一种微纳米结构复合膜、制备方法及其用途与流程

1.本发明涉及空气过滤领域，具体涉及一种微纳米结构复合膜、制备方法及其用途。


背景技术：

2.目前，包括重型机械、洁净室等在内的过滤系统均使用空气过滤系统，由于空气中存在大量的灰尘等杂质，严重影响机械设备的健康运行，需要在空气进入设备前进行净化处理，以去除空气中的颗粒，保障机械设备正常运行。
3.随着市场对高精度滤纸的需求，市场上出现了多种复合结构的滤纸，这些复合滤纸可以提高过滤器的过滤精度和容尘量。
4.纳米纤维具有直径小、比表面积大、过滤效率高等诸多优点，在过滤领域有着广泛的应用，目前广泛应用于过滤领域的纳米纤维主要有两种制备方法，即静电纺丝和熔喷工艺，经典纺丝制备的纤维直径约为100-300nm，而熔喷工艺制备的纤维直径在500nm-1μm之间。
5.现有的纤维空气过滤材料很难满足高效、低阻、高容尘量的需求，因此，开发具有高效、低阻以及高容尘量的空气过滤材料成为亟待解决的问题。
6.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

7.发明目的
8.为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种微纳米结构复合膜、制备方法及其用途。所述微纳米结构复合膜具有过滤效率高、阻力低和容尘量高等特点，可用于空气过滤领域。
9.解决方案
10.为实现本发明目的，本发明实施例提供了一种微纳米结构复合膜，依次包括：
11.pp棉层、熔喷无纺布层、电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层和支撑层。
12.在本发明中，所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层中的“/”表示和的意思，意指，该层中同时含有电纺丝纳米纤维层和pp棉层，是两者的混合层。所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层可以通过在pp棉上通过静电纺丝的方法制备纳米纤维层得到。也就是说，所复合膜依次包括：支撑层、pp棉层、电纺丝纳米纤维层、熔喷无纺布层和pp棉层。
13.所述电纺丝纳米纤维层和静电纺丝纳米纤维层具有相同的含义。
14.在本发明中，最外侧的所述pp棉层的材质为pp棉或pp纺棉，pp棉和pp纺棉具有相同的含义。
15.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述pp棉层主要由纤维形成，所述纤维包括聚丙烯纤维。
16.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述聚丙烯纤维的克重为25g/cm
2-150g/
cm2。如果聚丙烯纤维的克重小于25g/cm2，则会导致其复合膜的机械强度不够，大于150g/cm2则过滤阻力过高。为了达到机械强度和过滤阻力的平衡，所述聚丙烯纤维的克重优选为40～60g/cm2。
17.所述克重的测试方法为：采取一定面积的样品，用天平称重后，克重＝质量/面积。
18.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述聚丙烯纤维的直径为10-100μm，如果纤维的直径小于10μm则过滤阻力增大，大于100μm则过滤效率降低，为了达到过滤效率与阻力的的平衡，所述聚丙烯纤维的直径优选为20-80μm。
19.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述熔喷无纺布层主要由熔喷纤维形成，所述熔喷纤维包括聚丙烯纤维。
20.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述熔喷纤维的克重为10g/cm
2-50g/cm2，所述熔喷纤维的克重小于10g/cm2则机械强度不够，大于50g/cm2则过滤阻力过高为了达到机械强度和过滤阻力的平衡，所述熔喷纤维的克重优选为20～30g/cm2。
21.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述熔喷纤维的直径为0.5-1.5μm，所述熔喷纤维的直径小于0.5μm则过滤阻力增大，大于1.5μm则过滤效率降低，为了达到过滤效率与阻力的平衡，所述熔喷纤维的直径优选为0.5μm-1μm。
22.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层主要由电纺丝纳米纤维与pp棉形成。
23.上述复合膜在一种可能的实现方式中，在pp棉上通过静电纺丝的方法形成电纺丝纳米纤维，得到所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层。
24.上述复合膜在一种可能的实现方式中，电纺丝纳米纤维的克重为0.01g/cm
2-1g/cm2，如果所述静电纺丝纳米纤维的克重小于0.01g/cm2则过滤效率偏低，大于1g/cm2则过滤阻力过高，且生产效率过低，为了达到机械强度和过滤阻力的平衡，所述静电纺丝纳米纤维的克重优选为0.02g/cm
2-0.1g/cm2。
25.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述电纺丝纳米纤维的直径为50-300nm，50nm纤维制备比较困难，且易出现液滴，300nm纤维过滤效率比较低。100-250nm可以实现均一纳米纤维制备和相对较高的过滤效率。
26.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述电纺丝纳米纤维包括聚丙烯腈、尼龙或聚偏氟乙烯中的至少一种。
27.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层中的pp棉主要由纤维形成，所述纤维包括聚丙烯纤维。
28.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述聚丙烯纤维的克重为10g/cm
2-50g/cm2，所述纤维的克重小于10g/cm2则机械强度不够，大于50g/cm2则过滤阻力过高。为了达到机械强度和过滤阻力的平衡，所述纤维的克重优选为15-40g/cm2。
29.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述聚丙烯纤维的直径为10-100μm,小于10μm过滤阻力增大，大于50μm过滤效率降低，为了达到过滤效率与阻力的平衡，所述纤维的直径优选20-80μm。
30.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层经过热风处理，以形成沟槽结构。
31.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述沟槽的截面为椭圆、矩形、圆形、多边
形、梯形或不规则形中的至少一种。
32.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述沟槽的宽度为0.1-10cm，优选0.2-0.5cm。若所述的沟槽为矩形，则沟槽宽度为矩形的长，深度为矩形宽；若沟槽形状为半圆形，则沟槽的宽度为圆的直径，深度为圆的半径；若沟槽形状为椭圆形，则沟槽的宽度为椭圆的长轴，深度为椭圆长轴的一半；若沟槽形状为梯形，则沟槽的宽度为梯形较小的边长，深度为梯形的高。
33.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述沟槽的深度为0.1-10cm，优选0.2-0.5cm。
34.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述支撑层主要由纤维形成，所述纤维包括聚乙烯纤维。
35.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述聚乙烯纤维的克重为25g/cm
2-150g/cm2，小于25g/cm2则机械强度不够，大于150g/cm2则过滤阻力过高，为了达到机械强度和过滤阻力的平衡，所述纤维的克重优选为30-100g/cm2。
36.上述复合膜在一种可能的实现方式中，所述聚乙烯纤维的直径为50-100μm,小于10μm过滤阻力增大，大于100μm过滤效率降低，为了达到过滤效率与阻力的平衡，所述纤维的直径优选50～80μm。
37.本发明实施例还提供了一种如上所述的微纳米结构复合膜的制备方法，包括：
38.将pp棉层、熔喷无纺布层、电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层和支撑层通过热压复合而成。
39.本发明实施例还提供了一种如上所述的微纳米结构复合膜的用途，所述复合膜用于空气过滤领域。
40.本发明实施例还提供了一种空气过滤装置，所述空气过滤装置包括如上所述的微纳米结构复合膜。
41.有益效果
42.(1)本发明所述的微纳米结构复合膜具有高效、低阻以及高容尘量等诸多优点，可望在中效空气过滤领域(除尘、喷涂等)广泛应用。
43.(2)本发明中所述的支撑层用于提供足够的挺度，保持滤料的形状；电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层中的pp棉层用于支撑电纺丝纳米纤维层并提供较大的容尘量，电纺丝纳米纤维层提供更精细的过滤，熔喷无纺布层提供初级过滤，最外侧的pp棉层过滤掉肉眼可见的大颗粒，本发明所述的微纳米结构复合膜具有过滤效率高、阻力小、容尘量大等特点)从而可以提供高效、长寿命的空气过滤效果。具体地，所述微纳米结构复合膜的过滤效率值为80-90％、阻力为20-35pa。
附图说明
44.图1是微纳米结构型复合膜结构示意图，其中，所述复合膜自下而上依次包括：支撑层、pp棉层、电纺丝纳米纤维层、熔喷无纺布层和pp棉层。
45.图2是电纺丝纳米纤维sem图；
46.图3是形成熔喷无纺布层的熔喷纤维sem图；
47.图4是电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层沟槽界面示意图。
具体实施方式
48.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
49.另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实施例中，对于本领域技术人员熟知的原料、元件、方法、手段等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
50.实施例1
51.本实施例提供一种微纳米结构复合膜，所述微纳米结构复合膜由上到下依次包括：pp棉层、熔喷无纺布层、电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层、支撑层。所述的pp棉层聚丙烯纤维直径为20μm，克重为50g/cm2。所述的熔喷无纺布由克重为20g/cm
2-50g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为0.5μm。所述的电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层由一定克重的电纺丝纳米纤维与pp棉层组成。所述电纺丝纳米纤维的克重为0.03g/cm2，电纺丝纤维的直径为100nm，纤维为尼龙66。所述pp棉层由克重为15g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为20μm。所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层经过热风处理，加工成具有一定沟槽结构的特定(矩形、半椭圆、半圆或梯形)构型，沟槽宽0.3cm，深度为0.2cm。所述支撑层(聚乙烯纤维布)克重为30g/cm2，纤维直径为50μm。所述微纳米结构复合膜通过热压复合而成。
52.本实施例所述微纳米结构复合膜的制备方法包括以下步骤：
53.首先配置静电纺丝溶液，称取一定重量的尼龙66溶解于甲酸中，尼龙66的质量分数为8％-15％。将静电纺丝液加入大规模电纺丝装备中，设置电压80kv，正负极距离为10cm，将纳米纤维堆积在所述的pp棉上，纳米纤维直径为100nm。将制备的电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层经热风制备成具有宽0.3cm，深度为0.2cm的沟槽结构。将pp棉层、熔喷无纺布层、电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层、支撑层经过热压成型，制备成微纳米结构复合膜。
54.实施例2
55.本实施例提供一种微纳米结构复合膜，所述微纳米结构复合膜由上到下依次包括：pp棉层、熔喷无纺布层、电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层、支撑层。所述pp棉层纤维直径为20μm，克重为50g/cm2。所述熔喷无纺布由克重为20g/cm
2-50g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为0.5μm。所述的电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层由一定克重的电纺丝纳米纤维与pp棉层组成。所述电纺丝纳米纤维的克重为0.03g/cm2，电纺丝纤维直径为150nm，纤维为尼龙66。所述pp棉层由克重为15g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为20μm。所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层经过热风处理，加工成具有一定沟槽(矩形、半椭圆、半圆或梯形)结构的特定构型，沟槽宽0.3cm，深度为0.2cm。所述支撑层(聚乙烯纤维布)克重为30g/cm2，纤维直径为50μm。所述微纳米结构复合膜通过热压复合而成。
56.本实施例所述微纳米结构复合膜的制备方法包括以下步骤：
57.首先配置静电纺丝溶液，称取一定重量的尼龙66溶解于甲酸中，尼龙66的质量分
数为8％-15％。
58.将静电纺丝液加入大规模电纺丝装备中，设置电压80kv，正负极距离为10cm，将纳米纤维堆积在所述的pp棉上，纳米纤维直径为150nm。
59.将制备电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层经热风处理，制备成具有宽0.3cm，深度为0.2cm的沟槽结构。
60.将pp棉层、熔喷无纺布层、电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层、支撑层经过热压成型，制备成微纳米结构复合膜。
61.实施例3
62.本实施例提供一种微纳米结构复合膜，所述微纳米结构复合膜由上到下依次包括：pp棉层、熔喷无纺布层、电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层、支撑层。所述pp棉层纤维直径为20μm，克重为50g/cm2。所述熔喷无纺布由克重为20g/cm
2-50g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为0.5μm。所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层由一定克重的电纺丝纳米纤维与pp棉层组成。所述电纺丝纳米纤维的克重为0.03g/cm2，电纺丝纤维直径为200nm，纤维为尼龙66。所述pp棉层由克重为15g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为20μm。所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层经过热风处理，加工成具有一定沟槽结构的(矩形、半椭圆、半圆或梯形)特定构型，沟槽宽0.3cm，深度为0.2cm。所述支撑层(聚乙烯纤维布)克重为30g/cm2，纤维直径为50μm。所述微纳米结构复合膜通过热压复合而成。
63.本实施例所述微纳米结构复合膜的制备方法包括以下步骤：
64.首先配置静电纺丝溶液，称取一定重量的尼龙66溶解于甲酸中，尼龙66的质量分数为8％-15％。
65.将静电纺丝液加入大规模电纺丝装备中，设置电压80kv，正负极距离为15cm，将纳米纤维堆积在所述的pp棉上，纳米纤维直径为200nm。
66.将制备的电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层经热风制备成具有宽0.4cm，深度为0.1cm的沟槽结构。
67.将pp棉层、熔喷无纺布层、电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层、支撑层经过热压成型，制备成微纳米结构复合膜。
68.对比例1
69.本对比例提供一种微纳米结构复合膜，所述微纳米结构复合膜，由上到下依次包括：pp棉层、熔喷无纺布层、支撑层。所述pp棉层纤维直径为20μm，克重为50g/cm2。所述熔喷无纺布由克重为20g/cm
2-50g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为0.5μm。所述支撑层(聚乙烯纤维布)克重为30g/cm2，纤维直径为50μm。所述微纳米结构复合膜通过热压复合而成。
70.本实施例所述微纳米结构复合膜的制备方法包括以下步骤：
71.将pp棉层、熔喷无纺布层、支撑层经过热压成型，制备成微纳米结构复合膜。
72.对比例2
73.本实施例提供一种微纳米结构复合膜，所述微纳米结构复合膜由上到下依次包括：pp棉层、电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层、支撑层。所述pp棉层纤维直径为20μm，克重为50g/cm2。所述电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层由一定克重的电纺丝纳米纤维与pp棉层组成。所述电纺丝纳米纤维的克重为0.03g/cm2，电纺丝纤维直径为200nm，纤维为尼龙66。所述pp棉层由克重为15g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为20μm。所述电纺丝纳米纤维层/pp棉
混合层经过热风处理，加工成具有一定沟槽结构的特定构型(矩形、半椭圆、半圆或梯形)，沟槽宽0.3cm，深度为0.2cm。所述支撑层(聚乙烯纤维布)克重为30g/cm2，纤维直径为50μm。所述微纳米结构复合膜通过热压复合而成。
74.本对比例所述微纳米结构复合膜的制备方法包括以下步骤：
75.首先配置静电纺丝溶液，称取一定重量的尼龙66溶解于甲酸中，尼龙66的质量分数为8％-15％。
76.将静电纺丝液加入大规模电纺丝装备中，设置电压80kv，正负极距离为15cm，将纳米纤维堆积在所述的pp棉上，纳米纤维直径为200nm。
77.将电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层经热风制备成具有宽0.4cm，深度为0.1cm的沟槽结构。
78.将pp棉层、电纺丝纳米纤维层/pp棉混合层、支撑层经过热压成型，制备成微纳米结构复合膜。
79.对比例3
80.本实施例提供一种微纳米结构复合膜，所述微纳米结构复合膜由上到下依次包括：pp棉层、熔喷无纺布层、电纺丝纳米纤维层、支撑层。所述pp棉层纤维直径为20μm，克重为50g/cm2。所述熔喷无纺布由克重为20g/cm
2-50g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为0.5μm。所述电纺丝纳米纤维的克重为0.03g/cm2，电纺丝纤维直径为200nm，纤维为尼龙66。所述支撑层(聚乙烯纤维布)克重为30g/cm2，纤维直径为50μm。所述微纳米结构复合膜通过热压复合而成。
81.本对比例所述微纳米结构复合膜的制备方法包括以下步骤：
82.首先配置静电纺丝溶液，称取一定重量的尼龙66溶解于甲酸中，尼龙66的质量分数为8％-15％。
83.将静电纺丝液加入大规模电纺丝装备中，设置电压80kv，正负极距离为15cm，将纳米纤维堆积在所述的支撑层上，纳米纤维直径为200nm。
84.将pp棉层、熔喷无纺布层、电纺丝纳米纤维层、支撑层经过热压成型，制备成微纳米结构复合膜。
85.对比例4
86.本实施例提供一种微纳米结构复合膜，所述微纳米结构复合膜由上到下依次包括：pp棉层1、熔喷无纺布层、pp棉层2、支撑层。所述pp棉层1纤维直径为20μm，克重为50g/cm2。所述熔喷无纺布由克重为20g/cm
2-50g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为0.5μm。所述pp棉层2由克重为15g/cm2的聚丙烯纤维组成，直径为20μm。所述pp棉层2经过热风处理，加工成具有一定沟槽结构的特定构型(矩形、半椭圆、半圆或梯形)，沟槽宽0.3cm，深度为0.2cm。所述支撑层(聚乙烯纤维布)克重为30g/cm2，纤维直径为50μm。所述微纳米结构复合膜通过热压复合而成。
87.本对比例所述微纳米结构复合膜的制备方法包括以下步骤：
88.pp棉层2经热风制备成具有宽0.4cm，深度为0.1cm的沟槽结构。
89.将pp棉层1、熔喷无纺布层、pp棉层2、支撑层经过热压成型，制备成微纳米结构复合膜。
90.表1滤料过滤效率与阻力
[0091][0092][0093]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。