[发明专利]一种复合纳米纤维空气过滤材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气过滤材料，尤其是一种复合纳米纤维空气过滤材料及其制备方法。

背景技术

随着工业化的发展，环境及空气的污染也进一步加剧，空气中的粉尘严重地危及人类的健康，因此必须进行过滤净化，此外高精度作业区如：超净室，空气净化也是必不可少的。采用空气过滤的方法可以分离、捕集分散于空气中的微粒。静电纺丝方法可以制备得到直径几十或几百纳米多孔纤维膜，其纤维膜比表面积大、孔隙率高，很适合用作过滤材料。Shin等人制备了玻璃纤维/纳米纤维复合过滤材料，添加少量的纳米纤维就可提高玻璃纤维过滤材料的捕集效率，但压力降也会增加。Qin等在纺粘和熔喷的非织造布上覆盖一定厚度的纳米纤维，其过滤效率提高，但是压力降也明显增加。Agne等将PVA纳米纤维膜与聚丙烯非织造布复合，随着纳米纤维膜厚度的增加，过滤效率逐渐提高。申请号为201310674545.6的发明专利申请中公开了“一种复合型纤维空气过滤材料及其制备方法”，其采用平行排列注射针筒静电纺丝机进行纺丝作业制备得到交错排布的静电纺聚飒纤维和静电纺聚丙烯睛纤维复合空气过滤材料对空气中粉尘的过滤效率高、压力降较小。但上述研究制备的复合静电纺纳米纤维空气过滤材料，虽然过滤效率有所提高，但是随着纳米纤维膜厚度的增加过滤过程中的压力降也随之增加，并且随着纳米纤维膜厚度的增加纤维膜结合紧密程度能下降，过滤效率下降。

发明内容

本发明的目的是为克服目前现有技术中的空气过滤材料存在比面积小、容尘量低、气流阻力高、复合膜结合不紧密，过滤效果差的缺陷，提供一种新型的复合纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，该材料具有比面积大、容尘量高、气流阻力低、复合膜结合紧密、过滤效果好的优点。

本发明复合纳米纤维空气过滤材料，包括纳米聚乙烯醇纤维丝层和由纳米聚乙烯醇纤维丝与聚丙烯腈纤维丝的交织层。

通过一次性静电纺丝获得的呈交错分布的纳米聚乙烯醇纤维丝层和由纳米聚乙烯醇纤维丝与聚丙烯腈纤维丝的交织层4层结构的本发明复合纳米纤维空气过滤材料，其聚乙烯醇纤维的直径为400-1000nm、静电纺聚丙烯腈纤维的直径为150-500nm，孔隙率为75-90％，平均孔径为0.4um-6um，并经交联处理。可获得具有复合纤维结合紧密不分层和较佳的力学性能，其对数量中值直径75nm NaCl气溶胶的过滤效率为99.94％-99.99％，压力降为180-600Pa。该材料特别适用于个人防护产品、空气质量检测设备及空气净化装置等领域。

本发明复合纳米纤维空气过滤材料的制备方法包括以下步骤：

a.分别配制质量百分数为9-14％的聚乙烯醇纺丝液和质量百分数为7％-14％的聚丙烯腈纺丝液；

b.将配制好的聚乙烯醇纺丝液、聚丙烯腈纺丝液分别注入到静电纺丝机的连接两个纺织喷头的储液筒中，将两个纺织喷头相对的分别设置在静电纺丝机接收滚筒两侧并分别控制其纺丝液的喷出，在静电纺丝机的接收滚筒上设置不锈钢丝网，然后单独启动聚乙烯醇纺丝液喷头，在接收滚筒的不锈钢表面获得一层聚乙烯醇纤维，之后再同时启动聚丙烯腈纺丝液喷头，则在前一纤维层表面上复合得聚乙烯醇纤维和聚丙烯腈纤维的交织层，如此反复交替纺丝即可获得设定层次的复合纺织膜；

c.将步骤b获得设定层次的复合纺织膜连带不锈钢丝网一起先后在丙酮水溶液和戊二醛冰醋酸溶液中浸泡2h后，在120oC下加热烘干，即得到结构致密和性能稳定的复合纤维空气过滤材料。

步骤a所述聚乙烯醇纺丝液的溶剂为去离子水，所述聚丙烯睛纺丝液的溶剂为二甲基甲酰胺；聚乙烯醇的聚合度为1750±50、聚丙烯腈的分子量为80,000或90,000。

步骤c所述的丙酮水溶液为丙酮与水的体积比为3：7，戊二醛冰醋酸溶液的浓度为2wt％。

纺丝电压为10-18kv，纺丝距离为12-25cm，喂液速度为0.5-2mL/h，接收滚筒上的不锈钢丝网为300目，接收滚筒的转速为100r/min。

本发明复合纳米纤维空气过滤材料，具有比面积大、容尘量高、气流阻力低、复合膜结合紧密、过滤效果好的优点，后经交联及加热处理后复合膜结合紧密对空气中粉尘的过滤率高，压力降小。对数量中值直径75nmNaCI气溶胶的过滤效率为99.94％-99.99％，压力降为180-600Pa。

附图说明

图1是本发明制备方法的静电纺丝机喷头布置示意图；

图中：1、2为静电纺丝机喷头，3为静电纺丝机喷头推进器，4为静电纺丝机高压电源，5为静电纺丝机金属接收滚筒；