CN101797457A

CN101797457A - 一种空气过滤材料

Info

Publication number: CN101797457A
Application number: CN201010143409A
Authority: CN
Inventors: 马燕男; 蔡文杰
Original assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Current assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2010-08-11

Abstract

本发明公开了一种空气过滤材料，该过滤材料由起过滤作用的过滤层和起支撑作用的骨材层所组成，且这里的过滤层和骨材层均至少由一层纤维网所形成，其中骨材层中至少含有聚酯纤维。该过滤材料不但拥有极好的过滤性能，其提供支撑作用的骨材层更能增强过滤材料强度，使过滤材料具有优越使用寿命，且拓展使用范围。

Description

一种空气过滤材料

技术领域

本发明涉及一种空气过滤材料。

背景技术

随着现代工业迅速发展，对环境的洁净度要求越来越高，要达到高等级的空气洁净度，所选用的过滤材料就需要有优越的过滤性能。目前高效、亚高效等打褶过滤器大部分还在使用玻璃纤维滤纸，这种滤材虽然具有对微细粒子高效捕集的优点，但因其结构密集，孔隙小且少，会导致过滤阻力大。

随着技术的进步，为了改善玻璃滤纸的缺陷，也有人使用丙纶熔喷非织造布作为滤材，而丙纶熔喷非织造布的纤维细、结构蓬松、孔隙多，并且其比表面积大，密度小，过滤性能优越，并且耐化学腐蚀性好，尤其适于工业滤材，广泛应用于电子、制药、食品、饮料、化学等行业，但其本身厚度薄，比较柔软，刚性差，不适合褶皱加工。

目前，也有将丙纶熔喷非织造布与玻璃纤维滤纸相结合，如专利CN101352631公开了一种由熔喷非织造布与玻璃纤维纸复合而成的新型过滤材料，这样的复合过滤材料在整体强度方面有了一定的改善，但作为骨材的玻璃纤维纸由于其本身的脆性，抗褶皱性依旧不是很好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅打褶性能好、使用寿命长，而且还具有优越的捕集性能的空气过滤材料。

本发明的空气过滤材料，构成该过滤材料的过滤层和骨材层均至少由一层纤维网所组成，其中骨材层中至少含有聚酯纤维。这里的过滤层能够保证良好的捕集效率，而骨材层则能够提供很好的支撑作用，两者结合相辅相成。

骨材一般采用无纺布，这里的无纺布可以是湿式无纺布，也可以是化学粘合无纺布、热粘合无纺布、纺粘无纺布或水刺无纺布。其中化学粘合无纺布是通过化学粘合的方法将不同种类纤维和不同纤度的纤维混在一起制得，而纺粘无纺布的价格比较低，这两种都是作为骨材的理想材料。化学粘合无纺布中所使用的树脂一般为玻璃化温度至少在30℃以上，且基本上没有异味的丙烯酸树脂、苯乙烯丙烯酸树脂、丙烯酸树脂/环氧树脂的混合树脂。

形成骨材层无纺布的纤维可以为聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、玻璃纤维等合成纤维；以及麻纤维、竹纤维等天然纤维中的任何一种或几种。上述纤维中杨氏模量在70CN/dtex以上的比较好；在130CN/dtex以上的更好；在300CN/dtex以上的最好，当然上限最好控制在3000CN/dtex以下。原因是如果纤维的杨氏模量在3000CN/dtex以上的话，比如使用芳纶纤维(4400CN/dtex)、超高分子量的聚乙烯(8000CN/dtex)、玻璃纤维(326000CN/dtex)等，就算使用量和纤度不同，拉伸强力也会降低，并且打褶后褶角顶部由于不耐褶，经常会发生断裂，所以不适合用作骨材材料。本发明的过滤材料中的骨材层至少采用聚酯纤维，优选使用尼龙纤维(杨氏模量高)和聚酯纤维(价格比较低廉)混合制造出骨材材料，因为此种骨材不仅价格低廉、强度较高，而且打褶性能较好。

骨材的克重一般在10～500g/m²之间，优选30～100g/m²。因为克重在30～100g/m²之间的话，后续打褶加工比较容易；压损也会比较低，这类骨材更适用于制作滤材。考虑到后续打褶性能以及打褶后滤芯的低压损，骨材的厚度一般在0.1～3.0mm之间，优选0.3～1.0mm。

另外，也可以通过在骨材上添加机能性药剂来赋予骨材的高机能性。比如，阻燃剂、发水剂、抗过敏药剂、抗病毒药剂、防霉剂、抗菌剂、亲水剂、除臭剂、防虫剂等至少一种。

而且，也可以使用颜料和/或染料等材料对骨材上色。

当然，骨材层也可以由不同纤度的纤维所构成。

所形成的过滤材料可以是由一层过滤层(或两层过滤层或多层过滤层)与一层骨材层(或两层骨材层或多层骨材层)构成。若从捕集效率方面考虑的话，过滤层和/或骨材层优选多层，因为这样可以具有更加优越的捕集效率；当然若从压损方面考虑的话，如果过滤材料由多层过滤层和多层骨材层构成，这样会导致压损的增加，造成堵塞；而骨材层越多，其支撑效果也越好，但由于层次的增加同时也会使加工工艺复杂，增加成本。故过滤层及骨材层应根据具体使用情况等选择合适的层数。

本发明的空气过滤材料的捕集效率在10.0％～99.9999％，优选捕集效率在80.0％～99.9999％之间。捕集效率越高对灰尘的拦截效果越好，拦截后出去的空气质量越好。本发明的过滤材料的捕集效率是指在迎面风速6.5m/min的空气通过滤材，用粒子计数器(日本RION公司制)测定滤材上下流的空气粒子数(粒径0.3～0.5um)，从而算出该滤材的捕集效率。本发明形成的不同纤度、不同厚度的过滤材料，可具有不同的捕集效率，根据使用场所不同选择具有合适的捕集效率的过滤材料。

本发明的空气过滤材料中的过滤层优选熔喷法制成的纤维网层，这里的纤维网层为1层纤维网，或2层纤维网，或为由不同直径范围形成的多层纤维层。熔喷法是指将聚合物从模头喷丝孔中挤出，形成熔体细流，加热的拉伸空气从模头喷丝孔两侧风道高速吹出，对聚合物熔体细流进行拉伸，冷却空气在模头下方一定位置从两侧补入，使纤维冷却结晶，另外在冷却空气装置下方也可设置喷雾装置，进一步对纤维进行快速冷却。在接受装置的成网帘下方设真空抽吸装置，使经过高速气流拉伸成形的超细纤维均匀地收集在接受装置的成网帘(或滚筒)上，依靠自身粘合或其他加固方法形成熔喷非织造材料。熔喷材料具有纤维细、孔隙多并且孔隙尺寸小的优点，是一种性能优良的过滤材料。

本发明的空气过滤材料是由不同直径范围的纤维网所组成，不同直径范围的纤维网可以只是过滤层中的多层纤维网或骨材层中的多层纤维网，也可以是过滤层与骨材层中的纤维网。

本发明的空气过滤材料，形成其过滤层纤维网的纤维直径为0.05～50μm，优选0.1～30μm。纤维直径越小，其细度就越细，形成纤维网中相应的孔隙就小，而孔隙越小对灰尘的拦截效果越好。但纤维直径越小，对于熔喷工艺要求越高，如对拉伸用热空气速度要求就越高。同时纤维交叉叠合所形成的孔径对过滤材料的性能也有较大的影响。过滤层无纺布的平均孔径为5～50μm，骨材层无纺布的平均孔径为50～150μm，过滤层与骨材层所形成的不同范围的孔径可以起到分层梯度过滤的作用。对于孔径的分布范围，如果过滤层无纺布的平均孔径在50μm以上的话，就不能捕集微小粉尘；在5μm以下的话，就会造成压损很高，影响使用效果。另外，如果本发明骨材层无纺布的平均孔径在150μm以上的话，就起不到过滤效果；而在50μm以下的话，就起不到优化结构、分层梯度过滤的作用。

作为本发明空气过滤材料过滤层的熔喷无纺布，可通过带电加工使其保持高带电及永久带电性，使其捕集性能更加优越。比如，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、4-甲基正戊烯、3-甲基正丁烯、聚苯硫醚、PEEK、PES、PAR、聚酰胺亚胺、PEI、聚酰亚胺、PBO、PSF、PBT、聚碳酸酯、芳香族聚酯、PTFE、聚氯三氟乙烯、PVDF、PVF、PCTFE、聚四氟乙烯和丙烯共混物、PFA等都可以使用。

上述带电加工方法有好多种，如高压带电、摩擦带电、一定压力的水流带电、有机溶剂或者与水的混合液通过无纺布后，迅速干燥带电方法等。高压带电的话，在15KV/cm以上，优选20KV/cm的电场强度。而有机溶剂通过无纺布后迅速干燥的方法，就是使用无纺布的诱电率2倍以上的液体浸湿该无纺布后脱湿的方法。

另外，熔喷无纺布的克重，在5～100g/m²，优选10～40g/m²。因为10g/m²以上的话，捕集效率会增加，而40g/m²以下的话，压损不会很高。

另外，在静电加工时，熔喷无纺布上使用的从光稳定剂以及三嗪系化合物种选择的至少一种的化合物，可以改善耐候性，使耐候性提高。这些化合物中，优选光稳定剂。光稳定剂的话，有聚((6-(1、1、3、3-四甲基丁基)亚氨-1、3、5-三嗪-2，4-二基((2、2、6、6-四甲基4-哌啶)亚氨)环己烷((2、2、6、6-四甲基4-哌啶)亚氨))汽巴特种品化学公司、CHIMASSORB(R)944LD)，琥珀酸二甲基-1-(2-羟乙基)-4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶重缩合物(汽巴特种品化学公司、Tinuvin(R)622LD)、2-(3，5-丁基-4-羟基苯)-2-正丁基丙二酸(1，2，2，6，6-甲基-4-哌啶)(汽巴特种品化学公司、CHIMASSORB(R)144)等。

而且，对于三嗪类添加剂前面讲的聚((6-(1、1、3、3-四甲基丁基)亚氨-1、3、5-三嗪-2，4-二基((2、2、6、6-四甲基4-哌啶)亚氨)环己烷((2、2、6、6-四甲基4-哌啶)亚氨))汽巴特种品化学公司、CHIMASSORB(R)944LD)、2-(4，6-联苯-1，3，5-三嗪-2-基)-5-己氧基-苯酚(汽巴特种品化学公司、Tinuvin(R)1577FF)等都可以。

光稳定剂化合物以及/或三嗪系化合物的含有量，虽然没有特别限定，若是含有聚烯烃的话，其含量在相对于熔喷无纺布总重量的0.5～5.0％重量比范围内较好，当然0.7～3％重量比范围最好。而且，如果是附着在无纺布表面的话，其含量在相对于熔喷无纺布总重量的0.1～5.0％重量比范围内较好。

而且，除上述化合物以外，一般用于带电加工无纺布，比如热安定剂、耐候剂、聚合防止剂等都可以使用。

本发明的空气过滤材料，过滤层与骨材层之间的粘合是通过化学粘合剂、低熔点纤维或超声波复合方式加工而成的。粘合加工可以采用化学粘合颗粒或乳液喷洒在过滤层或骨材层上面，再经过一定温度后，覆盖上骨材层或过滤层。或在过滤层或骨材层上面覆盖一层低熔点纤维或纤维网，再经过一定温度后，覆盖上骨材层或过滤层。也可以采用超声波振动熔融和轧辊类机械等复合方式进行复合加工。

由于带电加工无纺布受高温条件影响电荷会失效的原因，在带电无纺布贴合的场合，一般不使用130度以上的高温条件。

关于低熔点粉末的使用方法，110度左右的温度贴合的话较好，而且贴合好后通气度降低较少的方法最好。低熔点粉末的话，有EVA和聚乙烯等，其中对于硬化型树脂，也可以使用湿气硬化型树脂在空气中湿气贴合。

本发明的空气过滤材料可以应用于在空气过滤领域中。

至于滤材的形式，可以平面状形式，也可以蜂巢型或者褶皱型，优选占用较小容积而过滤面积较大的滤材形式。

由本发明的空气过滤材料所形成的滤芯，包括为了把空气中各种各样的粉尘捕集后提供干净的空气而用于捕集粉尘的滤材，和滤材周围的框材/体等附属物。

框材/体的话，有树脂、金属、合板、厚纸板以及编织物、无纺布等有纤维构造的材料。

滤材和边框材/体的接合方法，可以将滤材和框材/体通过气密性好的树脂固定粘合起来，也可以通过设计成滤材和框材/体可以自由分离交换形式。对于树脂粘合的场合，粘合用树脂优选气密性较好的环氧树脂、氨基甲酸酯。

具体实施方式

本发明中各物性的测试方法如下：

(1)平均孔径[μm]

使用多孔材料自动孔径测定装置Perm-Porometer(PMI公司制)，通过冒泡法(ASTM-316-86)算出平均孔径。测定样品的直径为25mm。关于测定溶液，当测试孔径在180um以下的材料时，使用Galwick，而如果孔径超过180um的话，则用纯水测试。

通过以上测定装置得到的结果作为平均孔径(Mean Flow PoreDiameter)。在测定样品中的任意5个地方取样并且测定，得到平均值。

(2)捕集効率[％]

把片状的滤材放到0.1m²开口面积的机器上，固定住，使面风速6.5m/min的空气通过测定滤材，用粒子计数器(日本RION公司制)测定滤材上下流的空气粒子数(粒径0.3～0.5um)，从而算出该测定滤材的捕集效率，其计算公式如下：

捕集效率(％)＝1-(下流粒子数/上流粒子数)×100，

在测定样品中的任意5个地方取样并且测定，得到平均值。

实施例1

一种空气过滤材料，从空气流入侧到空气流出侧采用以下结构，骨材层/过滤层(带电无纺布1)，其中骨材层为平均直径15um、平均孔径110um的聚酯纤维化学粘合无纺布，最上层带电无纺布1为纤维直径6.2um、平均孔径121um的熔喷无纺布。测定该滤材对0.3～0.5um的空气粒子的捕集效率和压力损失，具体结果见表1。

实施例2

一种空气过滤材料，从空气流入侧到空气流出侧采用以下结构，骨材层/过滤层(带电无纺布1)，其中骨材层为平均直径15um、平均孔径110um的聚酯纤维/尼龙纤维化学粘合无纺布，最上层带电无纺布1为纤维直径0.6um、平均孔径104um的熔喷无纺布。测定该滤材对0.3～0.5um的空气粒子的捕集效率和压力损失，具体结果见表1。

实施例3

一种空气过滤材料，从空气流入侧到空气流出侧采用以下结构，骨材层/过滤层(带电无纺布1/带电无纺布2)，其中骨材层为平均直径15um、平均孔径110um的聚酯纤维/尼龙纤维化学粘合无纺布，最上层带电无纺布1为纤维直径0.6um、平均孔径104um的熔喷无纺布，中间带电无纺布1为纤维直径6.2um、平均孔径121um的熔喷无纺布。测定该滤材对0.3～0.5um的空气粒子的捕集效率和压力损失，具体结果见表1。

实施例4

一种空气过滤材料，从空气流入侧到空气流出侧采用以下结构，骨材层/过滤层(带电无纺布1/带电无纺布2)，其中骨材层为平均直径20um、平均孔径95um的聚酯纤维化学粘合无纺布，最上层带电无纺布1为纤维直径0.6um、平均孔径104um的熔喷无纺布，中间带电无纺布2为纤维直径13um、平均孔径121um的熔喷无纺布。测定该滤材对0.3～0.5um的空气粒子的捕集效率和压力损失，具体结果见表1。

表1

Claims

1.一种空气过滤材料，其特征在于：构成该过滤材料的过滤层和骨材层均至少由一层纤维网所组成，所述骨材层中至少含有聚酯纤维。

2.根据权利要求1所述空气过滤材料，其特征在于：该过滤材料的捕集效率为10.0～99.9999％。

3.根据权利要求1所述空气过滤材料，其特征在于：该过滤材料是由不同直径范围的纤维网所组成。

4.根据权利要求1所述空气过滤材料，其特征在于：形成所述过滤层中纤维网的纤维直径为0.05～50μm。

5.根据权利要求1或4所述空气过滤材料，其特征在于：所述过滤层中的纤维网为熔喷无纺布。

6.根据权利要求5所述空气过滤材料，其特征在于：所述熔喷无纺布是经过带电加工的。

7.根据权利要求1所述空气过滤材料，其特征在于：该过滤材料中过滤层与骨材层之间的粘合是通过化学粘合剂、低熔点纤维或超声波复合方式加工而成的。