[發明專利]聚丙烯與經表面處理的可降解纖維混紡制備的空凈濾材

在審

• 申請號: 201710005730.4
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106823559A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 上海理仁博振環保科技有限公司
• 主分類號: B01D39/08
• 分類號: B01D39/08;B01D46/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于材料科學與環保領域，具體涉及一種采用聚丙烯纖維與經表面處理的可降解纖維混紡制備的用于空氣過濾凈化的濾材。

背景技術

近年來隨著人們環保和健康意識的增強，對于空氣中可吸入顆粒物污染的防護，即防霧霾產品的需求日益旺盛。其中，以帶有高靜電高吸附性能的纖維為原料制作而成的濾布、濾網等，是目前空氣凈化的主流技術方案之一，幾乎所有可行的采用無紡濾布的發明方案，如中國專利CN204261474U等，都采用了靜電吸附原理，這其中聚丙烯（PP）纖維，因其成本低，易加工，靜電性能優異的特性，成為靜電纖維吸附方案中采用的主流材料。

我們知道，對于可吸入物顆粒物的凈化過濾的性能評價，一方面要求吸附能力強，即靜電抓附顆粒的效率高，這方面聚丙烯纖維表現優異；而另一方面同時也希望在效率高的前提下，過濾器件擁有較大的吸附容量和使用壽命，而吸附容量主要取決于材料的比表面積，比表面積越大，可以吸附容納的顆粒物就越多，但對于纖維及后續制成的濾布而言，其微觀結構是光滑的細絲狀，比表面積沒有太多提升空間，只能通過宏觀上加大加厚濾布來解決容量和壽命問題，而加大加厚濾布一方面會增大風阻，引起其他的效率損失，另一方面在一些應用場合，例如隨身佩戴的口罩上，是很難采用這種方案的。

而從化學結構上可生物降解的纖維，是能夠在相應的降解環境下，通過刻蝕等表面處理工藝，使得纖維表面密布精細的表面結構，從而擁有更大的比表面積，例如中國專利CN104667885A 所公開的采用聚乳酸纖維制備空氣凈化濾布的方案，就利用了聚乳酸的可降解性，經過表面處理得到高比表面積的結構，從而增大了吸附空間和容量，除了中國專利CN104667885A之外，盡管目前可以查到其它少數將可降解纖維用作空氣凈化的報道，但均沒有提及利用可降解性質，再附加表面處理工藝，以提高比表面積，進而增大吸附容量的報道。

但是一般而言，可降解的纖維，如聚酯類纖維，其靜電性能要遜于聚丙烯纖維，所以盡管在經過化學刻蝕等表面處理工藝之后，可以擁有較高的比表面積，在吸附能力上卻有所欠缺。

發明內容

為解決上述問題，改進和提升傳統聚丙烯纖維過濾的吸附容量，本發明提出了一種將高靜電聚丙烯纖維，與經過表面處理的，具有高比表面積的可降解纖維混紡制備空氣凈化濾材的方案。

本發明公布的混紡濾材，是采用兩種或兩種以上不同種類的纖維作為構成織物的原料，經混紡后按常規無紡布工藝制成，其中一種為聚丙烯纖維，質量含量不低于20%。其余一種或多種為常見的生物可降解纖維，包括但不限于聚乳酸、殼聚糖、聚碳酸酯、聚羥基乙酸酯，聚丙烯腈，聚丁二酸酯纖維等。

以上可降解纖維在混紡之前，應當在其適宜的化學或生物降解環境中做輕度降解刻蝕處理，降解程度限制為纖維表面出現明顯的空洞、縫隙等高比表面積結構，同時纖維直徑減少低于30%，以保證纖維強度。

以經過表面化學刻蝕的聚乳酸纖維，與認證符合KN95及KN99標準的聚丙烯商品纖維的混紡濾布為例，我們經過大量混紡濾布的實驗，得出了以下數據：

注1：表中KN95和KN99是指經過GB2626-2006標準規定的防塵測試，可以達到微小顆粒物95%和99%濾出的指標。

注2：濾布的壽命測試沒有統一國家標準，本實驗中采用的方法及標準為，將10乘10厘米濾布放置于重霧霾環境中（pm2.5指數=500），采用風機抽濾，重復不間斷過濾，直到濾布過濾效率低于80%時所用的時間。

由表中可以看到，質量可靠的純的聚丙烯商品無紡布，顯然是符合KN95和KN99過濾指標的，但是壽命顯著較短，隨著聚乳酸纖維含量的增高，濾布使用壽命有了顯著提高，但過濾效果也下降明顯，當聚丙烯纖維低于80時，便不再擁有KN99級別的過濾性能，而當低于20%時，也不能夠達到KN95級別的防護。因此根據產品使用的需要，混紡比例可以在20~100%之間調整，以達到預期的過濾性能和使用壽命的平衡。

附圖說明

圖1為本發明的原理示意圖，其中A為傳統聚丙烯纖維，B為經過降解刻蝕的可降解纖維，C為混紡纖維，D為空氣污染顆粒物，圖中可見A具有較強靜電能力，但表面光滑，吸附面積有限，B具有較高的比表面積，能夠容納更多的顆粒物，但是靜電性能較弱，顆粒抓取能力差，C則綜合了兩者的優點，既有較強的靜電抓取能力，又有更大的比表面積作為吸附容量。