基于天然植物纤维的可驻极过滤原纸及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种基于天然植物纤维的可驻极过滤原纸及制备方法与应用，包括以下步骤：(1)将纸浆纤维素疏解分散，加入导电高分子材料单体，得到第一混合悬浮液；(2)向第一混合悬浮液中加入氧化剂，在冰浴0℃下搅拌反应1～3小时后，过滤、洗涤、烘干，疏解，得到改性后的第二混合悬浮液；(3)向第二混合悬浮液中加入聚乳酸纤维、增强剂、SiO2、纳米纤维素，然后疏解混合均匀，抄造，得到纸张；(4)将制备的纸张进行驻极处理，得到表面电位为300V～400V的过滤原纸。本发明专利技术方法以植物纤维为基材，通过化学改性的方法将聚苯胺引入纤维表面，添加的功能助剂，具有优异的驻极稳定性及良好的机械性能，可大大提高原纸的过滤效率。可大大提高原纸的过滤效率。

【技术实现步骤摘要】
基于天然植物纤维的可驻极过滤原纸及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于新材料
，尤其涉及基于天然植物纤维的可驻极过滤原纸及其制备方法与应用。
技术背景
[0002]进入21世纪以来，全球先后发生SARS、高致病性禽流感和埃博拉等严重传染病的流行，使得个体生物防护装备在传染病防控和突发公共卫生事件应急处置中迅速应用，国内外都投入大量人力物力展开了个人防护装备的研究。其中携带和使用方便的口罩对进入肺部的空气有一定的过滤作用，在呼吸道传染病流行时，在粉尘等污染的环境中作业时，戴口罩具有非常好的作用，是人们最常使用的个人防护用具。
[0003]口罩、过滤装置的过滤层是用于阻留颗粒物的核心材料。过滤层材料包括矿物性纤维、天然纤维或合成纤维和滤料纤维等，这些材料通过对空气中的颗粒物进行重力沉降拦截、惯性撞击拦截、直接拦截、扩散拦截和静电拦截等实现过滤阻流作用。目前在空气过滤材料领域，追求材料的高效低阻，而能够达到高效低阻的空气过滤材料几乎都是采用驻极材料。经过驻极处理后的材料，用于空气过滤其过滤作用除了物理机械作用外，还有静电吸附作用。气流中的颗粒无论是否带静电，当其靠近滤料纤维时就容易受静电吸引而被吸附到滤材上被阻留。因此过滤材料优异的静电能力，能够大大提高其对颗粒物及病菌的吸附效率。驻极材料在保证同样的过滤效率的前提下，其材料的孔隙大小可以比普通过滤材料的孔隙大，比传统过滤器的压差可降低20～80倍。
[0004]但是，现有驻极体过滤材料具有不可降解、易造成二次污染以及电荷储存性能较差，特别是在温度较高或潮湿的环境下电荷很容易衰减,影响产品的使用寿命等问题。而以植物纤维为作为主要原料的新型过滤材料能够解决传统过滤材料不易降解的问题。植物纤维过滤材料是以植物纤维为原料，经过特殊处理后，按照特定的抄造工艺制备成过滤材料，该过滤材料具有原料丰富，工艺简单，过滤性能高，绿色无污染等优点。
[0005]例如，中国专利文献CN108442179A(201810154119.2)提供了一种石墨烯纸的制备工艺，首先利用分散剂在高速搅拌的条件下，将石墨烯均匀分散制备悬浮液，然后利用聚氧化乙烯等分散剂将植物纤维分散到水中，得到悬浮液并保持搅拌，将已分散好的石墨烯悬浮液按照一定的比例添加至植物纤维的水分散体系中，混合均匀后，在助留剂(聚丙烯酰胺)作用下完成吸附负载，之后加入增强剂(阳离子淀粉、阳离子瓜尔胶)，脱水成形经过压榨、干燥后得到石墨烯纸基空气过滤材料。虽然该专利所制备的石墨烯纸基空气过滤材料有较好的过滤性能，但只是将石墨烯加入纸浆悬浮液，简单的进行混合，材料本身并不具有可驻极的性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决现有技术中存在的过滤材料不可降解，以及以植物纤维为原料的替代材料具有不可驻极性以及驻极电荷衰减快的问题，提供一种基于天然植物纤维的可驻
极过滤原纸及其制备方法与应用。本专利技术通过对植物纤维进行化学改性，并添加一定量的聚乳酸纤维和SiO2，使以植物纤维为原料的原纸具有可驻极的性能，且具有较高的驻极稳定性和过滤效率。本专利技术可以弥补现有材料和技术的劣势与不足，提高对空气中细颗粒物的过滤效率。
[0007]名称解释：
[0008]所述绝干纸浆纤维素是纸浆纤维素在100-105C烘至恒重后得到的。
[0009]所述疏解，是指利用疏解设备将碎解后的浆中残留着的纸片或浆点子疏解分散的工艺过程。
[0010]所述驻极处理，就是让驻极体增加更多电荷的方法。驻极方法主要有静电纺丝法、电晕充电法、摩擦起电法、热极化法、低能电子束轰击法等。本专利技术驻极处理采用电晕充电法。
[0011]浆浓，即浆液浓度(size concentration)，是浆液质量指标之一，又称为浆液总固体率或浆液含固率。浆液中干燥浆料重量对浆液重量之比，通常以百分率表示。与浆液黏度直接相关，是影响上浆率的重要因素。淀粉生浆浓度测定：在一定温度(50℃)下用波美计测定浆液密度，间接反映无水淀粉与溶剂(水)重量之比，表示悬浊液状态生浆浓度；烘干法是将定量浆液在沸水浴中蒸去大部分水后放人烘箱内烘干，计算浆料干重对烘干前浆液重量的百分比；化学浆的浓度测试：运用阿贝折光仪(或糖度仪)，根据透明真溶液溶质浓度不同，光的折射率也不同的原理，测出该溶质的溶液折射率，然后确定其浓度。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0013]一种基于天然植物纤维的可驻极过滤原纸，其特征在于，物理性质如下：
[0014]定量为15～25g/m2；抗张强度为：10～15N；湿强度为：18～22％；紧度0.15～0.22g/m3；平均孔径为：0.2～0.5μm；呼吸阻力为：30～50Pa；驻极后表面电位：300V～400V，颗粒物过滤效率为：90～95％；驻极7天后的表面电位150～210V。
[0015]参考GB19083-2003《医用防护口罩技术要求》中的方法测试抗菌生物防护口罩对颗粒物的过滤效率和气流阻力。测试装置采用美国TSI3160分级效率测试台，测试介质是计数中位径为0.075μm的NaCl气溶胶，测试气体流量为32L/min。
[0016]优选的，所述可驻极过滤原纸，物理性质如下：定量为15g/m2，驻极后表面电位：320V～380V。
[0017]本专利技术还提供一种基于天然植物纤维的可驻极过滤原纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0018](1)将纸浆纤维素疏解分散，加入绝干纸浆纤维素质量的0.1～0.3wt％的导电高分子材料单体，混合均匀，并调节pH为1～3，得到第一混合悬浮液；
[0019](2)向第一混合悬浮液中加入氧化剂，在冰浴0℃下搅拌反应1～3小时后，过滤、洗涤、烘干，得到改性绝干纸浆纤维素；将改性绝干纸浆纤维素疏解，得到改性后的第二混合悬浮液；
[0020](3)向第二混合悬浮液中加入绝干纸浆纤维素质量1～10wt％的聚乳酸纤维、1～3wt％的增强剂、0.5～1wt％的SiO2、0.1～0.5wt％的纳米纤维素，然后疏解混合均匀，抄造，得到纸张；
[0021](4)将制备的纸张进行驻极处理，得到表面电位为300V～400V的过滤原纸。
[0022]优选的，步骤(1)中所述纸浆纤维素为市售的商业纸浆纤维素，为制浆造纸领域易获得的针叶木浆、阔叶木浆、麦草浆、竹浆及以天然纤维为原料通过物理和化学方法制得的纸浆纤维素中的一种或几种，优选为针叶木浆。
[0023]优选的，步骤(1)中，所述的纸浆悬浮液浓度(即浆浓)为1～5％，优选为1.5-2.5％。
[0024]优选的，步骤(1)中，所述的导电高分子材料单体为苯胺，吡咯(PPy)，噻吩(PTh)及其衍生物中的一种，优选为苯胺。聚苯胺的氨基与纤维素的羟基结合形成氢键。聚苯胺的结构如下：
[0025][0026]本专利技术中具有导电性能的高分子材料单体，在聚合生成高分子材料的过程中将其接枝在植物纤维表面。通过这种化学改性的方法，提高植物纤维的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于天然植物纤维的可驻极过滤原纸，其特征在于，物理性质如下：定量为15～25g/m2；抗张强度为：10～15N；湿强度为：18～22％；紧度0.15～0.22g/m3；平均孔径为：0.2～0.5μm；呼吸阻力为：30～50Pa；驻极后表面电位：300V～400V，颗粒物过滤效率为：90～95％；驻极7天后的表面电位150～210V。2.根据权利要求1所述过滤原纸，其特征在于，物理性质如下：定量为15g/m2，驻极后表面电位：320V～380V。3.一种基于天然植物纤维的可驻极过滤原纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纸浆纤维素疏解分散，加入绝干纸浆纤维素质量的0.1～0.3wt％的导电高分子材料单体，混合均匀，并调节pH为1～3，得到第一混合悬浮液；(2)向第一混合悬浮液中加入氧化剂，在冰浴0℃下搅拌反应1～3小时后，过滤、洗涤、烘干，得到改性绝干纸浆纤维素；将改性绝干纸浆纤维素疏解，得到改性后的第二混合悬浮液；(3)向第二混合悬浮液中加入绝干纸浆纤维素质量1～10wt％的聚乳酸纤维、1～3wt％的增强剂、0.5～1wt％的SiO2、0.1～0.5wt％的纳米纤维素，然后疏解混合均匀，抄造，得到纸张；(4)将制备的纸张进行驻极处理，得到表面电位为300V～400V的过滤原纸。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，步骤(1)中所述纸浆纤维素为市售的商业纸浆纤维素，为制浆造纸领域易获得的针叶木浆、阔叶木浆、麦草浆、竹浆及以天然纤维为原料通过物理和化学方法制得的纸浆纤维素中的一种或几种，优选为针叶木浆。5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的纸浆悬浮液浓度为1～5％，优选为1.5-2.5％。6.根据权利要求3所述方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的导电高分子材料单体为苯胺、吡咯(PPy)、噻吩(PTh)及其衍生物中的一种，优选为苯胺。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁其军，赵传山，陈立栋，李霞，
申请(专利权)人：舒昕科技有限公司，
类型：发明
国别省市：