一种高效空气过滤纸及其制备方法和应用

1.本发明属于造纸领域，具体涉及一种高效空气过滤纸及其制备方法和应用。


背景技术：

2.空气过滤器是空调、暖通、新风系统、空气净化器等设备中空气净化部分的核心部件。根据其对特定粒径范围内颗粒的过滤效率，空气过滤器大致分为粗效过滤器、中效过滤器、高效过滤器(high efficiency particulate air filter，“hepa”)和超高效过滤器(ultra low penetration air filter，“ulpa”)。高效过滤器和超高效过滤器在空气净化行业中，特别是在电子、微电子、半导体、光器件、生物医药、照相机和光学仪器、精密机械等多个领域起到至关重要的作用。国内外多个标准，包括iso 29463-2017、en 1822-2019和gb/t 13554-2020等都对高效过滤器(hepa)和超高效过滤器(ulpa)做出了规定，其中，高效过滤器(hepa)在最易穿透粒径(mpps)处的计数过滤效率不低于99.95％，超高效过滤器(ulpa)在最易穿透粒径(mpps)处的计数过滤效率不低于99.9995％。而空气过滤器的空气净化能力和使用寿命主要取决于所用过滤材料(滤纸)的性能。gb/t13554-2020《高效空气过滤器》规定了：(1)滤纸纵向抗张强度应不小于0.7kn/m,横向抗张强度应不小于0.5kn/m；(2)要求滤料在(3.5
±
0.2)kpa压力下的厚度不宜超过0.40mm，且应均匀无硬块，滤料表面不应有裂纹、擦伤、针孔和色斑等。
3.目前，hepa、ulpa用空气过滤材料大多以玻璃纤维为主体，再借助粘合剂纤维等增加强度。例如公开号cn101644012a(公开日2010年2月10日)的中国发明专利申请公开了一种ulpa超高效空气过滤材料，以不同直径的玻璃纤维组合为原料，通过湿法抄造成型后浸泡含有氟防水剂和粘合剂树脂的液体混合物，干燥后得到所述ulpa超高效空气过滤材料。该过滤材料虽然过滤效率高，但阻力较大，0.32l/cm2·
min下的气流阻力接近600pa。再如公开号cn105163828a(公开日2015年12月16日)的中国发明专利申请公开了一种空气过滤器用滤材，包含含有平均纤维直径小于1μm的玻璃纤维与粘合剂纤维，在滤材经湿法成型后浸泡含有氟树脂与界面活性剂的水性分散液。发明人经过试验发现，无法重复出该说明书实施例记载的滤材性能。
4.因此，考虑到大规模的实际应用需求，目前迫切需要一种以玻璃纤维为主，制备工艺简单、强度好、阻力低、过滤效率高的用于hepa的高效空气过滤材料。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种过滤材料，该过滤材料具有制备工艺简单、强度好、阻力低、过滤效率高的特点，适合作为高效空气过滤器(hepa)的过滤材料。
6.为此，本发明采用了如下的技术方案：
7.一种过滤材料，包括纤维过滤层和紧密结合在所述纤维过滤层上下表面的树脂增强层，以所述过滤材料的总质量为基准，所述树脂增强层的质量占比≤4％，余量为所述纤维过滤层；
8.所述纤维过滤层包括亚微米级超细玻璃纤维、直径4-12μm的短切玻璃纤维、非原纤化的天丝纤维、c8三防整理剂和分散剂，且所述c8三防整理剂为非离子型时，分散剂不能是阴离子型；以所述纤维过滤层的总质量为基准，所述c8三防整理剂和分散剂的总质量占比为0.05％-0.5％，余量为亚微米级超细玻璃纤维、短切玻璃纤维和非原纤化的天丝纤维；以纤维总干重为基准，各纤维的质量百分比为：
9.所述亚微米级超细玻璃纤维10％-85％，所述短切玻璃纤维10％-70％，所述天丝纤维5％-60％。
10.优选地，所述过滤材料的定量为60-80g/m2。
11.优选地，所述树脂增强层的质量占所述过滤材料总质量的1％-4％，更优选为2％-3％。
12.优选地，所述树脂为丙烯酸树脂。
13.所述亚微米级超细玻璃纤维是指纤维直径在0.1-2μm的玻璃纤维。
14.优选地，所述亚微米级玻璃纤维在纤维总干重中的质量百分比为20％-70％，更优选为40％-60％。
15.优选地，所述短切玻璃纤维的直径为5-9μm。
16.还优选地，所述短切玻璃纤维地长度为4-12mm，更优选为6-10mm。
17.优选地，所述短切玻璃纤维在纤维总干重中的质量百分比为20％-60％，更优选为20％-40％。
18.优选地，所述非原纤化的天丝纤维的直径为6-15μm，更优选8-12μm。
19.优选地，所述非原纤化的天丝纤维在纤维总干重中的质量百分比为10％-50％，更优选为20％-40％。
20.优选地，所述c8三防整理剂和分散剂的总质量占所述纤维层的0.1％-0.3％。
21.优选地，所述c8三防整理剂和所述分散剂的质量比为1-10∶1，更优选为3-8∶1，进一步优选为4-6∶1。
22.优选地，所述c8三防整理剂选自阳离子型c8三防整理剂或非离子型c8三防整理剂；更优选地，所述阳离子型c8三防整理剂为季铵盐阳离子型丙烯酸氟烷基酯共聚物，所述非离子型c8三防整理剂为聚氧乙烯基醚非离子型丙烯酸氟烷基酯共聚物。
23.优选地，所述分散剂选自阳离子型、阴离子型、非离子型和两性表面活性剂中的一种或几种；更优选地，所述分散剂选自c10-c16烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基季铵盐、烷基甜菜碱盐和壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。
24.本发明提供的所述过滤材料，纤维过滤层中的亚微米级的超细玻璃纤维对于捕获颗粒物起到主要作用。根据单纤维过滤理论，纤维直径越小，过滤材料的过滤效率越高。此外，当纤维直径大小接近气体分子平均自由程(约等于66nm)时会产生滑流效应，纤维在捕获颗粒物的同时更易使气流通过，使过滤材料具备高过滤效率和低阻力。
25.短切玻璃纤维在本发明所述纤维过滤层中起骨架支撑作用，既能够赋予纤维过滤层足够的刚度，又可以给亚微米级超细玻璃纤维提供分散和支撑作用，通过减少纤维之间的聚并来提高过滤效率并降低阻力。
[0026]“原纤化”是指在外力作用下纤维表面分裂出细小的微纤维(直径1-4μm)。通过盘磨等造纸常用打浆设备，使纤维表面分裂出直径1-4μm的微纤维，则称为“纤维的原纤化处
理”。天丝纤维具有容易原纤化的特点。而本发明采用非原纤化的天丝纤维，与亚微米级超细玻璃纤维棉和起骨架支撑作用的短切玻璃纤维形成具有多级结构的空气过滤纸，可以利用滑流效应平衡过滤效率和阻力的矛盾。
[0027]
所述c8三防整理剂和分散剂均匀的分布在本发明所述空气过滤纸的纤维表面，减少过滤材料的堵孔现象。
[0028]
本发明还有一个目的在于提供上述过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
[0029]
vi.浆料的制备
[0030]
按照配比准备所述亚微米级超细玻璃纤维、直径4-12μm的短切玻璃纤维、非原纤化的天丝纤维、c8三防整理剂和分散剂；将所述亚微米级超细玻璃纤维加入硫酸水溶液中，疏解分散5-10分钟，调ph至2.0-3.0，然后加入所述短切玻璃纤维，疏解分散5-10分钟，再加入所述分散剂，搅拌分散，得到质量百分比浓度0.1％-0.11％的玻璃纤维浆料；将天丝纤维加入水中，分散疏解5-10分钟，然后加入所述c8三防整理剂，搅拌分散1-2小时，得到质量百分比浓度0.15％-0.16％的天丝纤维浆料；将所述玻璃纤维浆料和所述天丝纤维浆料混合，加入水稀释至最终质量百分比浓度为0.015％-0.035％；
[0031]
vii.纤维过滤层的成型
[0032]
将步骤i得到的浆料通过湿法造纸抄造成型，得到湿纸页；
[0033]
viii.纤维过滤层的脱水
[0034]
将步骤ii得到的湿纸页经真空抽吸至含水量65％-75％，得到脱水后的纤维过滤层；
[0035]
ix.涂胶
[0036]
经浸渍或涂布，将丙烯酸树脂均匀覆盖步骤iii得到的所述脱水后的纤维过滤层的上下表面；
[0037]
x.烘干
[0038]
将步骤iv得到的过滤材料先在105
±
5℃下干燥5
±
1分钟，然后在180
±
5℃下干燥10
±
1分钟，即得。
[0039]
优选地，所述步骤i中，硫酸水溶液的质量百分比浓度为19％-21％。
[0040]
优选地，所述步骤i中，调ph至2.5。
[0041]
优选地，所述步骤ii中，所述浆料被送至斜网成型器进行湿法成型。
[0042]
优选地，所述步骤iv中，采用帘式涂布机进行涂布。
[0043]
为了便于运输和存放，烘干后的过滤材料还可以打卷处理。
[0044]
本说明书中，“疏解”在转速1500
±
100转/分钟的条件下进行，“搅拌”在转速100
±
10转/分钟的条件下进行。
[0045]
本说明书中，如无特别说明，所述浆料的浓度是指纤维的浓度或者纤维的总浓度。
[0046]
本发明提供的过滤材料的制备方法，玻璃纤维和天丝纤维分别经过分散剂和c8三防整理剂的处理，分散剂吸附在玻璃纤维表面从而改变了玻璃纤维原有的表面特性，c8三防整理剂均匀的附着在天丝纤维表面，使成型后的纤维过滤层具有多级结构，纤维之间相互分布地更均匀，提高了其捕获颗粒的能力，且具有较低的阻力。
[0047]
在制备所述天丝纤维浆料时，没有采用打磨方式，而是疏解和搅拌，这样的非原纤化处理可以使天丝纤维保持固有的形态。
[0048]
在烘干步骤中，采用先低后高的方式，前端相对较低的温度可以减少纤维在干燥过程中的聚并，提高本发明所述过滤材料的过滤效率。
[0049]
另外，本发明还提供一种通过上述制备方法制备得到的过滤材料。
[0050]
本发明还有一个目的在于提供上述过滤材料在高效空气过滤器中的应用。
[0051]
由此，本发明还提供一种高效空气过滤器，包括上述过滤材料。
[0052]
本发明的有益效果在于：
[0053]
1、本发明的过滤材料采用亚微米级超细玻璃纤维棉、短切玻璃纤维和非原纤化处理的天丝纤维作为原料通过湿法成型制备，成型前天丝纤维浆料和玻璃纤维浆料分别经过c8三防整理剂和分散剂处理，使成型后的空气过滤纸具有多级结构，内部纤维之间相互分布地更均匀，提高了其捕获颗粒的能力，且具有较低的阻力。
[0054]
2、本发明的过滤材料以玻璃纤维为原料的基础上，加入了非原纤化处理的天丝纤维，再通过丙烯酸树脂粘结胶料提高强度，使过滤材料不仅阻力低、过滤效率高，而且其强度已达到高效空气过滤器(hepa)相关国家标准规定值，可满足市场应用需求。
[0055]
3、本发明的过滤材料能够直接利用现有的纸机成型设备通过湿法成型制备，工艺简单，性能优越，适合工业化生产及大规模应用。
附图说明
[0056]
以下结合附图，对本发明做进一步的说明。
[0057]
图1是实施例1制备的纤维过滤层涂胶前的sem图。
[0058]
图2是对比例1制备的纤维过滤层涂胶前的sem图。
[0059]
图3是对比例3制备的纤维过滤层涂胶前的sem图。
具体实施方式
[0060]
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
[0061]
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分原料购买情况如下：
[0062]
亚微米级超细玻璃纤维购自台安益莎玻璃纤维有限责任公司；短切玻璃纤维购自重庆国际复合材料股份有限公司；天丝纤维由奥地利兰精集团出品；pet聚酯芯鞘粘合剂纤维由日本东丽集团出品；阳离子c8三防整理剂(mf-628)和非离子c8三防整理剂(yz8118h)购自苏州袆泽纺织科技有限公司；十二烷基硫酸钠(sds，阴离子型分散剂)、十六烷基三甲基溴化铵(ctab，阳离子型分散剂)、壬基酚聚氧乙烯醚(np-10，非离子型分散剂)和3-磺丙基十四烷基二甲甜菜碱(sb3-14，两性离子型分散剂)购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
[0063]
实施例和对比例的过滤材料的评价方法如下。
[0064]
阻力：通过压差计(166p1000db2nb,alpha公司,美国)测定。测试面流速为5.33cm/s，分别测定过滤材料的3个不同位置的阻力，取其平均值作为空气过滤纸的阻力(pa)。
[0065]
过滤效率：根据标准gb/t 6165-2021《高效空气过滤器性能试验方法效率和阻力》测定。测试面流速为5.33cm/s，测试对象为dehs单分散颗粒(0.1μm)。
[0066]
qf值(quality factor，品质因子)作为高效空气过滤纸的低阻力和高过滤效率级别的指标值，计算公式如下式1，该qf值高，表示高效空气过滤纸具有低阻力和高过滤效率。
[0067]
式1：
[0068][0069]
其中，穿透率(％)＝100
–
过滤效率(％)。
[0070]
抗张强度：根据标准gb/t12914-2008《纸和纸板抗张强度测定》测定。使用100mm/min的恒定拉伸速度和100mm的试验长度，分别测定过滤材料5个不同位置的抗张强度，取其平均值作为过滤材料的抗张强度(kn/m)。
[0071]
过滤材料的去静电处理是根据标准gb/t 13554-2020《高效空气过滤器》所描述的方法进行的，依靠异丙醇蒸汽去除过滤材料表面的电荷。
[0072]
实施例1一种高效空气过滤器(hepa)用过滤材料的制备方法及制备的过滤材料
[0073]
本实施例所述的制备方法包括以下步骤：
[0074]
i.浆料的制备
[0075]
将平均直径为0.36μm的亚微米级超细玻璃纤维加入质量百分比浓度为19％-21％的硫酸水溶液中，调节浆料ph值至2.5，疏解分散10分钟，然后加入平均直径为6μm、长度为6mm的短切玻璃纤维继续疏解分散5分钟，再加入十二烷基硫酸钠(sds)，搅拌分散10分钟，得到质量百分比浓度0.1％-0.11％的玻璃纤维浆料；将平均直径为11μm的天丝纤维加入水中，疏解分散10分钟，加入阳离子c8三防整理剂(mf-628)，持续搅拌分散1小时，得到质量百分比浓度0.15％-0.16％的天丝纤维浆料。将上述玻璃纤维浆料和天丝纤维浆料混合，加水稀释，得到最终质量百分比浓度为0.026％的纤维浆料。
[0076]
在所述纤维浆料中，以纤维总干重为100％，亚微米级超细玻璃纤维、短切玻璃纤维和天丝纤维的干重占比依次为50％、20％、30％；阳离子c8三防整理剂(mf-628)和十二烷基硫酸钠(sds)的总质量百分比浓度为为0.0175％，阳离子c8三防整理剂(mf-628)和十二烷基硫酸钠(sds)的质量比为4∶1。
[0077]
ii.纤维过滤层的成型：
[0078]
将步骤i得到的所述浆料送至斜网成型器湿法成型，得到湿纸页；
[0079]
iii.纤维过滤层的脱水
[0080]
步骤ii得到的湿纸页经真空抽吸至含水量为70％左右。
[0081]
iv.涂胶
[0082]
采用帘式涂布机将丙烯酸树脂涂布到步骤iii得到的脱水后的纤维过滤层的上下表面。
[0083]
v.干燥
[0084]
步骤iv得到的过滤材料通过105℃的烘道干燥5分钟后，再经过180℃烘缸干燥10分钟，卷曲，得到定量为65g/m2的高效空气过滤器(hepa)用过滤材料，其中阳离子c8三防整理剂和十二烷基硫酸钠(sds)的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％，丙烯酸树脂附着量占过滤材料总质量的3％。
[0085]
实施例2一种高效空气过滤器(hepa)用过滤材料的制备方法及制备的过滤材料
[0086]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中：阳
离子c8三防整理剂和分散剂十二烷基硫酸钠(sds)的质量比为6∶1。
[0087]
最后得到定量为65g/m2的高效空气过滤器(hepa)用过滤材料，其中阳离子c8三防整理剂和分散剂十二烷基硫酸钠(sds)的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0088]
实施例3一种高效空气过滤器(hepa)用过滤材料的制备方法及制备的过滤材料
[0089]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中：阳离子c8三防整理剂和分散剂十二烷基硫酸钠(sds)的质量比为8∶1。
[0090]
最后得到定量为65g/m2的高效空气过滤器(hepa)用过滤材料，其中阳离子c8三防整理剂和分散剂十二烷基硫酸钠(sds)的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0091]
实施例4一种高效空气过滤器(hepa)用过滤材料的制备方法及制备的过滤材料
[0092]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中：亚微米级超细玻璃纤维的平均直径为0.56μm，阳离子c8三防整理剂和分散剂十二烷基硫酸钠(sds)的质量比为6∶1。
[0093]
最后得到定量为65g/m2的高效空气过滤器(hepa)用过滤材料，其中阳离子c8三防整理剂和分散剂十二烷基硫酸钠(sds)的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0094]
实施例5一种高效空气过滤器(hepa)用过滤材料的制备方法及制备的过滤材料
[0095]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中：分散剂为两性离子型分散剂3-磺丙基十四烷基二甲甜菜碱(sb3-14)；阳离子c8三防整理剂(mf-628)和该分散剂的质量比为6∶1。
[0096]
最后得到定量为65g/m2的高效空气过滤器(hepa)用过滤材料，其中阳离子c8三防整理剂和分散剂的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0097]
实施例6一种高效空气过滤器(hepa)用过滤材料的制备方法及制备的过滤材料
[0098]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中：分散剂为阳离子型分散剂十六烷基三甲基溴化铵(ctab)，c8三防整理剂为非离子c8三防整理剂yz8118h；c8三防整理剂和分散剂的质量比为6∶1。
[0099]
最后得到定量为65g/m2的高效空气过滤器(hepa)用过滤材料，其中c8三防整理剂和分散剂的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0100]
实施例7一种高效空气过滤器(hepa)用过滤材料的制备方法及制备的过滤材料
[0101]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中：
[0102]
分散剂为非离子型分散剂壬基酚聚氧乙烯醚(np-10)，c8三防整理剂为非离子c8三防整理剂(yz8118h)；c8三防整理剂和分散剂的质量比为6∶1。
[0103]
最后得到定量为65g/m2的高效空气过滤器(hepa)用过滤材料，其中c8三防整理剂和分散剂的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0104]
实施例8一种高效空气过滤器(hepa)用过滤材料的制备方法及制备的过滤材料
[0105]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中：
[0106]
亚微米级玻璃纤维的平均直径为0.24μm；以纤维总干重为100％，亚微米级超细玻璃纤维、短切玻璃纤维和天丝纤维的干重占比依次为10％、70％、20％；分散剂为两性离子型分散剂3-磺丙基十四烷基二甲甜菜碱(sb3-14)，c8三防整理剂为非离子c8三防整理剂(yz8118h)，yz8118h和sb3-14的质量比为6∶1。
[0107]
最后得到定量为65g/m2的高效空气过滤器(hepa)用过滤材料，其中c8三防整理剂
和分散剂的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0108]
实施例9一种高效空气过滤器(hepa)用过滤材料的制备方法及制备的过滤材料
[0109]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中：
[0110]
亚微米级玻璃纤维的平均直径为1.24μm；以纤维总干重为100％，亚微米级超细玻璃纤维、短切玻璃纤维和天丝纤维的干重占比依次为85％、10％、5％；分散剂为非离子型分散剂壬基酚聚氧乙烯醚(np-10)，阳离子c8三防整理剂(mf-628)和np-10的质量比为6∶1。
[0111]
最后得到定量为65g/m2的高效空气过滤器(hepa)用过滤材料，其中c8三防整理剂和分散剂的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0112]
实施例10一种高效空气过滤器(hepa)用过滤材料的制备方法及制备的过滤材料
[0113]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中：
[0114]
亚微米级玻璃纤维的平均直径为0.36μm；以纤维总干重为100％，亚微米级超细玻璃纤维、短切玻璃纤维和天丝纤维的干重占比依次为30％、10％、60％；分散剂为阳离子型分散剂十六烷基三甲基溴化铵(ctab)，阳离子c8三防整理剂(mf-628)和ctab的质量比为6∶1。
[0115]
最后得到定量为65g/m2的高效空气过滤器(hepa)用过滤材料，其中c8三防整理剂和分散剂的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0116]
对比例1一种过滤材料的制备方法及其制备的过滤材料
[0117]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中玻璃纤维浆料中不加入分散剂，阳离子c8三防整理剂在浆料中的终浓度为0.0175％。
[0118]
最后得到定量为65g/m2的过滤材料，其中阳离子c8三防整理剂的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0119]
对比例2一种过滤材料的制备方法及其制备的过滤材料
[0120]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中天丝纤维浆料中不加入c8三防整理剂，分散剂十二烷基硫酸钠(sds)在浆料中的终浓度为0.0175％。
[0121]
最后得到定量为65g/m2的过滤材料，其中分散剂十二烷基硫酸钠(sds)的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0122]
对比例3一种过滤材料的制备方法及其制备的过滤材料
[0123]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例2基本相同，不同之处在于步骤i中天丝纤维经过打浆的原纤化处理。
[0124]
最后得到定量为65g/m2的过滤材料，阳离子c8三防整理剂(mf-628)和分散剂十二烷基硫酸钠(sds)的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0125]
对比例4一种过滤材料的制备方法及其制备的过滤材料
[0126]
本实施例的制备方法工艺和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤i中天丝纤维加入非离子型c8三防整理剂(yz8118h)，浆料中非离子c8三防整理剂(yz8118h)和十二烷基硫酸钠(sds)的质量比为4：1。
[0127]
最后得到定量为65g/m2的过滤材料，非离子c8三防整理剂(yz8118h)和分散剂十二烷基硫酸钠(sds)的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0128]
对比例5一种过滤材料
[0129]
本对比例的制备方法工艺和步骤与实施例2基本相同，不同之处在于步骤iv中，丙烯酸树脂固体附着量占过滤材料总质量的5％。
[0130]
最后得到定量为65g/m2的过滤材料，其中阳离子c8三防整理剂和分散剂十二烷基硫酸钠(sds)的固体附着量占过滤材料总质量的0.15％。
[0131]
对比例6一种过滤材料
[0132]
将平均直径0.30μm的亚微米级超细玻璃纤维、平均直径9μm的短切玻璃纤维和平均直径13μm的pet聚酯芯鞘粘合剂纤维分散在质量百分比浓度为19％-21％的硫酸水溶液中，调节浆料ph值至3，使用打浆机进行疏解而获得固体成分浓度为0.5％的纤维浆料。以纤维总干重为100％，亚微米级超细玻璃纤维、短切玻璃纤维和pet纤维的干重占比依次为25％、35％、40％。所述纤维浆料送至斜网成型器湿法成型，得到湿纸页。湿纸页经真空抽吸至含水量为70％左右。将脱水后的湿纸页浸泡入溶解了十二烷基硫酸钠(sds)和阳离子c8三防整理剂(mf-628)的水溶液中，其中阳离子c8三防整理剂(mf-628)和十二烷基硫酸钠(sds)的质量比为100∶12，溶液中十二烷基硫酸钠(sds)和阳离子c8三防整理剂(mf-628)的总质量百分比浓度为0.224％。然后再次经真空抽吸，然后在130℃下烘干，得到定量80g/m2的过滤材料。
[0133]
实施例1、对比例1和对比例2的步骤iii得到的脱水后的纤维过滤层的sem图分别见图1、图2和图3。如图1所示，c8三防整理剂和分散剂分别吸附在天丝纤维和玻璃纤维的表面，各种纤维在湿法成型过程中彼此分布均匀，形成多级结构，纤维聚并不明显。图2示出，当仅添加c8三防整理剂时，c8三防整理剂附着在纤维表面，三种纤维虽然也能形成多级结构，但是表面存在较多堵孔现象，会导致阻力大，过滤效率低。图3示出，当仅添加分散剂时，分散剂附着在纤维表面但没有形成多级结构，所以单用分散剂不能改变湿法成型过程中纤维过滤层的结构，因此过滤材料过滤效率低。
[0134]
对实施例和对比例所得的过滤材料进行评价，测定了各性能参数值。将所得的结果示于表1-3中。
[0135]
由表1明确可知：通过本发明方法获得的高过滤材料具有高过滤效率以及高qf值(例如0.0348以上)，说明本发明的过滤材料在获得高过滤效率的同时阻力低；此外，本发明的空气过滤纸还具有优异的机械强度(例如抗张强度0.75kn/m以上)。
[0136]
然而，如表2所示，对比例1和对比例2的纤维浆料分别只加入了c8三防整理剂或分散剂，对比例3使用了原纤化的天丝纤维浆料，对比例4的纤维浆料是非离子c8三防整理剂和阴离子型分散剂十二烷基硫酸钠复配，对比例5的丙烯酸树脂的固体附着量大，得到的过滤材料空气过滤纸阻力大，过滤效率低，最终qf值低。
[0137]
对比例6的过滤材料实际上是cn105163828a记载的实施例3记载的过滤材料。如表3所示，对比例6的过滤材料过滤效率低，qf值低，抗张强度小。
[0138]
表3示出，实施例2的过滤材料静电处理前后的性能无差别，因此本发明的过滤材料不存在静电过滤，仅依靠超细玻璃纤维对颗粒物的机械过滤机制，实现高的过滤效率和高的qf值。因此，区别于驻极体过滤材料，本发明的高效空气过滤材料的过滤性能具有优异的稳定性。
[0139]
总之，本发明提供了一种适合作为高效空气过滤器(hepa)的过滤材料，该过滤材料具有制备工艺简单、强度好、阻力低、过滤效率高的优点。
[0140]
[0141][0142]
表3实施例2的过滤材料去静电前后的过滤性能变化
[0143]

技术特征：
1.一种过滤材料，包括纤维过滤层和紧密结合在所述纤维过滤层上下表面的树脂增强层，以所述过滤材料的总质量为基准，所述树脂增强层的质量占比≤4％，余量为所述纤维过滤层；所述纤维过滤层包括亚微米级超细玻璃纤维、直径4-12μm的短切玻璃纤维、非原纤化的天丝纤维、c8三防整理剂和分散剂，且所述c8三防整理剂为非离子型时，分散剂不能是阴离子型；以所述纤维过滤层的总质量为基准，所述c8三防整理剂和分散剂的总质量占比为0.05％-0.5％，余量为亚微米级超细玻璃纤维、短切玻璃纤维和非原纤化的天丝纤维；以纤维总干重为基准，各纤维的质量百分比为：所述亚微米级超细玻璃纤维10％-85％，所述短切玻璃纤维10％-70％，所述天丝纤维5％-60％。2.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述过滤材料的定量为60-80g/m2；优选地，所述树脂增强层的质量占所述过滤材料总质量的1％-4％，更优选为2％-3％；优选地，所述树脂为丙烯酸树脂。3.根据权利要求1或2所述的过滤材料，其特征在于，所述亚微米级超细玻璃纤维是指纤维直径在0.1-2μm的玻璃纤维；优选地，所述亚微米级玻璃纤维在纤维总干重中的质量百分比为20％-70％，更优选为40％-60％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述短切玻璃纤维的直径为5-9μm；优选地，所述短切玻璃纤维地长度为4-12mm，更优选为6-10mm；优选地，所述短切玻璃纤维在纤维总干重中的质量百分比为20％-60％，更优选为20％-40％；优选地，所述非原纤化的天丝纤维的直径为6-15μm，更优选8-12μm；优选地，所述非原纤化的天丝纤维在纤维总干重中的质量百分比为10％-50％，更优选为20％-40％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述c8三防整理剂和分散剂的总质量占所述纤维层的0.1％-0.3％；优选地，所述c8三防整理剂和所述分散剂的质量比为1-10：1，更优选为3-8：1，进一步优选为4-6：1；优选地，所述c8三防整理剂选自阳离子型c8三防整理剂或非离子型c8三防整理剂；更优选地，所述阳离子型c8三防整理剂为季铵盐阳离子型丙烯酸氟烷基酯共聚物，所述非离子型c8三防整理剂为聚氧乙烯基醚非离子型丙烯酸氟烷基酯共聚物；优选地，所述分散剂选自阳离子型、阴离子型、非离子型和两性表面活性剂中的一种或几种；更优选地，所述分散剂选自c10-c16烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基季铵盐、烷基甜菜碱盐和壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。6.权利要求1至5中任一项所述的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：i.浆料的制备按照配比准备所述亚微米级超细玻璃纤维、直径4-12μm的短切玻璃纤维、非原纤化的天丝纤维、c8三防整理剂和分散剂；将所述亚微米级超细玻璃纤维加入硫酸水溶液中，疏解
分散5-10分钟，调ph至2.0-3.0，然后加入所述短切玻璃纤维，疏解分散5-10分钟，再加入所述分散剂，搅拌分散，得到质量百分比浓度0.1％-0.11％的玻璃纤维浆料；将天丝纤维加入水中，分散疏解5-10分钟，然后加入所述c8三防整理剂，搅拌分散1-2小时，得到质量百分比浓度0.15％-0.16％的天丝纤维浆料；将所述玻璃纤维浆料和所述天丝纤维浆料混合，加入水稀释至最终质量百分比浓度为0.015％-0.035％；ii.纤维过滤层的成型将步骤i得到的浆料通过湿法造纸抄造成型，得到湿纸页；iii.纤维过滤层的脱水将步骤ii得到的湿纸页经真空抽吸至含水量65％-75％，得到脱水后的纤维过滤层；iv.涂胶经浸渍或涂布，将丙烯酸树脂均匀覆盖步骤iii得到的所述脱水后的纤维过滤层的上下表面；v.烘干将步骤iv得到的过滤材料先在105
±
5℃下干燥5
±
1分钟，然后在180
±
5℃下干燥10
±
1分钟，即得。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤i中，硫酸水溶液的质量百分比浓度为19％-21％；优选地，所述步骤i中，调ph至2.5；优选地，所述步骤ii中，所述浆料被送至斜网成型器进行湿法成型；优选地，所述步骤iv中，采用帘式涂布机进行涂布。8.一种通过权利要求6或7所述制备方法制备得到的过滤材料。9.权利要求1至5中任一项所述过滤材料、权利要求6或7制备得到的过滤材料或权利要求8所述的过滤材料在高效空气过滤器中的应用。10.一种高效空气过滤器，包括权利要求1至5中任一项所述过滤材料、权利要求6或7制备得到的过滤材料或权利要求8所述的过滤材料。

技术总结
本发明提供给一种适合作为高效空气过滤器(HEPA)的过滤材料及其制备方法。所述过滤材料包括纤维过滤层和紧密结合在所述纤维过滤层上下表面的树脂增强层；所述纤维过滤层包括亚微米级超细玻璃纤维、直径4-12μm的短切玻璃纤维、非原纤化的天丝纤维、C8三防整理剂和分散剂；以纤维总干重为基准，各纤维的质量百分比为：所述亚微米级超细玻璃纤维10％-85％，所述短切玻璃纤维10％-70％，所述天丝纤维5％-60％。本发明的过滤材料具有制备工艺简单、强度好、阻力低、过滤效率高的优点。过滤效率高的优点。


技术研发人员：唐敏 周志强 徐桂龙 梁云 胡健
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/21