一种除醛无纺织物及其制备方法和应用

文档序号：1624803 发布日期：2020-01-14 浏览：23次 >En<

阅读说明：本技术 一种除醛无纺织物及其制备方法和应用 (Aldehyde-removing non-woven fabric and preparation method and application thereof ) 是由罗玉英于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种除醛无纺织物及其制备方法和应用,该除醛无纺织物包括粗纤维、细纤维、丙烯酸树脂和载体,其中粗纤维的纤度为5.0-8.0dtex、细纤维的纤度为1.0-2.0dtex、载体中含有无机多孔颗粒物。本发明的除醛无纺织物具有低阻、高除醛效率、高挺度的特点,特别适合用于和静电无纺织物复合后的空气净化领域以及活性炭和/或多孔载体夹持的三层复合无纺布的骨架支撑层的使用,同时高风量时对过滤织物的刚性和阻力要求高的家用、办公用新风过滤器领域。(The invention discloses an aldehyde-removing non-woven fabric and a preparation method and application thereof, wherein the aldehyde-removing non-woven fabric comprises coarse fibers, fine fibers, acrylic resin and a carrier, wherein the fineness of the coarse fibers is 5.0-8.0dtex, the fineness of the fine fibers is 1.0-2.0dtex, and the carrier contains inorganic porous particles. The aldehyde-removing non-woven fabric has the characteristics of low resistance, high aldehyde-removing efficiency and high stiffness, is particularly suitable for the field of air purification after being compounded with electrostatic non-woven fabric and the field of household and office fresh air filters with high requirements on the rigidity and resistance of the filter fabric at high air volume, and is used for the framework supporting layer of three-layer compound non-woven fabric clamped by active carbon and/or porous carriers.)

一种除醛无纺织物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于过滤材料技术领域，具体涉及一种除醛无纺织物及其制备方法和应用。

背景技术

目前，不少家庭新房、办公用房在装修的时候都会拥有各种各样的材料，在室内空间应用更多的材料，可以让室内空间变得更加的丰富，肌理感更强。然而有一些装修材质内部是含有一些甲醛含量的，也就是说在新房装修完过后，会感觉新房的空气带有一种刺激性气味。而现在很多家庭选择在室内空间摆放空气净化器，对室内空间的甲醛进行吸附过滤。目前市面上的除醛滤芯很多，有蜂窝网型的(药剂催化或反应型)，有活性炭夹持型(药剂催化或反应型)的，也有光催化型的。但是，不管哪种，都会存在甲醛初期效率低下的问题。原因是，不管蜂窝网型，还是活性炭夹持型，都会存在颗粒大，比表面积小。粗颗粒不仅增加了滤芯的进气阻力，而且和甲醛气体接触面少，直接导致除醛效果(甲醛吸附洁净空气量，简称FCADR)降低，也带来了颗粒物除去效果(颗粒物洁净空气量，简称PCADR)降低的问题，从而影响使用效果。因此，在不增加滤芯阻力的基础上，保持颗粒物PCADR的同时，增加甲醛FCADR，是业内的一个难题。

另外，中国专利CN102794052A公开了一种空气过滤材料及其用途，通过5～150微米活性炭颗粒和胶黏剂混合喷涂到无纺布得到除醛无纺布材料(其中，活性炭颗粒重量10～100g/m2)。该专利技术中，不仅没有对于无纺布的纤维配比进行进一步说明，而且，对于活性炭多孔材料的孔容、D50等多孔载体的规格、特性没有进行详细阐述。因为纤维粗细、粗细纤维搭配、多孔载体颗粒物的直径大小等，对于配液加工时的沉降、轧液量、干重附着量、除醛效率等会存在影响。按照该专利技术(CN102794052A)，活性炭附着量和除醛效果会大大降低。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种除醛无纺织物及其制备方法和应用，该纺织物具有载体附着量高、除醛无纺布阻力低、除醛FCADR高的特点。

一种除醛无纺织物，包括粗纤维、细纤维、载体和丙烯酸树脂，所述粗纤维的纤度为5.0-8.0dtex,粗纤维占总重量的百分比为25～45％；所述细纤维的纤度为1.0-2.0dtex，细纤维占总重量的百分比为5～20％；所述载体中含有无机多孔细颗粒物，无机多孔细颗粒物的D50在5～30微米，所述无机多孔细颗粒物占总重的百分比为3～30％；所述丙烯酸树脂的玻璃化温度在30度～70度，丙烯酸树脂占总重量的百分比为25～40％。

进一步的，所述的载体中含有无机多孔粗颗粒物，无机多孔粗颗粒物的D50在40～80微米、重量百分比为0.5～3％。

进一步的，所述无机多孔细颗粒物和无机多孔粗颗粒物的比表面积为300～600m2/g，无机多孔细颗粒物和无机多孔粗颗粒物的细孔径20nm以下的占总孔容积的80％以上。

进一步的，所述载体还含有高分子树枝状聚合物、高分子树枝状改性聚合物或高分子树枝状聚合物与高分子树枝状改性聚合物的混合物中的一种，其含量为总重量的5～10％。

进一步的，所述无机多孔细颗粒物中含有二氧化硅树枝状改性聚合物，二氧化硅树枝状改性聚合物的含量占无机多孔粗、细颗粒物总重量的50％～80％。

进一步的，除醛无纺织物中还添加了0.3～1.0g/m2的抗菌药剂。

上述除醛无纺织物的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将粗纤维、细纤维均匀分散制成纤维浆液，然后将纤维浆液与白水混合成浓度为成纤维浆液，通过斜网成形，最后经过真空吸水而成纤维网；

步骤(2)：将丙烯酸树脂涂覆于纤维网表面，然后以15～40m/min速度进入的烘箱进行干燥，加固成型，最后制得成无纺织物；

步骤(3)：通过喷淋、液槽浸轧或泡沫浸轧等后加工工艺，将多孔载体颗粒物和丙烯酸树脂、界面活性剂的混合物，附到无纺织物上，经烘干后，制得除醛无纺织物。

进一步的，优选喷淋工艺,喷孔在标准流量0.3MPa时，流量为0.5～2.0L/min。

进一步的，步骤(2)的丙烯酸树脂涂覆工艺或者步骤(3)的后加工工艺时，可以添加颜料或者分散染料进行上色。

上述除醛无纺织物在空气过滤装置或通风系统中的应用。

本发明的除醛无纺织物具有载体附着量高、除醛无纺布阻力低、除醛FCADR高的特点。通过加工时的纤维粗细、粗细纤维搭配、多孔载体颗粒物的直径大小等选型和设计，解决了加工时的沉降、轧液量高，从而保证了多孔载体颗粒物附着量高，细孔不被丙烯酸树脂堵塞，除醛效果最大化的。

附图说明

图1为本发明的复合无纺织物的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，该无纺织物包括粗纤维、细纤维、丙烯酸树脂和多孔载体颗粒物，粗细纤维混合使用，可以达到粗纤维-高挺度，保持高透气性，也就是低阻力的效果；同时，低阻力也会增加材料的FCADR，因为低阻力时，换气次数增加，从而增加气态污染物和除醛无纺织物接触的次数，从而增加FACDR；细纤维，更多的比表面积，可以附着更多的载体，包括无机多孔颗粒物；对于纤维的材质，不限于聚酯纤维、维尼纶纤维、尼龙纤维、黏胶纤维以及改性纤维等；优选粗聚酯纤维和细维尼纶纤维的配合使用；丙烯酸树脂，作为黏合剂，保证，特别是无机多孔颗粒物，不会因为复合、打折时颗粒物掉落；其中，所述粗纤维的纤度为5.0-8.0dtex,粗纤维占总重量的百分比为25～45％；所述细纤维的纤度为1.0-2.0dtex，细纤维占总重量的百分比为5～20％；所述载体中含有无机多孔细颗粒物，无机多孔细颗粒物的D50在5～30微米，所述无机多孔细颗粒物占总重的百分比为3～30％；所述丙烯酸树脂的玻璃化温度在30度～70度，丙烯酸树脂占总重量的百分比为25～40％；粗纤维的纤度，高于8dtex，会导致纤维在水中分散不均匀，纤维容易结束丝化，低于5dtex，达不到粗纤维-高挺度的目的；对于比例，维持最小限度的25％时，可以达到正常使用以及作为滤芯高风量时的支撑作用，高于40％，会使纤维量降低，同时由于比表面积较少，载体，包括多孔载体颗粒物的附着量较低，甚至会低于5g/m2；细纤维的纤度为1.0-2.0dtex，当然，由于纤维制造工艺的原因，本发明也不反对低于1.0dtex，只要生产时分散性和加工性能同时满足，比如亲水性、均匀性好的0.8dtex、0.6dtex极细纤维；高于2.0dtex，纤维的比表面积减少，载体，包括多孔载体颗粒物的附着量降低，除醛效果会大打折扣；对于细纤维比例，推荐5％～20％，细纤维的存在，不仅可以增加比表面积，多孔载体颗粒物的附着量增加，而且，布面的均匀性会提高；同时，高于20％，细纤维多了，固然可以提高多孔载体颗粒物的附着量，但是同时相对应的粗纤维量减少，无纺织物的挺度以及透气度会大大降低，加工成滤芯(平板状或者圆筒形)后，滤纸在高风量下会变形，阻力会提升，噪音增大；当然，如果不考虑挺度和透气度降低带来的负面影响，本发明也不反对细纤维增加，或者全部是细纤维，另外，对于本发明的纤维，不管粗纤维还是细纤维，虽然都指纤维，但是，玻璃纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维等，只要能不影响生产工艺，提高无纺织物挺度、多孔载体颗粒物附着量的，都可以被使用。

细纤维比例，优选5％～10％，在这个范围，综合考虑了粗-细纤维的比例，达到挺度、多孔颗粒物附着量、透气性的最佳效果，带来最佳的除醛过滤效果。

载体中，包含多孔载体颗粒物，本发明中，载体的目的是，为了使和甲醛产生化学反应的功能性药剂、或者导致加快甲醛和由于光、热、紫外线等产生自身分解的触媒等，提供更多的接触面积和容量；虽然，功能性药剂也好，光触媒、冷触媒也好可以直接附于无纺织物表面，但是比起载体的使用，附着量相差好几倍，甚至几十、几百倍；载体可以是天然的，也可以时人工合成的，可以是水溶或者悬浮于水中的稳定相，也可以是无机的颗粒物；但是，由于无纺织物后期需要打折等加工，必须要和折刀接触，要求除醛无纺织物具有不粘、加热不变形、折刀从除醛无纺织物中抽出时不易被带出来等要求，本发明要求，含有无机多孔细颗粒物，便于加工，细颗粒物的D50(中位径)在5～30微米、重量百分比为3～30％。优选7～15微米。对于，颗粒物D50，小于5微米，颗粒物太细，不仅生产时容易飞扬，同时，粘附在纤维表面时，容易被丙烯酸树脂覆盖，堵塞大部分细孔，降低除醛效果；而且，颗粒物过细/过多，初期吸附速度很快，会导致吸附寿命(持久性)降低；特别是，细小颗粒物的广泛存在，不利于打折加工；颗粒物大于30微米，颗粒物相对过大，容易发生附着量降低、生产时沉降、除醛差；而且，颗粒物大，对于细纤维的附着量降低，降低除醛效果；特别是，颗粒物相对过大，在除醛无纺织物上，容易打折加工时掉落，除醛性能降低；对于D50，优选7～15微米，这个粒径范围，对于无纺织物的附着量，生产时的粉末飞散，水中分散，除醛效果等，都达到最佳的效果；同时，为了增加除醛效果和使用寿命，本发明推荐05.％～3％的D50在40～80微米的粗多孔载体颗粒物混合使用；40～80微米粗颗粒物的存在，可以大大延缓初期直接和甲醛反应，延缓反应时间，增加使用寿命；同时，粗细混多孔载体颗粒物混合使用，可以避免丙烯酸树脂的直接覆盖，提高除醛物质的实际利用率。

对于丙烯酸树脂，玻璃化温度在25度～55度、重量百分比为25～40％，优选玻璃化温度35～45度，过低的玻璃化温度，挺度降低，超过55度，纤维间的粘着力降低，导致拉伸强度低下，不易后加工；对于，丙烯酸树脂的含量，既要维持作为支撑材所必须的最低量，同时保证无机多孔颗粒物不会掉粉等现象；当然，40％以上的比例，会堵住多孔载体的孔隙，导致除醛效果大打折扣。

多孔载体颗粒物，包括粗颗粒和细颗粒物，比表面积在300～600m2/g，这个范围内，可以最大限度地增加除醛药剂的实际附着量；如果高于600m2/g，后期使用时，容易被轧棍，张力棍等挤压，多孔载体颗粒物破碎，导致布面掉粉等不良产生；同时，过高的比表面积，容易吸附脱离气体分子或者亲水性小分子以及二次发臭的问题；低于300m2/g，除醛药剂的附着量大大降低；对于细孔，20nm以下的要占总孔容积的80％以上；细小且繁多的细孔，可以吸附更多的甲醛气体，同时避免其二次逃逸，造成过滤效果降低的风险；对于细孔容积，在1.0～9.0ml/g，这个范围，对于醛类小分子，特别是甲醛分子，更容易进入细孔内壁和穿透效果，同时对于TVOC之类的大分子，很难进入；因此，特别适合和除醛药剂直接接触，提高除醛效率和寿命。

为了避免多孔载体颗粒物的沉降，一般可以对部分多孔载体颗粒物进行亲水改性，达到在水中不易沉降的目的；同时，也推荐，进一步使用聚乙二醇界面活性剂来提高颗粒物和药剂的分散性，避免生产时颗粒物沉降；对于比例，在0.1～1.0％，具体根据生产工艺而定。高于1.0％，或者亲水改性多孔载体颗粒物过多，会带来吸湿性增加，届时无纺织物的挺度，多孔载体颗粒物吸湿，产生霉菌，从而导致异味等一系列问题都会产生；对于本发明，只要不影响后期使用和问题产生，普通多孔载体颗粒物和亲水改性多孔载体颗粒物混合使用，甚至加入一部分界面活性剂等，都在本专利技术范围内。

本专利的载体中，含有高分子树枝状聚合物和/或高分子树枝状改性聚合物，其含量为5～10％。高分子树枝状聚合物，具有规则和可控的枝化结构，其表面的大量官能团能与除醛药剂共价连接，而且其球形内部的中空疏水穴也能通过氢键、静电作用、范德华力等和功能性除醛基团连接，从而达到可以定向地、缓释性地、更高效地吸附/反应甲醛分子；由于和除醛基团共价等连接的缘故，一般树枝状聚合物的存在，具有亲水的问题；虽然，本发明中选择性地混合了一部分的无机多孔载体颗粒物，但是过多的，特别是超过10％时，会带来打折、组装时粘折刀、设备部件等问题，而且时间长了也会吸潮、产生异味等问题；当然，低于5％，除醛效果大打折扣。

进一步地，所述的多孔颗粒物中，二氧化硅树枝状改性聚合物的比例占到总多孔颗粒物总重量百分比的50％～80％；为了改善无机多孔颗粒物的亲水效果，可以对多孔颗粒物进行树枝状改性；本发明推荐二氧化硅树枝状改性聚合物，不仅可以是二氧化硅粉体表面功能化，而且可以显著改善二氧化硅在水中的分散性和相容性；同时，借助树枝状改性聚合物的特点，可以大大提高除醛药剂的附着量；50％～80％的使用量，可以在除醛效果和加工性等方面，达到最佳的效果。

所述的无纺织物中，还添加了0.3～1.0g/m²的抗菌药剂；对于为了便于水中加工(分散于水中，便于喷涂、喷淋、浸渍等加工)，需要对无机多孔颗粒物进行部分亲水加工或者添加界面活性剂。但是也带来了吸湿，甚至滋生细菌、霉菌产生异味的问题；为了避免这个问题发生，以及不易影响除醛药剂效果，而且少量的添加可以达到最佳的抗菌效果，本发明推荐银、铜、锌等纳米金属颗粒或其化合物。

上述除醛无纺织物的制备方法，是将粗纤维、细纤维均匀分散制成纤维浆液，然后将纤维浆液与白水混合成浓度为成纤维浆液，通过斜网成形，最后经过真空吸水而成纤维网；然后将丙烯酸树脂涂覆于纤维网表面，然后以15～40m/min速度进入的烘箱进行干燥，加固成型，最后制得成无纺织物；最后，通过喷淋、液槽浸轧或泡沫浸轧等后加工工艺，将载体、除醛药剂、丙烯酸树脂和界面活性剂等的混合物，付到无纺织物表面和内部，经烘干后，制得除醛无纺织物；本发明的方法，优选粗、细纤维均匀分散后，分开制成纤维浆液，然后各自与白水混合成浓度为成纤维浆液，通过斜网成形，粗(上)/细(下)纤维网叠合成形后，经过真空吸水而成纤维网，最后将丙烯酸树脂涂覆于纤维网表面，进入的烘箱进行干燥，加固成型，最后制得成无纺织物；相比于市面上一般的粗细纤维混合的无纺织物，粗/细纤维上下分层的无纺织物，达到梯度结构的特点；不仅后道附加载体时，粗纤维层-粗颗粒物，细纤维层-细颗粒物的优化透气的构造，而且，和驻极熔喷无纺织物复合成滤网后，使用时，也能达到粗/细颗粒物梯度过滤的优点，从而增加了作为过滤材料的使用寿命；细(上)/粗(下)纤维网叠合成形的结构，不利于丙烯酸树脂的渗透作用；因为，丙烯酸树脂的涂覆于纤维网表面，是靠自上而下的真空负压，使丙烯酸树脂经上纤维层，然后到下纤维层，最后经真空负压管道，回到胶槽/桶；上纤维层如果是细纤维构造，显然不利于丙烯酸树脂的渗透性。

优选地，采用喷淋工艺；对于，喷孔尺寸的选择，采用在标准流量0.3MPa时，流量为05.～20.L/min的喷孔；大于2.0L/min的喷孔，孔太大，喷出的液体均匀性差，容易造成无纺织物布面除醛效率高低不均匀；小于0.5L/min，孔太小，多孔载体颗粒物容易与其摩擦，同时喷出量少，降低了无纺织物表面的多孔载体颗粒物附着量，降低除醛效果；对于喷孔的材质，可以是SUS不锈钢，也可以是陶瓷材质。

同时，步骤(2)的丙烯酸树脂涂覆工艺或者步骤(3)的后加工工艺时，可以添加颜料或者分散染料进行上色；可以通过不同颜色颜料或染料的混配，调制成所需的蓝色、紫色、黑色等颜色。

本发明的除醛无纺织物，用于空气过滤装置或通风系统中运用；具体来说，用于降低相对密闭空间内，甲醛气体的浓度。可以进行吸附过滤，也可以和其他形式或类型的吸附材料搭配使用。

本发明实施例所采用的测试方法具体如下：

1、阻力：把无纺织物裁剪成固定尺寸，在恒温恒湿条件下(23℃、湿度50％RH)放置24小时预处理；然后，放到过滤面积100平方厘米的机器上，调到风速5.3cm/sec时稳定后，测定其阻力；(对于无纺织物阻力过低时，可以5枚重叠测试，取均值)单位：Pa。

2、除醛效率：把无纺织物裁剪成固定尺寸，在恒温恒湿条件下(23℃、湿度50％RH)放置24小时预处理；然后，在3立方米仓内，放到过滤面积100平方厘米的模具上固定；发生甲醛气体，使仓内甲醛浓度稳定在1.0±0.2mg/m³左右，具体浓度读成V1；在风速5.3cm/sec的条件下，使仓内气体不断通过无纺织物样品，35分钟后，测试仓内的甲醛气体浓度V2，除醛效率＝(V1-V2)/V1*100％；单位：％。

3、刚性：根据JIS 1096标准，把无纺织物裁剪成固定尺寸3.5*1.0英寸，在恒温恒湿条件下(23℃、湿度50％RH)放置24小时预处理；利用格利安式刚性(硬挺度)测试仪，测试无纺织物的经向刚性；单位：mg。

4、FCADR：把无纺织物进行打折-注胶，做成空气净化器滤芯，尺寸为361mm*276mm*38mm；装入飞利浦空气净化器AC1212中，按照GB18801-2015标准，测试其甲醛吸附洁净空气量，简称(滤芯)FCADR(m³/h)。

5.粒径(中位径D50)：使用激光粒度仪，型号Winner2000Z，测试无机多孔颗粒物的粒径分布；得到其中位径。样本数3个，取平均值。

6.孔径：使用BJT法吸脱孔容孔径分布仪，型号BK200A，测试无机多孔颗粒物的孔径分布。得到其中位孔径；样本数3个，取平均值。

实施例1