CN104147848A - 一种复合滤材及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合滤材及其用途，该复合滤材是由骨材层、脱臭层、集尘层构成，所述集尘层至少含有两层长丝无纺布，且所述集尘层的最上层长丝无纺布的平均孔径为25～200μm，最下层长丝无纺布的平均孔径为10～50μm；所述脱臭层中吸附材料的添加量为200～1000g/m2。本发明的复合滤材具有夹持高活性炭量的无纺布打褶时不易被顶破、同时又能保持低压损、高捕集率的特点，可应用于道路车辆或轨道交通用通风过滤领域中。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合滤材及其用途。
背景技术
目前，应用于洁净室、中央空调、家庭用空气净化器、汽车空调过滤器等空气净化领域的过滤材料种类繁多，其性能也高低不一，但目的都是为了净化空气。近来，随着人们对环保意识的增强，对空气过滤器的需求也越来越大，也就是说对构成空气过滤器的滤材的要求也越来越高。尤其是可以净化异味及甲醛的高性能过滤器大受欢迎，如具有脱臭功能的家庭用空气净化器和车用空调净化器。对于如何高效、彻底地净化空气中的异味及去除甲醛等有害气体，目前夹持活性炭滤材被使用的较多。而且随着人们要求的增加，活性炭的添加量（夹持量）也越来越多。因为活性炭的含量越多，就能有效除去空气中的异味及甲醛等有害气体，但过滤空气中的更微细粒子（如PM1.0、0.3μm微粒子）主要靠熔喷无纺布来捕集。如果在使用熔喷无纺布的同时，夹持活性炭的量过多的话（超过200g/m2），在打褶加工时，活性炭颗粒容易将熔喷无纺布顶破，这样会大大降低对微细粒子的捕集效率。
如日本公开专利特开2011-212636公开了一种复合滤材及其打褶成的过滤器，该发明的目的是将夹持活性炭粒子的滤材打褶加工后也不会被顶破，该方法是通过提高熔喷无纺布的克重或者增加纤维的纤度使无纺布达到一定程度上的耐压力。但是，如果提高熔喷无纺布的克重，势必会增加滤材的阻力；而增加纤维的纤度，会降低滤材的过滤效率。而且该发明中夹持活性炭粒子的总克重为40～120g/m2，活性炭含量的减少势必会导致不能有效地除去空气中的异味及甲醛等有害气体，因此并没有从本质上解决夹持克重为200g/m2以上的高活性炭颗粒等吸附材料时如何防止熔喷无纺布易破，以及达到低压损、高捕集的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐压、耐顶破，同时又能保持低压损、高捕集率的复合滤材。
本发明的技术解决方案是：本发明的复合滤材是由骨材层、脱臭层、集尘层构成，所述集尘层至少含有两层长丝无纺布，且所述集尘层的最上层长丝无纺布的平均孔径为25～200μm，最下层长丝无纺布的平均孔径为10～50μm；所述脱臭层中吸附材料的添加量为200～1000g/m2。如果吸附材料的添加量低于200g/m2，就不能解决高污染、短时间内高吸附等问题；如果吸附材料的添加量高于1000g/m2，就不能进行打褶加工，一旦进行打褶加工的话，无纺布易被顶破，而此时使用蜂窝状结构较多。
其实吸附材料中含有热粘合所必需的热熔胶粉。现在市面上一般将添加量为200g/m2以上的吸附材料夹持在一层纺粘无纺布和支撑层（纺粘无纺布、化学粘合无纺布、热粘合无纺布等）之间。即使在吸附材料的添加量较多的情况下，纺粘无纺布也可以保证后道加工时，不会被顶破。然而，该类型滤材的捕集效率低，阻力较高。而如果使用一层熔喷无纺布和支撑层夹持高量的活性炭颗粒的话，虽然其高捕集率高，但后道打褶加工时，活性炭容易顶破或涨破熔喷无纺布，带来二次污染。因此，本发明的集尘层至少由两层长丝无纺布构成，且集尘层的最上层长丝无纺布的平均孔径为25～200μm，最下层长丝无纺布的平均孔径为10～50μm。作为与活性炭接触的最上层长丝无纺布，在保证打褶加工时不被顶破的同时，也能达到集尘和低阻的要求。如果最上层长丝无纺布的平均孔径超过200μm的话，就会造成漏炭的现象；如果最上层长丝无纺布的平均孔径低于25μm的话，效率固然得到提到，但同时阻力也会上升很多。考虑到梯度过滤以及最佳过滤效果等因素，最上层长丝无纺布的平均孔径优选25～49μm，该范围平均孔径的长丝无纺布制得的滤材，由于与骨材层、最下层长丝无纺布构成梯度过滤，而且，在这个孔径范围内，达到最佳的0.3~0.5um粉尘捕集效率和ISO-A2粉尘集尘量，从而可以达到长寿命的效果。作为集尘层的最下层长丝无纺布是为了捕集上层无纺布未能过滤的细小颗粒，从而使集尘层的捕集效率得到大幅度提高。最下层长丝无纺布的平均孔径必须小于最上层长丝无纺布的平均孔径，同时最下层长丝无纺布的平均孔径在10～50μm范围内最佳。如果最下层长丝无纺布的平均孔径高于50μm，就不能达到过滤细小颗粒的效果。当然，如果最下层长丝无纺布的平均孔径低于10μm，过滤阻力会增加很多，从而就会增加马达的负担。对于集尘层的两层或多层无纺布的复合方法有直接制布法、热熔胶粉粘合法、花纹滚热轧法、超声波法，考虑到两层或多层无纺布的接着强力，优选热熔胶粉粘合法。
本发明复合滤材的集尘层中至少含有一层带电长丝无纺布。即赋予纤维半永久性的带电电荷，从而使之能吸附空气中的细小粉尘。与未经过带电加工的过滤材料相比，带电加工材料在达到高捕集效率的同时，降低了过滤材料的压力损失，减少堵塞，延长使用寿命。关于带电加工的方法，可以直接对成网的纤维层进行高压带电加工处理，或者纺丝喷丝口出来时通过高电压使纤维或长丝带电再成网，也可以通过纯水+催化剂处理带电的方法。
本发明复合滤材的最上层长丝无纺布与最下层长丝无纺布分别为纺粘无纺布与熔喷无纺布或熔喷无纺布与熔喷无纺布。上述纺粘无纺布和熔喷无纺布可以是单层，也可以是相同或不同克重的复合层。由于最上层长丝无纺布直接与颗粒状活性炭贴合，考虑到耐压、耐顶破等问题，最上层长丝无纺布采用纺粘无纺布或粗纤度纤维构成的熔喷无纺布，最下层长丝无纺布作为滤材的最后一层，也是最关键一层，最下层长丝无纺布必须采用细纤度、低克重的熔喷无纺布，从而达到高效、低阻过滤的目的，而且还能捕集到细小颗粒物。同时，还可以根据用途的需要，可以改变不同层无纺布的克重、纤度等，从而达到多样化的使用目的。考虑到本发明的复合滤材具有耐压、耐顶破以及高捕集率的效果，最上层长丝无纺布与最下层长丝无纺布分别优选熔喷无纺布与熔喷无纺布。
本发明的复合滤材中吸附材料为活性炭粒子、分子筛、石英砂、二氧化硅粒子、多孔陶瓷中的一种或几种。使用上述吸附材料能达到增加吸附面，增加吸附效果，吸附材料优选活性炭粒子。
本发明的吸附材料中含有盐酸、硫酸、磷酸、硝酸等中的一种或几种酸性物质。通过添加上述酸性物质中的一种或几种，不仅可以达到除吸附臭味的目的，还可以对碱性气体（比如氨气）有更高的吸附效果。
本发明的吸附材料中还含有氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾等中的一种或几种的碱性物质。通过添加上述碱性物质中的一种或几种不仅可以达到除吸附臭味的目的，还可以对酸性类气体（比如二氧化硫）有更高的吸附效果。
本发明的吸附材料的平均粒径为180～350μm。如果吸附材料的平均粒径低于180μm，加工时会造成漏粉的弊端，造成二次污染；如果吸附材料的平均粒径超过350μm，由于颗粒较大，吸附量会大大降低，而且由于颗粒较大，后续打褶加工时，由于受力作用，粒子会顶破无纺布层。
本发明的复合滤材具有夹持高活性炭量的无纺布打褶时不易被顶破、同时又能保持低压损、高捕集率的特点，可应用于道路车辆或轨道交通用通风过滤领域中。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地说明，并且实施例中的物性按照以下的方法进行测定。
（1）剥离强度
幅宽方向均匀裁剪长100mm×宽25mm样品5块，然后将样品的骨材层和集尘层两端分别用夹子夹住，通过100m/min的速度慢慢拉伸，当样品的骨材层和集尘层被分开50mm时，读出此时的拉力（g/25mm），最后求出5块样品的平均值。
（2）打褶后滤材顶点破洞
把复合后的滤材通过温州德嘉制DJCZ55-800-Ⅱ型自动打褶机，加工成29.5～30.0mm山高的褶皱滤材，将滤材经向方向上加工400山（褶数）后，随机选取3个人按以下基准进行外观判定。计算出实际的破洞数目（个）。上述打褶加工的条件：设定上、下热板的温度为80℃，热板间的距离31.2mm，滤材打褶出来后的压力为6kg。这里的破洞是指复合滤材的集尘层的破洞的最大方向直径为1mm以上，而且能够看到脱臭层的颗粒物或骨材层。
（3）通气度
根据JIS L1096标准，把片状的复合滤材沿幅宽方向均匀裁剪10块样品（10cm×10cm）,置于FX3300通气度试验机测试口下方通过125Pa的压力进行测试，测试的量程选为cc/cm2/sec。然后取10块样品测试值的平均值。
（4）粉尘集尘量
把片状的复合滤材放到直径35cm开口的机器上固定住，调节风量3m3/min的空气通过测定滤材，然后将1g/min浓度的ISO fine A2（一种ISO标准规定的通用标准粉尘）的粉尘喂向测试样品，当样品阻力上升150Pa时，停止实验，并称量测试样品上积累的粉尘增重M1，以及HEPA滤材的增重M2。从而算出该测定滤材的粉尘捕集量,单位：g/m２；（HEPA滤材的目的是为了使从测定滤材穿过的粉尘不流入机器内部，尤其风机内，起到保护的作用），按照下面计算公式得出：粉尘集尘量=(M1+M2)/测试样品的面积（m2）；
通常通过滤材上面的粉尘集尘量来间接地表观滤材的使用寿命，粉尘集尘量大的滤材，使用寿命越长。
（5）压力损失和粉尘捕集效率
把片状的复合滤材放到直径35cm开口的机器上固定住，调节风速至6.5m/min的空气通过测定滤材，待其阻力稳定时，读出此时样品两端的压力损失。并且，测定0.3～0.50μm粒径段的空气粒子通过测试样品前后的粒子数A1、A2。根据下面公式计算0.3-0.5μm粉尘捕集效率，一般测试5个样品，取平均值；按照下面计算公式得出：粉尘捕集效率=(A1-A2)/A1*100%。
（6）厚度
把片状的复合滤材在幅宽方向均匀裁剪20cm×20cm共5块，使用Teclock公司的SM-114厚度计进行测试，每块样品测试每边4个点，5块样品总共20点数据，取其平均值。
（7）脱臭性能
按照ISO11155-2（2009）标准要求，测试2.5 m3/min风量时，0分钟、1分钟、5分钟时，对甲苯和SO2的除去率（%）。
（8）平均孔径
使用多孔材料自动孔径测定装置 Perm- Porometer （PMI公司制），通过冒泡法（ASTM-316-86）算出平均孔径。测定样品的直径为25mm。关于测定溶液，当测试孔径在180um以下的材料时，使用Galwick，而如果孔径超过180um的话，则用纯水测试。通过以上测定装置得到的结果作为平均孔径（Mean Flow Pore Diameter）。在测定样品中的任意5个地方取样并且测定，得到平均值。
实施例1
将平均孔径为136μm的抄纸无纺布作为骨材层，骨材层上均匀喷洒克重为200g/m2的活性炭颗粒（含热熔胶颗粒）作为脱臭层，将骨材层与脱臭层通过120～160℃的烘箱进行预热，再将平均孔径为110μm的纺粘无纺布与平均孔径为35μm的带电熔喷无纺布的复合材料置与脱臭层上方进行热轧复合加工，其中，上述平均孔径为110μm的纺粘无纺布直接与脱臭层贴合，制得骨材层/脱臭层/集尘层一体化的复合滤材。该复合滤材应用于道路车辆或轨道交通用通风过滤领域时，空气从复合滤材的骨材层流入、集尘层流出。本发明复合滤材的各物性参见表1。
实施例2
将平均孔径为152μm的抄纸无纺布作为骨材层，骨材层上均匀喷洒克重为350g/m2的含有磷酸浸渍的活性炭颗粒（含热熔胶颗粒）作为脱臭层，将骨材层与脱臭层通过120～160℃的烘箱进行预热，再将平均孔径为45μm的熔喷无纺布与平均孔径为40μm的带电熔喷无纺布的复合材料置与脱臭层上方进行热轧复合加工，其中，上述平均孔径为45μm的熔喷无纺布直接与脱臭层贴合，制得骨材层/脱臭层/集尘层一体化的复合滤材。该复合滤材应用于道路车辆或轨道交通用通风过滤领域时，空气从复合滤材的骨材层流入、集尘层流出。本发明复合滤材的各物性参见表1。
实施例3
将平均孔径为141μm的化学粘合无纺布作为骨材层，骨材层上均匀喷洒克重为1000g/m2的活性炭颗粒（含热熔胶颗粒）作为脱臭层，将骨材层与脱臭层通过120～160℃的烘箱进行预热，再将平均孔径为115μm的纺粘无纺布与平均孔径为35μm的带电熔喷无纺布的复合材料置与脱臭层上方进行热轧复合加工，其中，上述平均孔径为115μm的纺粘无纺布直接与脱臭层贴合，制得骨材层/脱臭层/集尘层一体化的复合滤材。该复合滤材应用于道路车辆或轨道交通用通风过滤领域时，空气从复合滤材的骨材层流入、集尘层流出。本发明复合滤材的各物性参见表1。
实施例4
将平均孔径为136μm的抄纸无纺布作为骨材层，骨材层上均匀喷洒克重为600g/m2的活性炭颗粒（含热熔胶颗粒）作为脱臭层，将骨材层与脱臭层通过120～160℃的烘箱进行预热，再将平均孔径为130μm的纺粘无纺布、平均孔径为49μm的熔喷无纺布、平均孔径为35μm的带电熔喷无纺布的三层复合体材料置与脱臭层上方进行热轧复合加工，其中，上述平均孔径为130μm的纺粘无纺布直接与脱臭层贴合，制得骨材层/脱臭层/集尘层一体化的复合滤材。该复合滤材应用于道路车辆或轨道交通用通风过滤领域时，空气从复合滤材的骨材层流入、集尘层流出。本发明复合滤材的各物性参见表1。
实施例5
将平均孔径为152μm的热粘合无纺布作为骨材层，骨材层上均匀喷洒克重为350g/m2的含有碳酸钠浸渍的二氧化硅颗粒（含热熔胶颗粒）作为脱臭层，将骨材层与脱臭层通过120～160℃的烘箱进行预热，再将平均孔径为45μm的熔喷无纺布与平均孔径为35μm的带电熔喷无纺布的复合材料置与脱臭层上方进行热轧复合加工，其中，上述平均孔径为45μm的熔喷无纺布直接与脱臭层贴合，制得骨材层/脱臭层/集尘层一体化的复合滤材。该复合滤材应用于道路车辆或轨道交通用通风过滤领域时，空气从复合滤材的骨材层流入、集尘层流出。本发明复合滤材的各物性参见表1。
比较例1
将平均孔径为98μm的纺粘热轧无纺布作为骨材层，骨材层上均匀喷洒克重为300g/m2的活性炭颗粒（含热熔胶颗粒）作为脱臭层，将骨材层与脱臭层通过120～160℃的烘箱进行预热，再将平均孔径为98μm的纺粘无纺布置与脱臭层上方进行热轧复合加工，制得骨材层/脱臭层/集尘层一体化的复合滤材。该复合滤材的各物性参见表1。
比较例2
将平均孔径为152μm的抄纸无纺布作为骨材层，骨材层上均匀喷洒克重为120g/m2的活性炭颗粒（含热熔胶颗粒）作为脱臭层，将骨材层与脱臭层通过120～160℃的烘箱进行预热，再将平均孔径为40μm的带电熔喷无纺布置与脱臭层上方进行热轧复合加工，制得骨材层/脱臭层/集尘层一体化的复合滤材。该复合滤材的各物性参见表1。
比较例3
将平均孔径为141μm的化学粘合无纺布作为骨材层，骨材层上均匀喷洒克重为250g/m2的活性炭颗粒（含热熔胶颗粒）作为脱臭层，将骨材层与脱臭层通过120～160℃的烘箱进行预热，再将平均孔径为35μm的带电熔喷无纺布置与脱臭层上方进行热轧复合加工，制得骨材层/脱臭层/集尘层一体化的复合滤材。该复合滤材的各物性参见表1。
从表1的评价结果可知，实施例1～5中添加200g/m2以上的吸附材料作为脱臭层时，最上层无纺布与最下层无纺布的形态以及平均孔径通过合理的配比，制得的复合滤材能达到对细小微粒（0.3～0.5um）高捕集效率的同时，也达到对ISO-FINE A2粉尘的高集尘量，且避免了在加工过程中（打褶时）熔喷无纺布易破的缺点。从表1中可以看出，实施例2、4、5效果较好，进一步来看，实施例2最好。
对于今后汽车尾气等污染严重以及PM2.5盛行恶劣的环境下，本发明的复合滤材具有不可替代的作用。
表1
Claims (10)
1.一种复合滤材，其特征是:该复合滤材是由骨材层、脱臭层、集尘层构成，所述集尘层至少含有两层长丝无纺布，且所述集尘层的最上层长丝无纺布的平均孔径为25～200μm，最下层长丝无纺布的平均孔径为10～50μm；所述脱臭层中吸附材料的添加量为200～1000g/m2。
2.根据权利要求1所述的复合滤材，其特征是：所述最上层长丝无纺布的平均孔径为25～49μm。
3.根据权利要求1所述的复合滤材，其特征是：所述集尘层中至少含有一层带电长丝无纺布。
4.根据权利要求1所述的复合滤材，其特征是：所述最上层长丝无纺布与最下层长丝无纺布分别为纺粘无纺布与熔喷无纺布或熔喷无纺布与熔喷无纺布。
5.根据权利要求4所述的复合滤材，其特征是：所述最上层长丝无纺布与最下层长丝无纺布分别为熔喷无纺布与熔喷无纺布。
6.根据权利要求1所述的复合滤材，其特征是：所述吸附材料为活性炭粒子、分子筛、石英砂、二氧化硅粒子、多孔陶瓷中的一种或几种。
7.根据权利要求1或6所述的复合滤材，其特征是：所述吸附材料中含有盐酸、硫酸、磷酸、硝酸中的一种或几种酸性物质。
8.根据权利要求1或6所述的复合滤材，其特征是：所述吸附材料中还含有氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种或几种的碱性物质。
9.根据权利要求1或6所述的复合滤材，其特征是：所述吸附材料的平均粒径为180～350μm。
10.一种权利要求1所述的复合滤材在道路车辆或轨道交通用通风过滤领域中的应用。
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