一種靜電紡亞微米纖維復合過濾材料及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種靜電紡亞微米纖維復合過濾材料的制備方法，所述過濾材料包括依次設置的第一紡粘非織造布、亞微米纖維復合膜和第二紡粘非織造布，所述第一紡粘非織造布、亞微米纖維復合膜和第二紡粘非織造布構成“三明治”結構，所述亞微米纖維復合膜包括由纖維直徑、膜孔徑及面密度呈現梯度差異的粗、中、細靜電紡亞微米纖維層形成的三維立體結構。本發明專利技術還提供了一種上述復合過濾材料的制備方法。本發明專利技術制備工藝簡單、可控和重復性好，制得的復合過濾材料內部形成空間網狀曲折微孔結構，具有高效低阻的特點，復合過濾材料的過濾性能穩定，可實現亞微米纖維復合過濾材料的批量化生產，在空氣過濾領域有非常好的應用前景。在空氣過濾領域有非常好的應用前景。在空氣過濾領域有非常好的應用前景。

【技術實現步驟摘要】
一種靜電紡亞微米纖維復合過濾材料及其制備方法


[0001]本專利技術屬于空氣過濾材料及其制備領域，特別涉及一種靜電紡亞微米纖維復合過濾材料及其制備方法。

技術介紹

[0002]導致霧霾天氣的主要污染源為PM2.5(粒徑小于2.5μm的顆粒)，PM2.5可以穿透人體肺部甚至遷移到人體其它器官，從而增加呼吸疾病及心臟疾病的發病率，嚴重危害著人類身體的健康。而過濾作為一種防護措施，可以有效抵御空氣污染給人們帶來的不利影響。目前，玻璃纖維或熔噴非織造布是常用的空氣過濾材料，但其纖維尺寸大，孔隙率低，不能精確過濾亞微米甚至納米級的顆粒物，并且存在過濾阻力大、容塵量小、使用壽命短等問題，因此，亟需開發一種新型高效低阻空氣過濾材料。
[0003]靜電紡亞微米纖維具有纖維直徑小、孔隙率高、比表面積大、孔徑小、纖維堆積密度均勻、孔道連通性好等優點，將其與基材結合可制備理想的空氣過濾材料。但由于靜電紡亞微米纖維膜結構單一，堆積密實，在實現高濾效的同時常常也具有較高的過濾阻力。隨著對纖維過濾材料的質量及使用壽命要求的不斷提高，傳統單一型纖維濾材逐漸不能滿足應用要求，研發人員開始將復合技術引入到高性能空氣過濾材料加工中。在紡絲液中加入無機納米顆粒是實現高效低阻的一種方式，通過在紡絲液中加入無機納米顆粒，使纖維膜具有多級表面粗糙結構，增大比表面積，同時纖維截面為非圓形，在提高濾效的同時降低過濾阻力(Cho D.,Naydich A.,Frey M.W.,et al.Further improvement of air filtration efficiency of cellulose filters coated with nanofibers via inclusion of electrostatically active nanoparticles[J].Polymer,2013,54(9):2364
?
2372.)。但無機納米顆粒的添加量有限，極易發生團聚，且分散不均勻，纖維膜的過濾效率反而降低，在使用過程中無機納米顆粒也會發生脫落，對人們的健康造成威脅。研究人員還采用不同粗細纖維層加工制成的梯度結構復合濾材以提高濾效降低濾阻。沈恒根等(嚴長勇,王成彪,沈恒根.HBT“梯度”復合濾料的過濾性能研究及應用[J].建筑熱能通風空調,2007,26(4):100
?
103.)設計并開發了梯度結構復合濾料，表層以熔噴、熱化技術制成的超細纖維以提高濾效，里層采用耐高溫、抗腐蝕性的混合纖維，基布采用玻璃纖維提高濾料的機械強度及耐溫性能，底層采用具有一定耐溫性和耐腐蝕性的纖維。結果表明與常規濾料相比，此方法制備梯度濾料具有良好的理化性能和透氣性。專利CN104524868A公開了“一種納米纖維膜復合無紡布基材的梯度過濾材料”，該梯度濾材包括表層過濾材料(亞微米纖網)以及內側深度過濾材料(多層非織造布)，采用亞微米纖網與熔噴無紡布、針刺無紡布及加固的梭織網眼布選擇性復合，制備多層復合梯度過濾材料，具有高效低阻特性。然而，現有研究的梯度結構濾材均為傳統纖維類(直徑為微米級)亦或亞微米纖維與傳統纖維的復合，其過濾效率為30～70％，濾阻為30～150Pa，不能精細過濾直徑在1μm以下的顆粒物，且亞微米纖維層的結構單一，并存在濾效和濾阻同步增加的問題。

技術實現思路

[0004]針對上述存在的問題，本專利技術的目的是提供一種靜電紡亞微米纖維復合過濾材料及其制備方法，旨在獲得一種高效低阻、過濾性能穩定的復合過濾材料，同時可實現亞微米纖維復合過濾材料的批量化生產。
[0005]為了實現上述目的，本專利技術提供了一種靜電紡亞微米纖維復合過濾材料，所述過濾材料包括依次設置的第一紡粘非織造布、亞微米纖維復合膜和第二紡粘非織造布，所述第一紡粘非織造布、亞微米纖維復合膜和第二紡粘非織造布構成“三明治”結構，所述亞微米纖維復合膜包括由纖維直徑、膜孔徑及面密度呈現梯度差異的粗、中、細靜電紡亞微米纖維層形成的三維立體結構。
[0006]本專利技術的靜電紡亞微米纖維復合過濾材料為由第一紡粘非織造布、亞微米纖維復合膜和第二紡粘非織造布構成的具有“三明治”結構的材料，其中亞微米纖維復合膜是指由亞微米級的纖維通過靜電紡絲工藝制備而成的復合膜，本專利技術的技術方案中，亞微米級纖維是指纖維直徑在90～650nm的纖維。在本專利技術中，亞微米纖維復合膜是指由纖維直徑、膜孔徑及面密度呈現梯度差異的粗、中、細靜電紡亞微米纖維層形成的三維立體結構。
[0007]在本專利技術的一種實施方式中，所述第一紡粘非織造布和第二紡粘非織造布的纖維直徑為1
?
15μm，克重為8
?
130g m
?2，初始過濾效率為0.1
?
4％。
[0008]在本專利技術的一種實施方式中，所述粗靜電紡亞微米纖維層的纖維直徑為380
?
650nm，膜孔徑為6
?
20μm，面密度為4
?
10g m
?2；中靜電紡亞微米纖維層的纖維直徑為190
?
300nm，膜孔徑為3
?
10μm，面密度為2
?
5g m
?2；細靜電紡亞微米纖維層的纖維直徑為90
?
150nm，膜孔徑為1
?
4μm，面密度為0.1
?
3g m
?2。
[0009]本專利技術還提供了一種靜電紡亞微米纖維復合過濾材料的制備方法，包括以下步驟：
[0010](1)將聚合物加入溶劑中，攪拌，分別得到低濃度、中濃度和高濃度的靜電紡絲聚合物溶液；其中，低濃度的靜電紡絲聚合物溶液的質量分數為9
?
11％，中濃度的靜電紡絲聚合物溶液的質量分數為12
?
15％，高濃度的靜電紡絲聚合物溶液的質量分數為16
?
20％；
[0011](2)采用多模塊無針式靜電紡絲裝置，將步驟(1)得到的高濃度、中濃度和低濃度的靜電紡絲聚合物溶液分別放置到三個模塊的無針式噴頭上，通過靜電紡絲工藝，制得纖維直徑、纖維膜的孔徑及面密度呈現梯度差異的粗/中/細亞微米纖維復合膜，以傳送帶上的第一紡粘非織造布為接收基材，得到亞微米纖維復合膜/非織造布復合材料；
[0012](3)在步驟(2)制備得到的亞微米纖維復合膜/非織造布復合材料的表面覆蓋第二紡粘非織造布，粘合處理，得到靜電紡亞微米纖維復合過濾材料。
[0013]為了制備纖維直徑、纖維膜的孔徑及面密度呈現梯度差異的粗/中/細亞微米纖維復合膜，本專利技術采用的靜電紡絲裝置為市面上已經存在的多模塊無針式靜電紡絲裝置，該裝置有多個可獨立操控的模塊，每個模塊可以單獨選擇不同的紡絲液，相關的紡絲參數(紡絲電壓、噴頭橫移速度、紡絲液的供液速度、紡絲距離等)也可單獨設置，通過將不同濃度的靜電紡絲聚合物溶液置于不同模塊并單獨控制每個模塊的紡絲參數，可實現纖維直徑、纖維膜孔徑、面密度、孔隙率呈現梯度差異的亞微米纖維復合本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種靜電紡亞微米纖維復合過濾材料，其特征在于，所述過濾材料包括依次設置的第一紡粘非織造布、亞微米纖維復合膜和第二紡粘非織造布，所述第一紡粘非織造布、亞微米纖維復合膜和第二紡粘非織造布構成“三明治”結構，所述亞微米纖維復合膜包括由纖維直徑、膜孔徑及面密度呈現梯度差異的粗、中、細靜電紡亞微米纖維層形成的三維立體結構。2.根據權利要求1所述的復合過濾材料，其特征在于，所述第一紡粘非織造布和第二紡粘非織造布的纖維直徑為1
?
15μm，克重為8
?
130g m
?2，初始過濾效率為0.1
?
4％。3.根據權利要求1所述的復合過濾材料，其特征在于，所述細靜電紡亞微米纖維層的纖維直徑為90
?
150nm，所述中靜電紡亞微米纖維層的纖維直徑為190
?
300nm，所述粗靜電紡亞微米纖維層的纖維直徑為380
?
650nm。4.一種根據權利要求1
?
3中任一所述的復合過濾材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將聚合物加入溶劑中，攪拌，分別得到低濃度、中濃度和高濃度的靜電紡絲聚合物溶液；其中，低濃度的靜電紡絲聚合物溶液的質量分數為9
?
11％，中濃度的靜電紡絲聚合物溶液的質量分數為12
?
15％，高濃度的靜電紡絲聚合物溶液的質量分數為16
?
20％；(2)采用多模塊無針式靜電紡絲裝置，將步驟(1)得到的高濃度、中濃度和低濃度的靜電紡絲聚合物溶液分別放置到三個模塊的無針式噴頭上，通過靜電紡絲工藝，制得纖維直徑、纖維膜的孔徑及面密度呈現梯度差異的粗/中/細亞微米纖維復合膜，以傳送帶上的第一紡粘非織造布為接收基材，得到亞微米纖維復合膜/非...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳森，徐惠棟，季東曉，何小玲，劉倩麗，鄧龍井，王玉霞，陳鑫濤，錢曉紅，
申請(專利權)人：江蘇聯發紡織股份有限公司，
類型：發明
國別省市：