一种用于空气中颗粒物过滤的多层次结构纳米纤维复合膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及纤维复合膜制造技术领域，特别是一种用于空气中颗粒物过滤的多层次结构纳米纤维复合膜的制备方法，(1)在基体上通过静电纺丝的方式依次纺入第一纳米纤维膜层……第n纳米纤维膜层，n为1～50的整数；(2)在第n纳米纤维膜层的上表面和各纳米纤维膜层的裸露表面用纳米纤维膜保护层进行覆盖可得到半成品；(3)将半成品进行复合即得产品。该方法不仅使得过滤膜均匀性和机械性能提高，还提高过滤膜对于颗粒物的阻挡效率并相对降低空气阻力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纤维复合膜制造
，特别是一种用于空气中颗粒物过滤的多层次结构纳米纤维复合膜的制备方法。
技术介绍
随着环境污染的日益严重和人们环境意识的加强，空气质量已成为全球关注的焦点，人们意识到空气过滤不仅要保护机械设备还要保护人。因此，空气过滤的应用范围越来越广泛。空气过滤最大应用是住宅楼，其次是商业和工业建筑。此外，过滤设备还常用于下列场合：洁净室、复印设备，室内空气净化器，空调器等等。其中住宅区的需求由于人们对生活质量的要求不断提高而不断增大，住宅原有的空气过滤系统已不能满足人们的需求，高性能的纳米纤维空气滤膜将成为首选替代品。静电纺纳米纤维由于其高比表面积、高孔隙率、极大长径比、高表面活性和纤维直径小等性能，使得纳米纤维在颗粒物过滤方面的应用体现了很多优势。例如较高的纳污能力、较高的过滤效率等。然而，在目前的商业化应用中，纳米纤维膜仍然有些不可克服的困难。例如：(1)不均匀性。在收集屏表面分布不均匀，这是影响其作为空气过滤材料的一大障碍，因为纤维膜中薄的部分气阻低，气流往往从较薄的部分通过，使过滤效率降低，并且纳米纤维膜中薄的部分如果有大的孔存在，会使微粒直接通过而降低过滤性能。(2)机械强度差。静电纺纳米纤维过滤膜非常轻薄，机械性能差，特别是到达一定厚度后，纤维层之间的抱合力变差，纤维层之间容易分离。特别是在过滤过程中，由于受到空气压力的影响，纤维膜有可能发生断裂或纤维之间的空隙增大，影响颗粒物过滤膜的过滤效率，减少过滤膜的寿命。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述技术问题的不足，提供了一种用于空气中颗粒物过滤的多层次结构纳米纤维复合膜的制备方法，该方法是通过静电纺丝的方式将纳米纤维纺至基体上，并结合多层次的组合和超声波或熔接点的复合方式，不仅使得过滤膜均匀性和机械性能提高，还提高过滤膜对于颗粒物的阻挡效率并相对降低空气阻力。解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于空气中颗粒物过滤的多层次结构纳米纤维复合膜的制备方法，包括以下步骤：(1)在基体上通过静电纺丝的方式依次纺入第一纳米纤维膜层……第n纳米纤维膜层，n为1～50的整数；静电纺丝采用的接收装置为滚筒式接收装置，滚筒转速为1～120r/min，电压为15～100KV，纺丝喷头到接收模板距离为8～60cm，环境温度为20～50℃，环境相对湿度为10～80％；(2)在第n纳米纤维膜层的上表面和各纳米纤维膜层的裸露表面通过静电纺丝的方式用纳米纤维膜保护层进行覆盖可得到半成品Ⅰ；所述纳米纤维膜保护层的克重为5～100g/m2；(3)将所述半成品Ⅰ的纳米纤维中负载有功能性添加物，如活性炭、壳聚糖、负离子粉、远红外陶瓷粉、氧化锌、二氧化钛、金属纳米颗粒等，所述活性炭、壳聚糖、负离子粉、远红外陶瓷粉、氧化锌、二氧化钛等的含量分别占所述半成品总质量的百分比为0.1-50％，添加功能性物质的方法有三种：一是将具体配比的活性炭、负离子粉、壳聚糖、远红外陶瓷粉、二氧化钛、金属纳米颗粒等功能性添加物均匀混合于静电纺丝液中，通过静电纺丝直接得到半成品Ⅱ；二是将氧化锌、二氧化钛等的前躯体物质均匀混合于静电纺丝液中，通过静电纺丝得到含有前躯体的纳米纤维膜材料，再将该纳米纤维膜材料经过50-150°的热处理，得到半成品Ⅱ；三是将静电纺丝制得的纳米纤维膜材料浸渍在活性炭、壳聚糖等颗粒物溶液中，再将浸渍后的纳米纤维膜材料烘干，得到半成品Ⅱ；(4)通过超声波或热熔点复合方式将步骤(3)所述的半成品Ⅱ进行复合即得产品。超声波复合方法即是将半成品置于超声波中，超声处理1～40min即可。超声波以其声能促使半成品中层与层之间的组装，不存在加热，因此，不会导致每一层纳米纤维膜的热分解，保证了产品性能。熔点复合方法适用于织物类基体与纤维膜层的复合，即将半成品经过一定温度热定型处理或熨烫后，可使织物中纤维之间在交织处发生相互粘接，避免织物在使用过程中因外力产生滑移和纰裂，同时依然可以保证织物的强度和柔韧性。进一步地，在上述方案中，步骤(1)中所述的n为1～50的整数。进一步地，在上述方案中，步骤(1)中所述的n为1～50的整数。进一步地，在上述方案中，所述的第一纳米纤维膜层……第n纳米纤维膜层具有互不相同的纤维直径和纤维形貌。进一步地，在上述方案中，步骤(1)中所述的基体为各类材质的非织造布、机织布、针织布、玻璃纤维、金属网或塑料网。更进一步地，所述纤维直径为1nm～9000nm。更进一步地，所述纤维形貌为光滑纤维、多孔纤维、卷曲纤维、芯壳纤维、串珠纤维、纳米颗粒、纳米线中任意一种。进一步地，在上述方案中，所述每一层纳米纤维膜层均是通过将聚合物材料与添加物进行静电纺丝制得。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液和添加物在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，纺丝液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纳米级直径的聚合物纤维细丝。更进一步地，所述的聚合物材料为聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯(PP)、聚醚砜树脂(PES)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)或聚偏氟乙烯(PVDF)中任一种。更进一步地，所述的添加物为活性炭、壳聚糖、负离子粉、远红外陶瓷粉、氧化锌、二氧化钛、金属纳米颗粒等。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种用于空气中颗粒物过滤的多层次结构纳米纤维复合膜的制备方法，将不同聚合物、形貌或直径的纳米纤维分别通过静电纺丝法纺至于基体上，在完成纳米纤维膜的复合纺制后，用纳米纤维膜保护层覆盖于层次结构的纳米纤维膜上，并通过超声波或热熔点复合方式将该多层结构的过滤膜进行复合。该滤膜的具体层次结构可根据不同的过滤效果要求选择具体的复合形式，总体上的效果来说，它具有高效的颗粒物阻挡效率(99％以上)，相对较低的空气阻力。由于多层次结构的纳米纤维膜的使用，使得过滤层具有多种不同的结构，纤维直径、形貌、聚合物材料等都有所不同，这就使得空气过滤的纳米纤维膜可以具有优异于其他过滤材料的优势——超高的颗粒过滤效率、较低的空气阻力和更高的纳污能力，这些过滤综合性能的提高，使得纳米纤维膜在空气过滤领域的应用优势大大提高，并具有非常好的市场化前景。该方法不仅可以获得具有优异过滤性能的纳米纤维过滤膜，还可以在层次结构中增加功能性的纳米纤维膜层，使得纳米纤维膜在具有高效过滤性能的同时，还具有特殊的功能化，例如光催化等性能。这样的附加功能化设计，可以提高多层次纳米纤维膜的综合性能，同时也拓宽了其应用领域，更好更快的的进入市场。该方法解决了提高阻挡效率的同时相对降低过滤空气阻力的技术难点，不仅实现了纳米纤维颗粒过滤膜在空气过滤领域中的应用开发，有效解决了其在工业化应用中的难题，还可以使得纳米纤维膜更好的应用于现实，满足人们对生活环境日益提高的生活需求。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术所述的用于空气中颗粒物过滤的三层结构纳米纤维复合膜的结构示意图；图中，1为基体，2为第一纳米纤维膜层，3为第二纳米纤维膜层，4为第三纳米纤维膜层，5为纳米纤维膜保护层。图2为实施例1的扫描电镜图；显示三层纳米纤维复合膜的横截面、正面、及纳米纤维的微观结构；图3为实施例2的扫描电镜图；图4为实施例3的扫描电镜图；图5为实施例4的扫描电镜图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于空气中颗粒物过滤的多层次结构纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在基体上通过静电纺丝的方式依次纺入第一纳米纤维膜层……第n纳米纤维膜层，n为1～50的整数；静电纺丝采用的接收装置为滚筒式接收装置，滚筒转速为1～120r/min，电压为15～100KV，纺丝喷头到接收模板距离为8～60cm，环境温度为20～50℃，环境相对湿度为10～80％；(2)在第n纳米纤维膜层的上表面和各纳米纤维膜层的裸露表面用保护层进行覆盖可得到半成品Ⅰ；所述纳米纤维膜保护层的面密度为5～150g/m2；(3)(2)中所述的半成品将所述半成品Ⅰ的纳米纤维中负载有功能性添加物，如活性炭、壳聚糖、负离子粉、远红外陶瓷粉、氧化锌、二氧化钛、金属纳米颗粒等，所述活性炭、壳聚糖、负离子粉、远红外陶瓷粉、氧化锌、二氧化钛等的含量分别占所述半成品总质量的百分比为0.1‑50％，添加功能性物质的方法有三种：一是将具体配比的活性炭、负离子粉、壳聚糖、远红外陶瓷粉、二氧化钛、金属纳米颗粒等功能性添加物均匀混合于静电纺丝液中，通过静电纺丝直接得到半成品Ⅱ；二是将氧化锌、二氧化钛等的前躯体物质均匀混合于静电纺丝液中，通过静电纺丝得到含有前躯体的纳米纤维膜材料，再将该纳米纤维膜材料经过50‑150°的热处理，得到半成品Ⅱ；三是将静电纺丝制得的纳米纤维膜材料浸渍在活性炭、壳聚糖等颗粒物溶液中，再将浸渍后的纳米纤维膜材料烘干，得到半成品Ⅱ；(4)通过超声波或热熔点复合方式将步骤(3)所述的半成品Ⅱ进行复合即得产品。...

【技术特征摘要】
1.一种用于空气中颗粒物过滤的多层次结构纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在基体上通过静电纺丝的方式依次纺入第一纳米纤维膜层……第n纳米纤维膜层，n为1～50的整数；静电纺丝采用的接收装置为滚筒式接收装置，滚筒转速为1～120r/min，电压为15～100KV，纺丝喷头到接收模板距离为8～60cm，环境温度为20～50℃，环境相对湿度为10～80％；(2)在第n纳米纤维膜层的上表面和各纳米纤维膜层的裸露表面用保护层进行覆盖可得到半成品Ⅰ；所述纳米纤维膜保护层的面密度为5～150g/m2；(3)(2)中所述的半成品将所述半成品Ⅰ的纳米纤维中负载有功能性添加物，如活性炭、壳聚糖、负离子粉、远红外陶瓷粉、氧化锌、二氧化钛、金属纳米颗粒等，所述活性炭、壳聚糖、负离子粉、远红外陶瓷粉、氧化锌、二氧化钛等的含量分别占所述半成品总质量的百分比为0.1-50％，添加功能性物质的方法有三种：一是将具体配比的活性炭、负离子粉、壳聚糖、远红外陶瓷粉、二氧化钛、金属纳米颗粒等功能性添加物均匀混合于静电纺丝液中，通过静电纺丝直接得到半成品Ⅱ；二是将氧化锌、二氧化钛等的前躯体物质均匀混合于静电纺丝液中，通过静电纺丝得到含有前躯体的纳米纤维膜材料，再将该纳米纤维膜材料经过50-150°的热处理，得到半成品Ⅱ；三是将静电纺丝制得的纳米纤维膜材料浸渍在活性炭、壳聚糖等颗粒物溶液中，再将浸渍后的纳米纤维膜材料烘干，得到半成品Ⅱ；(4)通过超声波或热熔点复合方式将步骤(3)所述的半成品Ⅱ进行复合即得产品。2.根据权利要求1所述的用于空气中颗粒物过滤的多层次结构纳米纤维复合膜的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柔羲，程建华，齐亮，郑华生，张鹏，谢培镇，
申请(专利权)人：东莞巨微新材料科技有限公司，华南协同创新研究院，广州潮徽化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44