[发明专利]一种微米纤维/纳米纤维复合过滤材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种微米纤维/纳米纤维复合过滤材料及其制备方法，所述制备方法为：在静电纺丝过程中通过环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置，采用双区域隔离纺丝控制技术在接收基材上一步成型获得兼具微米纤维和纳米纤维的三维结构复合过滤材料。本发明的一种微米纤维/纳米纤维复合过滤材料，对0.02～10μm的颗粒物过滤效率可达99.95％以上，阻力压降小于40Pa。该制备方法工艺简单，纤维直径可控，孔径大小可控，所得复合过滤材料的纤维直径和孔径具有微/纳米尺度，赋予良好的过滤性能，可广泛应用于口罩滤芯、空气净化器、空调等空气净化产品中。

技术领域

本发明涉及一种微米纤维/纳米纤维复合过滤材料及其制备方法，特别是通过环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置，采用双区域隔离纺丝控制技术在接收基材上一步成型获得兼具微米纤维和纳米纤维的三维结构复合过滤材料，属于功能材料领域。

背景技术

我国环境总体恶化趋势尚未得到根本遏制，环境污染问题已成为威胁人体健康、公共安全和社会稳定的主要因素之一，因此急需一种高效空气过滤材料。纳米材料具有尺寸直径小、比表面积大、吸附能力强等功能，具有很好的过滤效果。通过静电纺丝技术制备的微米/纳米纤维材料，具有高比表面积、吸附能力强、孔径小、阻隔能力高等优点，微米纤维层可实现初步过滤和支撑作用，纳米纤维层可实现高效阻隔，将其分别沉积到基材上可制备出多级复合过滤材料。

现有公开的制备复合过滤材料专利有：“一种纤维素纳米碳纤维过滤材料的制备方法”(CN201410007987.X)，选择了纤维素及木质素混合进行静电纺丝、碳化制备纳米碳纤维，生产过程复杂，不利于规模化生产，且制得的纳米碳纤维韧性及强度等指标未进行明确的表征；“一种复合型纤维过滤材料及其制备方法”(CN201610760620.4)，包括无机纤维和有机纤维混纺织造而成，所述无机纤维采用无碱玻璃纤维、石英纤维或者陶瓷纤维，有机纤维采用改性腈纶纤维、亚克力纤维或聚酰亚胺纤维中的一种，其纤维直径较粗且脆性较大，过滤性能如过滤效率、阻力压降均未提及；专利“一种高效低阻静电纺纳米纤维空气过滤材料及批量化制备方法”(CN201610784058.9)中所涉及的直径在500～800nm的微球嵌入纳米纤维之间，形成三维立体空腔结构，降低过滤阻力，聚合物低浓度溶液在形成微球的同时会形成直径在80nm左右的超细纳米纤维，但其超细纳米纤维的覆盖率未提及，过滤效率的提高率尚不明确。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、纤维直径可控、孔径大小可控的微米纤维/纳米纤维复合过滤材料的制备方法。通过该制备方法得到的复合过滤材料的纤维直径和孔径具有微/纳米尺度，具有良好的过滤性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种微米纤维/纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配制质量百分比浓度为1～40％的聚合物纺丝液A和聚合物纺丝液B，分别用于制备纳米纤维层和微米纤维层，配制过程为：直接将一定量的聚合物加入到相应的溶剂中，封口后用磁力搅拌装置连续搅拌3～18小时，如需加热搅拌则放入0～100℃的水浴锅中，最终制备出稳定、均匀的纺丝液；

2)分别将制备好的聚合物纺丝液A和聚合物纺丝液B通过供液装置分别吸入喷丝模块中，在静电纺丝过程中通过环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置，采用双区域隔离纺丝控制技术在接收基材上一步成型获得兼具微米纤维和纳米纤维的三维结构复合过滤材料，其中静电纺丝的工艺条件为：电压20～100kV，接收距离5～100cm，灌注速度0.05～10mL/h，温度0～40℃，相对湿度10～90％。

优选地，所述环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置包括排气风机、环形排气分管、排气主管以及溶剂蒸汽回收装置，排气风机的排风量大小由变频器调节，排气风机与环形排气分管相通，环形排气分管通过绝缘支架固定在纺丝模块内，环形排气分管上方开有小孔，且小孔的开孔大小可调节，排气分管通过排气延伸管道与排气主管的一端相连，排气主管布置在纺丝模块下方，排气主管的上方开有百叶窗，排气主管的另一端通过排气延伸管道通向溶剂蒸汽回收装置。