一種可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，由聚乳酸纖維復(fù)合纖網(wǎng)和硬挺化整理涂層組成，所述的復(fù)合纖網(wǎng)分別由上、下層不同線密度的聚乳酸短纖維網(wǎng)組成，硬挺化整理涂層液中各原料以質(zhì)量百分比記為：硬挺整理劑10-20％、防水劑8-15％和水65-82％，其制備方法如下：首先將聚乳酸短纖維經(jīng)過(guò)兩套獨(dú)立的梳棉系統(tǒng)，分別形成上、下兩層獨(dú)立的復(fù)合纖網(wǎng)；其次將兩層纖網(wǎng)一起送入高壓射流區(qū)進(jìn)行加固成為一個(gè)整體；最后經(jīng)過(guò)硬挺化整理、烘干和卷繞制成。本發(fā)明提供的過(guò)濾材料可形成密度梯度結(jié)構(gòu)的表面過(guò)濾機(jī)理，具有抑菌、除臭、率效好、阻力低、容塵量高、易清灰的特點(diǎn)，且丟棄后可完全降解。
【專利說(shuō)明】一種可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，具體地說(shuō)是一種由100%聚乳酸短纖維制成的可完全生物降解的無(wú)紡布過(guò)濾材料。
【背景技術(shù)】
[0002]隨人們生活水平的不斷提高，對(duì)賴以生存的空氣環(huán)境的潔凈度提出了更高要求，因而對(duì)空氣過(guò)濾材料的需求不斷增加。據(jù)世界無(wú)紡布工業(yè)協(xié)會(huì)INDA統(tǒng)計(jì)表明，2007年全球工業(yè)過(guò)濾用材耗量為108.735萬(wàn)噸，產(chǎn)值6.43億美元，到2012年增加率達(dá)到14%，為7.54億美元，主要產(chǎn)品是工業(yè)清灰用布袋除塵器、筒式過(guò)濾器、空氣濾清器、高效過(guò)濾器(HEPA / ULPA)、一次性面罩和汽車空調(diào)過(guò)濾器，其中交通、供暖、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)(HVAC)占據(jù)了過(guò)濾市場(chǎng)80%的份額，空氣過(guò)濾用材料是增長(zhǎng)最快的工業(yè)用消費(fèi)市場(chǎng)。
[0003]現(xiàn)有短纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料以滌綸纖維針刺無(wú)紡布為主，滌綸纖維是取自石油基為原料，存在對(duì)石油依存度大和不可降解的問(wèn)題，由于空氣過(guò)濾器屬于一次性使用產(chǎn)品，在使用丟棄后無(wú)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(guò)濾器，給后續(xù)廢物處理帶來(lái)困難，這些廢棄的過(guò)濾器屬于一次性消耗品，如此量大的廢棄物給我們的生活環(huán)境帶來(lái)了巨大負(fù)擔(dān)，因而開(kāi)發(fā)一種可完全生物降解的過(guò)濾材料對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境非常重要。
[0004]聚乳酸纖維是一種環(huán)保型的生物質(zhì)材料，是以乳酸為基本單體原料，經(jīng)過(guò)特殊的聚合反應(yīng)制成切片，然后經(jīng)過(guò)熔融擠壓、冷卻、牽伸和紡絲過(guò)程而制成，聚乳酸纖維材料的廢棄物在土壤或海水中經(jīng)微生物作用可降解為二氧化碳和水，經(jīng)植物光合作用后，再次生成淀粉，達(dá)到完全循環(huán)再利用的目的。由于聚合單體為乳酸，因而聚乳酸纖維表面呈弱酸性，并表現(xiàn)出良好的天然抑菌性和除臭特性；聚乳酸纖維回潮率僅為0.4%，吸濕性較差；與滌綸纖維相比，聚乳酸纖維具有相近的強(qiáng)力，但其蓬松性和彈性回復(fù)率要更勝一籌，因此，聚乳酸纖維非常適合于制作過(guò)濾材料，再配合以適當(dāng)?shù)募庸し椒ǎ耆軌蜻_(dá)到過(guò)濾材料要求的高效、低阻、大容塵量、易清灰、使用壽命長(zhǎng)的目的，且聚乳酸纖維100%可生物降解，真正實(shí)現(xiàn)了潔凈、清潔、無(wú)污染、純綠色的宏偉目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述【背景技術(shù)】中提到的不足，本發(fā)明提供一種可完全生物降解的聚乳酸短纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，其由兩層聚乳酸短纖維復(fù)合纖網(wǎng)和硬挺化整理涂層構(gòu)成，線密度小的聚乳酸短纖網(wǎng)構(gòu)成迎風(fēng)面，線密度大的聚乳酸短纖網(wǎng)構(gòu)成背風(fēng)面，形成了不同密度梯度結(jié)構(gòu)的表面過(guò)濾機(jī)理，同時(shí)聚乳酸短纖維獨(dú)有的天然抑菌性和可完全生物降解功能，賦予本發(fā)明過(guò)濾材料抑菌、除臭和環(huán)境友好性能。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述特點(diǎn)，本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容如下:
[0007]一種可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，由聚乳酸短纖維復(fù)合纖網(wǎng)和硬挺化整理涂層組成，所述的聚乳酸短纖維復(fù)合纖網(wǎng)的組成為:上層纖網(wǎng)使用線密度小的聚乳酸短纖維，在1.2-1.65dtex之間，長(zhǎng)度在38_51mm之間，下層纖網(wǎng)使用線密度大的聚乳酸短纖維，在2.2-5.5dtex之間，長(zhǎng)度在38_76mm之間，上層纖網(wǎng)所占有的比例為20-40%(質(zhì)量比)，下層纖網(wǎng)所占有的比例為60-80% (質(zhì)量比)，硬挺化整理涂層液中各原料以質(zhì)量百分比記為:硬挺整理劑10-20%、防水劑8-15%和水65-82%，三種組分百分?jǐn)?shù)之和等于 100% ；
[0008]先將線密度大的聚乳酸短纖維經(jīng)過(guò)第一套梳棉系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將纖維經(jīng)過(guò)喂入、開(kāi)松、混合和梳理工序后，經(jīng)交叉鋪網(wǎng)、牽伸后形成下層纖維網(wǎng)；其次將線密度小的聚乳酸短纖維通過(guò)第二套梳棉系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將纖維經(jīng)過(guò)喂入、開(kāi)松和梳理后形成上層直鋪的纖網(wǎng)；最后將上、下兩層獨(dú)立的纖維網(wǎng)送入高壓射流區(qū)進(jìn)行加固成一個(gè)整體，再經(jīng)過(guò)硬挺化整理、烘干和卷繞而制成。
[0009]本發(fā)明選用兩種不同纖維線密度的復(fù)合纖網(wǎng)形成了不同的密度梯度結(jié)構(gòu)的表面過(guò)濾機(jī)理，形成有效過(guò)濾粉塵顆粒的曲徑系統(tǒng)，賦予了過(guò)濾材料阻力低、精度高、過(guò)濾面積大、容塵量大、耐破強(qiáng)度高、易清灰的優(yōu)良特征。
[0010]進(jìn)一步地，采用泡沫涂層、飽和浸潰和輥涂的方法對(duì)聚乳酸短纖維無(wú)紡布進(jìn)行硬挺化整理，作為優(yōu)選，選擇泡沫涂層法。
[0011]作為優(yōu)選，選擇環(huán)保型硬挺劑，如聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯及聚氨酯，選擇上述中的一種或兩種共混物作為硬挺化整理劑。
[0012]作為優(yōu)選，防水劑為有機(jī)硅、有機(jī)氟中的一種。
[0013]作為優(yōu)選，所述的高壓射流加固方法采用三道，水壓設(shè)定分別為:25-50、80-100、100-120bar，選用的水針板孔徑在0.08_lmm之間。
[0014]作為優(yōu)選，選用熱風(fēng)穿透式和烘筒接觸式兩種烘干方式相結(jié)合的方法，烘筒烘干溫度控制在90-110°C之間，熱風(fēng)穿透烘干溫度控制在70-90°C之間。
[0015]作為優(yōu)選，所述復(fù)合纖網(wǎng)的克重在60-300g / m2，厚度在0.3-2.5mm之間。
[0016]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1.本發(fā)明采用聚乳酸纖維制作過(guò)濾材料的優(yōu)點(diǎn)
[0018]聚乳酸纖維具有天然抑菌性和除臭功能，吸濕性低，強(qiáng)伸性能與滌綸纖維接近，具有良好的蓬松性和彈性回復(fù)率等綜合特征，因此100%聚乳酸短纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料具有良好的抑菌性，由于不易滋生細(xì)菌更易獲得潔凈的空氣，相應(yīng)的延長(zhǎng)了過(guò)濾材料的使用壽命；另一方面，聚乳酸短纖維良好的彈性回復(fù)率和蓬松性更易于制成致密和多孔隙結(jié)構(gòu)的無(wú)紡布，增加了過(guò)濾灰塵時(shí)的容塵量，透氣性好，運(yùn)行阻力低。
[0019]2.本發(fā)明制備方法具有的優(yōu)勢(shì)
[0020]I)采用兩套不同的梳棉系統(tǒng)，使線密度小的聚乳酸短纖維位于無(wú)紡布濾材的表層(迎風(fēng)面)，線密度大的纖維位于無(wú)紡布濾材的背風(fēng)面，從而構(gòu)成了良好的密度梯度結(jié)構(gòu)，形成了非常好的纖維曲徑式系統(tǒng)，對(duì)粉塵顆粒容易吸附，容塵量大；同時(shí)，由于熱風(fēng)穿透和烘筒烘干方式的聯(lián)合采用，使聚乳酸短纖維無(wú)紡布表面光滑平整，在較細(xì)纖維構(gòu)成的迎風(fēng)面形成了表面過(guò)濾機(jī)理，可捕集粒徑大于0.5微米的細(xì)小粉塵，除塵效率達(dá)到99%以上，并可經(jīng)反吹清灰時(shí)排除掉，能降低清灰次數(shù)，減少能耗。
[0021]2)經(jīng)高壓射流加固后的聚乳酸短纖維無(wú)紡布中，纖維之間的孔隙分布均勻、孔徑小，纖維交織纏結(jié)緊密；與市面現(xiàn)用的PET針刺無(wú)紡布濾料相比，在相近強(qiáng)力值的情況下，本發(fā)明制備的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料具有更輕的重量，極大節(jié)省了纖維原料的使用量，并最終減小了過(guò)濾器的占地面積，同時(shí)具有更小的伸長(zhǎng)和拉伸變形性，牢固耐用，耐破
強(qiáng)度高。
[0022]3)由于制備過(guò)程中的硬挺化整理賦予聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料更好的挺度，便于折疊制成各種形狀的過(guò)濾器，免除了普通濾料袋必須的支撐材料，使過(guò)濾面積大大增加，縮短更換安裝的時(shí)間；同時(shí)，由于聚乳酸纖維較低的吸濕性以及硬挺化整理液中拒水劑的采用，使最終制成的過(guò)濾器也適合于陰雨和潮濕氣候，不會(huì)因?yàn)槭褂铆h(huán)境中水汽的作用下而產(chǎn)生變形和糊袋。
[0023]因此，采用本發(fā)明制備的過(guò)濾材料可用于供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的空氣凈化過(guò)濾，并且在煙草、面粉、食品、奶業(yè)、飲料等食品領(lǐng)域過(guò)濾方面具有非常好的發(fā)展?jié)摿Α?br> 【具體實(shí)施方式】
[0024]以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0025]硬挺整理劑、防水劑和聚乳酸纖維的來(lái)源的描述，不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
的限定，其中:
[0026]環(huán)保硬挺劑聚醋酸乙烯酯，型號(hào)為G-YT，購(gòu)自無(wú)錫宜澄化學(xué)有限公司；環(huán)保硬挺劑聚丙烯酸酯，型號(hào)為DT-412，購(gòu)自佛山市奕美化工有限公司；環(huán)保硬挺劑聚氨酯，型號(hào)為DM-3561，購(gòu)自廣東德美精細(xì)化工股份有限公司；
[0027]防水劑有機(jī)氟試劑，型號(hào)為TG410，購(gòu)自傳化集團(tuán)有限公司；防水劑有機(jī)硅試劑，型號(hào)為SG-5，購(gòu)自嘉興華晟助劑工業(yè)公司；
[0028]聚乳酸短纖維可在市場(chǎng)上購(gòu)買，廠家如馬鞍山同杰良生物材料有限公司。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]
[0032]分別選用線密度較大的聚乳酸纖維2.2-3.3dtex，長(zhǎng)度38_51mm，線密度較小的聚乳酸纖維1.2-1.4dtex，長(zhǎng)度38-42mm，將兩種纖維分別經(jīng)不同的開(kāi)包機(jī)喂入、開(kāi)松、梳理形成線密度小的聚乳酸短纖維在上層、線密度大的聚乳酸短纖維在下層的兩層獨(dú)立的復(fù)合纖網(wǎng)，兩層纖網(wǎng)一起采用高壓射流加固，選用水針板孔徑為0.08-0.09mm，三道水刺水壓設(shè)定分別為:25-30、80-90、100-110bar，經(jīng)射流加固后的兩層纖網(wǎng)成為一個(gè)整體。
[0033]將復(fù)合纖網(wǎng)進(jìn)行泡沫涂層整理，選用環(huán)保型聚氨酯作為硬挺劑，硬挺化整理涂層液中各原料以質(zhì)量百分比為:聚氨酯硬挺整理劑10-14%、防水劑8-10%和水76-82%，三種組分百分?jǐn)?shù)之和等于100%，隨后進(jìn)行烘干，烘筒烘干溫度為90-95°C，圓網(wǎng)熱風(fēng)穿透式烘干溫度為70-80°C，然后卷繞成布卷，最終得克重為60-100g / m2的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，上層纖網(wǎng)所占有的比例為20-25% (質(zhì)量比)，下層纖網(wǎng)所占有的比例為75-80%(質(zhì)量比)，厚度為0.3-0.6mm。
[0034]實(shí)施例2:
[0035]分別選用線密度較大的聚乳酸纖維4.4-5.5dtex，長(zhǎng)度65_76mm，線密度較小的聚乳酸纖維1.5-1.65dtex,長(zhǎng)度42_51mm,將兩種纖維分別經(jīng)不同的開(kāi)包機(jī)喂入、開(kāi)松、梳理形成線密度小的聚乳酸短纖維在上層、線密度大的聚乳酸短纖維在下層的兩層獨(dú)立的復(fù)合纖網(wǎng)，兩層纖網(wǎng)一起采用高壓射流加固，選用水針板孔徑為0.09-lmm，三道水刺水壓設(shè)定分別為:45-50、95-100、115-120bar，經(jīng)射流加固后的兩層纖網(wǎng)成為一個(gè)整體。
[0036]將復(fù)合纖網(wǎng)進(jìn)行泡沫涂層整理，選用環(huán)保型聚丙烯酸酯作為硬挺劑，硬挺化整理涂層液中各原料以質(zhì)量百分比為:聚丙烯酸酯硬挺整理劑18-20%、防水劑12-15%和水65-70%，三種組分百分?jǐn)?shù)之和等于100%，隨后進(jìn)行烘干，烘筒烘干溫度為100-110°C，圓網(wǎng)熱風(fēng)穿透式烘干溫度為85-90°C，然后卷繞成布卷，最終得克重為200-300g / m2的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，上層纖網(wǎng)所占有的比例為35-40% (質(zhì)量比)，下層纖網(wǎng)所占有的比例為60-65% (質(zhì)量比)，厚度為1.5-2.5_。
[0037]實(shí)施例3:
[0038]分別選用線密度較大的聚乳酸纖維3.3-4.4dtex，長(zhǎng)度51_65mm，線密度較小的聚乳酸纖維1.2-1.5dtex，長(zhǎng)度38-42mm，將兩種纖維分別經(jīng)不同的開(kāi)包機(jī)喂入、開(kāi)松、梳理形成線密度小的聚乳酸短纖維在上層、線密度大的聚乳酸短纖維在下層的兩層獨(dú)立的復(fù)合纖網(wǎng)，兩層纖網(wǎng)一起采用高壓射流加固，選用水針板孔徑為0.08-0.09mm，三道水刺水壓設(shè)定分別為:35-45、90-95、110-115bar，經(jīng)射流加固后的兩層纖網(wǎng)成為一個(gè)整體。
[0039]將復(fù)合纖網(wǎng)進(jìn)行泡沫涂層整理，選用環(huán)保型聚醋酸乙烯酯作為硬挺劑，硬挺化整理涂層液中各原料以質(zhì)量百分比為:聚醋酸乙烯酯硬挺整理劑14-18%、防水劑10-12%和水70-76%，三種組分百分?jǐn)?shù)之和等于100%，隨后進(jìn)行烘干，烘筒烘干溫度為95-100°C，圓網(wǎng)熱風(fēng)穿透式烘干溫度為80-85°C，然后卷繞成布卷，最終得克重為100-200g / m2的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，上層纖網(wǎng)所占有的比例為25-35% (質(zhì)量比)，下層纖網(wǎng)所占有的比例為65-75% (質(zhì)量比)，厚度為0.7-1.5_。
[0040]效果測(cè)試
[0041]1.測(cè)試結(jié)果的對(duì)比
[0042]將上述實(shí)施例中所制成的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料進(jìn)行了測(cè)試(分別見(jiàn)表I和表2)，并將測(cè)試結(jié)果與現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如下:
[0043]表1:堆肥降解率、透氣度、孔徑、耐破度、挺度、強(qiáng)力、容塵量、抑菌性等的比較
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，由聚乳酸短纖維復(fù)合纖網(wǎng)和硬挺化整理涂層組成，所述的聚乳酸短纖維復(fù)合纖網(wǎng)的組成為:上層纖網(wǎng)使用線密度小的聚乳酸短纖維，在1.2-1.65dtex之間，長(zhǎng)度在38_51mm之間，下層纖網(wǎng)使用線密度大的聚乳酸短纖維，在2.2-5.5dtex之間，長(zhǎng)度在38-76mm之間，上層纖網(wǎng)所占有的比例為20-40% (質(zhì)量比)，下層纖網(wǎng)所占有的比例為60-80% (質(zhì)量比)，硬挺化整理涂層液中各原料以質(zhì)量百分比記為:硬挺整理劑10-20%、防水劑8-15%和水65-82%，三種組分百分?jǐn)?shù)之和等于100% ； 先將線密度大的聚乳酸短纖維經(jīng)過(guò)第一套梳棉系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將纖維經(jīng)過(guò)喂入、開(kāi)松、混合和梳理工序后，經(jīng)交叉鋪網(wǎng)、牽伸后形成下層纖維網(wǎng)；其次將線密度小的聚乳酸短纖維通過(guò)第二套梳棉系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將纖維經(jīng)過(guò)喂入、開(kāi)松和梳理后形成上層直鋪的纖網(wǎng)；最后將上、下兩層獨(dú)立的纖維網(wǎng)送入高壓射流區(qū)進(jìn)行加固成一個(gè)整體，再經(jīng)過(guò)硬挺化整理、烘干和卷繞而制成。
2.如權(quán)利要求1所述的可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，其特征在于，采用泡沫涂層、飽和浸潰和輥涂的方法對(duì)聚乳酸短纖維復(fù)合纖網(wǎng)進(jìn)行硬挺化整理，作為優(yōu)選，選擇泡沫涂層法。
3.如權(quán)利要求2所述的可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，其特征在于，選擇環(huán)保型硬挺劑，如聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯及聚氨酯，選擇上述中的一種或兩種共混物作為硬挺化整理劑。
4.如權(quán)利要求2所述的可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，其特征在于，防水劑為有機(jī)娃、有機(jī)氟中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，其特征在于，所述的高壓射流加固方法采用三道，水壓設(shè)定分別為:25-50、80-100、100-120bar，選用的水針板孔徑在0.08-lmm之間。
6.如權(quán)利要求1或2所述的可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，其特征在于，選用熱風(fēng)穿透式和烘筒接觸式兩種烘干方式相結(jié)合，烘筒烘干溫度控制在90-110°C之間，熱風(fēng)穿透烘干溫度控制在70-90°C之間。
7.如權(quán)利要求1或2所述的可完全生物降解的聚乳酸纖維無(wú)紡布過(guò)濾材料，其特征在于，所述復(fù)合纖網(wǎng)的克重在60-300g / m2之間，厚度在0.3-2.5mm之間。
【文檔編號(hào)】B01D39/08GK103801153SQ201310561823
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】錢程 申請(qǐng)人:嘉興學(xué)院