一种复合空气过滤膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合空气过滤膜的制备方法，属于空气过滤技术领域。本方法通过静电纺丝的加工方法，在非织造布材料上负载一层高分子聚合物纳米纤维膜材料作为过滤层，然后利用超声波复合的方法在此复合材料的表面再负载一层相同或其他材质的透气性支撑材料，从而构成高效复合空气过滤膜，通过褶裥加工制成打折过滤器。本发明专利技术方法制备的高效复合空气过滤膜，其打褶性能好，风阻低，使用寿命长，具有优越的PM0.3～PM10的过滤性，可用于恶劣气候条件下的口罩材料。本方法使低密度的纳米膜提供很好的颗粒过滤性，透气性支撑材料则提供了刚性，使得复合材料易于进行褶裥加工。

【技术实现步骤摘要】
一种复合空气过滤膜的制备方法
本专利技术涉及一种复合空气过滤膜的制备方法，属于空气过滤

技术介绍
随着人们对大气环境与室内空气质量的日益重视，环境标准日趋严格，要达到高等级的空气洁净度，所选用的过滤材料就需要有优越的过滤性能。近年来，各类高效空气过滤材料取得了很大进展。高效空气过滤材料具有过滤效率高、气流阻力小、机械强度大和均匀性好等特点，能满足特定行业对空气过滤材料特殊功能需求的滤材。目前商用过滤材料主要有：(1)熔喷驻极非织造布材料，如专利US4874659，US4178157，以及熔喷非织造布与玻璃纤维纸相结合，如专利CN101352631；(2)纳米膜材料，如专利CN101795747公布了一种由纤维和微珠制成的纳米纤维过滤材料，专利CN03129430公布的一种聚四氟乙烯复合膜过滤材料。为了有效提高过滤材料的过滤效率，通常对过滤材料进行褶裥加工，增大过滤面积从而提高其过滤效率。熔喷驻极非织造布材料是基于静电电荷而实现颗粒的有效捕捉，这种过滤材料的性能被空气湿度严重影响，产生电荷损耗，当静电电荷因吸附微小颗粒被中和时其性能下降。并且熔喷非织造布材料本身厚度薄，比较柔软，刚性差，不适合褶裥加工。然而使用玻璃纤维复合的熔喷非织造布材料，由于玻璃纤维纸结构密集，空隙小且少，会导致过滤阻力大，并且在褶裥过程中玻璃纤维相对易碎，造成产率损失。纳米膜材料，尤其是电纺纤维膜强度低，且制备高面密度的电纺膜缺乏经济性，因此使用单纯的纳米膜材料作为过滤材料使用时无法达到其最佳过滤效果。然而其他膜材料加工方式，如专利CN03129430使用相转变方式造孔成膜，膜的孔径无法控制，从而造成其过滤精度的不可控性。静电纺丝法是化学纤维传统溶液干法纺丝和熔体纺丝的新发展，是当前纳米纤维等超细纤维制造最主要的方法。与传统的方法有着明显的不同，它将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电。这一技术的核心，是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形，当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化得到纤维状物质，因此这一过程称为静电纺丝。目前静电纺纳米纤维很难单独收集，一般最终都落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。由于静电纺纳米纤维直径细、比表面积大，由这种纤维形成的非织造布表现出优良的吸附性能，可用作吸附媒质，包覆活性炭、生物杀灭剂等，用这些纤维制作的生物化学防护服，能够高效地吸收并降解有害液体和气体。同时这种静电纺纳米纤维非织造布也是高效低阻的优良过滤材料，尺寸为0.3μm的细小颗粒能够轻易地被此类过滤材料捕获；除了满足常规过滤，这种聚合物纳米纤维与其它选择性机体复合涂层后，还可以应用于如分子过滤、化学和生化药物的隔离等。由于纳米纤维具有很高的比表面积，使其应用领域得到更大的拓展，还可用作生物医用材料、细胞培养基体、植入器官、组织载体的基础物质。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提出一种复合空气过滤膜的制备方法，通过静电纺丝的加工方法，在非织造布材料上负载一层高分子聚合物纳米纤维膜材料作为过滤层，然后利用超声波复合的方法在此复合材料的表面再负载一层相同或其他材质的透气性支撑材料，从而构成高效复合空气过滤膜，通过褶裥加工制成打折过滤器。本专利技术提出的复合空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将非织造布基材平铺在内部接地的金属板上，所述的非织造布基材为水刺涤纶/聚丙烯(PET/PP)或聚乳酸(PLA)，所述的非织造布的面密度为40～85g/m2；(2)将纳米纤维膜聚合物溶解于溶剂中，得到聚合物溶液，聚合物溶液的质量百分比浓度为10～20wt％，所述的纳米纤维膜聚合物为尼龙(PA)、聚丙烯腈(PAN)、聚砜(PSU)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚醚砜(PES)、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)中的任何一种，溶剂为甲酸、乙酸、氯仿、N、N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、丙酮(AC)、四氢呋喃(THF)、十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)中的一种或两种以一定比例进行混合，所述溶剂的混合比例为1:1～1:199；(3)将上述聚合物溶液加入到微量注射器中，控制环境湿度为30～60％，使微量注射器与纺丝针头通过管道相连，使纺丝针头置于上述平铺有非织造布的金属板的上方，纺丝针头与金属板的间距为10～40cm，在纺丝针头和金属板之间施加一个12～33千伏的高压电，使通过管道从微量注射器到达纺丝针头中的聚合物溶液，以0.1～4mL/h的流量喷出超细聚合物纤维，超细聚合物纤维降落在金属板表面的非织造布基材上，收集非织造布基材上的超细聚合物纤维，得到纳米纤维膜过滤层材料；(4)将负载了纳米纤维膜过滤层材料的非织造布基材从金属板上取下，将上层非织造布覆盖于上述负载了纳米纤维膜过滤层材料的非织造布基材上，利用超声波复合方法，将三层复合材料焊接成复合空气过滤膜，超声波复合时的超声波频率为20KHz，焊接压力为50～200牛顿，所述的上层非织造布基材为针刺涤纶(PET)、水刺涤纶/聚丙烯(PET/PP)或纺粘聚丙烯(PP)，所述的上层非织造布的面密度为50～85g/m2。本专利技术提出的复合空气过滤膜的制备方法，其优点是：1、本专利技术方法制备的高效复合空气过滤膜，其打褶性能好，风阻低，使用寿命长，具有优越的的PM0.3～PM10的过滤性，可用于恶劣气候条件下的口罩材料。2、本专利技术方法中的静电纺丝制的纳米纤维膜，纤维直径可控，从而可以保证良好的孔径大小和孔隙率，为复合材料提供了良好的颗粒阻隔性，同时非织造布基材作为基体材料提供了良好的顶破和断裂强度，可以使低密度的纳米膜提供很好的颗粒过滤性，透气性支撑材料则提供了刚性使得复合材料易于进行褶裥加工。附图说明图1是本专利技术制备方法涉及的一个静电纺丝装置的结构示意图。图2是本专利技术方法制备的复合空气过滤膜的电镜照片。图1中，1是注射器，2是纺丝针头，3是高压直流电源，4是非织造布，5是金属平板。具体实施方式本专利技术提出的复合空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将非织造布基材平铺在内部接地的金属板上，所述的非织造布基材为水刺涤纶/聚丙烯(PET/PP)或聚乳酸(PLA)，所述的非织造布的面密度为40～85g/m2；(2)将纳米纤维膜聚合物溶解于溶剂中，得到聚合物溶液，聚合物溶液的质量百分比浓度为10～20wt％，所述的纳米纤维膜聚合物为尼龙(PA)、聚丙烯腈(PAN)、聚砜(PSU)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚醚砜(PES)、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)中的任何一种，溶剂为甲酸、乙酸、氯仿、N、N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、丙酮(AC)、四氢呋喃(THF)、十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)中的一种或两种以一定比例进行混合，所述溶剂的混合比例为1:1～1:199；(3)将上述聚合物溶液加入到微量注射器中，控制环境湿度为30～60％，使微量注射器与纺丝针头通过管道相连，使纺丝针头置于上述平铺有非织造布的金属板的上方，纺丝针头与金属板的间距为10～40cm，在纺丝针头和金属板之间施加一个12～33千伏的高压电，使通过管道从微量注射器到达纺丝针头中的聚合物溶液，以0.1～4mL/h的流量喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合空气过滤膜的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：(1)将非织造布基材平铺在内部接地的金属板上，所述的非织造布基材为水刺涤纶/聚丙烯或聚乳酸，所述的非织造布的面密度为40～85g/m2；(2)将纳米纤维膜聚合物溶解于溶剂中，得到聚合物溶液，聚合物溶液的质量百分比浓度为10～20wt％，所述的纳米纤维膜聚合物为尼龙、聚丙烯腈、聚砜、聚偏氟乙烯或聚醚砜、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯中的任何一种，溶剂为甲酸、乙酸、氯仿、N、N‑二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、四氢呋喃、十六烷基三甲基溴化胺中的一种或两种以一定比例进行混合，所述溶剂的混合比例为1:1～1:199；(3)将上述聚合物溶液加入到微量注射器中，控制环境湿度为30～60％，使微量注射器与纺丝针头通过管道相连，使纺丝针头置于上述平铺有非织造布的金属板的上方，纺丝针头与金属板的间距为10～40cm，在纺丝针头和金属板之间施加一个12～33千伏的高压电，使通过管道从微量注射器到达纺丝针头中的聚合物溶液，以0.1～4mL/h的流量喷出超细聚合物纤维，超细聚合物纤维降落在金属板表面的非织造布基材上，收集非织造布基材上的超细聚合物纤维，得到纳米纤维膜过滤层材料；(4)将负载了纳米纤维膜过滤层材料的非织造布基材从金属板上取下，将上层非织造布覆盖于上述负载了纳米纤维膜过滤层材料的非织造布基材上，利用超声波复合方法，将三层复合材料焊接成复合空气过滤膜，超声波复合时的超声波频率为20KHz，焊接压力为50～200牛顿，所述的上层非织造布基材为针刺涤纶、水刺涤纶/聚丙烯或纺粘聚丙烯，所述的上层非织造布的面密度为50～85g/m2。...

【技术特征摘要】
1.一种复合空气过滤膜的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：(1)将非织造布基材平铺在内部接地的金属板上，所述的非织造布基材为水刺涤纶/聚丙烯，或所述的非织造布基材为聚乳酸，所述的非织造布的面密度为40～85g/㎡；(2)将纳米纤维膜聚合物溶解于溶剂中，得到聚合物溶液，聚合物溶液的质量百分比浓度为10～20wt％，所述的纳米纤维膜聚合物为尼龙、聚丙烯腈、聚砜、聚偏氟乙烯或聚醚砜、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯中的任何一种，溶剂为甲酸、乙酸、氯仿、N、N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、四氢呋喃、十六烷基三甲基溴化胺中的一种或两种以一定比例进行混合，所述溶剂的混合比例为1:1～1:199；(3)将上述聚合物溶液加入到微量注射器中，控制环境湿度为30～60％，使微量注射器与纺丝针头通过管道相连，使纺丝针头置于上...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨颖，王曙光，刘芬，金鑫，于仕杰，黎忠孝，梁幸幸，
申请(专利权)人：清华大学，张家港智能电力研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11