一種球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料及其制備方法，該球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料包括交錯排布的靜電紡聚砜纖維，以及鑲嵌于所述靜電紡聚砜纖維表面的二氧化硅納米微球；其制備方法為，向質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~25%的聚砜紡絲液中加入二氧化硅納米微球得到復(fù)合紡絲液，并通過多噴頭靜電紡絲機(jī)在接收滾筒的鋁箔表面收集表面鑲嵌有二氧化硅納米微球的靜電紡聚砜纖維，最后得到球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料；本發(fā)明的優(yōu)點在于，該球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料對空氣中粉塵的過濾效率高、壓力降小。
【專利說明】一種球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空氣過濾材料，尤其是一種球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣中粉塵是主要的污染源之一，尤其是在工業(yè)區(qū)和公共社交場所，其濃度驚人，并且粉塵中通常帶菌，嚴(yán)重地危及人類的健康，因此必須進(jìn)行過濾凈化，另外高精度作業(yè)區(qū)，如:微電子車間的超凈室和光學(xué)工程車間的空氣凈化也是必不可少的。通常采用空氣過濾的方法來減少空氣中粉塵，空氣過濾就是分離、捕集分散于空氣中的微粒的一種操作，而利用靜電紡絲方法可以得到直徑為幾十或幾百納米的納米級纖維構(gòu)成的多孔纖維膜，纖維比表面積大、膜的孔隙率高，很適合用作過濾材料。目前，靜電紡絲納米纖維空氣過濾材料的研究大多是以傳統(tǒng)過濾介質(zhì)為基布，直接將納米纖維沉積在基布上，形成納米纖維層和傳統(tǒng)過濾介質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合過濾材料。Leung發(fā)現(xiàn)在納米纖維氈表面層合微米纖維氈可以增加過濾效率，并且壓降小于純納米纖維氈。Shin等人制備了玻璃纖維/納米纖維復(fù)合過濾材料，添加少量的納米纖維就可提高玻璃纖維過濾材料的捕集效率，但壓力降也會增加。Qin等在紡粘和熔噴的非織造布上鋪上不同面密度的納米纖維，納米纖維紡于非織造基布上后，其過濾效率提高，但是壓力降也明顯增加。Agne等將PVA納米纖維膜與聚丙烯非織造布復(fù)合，隨著納米纖維膜厚度的增加，過濾效率逐漸提高。Patanaik、Leung等將聚氧化乙烯(PEO)納米纖維覆蓋在非織造布基底上形成復(fù)合過濾材料。Wang等先電紡出聚丙烯腈(PAN)纖維層再將PVA納米纖維覆蓋在上面形成復(fù)合過濾材料。Vitchuli等在50/50聚酰胺6/棉非織造織物基底上沉積了聚酰胺66納米纖維，當(dāng)纖維堆積密度增加時，過濾效率提高。上述研究都是將單一直徑的靜電紡納米纖維與普通非織造布復(fù)合形成空氣過濾材料，雖然過濾效率有所提高，但是過濾過程中的壓力降也隨之增加，目前在過濾效率30%，壓力降35Pa的熔噴非織造布上覆蓋2.4g/m2的納米纖維后，過濾效率可以達(dá)到99.9%以上，但是壓力降也達(dá)到1530Pa，如何通過靜電紡絲的方法制備高效低阻型納米纖維復(fù)合材料已經(jīng)成為過濾材料領(lǐng)域中關(guān)注的焦點之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是:提供一種過濾效率高，壓力降小，且高效低阻的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料，包括交錯排布的靜電紡聚砜纖維以及鑲嵌于所述靜電紡聚砜纖維表面的二氧化硅納米微球。
[0005]進(jìn)一步地，所述靜電紡聚砜纖維的直徑為50(T2200nm，所述二氧化硅納米微球的直徑為 30(T900nm。
[0006]進(jìn)一步地，該球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的孔隙率為80-87%，平均孔徑為0.5 μ π 6.5 μ m，對數(shù)量中值直徑75nmNaCl氣溶膠的過濾效率為99~99.99%，壓力降為15(T500Pa。
[0007]上述球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的制備方法，包括以下步驟:
1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~25%的聚砜紡絲液，再向該聚砜紡絲液中加入二氧化硅納米微球，該二氧化硅納米微球的質(zhì)量為該聚砜紡絲液質(zhì)量的0.5%飛％，然后用恒溫磁力攪拌器在室溫下攪拌均勻后，得到復(fù)合紡絲液；
2)將所述復(fù)合紡絲液倒入若干個注射針筒內(nèi)，再將該若干個注射針筒依次放入多噴頭靜電紡絲機(jī)，用銅條將每個噴頭連通，再將高壓直流電源的正極與銅條相連，負(fù)極與金屬接收滾筒連接并接地，啟動該多噴頭靜電紡絲機(jī)，在接收滾筒的鋁箔表面收集表面鑲嵌有二氧化硅納米微球的靜電紡聚砜纖維；
3)經(jīng)過紡絲后，在鋁箔的表面形成一層靜電紡纖維膜，將其在室溫下放置24~72小時至溶劑充分揮發(fā)，再將靜電紡纖維膜從鋁箔表面揭下，然后在190°C下熱處理60-180分鐘，得到結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料。
[0008]進(jìn)一步地，所述聚砜紡絲液的溶劑為二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液，所述二甲基甲酰胺和所述丙酮的質(zhì)量比為9:1。 [0009]進(jìn)一步地，所述多噴頭靜電紡絲機(jī)工作時的紡絲電壓為15~30kV，紡絲距離為l(T20cm，紡絲液流量1.0~2.5mL/h，針筒橫移距離l(T25cm，針筒橫移速度l(T30cm/min。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:該球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料，由直徑為數(shù)百納米或者f 2微米的纖維與納米級微球組合而成，纖維表面的微球可增加材料的比表面積、減小纖維間的孔隙，從而增加對空氣中粉塵的吸附與攔截能力，使該復(fù)合過濾材料具有較高的過濾率以及較低的壓力降，有效的克服了現(xiàn)有靜電紡纖維與非織造布構(gòu)成的復(fù)合過濾材料雖然過濾效率較高但壓力降很大的缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
圖1為實施例一的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的掃描電子顯微鏡圖；
圖2為實施例二的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的掃描電子顯微鏡圖；
圖3為實施例三的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的掃描電子顯微鏡圖；
圖4為實施例四的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的掃描電子顯微鏡圖。
【具體實施方式】
[0012]實施例一:用電子天平稱取5g的聚砜顆粒溶于20g質(zhì)量比為9:1的二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液中，并用恒溫磁力攪拌器在室溫下攪拌以加速溶解，制備得到質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20%的聚砜紡絲液；用電子天平稱取1.5g 二氧化硅納米微球，加入上述25g聚砜紡絲液中，用恒溫磁力攪拌器在室溫下攪拌均勻后，得到復(fù)合紡絲液，該二氧化硅納米微球的直徑為900nm ;將所述復(fù)合紡絲液倒入若干個注射針筒內(nèi)，再將該若干個注射針筒依次放入多噴頭靜電紡絲機(jī)，調(diào)整紡絲電壓為20kV，紡絲距離為14cm，紡絲液流量1.5mL/h，針筒橫移距離17cm，橫移速度30cm/min，啟動該多噴頭靜電紡絲機(jī)；在接收滾筒的鋁箔表面收集表面鑲嵌有二氧化硅納米微球的靜電紡聚砜纖維；經(jīng)紡絲后，在鋁箔的表面形成一層靜電紡纖維膜，在室溫下放置24小時，再將靜電紡纖維膜從鋁箔表面揭下，然后在190°C下熱處理120分鐘，得到結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定、且厚度為100.0ym的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料，圖1為本實施例一的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的掃描電子顯微鏡圖。
[0013]該厚度為100.0 μ m的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的孔隙率為85.7%，平均孔徑5.58 μ m，對數(shù)量中值直徑75nm氣溶膠的過濾效率為99.84%，壓力降330Pa。
[0014]實施例二:用電子天平稱取5g的聚砜顆粒溶于20g質(zhì)量比為9:1的二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液中，并用恒溫磁力攪拌器在室溫下攪拌以加速溶解，制備得到質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20%的聚砜紡絲液；用電子天平稱取Ig 二氧化硅納米微球，加入上述25g聚砜紡絲液中，用恒溫磁力攪拌器在室溫下攪拌均勻后，得到復(fù)合紡絲液，該二氧化硅納米微球的直徑為300nm ;將所述復(fù)合紡絲液倒入若干個注射針筒內(nèi)，再將該若干個注射針筒依次放入多噴頭靜電紡絲機(jī)，調(diào)整紡絲電壓為21kV，紡絲距離為15cm，紡絲液流量1.0mL/h，針筒橫移距離18cm，橫移速度28cm/min，啟動該多噴頭靜電紡絲機(jī)；在接收滾筒的鋁箔表面收集表面鑲嵌有二氧化硅納米微球的靜電紡聚砜纖維；經(jīng)紡絲后，在鋁箔的表面形成一層靜電紡纖維膜，在室溫下放置36小時，再將靜電紡纖維膜從鋁箔表面揭下，然后在190°C下熱處理180分鐘，得到結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定、且厚度為96.1 μ m的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料，圖2為本實施例二的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的掃描電子顯微鏡圖。
[0015]該厚度為96.1 μπι的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的孔隙率為86.1%，平均孔徑6.01 μ m，對數(shù)量中值直徑75nm氣溶膠的過濾效率為99.97%，壓力降302Pa。
[0016]實施例三:用電子天平稱取3.75g的聚砜顆粒溶于21.25g質(zhì)量比為9:1的二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液中，并用恒溫磁力攪拌器在室溫下攪拌以加速溶解，制備得到質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的聚砜紡絲液；用電子天平稱取1.0g 二氧化硅納米微球，加入上述25g聚砜紡絲液中，用恒溫磁力攪拌器在室溫下攪拌均勻后，得到復(fù)合紡絲液，該二氧化硅納米微球的直徑為600nm ;將所述復(fù)合紡絲液倒入若干個注射針筒內(nèi)，再將該若干個注射針筒依次放入多噴頭靜電紡絲機(jī),調(diào)整紡絲電壓為20kV，紡絲距離為18cm，紡絲液流量1.0mL/h,針筒橫移距離18cm，橫移速度30cm/min，啟動該多噴頭靜電紡絲機(jī)；在接收滾筒的鋁箔表面收集表面鑲嵌有二氧化硅納米微球的靜電紡聚砜纖維；經(jīng)紡絲后，在鋁箔的表面形成一層靜電紡纖維膜，在室溫下放置24小時，再將靜電紡纖維膜從鋁箔表面揭下，然后在190°C下熱處理120分鐘，得到結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定、且厚度為95.0 μ m的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料，圖3為本實施例三的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的掃描電子顯微鏡圖。
[0017]該厚度為95.0ym的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的孔隙率為86.3%，平均孔徑5.91 μ m，對數(shù)量中值直徑75nm氣溶膠的過濾效率為99.71%，壓力降292Pa。
[0018]實施例四:用電子天平稱取6.25g的聚砜顆粒溶于18.75g質(zhì)量比為9:1的二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液中，并用恒溫磁力攪拌器在室溫下攪拌以加速溶解，制備得到質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25%的聚砜紡絲液；用電子天平稱取1.0g 二氧化硅納米微球，加入上述25g聚砜紡絲液中，用恒溫磁力攪拌器在室溫下攪拌均勻后，得到復(fù)合紡絲液，該二氧化硅納米微球的直徑為300nm ;將所述復(fù)合紡絲液倒入若干個注射針筒內(nèi)，再將該若干個注射針筒依次放入多噴頭靜電紡絲機(jī),調(diào)整紡絲電壓為20kV，紡絲距離為15cm，紡絲液流量2.5mL/h,針筒橫移距離16cm，橫移速度30cm/min，啟動該多噴頭靜電紡絲機(jī)；在接收滾筒的鋁箔表面收集表面鑲嵌有二氧化硅納米微球的靜電紡聚砜纖維；經(jīng)紡絲后，在鋁箔的表面形成一層靜電紡纖維膜，在室溫下放置24小時，再將靜電紡纖維膜從鋁箔表面揭下，然后在190°C下熱處理180分鐘，得到結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定、且厚度為102.0ym的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料，圖4為本實施例四的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的掃描電子顯微鏡圖。
[0019]該厚度為102.0 μ m的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的孔隙率為83.6%，平均孔徑4.13 μ m，對數(shù)量中值直徑75nm氣溶膠的過濾效率為99.92%，壓力降341Pa。
[0020]圖f 4分別是實施例一~實施例四的四種球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的掃描電子顯微鏡圖，由圖1~4可以看到纖維的表面鑲嵌有一定量的二氧化硅納米微球，且分布比較均勻，這些納米微球的存在增加了纖維的表面積，使該纖維過濾材料對空氣中粉塵的吸附能力進(jìn)一步提高，且在纖維膜厚度相似的條件下，添加球線組合型纖維空氣過濾材料的過濾效率提高，壓力降下降(參見表1)。
[0021]表1球線組合型纖維膜與單一聚砜纖維膜的過濾性能比較
【權(quán)利要求】
1.一種球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料，其特征在于，包括交錯排布的靜電紡聚砜纖維，以及鑲嵌于所述靜電紡聚砜纖維表面的二氧化硅納米微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料,其特征在于,所述靜電紡聚砜纖維的直徑為50(T2200nm，所述二氧化硅納米微球的直徑為30(T900nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料，其特征在于，該球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的孔隙率為80-87%，平均孔徑為0.5 μ π 6.5 μ m，對數(shù)量中值直徑75nmNaCl氣溶膠的過濾效率為99~99.99%，壓力降為15(T500Pa。
4.一種如權(quán)利要求1所述的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~25%的聚砜紡絲液，再向該聚砜紡絲液中加入二氧化硅納米微球，該二氧化硅納米微球的質(zhì)量為該聚砜紡絲液質(zhì)量的0.5%飛％，然后用恒溫磁力攪拌器在室溫下攪拌均勻后，得到復(fù)合紡絲液； 2)將所述復(fù)合紡絲液倒入若干個注射針筒內(nèi)，再將該若干個注射針筒依次放入多噴頭靜電紡絲機(jī)，用銅條將每個噴頭連通，再將高壓直流電源的正極與銅條相連，負(fù)極與金屬接收滾筒連接并接地，啟動該多噴頭靜電紡絲機(jī)，在接收滾筒的鋁箔表面收集表面鑲嵌有二氧化硅納米微球的靜電紡聚砜纖維； 3)經(jīng)過紡絲后，在鋁箔的表面形成一層靜電紡纖維膜，將其在室溫下放置2 72小時至溶劑充分揮發(fā)，再將靜電紡纖維膜從鋁箔表面揭下，然后在190°C下熱處理60-180分鐘，得到結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，所述聚砜紡絲液的溶劑為二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液，所述二甲基甲酰胺和所述丙酮的質(zhì)量比為9:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的球線組合型復(fù)合纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，所述多噴頭靜電紡絲機(jī)工作時的紡絲電壓為15~30kV，紡絲距離為l(T20cm，紡絲液流量L 0^2.5mL/h，針筒橫移距離l(T25cm，針筒橫移速度l(T30cm/min。
【文檔編號】B01D39/14GK103706182SQ201310674542
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】潘志娟, 王丹飛 申請人:蘇州大學(xué)