[发明专利]聚丙烯与经表面处理的可降解纤维混纺制备的空净滤材

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与环保领域，具体涉及一种采用聚丙烯纤维与经表面处理的可降解纤维混纺制备的用于空气过滤净化的滤材。

背景技术

近年来随着人们环保和健康意识的增强，对于空气中可吸入颗粒物污染的防护，即防雾霾产品的需求日益旺盛。其中，以带有高静电高吸附性能的纤维为原料制作而成的滤布、滤网等，是目前空气净化的主流技术方案之一，几乎所有可行的采用无纺滤布的发明方案，如中国专利CN204261474U等，都采用了静电吸附原理，这其中聚丙烯（PP）纤维，因其成本低，易加工，静电性能优异的特性，成为静电纤维吸附方案中采用的主流材料。

我们知道，对于可吸入物颗粒物的净化过滤的性能评价，一方面要求吸附能力强，即静电抓附颗粒的效率高，这方面聚丙烯纤维表现优异；而另一方面同时也希望在效率高的前提下，过滤器件拥有较大的吸附容量和使用寿命，而吸附容量主要取决于材料的比表面积，比表面积越大，可以吸附容纳的颗粒物就越多，但对于纤维及后续制成的滤布而言，其微观结构是光滑的细丝状，比表面积没有太多提升空间，只能通过宏观上加大加厚滤布来解决容量和寿命问题，而加大加厚滤布一方面会增大风阻，引起其他的效率损失，另一方面在一些应用场合，例如随身佩戴的口罩上，是很难采用这种方案的。

而从化学结构上可生物降解的纤维，是能够在相应的降解环境下，通过刻蚀等表面处理工艺，使得纤维表面密布精细的表面结构，从而拥有更大的比表面积，例如中国专利CN104667885A 所公开的采用聚乳酸纤维制备空气净化滤布的方案，就利用了聚乳酸的可降解性，经过表面处理得到高比表面积的结构，从而增大了吸附空间和容量，除了中国专利CN104667885A之外，尽管目前可以查到其它少数将可降解纤维用作空气净化的报道，但均没有提及利用可降解性质，再附加表面处理工艺，以提高比表面积，进而增大吸附容量的报道。

但是一般而言，可降解的纤维，如聚酯类纤维，其静电性能要逊于聚丙烯纤维，所以尽管在经过化学刻蚀等表面处理工艺之后，可以拥有较高的比表面积，在吸附能力上却有所欠缺。

发明内容

为解决上述问题，改进和提升传统聚丙烯纤维过滤的吸附容量，本发明提出了一种将高静电聚丙烯纤维，与经过表面处理的，具有高比表面积的可降解纤维混纺制备空气净化滤材的方案。

本发明公布的混纺滤材，是采用两种或两种以上不同种类的纤维作为构成织物的原料，经混纺后按常规无纺布工艺制成，其中一种为聚丙烯纤维，质量含量不低于20%。其余一种或多种为常见的生物可降解纤维，包括但不限于聚乳酸、壳聚糖、聚碳酸酯、聚羟基乙酸酯，聚丙烯腈，聚丁二酸酯纤维等。

以上可降解纤维在混纺之前，应当在其适宜的化学或生物降解环境中做轻度降解刻蚀处理，降解程度限制为纤维表面出现明显的空洞、缝隙等高比表面积结构，同时纤维直径减少低于30%，以保证纤维强度。

以经过表面化学刻蚀的聚乳酸纤维，与认证符合KN95及KN99标准的聚丙烯商品纤维的混纺滤布为例，我们经过大量混纺滤布的实验，得出了以下数据：

注1：表中KN95和KN99是指经过GB2626-2006标准规定的防尘测试，可以达到微小颗粒物95%和99%滤出的指标。

注2：滤布的寿命测试没有统一国家标准，本实验中采用的方法及标准为，将10乘10厘米滤布放置于重雾霾环境中（pm2.5指数=500），采用风机抽滤，重复不间断过滤，直到滤布过滤效率低于80%时所用的时间。

由表中可以看到，质量可靠的纯的聚丙烯商品无纺布，显然是符合KN95和KN99过滤指标的，但是寿命显著较短，随着聚乳酸纤维含量的增高，滤布使用寿命有了显著提高，但过滤效果也下降明显，当聚丙烯纤维低于80时，便不再拥有KN99级别的过滤性能，而当低于20%时，也不能够达到KN95级别的防护。因此根据产品使用的需要，混纺比例可以在20~100%之间调整，以达到预期的过滤性能和使用寿命的平衡。

附图说明

图1为本发明的原理示意图，其中A为传统聚丙烯纤维，B为经过降解刻蚀的可降解纤维，C为混纺纤维，D为空气污染颗粒物，图中可见A具有较强静电能力，但表面光滑，吸附面积有限，B具有较高的比表面积，能够容纳更多的颗粒物，但是静电性能较弱，颗粒抓取能力差，C则综合了两者的优点，既有较强的静电抓取能力，又有更大的比表面积作为吸附容量。