CN206549313U - 一种空气过滤复合材料、口罩、空气过滤器、工业过滤器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种空气过滤复合材料、口罩、空气过滤器、工业过滤器。本申请的空气过滤复合材料，包括依序层叠复合固结在一起的第一层熔喷无纺布、第二层静电纺丝材料、第三层聚丙烯非织造材料；第一层熔喷无纺布为丙纶涤纶混纺熔喷无纺布，丙纶中掺杂有纳米电气石粉；第二层静电纺丝材料为采用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料；第三层聚丙烯非织造材料的表面具有0.5mm高的微波浪结构。本申请的空气过滤复合材料，其第三层聚丙烯非织造材料的微波浪结构，赋予材料可延展表面，增加过滤面积，第二层静电纺丝材料具有更大比表面积，可在低阻力环境中带来最大过滤效率，第一层熔喷无纺布具有很好的静电吸附能力，保障对细小微粒的吸附效果。
Description
技术领域
本申请涉及空气过滤材料领域，特别是涉及一种空气过滤复合材料、口罩、空气过滤器、工业过滤器。
背景技术
目前在全球PM1.0、PM2.5、PM10颗粒浓度逐步增加，粒径小于0.1微米的粉尘颗粒可通过肺泡进入到人的血液循环中。这些可入肺和入血液的颗粒对人体的危害很大。经过世界健康组织调查发现，欧洲国家因PM1.0-10颗粒危害造成人均寿命降低了半年。国际环境质量标准要求环境中PM10的年均含量不超过50μg/m3，24小时内的含量不超过100μg/m3；而目前韩国各地区的PM10的年均含量在50-90μg/m3，中国各地区年均含量在60-180μg/m3，均超过标准规定的最高值。
传统的标准过滤介质能非常有效地去除10微米以上的颗粒物。而当颗粒物的粒径低至5微米、2微米甚至亚微米的范围时，高效的机械式过滤***就会变得比较昂贵，并且，风阻会显著增加，造成使用过程中能耗高的问题。因此，亟需研究一种粒子捕获效率高、耗能低、使用寿命长的空气过滤材料。
实用新型内容
本申请的目的是提供一种新型的空气过滤复合材料，以及采用该空气过滤复合材料的口罩、空气过滤器、工业过滤器。
本申请采用了以下技术方案：
本申请的一方面公开了一种空气过滤复合材料，包括依序层叠复合固结在一起的第一层熔喷无纺布1、第二层静电纺丝材料2、第三层聚丙烯非织造材料3；第一层熔喷无纺布1为丙纶涤纶混纺熔喷无纺布，其中丙纶中掺杂有纳米电气石粉；第二层静电纺丝材料2为采用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料；第三层聚丙烯非织造材料3的表面具有0.4-0.6mm高的微波浪结构。
需要说明的是，本申请的空气过滤复合材料由三层结构组成，通过对各层进行合理配置，利用特殊设计的第三层聚丙烯非织造材料的微波浪结构，赋予材料可延展表面，增加过滤面积，随着容尘量的不断增加，第二层静电纺丝材料具有更大的比表面积，可以在低阻力的环境中带来最大过滤效率，而第一层熔喷无纺布具有很好的静电吸附能力，进一步保障对细小微粒的吸附效果，达到空气净化过滤的效果。本申请的空气过滤复合材料，其阶梯状的多层结构设计提高了材料的过滤效率和容尘量，大大延长了过滤器的使用寿命和维护时间。
优选的，第一层熔喷无纺布1的克重为20-25g/m3。
优选的，第二层静电纺丝材料2的克重为0.5-1.0g/m3。
优选的，第三层聚丙烯非织造材料3的克重为10-15g/m3。
优选的，第三层聚丙烯非织造材料3通过双KISS-ROLL后整理的方式添加氟化物。
本申请中，氟化物是日本大金公司开发的氟化物产品；KISS-ROLL即舔舐法。
优选的，第一层熔喷无纺布1和第二层静电纺丝材料2由透气性点状胶粘合成阶梯状的复合材料。
优选的，空气过滤复合材料的第一层熔喷无纺布的表面喷涂有椰壳活性炭层。其中，椰壳活性炭与熔喷无纺布纤维互相吸附，使椰壳活性炭有效的固定在复合材料表面。
需要说明的是，椰壳活性炭能够吸收空气中的有害气体如香烟的烟气、装修产生的荃系和苯系物质，以及其他污染源散发出的CO、SO2、NOX、NH3等直接危害人体健康的物质，因此，在本申请优选的方案中，将其涂覆到空气过滤复合材料表面，使得空气过滤复合材料具备相应的功能。
本申请的另一面公开了一种采用本申请的空气过滤复合材料制备的口罩。
本申请的另一面公开了一种采用本申请的空气过滤复合材料制备的空气过滤器。
本申请的另一面公开了一种采用本申请的空气过滤复合材料制备的工业过滤器。
可以理解，本申请的空气过滤复合材料，由于具有良好的空气过滤效果，因此，可以用于制备口罩、空气过滤器、工业排放过滤器等需要对空气进行过滤净化的设备或器材。当然，本申请的空气过滤复合材料不仅限用于口罩、空气过滤器、工业排放过滤器；只要是需要对空气进行过滤净化的设备或器材都可以使用。
本申请的有益效果在于：
本申请的空气过滤复合材料，其第三层聚丙烯非织造材料的微波浪结构，赋予材料可延展表面，增加过滤面积，第二层静电纺丝材料具有更大的比表面积，可以在低阻力的环境中带来最大过滤效率，第一层熔喷无纺布具有很好的静电吸附能力，进一步保障对细小微粒的吸附效果，达到空气净化过滤的效果。本申请的空气过滤复合材料对粒径0.1-10微米的粉尘颗粒都有良好的过滤净化效果，捕获效率高，为空气过滤净化提供了一种新的过滤材料。
附图说明
图1是本申请实施例中空气过滤复合材料的结构示意图。
具体实施方式
本申请的空气过滤复合材料，通过设计阶梯状的过滤材料层，能够对空气中0.1-10微米的粉尘颗粒进行过滤，可以同时过滤PM1.0、PM2.5、PM10等多种颗粒。本申请的空气过滤复合材料，其第三层聚丙烯非织造材料，采用独特的微波浪形折叠结构，赋予材料可延展表面，使过滤面积增加了2.5倍；随着容尘量的不断增加，第二层静电纺丝材料的纳米纤维具有更大的比表面积，可以在低阻力的环境中带来最大过滤效率，其阻力只是同克重的普通的材料的50％，微波浪结构也避免了过滤死角，过滤效率提高了30％。
下面通过具体实施例和附图对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
实施例
本例的复合过滤材料如图1所示，由依序层叠复合固结的第一层熔喷无纺布1、第二层静电纺丝材料2、第三层聚丙烯非织造材料3组成。其中，第一层熔喷无纺布1采用熔喷法制备；第二层静电纺丝材料2为采用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料；第三层聚丙烯非织造材料，表面经过定制的轧机轧合后其表面有0.5mm高的微波浪。
本例的复合过滤材料采用如下方法制备：
首先，以丙纶(又称聚丙烯纤维，缩写PP)和涤纶(缩写PET)为原材料制备第一层熔喷无纺布，具体包括：将纳米电气石粉与正在热空气流中变细的聚丙烯超细纤维混合，通过尖端放电将静电驻入纤维中，纳米级的电气石粉体容纳静电荷，使其不被导走，使聚丙烯纤维具有很好的静电吸附能力。并且，在聚丙烯熔喷纤维喷向收集网的同时，将梳理好的带有三维卷曲的PET短纤经过稳定的气流导入聚丙烯超细纤维材料中，三维卷曲的PET短纤具有很好的尺寸稳定性，可以保证熔喷纤维网的阻力不发生变化，从而制备出丙纶涤纶混纺的第一层熔喷无纺布。本例的第一层熔喷无纺布中，纳米电气石粉的添加量为总重量的6％，PET三维卷曲短纤的用量一般在总重量的10-30％，主要根据最终材料的应用领域有关，本例具体的为20％。本例的第一层熔喷无纺布克重为20g/m3。
其次，以PP为原材料，采用熔喷热轧法制备克重为15g/m3的第三层聚丙烯非织造材料，轧合后在其表面形成0.5mm高的微波浪结构，并对第三层聚丙烯非织造材料进行双KISS-ROLL后整理，添加氟化物，使材料表面具有很好的拒油和拒酒精性能，避免油性粒子的沉积影响材料的阻力和静电吸附的过滤性能。
然后，以尼龙6(缩写PA6)为原材料制备克重1.0g/m3的第二层静电纺丝材料，具体包括，将纺丝电极置于尼龙6的溶液中，然后通过电极的旋转，将尼龙6的溶液在电极表面覆盖一层薄的液层，将该体系置于高压电场下，当电压升高到临界值后，电场力克服液体的表面张力和粘弹力，在电极表面的液层上将形成很多突起，类似针头电纺中的泰勒锥，然后被进一步拉伸成一束束的射流，落在带有微波浪结构的第三层聚丙烯非织造材料表面，得到纳米纤维，即第二层静电纺丝材料。纳米纤维过滤效率很好，但阻力很高，因此本例的第二层静电纺丝材料的纳米纤维克重在0.5-1g/m3即可，本例具体生产的是1.0g/m3，而接收纳米纤维的热轧聚丙烯非织造材料，即第三层聚丙烯非织造材料的克重在10-15g/m3，本例具体为15g/m3，当第二层静电纺丝材料的纳米纤维落到第三层聚丙烯非织造材料的微波浪结构表面时，其过滤面积增加约2倍，阻力降低50％，过滤死角比常规折叠材料减少30％。
最后，采用透气性点状胶粘将第一层熔喷无纺布和铺设在第三层聚丙烯非织造材料表面的第二层静电纺丝材料粘合、烘干，形成阶梯状的复合材料，即得到本例的空气过滤复合材料。
进一步的，在改进的方案中，还可以采用椰壳活性炭对本例的空气过滤复合材料表面进行喷涂，形成椰壳活性炭层，使得本例的空气过滤复合材料具有吸收空气中的有害气体如香烟的烟气、装修产生的荃系和苯系物质，以及其他污染源散发出的CO、SO2、NOX、NH3等有害气体的功能。
本例中，熔喷法、静电纺丝、透气性点状胶粘合、烘干、KISS-ROLL后整理或氟化处理等都可参考现有的生产工艺。
本例对制备的空气过滤复合材料，以及喷涂了椰壳活性炭层的空气过滤复合材料分别进行了空气过滤试验，具体的，模拟美国NELSON实验室方法，采用TSI8130进行测试，结果显示，本例制备的空气过滤复合材料满足BFE过滤效率大于99％，PFE过滤效率大于99％，可见，本例制备的空气过滤复合材料能够有效的对空气中0.1-10微米的粉尘颗粒进行过滤。
另外，椰壳活性炭之所以能够吸附有毒气体，是因为椰壳活性炭内部有非常多且结构合理的孔隙管道，椰壳活性炭的一个重要的性能指标是“比表面积”，比表面积是孔隙管道平铺开的面积，单位是：平方米/克。真正的活性炭这个值都在800平方米/克以上。优质的椰壳活性炭比表面积值能达到1100平方米/克以上。椰壳活性炭逐渐成为优质活性炭的代表。广泛适用于工业用炭和部队用防毒面具。因此，本例的改进方案中在空气过滤复合材料表面喷涂椰壳活性炭后，使其具有吸附香烟的烟气、荃系物质、苯系物质、CO、SO2、NOX和NH3等有害气体的功效。
例按照口罩、空气净化过滤器、工业排放过滤器等的生产需求，采用本例的空气过滤复合材料分别制备了口罩、空气过滤器、工业过滤器。并采用相同的方法对其空气过滤效果进行测试，结果显示，采用本例的空气过滤复合材料制备的空气净化产品，其阻力小、过滤效率高，能够有效的对空气中0.1-10微米的粉尘颗粒进行过滤，且不会随着时间的推移而衰减，延长了过滤器的使用寿命和维护时间，能够很好的满足各种使用需求。
在以上研究的基础上，本申请进一步对各层进行了深入研究，具体的，对三层材料的克重等进行了研究。结果显示，第一层熔喷无纺布的克重为20-25g/m3，第二层静电纺丝材料2的克重为0.5-1.0g/m3，第三层聚丙烯非织造材料3的克重为10-15g/m3，都可以获得相当的空气过滤效果，满足空气过滤复合材料的整体功能需求。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种空气过滤复合材料，其特征在于：包括依序层叠复合固结在一起的第一层熔喷无纺布(1)、第二层静电纺丝材料(2)、第三层聚丙烯非织造材料(3)；
所述第一层熔喷无纺布(1)为丙纶涤纶混纺熔喷无纺布，其中丙纶中掺杂有纳米电气石粉；
所述第二层静电纺丝材料(2)为采用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料；
所述第三层聚丙烯非织造材料(3)的表面具有0.4-0.6mm高的微波浪结构。
2.根据权利要求1所述的空气过滤复合材料，其特征在于：所述第一层熔喷无纺布(1)的克重为20-25g/m3。
3.根据权利要求1所述的空气过滤复合材料，其特征在于：所述第二层静电纺丝材料(2)的克重为0.5-1.0g/m3。
4.根据权利要求1所述的空气过滤复合材料，其特征在于：所述第三层聚丙烯非织造材料(3)的克重为10-15g/m3。
5.根据权利要求1所述的空气过滤复合材料，其特征在于：所述第三层聚丙烯非织造材料(3)通过双KISS-ROLL后整理的方式添加氟化物。
6.根据权利要求1-5任一项所述的空气过滤复合材料，其特征在于：所述第一层熔喷无纺布(1)和第二层静电纺丝材料(2)由透气性点状胶粘合成阶梯状的复合材料。
7.根据权利要求1-5任一项所述的空气过滤复合材料，其特征在于：所述空气过滤复合材料中，于第一层熔喷无纺布(1)的表面喷涂有椰壳活性炭层。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述的空气过滤复合材料制备的口罩。
9.一种采用权利要求1-7任一项所述的空气过滤复合材料制备的空气过滤器。
10.一种采用权利要求1-7任一项所述的空气过滤复合材料制备的工业过滤器。
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2016
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