專利名稱：一種自潔式空氣過濾材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于過濾技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自潔式空氣過濾材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
空氣過濾材料在空氣循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)空氣濾清器等空氣凈化系統(tǒng)中普遍使用。隨著現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展，對環(huán)境的潔凈度要求越來越高，為達(dá)到高等級(jí)的空氣潔凈度，對所選用的過濾材料的過濾性能的要求也越來越高。為滿足需求,出現(xiàn)了一些復(fù)合型過濾材料。現(xiàn)有通過靜電紡絲技術(shù)形成的靜電紡絲層強(qiáng)度太弱，容易剝落或破損，使用耐久性不佳；而通過熔噴技術(shù)形成的熔噴纖維層強(qiáng)度也不好，在加工過程中容易起毛破損。此外，熔噴技術(shù) 形成的熔噴纖維層采用基材與熔噴層分別成形再復(fù)合的方式結(jié)合，層間結(jié)合強(qiáng)度不佳，在加工和使用過程中容易出現(xiàn)分層、剝落的現(xiàn)象。因此，還有待提供新的空氣過濾材料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自潔式空氣過濾材料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述自潔式空氣過濾材料的制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一方面，本發(fā)明提供一種自潔式空氣過濾材料，所述空氣過濾材料包括亞微米纖維層、支撐區(qū)域和位于亞微米纖維層與支撐區(qū)域之間的混合區(qū)域，其中所述混合區(qū)域是在所述亞微米纖維層與所述支撐區(qū)域的形成過程中由亞微米纖維層和支撐區(qū)域的部分纖維相互接觸并混合而形成的。混合區(qū)域的特征是既含有亞微米纖維也含有支撐層的纖維，混合區(qū)域的存在使亞微米纖維層與支撐區(qū)域具有理想的結(jié)合強(qiáng)度，在加工與使用的過程中不易剝離分層。所述亞微米纖維是指直徑小于I μ m的纖維。優(yōu)選地，所述亞微米纖維層由原纖化亞微米纖維等亞微米級(jí)纖維制成。優(yōu)選地，所述原纖化亞微米纖維為能產(chǎn)生原纖的纖維且選自天絲纖維、麗賽纖維和芳綸纖維中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述原纖化亞微米纖維的打漿度為20-95° SR。優(yōu)選地，所述原纖化亞微米纖維的纖維平均長度為O. l-5mm,平均直徑為20_1000nm。優(yōu)選地，所述原纖化亞微米纖維中纖維主干平均長度為O. 1-lOmm，平均直徑為
O.5-15 μ m0原纖化過程是具有原纖結(jié)構(gòu)的纖維受到機(jī)械力的作用，原纖逐漸從纖維主體上剝離的過程。在原纖化過程中，有的原纖會(huì)從主干纖維上完全剝落下來，有的則部分剝離。優(yōu)選地，所述支撐區(qū)域由植物纖維和/或非植物纖維制成。優(yōu)選地，所述植物纖維選自木材纖維、草類纖維、棉纖維、麻纖維和絲光化纖維等植物纖維中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述植物纖維的纖維平均長度為O. 5-10mm,平均直徑為5_30 μ m。
優(yōu)選地，所述非植物纖維選自尼龍纖維、滌綸纖維、丙綸纖維、芳綸纖維、腈綸纖維、聚四氟乙烯纖維、聚乙烯醇纖維、天絲纖維、麗賽纖維和玻璃纖維等非植物纖維中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述非植物纖維的纖維平均長度為O. 5-10mm,平均直徑為5_20 μ m。優(yōu)選地，所述亞微米纖維層的定量為O. l-10g/m2，所述支撐區(qū)域的定量為10-150g/m2。另一方面，本發(fā)明提供一種制備上述自潔式空氣過濾材料的方法，所述方法包括采用雙層流漿箱同時(shí)形成所述亞微米纖維層和所述支撐區(qū)域。優(yōu)選地，所述同時(shí)形成所述亞微米纖維層和所述支撐區(qū)域包括如下步驟雙層流漿箱分別將亞微米纖維層纖維懸浮液和支撐區(qū)域纖維懸浮液送至成形網(wǎng)，所述支撐區(qū)域纖維懸浮液先于亞微米纖維層纖維懸浮液上網(wǎng)，使得亞微米纖維層形成于支 撐區(qū)域之上，在成形過程中，亞微米纖維層和支撐區(qū)域之間的部分纖維相互接觸并發(fā)生混合，形成既包含亞微米纖維又包含支撐區(qū)域纖維的混合區(qū)域。優(yōu)選地，所述自潔式空氣過濾材料的自潔方式優(yōu)選為反吹氣流吹掉，也可以是其他通過機(jī)械力使得粘附在過濾材料上的灰塵脫落的方式。綜上所述，本發(fā)明提供的用于通過反吹方式進(jìn)行自潔以延長使用壽命的空氣過濾材料，其結(jié)構(gòu)由入流面的亞微米纖維層，混合區(qū)域和起支撐作用的支撐區(qū)域組成。其亞微米纖維層通過雙層流漿箱與支撐區(qū)域一次成形，調(diào)節(jié)手段靈活、性能控制范圍廣，無需二次復(fù)合，并且在亞微米纖維層與支撐區(qū)域之間形成包含亞微米纖維和支撐區(qū)域纖維的混合區(qū)域，混合區(qū)域中亞微米纖維和支撐區(qū)域纖維之間以自然交織的方式，通過纖維之間的結(jié)合力進(jìn)行連接，具有一定的結(jié)合強(qiáng)度，無明顯界面。同時(shí)，由于亞微米纖維層容易實(shí)現(xiàn)表面過濾，且亞微米纖維受到的拖拽力常常小于其所捕集的大顆粒所受的力，所以亞微米纖維層過濾的顆?？梢匀菀椎赝ㄟ^反吹氣流吹掉，從而恢復(fù)過濾性能，因此入流面采用亞微米纖維層的過濾材料非常適用于自潔式過濾系統(tǒng)，且初始精度高。因此，本發(fā)明提供的空氣過濾材料，可實(shí)現(xiàn)亞微米纖維的表面過濾方式和高精度過濾，滿足自潔式空氣過濾材料的要求。此外，本發(fā)明首次將雙層流漿箱一次成形技術(shù)應(yīng)用于制造亞微米纖維復(fù)合的自潔式空氣過濾材料，該技術(shù)調(diào)節(jié)手段靈活、性能控制范圍廣，所制造的亞微米纖維復(fù)合的自潔式空氣過濾材料的過濾性能與現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品相當(dāng)，但是加工與使用性能更好，特別表現(xiàn)在亞微米纖維層加工方便且與基材結(jié)合不易破損分層。與此相反，通過靜電紡絲技術(shù)形成的亞微米纖維層(靜電紡絲層)強(qiáng)度太弱，容易剝落或破損，使用耐久性不佳；通過熔噴技術(shù)形成的亞微米纖維層(熔噴纖維層)強(qiáng)度也不好，在加工過程中容易起毛破損，并且熔噴技術(shù)形成的亞微米纖維層采用基材與熔噴層分別成形再復(fù)合的方式結(jié)合，層間結(jié)合強(qiáng)度不佳，在加工和使用過程中容易出現(xiàn)分層、剝落的現(xiàn)象。本發(fā)明提供的自潔式空氣過濾材料可用于多個(gè)領(lǐng)域的空氣過濾，例如工業(yè)除塵系統(tǒng)、空壓機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)過濾系統(tǒng)(包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī))等的空氣過濾。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方案，其中圖I為本發(fā)明提供的自潔式空氣過濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖，其中I為空氣流動(dòng)方向，2為亞微米纖維層，3為支撐區(qū)域，4為原纖化纖維，5為混合區(qū)域。圖2為本發(fā)明亞微米纖維層的原纖化亞微米纖維的電鏡圖。圖3為本發(fā)明提供的自潔式空氣過濾材料的制備示意圖。
具體實(shí)施方式
以下參照具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在以下實(shí)施例及對比例中，當(dāng)纖維截面不是圓形時(shí)，用該纖維的最大投影寬度表示纖維直徑。所使用的植物纖維為木材纖維、草類纖維、棉纖維、麻纖維、絲光化纖維等植物纖維中的一種或一種以上。所使用的非植物纖維為尼龍纖維、滌綸纖維、丙綸纖維、芳綸纖維、腈綸纖維、聚四氟乙烯纖維、聚乙烯醇纖維、天絲纖維、麗賽纖維、玻璃纖維等非植物纖維中的一種或一種以上。所使用的原纖化纖維為原纖化的天絲纖維、麗賽纖維、芳綸纖維等可產(chǎn)生原纖的纖維中的一種或一種以上。實(shí)施例I本發(fā)明提供的自潔式空氣過濾材料本實(shí)施例提供了自潔式空氣過濾材料的制備方法。自潔式空氣過濾材料的制備過程參見圖3，具體詳述如下I)將用于形成亞微米纖維層的原纖化天絲纖維漿料和原纖化芳綸纖維漿料以I 9的重量比于漿池中混合均勻，得到一定濃度的亞微米纖維層纖維懸浮液；2)將用于形成支撐區(qū)域的木材纖維漿料和滌綸纖維漿料以6 4的重量比于另一個(gè)漿池中混和均勻，得到一定濃度的支撐區(qū)域纖維懸浮液；3)通過雙層流漿箱分別將亞微米纖維層纖維懸浮液和支撐區(qū)域纖維懸浮液送至成形網(wǎng)，所述支撐區(qū)域纖維懸浮液先于亞微米纖維層纖維懸浮液上網(wǎng)，使得亞微米纖維層形成于支撐區(qū)域之上，經(jīng)脫水、干燥得到成紙。所制備得到的自潔式汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用空氣過濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示，按照空氣流動(dòng)方向1，分為亞微米纖維層2和支撐區(qū)域3，以及位于亞微米纖維層2和支撐區(qū)域3之間的混合區(qū)域5。其中，亞微米纖維層2由原纖化纖維組成，定量為lg/m2。其中原纖化纖維為10%原纖化天絲纖維和90%原纖化芳綸纖維的混合物，其結(jié)構(gòu)如圖3的電鏡圖所示。原纖化的天絲纖維和芳綸纖維混合物的平均直徑為150nm，平均長度為O. 5mm。支撐區(qū)域3由植物纖維和非植物纖維組成，定量為90g/m2。其中植物纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%，非植物纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%。支撐區(qū)域植物纖維為木材纖維，非植物纖維為滌綸纖維。植物纖維的平均直徑為13 μ m,平均長度為7mm。滌綸纖維的平均直徑為8 μ m，平均長度為6mm。對比例I電紡纖維復(fù)合的自潔式空氣過濾材料本對比例與實(shí)施例I比較，不同之處在于其在已經(jīng)成形的支撐區(qū)域上通過靜電紡絲技術(shù)復(fù)合了電紡亞微米纖維層，該電紡纖維的平均直徑為130nm。其余與實(shí)施例I相同。對比例2熔噴纖維復(fù)合的自潔式空氣過濾材料本對比例與實(shí)施例I比較，不同之處在于其在已經(jīng)成形的支撐區(qū)域上通過熔噴技術(shù)復(fù)合了熔噴亞微米纖維層，該熔噴纖維的平均直徑為170nm。其余與實(shí)例I相同。
對比例3原纖化纖維復(fù)合的自潔式空氣過濾材料本對比例與實(shí)施例I比較，不同之處在于其在已經(jīng)成形的支撐區(qū)域上通過濕法復(fù)合的方式復(fù)合了原纖化纖維層，該原纖化纖維的平均直徑為160nm。其余與實(shí)例I相同。將以上實(shí)施例I與對比例1-3制備的空氣過濾材料進(jìn)行過濾性能的測試，結(jié)果見
下表
__實(shí)施例I 對比例I 對比例2 對比例3
厚度(mm)__042__043__044__0.45
最大孔徑(μπι) 53.255.056.648.2
平均孔徑(μπι) 12.512.312.911.7
初始過濾效率
7,65.866.363.465.6
(%, 0.3 μπι 顆粒)
抗張強(qiáng)度(KN/m) 6.36.56.36.8
耐折度測試電紡亞微米熔噴亞微米原纖化纖維 20次后纖維層破損纖維層破損層與支撐區(qū) Illl域分層■可見，實(shí)施例I和對比例1-3的最大孔徑、平均孔徑、初始過濾效率接近，但是經(jīng)過耐折度測試20次后，實(shí)施例I的自潔式過濾材料仍能保持完整的結(jié)構(gòu)而不發(fā)生破損，這說明本發(fā)明的亞微米纖維復(fù)合的自潔式過濾材料在保持其它物理性能的基礎(chǔ)上，具有良好的加工與使用性能。實(shí)施例2本發(fā)明提供的自潔式空氣過濾材料的研究參照實(shí)施例I中提供的制備方法，對自潔式空氣過濾材料的亞微米纖維層定量進(jìn)行了研究，其中支撐區(qū)域均采用60%的木材纖維和40%的直徑為9 μ m的滌綸纖維，定量為90g/m2。結(jié)果見表I。表I
權(quán)利要求
1.一種自潔式空氣過濾材料，其特征在于，所述空氣過濾材料包括亞微米纖維層、支撐區(qū)域和位于亞微米纖維層和支撐區(qū)域之間的混合區(qū)域，其中所述混合區(qū)域是在所述亞微米纖維層與所述支撐區(qū)域的形成過程中由亞微米纖維層和支撐區(qū)域的部分纖維相互接觸并混合形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自潔式空氣過濾材料，其特征在于，所述亞微米纖維層由原纖化亞微米纖維制成；優(yōu)選地，所述原纖化亞微米纖維為能產(chǎn)生原纖的纖維且選自天絲纖維、麗賽纖維和芳綸纖維中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自潔式空氣過濾材料，其特征在于，所述原纖化亞微米纖維的打漿度為20-95° SR ;優(yōu)選地，所述原纖化亞微米纖維的纖維平均長度為O. l-5mm，平均直徑為 20-1000nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的自潔式空氣過濾材料，其特征在于，所述支撐區(qū)域由植物纖維和/或非植物纖維制成；優(yōu)選地，所述植物纖維選自木材纖維、草類纖維、棉纖維、麻纖維和絲光化纖維中的一種或幾種；所述非植物纖維選自尼龍纖維、滌綸纖維、丙綸纖維、芳綸纖維、腈綸纖維、聚四氟乙烯纖維、聚乙烯醇纖維、天絲纖維、麗賽纖維和玻璃纖維中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自潔式空氣過濾材料，其特征在于，所述植物纖維的纖維平均長度為O. 5-10mm，平均直徑為5_30 μ m ;所述非植物纖維的纖維平均長度為O. 5_10mm，平均直徑為5-20 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的自潔式空氣過濾材料，其特征在于，所述亞微米纖維層的定量為O. l-10g/m2 ;所述支撐區(qū)域的定量為10-150g/m2。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的自潔式空氣過濾材料，其特征在于，所述自潔式空氣過濾材料的自潔方式為反吹氣流吹掉。
8.一種制備權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述自潔式空氣過濾材料的方法，其特征在于，所述方法包括采用雙層流漿箱同時(shí)形成所述亞微米纖維層與所述支撐區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述同時(shí)形成所述亞微米纖維層與所述支撐區(qū)域包括如下步驟 雙層流漿箱分別將亞微米纖維層纖維懸浮液和支撐區(qū)域纖維懸浮液送至成形網(wǎng)，所述支撐區(qū)域纖維懸浮液先于亞微米纖維層懸浮液上網(wǎng)，使得亞微米纖維層形成于支撐區(qū)域之上，在成形過程中，亞微米纖維層和支撐區(qū)域之間的部分纖維相互接觸并發(fā)生混合，形成既包含亞微米纖維又包含支撐區(qū)域纖維的混合區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自潔式空氣過濾材料及其制備方法。本發(fā)明提供的空氣過濾材料包括起表面過濾作用的入流面亞微米纖維層、起支撐作用的支撐區(qū)域和位于亞微米纖維層與支撐區(qū)域之間的混合區(qū)域，其中所述混合區(qū)域是由所述亞微米纖維層與所述支撐區(qū)域通過雙層流漿箱一次成形時(shí)形成的。本發(fā)明提供的自潔式空氣過濾材料亞微米纖維層與支撐區(qū)域通過自然交織的方式結(jié)合，具有一定結(jié)合強(qiáng)度，不易破損脫落，并且亞微米纖維在實(shí)現(xiàn)高精度過濾的同時(shí)，其過濾的顆?？梢匀菀椎赝ㄟ^反吹氣流吹掉，從而恢復(fù)過濾性能，因此本發(fā)明提供的空氣過濾材料非常適用于自潔式過濾系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B01D39/16GK102641625SQ20121012531
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者曾靖山, 梁云, 王宜, 胡健 申請人:廣州華創(chuàng)化工材料科技開發(fā)有限公司