一种复合结构过滤毡及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于过滤材料技术领域，公开了一种复合结构过滤毡及其制备方法和应用。所述复合结构过滤毡由过滤功能层和包覆在过滤功能层上、下表面的保护层构成，其中过滤功能层由具有三维卷曲结构纤维的再生纤维层和静电纺丝纳米纤维层复合而成。本发明专利技术的复合结构过滤毡采用具有三维卷曲结构纤维的可再生微米级纤维提供蓬松的滤材骨架结构，同时利用依附于该微米纤维的二级静电纺丝纳米纤维提供更高纤维比表面积，所得过滤材料具有过滤效率高、阻力低、绿色环保的优点。

Composite structure filter felt, preparation method and application thereof

The invention belongs to the technical field of filter materials, and discloses a composite structure filter felt, a preparation method and an application thereof. The composite filter felt by filtration function layer and coating composition in the filter layer on the lower surface of the protective layer, the filtering layer is composed of three-dimensional crimp fiber structure with recycled fiber layer and electrospun fiber layer composites. The composite structure of the invention adopts the filter felt with three-dimensional crimp fiber structure renewable micron fiber skeleton structure provides filter fluffy, while using the attached to the two level electrospinningnanofibers the micron fiber with higher fiber surface area, the filter material has the advantages of high efficiency, low resistance, green environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
一种复合结构过滤毡及其制备方法和应用
本专利技术属于过滤材料
，具体涉及一种复合结构过滤毡及其制备方法和应用。
技术介绍
空气是人类赖以生存的必要条件，由于生产和人类各种活动的影响，特别是工业废气的大量任意排放，空气中含有过量的粉尘及有害气体而遭到不同程度的污染。这几年来，PM2.5引起了社会的广泛关注，粉尘对呼吸道和眼睛等器官会造成很大危害。根据“绿色GDP核算报告”表明，仅北京一个城市，每年因环境污染造成的损失就高达116亿多元，其中大气污染对北京市造成的经济损失最严重，高达95.2亿元，占总污染造成损失的81.75％，由此可看出，环境污染对经济和社会的影响非常大，特别是大气污染更应值得关注。目前市场上的纤维空气过滤材料主要有玻璃纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、活性炭纤维等，但滤料大部分是直通结构，仅对0.3μm以上的颗粒有较高的过滤效率，对亚微米颗粒以及较小粒子难以实现有效过滤。对于传统空气过滤材料，其使用周期短过滤阻力大，已无法完全满足人们对高效过滤材料的要求。静电纺丝技术是一种简便高效的制造亚微米至纳米纤维的新型加工技术，其制备的纤维膜具有高孔隙率和大比表面积，广泛应用于空气过滤、防护服、传感器、创伤包敷、组织工程支架和膜分离材料领域。静电纺纳米纤维由于独特的优势，对于颗粒过滤的直接拦截效应和惯性冲击效应更为显著，从而提高滤材的过滤效率。研究表明以纤维过滤介质为基底，纤维表面生长碳纳米管形成具有梯度结构的碳纳米空气过滤材料，由于过滤材料中梯度结构的存在使滤材具有过滤效率高，过滤阻力低等特点。以微珠/纳米纤维组合的具有梯度结构的复合空气过滤材料，非织造布做基材和保护层，点状热轧复合得到三明治结构过滤材料对1μm以下颗粒的过滤效率达到99％以上，阻力压降小于120Pa。但现有过滤材料仍存在对空气的过滤效率低、使用周期短和造成二次污染的缺陷。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种复合结构过滤毡。本专利技术的另一目的在于提供上述复合结构过滤毡的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供上述复合结构过滤毡在空气过滤中的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种复合结构过滤毡，由过滤功能层和包覆在过滤功能层上、下表面的保护层构成，其中过滤功能层由具有三维卷曲结构纤维的再生纤维层和静电纺丝纳米纤维层复合而成。所述再生纤维层和纳米纤维层复合的方式为再生纤维层与纳米纤维层层叠复合，或再生纤维单纤维上杂植纳米纤维层复合得到。优选地，所述再生纤维层单层的克重为10～50g/m2；纳米纤维层单层的克重为0.1～3g/m2。优选地，所述过滤功能层的克重为50～400g/m2。优选地，所述具有三维卷曲结构纤维的卷曲结构包括Z型、螺旋形、波浪形等卷曲结构；卷曲数为1～15个/25mm，纤维直径为5～50μm；所述静电纺丝纳米纤维的纤维直径为60～1000nm。优选地，所述保护层的材料为纺粘非织造布、热风非织造布、纺粘/熔喷复合非织造布；材质为普通聚丙烯、茂金属聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃共聚物中的至少一种；保护层的克重为15～40g/m2。优选地，所述再生纤维包括再生纤维素纤维或再生蛋白质纤维；其中再生纤维素纤维包括铜铵纤维、粘胶纤维、皂化醋酯纤维中的至少一种；再生蛋白质纤维包括酪素纤维、大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、花生纤维、角朊纤维、丝素纤维、明胶纤维中的至少一种。优选地，所述静电纺丝纳米纤维层的纤维材料为聚乳酸或其共聚物、聚己内酯或其共聚物、聚羟基脂肪酸酯、聚酯-聚醚共聚物、聚酯-酰胺共聚物、聚乙烯醇或其共聚物、甲壳素、海藻酸盐、明胶、玉米醇溶蛋白中的至少一种。上述复合结构过滤毡的制备方法，包括如下制备步骤：(1)将具有三维卷曲结构的再生纤维经过充分开梳，形成单纤维状态；(2)通过静电纺丝工艺，在再生纤维单纤维上杂植纳米纤维层；或将再生纤维单纤维铺叠成单层克重为10～50g/m2的纤维网层，通过静电纺丝工艺在纤维网层上制备纳米纤维层，将复合有纳米纤维层的再生纤维层通过针刺或者热轧多层复合，得到克重为50～400g/m2的过滤功能层；(3)在过滤功能层上、下表面包覆保护层，得到所述复合结构过滤毡。所述在再生纤维单纤维上杂植纳米纤维层的过程为：将再生纤维单纤维采用外界扰动风分散，向扰动的纤维进行静电纺丝，使得静电纺丝纳米纤维在成型过程中直接被纷飞的再生纤维单纤维截获并粘附到单纤维上。优选地，所述外界扰动风的温度为20～40℃，相对湿度为25％～95％，风速为0.1～20m/min。上述复合结构过滤毡在空气过滤中的应用。特别适用于日常PM2.5空气污染的防护。本专利技术的制备方法及所得到的复合结构过滤毡具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术所涉及的一种基于再生纤维和纳米纤维复合结构过滤毡不仅具有采用可再生微米级纤维利用三维卷曲结构提供蓬松的滤材骨架结构，同时利用依附于该微米纤维的二级微纳米纤维提供更高纤维比表面积，所得过滤材料过滤效率高，阻力低等，且所有材料都具有可再生性，将在一定程度上改善现有基于熔喷及驻极技术过滤材料对空气的过滤性能的电荷持久性依赖性，同时也为经济环境的可持续发展的实施提供了技术支撑。(2)本专利技术以静电纺纳米纤维膜为夹层的复合结构过滤材料，更适合过滤细小微粒，相对于传统的高效过滤材料，相同的过滤效率其材料用量仅为后者的1/15，将纳米纤维和梯度结构结合更有利于增加了滤材的容尘量，延长了其使用寿命。同时，可生物再生纤维以及可再生聚合物的利用可以使过滤材料在废弃后重复利用，达到绿色环保低碳的效果。附图说明图1为本专利技术中复合结构过滤毡的层叠结构示意图；图2为本专利技术实施例1中具有三维卷曲结构纤维的结构示意图，(图中纤维长度为25mm)；图3为本专利技术实施例2中具有三维卷曲结构纤维的结构示意图，(图中纤维长度为25mm)；图4为本专利技术实施例3中具有三维卷曲结构纤维的结构示意图，(图中纤维长度为25mm)；图5为本专利技术实施例1中过滤功能层的结构示意图；图6为本专利技术实施例2中过滤功能层的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例的一种复合结构过滤毡，其层叠结构示意图如图1所示，由过滤功能层和包覆在过滤功能层上、下表面的保护层构成，其中过滤功能层由具有三维卷曲结构纤维的再生纤维层和静电纺丝纳米纤维层复合而成。所述上、下表面的保护层为克重为25g/m2的茂金属聚丙烯纺粘单层非织造布；所述再生纤维层为克重为15g/m2的Z型卷曲结构粘胶纤维网层，其中粘胶纤维为非圆形界面，无空腔，纤维直径为30～35μm，卷曲数为12个/25mm，所述Z型卷曲结构粘胶纤维的结构示意图如图2所示；所述纳米纤维层为克重为0.8g/m2的聚乳酸纤维层，聚乳酸纤维的直径为300～400nm，纤维为近圆形，纤维上有大量孔洞。本实施例的复合结构过滤毡通过如下方法制备：将粘胶短纤维梳理成单纤维状态后铺叠成网，克重为15g/m2，其中粘胶短纤维为Z型卷曲结构非圆形截面，无空腔，纤维直径为30-35μm，卷曲数为12个/25mm。以纤维网层为接收端，采用针头静电纺丝技术复合一层聚乳酸纳米纤维层，得到再生纤维层与纳米纤维层层叠复合的复合过滤层。静电纺丝条件为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合结构过滤毡，其特征在于：所述复合结构过滤毡由过滤功能层和包覆在过滤功能层上、下表面的保护层构成，其中过滤功能层由具有三维卷曲结构纤维的再生纤维层和静电纺丝纳米纤维层复合而成。

【技术特征摘要】
1.一种复合结构过滤毡，其特征在于：所述复合结构过滤毡由过滤功能层和包覆在过滤功能层上、下表面的保护层构成，其中过滤功能层由具有三维卷曲结构纤维的再生纤维层和静电纺丝纳米纤维层复合而成。2.根据权利要求1所述的一种复合结构过滤毡，其特征在于：所述再生纤维层单层的克重为10～50g/m2；纳米纤维层单层的克重为0.1～3g/m2；所述过滤功能层的克重为50～400g/m2。3.根据权利要求1所述的一种复合结构过滤毡，其特征在于：所述具有三维卷曲结构纤维的卷曲结构包括Z型、螺旋形或波浪形；卷曲数为1～15个/25mm，纤维直径为5～50μm；所述静电纺丝纳米纤维的纤维直径为60～1000nm。4.根据权利要求1所述的一种复合结构过滤毡，其特征在于：所述保护层的材料为纺粘非织造布、热风非织造布、纺粘/熔喷复合非织造布；材质为普通聚丙烯、茂金属聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃共聚物中的至少一种；保护层的克重为15～40g/m2。5.根据权利要求1所述的一种复合结构过滤毡，其特征在于：所述再生纤维包括再生纤维素纤维或再生蛋白质纤维；其中再生纤维素纤维包括铜铵纤维、粘胶纤维、皂化醋酯纤维中的至少一种；再生蛋白质纤维包括酪素纤维、大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、花生纤维、角朊纤维、丝素纤维、明胶纤维中的至少一种。6.根据权利要求1所述的一种复合结构过滤毡，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：严玉蓉，廖帼英，张鹏，朱锐钿，赵耀明，杨苏邯，花金龙，张文韬，陆树兴，邹飞，邓玲利，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州纤维产品检测研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44