含碳納米材料的空氣過濾紙及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含碳納米材料的空氣過濾紙及其制備方法，所述制備方法包括以下步驟：(1)將碳納米材料進(jìn)行氧化處理，過濾洗滌至中性，干燥，得干燥后的碳納米材料，將所述干燥后的碳納米材料加入至有機(jī)溶劑中分散，得碳納米材料分散液，然后在所述碳納米材料分散液中加入硅烷偶聯(lián)劑和縮合劑進(jìn)行縮合反應(yīng)，制備成碳納米材料混合物；(2)將玻璃纖維材料加入水中加酸疏解分散，配置成玻璃纖維材料分散液；(3)將所述碳納米材料混合物和玻璃纖維材料分散液混合，送至成型器上抽吸后得成型濕紙，再施膠、干燥，即得。本發(fā)明含碳納米材料的空氣過濾紙中的碳納米材料分布均勻，空氣阻力小、過濾效率高，并且具有優(yōu)異的抗菌性能。
【專利說明】
含碳納米材料的空氣過濾紙及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，特別是涉及一種含碳納米材料的空氣過濾紙及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]過濾材料的纖維直徑越小，除去空氣中微粒的粒徑就越小，過濾效率也就越高。與傳統(tǒng)纖維相比，納米級(jí)材料展現(xiàn)出了更好的過濾性能。碳納米材料具有很小的納米級(jí)直徑、巨大的比表面積、優(yōu)異的吸附性能、超強(qiáng)的力學(xué)性能，這些特性使得其在空氣過濾領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。此外，目前碳納米材料已實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，原料較為便宜，且長(zhǎng)度越來越長(zhǎng)，這為碳納米材料在空氣過濾領(lǐng)域的應(yīng)用提供直接條件。
[0003]然而，由于碳納米材料直徑尺寸是納米級(jí)別，而普通空氣過濾材料的直徑是微米級(jí)別，兩者尺寸相差太大，難以直接將碳納米材料應(yīng)用到空氣過濾中。目前，將兩者復(fù)合的方法主要是溶液沉積和氣相生長(zhǎng)。溶液沉積法操作簡(jiǎn)單，但碳納米材料之間排列過于緊密，空氣阻力非常大，且溶液沉積法在紙張干燥過程中，碳納米材料會(huì)隨著水分蒸發(fā)向兩面擴(kuò)散，使得碳納米材料紙分布在紙張的兩個(gè)表面上、中間沒有碳納米材料，而不是均勻分散于紙張中，影響過濾效果；由于紙張有一定的空隙，碳納米材料在紙張上的截留率不高，浪費(fèi)原材料。氣相生長(zhǎng)法是在多孔材料表面直接生長(zhǎng)碳納米材料，該方法條件苛刻，制備的膜面積非常小，不利于工業(yè)化推廣。
[0004]近年來，研究發(fā)現(xiàn)碳納米材料表面存在某些缺陷，將其作為功能載體，功能性基團(tuán)或者特定物質(zhì)可與缺陷部位通過共價(jià)鍵、非共價(jià)鍵的形式結(jié)合在其表面，使得碳納米材料兼具各類功能。例如將納米銀等抗菌劑負(fù)載在碳納米材料上，可明顯提高抗菌活性，減少納米銀用量;將納米氧化鈦負(fù)載在碳納米材料上制成光催化劑，可顯著提高其催化效率。
[0005]因此，克服現(xiàn)有制備方法存在的不足，研發(fā)一種較現(xiàn)有的溶液沉積和氣相生長(zhǎng)法更好的碳納米空氣過濾紙的制備方法是迄今需要解決的一個(gè)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于此，有必要針對(duì)上述問題，提供一種含碳納米材料的空氣過濾紙及其制備方法。
[0007]具體技術(shù)方案如下:
[0008]—種含碳納米材料的玻璃纖維空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟:
[0009](I)將碳納米材料加入至氧化劑中進(jìn)行氧化處理，過濾洗滌至中性，干燥，得干燥后的碳納米材料，將所述干燥后的碳納米材料加入至有機(jī)溶劑中分散，得碳納米材料分散液，所述干燥后的碳納米材料的加入量為所述有機(jī)溶劑質(zhì)量的0.5?1.5%;然后在所述碳納米材料分散液中加入添加量為所述干燥后的碳納米材料的質(zhì)量的I?20倍的硅烷偶聯(lián)劑和添加量為所述干燥后的碳納米材料的質(zhì)量的I?5倍的縮合劑進(jìn)行縮合反應(yīng)，制備成碳納米材料混合物；
[0010](2)將玻璃纖維材料加入水中加酸調(diào)節(jié)至pH值為2.5?3.5，疏解分散，配置成玻璃纖維材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01?0.1 %的玻璃纖維材料分散液；
[0011](3)將所述碳納米材料混合物和玻璃纖維材料分散液混合，送至成型器上抽吸后得成型濕紙，再施膠、干燥，即得含碳納米材料的空氣過濾紙；
[0012]所述有機(jī)溶劑為N，N_二甲基甲酰胺、甲醇或乙腈；所述縮合劑為N，N’_羰基二咪唑、二異丙基碳二亞胺、二環(huán)己基碳二亞胺和1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亞胺中的一種；
[0013]所述玻璃纖維材料為玻璃纖維和/或玻璃棉纖維。
[0014]本發(fā)明制備方法中的步驟(I)可在步驟(2)后進(jìn)行，即可先進(jìn)行步驟(I)，再進(jìn)行步驟(2);也可先進(jìn)行步驟(2)，再進(jìn)行步驟(I)。
[0015]上述步驟(2)中的玻璃纖維材料分散液中玻璃纖維材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0.03?0.07%。
[0016]在其中一些實(shí)施例中，所述硅烷偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、Ν-(β-氨乙基)-γ-氨丙基二甲氧基娃燒中的一種。
[0017]在其中一些實(shí)施例中，所述硅烷偶聯(lián)劑的添加量為所述干燥后的碳納米材料的質(zhì)量的19?20倍;所述縮合劑的添加量為干燥后的碳納米材料的質(zhì)量的2?3倍。
[0018]在其中一些實(shí)施例中，所述氧化處理中的所述碳納米材料的加入量為所述氧化劑質(zhì)量的0.1?1%。
[0019]上述氧化處理為將上述碳納米材料加入至所述氧化劑中加熱回流2?5h;所述碳納米材料的加入量為所述氧化劑質(zhì)量的0.1?I %。
[0020]在其中一些實(shí)施例中，所述氧化劑為濃硝酸、濃硫酸以及混酸中的一種，所述混酸由質(zhì)量比為2.5?3.5:1的濃硫酸與濃硝酸混合而成。氧化劑優(yōu)選為混酸。
[0021]在其中一些實(shí)施例中，所述玻璃纖維材料由直徑為I?ΙΟμπι的玻璃纖維以及直徑為0.1?5μπι的玻璃棉纖維混合而成，所述玻璃纖維和所述玻璃棉纖維的質(zhì)量配比為1:3?
6。所述玻璃纖維材料優(yōu)選由直徑為6?7μπι直徑的玻璃纖維以及0.1?2μπι直徑的玻璃棉纖維按1:5的質(zhì)量比混合。
[0022]在其中一些實(shí)施例中，所述碳納米材料為直徑為7?200nm的碳納米纖維和/或碳納米管。
[0023]在其中一些實(shí)施例中，所述碳納米材料混合物和玻璃纖維分散液的質(zhì)量比為I:1000?10000。上述配比優(yōu)選為1:9000?10000。
[0024]在其中一些實(shí)施例中，所述施膠步驟中使用的膠水為聚氨酯、丙烯酸樹脂粘合劑中的一種或兩種。
[0025]本發(fā)明還公開了一種上述制備方法所得的含碳納米材料的空氣過濾紙。
[0026]本發(fā)明相較現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及有益效果為:
[0027]發(fā)明人及其團(tuán)隊(duì)通過大量的研究，針對(duì)現(xiàn)有制備工藝的缺陷，研發(fā)出一種可使碳納米材料均勻分布空氣過濾紙中的制備方法，本發(fā)明制備方法中將碳納米材料通過優(yōu)選的氧化劑進(jìn)行氧化處理后，使其表面帶有羧基基團(tuán)，然后與硅烷偶聯(lián)劑在縮合劑的作用下脫水縮合，使碳納米材料表面接枝硅烷偶聯(lián)劑;將玻璃纖維，特別是選用特定直徑范圍的玻璃纖維以及玻璃棉纖維以優(yōu)選配比配合而得的玻璃纖維進(jìn)行分散，然后再將硅烷偶聯(lián)劑改性的碳納米材料和玻璃纖維分散液混合反應(yīng)，碳納米材料上的硅烷偶聯(lián)劑在水中水解后，硅羥基與玻璃纖維材料表面的羥基縮合形成價(jià)健，從而使得碳納米材料均勻粘附在玻璃纖維材料上。本發(fā)明通過大量實(shí)驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)碳納米材料與玻璃纖維材料的有效結(jié)合，并且使碳納米材料分布均勻，從而真正得到高過濾效率、低阻力、高容塵量的空氣過濾紙。
[0028]本發(fā)明制備所得含碳納米材料的空氣過濾紙中的碳納米材料分布均勾;應(yīng)用于空氣過濾紙領(lǐng)域，空氣阻力小、過濾效率高，并且具有優(yōu)異的抗菌性能。
【附圖說明】
[0029]圖1為實(shí)施例1制備所得含碳納米材料的空氣過濾紙的電子顯微鏡掃描放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體的詳細(xì)說明。
[0031]以下實(shí)施例中所用原料均為市售普通原料。
[0032]實(shí)施例1
[0033]—種含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟:
[0034](I)將直徑約為50nm的碳納米管加入至濃硫酸與濃硝酸的質(zhì)量比為3:1的混酸中進(jìn)行氧化處理，具體為將碳納米管加入混酸中加熱回流2h，碳納米管的添加量為混酸質(zhì)量的I %，然后過濾加水洗至中性，120°(:干燥241!，得干燥后的碳納米材料;將干燥后的碳納米材料加入至N，N-二甲基甲酰胺中在1000W下超聲分散3min，得碳納米材料分散液，上述干燥后的碳納米材料的加入量為N，N-二甲基甲酰胺質(zhì)量的I % ；然后在碳納米材料分散液中加入為干燥后的碳納米材料的質(zhì)量的20倍的γ -氨丙基三乙氧基硅烷和為干燥后的碳納米材料的質(zhì)量的3倍的二環(huán)己基碳二亞胺，攪拌進(jìn)行縮合反應(yīng)24h，制備成碳納米材料混合物；
[0035](2)將6.5μπι直徑的玻璃纖維、0.1?2μπι直徑的玻璃棉纖維按1:5的質(zhì)量比混合后，加水加酸調(diào)節(jié)pH值至3，以轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min疏解分散1min，配制成玻璃纖維以及玻璃棉纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和為0.05 %的玻璃纖維材料分散液；
[0036](3)將碳納米材料混合物與玻璃纖維材料分散液按1:10000的質(zhì)量比混勻，配置成原料漿液，將原料漿液送至成型器上抽吸后得成型濕紙，然后施以聚氨酯粘合劑(施膠量為玻璃纖維以及玻璃棉纖維總質(zhì)量的10% )，采用紅外與烘缸聯(lián)合干燥，即得含碳納米材料的空氣過濾紙。
[0037]本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙厚度為350μπι，電子顯微鏡掃描放大圖如圖1所示，碳納米管在含碳納米材料的空氣過濾紙中分布均勻，細(xì)小的碳納米管均勻纏附結(jié)合在玻璃纖維上;本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙對(duì)空氣中粒徑大于0.3μηι的顆粒去除率大于99.999%，大于0.Ιμπι粒徑顆粒的去除率為99.99%以上，空氣阻力為280Pa;同時(shí)，與未加碳納米材料的空氣過濾紙相比，本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙具有很好的抗菌性能，其抗菌效率大于99.9%。
[0038]實(shí)施例2
[0039]—種含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟:
[0040](I)將直徑約為50nm的碳納米管加入至濃硝酸中進(jìn)行氧化處理，具體為將碳納米管加入濃硝酸中加熱回流3h，碳納米管的添加量為濃硝酸質(zhì)量的I %，然后過濾加水洗至中性，120°(:干燥2411，得干燥后的碳納米材料;將干燥后的碳納米材料加入至甲醇中在1000W下超聲分散3min，得碳納米材料分散液，上述干燥后的碳納米材料的加入量為甲醇質(zhì)量的1% ；;然后在碳納米材料分散液中加入與干燥后的碳納米材料相同質(zhì)量的γ -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和為干燥后的碳納米材料質(zhì)量的5倍的Ν，Ν’_羰基二咪唑，攪拌進(jìn)行縮合反應(yīng)24h，制備成碳納米材料混合物；
[0041 ] (2)將Ιμπι直徑的玻璃纖維、0.1?0.5μπι直徑的玻璃棉纖維按I: 4.5的質(zhì)量比混合后，加水加酸調(diào)節(jié)pH值至3，以轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min疏解分散lOmin，配制成玻璃纖維以及玻璃棉纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和為0.1 %的玻璃纖維材料分散液；
[0042](3)將碳納米材料混合物與玻璃纖維材料分散液按1:1000的質(zhì)量比混勻，配置成原料漿液，將原料漿液送至成型器上抽吸后得成型濕紙，然后施以聚氨酯粘合劑(施膠量為玻璃纖維以及玻璃棉纖維總質(zhì)量的I %)，采用烘缸干燥即得含碳納米材料的空氣過濾紙。
[0043]本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙厚度為330μηι，碳納米管在含碳納米材料的空氣過濾紙中分布均勻;本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙對(duì)空氣中粒徑大于0.3μπι的顆粒去除率大于99.998%,大于0.1ym粒徑顆粒的去除率為99.97%以上，空氣阻力為300Pa;同時(shí)，與未加碳納米材料的空氣過濾紙相比，本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙具有很好的抗菌性能，其抗菌效率大于99.9%。
[0044]實(shí)施例3
[0045]—種含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟:
[0046](I)將直徑約為150nm的碳納米纖維加入至濃硫酸與濃硝酸的質(zhì)量比為3:1的混酸中進(jìn)行氧化處理，具體為將碳納米纖維加入混酸中加熱回流2h，碳納米纖維的添加量為混酸質(zhì)量的I %，然后過濾加水洗至中性，120 °C干燥24h，得干燥后的碳納米材料;將干燥后的碳納米材料加入至乙腈中在100W下超聲分散3min，得碳納米材料分散液，上述干燥后的碳納米材料的加入量為乙腈質(zhì)量的1%;然后在碳納米材料分散液中加入為干燥后的碳納米材料質(zhì)量的20倍的N-(β-氨乙基)-γ -氨丙基二甲氧基娃燒和與干燥后的碳納米材料相同質(zhì)量的二異丙基碳二亞胺，攪拌進(jìn)行縮合反應(yīng)24h，制備成碳納米材料混合物；
[0047](2)將ΙΟμπι直徑的玻璃纖維、0.5?5μπι直徑的玻璃棉纖維按1:5.5的質(zhì)量比混合后，加水加酸調(diào)節(jié)pH值至3，以轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min疏解分散lOmin，配制成玻璃纖維以及玻璃棉纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和為0.01%的玻璃纖維材料分散液；
[0048](3)將碳納米材料混合物與玻璃纖維材料分散液按1:10000的質(zhì)量比混勻，配置成原料漿液，將原料漿液送至成型器上抽吸后得成型濕紙，然后施以丙烯酸樹脂粘合劑(施膠量為玻璃纖維以及玻璃棉纖維總質(zhì)量的10% )，采用紅外干燥即得含碳納米材料的空氣過濾紙。
[0049]本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙厚度為300μηι，碳納米纖維在含碳納米材料的空氣過濾紙中分布均勻;本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙對(duì)空氣中粒徑大于0.3μπι的顆粒去除率大于99.97%,大于0.1ym粒徑顆粒的去除率為99.99 %以上，空氣阻力為300Pa，；同時(shí)，與未加碳納米材料的空氣過濾紙相比，本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙具有很好的抗菌性能，其抗菌效率大于99.8%。
[0050] 實(shí)施例4
[0051 ] 一種含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟:
[0052](I)將直徑約為120nm的碳納米纖維加入至濃硫酸與濃硝酸的質(zhì)量比為3:1的混酸中進(jìn)行氧化處理，具體為將碳納米纖維加入混酸中加熱回流5h，碳納米纖維的添加量為混酸質(zhì)量的I %，然后過濾加水洗至中性，120 °C干燥24h，得干燥后的碳納米材料;將干燥后的碳納米材料加入至N，N-二甲基甲酰胺中在1000W下超聲分散3min，得碳納米材料分散液，上述干燥后的碳納米材料的加入量為N，N-二甲基甲酰胺質(zhì)量的I 然后在碳納米材料分散液中加入為干燥后的碳納米材料質(zhì)量的10倍的γ-(2，3環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和為干燥后的碳納米材料質(zhì)量的2倍的1-(3-二甲胺基丙基)-3_乙基碳二亞胺，攪拌進(jìn)行縮合反應(yīng)24h，制備成碳納米材料混合物；
[0053](2)將5.5μπι直徑的玻璃纖維、0.1?0.5μπι直徑的玻璃棉纖維按1:3的質(zhì)量比混合后，加水加酸調(diào)節(jié)pH值至3，以轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min疏解分散lOmin，配制成玻璃纖維以及玻璃棉纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和為0.04%的玻璃纖維材料分散液；
[0054](3)將碳納米材料混合物與玻璃纖維材料分散液按1:3000的質(zhì)量比混勻，配置成原料漿液，將原料漿液送至成型器上抽吸后得成型濕紙，然后施以聚氨酯粘合劑(施膠量為玻璃纖維以及玻璃棉纖維總質(zhì)量的6% )，采用紅外和烘缸聯(lián)合干燥即得含碳納米材料的空氣過濾紙。
[0055]本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙厚度為370μηι，碳納米纖維在含碳納米材料的空氣過濾紙中分布均勻;本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙對(duì)空氣中粒徑大于0.3μπι的顆粒去除率大于99.98%,大于0.1ym粒徑顆粒的去除率為99.9%以上，空氣阻力為300Pa;同時(shí)，與未加碳納米材料的空氣過濾紙相比，本實(shí)施例所得含碳納米材料的空氣過濾紙具有很好的抗菌性能，其抗菌效率大于99.9%。
[0056]對(duì)比例I
[0057]一種含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟:
[0058](I)將直徑約為15nm的碳納米管按加入至芬頓試劑中氧化處理，碳納米管的添加量為芬頓試劑質(zhì)量的1%，過濾加去離子水洗至中性，然后加入至濃度為0.lg/ml醇醚糖苷水溶液中超聲分散，配置成碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %的分散液；
[0059](2)將6.5μπι直徑的玻璃纖維、0.1?2μπι直徑的玻璃棉纖維按1:5的質(zhì)量比混合后，加酸調(diào)節(jié)pH值至3，再加入水，以轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min疏解分散lOmin，制備成玻璃纖維以及玻璃棉纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和為0.3 %的玻璃纖維材料分散液；
[0060](3)然后將分散液與玻璃纖維材料分散液按1:800的質(zhì)量比混勻，配置成原料漿液，將原料漿液送至成型器上抽吸后得成型濕紙，然后施以聚氨酯粘合劑(施膠量為玻璃纖維以及玻璃棉纖維總質(zhì)量的10% )，抽吸施膠濕紙后采用紅外和烘缸聯(lián)合干燥即得含碳納米材料的空氣過濾紙。
[0061]本對(duì)比例所得含碳納米材料的空氣過濾紙厚度為400μπι，碳納米管在含碳納米材料的空氣過濾紙中含量較少(紙張白度為60 % )；其對(duì)空氣中粒徑大于0.3μπι的顆粒去除率為99.8%，大于0.Ιμπι粒徑顆粒的去除率為99%，空氣阻力為320Pa;沒有明顯抗菌性能。
[0062]對(duì)比例2
[0063]—種含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟:
[0064](I)將直徑約為50nm的碳納米管加入至芬頓試劑中進(jìn)行氧化處理，具體為將碳納米管加入芬頓試劑中加熱回流2h，碳納米管的添加量為芬頓試劑質(zhì)量的1%，過濾加水洗至中性，干燥，得干燥后的碳納米材料;將干燥后的碳納米材料加入至N，N-二甲基甲酰胺中在1000W下超聲分散3min，得碳納米材料分散液，上述干燥后的碳納米材料的加入量為N，N-二甲基甲酰胺質(zhì)量的I 然后在碳納米材料分散液中加入為干燥后的碳納米材料質(zhì)量的10倍的苯基三甲基硅烷和為干燥后的碳納米材料質(zhì)量的2倍的二環(huán)己基碳二亞胺，攪拌進(jìn)行縮合反應(yīng)24h，制備成碳納米材料混合物；
[0065](2)將6.5μπι直徑的玻璃纖維、0.1?2μπι直徑的玻璃棉纖維按1:5的質(zhì)量比混合后，加酸調(diào)節(jié)pH值至3，再加入水，以轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min疏解分散1min，配置成玻璃纖維以及玻璃棉纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和為0.3 %的玻璃纖維材料分散液；
[0066](3)將碳納米材料混合物與玻璃纖維材料分散液按1:500的質(zhì)量比混勻，配置成原料漿液，將原料漿液送至成型器上抽吸后得成型濕紙，然后施以聚氨酯粘合劑(施膠量為玻璃纖維以及玻璃棉纖維總質(zhì)量的22%)，抽吸施膠濕紙后采用紅外和烘缸干燥即得含碳納米材料的空氣過濾紙。
[0067]本對(duì)比例所得含碳納米材料的空氣過濾紙厚度為400μπι，碳納米管在含碳納米材料的空氣過濾紙中的含量較少，紙張強(qiáng)度較實(shí)施例1?4差;其對(duì)空氣中粒徑大于0.3μπι的顆粒去除率為99.98%,大于0.Ιμπι粒徑顆粒的去除率為99 %，空氣阻力為420Pa ；其抗菌效率為 99 %。
[0068]對(duì)比例3
[0069]—種含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟:
[0070](I)將直徑約為120nm的碳納米纖維加入至芬頓試劑進(jìn)行氧化處理，具體為將碳納米纖維加入芬頓試劑中加熱回流2h，碳納米纖維的添加量為芬頓試劑質(zhì)量的1%，過濾加水洗至中性，干燥，得干燥后的碳納米材料;將干燥后的碳納米材料加入至N，N-二甲基甲酰胺中在1000W下超聲分散3min，得碳納米材料分散液，上述干燥后的碳納米材料的加入量為N，N-二甲基甲酰胺質(zhì)量的I 然后在碳納米材料分散液中加入為干燥后的碳納米材料質(zhì)量的25倍的十八烷基三甲基硅烷和為干燥后的碳納米材料質(zhì)量的10倍的二環(huán)己基碳二亞胺，攪拌進(jìn)行縮合反應(yīng)24h，制備成碳納米材料混合物；
[0071 ] (2)將6.5μπι直徑的玻璃纖維、0.1?2μπι直徑的玻璃棉纖維按1:8的質(zhì)量比混合后，加酸調(diào)節(jié)pH值至3，再加入水，以轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min疏解分散1min，配置成玻璃纖維以及玻璃棉纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和為0.05 %的玻璃纖維材料分散液；
[0072](3)將碳納米材料混合物與玻璃纖維材料分散液按1:10000的質(zhì)量比混勻，配置成原料漿液，將原料漿液送至成型器上抽吸后得成型濕紙，然后施以聚氨酯粘合劑(施膠量為玻璃纖維以及玻璃棉纖維總質(zhì)量的10%)，抽吸施膠濕紙后采用紅外和烘缸干燥即得含碳納米材料的空氣過濾紙。
[0073]本對(duì)比例所得含碳納米材料的空氣過濾紙厚度為410μηι，碳納米纖維在含碳納米材料的空氣過濾紙中的含量較少;其對(duì)空氣中粒徑大于0.3μπι的顆粒去除率為99.99%，大于0.Ιμπι粒徑顆粒的去除率為99.9%,空氣阻力為480Pa；其抗菌效率為99.9%。
[0074]由上可知，實(shí)施例1?4所得含碳納米材料的空氣過濾紙具有高過濾效率以及低阻力，且具有很好的抗菌性能。
[0075]對(duì)比例中碳納米材料難以與玻璃纖維有效的成健，使得空氣過濾紙中碳納米材料含量很低，因此空氣過濾紙對(duì)于空氣中的顆粒去除率均比實(shí)施例差，且沒有明顯的抗菌性會(huì)K。
[0076]此外，對(duì)比例2?3的部分工藝配比不在本發(fā)明的范圍內(nèi)，且對(duì)比例2?3選用了本發(fā)明以外的其他氧化劑如芬頓試劑以及硅烷偶聯(lián)劑如十八烷基三甲基硅烷，所得空氣過濾紙不僅對(duì)空氣中的顆粒去除率比實(shí)施例差，而且空氣阻力較實(shí)施例明顯增大，從而導(dǎo)致其最終產(chǎn)品一空氣過濾框的使用壽命縮短、增加用戶的使用成本。
[0077]以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
[0078]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將碳納米材料加入至氧化劑中進(jìn)行氧化處理，過濾洗滌至中性，干燥，得干燥后的碳納米材料，將所述干燥后的碳納米材料加入至有機(jī)溶劑中分散，得碳納米材料分散液，所述干燥后的碳納米材料的加入量為所述有機(jī)溶劑質(zhì)量的0.5?1.5% ;然后在所述碳納米材料分散液中加入添加量為所述干燥后的碳納米材料的質(zhì)量的I?20倍的硅烷偶聯(lián)劑和添加量為所述干燥后的碳納米材料的質(zhì)量的I?5倍的縮合劑進(jìn)行縮合反應(yīng)，制備成碳納米材料混合物； (2)將玻璃纖維材料加入水中加酸調(diào)節(jié)至pH值為2.5?3.5，疏解分散，配置成玻璃纖維材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01?0.1 %的玻璃纖維材料分散液； (3)將所述碳納米材料混合物和玻璃纖維材料分散液混合，送至成型器上抽吸后得成型濕紙，再施膠、干燥，即得含碳納米材料的空氣過濾紙； 所述有機(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、甲醇或乙腈;所述縮合劑為N，N’_羰基二咪唑、二異丙基碳二亞胺、二環(huán)己基碳二亞胺和1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亞胺中的一種； 所述玻璃纖維材料為玻璃纖維和/或玻璃棉纖維。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑為γ -氨丙基三乙氧基硅烷、γ -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、Ν-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，其特征在于，所述娃烷偶聯(lián)劑的添加量為所述干燥后的碳納米材料的質(zhì)量的19?20倍;所述縮合劑的添加量為干燥后的碳納米材料的質(zhì)量的2?3倍。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，其特征在于，所述氧化處理中的所述碳納米材料的加入量為所述氧化劑質(zhì)量的0.1?1%。5.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，其特征在于，所述氧化劑為濃硝酸、濃硫酸以及混酸中的一種，所述混酸由質(zhì)量比為2.5?3.5:1的濃硫酸與濃硝酸混合而成。6.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，其特征在于，所述玻璃纖維材料由直徑為I?1wii的玻璃纖維以及直徑為0.1?5μπι的玻璃棉纖維混合而成，所述玻璃纖維和所述玻璃棉纖維的質(zhì)量配比為1:3?6。7.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，其特征在于，所述碳納米材料為直徑為7?200nm的碳納米纖維和/或碳納米管。8.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，其特征在于，所述碳納米材料混合物和玻璃纖維分散液的質(zhì)量比為I: 1000?10000。9.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的含碳納米材料的空氣過濾紙的制備方法，其特征在于，所述施膠步驟中使用的膠水為聚氨酯、丙烯酸樹脂粘合劑中的一種或兩種。10.—種權(quán)利要求1?9任一項(xiàng)所述制備方法所得的含碳納米材料的空氣過濾紙。
【文檔編號(hào)】D21H13/40GK106087524SQ201610377371
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】胡庭維, 肖輝, 劉鑄
【申請(qǐng)人】昆明納太科技有限公司