一种聚乳酸长丝无纺布过滤材料及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种聚乳酸长丝无纺布过滤材料及其应用。现有空气过滤材料大多采用不可再生的材料，给后续废物处理带来困难。本发明的过滤材料由100%聚乳酸长丝纤网构成，其制备方法如下：首先，将经过预结晶的聚乳酸切片充分干燥；然后，通过两组以上的纺丝机组的熔融挤压、冷却、牵伸和分丝而分别成网并叠加成复合纤网；最后，复合纤网经过热轧机轧压为一体。本发明提供的过滤材料能够形成表面过滤的效果，具有过滤效率高、容尘量大、阻力低、透气性好、清灰频率低、抑菌、除臭的特点，且丢弃后可完全降解。
【专利说明】一种聚乳酸长丝无纺布过滤材料及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及无纺布过滤材料领域，具体地说是一种由100%聚乳酸长丝纤维制成的聚乳酸长丝无纺布过滤材料及其应用。
【背景技术】
[0002]随世界工业化进程的加快，随之而来的是严重的环境污染问题，工农业生产、交通运输等所排放的粉尘对大气污染尤为突出，因而对空气过滤材料的需求不断增加。据世界无纺布工业协会INDA统计表明，2007年全球工业过滤用材耗量为108.735万吨，产值6.43亿美元，到2012年增加率将达到14%，为7.54亿美元，主要产品是工业清灰用布袋除尘器、筒式过滤器、空气过滤器、高效过滤器(HEPA/ULPA)、一次性面罩和汽车空调过滤器，其中交通、供暖、通风及空气调节(HVAC)占据了过滤市场80%的份额，无疑空气过滤器是增长最快的市场。
[0003]现有空气过滤材料主要有两类，一类是由木浆纤维制成的滤纸，是目前市场上用量最大，应用领域最为广泛的产品，然而采用滤纸作为过滤器的滤芯存在以下问题:其一是滤纸由于使用木浆为原料，必然消耗大量森林资源，属于资源消耗型产品；其二是滤纸生产流程长，在抄纸过程中由于使用大量胶黏剂和化学助剂，所产生的造纸废水对环境污染较大；其三是由滤纸制成的滤芯在雨天或湿度较大的天气中使用时，纤维素纤维受潮后极易吸水，导致纤维发生膨胀，使纸质滤芯的压差迅速提高，最终影响滤芯的过滤和使用性能；其四是随使用时间的增加，纸质滤芯特别容易老化和变脆，使滤芯的使用寿命大大降低。
[0004]另一类是合成纤维涤纶制成的无纺布作为空气过滤材料，涤纶纤维无纺布是依靠石油基为原料，存在对石油依存度大和不可降解的问题，由于空气过滤器属于一次性使用产品，在使用丢弃后无法降解，且其体积比较大，填埋或焚烧都不能彻底解决废弃的过滤器，给后续废物处理带来困难，随工业化能源消耗量日益增加，汽车保有数量的增多，年均消耗的过滤材料已超过百万吨，这些一次性消耗品废弃后给我们的生活环境带来了巨大负担，因而开发一种完全降解的健康环保型过滤材料非常必要。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种健康环保型无纺布过滤材料，其由聚乳酸长丝纤网构成，两种不同纤维细度的纤网形成了不同的密度梯度结构，形成有效过滤粉尘颗粒的曲径系统；同时聚乳酸纤维独有的天然抑菌性和可完全生物降解功能，赋予本发明过滤材料健康环保的特征。
[0006]为此，本发明采用的技术方案如下:一种聚乳酸长丝无纺布过滤材料，由100%聚乳酸长丝纤网构成，其制备方法如下:首先，将经过预结晶的聚乳酸切片充分干燥；然后，通过两组以上的纺丝机组的熔融挤压、冷却、牵伸和分丝而分别成网并叠加成复合纤网，其中上层纤网中聚乳酸长丝的线密度在0.5dtex-l.5dtex之间，上层纤网的平均孔径在20-40 μ m之间，作为无纺布过滤材料的迎风面；下层纤网中聚乳酸长丝的线密度在3dtex-8dtex之间，下层纤网的平均孔径在60-90 μ m之间，作为无纺布过滤材料的背风面；最后，复合纤网经过热轧机轧压为一体。
[0007]本发明采用两种不同纤维细度的纤网形成了不同的密度梯度结构，形成有效过滤粉尘颗粒的曲径系统，透气性好、阻力低、精度高、过滤面积大、容尘量大、耐破强度高、适应风速范围广、清灰频率小、清灰方便。
[0008]作为优选，所述的纺丝机组为两组，所述的复合纤网由经第二纺丝机组形成的上层纤网和经第一纺丝机组形成的下层纤网组成；第二纺丝机组中的气流牵伸速度为6000-9000m/min,进行正压牵伸，牵伸风压力在0.4-0.7MPa之间，从而使形成的下层纤网中纤维线密度范围在0.5dtex-l.5dtex之间；第一纺丝机组中的气流牵伸速度为2500-4000m/min,进行负压牵伸，牵伸风压力在0.3-0.5MPa之间，从而使形成的上层纤网中纤维线密度在3dtex_8dtex之间。
[0009]作为优选，在热轧复合时，所述上层纤网的表面形成无任何轧点形状的光面，下层纤网的表面形成棱柱状结构。
[0010]作为优选，所述的上层纤网占复合纤网重量比的50-70%，下层纤网占复合纤网重量比的30-50%。
[0011]作为优选，热轧复合时的温度控制在120-150°c之间。
[0012]作为优选，所述上层纤网或/和下层纤网中聚乳酸长丝的截面呈三角形、五叶形或菱形等非常规形。当然，上层纤网和下层纤网中聚乳酸长丝的截面也可以为其他非常规形或常规的圆形。
[0013]作为优选，所述的聚乳酸切片为乳酸单体均聚物、聚乳酸的共聚物或聚乳酸的共混物；所述聚乳酸的共聚物为聚乳酸-聚乙醇酸共聚物、聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物、聚乳酸-聚乙烯醇嵌段共聚物、聚乳酸-聚硅氧烷嵌段共聚物、聚乳酸-聚三甲基碳酸酯共聚物中的一种或两种，所述聚乳酸的共混物为聚乳酸-聚琥珀酸丁二醇酯共混物、聚乳酸-聚己内酯共混物、聚乳酸-聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯共混物、聚乳酸-聚羟基脂肪酸酯共混物、聚乳酸-聚甲基乙撑碳酸酯共混物中的一种或两种。
[0014]聚乳酸是一种环保型的生物质材料，是以玉米淀粉为原料，经过发酵、缩合和聚合等一系列反应制成，聚乳酸制品的废弃物在土壤或海水中经微生物作用可降解为二氧化碳和水，经植物光合作用，再次生成淀粉，达到完全循环再利用的目的，是一种可完全生物降解的材料。由于聚合单体为乳酸，因而纤维表面呈弱酸性，表现出良好的抑菌性和除臭味功能。与涤纶纤维相比，聚乳酸纤维具有更好的蓬松性和弹性回复率，强伸性能与涤纶纤维接近。因此，100%聚乳酸长丝无纺布用作过滤材料时表现出良好的抑菌性，由于不易滋生细菌更易获得洁净的空气，因而增加过滤材料的使用寿命。
[0015]作为优选，干燥后聚乳酸切片含水率控制在0.2-0.4%之间，纺丝头温度控制在210-240°C之间。
[0016]作为优选，所述复合纤网的克重范围为100-300克/平米，厚度在0.4-1.5mm之间。
[0017]本发明的另一目的是提供上述聚乳酸长丝无纺布过滤材料的应用，即将聚乳酸长丝无纺布过滤材料经过压印、折叠、胶合热定型后制成筒形或平板式空气过滤器滤芯。
[0018]本发明具有以下有益效果:[0019]1.本发明聚乳酸纤维回潮率仅为0.2-0.4%，吸湿性较差，使其更适合于阴雨和潮湿气候，不会因为水汽的作用下过滤器产生变形和糊袋。
[0020]2.将本发明聚乳酸长丝纤维无纺布过滤材料制成空气过滤器滤芯后，由于位于无纺布表层(迎风面)纤维的线密度较低，背风面聚乳酸长丝纤维线密度较大，从而构成了良好的密度梯度结构，形成了非常好的纤维曲径式系统，选择性地对不同大小的尘粒进行过滤；再加上采用了非常规形截面的纤维，因而对粉尘颗粒容易吸附，容尘量高；将聚乳酸长丝纤维无纺布迎风面压制成光面，较细均匀分布的纤维及较小的平均孔径和表面的光滑结构形成表面过滤，可捕集粒径大于0.5微米的细小粉尘，除尘效率达到99%以上，再经反吹清灰时排除掉，操作非常方便，有效降低清灰次数，减少能耗。
[0021]3.聚乳酸纤维在超过100°C温度作用下大分子排列结构将发生变化，导致纤维会变得非常硬挺，再加上背风面聚乳酸长丝纤维线密度较大，在经热压成形后具有较大的挺度和强度，可以直接进行折叠加工制成滤芯，免除滤纸所必须经过的上胶工序以及普通滤料袋必须的支撑材料，不但环保，透气量大，且过滤面积显著增加、更换安装的时间短；此外，聚乳酸纤维天然的抑菌性和除味功能，更增加了使用本发明滤芯的健康安全性，极大延长滤芯使用寿命，并最终降低总体生产和使用成本。
[0022]因而采用本发明制备的过滤材料及过滤器可广泛用于烟草、制药、面粉、食品、奶业，供暖、通风和空调系统的净化以及汽车和火车等交通运输行业的空气过滤。
【具体实施方式】
[0023]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0024]聚乳酸切片可在 市场上购买，厂家如马鞍山同杰良生物材料有限公司。
[0025]本发明的工艺流程如下:
[0026]聚乳酸预结晶切片一烘燥除水一熔融挤压一纺丝一冷却牵伸一分丝一铺网一热压成形一卷绕
[0027]退卷一分切一压印一折叠一胶合成型一全部件组合一检测一聚乳酸长丝无纺布过滤器成品。
[0028]实施例1
[0029]将经过预结晶的聚乳酸切片充分干燥后，通过第一纺丝机组的熔融挤压、纺丝、冷却牵伸、分丝铺网，与此同时将经过预结晶并充分干燥的聚乳酸切片，通过第二纺丝机组的熔融挤压、纺丝、冷却牵伸、分丝并铺放在第一纺丝机组所形成的纤网上，上、下两层纤网叠加形成复合纤网，然后经热压成形并卷绕成聚乳酸长丝无纺布卷。
[0030]所用聚乳酸切片为聚乳酸-聚琥珀酸丁二醇酯共混物，纺丝过程中，第一纺丝机组纺丝温度为210-215 °C，负压牵伸，牵伸风压力为0.45-0.5MPa，气流牵伸速度为3800-4000m/min，纤网中聚乳酸长丝纤维线密度为3_4.5dtex，长丝纤维截面为三角形?’第二纺丝机组纺丝温度为235-240°C，正压牵伸，牵伸风压力为0.65-7MPa，气流牵伸速度为8000-9000m/min,纤网中聚乳酸长丝纤维线密度范围为0.5-0.6dtex,长丝纤维截面为圆形；上层纤网在热轧复合时形成表面无任何轧点形状的光面，下层纤网形成表面呈棱柱状，热轧复合温度为120-130°C。所制成的聚乳酸长丝纤维无纺布的克重为100-150克/平米，厚度为 0.4-0.722mm。[0031]将聚乳酸长丝纤维无纺布分切、折叠、胶合热定型、组装，经检漏后制成聚乳酸长丝无纺布过滤器成品。
[0032]实施例2
[0033]将经过预结晶的聚乳酸切片充分干燥后，通过第一纺丝机组的熔融挤压、纺丝、冷却牵伸、分丝铺网，与此同时将经过预结晶并充分干燥的聚乳酸切片，通过第二纺丝机组的熔融挤压、纺丝、冷却牵伸、分丝并铺放在第一纺丝机组所形成的纤网上，上、下两层纤网叠加形成复合纤网，然后经热压成形并卷绕成聚乳酸长丝无纺布卷。
[0034]所用聚乳酸切片为聚乳酸-聚丙二醇嵌段共聚物，纺丝过程中，第一纺丝机组纺丝温度为215-220 °C，负压牵伸，牵伸风压力为0.35-0.45MPa，气流牵伸速度为3500-3800m/min，纤网中聚乳酸长丝纤维线密度为5_6.5dtex，长丝纤维截面为五叶形?’第二纺丝机组纺丝温度225-235°C，正压牵伸，牵伸风压力为0.5-0.6MPa，气流牵伸速度为7000-8000m/min,纤网中聚乳酸长丝纤维线密度范围为0.7-0.9dtex,长丝纤维截面为圆形；上层纤网在热轧复合时形成表面无任何轧点形状的光面，下层纤网形成表面呈棱柱状，热轧复合温度为130-140°C。所制成的聚乳酸长丝纤维无纺布的克重为180-220克/平米，厚度为 0.75-0.852mm。
[0035]将聚乳酸长丝纤维无纺布分切、折叠、胶合热定型、组装，经检漏后制成聚乳酸长丝无纺布过滤器成品。
[0036]实施例3
[0037]将经过预结晶的聚乳酸切片充分干燥后，通过第一纺丝机组的熔融挤压、纺丝、冷却牵伸、分丝铺网，与此同时将经过预结晶并充分干燥的聚乳酸切片，通过第二纺丝机组的熔融挤压、纺丝、冷却牵伸、分丝并铺放在第一纺丝机组所形成的纤网上，上、下两层纤网叠加形成复合纤网，然后经热压成形并卷绕成聚乳酸长丝无纺布卷。
[0038]所用聚乳酸切片为乳酸单体均聚物，纺丝过程中，第一纺丝机组纺丝温度为220-230°C，负压牵伸，牵伸风压力为0.5-0.7MPa，气流牵伸速度为2500-3000m/min，纤网中聚乳酸长丝纤维线密度为7-8dtex，长丝纤维截面为三角形；第二纺丝机组纺丝温度为220-225°C，正压牵伸，牵伸风压力为0.4-0.5MPa，气流牵伸速度为6100-7000m/min，纤网中聚乳酸长丝纤维线密度范围为1-1.5dtex，长丝纤维截面为圆形；上层纤网在热轧复合时形成表面为光面的形状，下层纤网形成表面呈棱柱状。所制成的聚乳酸长丝纤维无纺布的克重为250-300克/平米，厚度为1.123-1.5mm。
[0039]将聚乳酸长丝纤维无纺布分切、折叠、胶合热定型、组装，经检漏后制成聚乳酸长丝无纺布过滤器成品。
[0040]效果测试
[0041]1.测试结果的对比
[0042]将上述实施例中所制成的聚乳酸长丝无纺布过滤材料以及空气过滤器的性能进行了测试(分别见表1和表2)，并将测试结果与现有产品进行了对比，结果如下:
[0043]表1:堆肥降解率、透 气度、孔径、耐破度、挺度、抑菌性的比较
[0044]
【权利要求】
1.一种聚乳酸长丝无纺布过滤材料，由100%聚乳酸长丝纤网构成，其制备方法如下:首先，将经过预结晶的聚乳酸切片充分干燥；然后，通过两组以上的纺丝机组的熔融挤压、冷却、牵伸和分丝而分别成网并叠加成复合纤网，其中上层纤网中聚乳酸长丝的线密度在0.5dtex-l.5dtex之间，上层纤网的平均孔径在20_40μπι之间；下层纤网中聚乳酸长丝的线密度在3dtex-8dtex之间，下层纤网的平均孔径在60-90 μ m之间；最后，复合纤网经过热轧机轧压为一体。
2.如权利要求1所述的聚乳酸长丝无纺布过滤材料，其特征在于，所述的纺丝机组为两组，所述的复合纤网由经第二纺丝机组形成的上层纤网和经第一纺丝机组形成的下层纤网组成；第二纺丝机组中的气流牵伸速度为6000-9000m/min，进行正压牵伸，牵伸风压力在0.4-0.7MPa之间；第一纺丝机组中的气流牵伸速度为2500-4000m/min，进行负压牵伸，牵伸风压力在0.3-0.5MPa之间。
3.如权利要求1或2所述的聚乳酸长丝无纺布过滤材料，其特征在于，在热轧复合时，所述上层纤网的表面形成无任何轧点形状的光面，下层纤网的表面形成棱柱状结构。
4.如权利要求3所述的聚乳酸长丝无纺布过滤材料，其特征在于，所述的上层纤网占复合纤网重量比的50-70%，下层纤网占复合纤网重量比的30-50%。
5.如权利要求3所述的聚乳酸长丝无纺布过滤材料，其特征在于，热轧复合时的温度控制在120-150°C之间。
6.如权利要求3所述的聚乳酸长丝无纺布过滤材料，其特征在于，所述上层纤网或/和下层纤网中聚乳酸长丝的截面呈三角形、五叶形或菱形。
7.如权利要求1或2所述的聚乳酸长丝无纺布过滤材料，其特征在于，所述的聚乳酸切片为乳酸单体均聚物、聚乳酸的共聚物或聚乳酸的共混物；所述聚乳酸的共聚物为聚乳酸-聚乙醇酸共聚物、聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物、聚乳酸-聚乙烯醇嵌段共聚物、聚乳酸-聚硅氧烷嵌段共聚物、聚乳酸-聚三甲基碳酸酯共聚物中的一种或两种，所述聚乳酸的共混物为聚乳酸-聚琥珀酸丁二醇酯共混物、聚乳酸-聚己内酯共混物、聚乳酸-聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯共混物、聚乳酸-聚羟基脂肪酸酯共混物、聚乳酸-聚甲基乙撑碳酸酯共混物中的一种或两种。
8.如权利要求1或2所述的聚乳酸长丝无纺布过滤材料，其特征在于，干燥后聚乳酸切片含水率控制在0.2-0.4%之间，纺丝头温度控制在210-240°C之间。
9.如权利要求1或2所述的聚乳酸长丝无纺布过滤材料，其特征在于，所述复合纤网的克重范围为100-300克/平米，厚度在0.4-1.5mm之间。
10.权利要求1-9任一项所述聚乳酸长丝无纺布过滤材料的应用，其特征在于，将聚乳酸长丝无纺布过滤材料经过压印、折叠、胶合热定型后制成筒形或平板式空气过滤器滤芯。
【文档编号】B01D46/24GK103520998SQ201310507627
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】钱程 申请人:嘉兴学院