专利名称：一种含聚合物纳米纤维的滤材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种含聚合物纳米纤维的滤材及其制备方法，属于纺织材料领域。
背景技术：
近年来随着纳米材料技术的飞速发展，纳米纤维技术已成为纤维科学的前沿和研究热点，纳米纤维由于其超大的比表面积，广泛应用于化工、医药等产品的提纯、过滤等。在应用上，纳米纤维由于其超细的纤维直径，主要是以纳米纤维膜的形式应用于各种领域，包括以纳米纤维加工成纳米纤维膜来作为水处理或医药提纯中的过滤材料。但是，单独使用纳米纤维来作为过滤膜有存在很大的局限性，一来是由于纳米纤维膜的力学性能差，单独使用不易控制，二来由于纳米纤维的产量很低，难以实现工业化生产，若单独使用会造成纳米纤维的浪费。但若将纳米纤维附着在一定基体材料上，很难保证纳米纤维与基体材料间的粘连性，这同样导致了纳米纤维在应用上的困难。目前采用纳米纤维膜作为滤材的报道已经有了很多，但是将纳米纤维与常规纤维混合后经气流成网工艺制备含有纳米纤维的混合纤维滤材的方法还未见报道。
发明内容
针对上述存在问题，本发明的目的是提供一种含聚合物纳米纤维的滤材及其制备方法，为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为一种含聚合物纳米纤维的滤材，所述的含聚合物纳米纤维的滤材是由有机纤维和纳米纤维构成，有机纤维和纳米纤维的质量分数分别为有机纤维60%-90%纳米纤维10%-40%其中，所述的有机纤维为天然纤维或化学纤维中的一种，所述的纳米纤维为直径在50nm-800nm的聚合物纳米纤维中的一种。一种含聚合物纳米纤维的滤材的制备方法，制备方法按以下步骤进行A采用粉碎机在常温下对聚合物纳米纤维进行开松分散处理，得到均匀分散开松的聚合物纳米纤维，其中粉碎机的转速为10000转/分，处理时间为I分钟；B将经A步骤所得到的聚合物纳米纤维与有机纤维按质量比10-40 60-90混合后，经开松机进行开松及分散处理，形成聚合物纳米纤维与有机纤维的混合纤维层，其中开松机的转速为2500转/分；C采用气流成网工艺将经B步骤中所制备的混合纤维层在4000_7000Pa的负风压的作用下吸附在转动的成帘网上，形成l_3mm厚度的混合纤维网，其中成帘网的目数为50 目；D对经C步骤中所得到的混合纤维网进行热压处理，得到由质量分数分别为60% -90%的有机纤维和10% -40%的聚合物纳米纤维构成的含纳米纤维的滤材，其中，热压温度为100-130°C，热压时间为3-5分钟。
由于采用了以上技术方案，本发明具有以下优点本发明的一种含聚合物纳米纤维的滤 材及其制备方法，制备方法采用先将聚合物纳米纤维用粉碎机进行初步开松分散，减少聚合物纳米纤维之间的缠结和粘附现象，使其达到完全的松散状态，为下一步更好的与有机纤维均匀分散做前期准备；将上述开松分散之后的聚合物纳米纤维与有机纤维按一定的质量比混合，然后采用开松机对混合纤维进行开松处理，完成合物纳米纤维与有机纤维的混合工作，同时也可以对有机纤维进行开松处理，减少有机纤维之间的缠结和粘附现象；由于纳米纤维尺寸很小，很难采用有形的器具或机械将其完全以单纤维形式均匀分散并存在于有机纤维之间的空隙中，而采用气流成网工艺则可以利用负气压产生的强气流将有机纤维与纳米纤维最大限度的以单纤维分散的形式均匀混合并被吸附在转动的成网帘上，使得纳米纤维均匀分散于有机纤维骨架结构中，在成网帘上形成一定厚度的混合纤维网毡；最后，为了增强该混合纤维网毡中纳米纤维与有机纤维间的粘连性以增强该混合纤维网毡滤材的力学性能，对该混合纤维网毡进行热压处理，制成以有机纤维为骨架结构并内含有聚合物纳米纤维的过滤材料。本发明制备方法生产的含聚合物纳米纤维的滤材，一方面在经气流成网工艺后形成的有机纤维骨架结构为内嵌在有机纤维之间空隙中的聚合物纳米纤维提供了更稳固的分散环境，解决了聚合物纳米纤维由于其力学性能差且产量较低而难以单独应用的技术难题，另一方面由于聚合物纳米纤维均匀分散在有机纤维骨架结构中，这使得同量的聚合物纳米纤维与外界环境具有更大的接触面积，当这种以有机纤维为骨架结构的含聚合物纳米纤维的滤材在应用于水过滤或药物过滤的过程中，不仅可以拦截体积较小的颗粒，甚至还能对小分子进行拦截或吸附，具有很好的过滤功能。另外该方法具有工艺简单的特点，易于实现含聚合物纳米纤维滤材的工业化生产，具有很大的应用潜力。
具体实施例方式一种含聚合物纳米纤维的滤材，所述的含聚合物纳米纤维的滤材是由内嵌的聚合物纳米纤维和作为骨架结构的有机纤维构成，有机纤维和纳米纤维的质量分数分别为有机纤维60%-90%纳米纤维10%-40%其中，所述的有机纤维为天然纤维或化学纤维中的一种，所述的纳米纤维为直径在50nm-800nm的聚合物纳米纤维中的一种。一种含聚合物纳米纤维的滤材的制备方法，制备方法按以下步骤进行A为了减少聚合物纳米纤维之间的缠结和粘附现象，使其达到完全的松散状态，为下一步更好的与有机纤维均匀分散做前期准备，先是采用粉碎机在常温下对聚合物纳米纤维进行开松分散处理，得到均匀分散开松的聚合物纳米纤维，其中粉碎机的转速为10000转/分，处理时间为I分钟，较大的转速可以提高聚合物纳米纤维的开松分散效果，但时间不宜过长，因为在粉碎机高速运转的过程中容易发热，会导致聚合物纳米纤维结构的破坏，因此处理时间控制在I分钟；B将经A步骤所得到的聚合物纳米纤维与有机纤维按质量比10-40 60_90混合，由于有机纤维起到为聚合物纳米纤维提供骨架结构的作用，因此该滤材中的有机纤维在质量上需要占主体位置，在混合纤维经开松机进行开松及分散处理之后，形成聚合物纳米纤维与有机纤维的混合纤维层，其中开松机的转速为2500转/分，该纤维层是在开松机的运行过程中从出料口慢慢出来，直至喂料的加工完成或开松机停止工作；C采用气流成网工艺将经B步骤中所制备的混合纤维层在4000_7000Pa的负风压的作用下吸附在转动的成帘网上，形成l_3mm厚度的混合纤维网，其中成帘网的目数为50目，在这个过程中，负气压的压强不宜太小，这样不能有效的将混合纤维吸在成网帘上，但负气压压强也不宜过大，因为太大的气流会导致混合纤维，特别是尺寸小的聚合物纳米纤维直接穿过成网帘，而成帘网的目数是根据有机纤维的尺寸定在50目，这样不仅不会影响负气压下强气流的形成，也不至于直接使混合纤维在强气流的作用下直接穿过成帘网；D经C步骤中所得到的混合纤维网，是靠强气压将混合纤维压在一起，其力学性能并不理想，不适于该含聚合物纳米纤维滤材的使用，所以要对其进行热压处理，增强该混合纤维网毡中纳米纤维与有机纤维间的粘连性以增强该混合纤维网毡滤材的力学性能，于是才得到由质量分数分别为60% -90%的有机纤维和10% -40%的聚合物纳米纤维构成的含纳米纤维的滤材，其中，热压温度为100-130°C，热压时间为3-5分钟，热压温度和热压时间要适当，过高的热压温度或过长的热压时间，会破坏滤材当中聚合物纳米纤维的纳米结构和有机纤维的纤维形态，热压温度太小或热压时间太短，又会导致热压效果的降低。下面结合具体实施例对本发明进一步详细描述。实施例I采用粉碎机在常温下以10000转/分的转速对聚丙烯纳米纤维进行开松分散处理I分钟，将得到的均匀分散开松的聚丙烯纳米纤维与羊毛纤维按质量比20 80混合后，经开松机以2500转/分的转速进行开松及分散处理，形成聚丙烯纳米纤维与羊毛纤维的混合纤维层，再采用气流成网工艺将混合纤维层在5000Pa的负风压的作用下吸附在转动的目数为50目的成帘网上，形成2mm厚度的混合纤维网，在110°C条件下对其进行热压处理3分钟，得到由质量分数分别为80%的羊毛纤维和20%的聚丙烯纳米纤维构成的含聚丙烯纳米纤维的滤材，其截留分子量可达到5000。实施例2采用粉碎机在常温下以10000转/分的转速对尼龙6纳米纤维进行开松分散处理I分钟，将得到的均匀分散开松的尼龙6纳米纤维与棉纤维按质量比10 90混合后，经开松机以2500转/分的转速进行开松及分散处理，形成尼龙6纳米纤维与棉纤维的混合纤维层，再采用气流成网工艺将混合纤维层在4000Pa的负风压的作用下吸附在转动的目数为50目的成帘网上，形成Imm厚度的混合纤维网，在100°C条件下对其进行热压处理3分钟，得到由质量分数分别为90%的棉纤维和10%的尼龙6纳米纤维构成的含尼龙6纳米纤维的滤材，其截留分子量可达到8000。实施例3采用粉碎机在常温下以10000转/分的转速对聚乳酸纳米纤维进行开松分散处理I分钟，将得到的均匀分散开松的聚乳酸纳米纤维与丙纶纤维按质量比30 70混合后，经开松机以2500转/分的转速进行开松及分散处理，形成聚乳酸纳米纤维与丙纶纤维的混合纤维层，再采用气流成网工艺将混合纤维层在6000Pa的负风压的作用下吸附在转动的目数为50目的成帘网上，形成2mm厚度的混合纤维网，在120°C条件下对其进行热压处理5分钟，得到由质量分数分别为70%的丙纶纤维和30%的聚乳酸纳米纤维构成的含聚乳酸纳、米纤维的滤材，其截留分子量可达到7000。实施例4采用粉碎机在常温下以10000转/分的转速对聚乙烯醇与聚乙烯的共聚物PVA-co-PE纳米纤维进行开松分散处理 I分钟，将得到的均匀分散开松的PVA-co-PE纳米纤维与蚕丝纤维按质量比40 60混合后，经开松机以2500转/分的转速进行开松及分散处理，形成PVA-co-PE纳米纤维与蚕丝纤维的混合纤维层，再采用气流成网工艺将混合纤维层在7000Pa的负风压的作用下吸附在转动的目数为50目的成帘网上，形成3mm厚度的混合纤维网，在110°C条件下对其进行热压处理4分钟，得到由质量分数分别为60%的蚕丝纤维和40%的PVA-co-PE纳米纤维构成的含PVA-co-PE纳米纤维的滤材，其截留分子量可达到 5000。实施例5采用粉碎机在常温下以10000转/分的转速对聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维进行开松分散处理I分钟，将得到的均匀分散开松的聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维与棉纤维按质量比20 80混合后，经开松机以2500转/分的转速进行开松及分散处理，形成聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维与棉纤维的混合纤维层，再采用气流成网工艺将混合纤维层在6000Pa的负风压的作用下吸附在转动的目数为50目的成帘网上，形成2mm厚度的混合纤维网，在110°C条件下对其进行热压处理3分钟，得到由质量分数分别为80%的棉纤维和20%的聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维构成的含聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维的滤材，其截留分子量可达到5000。实施例6采用粉碎机在常温下以10000转/分的转速对尼龙6纳米纤维进行开松分散处理I分钟，将得到的均匀分散开松的尼龙6纳米纤维与涤纶纤维按质量比30 70混合后，经开松机以2500转/分的转速进行开松及分散处理，形成尼龙6纳米纤维与涤纶纤维的混合纤维层，再采用气流成网工艺将混合纤维层在5000Pa的负风压的作用下吸附在转动的目数为50目的成帘网上，形成2mm厚度的混合纤维网，在120°C条件下对其进行热压处理3分钟，得到由质量分数分别为70%的涤纶纤维和30%的尼龙6纳米纤维构成的含尼龙6纳米纤维的滤材，其截留分子量可达到6000。
权利要求
1.一种含聚合物纳米纤维的滤材，其特征在于所述的含聚合物纳米纤维的滤材是由有机纤维和纳米纤维构成，有机纤维和纳米纤维的质量分数分别为 有机纤维 60%-90% 纳米纤维 10%-40% 其中，所述的有机纤维为天然纤维或化学纤维中的一种，所述的纳米纤维为直径在50nm-800nm的聚合物纳米纤维中的一种。
2.一种含聚合物纳米纤维的滤材的制备方法，制备方法按以下步骤进行 A采用粉碎机在常温下对聚合物纳米纤维进行开松分散处理，得到均匀分散开松的聚合物纳米纤维，其中粉碎机的转速为10000转/分，处理时间为I分钟； B将经A步骤所得到的聚合物纳米纤维与有机纤维按质量比10-40 60-90混合后，经开松机进行开松及分散处理，形成聚合物纳米纤维与有机纤维的混合纤维层，其中开松机的转速为2500转/分； C采用气流成网工艺将经B步骤中所制备的混合纤维层在4000-7000Pa的负风压的作用下吸附在转动的成帘网上，形成l_3mm厚度的混合纤维网，其中成帘网的目数为50目； D对经C步骤中所得到的混合纤维网进行热压处理，得到由质量分数分别为60%-90%的有机纤维和10% -40%的聚合物纳米纤维构成的含纳米纤维的滤材，其中，热压温度为100-130°C，热压时间为3-5分钟。
全文摘要
本发明涉及一种含聚合物纳米纤维的滤材及其制备方法，属于纺织材料领域。制备方法包括将经粉碎机开松分散之后的聚合物纳米纤维与有机纤维按质量比10-40∶60-90混合，再经开松机对混合纤维进行混合开松处理形成混合纤维层，对混合纤维层采用气流成网工艺以及热压工艺，制备出一种含聚合物纳米纤维的滤材。本发明制备的含纳米纤维滤材具有优异的过滤功能，其制备方法具有工艺简单的特点，易于实现含纳米纤维滤材的工业化生产，使其在清洁材料领域里都有很大的应用潜力。
文档编号D04H1/4382GK102634930SQ20121010871
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者徐卫林, 王凯, 王栋, 蒋海青, 薛潇, 赵青华 申请人:武汉纺织大学