本發(fā)明涉及過濾材料領(lǐng)域，具體涉及一種中效過濾器的空氣過濾材料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代建筑和工業(yè)空調(diào)系統(tǒng)中，中效過濾器作為空氣凈化的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于商用樓宇、醫(yī)療機構(gòu)、電子制造、精密儀器生產(chǎn)等高要求環(huán)境。這些場景對空氣質(zhì)量有嚴格規(guī)定，要求過濾器能夠高效去除空氣中的懸浮顆粒物、粉塵及微生物，同時保持較低的氣流阻力，以確?？照{(diào)系統(tǒng)的能源效率和穩(wěn)定運行。特別是在潔凈室、醫(yī)院手術(shù)室等關(guān)鍵場合，空氣過濾材料不僅需要具備優(yōu)異的顆粒物攔截能力，還應(yīng)具有較高的容塵量，以減少更換頻率，降低維護成本，并確保長期穩(wěn)定的過濾性能。此外，隨著節(jié)能環(huán)保理念的推進，降低空氣過濾材料的阻力對于減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗具有重要意義。因此，開發(fā)一種兼具高容塵量和低阻力的空氣過濾材料，不僅可以提升室內(nèi)空氣質(zhì)量，還能有效降低運行能耗，延長設(shè)備使用壽命，滿足現(xiàn)代建筑和工業(yè)環(huán)境對高效空氣過濾的需求，為空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化提供技術(shù)支持。

2、目前，市場上廣泛應(yīng)用的中效空氣過濾材料主要為玻璃纖維或化學(xué)纖維材料的袋式過濾器，盡管其過濾效率較高，但在高容塵量和低阻力方面仍存在顯著不足。如公開號為cn104310780b的中國專利公開了一種制作中央空調(diào)專用高效過濾材料的方法，其通過組份調(diào)控制備一種玻璃纖維棉，但在實際應(yīng)用中仍然存在容塵能力有限、阻力上升快的問題。這主要是由于傳統(tǒng)過濾材料往往依賴增加單位面積質(zhì)量來提升容塵量，而這不可避免地導(dǎo)致過濾阻力上升，進而增加空調(diào)系統(tǒng)的能耗。此外，部分研究嘗試通過靜電駐極技術(shù)提升過濾效率，但駐極材料的電荷穩(wěn)定性受濕度影響較大，導(dǎo)致長期使用后過濾性能下降。此外，現(xiàn)有的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)雖在一定程度上改善了容塵能力，但由于層間結(jié)合方式及材料匹配性問題，仍難以在保證低阻力的同時實現(xiàn)高容塵量。因此，如何在不顯著增加阻力的情況下提升過濾材料的容塵能力，依然是當前技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，亟需突破材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及制備工藝等方面的瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、?(1)解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明的目的是提供一種中效過濾器的空氣過濾材料及制備方法，解決目前空氣材料在低阻力和容塵量性能不足的問題。

3、?(2)技術(shù)方案

4、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：

5、一種中效過濾器的空氣過濾材料，由上到下依次包括第一層蓬松纖維層、第二層效率過濾層、第三層蓬松纖維層、第四層靜電效率過濾層和第五層外套保護層；

6、所述的第一層蓬松纖維層為表面改性聚酯蓬松無紡布；所述的表面改性聚酯蓬松無紡布經(jīng)聚二甲基硅氧烷和氨基丙基三乙氧基硅烷改性處理獲得；

7、所述的第四層靜電效率過濾層為聚丙烯/鈦酸鋇駐極母粒復(fù)合熔噴非織造布，通過熔融共混、熱空氣牽伸成型、水駐極處理及熱風干燥工藝制備而成。

8、進一步，所述的表面改性聚酯蓬松無紡布的靜態(tài)水接觸角范圍為135~145°；

9、所述的表面改性聚酯蓬松無紡布的空隙率為85~92%；

10、所述的表面改性聚酯蓬松無紡布的面密度為90~130?g/m2;

11、所述的表面改性聚酯蓬松無紡布的蓬松度為?200~250?cm3/g;

12、所述的表面改性聚酯蓬松無紡布的厚度為3.0~5.0mm;

13、所述的表面改性聚酯蓬松無紡布的纖維直徑為：10~20?μm。

14、進一步，所述的表面改性聚酯蓬松無紡布的制備方法，包括以下步驟：

15、a1.基材預(yù)處理：采用非離子表面活性劑triton?x-100對聚酯蓬松無紡布進行清洗并干燥；

16、a2.納米二氧化硅涂層構(gòu)建：通過包含正硅酸乙酯、乙醇、氨水和去離子水的反應(yīng)體系合成球形sio2納米顆粒，將預(yù)處理織物浸漬于納米溶膠中，經(jīng)熱處理形成sio2涂層；

17、a3.超疏水功能化處理：將聚(二甲基硅氧烷),單縮水甘油醚封端與γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶解于異丙醇中形成改性溶液，將sio2涂層織物浸漬于該溶液并進行梯度固化處理即可；

18、進一步，所述步驟a1的詳細過程為：采用濃度為4.0~6.5?g/l非離子表面活性劑triton?x-100對聚酯蓬松無紡布進行超聲清洗,超聲清洗頻率為40~60?khz，超聲時間為25~35?min，隨后取出聚酯蓬松無紡布在95~110℃下干燥25~35?min。

19、進一步，所述的步驟a2的詳細過程為：以重量份數(shù)計，將20~26?份正硅酸乙酯、25.0~32.0份乙醇、22~30份25wt.%氨水和10.0~20.0去離子水加入反應(yīng)容器中，在33~42℃下攪拌35~45?min后獲得納米溶膠，將步驟a1預(yù)處理后的聚酯蓬松無紡布完全浸漬于納米溶膠中15~25?min，浸漬完成后取出聚酯蓬松無紡布，隨后在75~85℃熱處理8~12?min。

20、進一步，所述的步驟a3的詳細過程為：在40~60?ml?異丙醇溶液中溶解1.0~2.0?g聚(二甲基硅氧烷),單縮水甘油醚封端，攪拌50~70?min?后加入0.4~0.6?ml?γ-氨丙基三乙氧基硅烷，繼續(xù)攪拌2.5~3.5?h，然后將步驟a2處理后的無紡布浸漬于該溶液中15~25min，取出后進行梯度固化處理，第一階段為在80~100℃?固化50~70?min；第二階段為在120~140℃下固化50~70?min，固化完成冷卻到室溫即可。

21、本發(fā)明采用第一層蓬松纖維層為表面改性聚酯蓬松無紡布的設(shè)計主要用于增強的過濾性能、容塵能力和空氣阻力優(yōu)化。通過聚二甲基硅氧烷和氨基丙基三乙氧基硅烷的改性處理，使聚酯蓬松無紡布獲得優(yōu)異的超疏水特性，靜態(tài)水接觸角的優(yōu)化有助于降低濕度對過濾材料的影響，提高材料在高濕環(huán)境下的穩(wěn)定性，同時減少粉塵在纖維表面的沉積，從而延緩阻力的上升。此外，納米二氧化硅涂層的構(gòu)建不僅增強了材料的表面潤濕性調(diào)控能力，還能通過其納米級粗糙結(jié)構(gòu)進一步提升表面疏水性，使得沉積顆粒更易分散，避免粉塵集中堵塞孔隙，提高整體過濾效率。材料的高空隙率和蓬松度賦予了其較強的容塵能力，使得在保證較長使用壽命的同時，仍能維持優(yōu)異的透氣性，而適中的面密度和纖維直徑則確保了良好的機械強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。制造過程中，基材預(yù)處理通過triton?x-100超聲清洗有效去除表面雜質(zhì)，確保改性劑的均勻附著，而納米二氧化硅溶膠浸漬及熱處理步驟進一步優(yōu)化了材料的表面結(jié)構(gòu)，使其具備更穩(wěn)定的物理化學(xué)性能。超疏水功能化處理過程中，聚(二甲基硅氧烷)與γ-氨丙基三乙氧基硅烷的協(xié)同作用，使得材料在保持透氣性的同時，兼具較強的耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性。此外，采用梯度固化處理，確保改性層與基材的結(jié)合強度，進一步提升整體耐久性。本發(fā)明的技術(shù)方案通過材料組分的協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)了高容塵量、低阻力和長期穩(wěn)定運行的綜合性能，為空氣過濾材料的設(shè)計提供了有效的解決方案。

22、進一步，所述的第四層靜電效率過濾層的制備方法，包括以下步驟：采用熔噴工藝制備聚丙烯復(fù)合熔噴非織造布，首先將聚丙烯基體材料與鈦酸鋇駐極母粒按照質(zhì)量比(95.0~96.5):(3.5~5.0)混合，經(jīng)熔噴設(shè)備的螺桿擠出機在180~210℃溫度范圍和8~12?mpa壓力下熔融共混后，通過孔徑0.3?mm、孔密度500~1000孔/cm2的噴絲頭擠出，在210~220℃熱空氣牽伸及100~200?m/s氣流速度下形成纖維并沉積成非織造布，隨后，將所得非織造布在水駐極設(shè)備中進行水駐極處理，將經(jīng)水駐極處理后的熔噴非織造布進行熱風干燥處理，所述干燥溫度控制在75~85°c，熱風速度為2.0~2.5?m/s，干燥時間為3~5?min，以去除水分并穩(wěn)定駐極電荷；最終獲得的第四層靜電效率過濾層。

23、進一步，所述的水駐極處理包括以下步驟：采用水壓為4.0~4.8?mpa的去離子水通過噴嘴直徑為0.2~0.5?mm、噴射角度30~60°的噴射裝置，以噴射距離60~75?mm的方式作用于非織造布表面，處理時間控制在30~45秒。

24、進一步，所述的鈦酸鋇駐極母粒的制備方法為：以重量份數(shù)計，將取80~120份冰醋酸、15~20份醋酸鋇、15~20份鈦酸四異丙酯、15~20份異丙醇、2000~3000份去離子水作為前驅(qū)體，首先在60~70℃條件下將醋酸鋇溶解于冰醋酸中，所得溶液冷卻至20~25℃后，加入異丙醇并攪拌30~60?min使其均勻分散，然后緩慢加入鈦酸四異丙酯，使體系發(fā)生部分水解，隨后將混合溶液冷卻至2~5℃，并在持續(xù)攪拌條件下緩慢加入去離子水，使體系進一步水解并形成透明無色溶膠；將所得溶膠在室溫下陳化12~24?h，待凝膠化完成后，在90~110℃條件下干燥6~12?h形成干凝膠，再將干凝膠于800~900℃條件下煅燒2~4?h,冷卻后獲得鈦酸鋇駐極母粒。

25、進一步，所述的鈦酸鋇駐極母粒的平均直徑為50~90nm。

26、本發(fā)明采用聚丙烯/鈦酸鋇復(fù)合熔噴非織造布與水駐極協(xié)同處理的設(shè)計，主要通過材料體系優(yōu)化與結(jié)構(gòu)調(diào)控的協(xié)同作用實現(xiàn)過濾性能、容塵能力與空氣阻力的綜合提升。聚丙烯基體與納米鈦酸鋇駐極母粒的熔融共混形成具有介電梯度特性的復(fù)合纖維，鈦酸鋇晶體在纖維內(nèi)部構(gòu)建的電荷陷阱網(wǎng)絡(luò)通過壓電效應(yīng)與水駐極處理的摩擦起電協(xié)同作用，在纖維表面形成穩(wěn)定的雙電層結(jié)構(gòu)，增強對亞微米顆粒的靜電吸附能力；熔噴工藝中精確控制的噴絲孔徑與熱牽伸參數(shù)使纖維形成微納米級直徑與三維交錯排列結(jié)構(gòu)，既通過曲折孔道提升機械攔截效率，又借助開放孔隙降低氣流穿透阻力；水駐極處理的高壓射流在纖維表面形成均勻分布的電荷駐極點，其與鈦酸鋇晶格氧空位產(chǎn)生的本征電荷形成多級存儲機制，在保證高電荷密度的同時避免纖維結(jié)構(gòu)塌陷引發(fā)的孔隙率損失；鈦酸鋇母粒的納米級尺寸與均勻分散特性使其與聚丙烯纖維界面形成分子級結(jié)合，既維持纖維的力學(xué)完整性，又通過抑制電荷復(fù)合延長靜電吸附的有效作用周期，從而實現(xiàn)容塵能力與過濾壽命的同步優(yōu)化。該體系通過材料介電特性、纖維形態(tài)學(xué)特征與駐極工藝參數(shù)的協(xié)同匹配，在增強顆粒物捕集效率的同時維持空氣流道的低阻特性。

27、本發(fā)明通過聚丙烯/鈦酸鋇復(fù)合熔噴非織造布與水駐極協(xié)同處理，實現(xiàn)過濾效率、容塵能力與空氣阻力的綜合優(yōu)化。相比傳統(tǒng)駐極材料，本發(fā)明利用鈦酸鋇晶體的電荷陷阱網(wǎng)絡(luò)與水駐極處理的協(xié)同效應(yīng)，增強靜電吸附能力并延長駐極壽命，從而提高對亞微米顆粒的捕集效率。熔噴工藝的優(yōu)化使纖維形成微納米級結(jié)構(gòu)，在提升機械攔截能力的同時降低氣流阻力，確保高效過濾與低能耗運行。納米級鈦酸鋇的均勻分散增強了纖維的力學(xué)穩(wěn)定性，避免駐極電荷衰減導(dǎo)致的性能下降，確保長期使用性能。整體材料體系的精準匹配，使駐極穩(wěn)定性、空氣阻力和容塵能力達到最佳平衡，適用于高效空氣凈化、工業(yè)防護與醫(yī)療過濾等領(lǐng)域，為空氣過濾行業(yè)提供高性能、低能耗的創(chuàng)新解決方案。

28、進一步，所述的第二層效率過濾層為玻璃纖維濾紙，其中所述玻璃纖維濾紙的纖維直徑為0.3~2?μm，面密度為40~80?g/m2。

29、進一步，所述的第三層蓬松纖維層為高蓬松?pet?纖維層；其中所述的高蓬松?pet纖維層的蓬松度為18~25?cm3/g；面密度：60~100?g/m2；厚度：4~10?mm。

30、進一步，所述的第五層外套保護層為pp?紡粘無紡布;?其中所述?pp?紡粘無紡布的面密度為30~60?g/m2，厚度為0.1~0.5?mm，斷裂強度為≥10?mpa。

31、本發(fā)明采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要用于增強空氣過濾材料的過濾效率、容塵能力和空氣阻力優(yōu)化性能。第一層蓬松纖維層由表面改性聚酯蓬松無紡布構(gòu)成，通過聚二甲基硅氧烷和氨基丙基三乙氧基硅烷的改性處理，使其獲得優(yōu)異的疏水特性，有助于降低濕度對過濾效率的影響，并減少粉塵黏附，提高長期使用的穩(wěn)定性。同時，該層的高空隙率和蓬松結(jié)構(gòu)為后續(xù)過濾層提供了均勻的氣流分布，避免局部氣流集中導(dǎo)致的阻力增加。第二層效率過濾層采用玻璃纖維濾紙，其超細纖維結(jié)構(gòu)賦予材料卓越的顆粒攔截能力，通過纖維間形成的復(fù)雜孔道實現(xiàn)對亞微米級顆粒物的高效捕集，并在保證過濾效率的同時維持較低的初始阻力。第三層蓬松纖維層由高蓬松pet纖維層組成，其高蓬松度和適中的面密度賦予材料良好的容塵能力，使得吸附的顆粒能夠在較長時間內(nèi)均勻分布，延緩阻力上升，并在整體結(jié)構(gòu)中起到緩沖和支撐作用，確保復(fù)合材料的機械穩(wěn)定性。第四層靜電效率過濾層采用聚丙烯/鈦酸鋇駐極母粒復(fù)合熔噴非織造布制備而成，通過熔融共混、熱空氣牽伸、水駐極處理及熱風干燥工藝，使其在纖維內(nèi)部形成穩(wěn)定的駐極電荷，提高對細小顆粒的靜電捕獲能力，同時優(yōu)化纖維結(jié)構(gòu)以確保較低的氣流阻力。第五層外套保護層由pp紡粘無紡布構(gòu)成，其高機械強度和適宜的厚度有效保護內(nèi)部過濾結(jié)構(gòu)免受外部環(huán)境的機械損傷，同時在一定程度上增強材料的耐磨性和耐用性。各層材料的協(xié)同作用使得本發(fā)明的空氣過濾材料不僅具備高效的顆粒捕集能力和優(yōu)異的容塵性能，同時維持了較低的氣流阻力，延長了使用壽命，并確保在復(fù)雜環(huán)境條件下仍能保持穩(wěn)定的過濾性能。

32、本發(fā)明還提供一種中效過濾器的空氣過濾材料的制備方法，包括以下步驟：

33、s1.?將各層按序疊合，送入輥壓式預(yù)壓合裝置，在0.2~0.5?mpa?線壓力和25~35℃環(huán)境溫度下進行初步壓合，使各層材料有效結(jié)合，避免層間錯位或滑移，此過程的線速度控制在?0.8~1.2?m/min，確保均勻施加壓力，實現(xiàn)穩(wěn)定的預(yù)粘合效果。

34、s2.?梯度熱壓復(fù)合，在完成預(yù)壓合后，材料送入雙輥熱壓機，按照梯度升溫、分階段施壓的方式進行復(fù)合，在第一階段，熱壓溫度控制在110~120℃，壓力設(shè)定為0.8~1.2mpa，停留時間30~45?秒，繼續(xù)升溫，在第二階段，熱壓溫度提高至125~130℃，壓力增至1.5~2.0?mpa，停留時間60~90?秒；在第三階段，熱壓溫度降低至95~105℃，壓力調(diào)整為0.5~0.8mpa，停留時間20~30?秒。

35、s3.?冷卻定型，在完成梯度熱壓復(fù)合后，復(fù)合材料立即進入冷卻輥組，冷卻輥表面溫度控制在10~15℃，通過低溫輥壓，使材料迅速冷卻，固化層間結(jié)構(gòu)，冷卻過程中，采用0.3~0.6?mpa?的壓力，并控制冷卻輥線速度為?2.0~3.0?m/min，冷卻定型后即可。

36、(3)有益的技術(shù)效果

37、1.?本發(fā)明通過表面改性聚酯蓬松無紡布的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了過濾性能、容塵能力和空氣阻力的協(xié)同優(yōu)化，相較于現(xiàn)有技術(shù)顯著提升了濕度適應(yīng)性和長期穩(wěn)定性。超疏水改性有效降低了粉塵黏附和濕度影響，納米二氧化硅涂層增強了表面粗糙度，提高了顆粒分散性，延緩阻力上升。高空隙率和蓬松度賦予材料優(yōu)異的容塵能力，確保長效過濾性能，而合理的面密度和纖維直徑提升了機械穩(wěn)定性。改性劑的均勻附著優(yōu)化了耐久性，梯度固化增強了結(jié)合強度，各組分協(xié)同作用確保材料在高濕、高粉塵環(huán)境下的優(yōu)異表現(xiàn)，為高效空氣過濾提供了可靠方案。

38、2.?本發(fā)明通過聚丙烯/鈦酸鋇復(fù)合熔噴非織造布與水駐極協(xié)同處理，實現(xiàn)過濾效率、容塵能力與空氣阻力的綜合優(yōu)化。相比傳統(tǒng)駐極材料，本發(fā)明利用鈦酸鋇晶體的電荷陷阱網(wǎng)絡(luò)與水駐極處理的協(xié)同效應(yīng)，增強靜電吸附能力并延長駐極壽命，從而提高對亞微米顆粒的捕集效率。熔噴工藝的優(yōu)化使纖維形成微納米級結(jié)構(gòu)，在提升機械攔截能力的同時降低氣流阻力，確保高效過濾與低能耗運行。納米級鈦酸鋇的均勻分散增強了纖維的力學(xué)穩(wěn)定性，避免駐極電荷衰減導(dǎo)致的性能下降，確保長期使用性能。整體材料體系的精準匹配，使駐極穩(wěn)定性、空氣阻力和容塵能力達到最佳平衡，適用于高效空氣凈化、工業(yè)防護與醫(yī)療過濾等領(lǐng)域，為空氣過濾行業(yè)提供高性能、低能耗的創(chuàng)新解決方案。

39、3.?本發(fā)明通過多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了過濾效率、容塵能力與空氣阻力的協(xié)調(diào)平衡，相較于傳統(tǒng)單層或雙層過濾材料，顯著提升了濕度適應(yīng)性和長期穩(wěn)定性。表面改性聚酯蓬松無紡布的疏水特性減少粉塵黏附，玻璃纖維濾紙的超細纖維結(jié)構(gòu)增強顆粒捕集能力，高蓬松pet纖維層提高容塵能力并延緩阻力上升，聚丙烯/鈦酸鋇駐極層則通過穩(wěn)定駐極電荷進一步提升亞微米級粒子的吸附效率，而pp紡粘無紡布提供機械保護，各組分協(xié)同作用確保高效過濾性能和低能耗運行，適用于空氣凈化、工業(yè)防護及hvac系統(tǒng)，為高性能過濾材料的發(fā)展提供了可靠方案。