一種高吸附性并具有抗菌耐霉活性碳纖維及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于抗菌環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及一種抗菌活性炭纖維及其制造方法。所述的抗菌活性炭纖維是一種聚酯纖維吸附材料，在多孔聚酯纖維材料表面沉積有碳與金屬的復(fù)合材料涂層。本發(fā)明的制備工藝中，首先利用超飽和發(fā)泡法，使氮氣進(jìn)入聚酯纖維的自由體積中，再通過降壓和升溫處理，使壓入自由體積中的氮氣膨脹，形成大量氣泡，并固定孔形。利用磁控濺射方法，將碳與金屬的混合靶材沉積在纖維材料表面。
【專利說明】一種高吸附性并具有抗菌耐霉活性碳纖維及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于抗菌環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及一種成本低、吸附性高并具有抗菌耐霉活性的碳纖維及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]活性炭(GAC)是一種經(jīng)過活化處理的多孔炭，具有極強(qiáng)的吸附能力，它在軍事、化工、環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用已有百年的歷史?；钚蕴祭w維(為纖維狀)，纖維上布滿微孔，其對有機(jī)氣體吸附能力比顆?；钚蕴吭诳諝庵懈邘妆吨翈资叮谒芤褐懈??6倍，吸附速率快100?1000倍。在工業(yè)上利用他的超強(qiáng)吸附能力去回收有機(jī)溶劑，凈化空氣，凈化用水。
[0003]活性碳纖維是一種高科技產(chǎn)品，世界上只有少數(shù)國家能夠生產(chǎn)，他的制品可以是絲、紙、氈、布等形式，傳統(tǒng)的活性碳纖維因工藝復(fù)雜且能耗高工期長，市場價格在25萬/噸左右，是活性炭的十幾倍到二十幾倍，嚴(yán)重限制了它的市場使用量。
[0004]并且由于活性碳纖維在使用過程中，也會吸附微生物，使過濾吸附材料霉變，會造成微生物污染。
[0005]為了克服上述缺陷，本發(fā)明公開了一種制造工藝簡單，成本低，又具有抗菌耐霉的活性碳纖維。這種高比表面積、高附加值、高科技、低污染的新型活性碳材料具有極好的發(fā)展前景和廣闊的應(yīng)用市場。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:現(xiàn)有技術(shù)中，活性碳纖維在使用過程中，由于微生物的存在易產(chǎn)生霉變，且活性碳纖維材料的加工生產(chǎn)成本過高。
[0007]為解決這一技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種新型的活性碳纖維吸附材料，是一種聚酯纖維吸附過濾材料，該多孔聚酯纖維材料表面沉積有碳與金屬的復(fù)合材料涂層。復(fù)合材料涂層中，碳材料包括石墨、碳粉，金屬材料包括銅、銀、鋅、鈦、錳、鎳、鋁中的一種或幾種。
[0008]本發(fā)明還提供了一種上述聚酯纖維吸附過濾材料的制備方法，首先采用超飽和發(fā)泡法制備出多孔聚酯纖維材料，再通過物理氣相沉積方法在多孔聚酯纖維表面制備出一層碳與金屬的復(fù)合材料涂層，該工藝可以在同一個設(shè)備內(nèi)完成。
[0009]超飽和發(fā)泡法制備出多孔聚酯纖維材料，具體操作為，
[0010]( I)利用室溫加壓法，在高壓作用下使氣體充分浸潤聚酯纖維，使氣體進(jìn)入聚酯纖維的自由體積中，
[0011]高分子纖維種類眾多，本發(fā)明以聚酯纖維(如PET、PBT、PAR、TPEE等)為開孔基材，其中優(yōu)選PET纖維，PET本身無毒、無味，安全性好，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，耐高溫、低溫性能，對油、脂肪、堿、烯酸以及大多數(shù)溶劑都有良好的耐性，并且透明度高，具有抗紫外能力；
[0012]開孔氣體有氮氣、氬氣、二氧化碳?xì)怏w或用兩種以上混合氣體，本發(fā)明優(yōu)選氮氣，氮氣熱力學(xué)、化學(xué)性能均比較穩(wěn)定，無毒害作用、成本低，不污染環(huán)境，[0013]在該步驟中，高壓控制在6MPa — 8MPa，不同的壓力對多孔纖維中的孔隙密度的影響不同:壓力越大，纖維氣泡密度越大，但同時對生產(chǎn)條件、設(shè)備等要求越高，
[0014]加壓時間對氣泡密度也有影響，加壓的時間越長，得到的纖維中的孔隙越多，耗能也將越多，一般控制在4小時到24小時；
[0015](2)迅速降壓至常壓，然后再降至負(fù)壓，其中，從高壓降至“負(fù)的一個大氣壓”的時間，控制在IOmin內(nèi)，7—IOmin較為適宜；
[0016](3)在卷繞恒溫爐中，負(fù)壓(負(fù)的一個大氣壓)發(fā)泡，恒溫爐溫度為120°C — 160°C，發(fā)泡時間為IOS — 20S，步驟(2)、(3)可以在同一設(shè)備中進(jìn)行，
[0017]不同發(fā)泡溫度對多孔纖維孔密度有影響，溫度越高，氣體膨脹越快，聚酯纖維中的孔密度也呈現(xiàn)正相關(guān)提高，
[0018]降壓和升溫處理，使壓入自由體積中的氣體膨脹，形成大量氣泡，并在聚酯纖維材料中固定孔形，
[0019]綜上，通過用室溫加壓然后升溫發(fā)泡工藝可制得發(fā)泡纖維，氣泡結(jié)構(gòu)隨處理條件的不同，而有很大的不同。在其他工藝條件不變的情況下，發(fā)泡纖維中氣泡密度分別隨著壓力、加壓時間、發(fā)泡溫度、發(fā)泡時間的增加而增大,其中發(fā)泡時間大于IOs后,對氣泡密度無明顯影響。
[0020]開孔操作結(jié)束后，通過物理氣相沉積方法制備復(fù)合材料涂層的操作為，采用真空鍍膜機(jī)，用磁控濺射方法將碳與金屬的復(fù)合靶材沉積在在多孔聚酯纖維的表層和孔隙中，具體工藝步驟為:(I)多孔纖維干燥處理；(2)上爐；(3)充氣體；(4)鍍膜；(5)下爐，
[0021]步驟(3)中鍍膜采用磁控濺射卷繞機(jī)，所充氣體為甲烷、乙炔或兩者的混合氣體，步驟(4)中氣體體積流量為400?600SCCM，電流:6A?15A。
[0022]碳與金屬的復(fù)合祀材為碳材料與金屬材料壓制成型的混合祀,制備工藝為:將碳材料與金屬粉，按比例混合后，用冷靜壓技術(shù)壓制成塊狀，然后切割成型，壓力是每平方厘米50-80公斤。碳與金屬的重量百分比為“99.9%比0.01%”至“80%比20%”，金屬選自銅、銀、鋅、鈦、錳、鎳、鋁中的一種或幾種。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于:(I)在制備多孔聚酯纖維材料時，采用氮氣發(fā)泡，對人畜無任何毒害作用、且成本低，不污染環(huán)境；(2)將活性碳負(fù)載在多孔聚酯纖維上，復(fù)合靶材進(jìn)入到孔隙中，大大增加了活性碳的比表面積，增強(qiáng)了其吸附作用；(3)將納米銅參雜到碳粉中，可使得到的復(fù)合材料具有長效的抗菌、防霉功效；(4)使用磁控濺射的方法，沉積碳與金屬的復(fù)合材料鍍層，減少了環(huán)境污染、降低了生產(chǎn)成本。
[0024]制備工藝難點及創(chuàng)新點:多孔聚酯纖維的制備和磁控濺射鍍覆碳、金屬涂層在同一個設(shè)備內(nèi)完成。1、磁控濺射爐內(nèi)設(shè)計正負(fù)壓體系，在爐腔內(nèi)部靠近爐門部位增設(shè)一個含電磁絲的硅膠圈，通過電磁控制硅膠圈的內(nèi)吸和外壓作用保證爐內(nèi)可以滿足正壓、負(fù)壓的沖擊。2、在爐內(nèi)通入過量氮氣、氬氣或二氧化鈦氣體，室溫加壓使氣體進(jìn)入高分子PET的自由體積中，然后降壓、恒溫處理得到多孔PET纖維。3、在同一個爐內(nèi)開啟磁控濺射，將碳、金屬材料沉積在多孔纖維上。
【具體實施方式】
[0025]下述工藝步驟，在同一個設(shè)備內(nèi)完成:[0026]一、用超飽和氣體法制備多孔聚酯纖維。
[0027]發(fā)泡材料的成型過程一般都要經(jīng)過3個主要階段，即氣泡核的形成、氣泡的膨脹以及氣泡的固定化成型等。其具體工藝步驟為:(I)在高壓作用下使氮氣充分浸潤聚酯PET纖維；
[0028](2)迅速降壓至常壓；(3)在恒溫爐中發(fā)泡。
[0029]利用磁控濺射爐內(nèi)的正負(fù)壓體系(在爐腔內(nèi)部靠近爐門部位增設(shè)一個含電磁絲的硅膠圈，通過電磁控制硅膠圈的內(nèi)吸和外壓作用保證爐內(nèi)可以滿足正壓、負(fù)壓的沖擊)，于室溫(25°C)下以SMPa壓力使氮氣充分浸潤聚酯PET (上海聯(lián)漢化學(xué)纖維公司)纖維12h，在IOmin內(nèi)迅速降至負(fù)壓(負(fù)的一個大氣壓)，該負(fù)壓下，于160°C發(fā)泡10s。
[0030]二、用物理氣相沉積一磁控濺射方法制備碳、銅涂層。
[0031]將石墨與銅粉，按重量百分比“90%:10%”的比例混合后，用冷靜壓技術(shù)壓制成塊狀，然后切割成所需的形狀，壓力是每平方厘米65公斤，得到混合靶材。
[0032]用磁控濺射方法將碳、銅混合靶材涂層鍍在多孔聚酯纖維表層，其具體工藝步驟為:(I)多孔纖維干燥處理；(2)上爐；(3)充氣體；(4)鍍膜；(5)下爐，
[0033]步驟(3)中鍍膜采用磁控濺射卷繞機(jī)，充氣體為甲烷；步驟(4)中乙炔氣體體積流量為500SCCM，電流:12A，起始真空為7.0*10_3Pa，鍍膜線速4m/min，鍍膜次數(shù)為I~2次，收放力為50N。
[0034]表1實施例測定結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種聚酯纖維吸附材料，其特征在于:所述的聚酯纖維吸附材料為，多孔聚酯纖維材料表面沉積有碳與金屬的復(fù)合材料涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的聚酯纖維吸附材料，其特征在于:所述的聚酯纖維為PET纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的聚酯纖維吸附材料，其特征在于:所述的復(fù)合材料涂層中，碳材料包括石墨、碳粉。
4.如權(quán)利要求1所述的聚酯纖維吸附材料，其特征在于:所述的復(fù)合材料涂層中，金屬材料包括銅、銀、鋅、鈦、錳、鎳、鋁中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的方法為，首先采用超飽和發(fā)泡法制備出多孔聚酯纖維材料，再通過物理氣相沉積方法在多孔聚酯纖維表面制備出一層碳與金屬的復(fù)合材料涂層。
6.如權(quán)利要求5所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的超飽和發(fā)泡法制備出多孔聚酯纖維材料，具體操作為，(I)利用室溫加壓法，在高壓作用下使氣體充分浸潤聚酯纖維；(2)迅速降壓至常壓，然后再降至負(fù)壓；(3)恒溫發(fā)泡。
7.如權(quán)利要求6所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的高壓為6MPa — 8MPa ;步驟(2)中高壓降至負(fù)壓的時間控制在IOmin內(nèi)；步驟(3)中于卷繞恒溫爐內(nèi)發(fā)泡，卷繞恒溫爐溫度為120°C — 160°C，發(fā)泡時間為IOS — 20S。
8.如權(quán)利要求5所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的通過物理氣相沉積方法制備復(fù)合材料涂層的操作為，采用真空鍍膜機(jī)，用磁控濺射方法將碳與金屬的復(fù)合靶材沉積在在多孔聚酯纖維的表層和孔隙中。
9.如權(quán)利要求8所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的磁控濺射方法具體工藝步驟為(I)多孔纖維干燥處理；(2)上爐；(3)充氣體；(4)鍍膜；(5)下爐，步驟(3)中，所充氣體為甲烷、乙炔或兩者的混合氣體，步驟(4)中氣體體積流量為400?600SCCM,電流為 6A ?15A。
10.如權(quán)利要求8所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的碳與金屬的復(fù)合靶材中，碳與金屬的重量百分比為“99.9%:0.01%”至“80%:20%”。
【文檔編號】B01J20/30GK103551126SQ201310544709
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】錢曉錦, 王亭亭, 姜楓, 萬松山, 姜培齊 申請人:江蘇創(chuàng)發(fā)生物科技有限公司