CN111424435A - 一种空气过滤介质及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气过滤介质，包括基布和阻挡层，所述阻挡层位于所述基布上，所述阻挡层包括至少一层的泡孔结构，所述泡孔结构是通过在含有发泡剂的水性聚氨酯体系中添加驻极母粒发泡而形成的，所述泡孔之间至少部分相连通。驻极母粒的加入使得这种泡孔结构具备一定的静电吸附性。在机械阻挡和静电吸附的双重作用下，过滤介质的颗粒阻隔效率更好。本发明旨在提供一种阻隔效率高、制备工艺简单的用于口罩的过滤介质，解决由于熔喷布产能不足导致口罩短缺的问题。

Description

一种空气过滤介质及制备方法

技术领域

本发明涉及口罩技术领域，特别是涉及一种空气过滤介质及制备方法。

背景技术

传统口罩中间的过滤层为熔喷布，熔喷布是采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，同时自身粘合而成为熔喷法非织造布。熔喷布具有很好的过滤性、阻隔性、保温性和吸附性，是过滤病原体微生物、体液、颗粒物的重要材料，但是其制备工艺复杂，技术含量高、投资成本大、产量产值低。特别是冠状病毒疫情发生后，口罩的需求量急剧增加，熔喷布作为口罩中最重要的材料，更是供应不足，导致熔喷布的价格更是上涨至少10倍，有些中间商甚至要价40万元/吨，这就急需开发一种新型材料代替熔喷布过滤层，既能具有熔喷布高效的颗粒阻隔率，又能简化生产工艺，扩大产能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种空气过滤介质及制备方法，这种空气过滤介质可以替代熔喷布用在口罩中来解决现有技术中由于熔喷布制备工艺复杂、产能受限而导致口罩无法满足市场需求的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种空气过滤介质，包括：基布及阻挡层，所述阻挡层位于所述基布上，所述阻挡层包括至少一层的泡孔结构，所述泡孔结构包括水性聚氨酯、驻极母粒和发泡剂，所述泡孔的直径小于等于10μm，且所述泡孔之间至少部分相连通。

于本发明的一实施例中，所述阻挡层原料包括100质量份的水性聚氨酯、0.5-1质量份的润湿剂、3-10质量份的阻燃剂、5-20质量份的驻极母粒、0.3-5质量份的抗菌材料、3-6质量份的发泡剂。

于本发明的一实施例中，所述水性聚氨酯为非离子型水性聚氨酯或者磺酸型水性聚氨酯。

优选地，所述水性聚氨酯的固含量为40％-50％。

于本发明的一实施例中，所述润湿剂为聚羧酸铵盐、有机硅表面活性剂、非离子型聚氨酯类、芳香剂聚乙二醇醚酯中的一种或几种混合。

于本发明的一实施例中，所述阻燃剂为磷氮系阻燃剂。

于本发明的一实施例中，所述驻极母粒为纳米电气石粉。

于本发明的一实施例中，所述抗菌材料为银、铜、锌离子抗菌剂，香草醛类或乙基香草醛类化合物。

于本发明的一实施例中，所述发泡剂为琥珀磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸铵、有机硅表面活性剂中的一种或几种。

本发明提供了一种空气过滤介质的制备方法包括以下步骤：

提供一基布；于所述基布上形成一阻挡层，所述泡孔结构包括水性聚氨酯、驻极母粒和发泡剂，所述泡孔的直径小于等于10μm，且所述泡孔之间至少部分相连通。

于本发明的一实施例中，空气过滤介质的制备方法包括以下步骤：将水性聚氨酯、润湿剂、阻燃剂、驻极母粒、抗菌材料、发泡剂混合分散，得到水性聚氨酯浆料；将水性聚氨酯浆料进行发泡，得到发泡浆料；将发泡后的浆料涂覆于所述基布上，在烘箱中烘干定型；重复涂覆、烘干步骤一次或多次得到空气过滤介质。

优选地，每种原料分散搅拌时间为5-10min。

优选地，所述水性聚氨酯浆料采用机械发泡法利用机械发泡机将空气乳化分散到浆料中，发泡倍率为1.3-3倍。

本发明还提供了一种口罩，包括罩体和过滤介质，所述过滤介质容纳于所述罩体内，其中，所述过滤介质包括，基布和阻挡层，所述阻挡层位于所述基布上，所述阻挡层包括至少一层的泡孔结构，所述泡孔结构包括水性聚氨酯、驻极母粒和发泡剂，所述泡孔的直径小于等于10μm，且所述泡孔之间至少部分相连通。

如上所述，本发明提供一种空气过滤介质及制备方法，这种空气过滤介质包括基布和阻挡层，阻挡层位于基布上，阻挡层包括至少一层的泡孔结构，泡孔结构是通过在含有发泡剂的水性聚氨酯体系中添加驻极母粒发泡而形成的，所述泡孔之间至少部分相连通。在水性聚氨酯体系中加入驻极母粒，形成的泡孔层在机械阻挡的基础上，增加静电吸附，大大增加了过滤效率。该过滤介质颗粒阻隔率高，制备方法简单，可以替代熔喷布应用在口罩中，解决了由于熔喷布产能受限而导致口罩供应不足的问题。

附图说明

图1示出了本发明的空气过滤介质的制备方法的一具体实施方式的流程图。

图2示出了本发明的空气过滤介质的结构图。

元件标号说明

1 基布

2 阻挡层

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，说明书实施例中所描述的具体的物料配比、工艺条件及结果等仅用于说明本发明所揭示的内容，供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限制本发明的保护范围，故不具技术上的实质意义，凡是根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

参见附图2，一种空气过滤介质包括基布1和阻挡层2，所述阻挡层2位于所述基布1上，阻挡层2包括至少一层的泡孔结构，所述泡孔结构包括水性聚氨酯、驻极母粒和发泡剂，所述泡孔的直径小于等于10μm，且所述泡孔之间至少部分相连通。这种空气过滤介质由水性聚氨酯进行发泡，然后将阻挡层2涂覆于基布1上形成的。所述基布1例如可以采用聚丙烯无纺布。

阻挡层2的原料组分包括100质量份的水性聚氨酯；0.5-1质量份的润湿剂，在一实施例中可选0.5、0.7、1.0质量份；3-10质量份的阻燃剂，在一实施例中可选3、5、7、10质量份；5-20质量份的驻极母粒，在一实施例中可选为5、10、15、20质量份；0.3-5质量份的抗菌材料，在一实施例中可选0.3、2、4、5质量份；3-6质量份的发泡剂，在一实施例中可选3、4、6质量份的。

水性聚氨酯为整个过滤介质提供阻挡颗粒的泡孔结构，起到机械阻挡颗粒的作用，泡孔直径的大小决定了过滤介质的阻力大小。当泡孔直径过大时，颗粒阻隔效率差，起不到净化作用；泡孔直径过小，过滤介质阻力大，用于口罩时呼气吸气阻力大，人体佩戴会造成呼吸困难，所以本发明中的泡孔直径小于10μm。发泡剂是能有效降低液体的表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成气泡，再由单个气泡组成泡沫。在阻挡层2中添加驻极母粒，利用驻极母粒自身的静电吸附，使阻挡层2在空气过滤的过程中增加静电吸附，依靠库仑力直接吸引气相中的带电微粒并将其捕获，或诱导中性微粒产生极性再将其捕获，就可以更有效地过滤气体载体相中的亚微粒子，大大增强过滤效率，而空气阻力却不会增加。阻燃剂可以使过滤介质具有一定的阻燃性；润湿剂，降低水性聚氨酯表面张力或界面张力，使水能展开在固体物料表面上，或透入其表面，而把其他固体物料润湿；抗菌材料使过滤介质具有一定的抗菌性，抑制或杀灭吸附在过滤介质表面的细菌。

其中，水性聚氨酯可以为固含量为40％-50％的非离子型水性聚氨酯或者磺酸型水性聚氨酯，可以为固含量为40％、42％、45％、50％的非离子型水性聚氨酯或磺酸型水性聚氨酯；润湿剂可以选自聚羧酸铵盐、有机硅表面活性剂、非离子型聚氨酯类、芳香基聚乙二醇醚酯中的一种或几种混合；阻燃剂为磷氮系阻燃剂；驻极母粒为纳米电气石粉；抗菌材料为银、铜、锌离子抗菌剂，香草醛或乙基香草醛类化合物；发泡剂为琥珀磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸铵、有机硅表面活性剂中的一种或几种混合。

参见附图1，本发明的另一个方面，也提供了这种空气过滤介质的制备方法，包括但不限于步骤S1～S5，

步骤S1，提供一基布1，例如聚丙烯无纺布；

步骤S2，将水性聚氨酯、润湿剂、阻燃剂、驻极母粒、抗菌材料、发泡剂混合分散，得到水性聚氨酯浆料；

步骤S3，将水性聚氨酯浆料进行发泡，得到发泡浆料；

步骤S4，将发泡后的浆料涂覆于所述基布1上，在烘箱中烘干定型；

步骤S5，重复涂覆、烘干步骤一次或多次得到空气过滤介质。

具体地，步骤S2中，在搅拌状态下，依次加入水性聚氨酯、润湿剂、阻燃剂、驻极母粒、抗菌材料、发泡剂混合分散，每种物料加入后搅拌5-10分钟分散均匀；

具体地，步骤S3中，水性聚氨酯浆料采用机械发泡法利用机械发泡机，将空气分散乳化进浆料中，发泡倍率在1.3-3倍。

具体地，步骤S4采用精密涂覆机，将发泡后的浆料涂覆于基布1上，在恒温烘箱中烘干，涂覆厚度为0.3-0.5mm，烘干温度为80-120℃。

由于涂覆一次后，颗粒阻隔率仅为40％-50％，远远达不到过滤介质的阻隔要求，所以需要进行步骤S5，重复涂覆、烘干步骤一次或多次，根据阻隔效率要求可选择重复一次或两次。

在一实施例中，阻挡层2的原料及质量份：固含量为42％非离子型水性聚氨酯100份、聚羧酸铵盐润湿剂0.5-1份、磷氮系阻燃剂3-10份、纳米电气石粉5-20份、银离子抗菌剂0.3-5份、十二烷基苯磺酸钠发泡剂3-6份。

空气过滤介质的制备方法包括以下步骤：在搅拌状态下向反应容器中依次加入100份的非离子型水性聚氨酯、0.5-1份的聚羧酸铵盐润湿剂、3-10份的磷氮系阻燃剂、3-10份的纳米电气石粉、0.3-5份的银离子抗菌剂、3-6份的十二烷基苯磺酸钠发泡剂，每种助剂搅拌5-10分钟，混合分散均匀即可；将水性聚氨酯浆料采用机械发泡机，将空气乳化分散到浆料中，直至发泡倍率为1.3-3倍；然后将发泡后的浆料通过精密涂覆机涂覆在处理后的聚丙烯无纺布上，涂覆厚度为0.3-0.5mm；将涂覆发泡层的聚丙烯无纺布在恒温烘箱80-120℃中烘干；再重复涂覆一次烘干即得到空气过滤介质，记为过滤介质A，性能检测结果参见表1。

在另一实施例中，阻挡层2的原料及质量份：固含量为50％的磺酸型水性聚氨酯100份、芳香基聚乙二醇醚酯润湿剂0.5-1份、磷氮系阻燃剂3-10份、纳米电气石粉5-20份、铜离子抗菌剂0.3-5份、琥珀磺酸钠发泡剂3-6份。

空气过滤介质的制备方法包括以下步骤：在搅拌状态下向反应容器中依次加入100份的磺酸型水性聚氨酯、0.5-1份的芳香基聚乙二醇醚酯润湿剂、3-10份的磷氮系阻燃剂、3-10份的纳米电气石粉、0.3-5份的铜离子抗菌剂、3-6份的琥珀磺酸钠发泡剂发泡剂，每种助剂搅拌5-10分钟，混合分散均匀即可；将水性聚氨酯浆料采用机械发泡机，将空气乳化分散到浆料中，直至发泡倍率为1.3-3倍；然后将发泡后的浆料通过精密涂覆机涂覆在处理后的聚丙烯无纺布上，涂覆厚度为0.3-0.5mm；再将涂覆发泡层的聚丙烯无纺布在恒温烘箱80-120℃中烘干；再重复涂覆两次烘干即得到空气过滤介质，记为过滤介质B，检测结果参见表1。

检测结果：根据国家标准GB/T2626-2006对上述两个实施例制得的空气过滤介质的性能进行检测，检测结果如表1所示。

表1：实施例1-2空气过滤介质的性能检测结果

从表1的检测结果可以得出，本发明提供了一种空气过滤介质，通过在阻挡层2中添加驻极母粒，然后将阻挡层2涂覆于基布1上形成空气过滤介质，这种空气过滤介质的颗粒阻隔效率好，满足口罩过滤层的要求，可以替代熔喷布在口罩中的应用，节约投资成本，且该过滤介质的制备方法简单、能满足大规模生产，解决口罩供应不足的问题。

综上所述，本发明公开了一种空气过滤介质及制备方法，该过滤介质制备方法简单，颗粒阻隔率较好，性能优异，能代替熔喷布应用在口罩中，解决了口罩因熔喷布产能受限而无法满足市场需求的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种空气过滤介质，其特征在于，包括：

基布；

阻挡层，位于所述基布上，所述阻挡层包括至少一层的泡孔结构，所述泡孔结构包括，水性聚氨酯、驻极母粒和发泡剂，所述泡孔的直径小于等于10μm，且所述泡孔之间至少部分相连通。

2.根据权利要求1所述的空气过滤介质，其特征在于，所述阻挡层的原料包括100质量份的水性聚氨酯、0.5-1质量份的润湿剂、3-10质量份的阻燃剂、5-20质量份的驻极母粒、0.3-5质量份的抗菌材料、3-6质量份的发泡剂。

3.根据权利要求2所述的空气过滤介质，其特征在于：所述水性聚氨酯为非离子型水性聚氨酯或者磺酸型水性聚氨酯，其固含量为40％-50％。

4.根据权利要求2所述的空气过滤介质，其特征在于：所述润湿剂为聚羧酸铵盐、有机硅表面活性剂、非离子型聚氨酯类、芳香剂聚乙二醇醚酯中的一种或几种混合。

5.根据权利要求2所述的空气过滤介质，其特征在于：所述驻极母粒为纳米电气石粉。

6.根据权利要求2所述的空气过滤介质，其特征在于：所述抗菌材料为银、铜、锌离子抗菌剂，香草醛或乙基香草醛类化合物。

7.根据权利要求2所述的空气过滤介质，其特征在于：所述发泡剂为琥珀磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸铵、有机硅表面活性剂中的一种或几种。

8.一种空气过滤介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一基布；

于所述基布上形成一阻挡层，所述阻挡层包括至少一层的泡孔结构，所述泡孔结构包括，水性聚氨酯、驻极母粒和发泡剂，所述泡孔的直径小于等于10μm，且所述泡孔之间至少部分相连通。

9.根据权利要求8所述的空气过滤介质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将水性聚氨酯、润湿剂、阻燃剂、驻极母粒、抗菌材料、发泡剂混合分散，得到水性聚氨酯浆料；

将水性聚氨酯浆料进行发泡，得到发泡浆料；

将发泡后的浆料涂覆于所述基布上，在烘箱中烘干定型；

重复涂覆、烘干步骤一次或多次得到空气过滤介质。

10.一种口罩，其特征在于，所述口罩包括，

罩体，

过滤介质，容纳于所述罩体内，其中，所述过滤介质包括，

基布；

阻挡层，位于所述基布上，所述阻挡层包括至少一层的泡孔结构，所述泡孔结构包括，水性聚氨酯、驻极母粒和发泡剂，所述泡孔的直径小于等于10μm，且所述泡孔之间至少部分相连通。

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