一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法

本发明属于过滤材料制备的，尤其涉及一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法。

背景技术：

1、随着我国工业化的快速发展，空气污染问题日趋突出，给人们的生活和生活环境带来了极大的威胁。所以，研制出能够有效去除空气中微小污染颗粒的过滤材料，对于保障我国人民的生活质量具有重要意义。

2、空气过滤纸是各种空气过滤器的关键原材料，利用滤纸的多孔性及其良好的过滤性除去悬浮在空气中的有害细微颗粒，从而达到净化空气的目的。空气过滤纸由于其良好的机械性能和过滤性能，被广泛应用于汽车发动机、室内空气过滤、医疗卫生、以及军用过滤器等众多领域。

3、目前市场上大多的单层滤纸结构比较单一，如要提高其过滤效率，则其过滤阻力和容尘量指标都会发生一定的下降，同理若要降低其阻力，则滤纸的过滤效率会发生一定程度的下降，因此单层滤纸在过滤效率、过滤阻力以及容尘量等方面很难达到一个很好的平衡点。

4、基于上述空气过滤纸所存在的缺陷，需开发一种可以产业化生产的复合空气过滤纸，并赋予复合空气过滤纸较高的过滤效率，较低过滤阻力、良好的透气性能以及较长的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，该滤纸利用空气过滤纸为基底材料，静电纺丝制备聚丙烯腈纳米纤维为上层材料，得到电纺聚丙烯腈纳米纤维复合空气过滤纸。与该领域常用的hepa级滤纸相比，本发明所属的复合空气过滤纸过滤效率大于99.95％，而对应的阻力则可控制在100pa以下，远低于同等级hepa级滤纸的空气过滤阻力。

2、为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，所述复合空气过滤纸由上层材料和基底材料组成，上层材料为聚合物纳米纤维，基底材料为空气过滤纸。

4、所述聚合物纳米纤维为静电纺聚丙烯腈(pan)纳米纤维，所述聚合物纳米纤维的直径为50-500nm，所述空气过滤纸为植物纤维和合成纤维配抄材质。

5、一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，具体包括以下步骤：

6、(1)将聚丙烯腈溶解于有机溶剂中得到静电纺丝液；

7、(2)将步骤(1)所得纺丝液进行静电纺丝，以空气过滤原纸为接收基材，在所述接收基材表面形成一层均匀的聚丙烯腈纳米纤维；

8、(3)将步骤(2)制备的材料进行干燥，得到聚丙烯腈纳米纤维复合空气过滤纸。

9、优选地，步骤(1)中所述的聚丙烯腈的分子量为150000，有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺。

10、优选地，步骤(1)中将聚丙烯腈粉末加入n，n-二甲基甲酰胺中搅拌8-10h，搅拌过程中加热，加热温度为80-100℃。

11、优选地，步骤(1)中所述的聚丙烯腈纺丝液的浓度为8-14％。

12、优选地，步骤(2)中，环境温度为20～30℃，相对湿度为30～60％。

13、优选地，步骤(2)中静电纺丝装置进行工作时，高压发生器的电压为10-30kv，喷嘴口到接收滚筒的距离为5-20cm，喷嘴口直径为0.41mm-0.84mm；纺丝液推料速度为0.5-2.5ml/h，纺丝接收时间为10-40min。

14、更优选地，所述步骤(2)中高压发生器的电压为15-24kv；喷嘴口到接收滚筒的距离为10-20cm，喷嘴口直径为0.41mm-0.58mm；纺丝液推料速度为0.5-2.0ml/h，纺丝接收时间为10-30min。

15、优选地，步骤(3)中干燥方式为真空干燥，干燥温度为40-80℃，干燥时间为20-60min。

16、更优选地，所述步骤(3)中干燥温度为40-60℃，干燥时间为20-40min。

17、由上述制备方法制得聚丙烯腈纳米纤维复合空气过滤纸。

18、本发明涉及一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，与现有空气过滤纸相比，本发明有以下优点：

19、本发明采用静电纺丝技术获得连续均匀的聚丙烯腈纳米纤维，纤维直径在50-500nm之间，比表面积大，孔隙率高，易与空气过滤纸复合，使得空气过滤纸的综合过滤性能更好。

20、本发明的空气过滤纸过滤效率高、过滤阻力低、透气性好、容尘量高；制备过程简单，操作方便，适合于各种空气净化领域。

21、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，其特征在于，所述空气过滤纸由上层材料和基底材料组成，上层材料为聚合物纳米纤维，基底材料为空气过滤纸。

2.根据权利要求1所述的一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，其特征在于：所述聚合物纳米纤维为静电纺聚丙烯腈(pan)纳米纤维，所述聚合物纳米纤维的直径为50-500nm，所述空气过滤纸为植物纤维和合成纤维配抄材质。

3.根据权利要求1所述的一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，其特征在于如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，其特征在于：步骤(1)中将聚丙烯腈粉末加入n，n-二甲基甲酰胺中搅拌8-10h，搅拌过程中加热，加热温度为80-100℃。

6.根据权利要求3所述的一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的聚丙烯腈纺丝液的浓度为8-14％。

7.根据权利要求3所述的一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，其特征在于：步骤(2)中，环境温度为20～30℃，相对湿度为30～60％。

8.根据权利要求3所述的一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，其特征在于：步骤(2)中静电纺丝装置进行工作时，高压发生器的电压为15-25kv，喷嘴口到接收滚筒的距离为5-20cm，喷嘴口直径为0.41mm-0.84mm，纺丝液推料速度为0.5-1.5ml/h，纺丝接收时间为10-30min。

9.根据权利要求3所述的一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，其特征在于：步骤(3)中干燥方式为真空干燥，干燥温度为40-80℃，干燥时间为20-60min。

10.一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，其特征在于：所述滤纸的过滤效率大于99.95％、过滤阻力低于100pa、容尘量在150-180g/m2之间，在过滤效率、过滤阻力以及使用寿命上达到了一个较好的平衡。

技术总结
本发明公开了一种基于电纺纳米纤维的复合空气过滤纸及其制备方法，属于过滤材料制备的技术领域。该复合空气过滤纸由上层材料和基底材料组成，上层材料为聚合物纳米纤维，基底材料为空气过滤纸。包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈溶解于有机溶剂中得到静电纺丝液；(2)以空气过滤纸为接收基材，设定纺丝工艺参数进行静电纺丝，制得聚丙烯腈纳米纤维复合空气过滤纸。本发明利用静电纺纳米纤维的高孔隙率、小孔径以及大比表面积的结构赋予空气过滤纸较高的过滤效率，较低过滤阻力、良好的透气性能以及较长的使用寿命，适用于各种空气净化领域。

技术研发人员：惠岚峰,高洋,杨乾,赵铭月,李家燕
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15