一種復(fù)合納米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，尤其是一種復(fù)合納米纖維空氣過濾材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化的發(fā)展，環(huán)境及空氣的污染也進一步加劇，空氣中的粉塵嚴重地危及人類的健康，因此必須進行過濾凈化，此外高精度作業(yè)區(qū)如:超凈室，空氣凈化也是必不可少的。采用空氣過濾的方法可以分離、捕集分散于空氣中的微粒。靜電紡絲方法可以制備得到直徑幾十或幾百納米多孔纖維膜，其纖維膜比表面積大、孔隙率高，很適合用作過濾材料。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覆蓋一定厚度的納米纖維，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。申請?zhí)枮?01310674545.6的發(fā)明專利申請中公開了“一種復(fù)合型纖維空氣過濾材料及其制備方法”，其采用平行排列注射針筒靜電紡絲機進行紡絲作業(yè)制備得到交錯排布的靜電紡聚颯纖維和靜電紡聚丙烯睛纖維復(fù)合空氣過濾材料對空氣中粉塵的過濾效率高、壓力降較小。但上述研究制備的復(fù)合靜電紡納米纖維空氣過濾材料，雖然過濾效率有所提高，但是隨著納米纖維膜厚度的增加過濾過程中的壓力降也隨之增加，并且隨著納米纖維膜厚度的增加纖維膜結(jié)合緊密程度能下降，過濾效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為克服目前現(xiàn)有技術(shù)中的空氣過濾材料存在比面積小、容塵量低、氣流阻力高、復(fù)合膜結(jié)合不緊密，過濾效果差的缺陷，提供一種新型的復(fù)合納米纖維空氣過濾材料及其制備方法，該材料具有比面積大、容塵量高、氣流阻力低、復(fù)合膜結(jié)合緊密、過濾效果好的優(yōu)點。
[0004]本發(fā)明復(fù)合納米纖維空氣過濾材料，包括納米聚乙烯醇纖維絲層和由納米聚乙烯醇纖維絲與聚丙烯腈纖維絲的交織層。
[0005]通過一次性靜電紡絲獲得的呈交錯分布的納米聚乙烯醇纖維絲層和由納米聚乙烯醇纖維絲與聚丙烯腈纖維絲的交織層4層結(jié)構(gòu)的本發(fā)明復(fù)合納米纖維空氣過濾材料，其聚乙烯醇纖維的直徑為400-1000nm、靜電紡聚丙烯腈纖維的直徑為150-500nm，孔隙率為75-90 %，平均孔徑為0.4um-6um，并經(jīng)交聯(lián)處理。可獲得具有復(fù)合纖維結(jié)合緊密不分層和較佳的力學(xué)性能，其對數(shù)量中值直徑75nm NaCl氣溶膠的過濾效率為99.94%-99.99%，壓力降為180-600Pa。該材料特別適用于個人防護產(chǎn)品、空氣質(zhì)量檢測設(shè)備及空氣凈化裝置等領(lǐng)域。
[0006]本發(fā)明復(fù)合納米纖維空氣過濾材料的制備方法包括以下步驟:
[0007]a.分別配制質(zhì)量百分數(shù)為9-14%的聚乙烯醇紡絲液和質(zhì)量百分數(shù)為7%_14%的聚丙烯腈紡絲液；
[0008]b.將配制好的聚乙烯醇紡絲液、聚丙烯腈紡絲液分別注入到靜電紡絲機的連接兩個紡織噴頭的儲液筒中，將兩個紡織噴頭相對的分別設(shè)置在靜電紡絲機接收滾筒兩側(cè)并分別控制其紡絲液的噴出，在靜電紡絲機的接收滾筒上設(shè)置不銹鋼絲網(wǎng)，然后單獨啟動聚乙烯醇紡絲液噴頭，在接收滾筒的不銹鋼表面獲得一層聚乙烯醇纖維，之后再同時啟動聚丙烯腈紡絲液噴頭，則在前一纖維層表面上復(fù)合得聚乙烯醇纖維和聚丙烯腈纖維的交織層，如此反復(fù)交替紡絲即可獲得設(shè)定層次的復(fù)合紡織膜；
[0009]c.將步驟b獲得設(shè)定層次的復(fù)合紡織膜連帶不銹鋼絲網(wǎng)一起先后在丙酮水溶液和戊二醛冰醋酸溶液中浸泡2h后，在120oC下加熱烘干，即得到結(jié)構(gòu)致密和性能穩(wěn)定的復(fù)合纖維空氣過濾材料。
[0010]步驟a所述聚乙烯醇紡絲液的溶劑為去離子水，所述聚丙烯睛紡絲液的溶劑為二甲基甲酰胺;聚乙烯醇的聚合度為1750 土 50、聚丙烯腈的分子量為80，000或90，000。
[0011 ] 步驟c所述的丙酮水溶液為丙酮與水的體積比為3: 7，戊二醛冰醋酸溶液的濃度為2wt% ο
[0012]紡絲電壓為10-18kv，紡絲距離為12-25cm，喂液速度為0.5-2mL/h，接收滾筒上的不銹鋼絲網(wǎng)為300目，接收滾筒的轉(zhuǎn)速為100r/min。
[0013]本發(fā)明復(fù)合納米纖維空氣過濾材料，具有比面積大、容塵量高、氣流阻力低、復(fù)合膜結(jié)合緊密、過濾效果好的優(yōu)點，后經(jīng)交聯(lián)及加熱處理后復(fù)合膜結(jié)合緊密對空氣中粉塵的過濾率高，壓力降小。對數(shù)量中值直徑75nmNaCI氣溶膠的過濾效率為99.94%-99.99%，壓力降為180-600Pa。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明制備方法的靜電紡絲機噴頭布置示意圖；
[0015]圖中:1、2為靜電紡絲機噴頭，3為靜電紡絲機噴頭推進器，4為靜電紡絲機高壓電源，5為靜電紡絲機金屬接收滾筒；
[0016]圖2為本發(fā)明實施例1獲得的復(fù)合納米纖維空氣過濾材料表面電子顯微鏡掃描圖；
[0017]圖3為本發(fā)明實施例2獲得的復(fù)合納米纖維空氣過濾材料表面電子顯微鏡掃描圖；
[0018]圖4為本發(fā)明實施例3獲得的復(fù)合納米纖維空氣過濾材料表面電子顯微鏡掃描圖。
【具體實施方式】
[0019]以下通過實施例對本發(fā)明作進一步闡述。
[0020]實施例1
[0021]稱取1.Sg的聚乙烯醇(PVA)粉末溶于18.2g去離子水中，并90oC恒溫磁力攪拌下加速溶解，制備得到質(zhì)量百分數(shù)為9%的PVA紡絲液;稱取1.4g聚丙烯睛(PAN)(分子量為90，000)粉末，將其溶于18.6g二甲基甲酰胺溶劑中，并70°C恒溫磁力攪拌下加速溶解，制備得到質(zhì)量百分數(shù)為7%的PAN紡絲液。
[0022]將上述PVA紡絲液和PAN紡絲液分別倒入連通兩個紡織噴頭I和2的儲液筒中(如圖1所示)，噴頭處連接銅絲，將300目的不銹鋼絲網(wǎng)置于金屬接收滾筒5上。先單獨開啟PVA紡絲液進行紡絲，紡絲電壓1KV，紡絲距離15cm，紡絲液的喂液速度為0.5mL/h，收集I Omin，在金屬接收滾筒5上即獲得一層PVA纖維；之后再同時開啟PAN紡絲液和PVA紡絲液進行紡絲，紡絲電壓12KV，紡絲距離12cm，紡絲液的喂液速度為2mL/h，收集Ih，在金屬接收滾筒5上獲得的PVA纖維層上即復(fù)合了 PVA和PAN互相交織的納米纖維層;之后關(guān)閉PAN紡絲液，再單獨電紡PVA納米纖維1min;最后再同時開啟動PAN紡絲液和PVA紡絲液，電紡PVA和PAN互相交織的納米纖維層lh，按此交替反復(fù)紡絲2次，得到4層復(fù)合納料纖維膜。
[0023]停機后，將獲得的復(fù)合靜電紡纖維膜連帶不銹鋼絲網(wǎng)一起放入丙酮水溶液(丙酮與水體積比為3: 7)中浸泡2h，然后在戊二醛冰醋酸溶液(戊二醛質(zhì)量百分濃度為2wt % )中浸泡2h，在120°C下加熱烘干，使溶劑充分揮發(fā)。即得到厚度為62μπι結(jié)構(gòu)致密和性能穩(wěn)定的復(fù)合納米纖維空氣過濾材料。其中PVA纖維的直徑為845 士 35nm，PAN纖維的直徑為330 士24nm。圖2為該復(fù)合納米纖維空氣過濾材料的表面電子顯微鏡掃描圖。
[0024]該過濾材料的完全孔隙率為83.5%，平均孔徑為1.54μπι，對數(shù)量中值直徑75nmNaCI氣溶膠的過濾效率達到99.95%，而壓力降為212Pa。