CN110180260B - 一种空气净化滤芯和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种空气净化滤芯，所述滤芯包括滤芯基材和涂敷在滤芯基材表面及内部的超疏水纳米涂料；所述滤芯基材由纤维网状结构的材料制成；所述超疏水纳米涂料包括氟碳改性的聚丙烯酸树脂与加入了聚氨酯和纳米粒子的氟单体的混合物。本发明还提供了一种空气滤芯的制备方法，所述方法包括：通过浸渍方式或者喷涂方式将超疏水纳米涂料涂覆到滤芯基材表面及内部。本发明所述的空气净化滤芯，由于材质表面的超疏水性能，使得颗粒物和细菌病毒不易附着，有效的降低了空气净化效率随着使用的性能衰减速度。

Description

一种空气净化滤芯和制备方法

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，特别是涉及一种空气净化滤芯和制备方法。

背景技术

近年来，由于环境污染所造成的空气中颗粒污染物浓度较高，空气净化装置得到了广泛的使用。空气滤芯作为空气净化装置的关键部件，用于对空气中不同大小的颗粒物进行过滤净化。目前，大部分的空气净化滤芯材料由微米纤维制备而成，长年累月，大量的细小颗粒物累积附着在过滤纤维材料表面，造成了通风效率的下降，严重时造成堵塞，甚至二次污染。这样，需要定期较为频繁的更换滤网，这样造成了空气净化装置使用成本的上升。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种空气净化滤芯和一种空气净化滤芯制备方法。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种空气净化滤芯，所述滤芯包括滤芯基材和涂敷在滤芯基材表面及孔隙中的超疏水纳米涂料；

所述超疏水纳米涂料包括氟碳改性的聚丙烯酸树脂、混合用含氟单体、聚氨酯树脂和纳米粒子的混合物。

进一步的，所述滤芯基材由纤维网状结构的材料制成；

制成所述滤芯基材的材料包括：聚酯纤维、玻璃纤维、无纺布、聚丙烯纸、玻纤纸、或聚丙烯和聚碳酸酯复合材料中的一种。

进一步的，所述超疏水纳米涂料中氟碳改性的聚丙烯酸树脂与混合用含氟单体的质量比为9:1-7:3。

进一步的，所述氟碳改性聚丙烯酸树脂由氟单体丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯中的一种或多种与丙烯酸类单体进行反应获得。

进一步的，所述混合用含氟单体包括全氟癸烷、全氟烷基胺、全氟烷基酸中的一种或多种。

进一步的，所述纳米粒子在超疏水纳米涂料中所占的质量比小于2％；

所述纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、氧化铝中的一种或多种。

进一步的，所述聚氨酯树脂在超疏水纳米涂料中所占的质量比包括 5％-10％。

本发明实施例还公开了一种空气净化滤芯的制备方法，所述方法包括：

通过浸渍方式或者喷涂方式将超疏水纳米涂料涂覆到滤芯基材表面及孔隙中；

其中，所述喷涂方式为背面负压与正面喷涂相结合的方式。

进一步的，所述浸渍方式包括：

将所述滤芯基材浸入到所述超疏水纳米涂料中并保持1-2分钟；

将浸满超疏水纳米涂料的滤芯基材从超疏水纳米涂料中取出，并静止 30-60分钟。

进一步的，所述的背面负压压强范围为0.36-0.365kg/cm²。

本发明实施例包括以下优点：

本发明所述的空气净化滤芯，由于材质表面的超疏水性能，使得颗粒物和细菌病毒不易附着，有效的降低了空气净化效率随着使用的性能衰减速度。

本发明中制备空气净化滤芯的方法简单便捷，适用于不同滤材基质，通过一定的涂覆工艺，赋予空气净化滤芯超疏水性能，可以重复水洗，便于及时清洁过滤网，在提高空气净化效率的同时，降低维护成本。

本发明所采用的负压喷涂的方式，可以有效解决超疏水材料喷涂不均匀，不深入的局限，同时，可以减少材料的喷涂用量。

本发明中制备空气净化滤芯，超疏水涂层与滤网基材结合牢固，耐水冲洗，使用寿命长。

本发明中制备空气滤芯，可重复水洗多次，净化效果没有明显衰减。

附图说明

图1是本发明实施例中一种空气净化滤芯的制备方法流程图；

图2是本发明实施例中利用浸渍方式制备空气净化滤芯的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的一个实施例公开了一种空气净化滤芯，所述滤芯包括滤芯基材和涂敷在滤芯基材表面及空隙中的超疏水纳米涂料；

所述超疏水纳米涂料包括氟碳改性的聚丙烯酸树脂、混合用含氟单体、聚氨酯树脂和纳米粒子的混合物。

本实施例中，所述空气净化器的滤芯基材表面及内部涂覆有超疏水纳米涂料，使空气净化器的滤芯基材表面及内部形成超疏水涂层，从而达到PM2.5或其它颗粒物不易附着的特性，并且使所述滤芯基材可以重复清洗，达到所述滤芯基材能够反复利用的技术效果。

进一步的，所述滤芯基材由纤维网状结构的材料制成；

制成所述滤芯基材的材料包括：聚酯纤维、玻璃纤维、无纺布、聚丙烯纸、玻纤纸、或聚丙烯和聚碳酸酯复合材料中的一种。

本实施例中，制成所述滤芯基材的材料为具有网状纤维结构的材料，能够过滤掉空气中的大部分颗粒物。

进一步的，所述超疏水纳米涂料中氟碳改性的聚丙烯酸树脂与混合用含氟单体的质量比为9:1-7:3；

所述氟碳改性聚丙烯酸树脂由氟单体丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯中的一种或多种与丙烯酸类单体进行反应获得；

所述混合用含氟单体包括全氟癸烷、全氟烷基胺、全氟烷基酸中的一种或多种。

本实施例中，所述氟碳改性的聚丙烯酸树脂与混合用含氟单体进行混合能够降低氟碳改性的聚丙烯酸树脂的粘度，以免堵塞滤芯基材；并且向超疏水纳米涂料中加入混合用含氟单体能够增加涂料的附着力，增加氟碳改性的聚丙烯酸树脂的粘合力。

进一步的，所述纳米粒子在超疏水纳米涂料中所占的质量比小于2％；

所述纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、氧化铝中的一种或多种。

本实施例中，向超疏水纳米涂料中加入纳米粒子能够形成微纳结构，增强疏水性能，但是加多了增大所述涂料的粘度，通过多次试验获得纳米粒子质量的百分比在2％以下比较合适。

进一步的，所述聚氨酯在超疏水纳米涂料中所占的质量比包括5％-10％。

本实施例中，所述聚氨酯具有较好的耐水性，为提高超疏水纳米涂料在反复清洗过程中的结合强度，特别需要加入一定比例的聚氨酯，增加所述涂料的耐水性以及在滤芯基材上的附着力，但是添加过量的聚氨酯会影响所述涂料的疏水性，添加的质量比在5％-10％范围内能保证所述纳米涂料的耐水性，又不会影响纳米涂料的疏水性。

进一步的，所述超疏水纳米涂料还添加有二甲苯、丙酮、或者正己烷中的一种或多种，用于控制所述超疏水纳米涂料粘度范围保持在50-200cP之间。

本实施例中，在现场制作所述滤芯时，需要在所述超疏水纳米涂料加入二甲苯、丙酮、或者正己烷中的一种或多种来控制所述涂料的粘度，从而提高所述涂料的覆盖率和浸润率，通过多次试验获得将所述超疏水纳米涂料粘度范围保持在50-200cP之间能够获得合适的覆盖率和浸润率。

本实施例制备的空气净化滤芯，超疏水涂层与滤网基材结合牢固，耐水冲洗，使用寿命长。

本实施例采用GB/T 1733-93漆膜耐水性测定法，涂层在基材上耐水寿命超过170h。

本实施例中制备空气滤芯，可重复水洗多次，净化效果没有明显衰减，风阻上升较少。

本实施例对尺寸为343mmX265mmX50mm的空气净化滤芯，经过涂层处理后，反复进行扬尘(PM2.5为主)、清洗、晾干过程，经过10次，在300m³/h 风量条件下其净化效率及风阻数据记录如表1所示：

表1

参考图1，本发明实施例还公开了一种空气净化滤芯的制备方法，所述方法包括：

步骤101，通过浸渍方式或者喷涂方式将超疏水纳米涂料涂覆到滤芯基材表面上。

进一步的，参考图2，所述浸渍方式包括：

步骤201，将所述滤芯基材浸入到所述超疏水纳米涂料中并保持1-2分钟；

步骤202，将浸满超疏水纳米涂料的滤芯基材从超疏水纳米涂料中取出，并静止30-60分钟。

本实施例中，将整个滤芯基材浸入到上述粘度可控的纳米超疏水涂料中 1-2分钟，然后从涂料溶液中提拉而出，并静置30-60分钟，去除多余的超疏水涂料。

进一步的，所述喷涂方式采用背面负压与正面喷涂相结合的方式对滤芯基材进行表面涂覆；

所述的背面负压，其负压的压强范围为0.36-0.365kg/cm²。

本实施例中，通过背面负压与正面喷涂相结合的方式对滤芯基材进行表面涂覆，有利于超疏水纳米涂料进入过滤网微米级孔隙中，提高涂层涂覆面积，超疏水涂料进入的深度，以及减少喷涂过程中的涂料的损失。

本实施例中，所述的背面负压是在喷涂的另一侧，通过真空泵抽真空，给予喷涂负压环境，或者利用负压风机等动力装置，形成空气的正向流动，在正面喷涂时，进一步将喷涂的涂料进入滤网孔隙。在滤网表面形成涂层的同时，也在孔隙的纤维表面形成涂层。

进一步的，所述喷涂方式在一面喷涂完成后，进行另一面的喷涂。

在一个具体的施例中，第一步，将9份氟碳改性聚丙烯酸树脂和1份全氟癸烷与全氟烷基胺的氟单体组合，放入10份正己烷中进行搅拌混合10分钟；第二步，将0.05份SiO₂和TiO₂的纳米粒子混合物放入10份的丙酮中进行超声波分散30分钟，SiO₂和TiO₂混合比例为2:7。第三步，将混合分散均匀的纳米粒子填料缓慢倒入到第一步中的混合树脂中，进行搅拌混合10 分钟。第四步，在上述第三步的混合物中加入3份聚氨酯树脂以及0.5份异氰酸酯固化剂，进行搅拌混合30分钟，形成乳白色的混合均匀的超疏水纳米涂料的基料。在使用时，根据粘度的控制要求，添加丙酮，来调整喷涂的超疏水涂料的粘度，粘度最后控制在100cP，静置待用。

接下来，将需要喷涂的空气滤芯放置在负压喷涂装置上，由负压风机提供负压，压强为0.36kg/cm²。将上述配置好的超疏水纳米涂料倒入喷料壶中。喷料壶的口径选用0.6mm,喷涂压力为0.1mpa。均匀喷涂1遍后，再转换空气滤芯，喷涂另一面。

喷涂完成后，将喷涂有超疏水的空气净化滤芯放入50℃烘箱，烘干固化2小时取出。

在另一个具体的实施例中，第一步，将9份氟碳改性聚丙烯酸树脂和1 份全氟癸烷与全氟烷基胺的氟单体组合，放入10份正己烷中进行搅拌混合 10分钟；第二步，将0.05份SiO₂和TiO₂的纳米粒子混合物放入10份的丙酮中进行超声波分散30分钟，SiO₂和TiO₂混合比例为2:7。第三步，将混合分散均匀的纳米粒子填料缓慢倒入到第一步中的混合树脂中，进行搅拌混合10分钟。第四步，在上述第三步的混合物中加入3份聚氨酯树脂以及0.5 份异氰酸酯固化剂，进行搅拌混合30分钟，形成乳白色的混合均匀的超疏水纳米涂料的基料。在使用时，根据粘度的控制要求，添加丙酮，来调整喷涂的超疏水涂料的粘度，粘度最后控制在100cP，静置待用。

接下来，将需要喷涂的空气滤芯静置在上述配置的超疏水纳米涂料中2 分钟，然后将滤芯提拉取出，并静置45分钟，去除多余的超疏水纳米涂料。将喷涂有超疏水的空气净化滤芯放入50℃烘箱，烘干固化2小时取出。

本实施例中制备的可水洗、可循环利用的空气净化滤芯的方法简单便捷，适用于不同滤材基质，通过一定的涂覆工艺，赋予空气净化滤芯超疏水性能，可以重复水洗，便于及时清洁过滤网，在提高空气净化效率的同时，降低维护成本。

本实施例所采用的负压喷涂的方式，可以有效解决超疏水材料喷涂不均匀，不深入的局限，同时，可以减少材料的喷涂用量。

本实施例中制备的空气净化滤芯，由于材质表面的超疏水性能，使得颗粒物和细菌病毒不易附着，有效的降低了空气净化效率随着使用的性能衰减速度。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种空气净化滤芯和一种空气净化滤芯制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种空气净化滤芯，其特征在于，所述滤芯包括滤芯基材和涂敷在滤芯基材表面及孔隙中的超疏水纳米涂料；

所述超疏水纳米涂料为包括氟碳改性的聚丙烯酸树脂、混合用含氟单体、聚氨酯树脂和纳米粒子的混合物；其中，所述超疏水纳米涂料中氟碳改性的聚丙烯酸树脂与混合用含氟单体的质量比在9:1-7:3之间；

所述混合用含氟单体包括全氟癸烷、全氟烷基胺、全氟烷基酸中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的滤芯，其特征在于，制成所述滤芯基材的材质包括聚酯纤维、玻璃纤维、无纺布、聚丙烯纸、玻纤纸、聚丙烯和聚碳酸酯复合材料中的一种。

3.根据权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述氟碳改性的聚丙烯酸树脂由氟单体丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯中的一种或多种与丙烯酸类单体进行反应获得。

4.根据权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述纳米粒子在超疏水纳米涂料中所占的质量比小于2％；

所述纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、氧化铝中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述聚氨酯树脂在超疏水纳米涂料中所占的质量比为5％-10％之间。

6.上述权利要求1所述的空气净化滤芯的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

通过浸渍方式或者喷涂方式将超疏水纳米涂料涂覆到滤芯基材表面及孔隙中；

其中，所述喷涂方式为背面负压与正面喷涂相结合的方式。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述浸渍方式包括：

将所述滤芯基材浸入到所述超疏水纳米涂料中并保持1-2分钟；

将浸满超疏水纳米涂料的滤芯基材从超疏水纳米涂料中取出，并静止30-60分钟。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的背面负压压强范围为0.36-0.365kg/cm²。

Images