例为30 70 40 60，所述单丝直径为0. 1-lmm。
4.根据权利要求3所述的单丝，其中所述母粒所含的组分(ii)聚合物与单丝所含的组 分(2)聚合物相同。
5.根据权利要求3所述的单丝，其中所述母粒所含的组分(ii)聚合物与单丝所含的组 分(2)聚合物均是聚丙烯。
6.如权利要求3所述的单丝，其中所述的组分(1)与⑵的重量比例为30 70 38 62。
7.一种制备权利要求3所述单丝的方法，它依次包括如下步骤(a)将细度为1 500nm的组分(i)竹炭粉与组分(ii)聚合物，按照重量比40 60 50 50，进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，制成权利要求1所述的含有竹炭的聚合物母粒， 所述组分(ii)聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种；(b)将由步骤(a)得到的权利要求1所述的母粒、与组分⑵聚合物材料，按照重量比 30 70 40 60，依次进行烘料、混合、搅拌，并由挤出机熔融挤出、冷却、牵伸、定型、收 卷，制成直径0. 1-lmm的单丝，所述组分(2)聚合物材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚 酯、聚酰胺中的至少一种。
8.—种权利要求3所述的单丝的用途，它用于编织成空气过滤器中的空气过滤网。
9.根据权利要求8所述的单丝的用途，其中所述的空气过滤器是空调器、空气清净机 或空气清新器中的过滤器。
全文摘要
本发明涉及一种含有竹炭的聚合物母粒及其空气过滤网单丝。所述母粒包含(i)纳米级竹炭粉，细度为1～500nm；和(ii)聚合物；组分(i)与(ii)的重量比为40∶60～50∶50。所述单丝包含(1)含竹炭的母粒，和(2)聚合物材料；组分(1)与(2)的重量比为30∶70～40∶60；所述单丝直径为0.1-1mm。所述单丝的制备方法依次包括将竹炭粉与聚合物按照所要求的比例进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，制成含有竹炭的母粒；将制得的母粒与聚合物材料按照所要求的比例，依次进行烘料、混合、搅拌，并由挤出机熔融挤出、冷却、牵伸、定型、收卷，制成单丝。本发明的单丝用于编织成空气过滤器中的空气过滤网。
文档编号B01D39/08GK101921428SQ20101025482
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者丁伯英, 丁宏广, 史锃瑛, 黄禄英 申请人:丁宏广