一种利用碳浆纳米喷涂制备过滤材料的方法与流程

本发明涉及过滤材料技术领域，尤其涉及一种利用碳浆纳米喷涂制备过滤材料的方法。

背景技术：

静电纺丝技术由美国人formhals于1934年首先提出，目前已经十分成熟，成为制备纳米和亚微米级材料的重要方法。它的原理主要是聚合物液滴在电场力和表面张力的协同作用下，先产生“taylor圆锥”，进而产生射流，在向接收板运行过程中，液滴进行分裂和拉伸，溶剂进行挥发，最终纤维沉积到接收板上，纺丝液的浓度适宜时，可以形成静电喷涂的效果，而不再形成纤维丝。

静电纺纤维具有优异形态结构，使其具有良好的过滤性能，但由于纳米纤维层机械性能差，不能被单独用于过滤材料，极大的限制了其使用，现有技术通过将静电纺纤维与一些基布结合在一起，制成复合材料，使静电纺纤维用在过滤和净化领域成为可能，但在通过将静电纺纤维和基布结合在一起来制备复合过滤材料的过程中，存在静电纺纤维很难在基布表面附着，并与基布难以紧密结合的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用碳浆纳米喷涂制备过滤材料的方法，该方法解决了过滤材料表面所纺纤维的固定问题，同时由于喷涂颗粒的高比表面积，有助于杂质的吸附，使过滤效率也得到了提升。

一种利用碳浆纳米喷涂制备过滤材料的方法，所述方法包括：

步骤1、首先按照需求制备相应浓度的高分子碳浆溶液；

步骤2、将所制备的高分子碳浆溶液加入到带有喷头的玻璃器皿中，并放置到静电喷涂装置上；

步骤3、调节喷头和纺有纤维的工业滤布之间的距离，并调节所述静电喷涂装置的电压，使高分子碳浆溶液在高压静电的作用下均匀喷涂到所述工业滤布上；

步骤4、通过辊轴装置对喷涂后的工业滤布进行冷轧处理，得到所需过滤材料。

在所述步骤1中，具体制备过程为：

称量一定质量的高分子基材，在其中加入一定量的导电物质；

高速搅拌一定时间使其搅拌均匀，制备得到所需浓度的高分子碳浆溶液；

其中，所述高分子碳浆溶液的质量浓度为1％-99％。

所采用的高分子基材包括硅橡胶或聚氨酯；

所采用的导电物质包括石墨烯、碳纳米管或石墨。

在所述步骤2中，所述静电喷涂装置由高压源、溶液盛装装置和喷涂设备组成；

其中，所述高压源的范围为0.1kv-50kv，所述喷涂设备的孔径为0.3mm-3.5mm。

在所述步骤4中，所述辊轴装置包括两个辊子和电动机，通过调节辊子的间距来调节辊子对材料所压力度的大小。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法解决了过滤材料表面所纺纤维的固定问题，同时由于喷涂颗粒的高比表面积，有助于杂质的吸附，使过滤效率也得到了提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供利用碳浆纳米喷涂制备过滤材料的方法；

图2为本发明所举实例所制备的过滤材料的sem示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供利用碳浆纳米喷涂制备过滤材料的方法，所述方法包括：

步骤1、首先按照需求制备相应浓度的高分子碳浆溶液；

在该步骤中，具体制备过程为：

首先称量一定质量的高分子基材，在其中加入一定量的导电物质；

高速搅拌一定时间使其搅拌均匀，制备得到所需浓度的高分子碳浆溶液；

其中，所述高分子碳浆溶液的质量浓度为1％-99％。

具体实现过程中，上述所采用的高分子基材包括硅橡胶或聚氨酯；所采用的导电物质包括石墨烯、碳纳米管或石墨。

步骤2、将所制备的高分子碳浆溶液加入到带有喷头的玻璃器皿中，并放置到静电喷涂装置上；

在该步骤中，上述静电喷涂装置由高压源、溶液盛装装置和喷涂设备组成；

其中，所述高压源的范围为0.1kv-50kv，所述喷涂设备的孔径为0.3mm-3.5mm。

步骤3、调节喷头和纺有纤维的工业滤布之间的距离，并调节所述静电喷涂装置的电压，使高分子碳浆溶液在高压静电的作用下均匀喷涂到所述工业滤布上；

在该步骤中，可以在1cm-20cm的范围内调节静电喷涂装置的接收距离，当喷头下面形成小液滴时，打开高压源调节电压，使高分子碳浆溶液在高压静电的作用下均匀喷涂到所述工业滤布上。

在上述喷涂过程中，喷涂颗粒能够固定工业滤布表面的纤维，同时由于其高的比表面积，从而使纺有纤维的工业滤布的过滤效率得到提升。

步骤4、通过辊轴装置对喷涂后的工业滤布进行冷轧处理，得到所需过滤材料。

在该步骤中，辊轴装置可以包括两个辊子和电动机，通过调节辊子的间距来调节辊子对材料所压力度的大小。

下面结合具体的实例对上述制备过程进行详细说明，以下实例中所用的原料包括：ps(平均分子量140000，北京化学试剂公司)，涤纶工业滤布(璟兴环保销售有限公司)，聚氨酯(济南海源化工有限公司)，炭黑(直径30-50nm，百灵威科技有限公司)，dmf(北京化学试剂公司)。

实例1、首先配制ps质量分数为20％的ps/dmf溶液，通过静电纺丝装置调节电压为15kv，接收距离为10cm,针头直径为0.7mm，对工业滤布进行纺丝5min。配制炭黑质量分数为9％的聚氨酯基碳浆，搅拌均匀，将其盛装到带有喷头的玻璃器皿中，喷头直径为0.7mm；

利用自制的静电喷涂装置，接收距离为7cm，调节电压为20kv，对纺有ps纤维的工业滤布进行喷涂10min；

然后通过自制辊轴装置进行冷轧处理，即得到所需过滤材料。

另外，由于碳浆浓度略低，喷涂过程中溶剂不能够完全挥发，应当对接收距离和电压进行相应的调整，确保喷涂过程中溶剂的挥发。

实例2、首先配制ps质量分数为20％的ps/dmf溶液，通过静电纺丝装置调节电压为15kv，接收距离为10cm,针头直径为0.7mm，对工业滤布进行纺丝5min。配制炭黑质量分数为15％的聚氨酯基碳浆，搅拌均匀，将其盛装到带有喷头的玻璃器皿中，喷头直径为0.7mm；

在利用自制的静电喷涂装置，接收距离为7cm，调节电压为20kv，对纺有ps纤维的工业滤布进行喷涂10min；

通过自制辊轴装置进行冷轧处理，即得到所需过滤材料。

此时碳浆喷涂条件适宜，形成稳定喷射，喷涂颗粒平均直径2μm，如图2所示为本发明所举实例所制备的过滤材料的sem示意图，由图2可知：喷涂颗粒的均匀分布。过滤材料的过滤效率相对于未进行喷涂处理的过滤材料提高30％。

实例3、首先配制ps质量分数为20％的ps/dmf溶液，通过静电纺丝装置调节电压为15kv，接收距离为10cm,针头直径为0.7mm，对工业滤布进行纺丝5min。配制炭黑质量分数为21％的聚氨酯基碳浆，搅拌均匀，将其盛装到带有喷头的玻璃器皿中，喷头直径为0.7mm；

在利用自制的静电喷涂装置，接收距离为7cm，调节电压为20kv，对纺有ps纤维的工业滤布进行喷涂10min；

通过自制辊轴装置进行冷轧处理，即得到所需过滤材料。

此时由于碳浆浓度偏大，喷头直径过小，在喷涂过程中造成喷头极易堵塞，可以通过调节喷头直径的大小，保证喷涂的稳定进行。

综上所述，本发明实施例所述方法利用静电喷涂技术解决了过滤材料表面所纺纤维的固定问题，同时由于喷涂颗粒的高比表面积，有助于杂质的吸附，使过滤效率也得到了提升，相对于未进行喷涂处理的过滤材料的过滤效率提升1％-50％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。