阅读说明：本技术 一种用于净化空气颗粒污染物的混纺滤材 (Blended filter material for purifying air particle pollutants ) 是由 黄然 于 2019-11-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种由甲壳素纤维和经表面正电荷改性的无纺布纤维混纺制备的用于空气颗粒污染物物过滤净化的滤材。本发明将常见无纺布纤维进行表面正电荷改性处理后,与甲壳素纤维混纺,得到的混合纤维进一步织造成为空气净化滤材的方案。本发明制备得到的产品具有正电荷表面静电,除了用于一般空气颗粒污染物的净化外,还可用于空气中含有大量负离子物质的环境中,过滤带负电荷的颗粒污染物,吸附效果更好。(The invention discloses a filter material for filtering and purifying air particle pollutants, which is prepared by blending chitin fibers and non-woven fabric fibers with surface positive charge modified. According to the invention, common non-woven fabric fibers are subjected to surface positive charge modification treatment and then blended with chitin fibers, and the obtained mixed fibers are further woven into the air purification filter material. The product prepared by the invention has positive charge surface static electricity, can be used for purifying common air particle pollutants and also can be used in the environment containing a large amount of negative ion substances in the air, and the adsorption effect is better when the particle pollutants with negative charges are filtered.)

一种用于净化空气颗粒污染物的混纺滤材

技术领域

本发明涉及环保材料领域，具体涉及一种由甲壳素纤维与经表面正电荷改性的无纺布纤维混纺制备的用于空气颗粒污染物过滤净化的滤材。

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污染物的防护，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，市面上几乎所有可行的物理吸附类净化产品，都采用的是静电滤布方案，如中国专利CN204261474U等，这其中以聚丙烯（PP）无纺布纤维为代表，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。

另一方面，尽管不同的高分子材料静电性能有所差异，但是绝大多数高分子材料都是天然带负电荷静电的，这也导致目前用于空气颗粒污染物净化的纤维材料，均是负电纤维，虽然对于中性污染颗粒而言，正负电荷都可以实现静电吸附的效果，性能表现上没有差异，但是在某些使用环境下，例如空气中含有大量负离子物质的氛围中，正电荷纤维滤材将比传统的负电荷纤维具有更好的吸附效果。

甲壳素纤维是从虾、蟹等外壳中提取制备的天然高分子纤维，近年来受到科研与工业界的广泛关注。尽管在生物医药、抗菌除臭等领域，甲壳素纤维已经得到非常成功的应用，如中国专利CN105040144A公布的抗菌除臭羊绒复合纤维等，但是将其应用于空气颗粒污染物，如PM10，PM2.5等污染的净化过滤，还鲜见报道，例如中国专利CN106311172A所公开的一种室内空气净化消除涂层，就采用了甲壳素纤维作为原材料之一，以及中国专利CN204505977U公布了一种除味杀菌净化保健多功能材料包，也采用了甲壳素纤维层用作部分空气净化。此外对于常规的空气净化产品，如滤布，滤网，防霾口罩、空气净化器滤芯等，均没有直接采用甲壳素纤维的公开报道。

甲壳素纤维目前不能有效应用在空净领域的主要原因有两点，第一，纤维制备比一般高分子纤维复杂，成本也比较高；第二，纯甲壳素纤维的加工性、机械性能比传统高分子纤维差，采用纯甲壳素纤维织造的无纺布等器件，不易制备且不易使用，耐用性差。而如果采取与其他纤维混纺的方案，又会出现正负电荷抵消，不同极性纤维之间互相吸引，使得吸附效果减弱的情况，不符合空气净化应用的设计初衷。

因此研究一种由甲壳素纤维与经表面正电荷改性的无纺布纤维混纺制备的用于空气颗粒污染物过滤净化的滤材是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种将商用高无纺布纤维，进行表面正电荷改性处理后，与甲壳素纤维混纺，得到的混合纤维进一步织造成为空气净化滤材的方案。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

用于净化空气颗粒污染物的混纺滤材由质量百分数为15~75%的甲壳素纤维和质量百分数为25~85%的经过表面正电荷改性的无纺布纤维按一般工艺掺轧混纺得到。

进一步，上述甲壳素纤维的直径为0.2-100微米。

采用上述进一步的有益效果在于：经实验验证，0.2-100微米是甲壳素纤维合理的直径尺寸范围，低于0.2微米，纤维过细，难以加工，机械强度不足，高于100微米，纤维过粗，比表面积不足，吸附性能较差。

进一步，上述经过表面正电荷改性的无纺布纤维为无纺布纤维经溶液浸染法改性得到，具体操作为：

1)取用阳离子表面活性剂，配制质量百分浓度为0.5％~40％的阳离子改性剂溶液；

2)将无纺布纤维浸泡在步骤1）中的阳离子改性剂水溶液中0.5~12小时之后，在50-200摄氏度下进行干燥，即得经过表面正电荷改性的无纺布纤维。

更进一步，上述阳离子表面活性剂为丙烯酰胺，胺盐型阳离子表面活性剂、季铵盐型阳离子表面活性剂、杂环型阳离子表面活性剂、啰盐型阳离子表面活性剂中的一种或多种。

采用上述进一步的有益效果在于：阳离子表面活性剂改性，是本技术发明中，使得纤维表面具有正电荷的关键步骤，不同的阳离子表面活性剂，对不同环境耐候差异很大，因此针对不同的使用环境和净化目标，应当合理选取不同类型的阳离子表面活性剂，以获得更好的效果，提升材料的稳定性。

进一步，上述无纺布纤维为涤纶纤维、丙纶纤维、尼龙纤维、氨纶纤维、腈纶纤维、聚乳酸纤维中的一种；无纺布纤维的直径为0.2-100微米。

采用上述进一步的有益效果在于：以上纤维基材经阳离子活性剂表面改性后，都可成为表面带正电荷的过滤纤维，但是不同纤维的加工、性能和使用环境有很大差异，因此针对不同的使用环境和净化目标，应当合理选取不同类型的纤维基材，以获得更好的效果，提升材料的稳定性；此外经实验验证，0.2-100微米是上述纤维合理的直径尺寸范围，低于0.2微米，纤维过细，难以加工，机械强度不足，高于100微米，纤维过粗，比表面积不足，吸附性能较差。

与现有技术中无纺布过滤纤维相比，本发明的优点在于：本发明采用的甲壳素纤维分子结构中带有不饱和的阳离子基团，从而使本发明混纺滤材对带负电荷的各类有害物质具有强大的吸附作用，进而使本发明具有优秀抗菌除臭功能；本发明制得的产品具有正电荷表面静电，除了用于一般电中性空气颗粒污染物的净化外，还可用于空气中含有大量负离子物质的环境中，用于过滤带负电荷的颗粒污染物，其吸附效果更好，同时本发明还具有生物可降解性，环保无污染的特性，具有优秀的产业化前景。

附图说明

图1为本发明的实施例1产品SEM图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

用于净化空气颗粒污染物的混纺滤材：

取30微米直径的丙纶短纤，按以下步骤进行表面正电荷改性：

（1）浸洗丙纶短纤，除去表面杂质；

（2）取双十二烷基羟丙基季铵钠作为阳离子表面活性剂，配制质量百分浓度为10％的阳离子改性剂水溶液；

（3）将丙纶短纤浸泡在步骤（2）配制好的溶液中12小时，取出进行干燥。

将得到的正电荷丙纶纤维，与直径30微米的甲壳素纤维按70:30的质量比例混合，经过掺轧工艺制成混纺纤维，所得纤维按混纺无纺布制备工艺，制备成空气净化滤布，整个体系带有表面正静电荷，适用于空气中负电性颗粒污染物的过滤净化。

实施例2

用于净化空气颗粒污染物的混纺滤材

取10微米直径的涤纶纤维，按以下步骤进行表面正电荷改性：

（1）浸洗涤纶纤维，除去表面杂质；

（2）取丙烯酰胺作为阳离子表面活性剂，配制质量百分浓度为15％的阳离子改性剂水溶液；

（3）将涤纶纤维浸泡在步骤（2）配制好的溶液中9小时，取出进行干燥。

将得到的正电荷涤纶纤维，与直径0.9微米的甲壳素纤维按80:20的质量比例混合，经过掺轧工艺制成混纺纤维，所得纤维按混纺无纺布制备工艺，制备成空气净化滤布，整个体系带有表面正静电荷，适用于空气中负电性颗粒污染物的过滤净化。

实施例3

用于净化空气颗粒污染物的混纺滤材

取80微米直径的尼龙纤维，按以下步骤进行表面正电荷改性：

（1）浸洗尼龙纤维，除去表面杂质；

（2）取双四丁基氯化铵作为阳离子表面活性剂，配制质量百分浓度为8％的阳离子改性剂水溶液；

（3）将尼龙纤维浸泡在步骤（2）配制好的溶液中10小时，取出进行干燥；

将得到的正电荷尼龙纤维，与直径30微米的甲壳素纤维按85:15的质量比例混合，经过掺轧工艺制成混纺纤维，所得纤维按混纺无纺布制备工艺，制备成空气净化滤布，整个体系带有表面正静电荷，适用于空气中负电性颗粒污染物的过滤净化。

实施例4

用于净化空气颗粒污染物的混纺滤材

取15微米直径的氨纶纤维，按以下步骤进行表面正电荷改性：

（1）浸洗氨纶纤维，除去表面杂质；

（2）取双十二烷基羟丙基季铵钠作为阳离子表面活性剂，配制质量百分浓度为20％的阳离子改性剂水溶液；

（3）将氨纶纤维浸泡在步骤（2）配制好的溶液中4小时，取出进行干燥；

将得到的正电荷氨纶纤维，与直径15微米的甲壳素纤维按40:60的质量比例混合，经过掺轧工艺制成混纺纤维，所得纤维按混纺无纺布制备工艺，制备成空气净化滤布，整个体系带有表面正静电荷，适用于空气中负电性颗粒污染物的过滤净化。

实施例5

用于净化空气颗粒污染物的混纺滤材

取5微米直径的腈纶纤维，按以下步骤进行表面正电荷改性：

（1）浸洗腈纶纤维，除去表面杂质；

（2）取邻菲啰啉盐酸钠作为阳离子表面活性剂，配制质量百分浓度为5％的阳离子改性剂水溶液；

（3）将腈纶纤维浸泡在步骤（2）配制好的溶液中12小时，取出进行干燥。

将得到的正电荷腈纶纤维，与直径0.8微米的甲壳素纤维按25:75的质量比例混合，经过掺轧工艺制成混纺纤维，所得纤维按混纺无纺布制备工艺，制备成空气净化滤布，整个体系带有表面正静电荷，适用于空气中负电性颗粒污染物的过滤净化。

实施例6

用于净化空气颗粒污染物的混纺滤材

取10微米直径的聚乳酸纤维，按以下步骤进行表面正电荷改性：

（1）浸洗聚乳酸纤维，除去表面杂质；

（2）取十二烷基叔胺钠作为阳离子表面活性剂，配制质量百分浓度为18％的阳离子改性剂水溶液；

（3）将聚乳酸纤维浸泡在步骤（2）配制好的溶液中6小时，取出进行干燥。

将得到的正电荷聚乳酸纤维，与直径5微米的甲壳素纤维按50:50的质量比例混合，经过掺轧工艺制成混纺纤维，所得纤维按混纺无纺布制备工艺，制备成空气净化滤布，整个体系带有表面正静电荷，适用于空气中负电性颗粒污染物的过滤净化。

实施例7

用于净化空气颗粒污染物的混纺滤材：

取30微米直径的丙纶短纤，按以下步骤进行表面正电荷改性：

（1）浸洗丙纶短纤，除去表面杂质；

（2）取双十二烷基羟丙基季铵钠和邻菲啰啉盐酸钠作为阳离子表面活性剂，二者按摩尔分数比1：1配制质量百分浓度为10％的阳离子改性剂水溶液；

（3）将丙纶短纤浸泡在步骤（2）配制好的溶液中12小时，取出进行干燥。

将得到的正电荷丙纶纤维，与直径30微米的甲壳素纤维按70:30的质量比例混合，经过掺轧工艺制成混纺纤维，所得纤维按混纺无纺布制备工艺，制备成空气净化滤布，整个体系带有表面正静电荷，适用于空气中负电性颗粒污染物的过滤净化。

试验例

将本发明实施例1-7中制得的混纺滤材，在室内人造雾霾环境下进行PM2.5颗粒污染物的过滤试验，并与普通丙纶纤维滤布经行了对比，实验设置为两种情景，一般雾霾情景，以及在室内放置负离子加湿器，使得污染物颗粒带负电的情景，其余检测要素均参照GB2626-2006标准，每组材料测试十个试样以获得误差范围，颗粒污染物的一次性过滤效率实验结果如下：

材料种类	一般雾霾环境	负离子雾霾环境
			实施例1	73±5%	85±5%
实施例2	69±2%	82±2%
			实施例3	65±2%	71±2%
实施例4	78±3%	89±4%
			实施例5	74±3%	83±3%
实施例6	73±5%	81±2%
			实施例7	77±4%	91±3%
对比参照组-常见丙纶纤维	71±3%	59±4%

备注：两种材料均符合GB2626-2006的规定的KN95标准，本实验在污染颗粒物成份和浓度与GB2626-2006相同的情况下，检测气流量设定为150L/min，高于测试标准的85L/min，故过滤效率没有达到95%，采用此实验条件是为了直观差异化过滤效果。

由表中可以看到，两种纤维在一般雾霾环境下过滤效果基本接近，但是在负离子雾霾环境下，本发明所述的混纺纤维效果明显优于一般丙纶纤维。此外从实施例1-7也有较大的性能差异，这是由于不同的纤维种类，纤维尺寸，及阳离子表面活性剂选择导致，有些组合出现明显的性能损失，如实施例3，这是由于针对不同使用环境或过滤目标，以及成本考虑，需要做出一部分过滤性能的牺牲以换取其他优势，这在上述测试中无法体现，但总体而言，对比常见丙纶纤维，本发明所示实施例的性能都表现出更优的效果。

另由本发明附图可见不同纤维的混纺后，由于同电荷排斥作用，纤维间保持了一定距离，使其具备较好气流通透性，以及对颗粒污染物有效吸附的特性，从而提高了其吸附效果。