[发明专利]一种过滤器具用电纺丝基复合纳米纤维材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种过滤器具用电纺丝基复合纳米纤维材料的制备方法，属于防护过滤材料制备的技术领域。

背景技术

当前环境污染严重威胁人体健康，已经成为影响人类生存和社会发展的头等大事，随着人们环保意识的增强，人们已经意识到环境保护的重要性，各国政府也纷纷出台政策，加强环保力度。在各种环境污染中，大气污染和水资源污染尤其引起人们关注，因为二者直接影响人身安全和人类生活质量。国家“十五”环保建设投入了巨额资金，环境污染有所减轻，生态恶化趋势得到初步改善。但随着我国工业规模扩大，人口增多，环境与生态压力越来越大，开发新的环境净化技术一直是我们面临的重大课题。

过滤是利用介质将悬浮液体或气体中的固体物质截留，而液体或气体则穿过介质被澄清或净化。当液体或气体中的固体颗粒尺寸大于过滤材料的孔径时，就只能允许或气体液体通过，而固体颗粒被吸附在过滤材料的表面，使固液分离，形成滤饼。众所周知，过滤材料的过滤效率与其孔径大小有直接的关系，孔径大小将直接影响过滤效率。

目前从聚合物、矿物到金属均可制成纤维、纱线。颗粒或薄膜形态存在的过滤材料。纤维以其比表面积大、体积蓬松、价格低廉、容易加工成形等特点自始自终占据了过滤材料的绝大部分市场。而其中的非制造纤维材料以其成形工艺短，可省去纺纱、整经、织造等多个程序，成本低且过滤性能好，成为过滤材料的主导产品。合成纤维常制成非制造结构，并通过热、机械、化学或自粘方法赋予其强度。纤维状材料具有比表面积大的优点，因而就具有较低的压降和较高的过滤效率。纱线制成的机织物或针织物具有较高的强度，因此常常用于像袋式过滤集成器一类的可通过脉冲气流或振动作用进行清洁的过滤系统。颗粒材料像金属、陶瓷通过烧结制成多孔滤材，用于耐高温的场合，如发动机废气的过滤。多孔聚四氟乙烯(ePTFE)是一种具有原纤结构的薄膜滤材，该材料在中等压降下就可产生高的过滤效率。聚四氟乙烯(PTFE)是一种高强材料，具有耐高温、耐化学腐蚀等特性。

2003年世界纤维材料型过滤系统与过滤器件的市场总额已超过40亿美元，其中过滤介质，也就是纤维材料制成的过滤系统要占销售额的3/4以上，我国的非制造过滤材料起步于60年代末70年代初，采用的是湿法和化学粘合法加工技术，针刺法、纺粘法、熔喷法等加工技术则出现较晚。随着我国工业进程加快，过滤材料的应用将越来越广泛，过滤材料的要求也越来越高，要求获得更好的过滤效率。由于传统过滤材料在过滤效率、滤层阻力及粉尘粒度等方面都存在不同的难点，这就要求我们创造新的过滤材料。

随着20世纪80年代纳米材料的发展，特别是纳米材料的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等性能，使其在许多方面都具有其他材料无法比拟的优点，而纳米纤维也成为当前研究的热点。纳米纤维的制备方法也很多，其中较为可靠有效的方法是利用高压静电纺丝技术制备纳米纤维。该技术已是成熟的习用技术，为我们创造新型的过滤材料准备了技术基础。

电纺丝装置主要包括高压电源、纺丝液供给系统、喷射装置、纤维接收装置四个部分组成。其原理是：聚合物溶液或熔体带上几千到几万千伏的高压静电，聚合物液滴在电场的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。

CN1562441A公开了一种夹心式纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法，其是将纳米纤维膜直接纺制在习用过滤材料上，然后通过热压制成夹层复合材料。该技术存在的缺点为：将纳米纤维膜直接纺制在习用过滤材料上，很难检测和保证纳米纤维的均匀性，因之使得产品的整体质量无法保证；要保证产品的质量必须调整习用滤布的供给速度和纺丝速率的一致性，而纺丝的连续性和纺丝速率的稳定性在现阶段的工艺中是很难保证的。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的缺点，在制得纤维直径、厚度均一的纳米纤维膜后，经过热压或缝合制得质量可靠的复合纳米过滤材料。而且可根据具体不同的用途，对电纺纤维膜进行后处理，制成具有特殊功能的复合过滤材料。

本发明一种过滤器具用电纺丝基复合纳米纤维材料的制备方法，包括如下几个步骤：

(1)采用高分子溶液或高分子熔体通过静电纺丝装置制备出电纺纳米纤维膜，所述的电纺纳米纤维膜的纤维直径在几个纳米到几个微米之间。所述的高分子溶液或高分子熔体的高分子物包括聚酯(PET)、聚丙烯腈(PAN)、尼龙(PA6)、聚乳酸(PLA)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氨酯(PU)等。