一種聚乳酸長絲無紡布過濾材料及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種聚乳酸長絲無紡布過濾材料及其應用。現有空氣過濾材料大多采用不可再生的材料，給后續廢物處理帶來困難。本發明的過濾材料由100%聚乳酸長絲纖網構成，其制備方法如下：首先，將經過預結晶的聚乳酸切片充分干燥；然后，通過兩組以上的紡絲機組的熔融擠壓、冷卻、牽伸和分絲而分別成網并疊加成復合纖網；最后，復合纖網經過熱軋機軋壓為一體。本發明提供的過濾材料能夠形成表面過濾的效果，具有過濾效率高、容塵量大、阻力低、透氣性好、清灰頻率低、抑菌、除臭的特點，且丟棄后可完全降解。
【專利說明】一種聚乳酸長絲無紡布過濾材料及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及無紡布過濾材料領域，具體地說是一種由100%聚乳酸長絲纖維制成的聚乳酸長絲無紡布過濾材料及其應用。
【背景技術】
[0002]隨世界工業化進程的加快，隨之而來的是嚴重的環境污染問題，工農業生產、交通運輸等所排放的粉塵對大氣污染尤為突出，因而對空氣過濾材料的需求不斷增加。據世界無紡布工業協會INDA統計表明，2007年全球工業過濾用材耗量為108.735萬噸，產值6.43億美元，到2012年增加率將達到14%，為7.54億美元，主要產品是工業清灰用布袋除塵器、筒式過濾器、空氣過濾器、高效過濾器(HEPA/ULPA)、一次性面罩和汽車空調過濾器，其中交通、供暖、通風及空氣調節(HVAC)占據了過濾市場80%的份額，無疑空氣過濾器是增長最快的市場。
[0003]現有空氣過濾材料主要有兩類，一類是由木漿纖維制成的濾紙，是目前市場上用量最大，應用領域最為廣泛的產品，然而采用濾紙作為過濾器的濾芯存在以下問題:其一是濾紙由于使用木漿為原料，必然消耗大量森林資源，屬于資源消耗型產品；其二是濾紙生產流程長，在抄紙過程中由于使用大量膠黏劑和化學助劑，所產生的造紙廢水對環境污染較大；其三是由濾紙制成的濾芯在雨天或濕度較大的天氣中使用時，纖維素纖維受潮后極易吸水，導致纖維發生膨脹，使紙質濾芯的壓差迅速提高，最終影響濾芯的過濾和使用性能；其四是隨使用時間的增加，紙質濾芯特別容易老化和變脆，使濾芯的使用壽命大大降低。
[0004]另一類是合成纖維滌綸制成的無紡布作為空氣過濾材料，滌綸纖維無紡布是依靠石油基為原料，存在對石油依存度大和不可降解的問題，由于空氣過濾器屬于一次性使用產品，在使用丟棄后無法降解，且其體積比較大，填埋或焚燒都不能徹底解決廢棄的過濾器，給后續廢物處理帶來困難，隨工業化能源消耗量日益增加，汽車保有數量的增多，年均消耗的過濾材料已超過百萬噸，這些一次性消耗品廢棄后給我們的生活環境帶來了巨大負擔，因而開發一種完全降解的健康環保型過濾材料非常必要。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種健康環保型無紡布過濾材料，其由聚乳酸長絲纖網構成，兩種不同纖維細度的纖網形成了不同的密度梯度結構，形成有效過濾粉塵顆粒的曲徑系統；同時聚乳酸纖維獨有的天然抑菌性和可完全生物降解功能，賦予本發明過濾材料健康環保的特征。
[0006]為此，本發明采用的技術方案如下:一種聚乳酸長絲無紡布過濾材料，由100%聚乳酸長絲纖網構成，其制備方法如下:首先，將經過預結晶的聚乳酸切片充分干燥；然后，通過兩組以上的紡絲機組的熔融擠壓、冷卻、牽伸和分絲而分別成網并疊加成復合纖網，其中上層纖網中聚乳酸長絲的線密度在0.5dtex-l.5dtex之間，上層纖網的平均孔徑在20-40 μ m之間，作為無紡布過濾材料的迎風面；下層纖網中聚乳酸長絲的線密度在3dtex-8dtex之間，下層纖網的平均孔徑在60-90 μ m之間，作為無紡布過濾材料的背風面；最后，復合纖網經過熱軋機軋壓為一體。
[0007]本發明采用兩種不同纖維細度的纖網形成了不同的密度梯度結構，形成有效過濾粉塵顆粒的曲徑系統，透氣性好、阻力低、精度高、過濾面積大、容塵量大、耐破強度高、適應風速范圍廣、清灰頻率小、清灰方便。
[0008]作為優選，所述的紡絲機組為兩組，所述的復合纖網由經第二紡絲機組形成的上層纖網和經第一紡絲機組形成的下層纖網組成；第二紡絲機組中的氣流牽伸速度為6000-9000m/min,進行正壓牽伸，牽伸風壓力在0.4-0.7MPa之間，從而使形成的下層纖網中纖維線密度范圍在0.5dtex-l.5dtex之間；第一紡絲機組中的氣流牽伸速度為2500-4000m/min,進行負壓牽伸，牽伸風壓力在0.3-0.5MPa之間，從而使形成的上層纖網中纖維線密度在3dtex_8dtex之間。
[0009]作為優選，在熱軋復合時，所述上層纖網的表面形成無任何軋點形狀的光面，下層纖網的表面形成棱柱狀結構。
[0010]作為優選，所述的上層纖網占復合纖網重量比的50-70%，下層纖網占復合纖網重量比的30-50%。
[0011]作為優選，熱軋復合時的溫度控制在120-150°c之間。
[0012]作為優選，所述上層纖網或/和下層纖網中聚乳酸長絲的截面呈三角形、五葉形或菱形等非常規形。當然，上層纖網和下層纖網中聚乳酸長絲的截面也可以為其他非常規形或常規的圓形。
[0013]作為優選，所述的聚乳酸切片為乳酸單體均聚物、聚乳酸的共聚物或聚乳酸的共混物；所述聚乳酸的共聚物為聚乳酸-聚乙醇酸共聚物、聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物、聚乳酸-聚乙烯醇嵌段共聚物、聚乳酸-聚硅氧烷嵌段共聚物、聚乳酸-聚三甲基碳酸酯共聚物中的一種或兩種，所述聚乳酸的共混物為聚乳酸-聚琥珀酸丁二醇酯共混物、聚乳酸-聚己內酯共混物、聚乳酸-聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯共混物、聚乳酸-聚羥基脂肪酸酯共混物、聚乳酸-聚甲基乙撐碳酸酯共混物中的一種或兩種。
[0014]聚乳酸是一種環保型的生物質材料，是以玉米淀粉為原料，經過發酵、縮合和聚合等一系列反應制成，聚乳酸制品的廢棄物在土壤或海水中經微生物作用可降解為二氧化碳和水，經植物光合作用，再次生成淀粉，達到完全循環再利用的目的，是一種可完全生物降解的材料。由于聚合單體為乳酸，因而纖維表面呈弱酸性，表現出良好的抑菌性和除臭味功能。與滌綸纖維相比，聚乳酸纖維具有更好的蓬松性和彈性回復率，強伸性能與滌綸纖維接近。因此，100%聚乳酸長絲無紡布用作過濾材料時表現出良好的抑菌性，由于不易滋生細菌更易獲得潔凈的空氣，因而增加過濾材料的使用壽命。
[0015]作為優選，干燥后聚乳酸切片含水率控制在0.2-0.4%之間，紡絲頭溫度控制在210-240°C之間。
[0016]作為優選，所述復合纖網的克重范圍為100-300克/平米，厚度在0.4-1.5mm之間。
[0017]本發明的另一目的是提供上述聚乳酸長絲無紡布過濾材料的應用，即將聚乳酸長絲無紡布過濾材料經過壓印、折疊、膠合熱定型后制成筒形或平板式空氣過濾器濾芯。
[0018]本發明具有以下有益效果:[0019]1.本發明聚乳酸纖維回潮率僅為0.2-0.4%，吸濕性較差，使其更適合于陰雨和潮濕氣候，不會因為水汽的作用下過濾器產生變形和糊袋。
[0020]2.將本發明聚乳酸長絲纖維無紡布過濾材料制成空氣過濾器濾芯后，由于位于無紡布表層(迎風面)纖維的線密度較低，背風面聚乳酸長絲纖維線密度較大，從而構成了良好的密度梯度結構，形成了非常好的纖維曲徑式系統，選擇性地對不同大小的塵粒進行過濾；再加上采用了非常規形截面的纖維，因而對粉塵顆粒容易吸附，容塵量高；將聚乳酸長絲纖維無紡布迎風面壓制成光面，較細均勻分布的纖維及較小的平均孔徑和表面的光滑結構形成表面過濾，可捕集粒徑大于0.5微米的細小粉塵，除塵效率達到99%以上，再經反吹清灰時排除掉，操作非常方便，有效降低清灰次數，減少能耗。
[0021]3.聚乳酸纖維在超過100°C溫度作用下大分子排列結構將發生變化，導致纖維會變得非常硬挺，再加上背風面聚乳酸長絲纖維線密度較大，在經熱壓成形后具有較大的挺度和強度，可以直接進行折疊加工制成濾芯，免除濾紙所必須經過的上膠工序以及普通濾料袋必須的支撐材料，不但環保，透氣量大，且過濾面積顯著增加、更換安裝的時間短；此外，聚乳酸纖維天然的抑菌性和除味功能，更增加了使用本發明濾芯的健康安全性，極大延長濾芯使用壽命，并最終降低總體生產和使用成本。
[0022]因而采用本發明制備的過濾材料及過濾器可廣泛用于煙草、制藥、面粉、食品、奶業，供暖、通風和空調系統的凈化以及汽車和火車等交通運輸行業的空氣過濾。
【具體實施方式】
[0023]以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0024]聚乳酸切片可在 市場上購買，廠家如馬鞍山同杰良生物材料有限公司。
[0025]本發明的工藝流程如下:
[0026]聚乳酸預結晶切片一烘燥除水一熔融擠壓一紡絲一冷卻牽伸一分絲一鋪網一熱壓成形一卷繞
[0027]退卷一分切一壓印一折疊一膠合成型一全部件組合一檢測一聚乳酸長絲無紡布過濾器成品。
[0028]實施例1
[0029]將經過預結晶的聚乳酸切片充分干燥后，通過第一紡絲機組的熔融擠壓、紡絲、冷卻牽伸、分絲鋪網，與此同時將經過預結晶并充分干燥的聚乳酸切片，通過第二紡絲機組的熔融擠壓、紡絲、冷卻牽伸、分絲并鋪放在第一紡絲機組所形成的纖網上，上、下兩層纖網疊加形成復合纖網，然后經熱壓成形并卷繞成聚乳酸長絲無紡布卷。
[0030]所用聚乳酸切片為聚乳酸-聚琥珀酸丁二醇酯共混物，紡絲過程中，第一紡絲機組紡絲溫度為210-215 °C，負壓牽伸，牽伸風壓力為0.45-0.5MPa，氣流牽伸速度為3800-4000m/min，纖網中聚乳酸長絲纖維線密度為3_4.5dtex，長絲纖維截面為三角形?’第二紡絲機組紡絲溫度為235-240°C，正壓牽伸，牽伸風壓力為0.65-7MPa，氣流牽伸速度為8000-9000m/min,纖網中聚乳酸長絲纖維線密度范圍為0.5-0.6dtex,長絲纖維截面為圓形；上層纖網在熱軋復合時形成表面無任何軋點形狀的光面，下層纖網形成表面呈棱柱狀，熱軋復合溫度為120-130°C。所制成的聚乳酸長絲纖維無紡布的克重為100-150克/平米，厚度為 0.4-0.722mm。[0031]將聚乳酸長絲纖維無紡布分切、折疊、膠合熱定型、組裝，經檢漏后制成聚乳酸長絲無紡布過濾器成品。
[0032]實施例2
[0033]將經過預結晶的聚乳酸切片充分干燥后，通過第一紡絲機組的熔融擠壓、紡絲、冷卻牽伸、分絲鋪網，與此同時將經過預結晶并充分干燥的聚乳酸切片，通過第二紡絲機組的熔融擠壓、紡絲、冷卻牽伸、分絲并鋪放在第一紡絲機組所形成的纖網上，上、下兩層纖網疊加形成復合纖網，然后經熱壓成形并卷繞成聚乳酸長絲無紡布卷。
[0034]所用聚乳酸切片為聚乳酸-聚丙二醇嵌段共聚物，紡絲過程中，第一紡絲機組紡絲溫度為215-220 °C，負壓牽伸，牽伸風壓力為0.35-0.45MPa，氣流牽伸速度為3500-3800m/min，纖網中聚乳酸長絲纖維線密度為5_6.5dtex，長絲纖維截面為五葉形?’第二紡絲機組紡絲溫度225-235°C，正壓牽伸，牽伸風壓力為0.5-0.6MPa，氣流牽伸速度為7000-8000m/min,纖網中聚乳酸長絲纖維線密度范圍為0.7-0.9dtex,長絲纖維截面為圓形；上層纖網在熱軋復合時形成表面無任何軋點形狀的光面，下層纖網形成表面呈棱柱狀，熱軋復合溫度為130-140°C。所制成的聚乳酸長絲纖維無紡布的克重為180-220克/平米，厚度為 0.75-0.852mm。
[0035]將聚乳酸長絲纖維無紡布分切、折疊、膠合熱定型、組裝，經檢漏后制成聚乳酸長絲無紡布過濾器成品。
[0036]實施例3
[0037]將經過預結晶的聚乳酸切片充分干燥后，通過第一紡絲機組的熔融擠壓、紡絲、冷卻牽伸、分絲鋪網，與此同時將經過預結晶并充分干燥的聚乳酸切片，通過第二紡絲機組的熔融擠壓、紡絲、冷卻牽伸、分絲并鋪放在第一紡絲機組所形成的纖網上，上、下兩層纖網疊加形成復合纖網，然后經熱壓成形并卷繞成聚乳酸長絲無紡布卷。
[0038]所用聚乳酸切片為乳酸單體均聚物，紡絲過程中，第一紡絲機組紡絲溫度為220-230°C，負壓牽伸，牽伸風壓力為0.5-0.7MPa，氣流牽伸速度為2500-3000m/min，纖網中聚乳酸長絲纖維線密度為7-8dtex，長絲纖維截面為三角形；第二紡絲機組紡絲溫度為220-225°C，正壓牽伸，牽伸風壓力為0.4-0.5MPa，氣流牽伸速度為6100-7000m/min，纖網中聚乳酸長絲纖維線密度范圍為1-1.5dtex，長絲纖維截面為圓形；上層纖網在熱軋復合時形成表面為光面的形狀，下層纖網形成表面呈棱柱狀。所制成的聚乳酸長絲纖維無紡布的克重為250-300克/平米，厚度為1.123-1.5mm。
[0039]將聚乳酸長絲纖維無紡布分切、折疊、膠合熱定型、組裝，經檢漏后制成聚乳酸長絲無紡布過濾器成品。
[0040]效果測試
[0041]1.測試結果的對比
[0042]將上述實施例中所制成的聚乳酸長絲無紡布過濾材料以及空氣過濾器的性能進行了測試(分別見表1和表2)，并將測試結果與現有產品進行了對比，結果如下:
[0043]表1:堆肥降解率、透 氣度、孔徑、耐破度、挺度、抑菌性的比較
[0044]
【權利要求】
1.一種聚乳酸長絲無紡布過濾材料，由100%聚乳酸長絲纖網構成，其制備方法如下:首先，將經過預結晶的聚乳酸切片充分干燥；然后，通過兩組以上的紡絲機組的熔融擠壓、冷卻、牽伸和分絲而分別成網并疊加成復合纖網，其中上層纖網中聚乳酸長絲的線密度在0.5dtex-l.5dtex之間，上層纖網的平均孔徑在20_40μπι之間；下層纖網中聚乳酸長絲的線密度在3dtex-8dtex之間，下層纖網的平均孔徑在60-90 μ m之間；最后，復合纖網經過熱軋機軋壓為一體。
2.如權利要求1所述的聚乳酸長絲無紡布過濾材料，其特征在于，所述的紡絲機組為兩組，所述的復合纖網由經第二紡絲機組形成的上層纖網和經第一紡絲機組形成的下層纖網組成；第二紡絲機組中的氣流牽伸速度為6000-9000m/min，進行正壓牽伸，牽伸風壓力在0.4-0.7MPa之間；第一紡絲機組中的氣流牽伸速度為2500-4000m/min，進行負壓牽伸，牽伸風壓力在0.3-0.5MPa之間。
3.如權利要求1或2所述的聚乳酸長絲無紡布過濾材料，其特征在于，在熱軋復合時，所述上層纖網的表面形成無任何軋點形狀的光面，下層纖網的表面形成棱柱狀結構。
4.如權利要求3所述的聚乳酸長絲無紡布過濾材料，其特征在于，所述的上層纖網占復合纖網重量比的50-70%，下層纖網占復合纖網重量比的30-50%。
5.如權利要求3所述的聚乳酸長絲無紡布過濾材料，其特征在于，熱軋復合時的溫度控制在120-150°C之間。
6.如權利要求3所述的聚乳酸長絲無紡布過濾材料，其特征在于，所述上層纖網或/和下層纖網中聚乳酸長絲的截面呈三角形、五葉形或菱形。
7.如權利要求1或2所述的聚乳酸長絲無紡布過濾材料，其特征在于，所述的聚乳酸切片為乳酸單體均聚物、聚乳酸的共聚物或聚乳酸的共混物；所述聚乳酸的共聚物為聚乳酸-聚乙醇酸共聚物、聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物、聚乳酸-聚乙烯醇嵌段共聚物、聚乳酸-聚硅氧烷嵌段共聚物、聚乳酸-聚三甲基碳酸酯共聚物中的一種或兩種，所述聚乳酸的共混物為聚乳酸-聚琥珀酸丁二醇酯共混物、聚乳酸-聚己內酯共混物、聚乳酸-聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯共混物、聚乳酸-聚羥基脂肪酸酯共混物、聚乳酸-聚甲基乙撐碳酸酯共混物中的一種或兩種。
8.如權利要求1或2所述的聚乳酸長絲無紡布過濾材料，其特征在于，干燥后聚乳酸切片含水率控制在0.2-0.4%之間，紡絲頭溫度控制在210-240°C之間。
9.如權利要求1或2所述的聚乳酸長絲無紡布過濾材料，其特征在于，所述復合纖網的克重范圍為100-300克/平米，厚度在0.4-1.5mm之間。
10.權利要求1-9任一項所述聚乳酸長絲無紡布過濾材料的應用，其特征在于，將聚乳酸長絲無紡布過濾材料經過壓印、折疊、膠合熱定型后制成筒形或平板式空氣過濾器濾芯。
【文檔編號】B01D46/24GK103520998SQ201310507627
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】錢程 申請人:嘉興學院