專利名稱：一種含聚合物納米纖維的濾材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含聚合物納米纖維的濾材及其制備方法，屬于紡織材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)隨著納米材料技術(shù)的飛速發(fā)展，納米纖維技術(shù)已成為纖維科學(xué)的前沿和研究熱點(diǎn)，納米纖維由于其超大的比表面積，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥等產(chǎn)品的提純、過(guò)濾等。在應(yīng)用上，納米纖維由于其超細(xì)的纖維直徑，主要是以納米纖維膜的形式應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括以納米纖維加工成納米纖維膜來(lái)作為水處理或醫(yī)藥提純中的過(guò)濾材料。但是，單獨(dú)使用納米纖維來(lái)作為過(guò)濾膜有存在很大的局限性，一來(lái)是由于納米纖維膜的力學(xué)性能差，單獨(dú)使用不易控制，二來(lái)由于納米纖維的產(chǎn)量很低，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，若單獨(dú)使用會(huì)造成納米纖維的浪費(fèi)。但若將納米纖維附著在一定基體材料上，很難保證納米纖維與基體材料間的粘連性，這同樣導(dǎo)致了納米纖維在應(yīng)用上的困難。目前采用納米纖維膜作為濾材的報(bào)道已經(jīng)有了很多，但是將納米纖維與常規(guī)纖維混合后經(jīng)氣流成網(wǎng)工藝制備含有納米纖維的混合纖維濾材的方法還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種含聚合物納米纖維的濾材及其制備方法，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種含聚合物納米纖維的濾材，所述的含聚合物納米纖維的濾材是由有機(jī)纖維和納米纖維構(gòu)成，有機(jī)纖維和納米纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為有機(jī)纖維60%-90%納米纖維10%-40%其中，所述的有機(jī)纖維為天然纖維或化學(xué)纖維中的一種，所述的納米纖維為直徑在50nm-800nm的聚合物納米纖維中的一種。一種含聚合物納米纖維的濾材的制備方法，制備方法按以下步驟進(jìn)行A采用粉碎機(jī)在常溫下對(duì)聚合物納米纖維進(jìn)行開(kāi)松分散處理，得到均勻分散開(kāi)松的聚合物納米纖維，其中粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分，處理時(shí)間為I分鐘；B將經(jīng)A步驟所得到的聚合物納米纖維與有機(jī)纖維按質(zhì)量比10-40 60-90混合后，經(jīng)開(kāi)松機(jī)進(jìn)行開(kāi)松及分散處理，形成聚合物納米纖維與有機(jī)纖維的混合纖維層，其中開(kāi)松機(jī)的轉(zhuǎn)速為2500轉(zhuǎn)/分；C采用氣流成網(wǎng)工藝將經(jīng)B步驟中所制備的混合纖維層在4000_7000Pa的負(fù)風(fēng)壓的作用下吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的成簾網(wǎng)上，形成l_3mm厚度的混合纖維網(wǎng)，其中成簾網(wǎng)的目數(shù)為50 目；D對(duì)經(jīng)C步驟中所得到的混合纖維網(wǎng)進(jìn)行熱壓處理，得到由質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60% -90%的有機(jī)纖維和10% -40%的聚合物納米纖維構(gòu)成的含納米纖維的濾材，其中，熱壓溫度為100-130°C，熱壓時(shí)間為3-5分鐘。
由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的一種含聚合物納米纖維的濾 材及其制備方法，制備方法采用先將聚合物納米纖維用粉碎機(jī)進(jìn)行初步開(kāi)松分散，減少聚合物納米纖維之間的纏結(jié)和粘附現(xiàn)象，使其達(dá)到完全的松散狀態(tài)，為下一步更好的與有機(jī)纖維均勻分散做前期準(zhǔn)備；將上述開(kāi)松分散之后的聚合物納米纖維與有機(jī)纖維按一定的質(zhì)量比混合，然后采用開(kāi)松機(jī)對(duì)混合纖維進(jìn)行開(kāi)松處理，完成合物納米纖維與有機(jī)纖維的混合工作，同時(shí)也可以對(duì)有機(jī)纖維進(jìn)行開(kāi)松處理，減少有機(jī)纖維之間的纏結(jié)和粘附現(xiàn)象；由于納米纖維尺寸很小，很難采用有形的器具或機(jī)械將其完全以單纖維形式均勻分散并存在于有機(jī)纖維之間的空隙中，而采用氣流成網(wǎng)工藝則可以利用負(fù)氣壓產(chǎn)生的強(qiáng)氣流將有機(jī)纖維與納米纖維最大限度的以單纖維分散的形式均勻混合并被吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的成網(wǎng)簾上，使得納米纖維均勻分散于有機(jī)纖維骨架結(jié)構(gòu)中，在成網(wǎng)簾上形成一定厚度的混合纖維網(wǎng)氈；最后，為了增強(qiáng)該混合纖維網(wǎng)氈中納米纖維與有機(jī)纖維間的粘連性以增強(qiáng)該混合纖維網(wǎng)氈濾材的力學(xué)性能，對(duì)該混合纖維網(wǎng)氈進(jìn)行熱壓處理，制成以有機(jī)纖維為骨架結(jié)構(gòu)并內(nèi)含有聚合物納米纖維的過(guò)濾材料。本發(fā)明制備方法生產(chǎn)的含聚合物納米纖維的濾材，一方面在經(jīng)氣流成網(wǎng)工藝后形成的有機(jī)纖維骨架結(jié)構(gòu)為內(nèi)嵌在有機(jī)纖維之間空隙中的聚合物納米纖維提供了更穩(wěn)固的分散環(huán)境，解決了聚合物納米纖維由于其力學(xué)性能差且產(chǎn)量較低而難以單獨(dú)應(yīng)用的技術(shù)難題，另一方面由于聚合物納米纖維均勻分散在有機(jī)纖維骨架結(jié)構(gòu)中，這使得同量的聚合物納米纖維與外界環(huán)境具有更大的接觸面積，當(dāng)這種以有機(jī)纖維為骨架結(jié)構(gòu)的含聚合物納米纖維的濾材在應(yīng)用于水過(guò)濾或藥物過(guò)濾的過(guò)程中，不僅可以攔截體積較小的顆粒，甚至還能對(duì)小分子進(jìn)行攔截或吸附，具有很好的過(guò)濾功能。另外該方法具有工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)含聚合物納米纖維濾材的工業(yè)化生產(chǎn)，具有很大的應(yīng)用潛力。
具體實(shí)施例方式一種含聚合物納米纖維的濾材，所述的含聚合物納米纖維的濾材是由內(nèi)嵌的聚合物納米纖維和作為骨架結(jié)構(gòu)的有機(jī)纖維構(gòu)成，有機(jī)纖維和納米纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為有機(jī)纖維60%-90%納米纖維10%-40%其中，所述的有機(jī)纖維為天然纖維或化學(xué)纖維中的一種，所述的納米纖維為直徑在50nm-800nm的聚合物納米纖維中的一種。一種含聚合物納米纖維的濾材的制備方法，制備方法按以下步驟進(jìn)行A為了減少聚合物納米纖維之間的纏結(jié)和粘附現(xiàn)象，使其達(dá)到完全的松散狀態(tài)，為下一步更好的與有機(jī)纖維均勻分散做前期準(zhǔn)備，先是采用粉碎機(jī)在常溫下對(duì)聚合物納米纖維進(jìn)行開(kāi)松分散處理，得到均勻分散開(kāi)松的聚合物納米纖維，其中粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分，處理時(shí)間為I分鐘，較大的轉(zhuǎn)速可以提高聚合物納米纖維的開(kāi)松分散效果，但時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)樵诜鬯闄C(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中容易發(fā)熱，會(huì)導(dǎo)致聚合物納米纖維結(jié)構(gòu)的破壞，因此處理時(shí)間控制在I分鐘；B將經(jīng)A步驟所得到的聚合物納米纖維與有機(jī)纖維按質(zhì)量比10-40 60_90混合，由于有機(jī)纖維起到為聚合物納米纖維提供骨架結(jié)構(gòu)的作用，因此該濾材中的有機(jī)纖維在質(zhì)量上需要占主體位置，在混合纖維經(jīng)開(kāi)松機(jī)進(jìn)行開(kāi)松及分散處理之后，形成聚合物納米纖維與有機(jī)纖維的混合纖維層，其中開(kāi)松機(jī)的轉(zhuǎn)速為2500轉(zhuǎn)/分，該纖維層是在開(kāi)松機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中從出料口慢慢出來(lái)，直至喂料的加工完成或開(kāi)松機(jī)停止工作；C采用氣流成網(wǎng)工藝將經(jīng)B步驟中所制備的混合纖維層在4000_7000Pa的負(fù)風(fēng)壓的作用下吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的成簾網(wǎng)上，形成l_3mm厚度的混合纖維網(wǎng)，其中成簾網(wǎng)的目數(shù)為50目，在這個(gè)過(guò)程中，負(fù)氣壓的壓強(qiáng)不宜太小，這樣不能有效的將混合纖維吸在成網(wǎng)簾上，但負(fù)氣壓壓強(qiáng)也不宜過(guò)大，因?yàn)樘蟮臍饬鲿?huì)導(dǎo)致混合纖維，特別是尺寸小的聚合物納米纖維直接穿過(guò)成網(wǎng)簾，而成簾網(wǎng)的目數(shù)是根據(jù)有機(jī)纖維的尺寸定在50目，這樣不僅不會(huì)影響負(fù)氣壓下強(qiáng)氣流的形成，也不至于直接使混合纖維在強(qiáng)氣流的作用下直接穿過(guò)成簾網(wǎng)；D經(jīng)C步驟中所得到的混合纖維網(wǎng)，是靠強(qiáng)氣壓將混合纖維壓在一起，其力學(xué)性能并不理想，不適于該含聚合物納米纖維濾材的使用，所以要對(duì)其進(jìn)行熱壓處理，增強(qiáng)該混合纖維網(wǎng)氈中納米纖維與有機(jī)纖維間的粘連性以增強(qiáng)該混合纖維網(wǎng)氈濾材的力學(xué)性能，于是才得到由質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60% -90%的有機(jī)纖維和10% -40%的聚合物納米纖維構(gòu)成的含納米纖維的濾材，其中，熱壓溫度為100-130°C，熱壓時(shí)間為3-5分鐘，熱壓溫度和熱壓時(shí)間要適當(dāng)，過(guò)高的熱壓溫度或過(guò)長(zhǎng)的熱壓時(shí)間，會(huì)破壞濾材當(dāng)中聚合物納米纖維的納米結(jié)構(gòu)和有機(jī)纖維的纖維形態(tài)，熱壓溫度太小或熱壓時(shí)間太短，又會(huì)導(dǎo)致熱壓效果的降低。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例I采用粉碎機(jī)在常溫下以10000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速對(duì)聚丙烯納米纖維進(jìn)行開(kāi)松分散處理I分鐘，將得到的均勻分散開(kāi)松的聚丙烯納米纖維與羊毛纖維按質(zhì)量比20 80混合后，經(jīng)開(kāi)松機(jī)以2500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行開(kāi)松及分散處理，形成聚丙烯納米纖維與羊毛纖維的混合纖維層，再采用氣流成網(wǎng)工藝將混合纖維層在5000Pa的負(fù)風(fēng)壓的作用下吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的目數(shù)為50目的成簾網(wǎng)上，形成2mm厚度的混合纖維網(wǎng)，在110°C條件下對(duì)其進(jìn)行熱壓處理3分鐘，得到由質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為80%的羊毛纖維和20%的聚丙烯納米纖維構(gòu)成的含聚丙烯納米纖維的濾材，其截留分子量可達(dá)到5000。實(shí)施例2采用粉碎機(jī)在常溫下以10000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速對(duì)尼龍6納米纖維進(jìn)行開(kāi)松分散處理I分鐘，將得到的均勻分散開(kāi)松的尼龍6納米纖維與棉纖維按質(zhì)量比10 90混合后，經(jīng)開(kāi)松機(jī)以2500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行開(kāi)松及分散處理，形成尼龍6納米纖維與棉纖維的混合纖維層，再采用氣流成網(wǎng)工藝將混合纖維層在4000Pa的負(fù)風(fēng)壓的作用下吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的目數(shù)為50目的成簾網(wǎng)上，形成Imm厚度的混合纖維網(wǎng)，在100°C條件下對(duì)其進(jìn)行熱壓處理3分鐘，得到由質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為90%的棉纖維和10%的尼龍6納米纖維構(gòu)成的含尼龍6納米纖維的濾材，其截留分子量可達(dá)到8000。實(shí)施例3采用粉碎機(jī)在常溫下以10000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速對(duì)聚乳酸納米纖維進(jìn)行開(kāi)松分散處理I分鐘，將得到的均勻分散開(kāi)松的聚乳酸納米纖維與丙綸纖維按質(zhì)量比30 70混合后，經(jīng)開(kāi)松機(jī)以2500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行開(kāi)松及分散處理，形成聚乳酸納米纖維與丙綸纖維的混合纖維層，再采用氣流成網(wǎng)工藝將混合纖維層在6000Pa的負(fù)風(fēng)壓的作用下吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的目數(shù)為50目的成簾網(wǎng)上，形成2mm厚度的混合纖維網(wǎng)，在120°C條件下對(duì)其進(jìn)行熱壓處理5分鐘，得到由質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為70%的丙綸纖維和30%的聚乳酸納米纖維構(gòu)成的含聚乳酸納、米纖維的濾材，其截留分子量可達(dá)到7000。實(shí)施例4采用粉碎機(jī)在常溫下以10000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速對(duì)聚乙烯醇與聚乙烯的共聚物PVA-co-PE納米纖維進(jìn)行開(kāi)松分散處理 I分鐘，將得到的均勻分散開(kāi)松的PVA-co-PE納米纖維與蠶絲纖維按質(zhì)量比40 60混合后，經(jīng)開(kāi)松機(jī)以2500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行開(kāi)松及分散處理，形成PVA-co-PE納米纖維與蠶絲纖維的混合纖維層，再采用氣流成網(wǎng)工藝將混合纖維層在7000Pa的負(fù)風(fēng)壓的作用下吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的目數(shù)為50目的成簾網(wǎng)上，形成3mm厚度的混合纖維網(wǎng)，在110°C條件下對(duì)其進(jìn)行熱壓處理4分鐘，得到由質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60%的蠶絲纖維和40%的PVA-co-PE納米纖維構(gòu)成的含PVA-co-PE納米纖維的濾材，其截留分子量可達(dá)到 5000。實(shí)施例5采用粉碎機(jī)在常溫下以10000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速對(duì)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯納米纖維進(jìn)行開(kāi)松分散處理I分鐘，將得到的均勻分散開(kāi)松的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯納米纖維與棉纖維按質(zhì)量比20 80混合后，經(jīng)開(kāi)松機(jī)以2500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行開(kāi)松及分散處理，形成聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯納米纖維與棉纖維的混合纖維層，再采用氣流成網(wǎng)工藝將混合纖維層在6000Pa的負(fù)風(fēng)壓的作用下吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的目數(shù)為50目的成簾網(wǎng)上，形成2mm厚度的混合纖維網(wǎng)，在110°C條件下對(duì)其進(jìn)行熱壓處理3分鐘，得到由質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為80%的棉纖維和20%的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯納米纖維構(gòu)成的含聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯納米纖維的濾材，其截留分子量可達(dá)到5000。實(shí)施例6采用粉碎機(jī)在常溫下以10000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速對(duì)尼龍6納米纖維進(jìn)行開(kāi)松分散處理I分鐘，將得到的均勻分散開(kāi)松的尼龍6納米纖維與滌綸纖維按質(zhì)量比30 70混合后，經(jīng)開(kāi)松機(jī)以2500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行開(kāi)松及分散處理，形成尼龍6納米纖維與滌綸纖維的混合纖維層，再采用氣流成網(wǎng)工藝將混合纖維層在5000Pa的負(fù)風(fēng)壓的作用下吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的目數(shù)為50目的成簾網(wǎng)上，形成2mm厚度的混合纖維網(wǎng)，在120°C條件下對(duì)其進(jìn)行熱壓處理3分鐘，得到由質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為70%的滌綸纖維和30%的尼龍6納米纖維構(gòu)成的含尼龍6納米纖維的濾材，其截留分子量可達(dá)到6000。
權(quán)利要求
1.一種含聚合物納米纖維的濾材，其特征在于所述的含聚合物納米纖維的濾材是由有機(jī)纖維和納米纖維構(gòu)成，有機(jī)纖維和納米纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 有機(jī)纖維 60%-90% 納米纖維 10%-40% 其中，所述的有機(jī)纖維為天然纖維或化學(xué)纖維中的一種，所述的納米纖維為直徑在50nm-800nm的聚合物納米纖維中的一種。
2.一種含聚合物納米纖維的濾材的制備方法，制備方法按以下步驟進(jìn)行 A采用粉碎機(jī)在常溫下對(duì)聚合物納米纖維進(jìn)行開(kāi)松分散處理，得到均勻分散開(kāi)松的聚合物納米纖維，其中粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分，處理時(shí)間為I分鐘； B將經(jīng)A步驟所得到的聚合物納米纖維與有機(jī)纖維按質(zhì)量比10-40 60-90混合后，經(jīng)開(kāi)松機(jī)進(jìn)行開(kāi)松及分散處理，形成聚合物納米纖維與有機(jī)纖維的混合纖維層，其中開(kāi)松機(jī)的轉(zhuǎn)速為2500轉(zhuǎn)/分； C采用氣流成網(wǎng)工藝將經(jīng)B步驟中所制備的混合纖維層在4000-7000Pa的負(fù)風(fēng)壓的作用下吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的成簾網(wǎng)上，形成l_3mm厚度的混合纖維網(wǎng)，其中成簾網(wǎng)的目數(shù)為50目； D對(duì)經(jīng)C步驟中所得到的混合纖維網(wǎng)進(jìn)行熱壓處理，得到由質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60%-90%的有機(jī)纖維和10% -40%的聚合物納米纖維構(gòu)成的含納米纖維的濾材，其中，熱壓溫度為100-130°C，熱壓時(shí)間為3-5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含聚合物納米纖維的濾材及其制備方法，屬于紡織材料領(lǐng)域。制備方法包括將經(jīng)粉碎機(jī)開(kāi)松分散之后的聚合物納米纖維與有機(jī)纖維按質(zhì)量比10-40∶60-90混合，再經(jīng)開(kāi)松機(jī)對(duì)混合纖維進(jìn)行混合開(kāi)松處理形成混合纖維層，對(duì)混合纖維層采用氣流成網(wǎng)工藝以及熱壓工藝，制備出一種含聚合物納米纖維的濾材。本發(fā)明制備的含納米纖維濾材具有優(yōu)異的過(guò)濾功能，其制備方法具有工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)含納米纖維濾材的工業(yè)化生產(chǎn)，使其在清潔材料領(lǐng)域里都有很大的應(yīng)用潛力。
文檔編號(hào)D04H1/4382GK102634930SQ20121010871
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者徐衛(wèi)林, 王凱, 王棟, 蔣海青, 薛瀟, 趙青華 申請(qǐng)人:武漢紡織大學(xué)