本發(fā)明涉及到空氣過(guò)濾網(wǎng)材料領(lǐng)域,特別是一種凹凸棒空氣過(guò)濾網(wǎng)用單絲及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)生活水平的提高，人們對(duì)大量使用的空調(diào)器、空氣清凈機(jī)輸出的空氣質(zhì)量要求越來(lái)越高，這就要求安裝在空調(diào)器、空氣清凈機(jī)中的空氣過(guò)濾網(wǎng)不僅要能夠過(guò)濾掉空氣中的灰塵，也要具備抗菌、防霉、除臭、吸附有害氣體等作用和功能。在目前的空氣過(guò)濾網(wǎng)中，通過(guò)浸泡、涂覆等化學(xué)方法或添加光觸媒等抗菌或除臭的化學(xué)助劑能實(shí)現(xiàn)抗菌除臭作用，但在生產(chǎn)中會(huì)造成二次污染，而且化學(xué)抗菌除臭材料有刺激性，影響人體健康。
凹凸棒因其獨(dú)特的內(nèi)部鏈層狀多孔結(jié)構(gòu)，使其對(duì)水分及有毒、有害氣體具有極強(qiáng)的吸附性，不僅如此，凹凸棒還具有吸聲、殺菌、除臭的功能，因此將其應(yīng)用于空氣過(guò)濾網(wǎng)材料中相當(dāng)合適。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中空氣過(guò)濾網(wǎng)的缺點(diǎn)，提供了一種凹凸棒空氣過(guò)濾網(wǎng)用單絲及其制備方法，它不僅要能夠過(guò)濾掉空氣中的灰塵，還要具備抗菌、防霉、除臭、吸附有害氣體等作用和功能，同時(shí)兼具環(huán)保、無(wú)二次污染的功效，有益于人體健康。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
一種凹凸棒空氣過(guò)濾網(wǎng)用單絲，包括凹凸棒聚合物母粒和聚合物材料，上述凹凸棒聚合物母粒包括納米級(jí)凹凸棒粉和聚合物，該納米級(jí)凹凸棒粉通過(guò)以下步驟制得：
（1）取適量凹凸棒石粘土礦物粉碎至顆粒大小為40-60目，然后浸沒(méi)到清水中，用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌1-3小時(shí)，轉(zhuǎn)速設(shè)定為600-800r/min，然后過(guò)濾，將濾渣浸沒(méi)到濃度為15%鹽酸溶液中水浴熱處理1-3小時(shí)，溫度設(shè)定在80-100℃之間，再向酸化后的懸浮液中加入活性分散劑焦磷酸鈉充分?jǐn)嚢瑁瑓f(xié)同超聲水熱法處理2-4小時(shí)后，最后對(duì)其進(jìn)行離心處理，離心之后，取上層懸浮液經(jīng)過(guò)2-4次過(guò)濾、干燥步驟得凹凸棒石粘土粉粗品；
（2）將凹凸棒石粘土粉粗品輸送到充滿氮?dú)獾幕剞D(zhuǎn)式烘干爐內(nèi)焙燒，焙燒時(shí)間為1-3小時(shí)，焙燒溫度控制在250-350℃，待焙燒結(jié)束冷卻靜置至常溫再取出得改性凹凸棒粘土粉；
（3）最后將步驟（2）中制得的改性凹凸棒粘土粉通過(guò)納米研磨機(jī)制成所需的納米級(jí)凹凸棒粉，且該納米級(jí)凹凸棒粉的細(xì)度為50-400nm；
所述聚合物選自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一種，且上述納米級(jí)凹凸棒粉與聚合物的重量比例為36:45～40:40；所述聚合物材料選自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一種，且上述凹凸棒聚合物母粒和聚合物材料的重量比例為46:55～50:50。
進(jìn)一步地，所述納米級(jí)凹凸棒粉與聚合物的重量比例為38:45～40:40。
更進(jìn)一步地，所述納米級(jí)凹凸棒粉與聚合物的重量比例為40:45。
優(yōu)選地，所述母粒所含的聚合物與單絲所含的聚合物相同。
進(jìn)一步地，所述納米級(jí)凹凸棒粉與聚合物的重量比例為48:55～50:50。
更進(jìn)一步地，所述納米級(jí)凹凸棒粉與聚合物的重量比例為50:55。
上述的一種凹凸棒空氣過(guò)濾網(wǎng)用單絲的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：
（1）將納米級(jí)凹凸棒粉與聚合物，按照重量比36:45～40:40，進(jìn)行混合、攪拌、熔融擠出、造粒，制成含有凹凸棒的聚合物母粒，上述聚合物選自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一種；
（2）將由步驟（1）制得的凹凸棒的聚合物母粒與聚合物材料，按照重量比46:55～50:50，依次進(jìn)行烘料、混合、攪拌，并由擠出機(jī)熔融擠出、冷卻、牽伸、定型、收卷，制成直徑0.1-1mm的單絲，所述聚合物材料選自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一種。
一種凹凸棒空氣過(guò)濾網(wǎng)用單絲的用途，該單絲用于編織成空氣過(guò)濾器中的空氣過(guò)濾網(wǎng)。
進(jìn)一步地，所述空氣過(guò)濾器是指空調(diào)器、空氣清凈機(jī)或空氣清新器中的過(guò)濾器。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的凹凸棒空氣過(guò)濾網(wǎng)用單絲中凹凸棒成分是純天然制品，來(lái)源廣泛，成本低廉，其獨(dú)特的內(nèi)部鏈層狀多孔結(jié)構(gòu)，可以有效吸附空氣中的各種浮游物質(zhì)，具有極強(qiáng)的吸塵、吸音、殺菌、吸附有毒有害氣體以及分解異味和消臭作用。并且凹凸棒還具有自動(dòng)調(diào)濕作用，若周圍環(huán)境濕度大時(shí)，可吸收水分，若周圍環(huán)境干燥，則可釋放水分，同時(shí)兼具環(huán)保、無(wú)二次污染的功效，有益于人體健康。
另外，采用納米級(jí)的凹凸棒粉材料還具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)納米材料比表面積大，與空氣接觸面積大，更多地吸附空氣中的各種有害氣體。(2)納米材料尺寸細(xì)小、活性強(qiáng)，能在樹(shù)脂中更好地分散、混合和加工，其表面滲透能力更強(qiáng)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明的納米級(jí)凹凸棒粉通過(guò)以下步驟制得：
（1）取適量凹凸棒石粘土礦物粉碎至顆粒大小為40-60目，然后浸沒(méi)到清水中，用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌1-3小時(shí)，轉(zhuǎn)速設(shè)定為600-800r/min，然后過(guò)濾，將濾渣浸沒(méi)到濃度為15%鹽酸溶液中水浴熱處理1-3小時(shí)，溫度設(shè)定在80-100℃之間，再向酸化后的懸浮液中加入活性分散劑焦磷酸鈉充分?jǐn)嚢瑁瑓f(xié)同超聲水熱法處理2-4小時(shí)后，最后對(duì)其進(jìn)行離心處理，離心之后，取上層懸浮液經(jīng)過(guò)2-4次過(guò)濾、干燥步驟得凹凸棒石粘土粉粗品；
（2）將凹凸棒石粘土粉粗品輸送到充滿氮?dú)獾幕剞D(zhuǎn)式烘干爐內(nèi)焙燒，焙燒時(shí)間為1-3小時(shí)，焙燒溫度控制在250-350℃，待焙燒結(jié)束冷卻靜置至常溫再取出得改性凹凸棒粘土粉；
（3）最后將步驟（2）中制得的改性凹凸棒粘土粉通過(guò)納米研磨機(jī)制成所需的納米級(jí)凹凸棒粉，且該納米級(jí)凹凸棒粉的細(xì)度為50-400nm，該范圍內(nèi)的任何細(xì)度的凹凸棒粉均能夠用于本發(fā)明。
在本發(fā)明的含有凹凸棒的母粒中，納米級(jí)凹凸棒粉的含量與聚合物含量的重量比為36:45～40:40，該含量比例如果低于36∶45，母粒的抑菌殺菌和除臭功能就不足，如果高于40:40，所使用的凹凸棒粉過(guò)多，增加了材料的脆性，成本也增多。該含量比例優(yōu)選38:45～40:40。
采用納米級(jí)凹凸棒粉制備母粒的過(guò)程中，由于納米級(jí)材料的尺寸很小，自身具有粘合團(tuán)聚的現(xiàn)象。為此，可以加入高分子分散劑，避免納米級(jí)粉的團(tuán)聚現(xiàn)象。本發(fā)明對(duì)于高分子分散劑沒(méi)有特別限制，可以采用本行業(yè)內(nèi)已知的常規(guī)分散劑，優(yōu)選聚乙烯蠟和氧化聚乙烯。
另外，還可以加入各種其它添加劑，以利于聚合物母粒的加工或提高母粒的性能。所述添加劑可以選自以下的一種或多種：稀釋劑、熱穩(wěn)定劑等等。這些添加劑可以采用該行業(yè)內(nèi)的常規(guī)的稀釋劑和熱穩(wěn)定劑等。稀釋劑可以采用液體石蠟(也稱白油)等，稀釋劑還具有提高混合分散效果的作用。熱穩(wěn)定劑可以采用硬脂酸鋅(又稱十八酸鋅)和硬脂酸鈣(又稱十八酸鈣)，其作用是提高樹(shù)脂基體的熱穩(wěn)定性，同時(shí)還有潤(rùn)滑的作用。
這些添加劑的用量是本行業(yè)內(nèi)的常規(guī)用量。例如，分散劑的用量可以是凹凸棒粉的1-5重量％，稀釋劑的用量可以為凹凸棒粉的1-2重量％，熱穩(wěn)定劑的用量可以是凹凸棒粉的1-1.5重量％。
本發(fā)明的含有凹凸棒的母粒中所使用的聚合物可以選自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一種。優(yōu)選聚丙烯。
本發(fā)明的含有凹凸棒并具有抑菌殺菌和除臭功能的單絲，包含本發(fā)明的含有凹凸棒的聚合物母粒和聚合物材料，所述母粒含量與聚合物的重量比例為46:55～50:50。優(yōu)選48:55～50:50。如果比例低于46:55，單絲的抑菌殺菌和除臭功能會(huì)不足，達(dá)不到所要求的性能；如果高于50:50，則會(huì)降低單絲的強(qiáng)度，成本也較高。所述單絲中的聚合物材料選自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一種。對(duì)于空氣過(guò)濾器中的空氣過(guò)濾網(wǎng)，優(yōu)選采用聚丙烯。
在本發(fā)明的聚合物單絲的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，單絲所包含的聚合物材料優(yōu)選與母粒中的聚合物相同，這樣，單絲中所包含的聚合物材料易與母粒中的聚合物相容，有利于聚合物單絲的加工、而且單絲的性能更均一。
在本發(fā)明的單絲的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，單絲所包含的聚合物材料與母粒中的聚合物均為聚丙烯，因?yàn)?，聚丙烯最適于用作空氣過(guò)濾器中的空氣過(guò)濾網(wǎng)材料。
本發(fā)明的含有凹凸棒、并具有抑菌殺菌和除臭功能的單絲的直徑?jīng)]有特別限制。其直徑可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。其直徑一般為0.1～1mm。當(dāng)其用于空氣過(guò)濾器中的空氣過(guò)濾網(wǎng)時(shí)，其直徑優(yōu)選為0.3～0.6mm。
本發(fā)明的聚合物母粒采用常規(guī)的制備方法獲得：將凹凸棒粉和聚合物按照所要求的比例，進(jìn)行混合、攪拌、熔融擠出、造粒，即制成本發(fā)明的母粒。熔融擠出溫度為200～220℃。
本發(fā)明的聚合物單絲也采用常規(guī)的制備方法獲得：將上述制得的母粒顆粒與聚合物材料進(jìn)行烘料，并按照所要求的比例，進(jìn)行混合、攪拌，然后由擠出機(jī)熔融擠出、冷卻、牽伸、定型、收卷，制成單絲。
下面依次描述單絲制備方法的各步驟。
(1)烘料：將紡絲級(jí)的聚合物原料和制備的凹凸棒聚合物母粒顆粒放入烘干機(jī)中烘干，烘料溫度沒(méi)有特別限制。采用一般的烘料溫度即可。需要注意：溫度不能過(guò)高，也不能過(guò)低，過(guò)高會(huì)使聚合物原料軟化，粘結(jié)成塊；溫度過(guò)低，干燥作用不足。烘料溫度優(yōu)選為55～70℃。
(2)混合和攪拌：將本發(fā)明的聚合物母粒顆粒與構(gòu)成單絲的聚合物材料以所需要的重量比例，加入常規(guī)攪拌機(jī)中進(jìn)行混合，并充分?jǐn)嚢琛?/p>
(3)熔融擠出：將充分?jǐn)嚢璧呐淞戏湃霐D出機(jī)中通過(guò)預(yù)熱、熔化、塑化、噴絲工序后熔融擠出單絲，擠出溫度可以采用本行業(yè)內(nèi)常規(guī)的范圍進(jìn)行。擠出溫度優(yōu)選180～260℃，更優(yōu)選為200～220℃，當(dāng)擠出溫度低于180℃時(shí)，擠出不順利，單絲的質(zhì)量和擠出產(chǎn)量受到影響；當(dāng)擠出溫度高于260℃時(shí)，會(huì)使聚合物降解，造成聚合物分子量下降，影響單絲的力學(xué)性能、強(qiáng)度等。
(4)冷卻：將熔融擠出的單絲放入水槽中冷卻，冷卻溫度一般為20～30℃，當(dāng)冷卻溫度低于20℃時(shí)，會(huì)造成單絲結(jié)晶不均勻，力學(xué)性能差。當(dāng)冷卻溫度高于30℃時(shí)，會(huì)造成結(jié)晶不足，單絲較軟，力學(xué)性能和強(qiáng)度不足。
(5)牽伸：將冷卻后的單絲放入牽伸機(jī)進(jìn)行牽伸，牽伸溫度一般為95～105℃、牽伸倍數(shù)一般為3.5～4.5倍，其中，如果牽伸溫度低于95℃，單絲容易斷裂，如果高于105℃，聚合物會(huì)軟化，甚至局部熔化，不利于牽伸。如果牽伸倍數(shù)低于3.5，單絲的力學(xué)性能和強(qiáng)度等不足，而且伸長(zhǎng)率偏大。如果牽伸倍數(shù)高于4.5，單絲的力學(xué)性能和強(qiáng)度等偏大，但是伸長(zhǎng)率偏小。
(6)定型：將牽伸過(guò)的單絲放入定型機(jī)中進(jìn)行熱定型，定型溫度優(yōu)選95～105℃，回縮率優(yōu)選0.3～0.8％。當(dāng)定型溫度低于95℃時(shí)，定型不足，單絲在使用過(guò)程中容易變形；當(dāng)定型溫度高于105℃，單絲會(huì)軟化、甚至局部熔化，不利于定型。如果定型中的回縮率大于0.8％，收縮率偏大，那么由該單絲制成的網(wǎng)的面積會(huì)縮小，由此成本增高。
(7)收卷：將定型過(guò)的單絲在收卷機(jī)上卷取，收卷張力一般為220cn～250cn，收卷速度一般為120米/分～140米/分。如果收卷張力低于220cn，那么張力太小，絲的收卷困難。如果收卷張力高于250cn，那么張力太大，絲會(huì)產(chǎn)生卷取變形。同樣，收卷速度低于120米/分或高于140米/分，會(huì)使單絲制成網(wǎng)后在使用過(guò)程中變形。
經(jīng)過(guò)上述步驟，制得直徑為0.1-1mm的凹凸棒空氣過(guò)濾網(wǎng)單絲。然后，進(jìn)一步由常規(guī)的編織方法，將制得的單絲編織成網(wǎng)。
本發(fā)明通過(guò)將凹凸棒的應(yīng)用引入到空氣過(guò)濾產(chǎn)品領(lǐng)域，將納米級(jí)凹凸棒粉摻入聚丙烯等樹(shù)脂中，改進(jìn)了現(xiàn)有的單絲制備工藝技術(shù)，獲得了一種具有抗菌除臭和吸附有害氣體性能的塑料單絲。該單絲環(huán)保，對(duì)人體有益無(wú)害。用該類單絲編織成空氣過(guò)濾網(wǎng)，可以裝入抗菌凈化空調(diào)中進(jìn)行空氣過(guò)濾。該單絲還可用于其他要求具有抗菌除臭清新空氣功能的產(chǎn)品中，如空氣凈化機(jī)等。
將單絲編織成空氣過(guò)濾網(wǎng)，經(jīng)測(cè)試，過(guò)濾網(wǎng)具有良好的力學(xué)性能、抗菌除臭、吸附有害氣體性能，完全滿足空氣過(guò)濾器中過(guò)濾網(wǎng)的要求，其斷裂強(qiáng)力≥1200cn，斷裂伸長(zhǎng)率16～28％，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌抗菌率均＞92％，去除甲醛效率＞85％。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1
按照凹凸棒粉與聚丙烯的重量比36∶45分別量取凹凸棒粉和聚丙烯，再按凹凸棒粉的1重量％量取分散劑聚乙烯蠟，進(jìn)行混合、攪拌、熔融擠出、造粒，即制成本發(fā)明的凹凸棒聚丙烯母粒。凹凸棒粉的粒徑為50nm。此時(shí)熔融擠出溫度為195℃。
按照上述制得母粒與紡絲級(jí)聚丙烯的重量比46:55，分別量取母粒與紡絲級(jí)聚丙烯，再分別在55℃溫度下烘料3h，然后，將上述材料加入攪拌機(jī)中進(jìn)行混合、并充分?jǐn)嚢琛?/p>
將充分?jǐn)嚢韬玫幕旌狭戏湃霐D出機(jī)中，在260℃下熔融擠出，然后，將熔融擠出的單絲放入冷卻槽中冷卻，冷卻溫度為20℃。
將冷卻后的單絲放入牽伸機(jī)進(jìn)行牽伸，牽伸溫度為95℃，牽伸倍數(shù)為3.5倍。
將牽伸過(guò)的單絲放入定型機(jī)中進(jìn)行熱定型，定型溫度為95℃，回縮率為0.3％。
將定型過(guò)的單絲在收卷機(jī)上卷取，收卷張力為220cn，收卷速度為120米/分。
制成的單絲直徑為0.30mm。
將單絲編織成空氣過(guò)濾網(wǎng)，測(cè)試其抗菌除臭、吸附有害氣體性能，結(jié)果為：大腸桿菌抗菌率93％，金黃色葡萄球菌抗菌率94％，甲醛去除率86％，氨氣去除率85％。
將該網(wǎng)用作空調(diào)器中的空氣過(guò)濾網(wǎng)。
實(shí)施例2
按照凹凸棒粉與聚丙烯的重量比40∶45分別量取凹凸棒粉和聚丙烯，再按凹凸棒粉的2重量％量取分散劑聚乙烯蠟，進(jìn)行混合、攪拌、熔融擠出、造粒，即制成本發(fā)明的凹凸棒聚丙烯母粒。凹凸棒粉的粒徑為200nm。此時(shí)熔融擠出溫度為200℃。
按照上述制得母粒與紡絲級(jí)聚丙烯的重量比50:55，分別量取母粒與紡絲級(jí)聚丙烯，再分別在60℃溫度下烘料2h，然后，將上述材料加入攪拌機(jī)中進(jìn)行混合、并充分?jǐn)嚢琛?/p>
將充分?jǐn)嚢韬玫幕旌狭戏湃霐D出機(jī)中，在240℃下熔融擠出，然后，將熔融擠出的單絲放入冷卻槽中冷卻，冷卻溫度為25℃。
將冷卻后的單絲放入牽伸機(jī)進(jìn)行牽伸，牽伸溫度為100℃，牽伸倍數(shù)為4.0倍。
將牽伸過(guò)的單絲放入定型機(jī)中進(jìn)行熱定型，定型溫度為100℃，回縮率為0.5％。
將定型過(guò)的單絲在收卷機(jī)上卷取，收卷張力為230cn，收卷速度為130米/分。
制成的單絲直徑為0.50mm。
將單絲編織成空氣過(guò)濾網(wǎng)，測(cè)試其抗菌除臭、吸附有害氣體性能，結(jié)果為：大腸桿菌抗菌率92％，金黃色葡萄球菌抗菌率95％，甲醛去除率85％，氨氣去除率84％。
將該網(wǎng)用作空氣清新器中的空氣過(guò)濾網(wǎng)。
實(shí)施例3
按照凹凸棒粉與聚丙烯的重量比45∶45分別量取凹凸棒粉和聚丙烯，再按凹凸棒粉的3重量％量取分散劑聚乙烯蠟，進(jìn)行混合、攪拌、熔融擠出、造粒，即制成本發(fā)明的凹凸棒聚丙烯母粒。凹凸棒粉的粒徑為400nm。此時(shí)熔融擠出溫度為210℃。
按照上述制得母粒與紡絲級(jí)聚丙烯的重量比55:55，分別量取母粒與紡絲級(jí)聚丙烯，再分別在70℃溫度下烘料1h，然后，將上述材料加入攪拌機(jī)中進(jìn)行混合、并充分?jǐn)嚢琛?/p>
將充分?jǐn)嚢韬玫幕旌狭戏湃霐D出機(jī)中，在240℃下熔融擠出，然后，將熔融擠出的單絲放入冷卻槽中冷卻，冷卻溫度為30℃。
將冷卻后的單絲放入牽伸機(jī)進(jìn)行牽伸，牽伸溫度為105℃，牽伸倍數(shù)為4.5倍。
將牽伸過(guò)的單絲放入定型機(jī)中進(jìn)行熱定型，定型溫度為105℃，回縮率為0.8％。
將定型過(guò)的單絲在收卷機(jī)上卷取，收卷張力為250cn，收卷速度為140米/分。
制成的單絲直徑為0.80mm。
將單絲編織成空氣過(guò)濾網(wǎng)，測(cè)試其抗菌除臭、吸附有害氣體性能，結(jié)果為：大腸桿菌抗菌率95％，金黃色葡萄球菌抗菌率93％，甲醛去除率87％，氨氣去除率86％。
將該網(wǎng)用作空氣清凈機(jī)中的空氣過(guò)濾網(wǎng)。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。