专利名称：一种牢固结合的夹心式净化材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型牢固结合的夹心式纳米/亚微米超净化材料的制备方法。
背景技术：
纳米纤维作为过滤材料很早就已经得到了重视，因为纳米纤维具有非常适合作为过滤材料的特点:纤维直径细、比表面积大、孔隙小、孔隙率高、孔隙通透性好。静电纺丝法是目前制备纳米纤维最重要、最直接的方法，其制得的电纺丝纤维不仅具有纳米纤维适合作过滤材料的上述特点，而且其三维网状结构，能提高过滤效率和载体相的流动速度，从而加速过滤过程。然而静电纺丝产量低、纤维机械强度不足、使用寿命短、表面修饰和处理等问题很大程度上限制了电纺纳米纤维的大规模应用，也正是这些缺陷使得静电纺纤维用作过滤材料时，一般需要与纺粘、针织布或者熔喷等基布材料进行复合。
复合过滤材料的过滤性能受到吸湿性、厚度、液体流速以及纳米纤维种类的影响。由于上述这些过滤材料压力降大且强度低，同时存在纳米纤维与基布间结合不牢固及透气性变差等问题，一直得不到很好的应用。为了解决上述问题，笔者所在实验室曾利用静电纺纳米纤维研制成功了夹心式纳米净化材料，在世界上首次解决了纳米电纺丝与普通过滤材料的牢固结合的问题，并且材料透气性能没有明显下降。这种净化材料的生产工艺简单，产品质量轻、体积小，使用方便，用于过滤空气中的微粒效果显著，已经获得了国家专利。本材料采用玻璃纤维与工业滤布构成的夹心层结构:玻璃纤维的拉伸强度大，能够提高材料整体的拉伸强度，使净化材料拉伸强度和屈服强度都增强；工业滤布一方面保护纳米纤维免遭破坏，另一方面也可以对大颗粒进行预过滤。玻璃纤维的拉伸强度是工业滤布的10倍，复合成型后解决了静电纺丝纳米纤维拉伸强度和屈服强度太低不易作为过滤材料的问题。发明内容
根据背景技术，本发明的目的是在以前夹心式净化材料的制备专利的基础上，做进一步优化，提供一种制备方法简单、力学强度高、结构稳定、过滤效率高、粘接牢固的新型牢固结合的夹心式纳米/亚微米超净化材料。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案: 一种牢固结合的夹心式纳米/亚微米超净化材料的制备方法，其特征在于按下述方法制备: (1)采用合适的溶剂溶解熔点高于175°c的天然或人造的聚合物，配成一定浓度的聚合物纺丝液，电磁搅拌后待用； (2)洗净并干燥工业滤布，利用熔体静电纺丝装置，采用熔融静电纺丝技术，将熔点低于175°C的天然或人造的聚合物纤维电纺到工业滤布上； (3)利用溶液静电纺丝装置，通过溶液静电纺丝技术，对聚合物纺丝液进行电纺，将其纳米纤维电纺到载有熔点低于175°C的天然或人造的聚合物纤维的工业滤布上； (4)将收集有两种纤维的工业滤布充分干燥，使用热压设备将其与玻璃纤维，在温度为175°C，两辊间隙为0.3mm的条件下热压成型。所述的熔体静电纺丝装置为:熔体静电纺丝装置加热温度为0-400°C，电压0-30kV，接收距离为O-1Ocm ;溶液静电纺丝装置则是电压0_30kV，接收距离为0-30cm。优选的，所述的一定浓度的聚合物纺丝液的浓度为10_30wt%，所述合适的溶剂为甲酸。优选的，所述的熔点高于175°C的天然或人造的聚合物为PA-6。优选的，所述的熔点低于175°C的天然或人造的聚合物为mLLDPE。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:
1、利用溶液静电纺丝技术制备出各类连续的聚合物纳米长纤维，纤维直径小，比表面积大,很适合做过滤材料的滤芯,并且可以极大提高过滤材料的过滤效率；
2、本材料采用玻璃纤维与工业滤布构成的夹心层，其中的玻璃纤维能够提高夹心式净化材料的整体的拉伸强度和屈服强度；工业滤布既能对大颗粒进行预过滤，又起到保护纳米纤维的作用。将二者复合成型后解决了静电纺丝纳米纤维拉伸强度和屈服强度太低不易作为过滤材料的问题；
3、按先后顺序分别将熔点低于175°C的聚合物纤维和熔点高于175°C的天然或人造的聚合物纳米纤维纺在工业滤布上，再通过热压设备将收集有两种纤维的工业滤布与玻璃纤维热压成型，热压过程中，熔点低于175°C的聚合物纤维会熔融，可以将工业滤布与玻璃纤维更好的粘接。分别按现在制备方法和以前专利方法制备出夹心式纳米/亚微米超净化材料，分别对其进行拉伸测试发现，电纺一层熔点低于175°C的天然或人造的聚合物纤维后制成的新型牢固结合的夹心式纳米/亚微米超净化材料的拉伸强度是按以前专利方法制备出的夹心式纳米/亚微米超净化材料的5倍，说明按此方法可以极大提高过滤材料的过滤效率和整体使用寿命。
图1是例I的SEM图像；
图2是例I的SEM图像；
图3是例I的图像；
图4是例I的图像。
具体实施例方式本发明中所用的原料:PA-6 (AQ40，意大利AQUAFIL);甲酸(分析纯，北京化学试齐IJ公司);工业滤布(吉林白城市工业滤材厂);玻璃纤维(江苏九鼎集团股份有限公司);茂金属基线性低密度聚乙烯(Dowlex 2500，陶氏化学)；聚乙烯蜡(KKA-F，分子量3000±500，韩国石化)。本发明所使用的装置为自行设计的熔体静电纺丝装置(专利申请号:201320096605.6)。其中熔体静电纺丝装置加热温度为0-400°C，电压0_30kV，接收距离为O-1Ocm ;溶液静电纺丝装置则是电压0-30kV，接收距离为0-30cm。利用熔体静电纺丝装置，先将料筒加热到设定温度，待温度稳定后，加入一定量熔点低于175°C的聚合物原料，加热30min,使熔点低于175°C的聚合物在料筒内熔融，再加入起到润滑作用的聚乙烯蜡，加热IOmin后，进行纺丝，用工业滤布接收熔点低于175°C的聚合物纤维。再使用溶液静电纺丝装置对熔点高于175°C的天然或人造的聚合物纺丝液进行电纺，将熔点高于175°C的天然或人造的聚合物纳米纤维纺到载有熔点低于175°C的聚合物纤维的工业滤布上，最后使用热压设备，在温度为175°C，两辊间隙为0.3mm的条件下，将其与玻璃纤维热压成型，得到牢固结合的夹心式纳米/亚微米超净化材料。下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。实施例1
将5.2gPA-6溶于34.8g甲酸，密封后使用磁力搅拌12h使其充分溶解，配置成13wt%PA-6/甲酸纺丝液，待用。将熔体纺丝装置温度设定为150°C，待温度稳定后，加入0.3g的mLLDPE原料，加热30min,使mLLDPE在料筒内熔融，再加入聚乙烯蜡0.1g,加热IOmin后，在纺丝电压29kV，接收距离为3cm的条件下进行纺丝，用工业滤布接收纤维。利用自行设计的静电纺丝装置，在纺丝电压15kV，接收距离为IOcm条件下，对PA-6/甲酸纺丝液静电纺丝，将PA-6纳米纤维电纺到载有mLLDPE纤维的工业滤布上。将收集有mLLDPE和PA_6纳米纤维的工业滤布充分干燥，使用热压设备将其与玻璃纤维，在温度为175°C，两辊间隙为0.3_的条件下热压成型。热压后的夹心净化材料的SEM图像见图1和2。从图1和2中可以看出热压过程中mLLDPE纤维全部熔融，部分工业滤布发生了熔融，进而与玻璃纤维，纳米纤维牢固结合在一起，形成稳定的夹心结构；工业滤布的平均直径约为25 μ m,热压后的纳米纤维在滤布表面排列致密、均匀，且很少发生断裂。热压后的夹心净化材料的正反面照片分别见图3和4。从图3和4中可以看出热压过程没有从图中可以看出工业滤布变形小，并且能与玻璃纤维牢固的粘结在一起。
权利要求
1.一种牢固结合的夹心式净化材料的制备方法,其特征在于按下述方法制备: (1)采用合适的溶剂溶解熔点高于175°c的天然或人造的聚合物，配成一定浓度的聚合物纺丝液，电磁搅拌后待用； (2)洗净并干燥工业滤布，利用熔体静电纺丝装置，采用熔融静电纺丝技术，将熔点低于175°C的天然或人造的聚合物纤维电纺到工业滤布上； (3)利用溶液静电纺丝装置，通过溶液静电纺丝技术，对聚合物纺丝液进行电纺，将其纳米纤维电纺到载有熔点低于175°C的天然或人造的聚合物纤维的工业滤布上； (4)将收集有两种纤维的工业滤布充分干燥，使用热压设备将其与玻璃纤维，在温度为175°C，两辊间隙为0.3mm的条件下热压成型。
2.根据权利要求1所述的牢固结合的夹心式净化材料的制备方法，其特征在于:所述的熔体静电纺丝装置加热温度为0-400°C，电压0-30kV，接收距离为O-1Ocm ;溶液静电纺丝装置则是电压0-30kV，接收距离为0-30cm。
3.根据权利要求1所述的牢固结合的夹心式净化材料的制备方法，其特征在于:所述的一定浓度的聚合物纺丝液的浓度为10-30wt%，所述合适的溶剂为甲酸。
4.根据权利要求1所述的牢固结合的夹心式净化材料的制备方法，其特征在于:所述的熔点高于175°C的天然或人造的聚合物为PA-6、间规聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚亚苯基、聚对二甲苯、聚芳醚、聚芳酯、聚吡咯、石墨型梯形聚合物、菲绕啉类梯形聚合物、喹啉类梯形聚合物。
5.根据权利要求1所述的牢固结合的夹心式净化材料的制备方法，其特征在于:所述的熔点低于175°C的天然或人造的聚合物为mLLDPE、等规聚丙烯、间规聚丙烯、聚苯乙烯、PAN、PMMA、PC、PVA。
全文摘要
本发明公开了一种新型牢固结合的夹心式纳米/亚微米超净化材料的制备方法采用合适的溶剂溶解各类熔点高于175℃的天然或人造的聚合物，配成一定浓度的聚合物纺丝液，电磁搅拌后待用；洗净并干燥工业滤布，采用熔融静电纺丝技术，先将各类熔点低于175℃的天然或人造的聚合物纤维电纺到工业滤布上；然后再通过溶液静电纺丝技术，将聚合物纺丝液电纺到载有熔点低于175℃的天然或人造的聚合物纤维的工业滤布上；采用热压设备，将收集有两种纤维的工业滤布与玻璃纤维热压成型，制备夹心净化材料。
文档编号B01D39/16GK103191604SQ20131014431
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者刘太奇, 赵小龙 申请人:北京石油化工学院