一種高效空氣淨化濾料及其製備方法、應用方法與流程

2023-05-20 05:02:31

本發明涉及空氣過濾領域，具體涉及一種高效的空氣淨化濾料以及該濾料的製備方法、使用方法。

背景技術：

隨著工業化和城市化進程的不斷加快，來自固定和流動汙染源的認為汙染排放物成為了影響空氣品質的最主要因素之一，包括工業生產排放物，如水泥、火電、煤礦、垃圾焚燒等，還包括交通運輸工具，如車輛、船舶、飛機等交通工具的尾氣排放，還包括居民生活排放物等。PM2.5（空氣動力學直徑在2.5μm一下的細顆粒物，也被稱為可吸入顆粒物）具有粒徑小、在大氣中的停留時間長、輸送距離遠、表面可聚集有毒有害物質且能在空氣中參與化學反應等特性，不僅導致霧霾天氣頻發，人體吸入後還會引發哮喘、支氣管炎等疾病，造成嚴重危害。

纖維空氣過濾材料因其具有加工工藝簡單、產品多樣性、理化性能穩定及成本低廉等特點，已被廣泛應用於空氣淨化領域。過濾器件的使用性能主要取決於核心過濾材料的種類和結構。目前，工業常用的纖維濾材主要有玻璃纖維、熔噴纖維以及針刺纖維製品。現有的民用空氣過濾材料多採用材料易得、經濟實用的熔噴纖維材料，如何提升該空氣過濾材料的過濾效果和使用效率是目前對空氣過濾材料的研究重點。如申請號為201510167259.X名為《異形熔噴纖維製備的高效低阻空氣過濾材料》的中國專利中提供的方案：一種包括支撐部分、細過濾部分、粗過濾部分的三明治結構的過濾材料，該技術方案在一定程度上提升了過濾效率。

技術實現要素：

本發明針對現有技術中的熔噴纖維空氣過濾材料進行了進一步的改進，簡化了過濾結構、改進了過濾材料的組成構造，使過濾材料過濾效率更高、容塵量更大、濾面阻力更小，同時通過對過濾材料的進一步創新，使製成的過濾材料能夠產生負氧離子和清新自然的氣味，兼具殺菌和淨化空氣的能力。

本發明中的技術效果通過以下技術方案來實現：

本發明中提供的高效空氣淨化濾料，包括由噴熔纖維製成的支撐層和過濾層，其中過濾層包括至少兩種介電常數不同的組分交替噴熔而成的混合纖維過濾材料；支撐層厚度為5-20mm，面密度為20-60 g/m2；過濾層厚度為10-50mm，面密度為50-180 g/m2。

本發明中提供的空氣淨化濾料中，支撐層作為濾料的支撐部分便於後續濾料應用過程中的成型加工，所以支撐層不僅需要具備一定的強度，而且還需要具備較大的透氣性，同時又需要對其過濾孔徑進行選擇，以免影響到過濾層的過濾效率。綜上，本發明中選擇支撐層為異形噴熔纖維材料，厚度為12-18mm，面密度為25-40 g/m2。且所述異形熔噴纖維為三角形、三葉形、工字形或者啞鈴形。

再進一步地，所述過濾層包括至少一種含有無機礦物材料粉體的混合纖維。其中，所述無機礦物材料粉體包括電氣石粉、沸石粉、凹凸棒石粉、有機改性膨潤土粉、二氧化鈦粉、鑭系稀土複合鹽類。上述無機礦物粉體材料為綠色無害的有機類材料，應用於過濾材料中不僅無毒無害，而且上述材料本身能夠釋放出負離子，有助於清新空氣殺滅空氣中的細菌。

還提供一種製備本發明中所述高效空氣淨化濾料的方法，包括如下步驟：

步驟一，製備支撐層：將纖維原料母粒在180-200℃條件下熔融後直接噴熔製成噴熔纖維，所述纖維原料包括PE、PP、PAN、PVC、Nylon6、PET、PBS、纖維素中的一種或多種；

步驟二，製備包含無機礦物粉體材料的纖維原料母粒：將粒徑範圍為0.1-5μm的無機礦物粉體添加至高分子原料中，添加量為高分子原料質量的3-12wt%，然後製成原料母粒；所述無機礦物材料粉體包括電氣石粉、沸石粉、凹凸棒石粉、有機改性膨潤土粉、二氧化鈦粉、鑭系稀土複合鹽類，所述高分子原料包括PE、PP、PAN、PVC、Nylon6、PET、PBS、纖維素中的一種或多種；

步驟三，製備過濾層：將步驟二中製備得到的纖維原料母粒至少作為混合纖維原料的一種，與其他纖維原料母粒一起在180-200℃條件下熔融後交替噴熔製成混合纖維過濾材料作為過濾層；

步驟四，將步驟一和步驟三中的支撐層和過濾層複合製成完整的空氣淨化濾料。

進一步地，步驟二的無機礦物材料粉體中添加質量百分數為1-5wt%的香味添加劑。所述香味添加劑為薄荷醇、異薄荷醇、斯巴醇、乙酸薰衣草酯、香芹酮、丁香酚、龍葵醇、橙花油、紅沒藥醇、樟木脂素中的一種或多種。

進一步地，無機礦物材料粉體中添加香味添加劑的方法為：將香味添加劑加入無機礦物粉體中，封閉環境中，在800-2500r/min條件下分散30-90min。

一種本發明中所述高效空氣淨化濾料的方法：所述濾料應用於空調過濾器中。

本發明具有如下有益效果：

1、本發明中提供的空氣淨化濾料容塵量大、濾面阻力小、過濾效率高，尤其是過濾材料的阻力壓降小，應用該空氣淨化濾料製成的空氣過濾器效率高、使用壽命長，而且本發明中的空氣淨化濾料綠色環保、便宜易得，經濟性好。

2、本發明中空氣淨化濾料中包括至少一種含有無機礦物材料粉體的混合纖維，混合纖維中的無機礦物粉體材料可釋放出負離子，使應用該濾料的過濾器形成有效的新風系統，高效淨化空氣。

3、本發明中空氣淨化濾料中還包括有香味添加劑，香味添加劑不僅使應用該過濾材料的空氣過濾器過濾後的空氣具有自然清新的氣息，同時還能有效殺滅空氣中的細菌。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進行詳細的說明。

本實施例中提供的高效空氣淨化濾料，包括由熔噴纖維製成的支撐層和過濾層，過濾層包括至少兩種介電常數不同的組分交替噴熔而成的混合纖維過濾材料；支撐層厚度為5-20mm，面密度為20-60 g/m2；過濾層厚度為10-50mm，面密度為50-180 g/m2。在過濾層中使用至少兩種不同介電常數的組分噴熔而成的混合纖維過濾材料是發明人根據對過濾機理的研究提出的新的技術方案。纖維濾材在過濾階段其過濾機理主要包括：攔截效應、擴散效應、慣性沉積、靜電效應和重力作用。本發明的發明人在實踐中發現，使用兩種介電常數不同的組分交替噴熔製成的混合纖維過濾材料對擴散效應、慣性沉積以及靜電效應的影響最大，尤其是靜電效應，上述混合纖維過濾材料能夠與過濾顆粒間產生強大的靜電相互作用，使過濾顆粒改變隨氣流的運動軌跡並與過濾纖維材料發生碰撞。此外，上述纖維過濾材料因摩擦產生的電荷也能夠相對較為長時間保留，對及其細小的固體顆粒具備非常好且時間較長的吸附作用。

進一步地，實施例中的高效空氣淨化濾料優選支撐層厚度為8-16mm，面密度為20-45 g/m2；過濾層厚度為18-48mm，面密度為60-170g/m2。再進一步地，對於空氣內固體顆粒粒徑小、固體顆粒含量較小的情況，優選過濾層厚度為35-45mm，面密度為80-140g/m2。支撐層與過濾層的厚度及面密度可根據過濾環境的不同進行進一步的優選。

進一步地，為提升支撐層的透氣性同時保證過濾效率，選擇支撐層為異形噴熔纖維，厚度為12-18mm，面密度為25-40 g/m2。優選異形熔噴纖維為三角形、三葉形、工字形或者啞鈴形。

為進一步使過濾層具備新風、殺菌的效果，本實施例中的過濾層包括至少一種含有無機礦物材料粉體的混合纖維。進一步地，所述無機礦物材料粉體包括電氣石粉、沸石粉、凹凸棒石粉、有機改性膨潤土粉、二氧化鈦粉、鑭系稀土複合鹽類。

以下，通過具體製備不同的高效空氣淨化濾料對本發明進行進一步的說明。

實施例1

空氣淨化濾料的製備工藝過程：

步驟一，製備支撐層：將PE和PBS母粒在185-190℃條件下熔融後直接噴熔製成噴熔纖維，選擇纖維形狀為三角形；

步驟二，製備包含無機礦物粉體材料的纖維原料母粒：將粒徑範圍為0.1μm的電氣石粉添加至PE、PP和PBS原料中，添加量分別為原料質量的3wt%、5wt%、3.2wt%，然後製成原料母粒；

步驟三，製備過濾層：將步驟二中製備得到的三種含有礦物粉體材料的纖維原料母粒作為混合纖維原料， 200℃條件下熔融後交替噴熔製成混合纖維過濾材料作為過濾層；

步驟四，將步驟一和步驟三中的支撐層和過濾層複合製成完整的空氣淨化濾料。該步驟與現有技術中製備多層結構的過濾材料相同，在此不多加贅述。

本實施例中支撐層厚度為5mm，面密度為20g/m2；過濾層厚度為10mm，面密度為80g/m2。

實施例2

本實施例中製備方法與實施例1相同，不同之處在於步驟二中的電氣石粉中添加有2 wt%的香味添加劑，所述香味添加劑為薄荷醇、乙酸薰衣草酯、龍葵醇、橙花油按照質量份數1:1:0.2:0.2混合均勻製成。電氣石粉中添加上述香味添加劑的方法為：將香味添加劑加入無機礦物粉體中，封閉環境中，在1200r/min條件下分散45min。

本實施例中支撐層及過濾層厚度及面密度與實施例1相同。

實施例3

空氣淨化濾料的製備工藝過程：

步驟一，製備支撐層：將PP、PBS、PET母粒在190-200℃條件下熔融後直接噴熔製成噴熔纖維，選擇纖維形狀為啞鈴形；

步驟二，製備包含無機礦物粉體材料的纖維原料母粒：將粒徑範圍為1μm的沸石粉添加至Nylon6和PBS原料中，添加量分別為原料質量的8wt%、4wt%，然後製成原料母粒；

步驟三，製備過濾層：將步驟二中製備得到的兩種含有礦物粉體材料的纖維原料母粒以及純PP母粒作為混合纖維原料， 185-190℃條件下熔融後交替噴熔製成混合纖維過濾材料作為過濾層；

步驟四，將步驟一和步驟三中的支撐層和過濾層複合製成完整的空氣淨化濾料。

本實施例中支撐層厚度為12mm，面密度為25g/m2；過濾層厚度為35mm，面密度為80g/m2。

實施例4

本實施例中製備方法與實施例3相同，不同之處在於步驟二中的沸石粉中添加有3 wt%的香味添加劑，所述香味添加劑為異薄荷醇、斯巴醇、龍葵醇、香芹酮、紅沒藥醇照質量份數1:1:3:2:0.5混合均勻製成。沸石粉中添加上述香味添加劑的方法為：將香味添加劑加入無機礦物粉體中，封閉環境中，在1800r/min條件下分散30min。

本實施例中支撐層及過濾層厚度及面密度與實施例3相同。

實施例5

空氣淨化濾料的製備工藝過程：

步驟一，製備支撐層：將乙酸纖維素、PAN、PVC母粒在195-200℃條件下熔融後直接噴熔製成噴熔纖維，選擇纖維形狀為三葉形；

步驟二，製備包含無機礦物粉體材料的纖維原料母粒：將粒徑範圍為1.5μm、質量比為1:0.75的有機改性膨潤土粉和二氧化鈦粉添加至PE、PP和PBS原料中，添加量分別為原料質量的12wt%、3wt%、2wt%，然後製成原料母粒；

步驟三，製備過濾層：將步驟二中製備得到的三種含有礦物粉體材料的纖維原料母粒以及純Nylon6母粒作為混合纖維原料， 190-195℃條件下熔融後交替噴熔製成混合纖維過濾材料作為過濾層；

步驟四，將步驟一和步驟三中的支撐層和過濾層複合製成完整的空氣淨化濾料。

本實施例中支撐層厚度為18mm，面密度為35g/m2；過濾層厚度為50mm，面密度為140g/m2。

實施例6

本實施例中製備方法與實施例5相同，不同之處在於步驟二中的沸石粉中添加有2wt%的香味添加劑，所述香味添加劑為異薄荷醇、丁香酚、龍葵醇、樟木脂素、紅沒藥醇照質量份數1:1:1:2:0.35混合均勻製成。沸石粉中添加上述香味添加劑的方法為：將香味添加劑加入無機礦物粉體中，封閉環境中，在2000r/min條件下分散30min。

本實施例中支撐層及過濾層厚度及面密度與實施例5相同。

實施例7

空氣淨化濾料的製備工藝過程：

步驟一，製備支撐層：將PE和PP母粒在180-190℃條件下熔融後直接噴熔製成噴熔纖維，選擇纖維形狀為工字形；

步驟二，製備包含無機礦物粉體材料的纖維原料母粒：將粒徑範圍為3μm、質量比為2:1的凹凸棒石粉和二氧化鈦粉添加至PE和PBS原料中，添加量分別為原料質量的2wt%和3wt%，然後製成原料母粒；

步驟三，製備過濾層：將步驟二中製備得到的二種含有礦物粉體材料的纖維原料母粒以及純Nylon6母粒作為混合纖維原料， 190-195℃條件下熔融後交替噴熔製成混合纖維過濾材料作為過濾層；

步驟四，將步驟一和步驟三中的支撐層和過濾層複合製成完整的空氣淨化濾料。

本實施例中支撐層厚度為20mm，面密度為40g/m2；過濾層厚度為45mm，面密度為180g/m2。

實施例8

本實施例中製備方法與實施例5相同，不同之處在於步驟二中的沸石粉中添加有5wt%的香味添加劑，所述香味添加劑為薄荷醇、斯巴醇、丁香酚、龍葵醇、樟木脂素、紅沒藥醇照質量份數1:1:1:1:2:0.35混合均勻製成。沸石粉中添加上述香味添加劑的方法為：將香味添加劑加入無機礦物粉體中，封閉環境中，在2500r/min條件下分散50min。

本實施例中支撐層及過濾層厚度及面密度與實施例7相同。

將上述實施例1-8中製備得到的濾料製成過濾器。採用上述過濾器對粒徑範圍在0.5-2μm之間的NACl（空氣）氣溶膠顆粒進行模擬過濾測試，測試氣流速度為32L/min，記錄其過濾效率及阻力壓降。同時採用市售纖維過濾器作為對比例進行對比測試。測試結果如下：

根據上述測試結果可以看出，本實施例中提供的濾料具有非常好的過濾性能，能夠有效過濾空氣中的塵埃，尤其適用於對粉塵、煙霧、PM2.5顆粒的濾除。尤其是經過實施例2、4、6、8處理後的空氣，不僅更為潔淨，而且還具有自然的清新氣味。同時，實施例2、4、6、8中的過濾材料對大腸桿菌、流感嗜血桿菌、釀膿鏈球菌等常見細菌有較好的殺滅性能，能夠減少上述細菌達95%以上。由上述實驗結果可以看出，本發明中的纖維濾料非常適用於在在空調過濾器中進行使用，為日常生活提供潔淨清新的綠色空氣。

最後需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明實施例的技術方案而非對其進行限制，儘管參照較佳實施例對本發明實施例進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明實施例的技術方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改後的技術方案脫離本發明實施例技術方案的範圍。