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CN101721856B - 一种pla/pp双组份纤维过滤材料的制备方法及其制品 - Google Patents

一种pla/pp双组份纤维过滤材料的制备方法及其制品 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法及其制品。该制备方法采用以下工艺：1.制备PLA梳理纤维流：把PLA纤维喂入气流梳理机，经气流梳理后，形成有序的PLA梳理纤维流；2.制备PP熔喷纤维流：将PP原料喂入螺杆挤压机内，在180-290℃下熔融挤出熔体，经预过滤器输送到计量泵内，计量后输送到喷丝模头，在喷丝孔两侧加入250-300℃的热空气对PP纤维进行拉伸，形成PP熔喷纤维流；3.制备PLA/PP双组份纤维过滤材料：将所述PLA梳理纤维流与PP熔喷纤维流按照PLA∶PP＝40-85∶60-15的质量百分比混合，经冷却，在收集器上形成纤网，并依靠PP纤维的余热粘合加固成型，形成PLA/PP双组份过滤材料；所述的PLA/PP混合比通过控制PLA纤维的原料喂入量和熔喷PP纤维的计量泵两个方面来实现。该制品由本发明所述制备方法制得。

Description

一种PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法及其制品
技术领域
本发明涉及过滤材料技术，具体为一种PLA/PP双组分纤维过滤材料的制备方法及其制品。
背景技术
随着社会发展和人类环境意识的增强，过滤材料，尤其是空气过滤材料的应用越来越广泛，主要应用领域包括医院、制药、电子、汽车等。近些年，用于个人卫生用品及家庭除尘设施的过滤材料需求量也在稳步上升。空气过滤材料的作用是清除空气中的固体悬浮物及病毒细菌等。空气过滤材料产品的分类主要有粗效、中效、亚高效和高效(HEPA级)。制备过滤材料的方法有很多种，比较普遍的方法是针刺法、熔喷法、热粘合法、水刺法等，其中针刺法被广泛用于制造粗效和中效过滤材料，而熔喷法则被用于制备亚高效和高效过滤材料。另外，一些多层复合过滤材料产品也可以达到中效和亚高效过滤材料的要求。
现有过滤材料(滤材)的原材料一般都是聚烯烃和聚酯等石化产品。石化材料虽然在对环境和人体的危害上要小于玻璃纤维，然而其使用寿命有限，属于易耗品，大量使用对环境依然有不利影响。近些年来，聚乳酸纤维(PLA纤维)作为一种新型的可生物降解的环保型纤维，可作为石化材料的替代品，逐渐引起人们的关注。PLA纤维是以玉米、小麦等淀粉为原料，经发酵转化成乳酸再经聚合，纺丝而制成的合成纤维。PLA纤维以淀粉制得之乳酸为原料，完全不使用石油等化工原料，其废弃物在土壤和海水中的微生物作用下，可分解成二氧化碳和水，是具有生物降解性的纤维，且再生循环周期短(大约为一至二年)，不会污染环境。
把PLA纤维应用于过滤材料领域，国外已有先例，其制备方法一般是，先把PLA纤维梳理成纤网，再经针刺或热粘合等方法加工成滤材。但该PLA滤材性能有局限性，如过滤效率较低，容尘小，且在制备过程中材料容易被压缩(因为PLA纤维的初始模量较低，在小负荷作用下容易变形，所以纯PLA纤维在梳理或针刺过程中易被压缩)，产品的压降较高(当材料被压缩时。可能导致空气气流在穿过过滤器中的过滤基材时发生高压降)，这对产品制备不利，也耗费能源。因此，瑞典的一项专利(参见WO2008140384(A1))中提出一种解决方法：在PLA纤维中加入聚酯组分，混合后的纤维可避免在梳理过程中被压缩，同时加入的聚酯组分还可起到粘结作用。这种把PLA纤维与聚酯纤维经梳理形成混合的纤维网、再进行加固的方法，虽然解决了材料被压缩的问题，但是制备出的过滤基材过滤效率较低，不能满足高性能过滤器(如EN779中F7级别以上的过滤器)的使用要求，仍急需需要解决。
发明内容
针对上述PLA纤维过滤材料的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种新的PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法及其制品。该过滤材料的制备方法具有工艺流程短，制备过程可控，节省能源，所得滤材产品性能高等特点。该制备方法所得过滤材料制品具有高过滤效率、高容尘率、抗压缩，低压降等特点。
本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是，设计一种PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法，该制备方法采用以下工艺：
1.制备PLA梳理纤维流：把PLA纤维喂入气流梳理机，经气流梳理后，形成有序的PLA梳理纤维流；
2.制备PP熔喷纤维流：将PP原料喂入螺杆挤压机内，在180-290℃下熔融挤出熔体，经预过滤器输送到计量泵内，计量后输送到喷丝模头，在喷丝孔两侧加入250-300℃的热空气对PP纤维进行拉伸，形成PP熔喷纤维流；
3.制备PLA/PP双组份纤维过滤材料：将所述PLA梳理纤维流与PP熔喷纤维流按照PLA∶PP＝40-85∶60-15的质量百分比混合，经冷却，在收集器上形成纤网，并依靠PP纤维的余热粘合加固成型，形成PLA/PP双组份过滤材料；所述的PLA/PP混合比通过控制PLA纤维的原料喂入量和熔喷PP纤维的计量泵两个方面来实现。
本发明提供的PLA/PP双组份纤维过滤材料制备方法与现有的PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法有本质的不同，它不是纤网与纤网复合再通过针刺或者热粘合的方法进行加固，而是将PLA梳理纤维流与PP熔喷纤维流直接混合形成纤网，利用熔喷PP纤维自身的余热粘合加固成型，因此具有工艺流程短，制备过程可控，节省能源，所得滤材产品性能高等特点。
本发明解决所述过滤材料技术方案是，设计一种PLA/PP双组份纤维过滤材料制品，该制品由本发明所述PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法直接制得，所得PLA/PP双组纤维过滤材料中，PLA纤维的纤度为3-10dtex，纤维长度34-70mm；PP熔喷纤维纤度分布范围为0.8-10um，平均纤度6-8um；PLA纤维和PP纤维的重量百分比范围是：PLA纤维40-85％，PP纤维60-15％。
现有的PLA/PP双组份纤维过滤材料则是PLA纤维与普通PP纤维的混合梳理纤网，纤维纤度分布较窄，孔隙率低。不耐压缩，与现有技术相比，本发明设计的PLA/PP双组份纤维过滤材料是PLA纤维与超细熔喷PP纤维的混合纤网，过滤材料具有熔喷非织造布的特性，呈蓬松状，纤维纤度分布较宽，孔隙率高，具有高过滤效率、高容尘率、抗压缩，低压降等特点。
附图说明
图1为现有PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法工艺流程示意图。
图2为本发明PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法工艺流程示意图。
图3为本发明制备方法所得PLA/PP双组份纤维过滤材料制品的纵截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步叙述本发明。
现有技术的PLA纤维过滤材料的生产工艺流程(参见图1)是：先把两部分纤维分别各自梳理机，一部份纤维由PLA纤维与PET纤维混合组成，另一部分纤维由PLA纤维与PP纤维混合组成或者其他纤维混合组分，两部分纤维经过梳理机分别梳理后，各自形成单层纤网，再把梳理出的单层纤网在铺网时复合在一起，然后进行热粘合加固，经卷绕装置卷绕成卷。
现有技术制备的PLA纤维过滤材料虽然把PLA纤维与其他组分混合后梳理，避免了在梳理过程中PLA纤维被压缩，但是制备出的过滤基材的过滤效率较低，不能满足高效过滤器(如EN779中F7级以上的过滤器)的使用要求。现有方法制备的滤材的纤维纤度较高，影响了滤材的过滤效率；另外，梳理热粘合的制备方法灵活性不够强，无法制备出PLA纤维密度具有梯度分布的滤材，产品的容尘量和使用寿命较低。
本发明设计的PLA/PP双组份纤维过滤材料(以下简称纤维滤材)制备方法(以下简称制备方法，参见图2)，是由PLA梳理纤维与PP熔喷纤维复合制成的，其采用的工艺步骤如下：
1.制备PLA梳理纤维流：把PLA纤维喂入气流梳理机，PLA纤维经气流梳理后形成有序的PLA梳理纤维流；
2.制备PP熔喷纤维流：将PP原材料喂入螺杆挤压机内，在180℃-290℃下熔融，被挤出的熔体经过预过滤器被输送到计量泵内，经过计量泵计量后输送到喷丝模头，在喷丝孔两侧加入250℃-300℃的热空气对PP纤维进行拉伸，从而形成PP熔喷纤维流；
3.制备PLA/PP双组份纤维滤材，PLA梳理纤维流与PP熔喷纤维流按PLA∶PP＝40-85％∶60-15％的质量百分比混合，经冷却，在收集器上形成纤网，依靠PP纤维自身的余热粘合加固成型，形成PLA/PP双组份纤维滤材；所述的PLA/PP混合比通过控制PLA纤维的原料喂入量和熔喷PP纤维的计量泵两个方面来实现。
本发明一方面设计利用气流梳理法梳理PLA纤维，避免了PLA纤维因机械受力而被压缩；另一方面，由于熔喷方法制备的PP纤维超细，可以赋予材料较高的过滤效率；另外，熔喷PP纤维依靠自身的余热冷却粘结性能在材料中很好地起到加固成型作用。因此本发明制备方法工艺流程短，生产过程简单，易于操作，节省能源，制备出的产品过滤效率高，使用寿命长，能够满足高性能过滤器的要求。另外，由于这种过滤材料中加入了PLA纤维，产品具有较高的生物可降解性，属于一种环保型过滤材料。
本发明纤维滤材制备方法还具有另外一个特点：即可制备出具有PLA纤维密度(纤维重量百分比占比含量)梯度分布或连续变化分布的双组分纤维滤材(参见图3，PLA纤维重量百分比占比含量梯度或连续变化分布范围为85-0％。)。本发明制备方法在滤材制品的生产过程中，通过在线调节PLA纤维气流梳理设备的输出流量，控制梳理出的PLA纤维流与熔喷PP纤维流的混合比例，从而获得在制品纵截面上具有纤维密度梯度分布或连续变化分布的纤维滤材。进一步说是，所得过滤材料制品中，PLA纤维从所述制品的一个表面到另一个表面纤维重量百分比占比含量逐渐递减，而PP纤维从所述制品的另一个表面到一个表面纤维重量百分比占比含量逐渐递减；或者说PP纤维从所述制品的一个表面到另一个表面纤维重量百分比占比含量逐渐递增。PLA纤维在过滤材料中的重量百分比占比含量呈梯度分布或连续变化分布，可提高产品的容尘量和使用寿命。材料中PLA纤维含量由多至少分布，含量较多时，相对的熔喷PP纤维的含量较少，此时纤维的平均纤度较大，可以拦截粒径较大的颗粒；而PLA纤维含量较少时，相对的熔喷PP纤维的含量较多，此时材料的孔隙率较高，孔径较小，可以拦截粒径较小的颗粒。这样的材料制品结构具有分级过滤特性，过滤效率高，材料的使用寿命较高，容尘量也较高。
利用本发明制备方法可直接生产出PLA/PP双组份纤维过滤材料制品。所得PLA/PP双组纤维过滤材料制品中，PLA纤维的纤度为3-10dtex，纤维长度34-70mm；PP熔喷纤维纤度分布范围为0.8-10um，平均纤度6-8um；PLA纤维和PP纤维的重量百分比范围是：PLA纤维40-85％，PP纤维60-15％。由于材料中含有可降解PLA纤维和超细熔喷PP纤维，材料具有熔喷非织造布的结构特性，并且PLA纤维的占比含量可呈梯度分布或连续变化分布，所以该过滤材料具有较高的过滤效率和容尘量，可满足高性能过滤器的使用要求。本发明制备的双组份PLA纤维过滤材料经德国Fiatec Filter&Aerosol Technologic GmbH检测(下同)，最高可满足EN779F9标准要求，其过滤效率达96％以上，容尘量为153.5g@450Pa。
本发明未述之处适用于现有技术。
以下给出本发明的具体实施例，但本发明不受实施例的限制。
实施例1
制备40∶60的PLA/PP双组份纤维过滤材料。
(1)..PLA纤维梳理：把PLA纤维计量喂入气流梳理机，PLA纤维经气流梳理后，形成有序的PLA纤维流；
(2)..熔喷PP纤维：将PP原材料喂入螺杆挤压机内，在250℃下熔融，被挤出的熔体经过预过滤器被输送到计量泵内，经过计量泵计量后输送到喷丝模头，在喷丝孔两侧加入260℃的热空气对PP纤维进行拉伸，从而形成熔喷PP纤维流；
(3).调节PLA纤维流的输送量(或者熔喷PP计量泵)，使得两种纤维PLA/PP的重量百分比为40/60，PLA纤维流与熔喷PP纤维流混合，经冷却，在收集器上形成纤网，依靠PP纤维自身的余热粘合加固成型，制成PLA/PP双组份纤维过滤材料。
本实施例过滤材料制品的克重为80g/m2，其中PP纤维的平均纤度为7-9um，PLA纤维在材料中均匀分布，产品手感柔软。测试表明，该实施例产品的过滤效率为90％，容尘量为180g@450Pa，满足EN779F7标准要求。
实施例2。
制备80∶20的PLA/PP双组份纤维过滤材料。
(1)PLA纤维梳理：把PLA纤维计量喂入气流梳理机，PLA纤维经气流梳理后形成有序的PLA纤维流；
(2).熔喷PP纤维：将PP原材料喂入螺杆挤压机内，在270℃下熔融，被挤出的熔体经过预过滤器被输送到计量泵内，经过计量泵计量后输送到喷丝模头，在喷丝孔两侧加入280℃的热空气对PP纤维进行拉伸，从而形成熔喷PP纤维流；
(3).调节PLA纤维流的输送量(或者熔喷PP计量泵)，使得两种纤维PLA/PP的重量百分比为80/20，PLA纤维流与熔喷PP纤维流混合，经冷却，在收集器上形成纤网，依靠PP纤维自身的余热粘合加固成型，制成PLA/PP双组份过滤材料。
该过滤材料产品克重为90g/m2，其中PP纤维的平均纤度为6-8um，PLA纤维在材料中均匀分布，产品手感柔软，测试表明，产品过滤效率为95％，容尘量为175g@450Pa，满足EN779F8标准要求。
实施例3
制备85∶15的PLA/PP双组份纤维过滤材料。
(1).PLA纤维梳理：把PLA纤维计量喂入气流梳理机，PLA纤维经气流梳理后形成有序的PLA纤维流；
(2).熔喷PP纤维：将PP原材料喂入螺杆挤压机内，在280℃下熔融，被挤出的熔体经过预过滤器被输送到计量泵内，经过计量泵计量后输送到喷丝模头，在喷丝孔两侧加入290℃的热空气对PP纤维进行拉伸，从而形成熔喷PP纤维流；
(3).调节PLA纤维流的输送量(或者熔喷PP计量泵)，使得两种纤维PLA/PP的重量百分比为85/15，PLA纤维流与熔喷PP纤维流混合，经冷却，在收集器上形成纤网，依靠PP纤维自身的余热粘合加固成型，制成PLA/PP双组份过滤材料。在此过程中，通过在线调节(对PLA纤维流风速的调节)PLA纤维气流梳理机的输出流量，使得PLA纤维在材料制品中的重量百分比减少并呈梯度分布。
该过滤材料产品克重为90g/m2，其中PP纤维的平均纤度为5-7um，PLA纤维在材料中呈梯度分布，产品手感柔软，测试表明，产品过滤效率为96.5％，容尘量为153.5g@450Pa，满足EN779F9标准要求。

Claims (4)

1.一种PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法，该制备方法采用以下工艺：
(1).制备PLA梳理纤维流：把PLA纤维喂入气流梳理机，经气流梳理后，形成有序的PLA梳理纤维流；
(2).制备PP熔喷纤维流：将PP原料喂入螺杆挤压机内，在180-290℃下熔融挤出熔体，经预过滤器输送到计量泵内，计量后输送到喷丝模头，在喷丝孔两侧加入250-300℃的热空气对PP纤维进行拉伸，形成PP熔喷纤维流；
(3).制备PLA/PP双组份纤维过滤材料：将所述PLA梳理纤维流与PP熔喷纤维流按照PLA∶PP＝40-85∶60-15的质量百分比混合，经冷却，在收集器上形成纤网，并依靠PP纤维的余热粘合加固成型，形成PLA/PP双组份过滤材料；所述的PLA/PP混合比通过控制PLA纤维的原料喂入量和熔喷PP纤维的计量泵两个方面来实现。
2.根据权利要求1所述的PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法，其特征在于所述的PLA/PP混合比通过在线调节PLA纤维气流梳理设备的输出流量，控制梳理出的PLA纤维流与熔喷PP纤维流的混合比例。
3.一种PLA/PP双组份纤维过滤材料制品，该制品由权利要求1或2所述PLA/PP双组份纤维过滤材料的制备方法直接制得，所得PLA/PP双组份纤维过滤材料中，PLA纤维的纤度为3-10dtex，纤维长度34-70mm；PP熔喷纤维纤度分布范围为0.8-10um，平均纤度6-8um；PLA纤维和PP纤维的重量百分比范围是：PLA纤维40-85％，PP纤维60-15％。
4.根据权利要求3所述的PLA/PP双组份纤维过滤材料制品，，其特征在于所得过滤材料制品中，PLA纤维从所述制品的一个表面到另一个表面纤维重量百分比占比含量逐渐递减，而PP纤维从所述制品的所述另一个表面到所述一个表面纤维重量百分比占比含量逐渐递减。
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