一种海绵状空气净化滤网及其制备方法与流程

本发明涉及一种海绵状空气净化滤网及其制备方法，该海绵状空气净化滤网主要用于空气净化器中，属于环保材料领域。

背景技术：
目前，空气污染已然成为大众共同关注的问题，市场上产生了多种不同类型和形式的空气净化产品。这些空气净化产品的核心部件是起到净化作用的净化滤芯，针对不同的净化滤网，其净化滤芯是通过内部的净化材料和空气接触之后进行反应而达到去除空气中挥发性有害气体污染物的目的，实现净化空气的功能。然而，在这个净化的过程中，滤网设计的越密集，所含的净化材料越多，其净化空气的效率就越高，但是当所含的净化材料越多时，该滤网的风阻就越大，不利于空气净化器的运行，致使其处理效率降低。现在市场上的空气净化滤网主要采取填装式或粘结式滤网，其中，填装式滤网是将造粒之后的净化颗粒填装到净化滤网中，这种滤网包含的净化颗粒多，然而由于滤网内部没有其他的支撑，颗粒之间互相堆积减小了其与空气的接触面积，导致其净化效率难以提高；粘结式滤网是将净化材料粉末通过粘结剂粘合到滤网表面，其净化材料的负载量取决于滤网的孔径，其总体负载的净化材料量并不多，难以达到最佳的净化效果，且在使用的过程中，其表面的粉末净化材料易脱落，使用过程中存在安全隐患。如公开日为2014年02月12日，公开号为CN103566668A的中国专利中，公开了一种空气净化过滤网，该空气净化过滤网由矩形框架、滤网支架、滤料和上下层保护网组成，其中滤网支架和滤料置于上下层保护网之间；该空气净化过滤网可以有效净化空气，然而，由于其内部的滤料堆积排列，与空气的接触面积有限，导致其净化效率不高。又如公开日为2012年02月29日，公开号为CN102363087A的中国专利中，公开了一种空气净化过滤网，在该空气净化过滤网的框架上安装网表面覆盖空气净化材料，空气净化材料为光触媒；该空气净化滤网可有效净化空气的净化材料，然而其负载量并不多，导致其净化效率受到了限制，此外，在该空气净化过滤网工作的过程中，覆盖在其网面上的净化材料容易脱落，存在着不安全的风险，且使得滤网的使用寿命不高。再如公开日为2010年05月05日，公开号为CN201445855U的中国专利中，公开了一种应用于油炸锅的活性炭过滤网，该应用于油炸锅的活性炭过滤网包括有由过滤棉或海绵制成的呈海绵状的基网，在基网中粘结有能去除异味的活性炭，在基网下方还设置有一层除油层，该除油层为过滤棉网，具有能有效去除异味和油烟等性能，但是由于该活性炭过滤网是专用于油炸锅中的，当除油层中积有少量油时，除油层的风阻会较大，活性炭过滤网的风阻相比除油层的风阻可以忽略不计，所以该活性炭过滤网无需考虑减小风阻，而且该活性炭过滤网用于除异味，对除异味的要求通常是人的嗅觉嗅不到异味即可，所以对于净化气体的要求很低，此外，在制备活性炭过滤网时，都是采用先将活性炭和胶水混合，然后再将带有胶水的活性炭置于基网中，导致活性炭的外表面均被胶水包裹住，大大降低了活性炭的吸附能力。在净化材料当中，目前有多种材料可以有效净化空气，主要有以吸附有害物质达到净化空气作用的活性炭材料，以光触媒催化的二氧化钛催化材料，还有低温催化分解有机物而达到净化作用的过度金属氧化物催化剂、稀土金属氧化物和贵金属材料等。这些净化材料的原始形态都是粉末材料，在粘结到多孔载体的孔道中后，容易造成孔道堵塞，另外细小的粉末颗粒容易被胶水包覆，而不能跟外界空气接触，导致无法达到净化空气的效果。现在还没有一种结构设计合理，净化效率高，风阻小，使用安全，加工方便的空气净化滤网及其制备方法。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，净化效率高，风阻小，使用安全，加工方便的海绵状空气净化滤网及其制备方法。本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该海绵状空气净化滤网包括具有空气净化功能的空气净化颗粒，其特点在于：还包括粘结剂层和带有多个孔道的骨架载体，所述粘结剂层固定在骨架载体的孔道中，所述空气净化颗粒在粘结剂层未干时均匀地分布在粘结剂层上且经过干燥后固定在粘结剂层上，该空气净化颗粒均位于骨架载体的孔道中。作为优选，本发明所述粘结剂层的材质为胶水，该胶水的开放时间为30-90s。在使用胶水粘结净化材料的过程中，控制粘结时机影响着粘结效果和净化效率。若过快的粘结净化材料，胶水的流动性较大，容易包覆在净化颗粒的表面，减小了净化材料与空气的接触面积，降低了整个滤网的净化效率；若粘结时机太晚，胶水固化较严重，其粘结性降低，使得粘结的颗粒减少且不牢固，同样影响着净化滤网的使用。在该制备工艺中，净化颗粒的添加时机控制在胶水开放时间的60-90%范围内，即保证了净化颗粒充分粘结，也减少了被包裹的面积。作为优选，本发明所述带有多个孔道的骨架载体为泡沫或海绵。作为优选，本发明所述骨架载体的开孔率为5-50ppi，其所对应的多孔骨架材料的孔隙密度(孔隙密度是指该多孔材料质量和包含内部孔道所占的体积比值)范围为5-35kg/m3，优选为20-25kg/m3。在负载净化颗粒的过层中，对于同一种材质的多孔骨架材料和净化颗粒，其孔隙密度越大，说明内部孔道体积越小，所能负载的净化颗粒就越少。ρ0=m/v0…………………………(1)m1=KV0…………………………(2)注：ρ0-多孔骨架材料的孔隙密度m-多孔骨架材料的质量V0-多孔骨架材料包含内部孔道体积m1-多孔骨架材料所能负载净化颗粒的质量K-常数系数在制备海绵状净化滤网的过程中，对于同一种材质的骨架材料，所选择的孔隙密度越大，其内部孔道的体积就越小，所能负载的净化材料不多且风阻大，不利于提高空气净化效率；反之，所选择骨架材料的孔隙密度越小，其孔道的体积就越大，所能负载的净化材料多且风阻小，但孔隙过大不利于完全净化。故有必要根据净化条件控制相应的多孔骨架材料的孔隙密度和净化材料负载量。在选取已有多孔骨架材料的基础上，根据具体要求可以调节胶水的添加量来调节骨架材料至合适的孔隙密度，从而达到最佳的负载量和风阻值，使得其净化效率最佳。作为优选，本发明所述空气净化颗粒的材质为吸附净化的活性炭材料、光触媒催化剂二氧化钛材料或低温催化剂二氧化锰材料。作为优选，本发明所述空气净化颗粒的粒径为20-120目。一种所述的海绵状空气净化滤网的制备方法，其特点在于：所述制备方法的步骤如下：通过浸胶、挤压和吹风步骤将粘结剂粘合到骨架载体的孔道中，在粘结剂未干时，将空气净化颗粒置于骨架载体的表面，使得空气净化颗粒进入骨架载体的孔道内且均匀地粘在位于孔道内的粘结剂上，再通过干燥步骤使得粘结剂固化形成粘结剂层，得到海绵状空气净化滤网。选用颗粒状的净化材料，既有利于有效粘结，也可以避免掉粉的现象。在制备的过程中，采用先在多孔材料的孔道中均匀粘上胶水，且将孔道中多余的胶水去除，最后控制在合适的时机添加净化颗粒，可以有效防止净化颗粒被过剩的胶水包裹住，也保证了空气净化颗粒的充分粘结。作为优选，本发明所述制备方法的步骤如下：将带有多个孔道的骨架载体完全浸没到粘结剂中，使骨架载体中的孔道完全粘上粘结剂，通过挤压步骤挤出骨架载体内部多余的粘结剂，再结合吹风步骤去除骨架载体中多余的粘结剂，防止粘结剂堵塞骨架载体内部的孔道；采用滚筒法将净化材料粉末制备成颗粒状的空气净化颗粒，既方便粘结到骨架载体内部的孔道中，又不会堵塞骨架载体的孔道，在达到粘结剂开放时间的60-90%时时，将空气净化颗粒均匀地撒到骨架载体的表面，使空气净化颗粒进入骨架载体的孔道中并粘合在孔道中；最后通过干燥步骤，使得空气净化颗粒粘合固定在骨架载体的孔道中，得到海绵状空气净化滤网。作为优选，本发明所述干燥步骤是指在低温条件下烘干，干燥温度为30-80℃。作为优选，本发明所述海绵状空气净化滤网中，所述骨架载体的体积和空气净化颗粒的体积之比为1:0.2～1:0.9。优选为1:0.3～1:0.8。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：采用多孔材料作为骨架载体，具有净化材料的负载量大，净化效率高，风阻低的特点。多孔泡沫/海绵材料易加工成型且价格低廉。结合浸胶、挤压和吹风工艺，最大限度的扩大空气净化颗粒的负载面，同时又有效防止了粘结剂堵塞孔道现象。结构设计合理，净化效率高，风阻小，使用安全，加工方便，非常适合批量化的生产及大规模的应用。空气净化颗粒仅仅在与粘结剂相固定在部位有粘结剂包裹，空气净化颗粒中的其他部位均没有被粘结剂包裹，空气净化颗粒的裸露面积大，大大提高了真正有效的净化材料负载量的比例，空气净化效果好。多孔泡沫/海绵材料具有孔道多、分布均匀且相互连通、粘结方便、易于加工成型和成本低廉等特点。本发明在制备海绵/泡沫净化滤网的过程中，首先将大孔海绵/泡沫完全浸渍到胶水溶液中，使其内孔道中全部沾上胶水；再通过挤压和吹风工艺，使得其内部均匀地沾上胶水且不会由于胶水太多而堵塞其内部的孔道；最后均匀地粘结上空气净化颗粒，得到净化材料负载量大且风阻小的海绵状空气净化滤网。将颗粒状的空气净化颗粒在与含有粘结剂的骨架载体相粘结的过程中，有利于空气净化颗粒均匀地沾到骨架载体内部的孔道中，空气净化颗粒仅有一小部分与粘结剂粘结，通常情况下，空气净化颗粒中与粘结剂粘结的面积占空气净化颗粒的面积的六分之一以下，保留了绝大部分的净化性能，而且不易造成孔道的堵塞，不会增大其风阻，有利于提高海绵状空气净化滤网的空气净化能力。在制备海绵状空气净化滤网的过程中，骨架载体选用具有较大孔道的多孔材料，如可以采用泡沫、海绵等多孔材料作为骨架载体；选用能有效净化空气的净化材料充当净化核心材料，将其制备成颗粒状的空气净化颗粒；通过浸胶、挤压和吹风工艺将粘结剂粘合到骨架载体的孔道中，再将空气净化颗粒粘结到骨架载体的孔道中，然后通过干燥处理得到内部负载有空气净化颗粒的海绵状空气净化滤网。骨架载体通常选用内部有大量孔道且为开孔型的多孔材料，通常有泡沫、海绵等多种开孔型材料。胶水可以选用水基胶水；且需要选择无毒无害且无异味、化学性能稳定、开放时间大于后续挤压、风干和粘合工艺所需时间的胶水。浸胶工艺是指在室温条件下，将骨架载体浸没到液态的粘结剂中，使得骨架载体全部粘上液态的粘结剂。挤压工艺是去除骨架载体上多余的粘结剂，可以选用对辊机对骨架载体进行挤压。吹风工艺是指对挤压之后的骨架载体进行吹风，除去骨架载体内部孔道中多余的粘结剂，以防止粘结剂堵塞骨架载体内部的孔道。粘合工艺是趁骨架载体上的粘结剂还未干的时候将空气净化颗粒撒到其表面，使空气净化颗粒粘合到骨架载体内部的孔道中。空气净化颗粒的材料可以选用一切可以净化空气的材料，如吸附净化的活性炭材料、光触媒催化剂二氧化钛材料和低温催化剂二氧化锰等材料，这些材料都可以起到有效净化空气的作用。空气净化颗粒是将上述净化材料粉末经过造粒工艺之后得到颗粒状材料，其中优选粒径为20-120目。附图说明图1是本发明实施例中海绵状空气净化滤网制备方法的工艺流程示意图。图2是本发明实施例中海绵状空气净化滤网的结构示意图。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。实施例1。参见图1至图2，选用活性炭粉末作为净化材料，应用造粒工艺将其制备成粒径为40目的球形颗粒作为空气净化颗粒待用。选取一块孔隙密度为15kg/m3的聚氨酯类海绵材料作为骨架载体制备目标孔隙密度为20kg/m3的空气净化滤网，需要通过添加胶水增大其孔隙密度。根据前期的探索实验得知骨架材料的内部孔道中可以容纳占其孔体积60%的空气净化材料颗粒，即每方该骨架材料需要添加5Kg胶水才能达到目标空隙密度，需要添加体积为0.6m3的空气净化材料颗粒。将上述骨架载体浸没在EVA水基胶水中并开始计时，在其完全浸没之后取出，至对辊机中进行挤压并称量，当其质量达到目标要求压出多余的胶水后转移至吹风设备处进行吹风处理，吹散部分堵塞孔道的胶水后待用。在该胶水开放时间60%的时间内完成上述工艺并将上述已制备好的空气净化颗粒均匀地撒至沾有胶水的骨架载体上，使之粘合得到海绵状空气净化滤网。在上述制备的海绵状空气净化滤网中，取出一块长宽高为10×10×1cm的海绵状空气净化滤网，安装到内腔刚好与之相匹配的空气净化器中，并将该空气净化器放入到3m3的测试仓内进行测试。测试舱的两端分别与甲醛发生器及气相色谱仪相连接。将甲醛发生器中产生的甲醛输入至测试舱内直至舱内甲醛浓度为10mg/m3，开启其中的空气净化器进行空气净化性能测试，利用气相色谱仪在线检测测试舱内甲醛的浓度值，记录甲醛浓度随着时间的变化情况。检测结果表明，含有本实施例中制备而成的海绵状空气净化滤网的空气净化器1h在室温条件下对10m3测试舱内浓度为10mg/m3的甲醛去除率为85%。实施例2。参见图1至图2，选用活性炭粉末作为净化材料，应用造粒工艺将其制备成粒径为50目的球形颗粒作为空气净化颗粒待用。选取一块孔隙密度为20kg/m3的聚氨酯类海绵材料作为骨架载体制备目标孔隙密度为24kg/m3的空气净化滤网，需要通过添加胶水增大其孔隙密度。根据前期的探索实验得知骨架材料的内部孔道中可以容纳占其孔体积60%的空气净化材料颗粒，即每方该骨架材料需要添加4Kg胶水才能达到目标孔隙密度，需要添加体积为0.6m3的空气净化材料颗粒。将上述骨架载体浸没在EVA水基胶水中并开始计时，在其完全浸没之后取出，至对辊机中进行挤压并称量，当其质量达到目标要求压出多余的胶水后转移至吹风设备处进行吹风处理，吹散部分堵塞孔道的胶水后待用。在该胶水开放时间90%的时间内完成上述工艺并将上述已制备好的空气净化颗粒均匀地撒至沾有胶水的骨架载体上，使之粘合得到海绵状空气净化滤网。在上述制备的海绵状空气净化滤网中，取出一块长宽高为30×30×1cm的海绵状空气净化滤网，安装到内腔刚好与之相匹配的空气净化器中，并将该空气净化器放入到3m3的测试仓内进行测试。上述空气净化滤网性能测试同实施例1，检测结果表明，含有本实施例中制备而成的海绵状空气净化滤网的空气净化器1h在室温条件下对3m3测试舱内浓度为10mg/m3的甲醛去除率为88%。实施例3。参见图1至图2，选用活性炭粉末作为净化材料，应用造粒工艺将其制备成粒径为100目的球形颗粒作为空气净化颗粒待用。选取一块孔隙密度为23kg/m3的聚氨酯类海绵材料作为骨架载体制备目标孔隙密度为25kg/m3的空气净化滤网，需要通过添加胶水增大其孔隙密度。根据前期的探索实验得知骨架材料的内部孔道中可以容纳占其孔体积60%的空气净化材料颗粒，即每方该骨架材料需要添加2Kg胶水才能达到目标孔隙密度，需要添加体积为0.6m3的空气净化材料颗粒。将上述骨架载体浸没在水性PU胶水中并开始计时，在其完全浸没之后取出，至对辊机中进行挤压并称量，当其质量达到目标要求压出多余的胶水后转移至吹风设备处进行吹风处理，吹散部分堵塞孔道的胶水后待用。在该胶水开放时间90%的时间内完成上述工艺并将上述已制备好的空气净化颗粒均匀地撒至沾有胶水的骨架载体上，使之粘合得到海绵状空气净化滤网。在上述制备的海绵状空气净化滤网中，取出一块长宽高为15×15×0.6cm的海绵状空气净化滤网，安装到内腔刚好与之相匹配的空气净化器中，并将该空气净化器放入到3m3的测试仓内进行测试。上述空气净化滤网性能测试同实施例1，检测结果表明，含有本实施例中制备而成的海绵状空气净化滤网的空气净化器1h在室温条件下对3m3测试舱内浓度为10mg/m3的甲醛去除率为93%。实施例4。参见图1至图2，本实施例中的海绵状空气净化滤网包括具有空气净化功能的空气净化颗粒、粘结剂层和带有多个孔道的骨架载体，粘结剂层固定在骨架载体的孔道中，空气净化颗粒在粘结剂层未干时均匀地分布在粘结剂层上且经过干燥后固定在粘结剂层上，该空气净化颗粒均位于骨架载体的孔道中。本实施例中粘结剂层的材质可以为胶水，带有多个孔道的骨架载体可以为泡沫或海绵，骨架载体的孔隙密度范围为5-35kg/m3，空气净化颗粒的材质可以为吸附净化的活性炭材料、光触媒催化剂二氧化钛材料或低温催化剂二氧化锰材料，空气净化颗粒的粒径可以为20-120目。本实施例中海绵状空气净化滤网的制备方法的步骤如下：通过浸胶、挤压和吹风步骤将粘结剂粘合到骨架载体的孔道中，在一定的粘结剂开放时间内，将空气净化颗粒置于骨架载体的表面，使得空气净化颗粒进入骨架载体的孔道内且均匀地粘在位于孔道内的粘结剂上，再通过干燥步骤使得粘结剂变干形成粘结剂层，得到海绵状空气净化滤网。将带有多个孔道的骨架载体完全浸没到粘结剂中，使骨架载体中的孔道完全粘上粘结剂，通过称量和挤压步骤挤出骨架载体内部多余的粘结剂，精确控制胶水的添加量，再结合吹风步骤吹散骨架载体中堵塞孔道的粘结剂，防止粘结剂堵塞骨架载体内部的孔道；采用滚筒法将净化材料粉末制备成颗粒状的空气净化颗粒，既方便粘结到骨架载体内部的孔道中，又不会堵塞骨架载体的孔道，在粘结剂开放时间内，将空气净化颗粒均匀地撒到骨架载体的表面，使空气净化颗粒进入骨架载体的孔道中并粘合在孔道中；最后通过干燥步骤，使得空气净化颗粒粘合固定在骨架载体的孔道中，得到海绵状空气净化滤网。干燥步骤是指在低温条件下烘干，干燥温度为30-80℃。海绵状空气净化滤网中，所述骨架载体的体积和空气净化颗粒的体积之比为1:0.2～1:0.9。此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。