[发明专利]具有空腔结构的驻极体非织造过滤材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有空腔结构的驻极体非织造过滤材料及其制备方法。该过滤材料包括外层纤维管以及嵌套在外层纤维管内的纳米纤维丝。外层纤维管由聚烯烃纤维及负载于聚烯烃纤维表面的驻极材料微纳米粒子组成。驻极材料微纳米粒子通过熔喷气流喷射负载于聚烯烃纤维表面，在气流喷吹作用下，驻极材料微纳米粒子与聚烯烃纤维通过摩擦作用产生驻极电荷。纳米纤维丝为直径≤200nm的热塑性聚酯纤维丝。本发明通过外层介电常数较低的负载驻极材料微纳米粒子的聚烯烃纤维管与内层介电常数相对较高的聚酯纳米纤维丝的摩擦作用，不断形成驻极电荷，以提高静电吸附持久性。

技术领域

本发明属于过滤材料技术领域，尤其涉及一种具有空腔结构的驻极体非织造过滤材料及其制备方法。

背景技术

随着生活水平的日益提高，人们对于空气中PM2.5(粒径在2.5微米以下的细颗粒物)指数日益关注。空气中可吸入悬浮颗粒物，进入人体后可直接对人类呼吸道、心血管和中枢神经系统造成严重危害，甚至可能引起肺部和全身炎症，增加动脉硬化和高脂血症的风险，并引起心律失常，血压升高等症状。因此，如何除去这些含尘气体已成为一个迫切需要解决的问题。

近年来，驻极体过滤材料成为有效防范和治理PM2.5污染的重要途径，其利用机械过滤机制和静电吸附机制的协同作用实现过滤效率的提高。通过驻极技术可有效地使驻极纤维质材料带静电，热极化、电晕放电、静电纺丝、摩擦起电等方式是目前研究与应用于非织造过滤材料的常见驻极方法。如申请号为CN201610233859.6的发明专利公开了一种空气过滤用驻极体非织造过滤材料，将PET/PET定岛型海岛短纤维和PE/PET皮芯型复合短纤维以一定质量比混合、梳理后，经针刺成网、碱液消融、轧压水洗、PTFE乳液浸渍、拉幅热定型和冷却固化而成。通过针刺加工时，纤维之间的相互摩擦发生电子转移而带上电荷，由于PTFE的电子逸出功高、介电常数低，对于PM2.5粉尘的静电吸附效果好；此外，由于具有超疏水性能，在潮湿的空气中，静电的衰减也较弱。

然而，上述现有技术还存在以下缺陷：(1)在针刺过程中，纤维与金属针布之间摩擦产生大量电荷，在针刺过程中电荷易散失；(2)采用乳液浸渍法形成PTFE涂覆层，涂覆牢度难以保证；(3)仅依靠超疏水性能，难以更大限度的延长过滤材料的静电荷衰周期。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有空腔结构的驻极体非织造过滤材料及其制备方法，该具有空腔结构的驻极体非织造过滤材料包括外层纤维管以及嵌套在外层纤维管内的纳米纤维丝，外层纤维管由聚烯烃纤维及负载于所述聚烯烃纤维表面的驻极材料微纳米粒子组成。驻极材料微纳米粒子通过熔喷气流喷射负载于所述聚烯烃纤维表面；纳米纤维丝为直径≤200nm的热塑性聚酯纤维丝。如此，通过外层介电常数较低的负载驻极材料微纳米粒子的聚烯烃纤维管和内层介电常数相对较高的聚酯纳米纤维丝的摩擦作用，不断形成驻极电荷，从而提高静电吸附持久性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种具有空腔结构的驻极体非织造过滤材料，包括：外层纤维管以及嵌套在所述外层纤维管内的纳米纤维丝；所述外层纤维管由聚烯烃纤维及负载于所述聚烯烃纤维表面的驻极材料微纳米粒子组成；所述纳米纤维丝为热塑性聚酯纤维丝，由热力学不相容的热塑性聚酯和基质经熔融纺丝和相分离得到。

进一步的，所述驻极材料微纳米粒子通过熔喷气流喷射负载于所述聚烯烃纤维表面，在气流喷吹作用下，所述驻极材料微纳米粒子与所述聚烯烃纤维通过摩擦作用产生驻极电荷。

进一步的，所述纳米纤维丝的直径≤200nm；所述驻极材料微纳米粒子的平均粒径≤1μm，所述驻极材料微纳米粒子的负载量为所述聚烯烃纤维质量的3～12wt％。

进一步的，所述具有空腔结构的驻极体非织造过滤材料的厚度为0.2～5mm，其对空气中直径≥0.3μm的微尘的拦截效率≥99.5％，过滤阻力≤30Pa，表面静电压≥3.2kV，放置4个月后的静电压≥3kV。