一种聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高分子材料技术领域，具体涉及到一种聚氨酯‑聚丙烯腈超级空气滤片及其制备方法。其包括三层纤维复合结构，其中第一层为电纺聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维强力支撑层，其厚度为10～50μm，纤维直径为1～5μm；第二层为电纺超细聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维功能支撑层，其厚度为5～10μm，纤维直径为0.5～1.0μm；第三层为电纺聚氨酯纳米纤维过滤功能层，其厚度在0.5～3.0μm，纤维直径在0.05～0.5μm。本发明专利技术中所述的聚氨酯‑聚丙烯腈超级空气滤片具有优异的热稳定性和机械性能，具体的热分解温度大于400℃；软化温度高于160℃；耐水洗摩擦；孔隙率约95％；功能层平均孔径0.25微米，85L/min空气流速下的压差约186Pa；对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％，远优于N95口罩(拦截率为95％)。

A polyurethane polyacrylonitrile super air filter and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及到一种聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片及其制备方法。
技术介绍
随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对能源的需求也随之增加，尤其在大、中城市，各类车辆大幅增加。由于对这些因素形成的空气污染缺乏足够的认识和重视，近年来，在人口密度大的地区，尤其是大、中城市产生雾霾天气，严重威胁人民的身体健康和生命。空气污染不仅能通过物理、化学、生物的侵蚀作用对周围物体产生破坏性的影响，而且污染气体经人的呼吸系统、皮肤表皮等部位对我们的呼吸道系统、神经系统、免疫能力、皮肤等产生严重的毒害作用。长期在空气质量较差的环境中生活或工作，不仅会引起呼吸功能下降，呼吸道症状加重，还会导致慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等疾病，严重的还会导致肺癌、鼻咽癌的患病率的增加。为此，人们常选用防护口罩对吸入的空气进行过滤和净化。目前，防护口罩的滤片主要分为两大类，即防尘类和防毒类。它们的作用都是将有害气溶胶，包括粉尘、熏烟、雾滴和毒气经过滤片吸附、阻挡而不被人吸入。对于好的防护口罩的滤片来说，应该具有以下三个条件：一是在面具与使用者面部密合良好的情况下过滤效率高；二是呼吸阻力小；三是使用者感觉舒适。然而，常规的防护口罩一般采用聚丙烯、聚乙烯等材料，通过SM熔喷工艺制备得到的单层或多层对称结构，主要通过无纺布形成的孔隙来达到过滤空气中的微小颗粒和微生物的作用。然而由于聚乙烯、聚丙烯等材料在熔喷过程中的熔体强度小，虽然可以通过调节静电力大小来调节非织造布纤维的直径，但是当制备超细纤维或纳米级的纤维时，其连续性、稳定性和均匀性都会受到一定阻碍，导致其过滤性能受到影响，不能同时满足高的过滤效率和低的呼吸阻力的要求。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的第一方面提供了一种聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片，其包括三层纤维复合结构，其中第一层为电纺聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维强力支撑层，其厚度为10～50μm，纤维直径为1～5μm；第二层为电纺超细聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维功能支撑层，其厚度为5～10μm，纤维直径为0.5～1.0μm；第三层为电纺聚氨酯纳米纤维过滤功能层，其厚度在0.5～3.0μm，纤维直径在0.05～0.5μm。作为一种优选的技术方案，所述超细聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维功能支撑层的平均孔径不高于0.3微米。作为一种优选的技术方案，所述第一层和第二层的制备原料包括聚氨酯和聚丙烯腈，其重量比例为(1：2)～(2：1)；优选的，其重量比例为1：1。作为一种优选的技术方案，所述聚氨酯的硬度ShoreD为42～60。本专利技术的第二个方面提供了如上所述的聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片的制备方法，包括如下步骤：(1)纺丝液的制备：按照重量比例分别取聚氨酯和聚丙烯腈原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，或将两种原料混合后溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚氨酯纺丝液和聚丙烯腈纺丝液，或者脱泡得到混合纺丝液；(2)三层非织造布的制备：三组静电纺丝头按顺序排在一条线上，挤出电纺，电纺所形成的纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的三层复合结构的非织造布；(3)后处理：将上一步骤中所得的三层非织造布经传送带导入干燥炉中在100～150℃下去除纤维中残留溶剂即得。作为一种优选的技术方案，所述三组静电纺丝中第一组静电纺丝的聚氨酯和聚丙烯腈纺丝混合液的质量浓度为19～25wt％，绝对粘度为3.0～7.0Pa.S。作为一种优选的技术方案，所述三组静电纺丝中第二组静电纺丝的聚氨酯和聚丙烯腈纺丝混合液的质量浓度为12～18wt％。作为一种优选的技术方案，所述第二组静电纺丝的聚氨酯和聚丙烯腈纺丝混合液的绝对粘度为1.5～2.5Pa.S。作为一种优选的技术方案，所述三组静电纺丝中第三组静电纺丝的聚氨酯纺丝液的质量浓度为5～12wt％。作为一种优选的技术方案，所述三组静电纺丝中第三组静电纺丝的聚氨酯纺丝液的绝对粘度为0.5～1.4Pa.S。本专利技术的第三个方面提供了如上的聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片在防雾霾口罩中的应用。本专利技术中所述的聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片具有优异的热稳定性和机械性能，具体的热分解温度大于400℃；软化温度高于160℃；耐水洗摩擦；孔隙率约95％；功能层平均孔径0.25微米，85L/min空气流速下的压差约186Pa；对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％，远优于N95口罩对0.3微米颗粒95％拦截率的过滤效果；水煮2h前后尺寸结构不发生变化，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率依然大于99.9％，使用后可以水煮或水蒸的方式进行除菌杀毒后可以重复使用，不影响过滤效果和使用舒适度。附图说明图1为本专利技术中聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片制备工艺流程示意图。具体实施方式参选以下本专利技术的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本专利技术的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本专利技术所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。此外，本专利技术要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。本专利技术的第一方面提供了一种聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片，其包括三层纤维复合结构，其中第一层为电纺聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维强力支撑层，其厚度为10～50μm，纤维直径为1～5μm；第二层为电纺超细聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维功能支撑层，其厚度为5～10μm，纤维直径为0.5～1.0μm；第三层为电纺聚氨酯纳米纤维过滤功能层，其厚度在0.5～3.0μm，纤维直径在0.05～0.5μm。在一些实施方式中，所述聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维强力支撑层的厚度为25～35μm，纤维直径为2.5～3.5μm。进一步地，所述超细聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维功能支撑层的厚度为6～8μm，纤维直径为0.6～0.8μm。进一步地，所述超细聚氨酯和聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片，其特征在于，其包括三层纤维复合结构，其中第一层为电纺聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维强力支撑层，其厚度为10～50μm，纤维直径为1～5μm；第二层为电纺超细聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维功能支撑层，其厚度为5～10μm，纤维直径为0.5～1.0μm；第三层为电纺聚氨酯纳米纤维过滤功能层，其厚度在0.5～3.0μm，纤维直径在0.05～0.5μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片，其特征在于，其包括三层纤维复合结构，其中第一层为电纺聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维强力支撑层，其厚度为10～50μm，纤维直径为1～5μm；第二层为电纺超细聚氨酯和聚丙烯腈复合纤维功能支撑层，其厚度为5～10μm，纤维直径为0.5～1.0μm；第三层为电纺聚氨酯纳米纤维过滤功能层，其厚度在0.5～3.0μm，纤维直径在0.05～0.5μm。


2.如权利要求1所述的聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片，其特征在于，所述第一层和第二层的制备原料包括聚氨酯和聚丙烯腈，其重量比例为(1：2)～(2：1)；优选的，其重量比例为1：1。


3.如权利要求1或2所述的聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片，其特征在于，所述聚氨酯的硬度ShoreD为42～60。


4.如权利要求1～3任意一项所述的聚氨酯-聚丙烯腈超级空气滤片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)纺丝液的制备：按照重量比例分别取聚氨酯和聚丙烯腈原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，或将两种原料混合后溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚氨酯纺丝液和聚丙烯腈纺丝液，或者脱泡得到混合纺丝液；
(2)三层非织造布的制备：三组静电纺丝头按顺序排在一条线上，挤出电纺，电纺所形成的纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的三层复合结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯豪情，程楚云，欧阳文，王琦，吕晓义，
申请(专利权)人：江西先材纳米纤维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36