[发明专利]一种微米纤维三维骨架/聚合物纳米纤维复合过滤材料及其制备方法

说明书

本发明属于纺织材料领域，公开了一种微米纤维三维骨架/聚合物纳米纤维复合过滤材料及其制备方法。通过熔融共混法制备聚合物纳米纤维；将该聚合物纳米纤维和交联剂分散在溶剂中形成悬浮液，然后将微米纤维无纺布骨架浸泡于悬浮液中，冷冻干燥形成凝固块再脱除溶剂，获得微米纤维骨架间梯度分布有聚合物纳米纤维气凝胶的非织造材料。本发明采用的制备工艺简单，原料绿色环保，条件温和，适用于工业化大规模生产，制品有良好的柔韧性及高效低阻的空气过滤性能，可以应用于高效空气净化领域。

技术领域

本发明属于纺织材料领域，具体涉及一种微米纤维三维骨架/聚合物纳米纤维复合过滤材料及其制备方法。

背景技术

近年来，我国的工业化发展迅速，城镇化速度不断加快，各种污染问题纷至沓来，其中空气污染己成为当下环境污染的一个主要问题。工厂废气、汽车尾气、建筑粉尘、居民生活等排放了大量的烟尘颗粒，而这些颗粒物也为细菌提供了生长繁殖的载体。这不仅影响人们的出行还危害人们的身体健康,因此，设计和制备出能有效阻挡空气中细微粉尘颗粒物并具有优良抗菌性能的过滤材料是关乎人类身体健康的重大课题。

传统的过滤材料一般是非织造无纺布，孔径一般在十几微米到几十微米之间，只能拦截微米级别的颗粒。通过静电驻极可以显著提高非织造过滤材料对0.3微米或更细小的颗粒过滤效率并降低其阻力压降，但是静电驻极的作用有限，难以实现更高级别的过滤，而且静电容易受环境湿度影响使过滤性能降低。与常规纤维相比，纳米纤维具有较大的比表面积、极高的孔隙率和优异的吸附性能，能够阻挡纳米级的颗粒污染物，并能显著降低阻力压降。随着电子、航天、精密仪器对室内空气要求极高的新型行业的发展，微米纤维级过滤材料已达不到过滤精度的要求，在过滤材料结构中使用纳米尺寸的纤维，是过滤材料发展的必然趋势。

气凝胶是在保持凝胶三维网络结构不变的情况下，通过特殊手段将其溶剂除去而形成的高孔隙率的多孔材料。气凝胶拥有比表面积高(可达到200～1000m²/g)、孔隙率高(可达到80％～99.8％)及密度低(大约在0.003～1g/cm²，空气密度在0.00129g/cm²)等优异的结构特性，使其在空气净化、隔热材料、医疗、能源、信息等方面具有广阔的前景。

纳米纤维气凝胶材料综合了纳米纤维和气凝胶的特点，可以同时满足高效率、低阻力的要求。文献[High Performance Air Filters Produced from Freeze-DriedFibrillated Wood Pulp:Fiber Network Compression Due to the Freezing Process[J].IndustrialEngineering Chemistry Research，2012，51(32)：10702–10711]报道了一种以木浆纤维为原料，通过冷冻干燥法制备空气滤材。文献[Junji N，Tsuguyuki S，Akira I.Simple Freeze-Drying Procedure for Producing Nanocellulose Aerogel-Containing，High-Performance Air Filters[J].Acs Applied MaterialsInterfaces，2015，7(35)：19809]报道了一种以TEMPO氧化的纳米纤维素为原料，通过冷冻干燥法制备空气滤材。然而上述文献中的气凝胶材料均普遍存在阻力压降大的问题。专利CN105692588A公开了一种用于空气过滤的碳气凝胶的制备方法，以生物质为原料，通过水热法及冷冻干燥过程制备碳气凝胶。但该发明所述的气凝胶材料存在制备工艺复杂，材料结构难以调控的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种微米纤维三维骨架/聚合物纳米纤维复合过滤材料及其制备方法。

本发明公开一种微米纤维三维骨架/聚合物纳米纤维复合过滤材料，包括微米纤维三维骨架和聚合物纳米纤维气凝胶，所述聚合物纳米纤维气凝胶与微米纤维三维骨架之间通过物理缠结、物理交联或化学交联的方式结合。