一种pvdf纳米纤维多功能空气过滤材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及过滤材料领域，具体涉及一种PVDF纳米纤维多功能空气过滤材料及制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，全球的环境日益恶化，与人类息息相关的空气环境更是如此，已经严重地危及到人类的健康。同时，现代高科技的某些关键部分对环境的净化要求极高。因此，现代社会对具有高效、低阻、抑菌等优点的空气过滤材料需求极大，纳米纤维、玻璃纤维、驻极体等技术已经得到了广泛应用。
[0003]现有较多的纳米过滤材料，其功能单一，适用范围具有较大的限制，许多过滤材料对气流的阻力较高，其次，多种抗菌过滤材料中含有纳米级的银离子等含金属的抑菌剂，根据最新研宄，金属纳米粉体是一种可吸入式致癌物质，目前在欧美许多国家已经限制使用；也有纳米纤维过滤材料在生产时同时应用了高沸点的溶剂，结果是高沸点的溶剂不能完全挥发，制成的纳米纤维膜中含有残留溶剂，会对人体造成伤害，并且根据专利技术制成的纤维膜不具备抑菌效果；驻极体过滤效率也有明显的缺陷，驻极体在会随着温度的升高、时间的延迟、以及空气中含离子水蒸气的升高，驻极体中的电荷会急剧下降，其对空气中颗粒物的吸附能力会急剧下降，从而导致过滤性能急剧下降。还有例如在专利CN103774345A中，没有提及测试用气溶胶的粒径标准，其次28mmH20的压降太高，并不适用于口罩等常用过滤材料。
[0004]所以目前为止，纳米纤维工业化生产一直面临着诸多问题，因此上述纳米纤维过滤材料的性能还仅仅局限于实验室条件下制备的纳米纤维膜具备的性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种PVDF纳米纤维多功能空气过滤材料及制备方法，能够有效抑制细菌的生长，过滤空气中油性颗粒以及离子颗粒，并且本发明过滤材料使用寿命长，生产效率高。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
[0007]一种PVDF纳米纤维多功能空气过滤材料，包括至少一层聚丙烯微米纤维层和至少一层PVDF纳米纤维层，所述PVDF纳米纤维由纺丝溶液制成，按重量份数计，所述纺丝溶液包括I份PVDF树脂和9-13份混合溶剂，按重量份数计，所述混合溶剂包括10份酰胺类溶剂和1-10份酮，所述酰胺类溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺，所述酮为丁酮或丙酮。
[0008]进一步的，所述PVDF纳米纤维中还包括四丁基高氯酸铵，按重量分数计，每100份纺丝溶液配置0.05-0.1份的四丁基高氯酸铵。
[0009]进一步的，所述聚丙烯微米纤维层的重量为5-30gsm，所述PVDF纳米纤维层的重量为 0.1-0.5gsm。
[0010]进一步的，所述聚丙烯微米纤维层和PVDF纳米纤维层相互交替设置。
[0011]一种PVDF纳米纤维多功能空气过滤材料的制备方法，包括以下步骤:
[0012]步骤I)将聚丙烯微米纤维层作为基材，放置在退绕装置上；
[0013]步骤2)将PVDF树脂、混合溶剂和四丁基高氯酸铵搅拌混合，得到纺丝溶液；
[0014]步骤3)将基材通过高温压光辊热压，然后送入静电纺丝装置中喷涂PVDF纳米纤维层，其中静电纺丝装置的溶液存储装置中放置步骤2中的纺丝溶液；
[0015]步骤4)待喷涂结束后由低温压光辊热压并通过卷绕装置卷绕，得到成品。
[0016]进一步的，所述步骤I中的聚丙烯微米纤维层由熔喷纺丝装置喷涂制成，所述聚丙烯微米纤维层的纤维直径为1-3微米。
[0017]进一步的，所述静电纺丝装置的纺丝电压为20-80kv，纺丝环境温度为10-30°C，所述静电纺丝装置的纺丝针头的流量为0.01-lml/h，所述纺丝针头朝上设置并且设置在溶液回收装置中。
[0018]进一步的，所述PVDF纳米纤维层的纤维直径为150纳米，所述PVDF纳米纤维层的孔径为0.5-1.5微米
[0019]进一步的，所述高温压光辊的温度为40-120°C，压力为1000-10000N/ m2，所述低温光压辊的温度为30-80°C，压力为1000-2000N/ m2。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021]1、本发明所述的空气过滤材料具有低阻、抗菌、环保、抗老化的功能，并且制备简单，具有基于工业化的高效产能。
[0022]2、本发明生产的PVDF纳米纤维中溶剂完全无残留，适合应用与人体直接接触的口罩等过滤材料中。
[0023]3、本发明所制备的两层结构的空气过滤材料对0.075微米氯化钠气溶胶的过滤效率达到90%以上，压降阻力10Pa以内，对大肠杆菌的抑菌率达到80%以上，是一种很好口罩用空气过滤材料，符合GB2626-2006关于KN90的技术标准。
[0024]4、本发明所制备的四层结构的空气过滤材料对0.075微米氯化钠气溶胶的过滤达到97%以上，压降阻力为160Pa以内，对大肠杆菌的抑菌率达到90%以上，符合GB2626-2006关于KN95的技术标准。
[0025]5、本发明的纺丝溶液中加入特殊助剂，可以提高最后PVDF纳米纤维的耐温性，该聚丙烯驻极体层与PVDF纳米纤维层多层复合的空气过滤材料可以应用与空调、汽车、空气净化器、工业废气处理等领域，较低的压降阻力和很高的容尘率可以降低空气处理过程中的能耗。
[0026]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术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的附图。
[0028]图1是本发明实施例一的设备结构示意图；
[0029]图2是本发明实施例一的成品结构示意图；
[0030]图3是本发明实施例二的设备结构示意图；
[0031]图4是本发明实施例二的成品结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面将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。
[0033]实施例一
[0034]参照图1与图2所示，一种PVDF纳米纤维多功能空气过滤材料，包括一层聚丙烯微米纤维层I和一层PVDF纳米纤维层2，PVDF纳米纤维由纺丝溶液制成，纺丝溶液包括Ikg的PVDF树脂、9kg的混合溶剂，混合溶剂包括4.5kg的酰胺类溶剂和4.5kg的酮，酰胺类溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，酮为丁酮。PVDF纳米纤维中还包括0.0lkg的四丁基高氯酸铵，四丁基高氯酸铵用于增加溶液的导电性，增加静电纺丝过程中纤维的分裂程度，从而获得更细的纳米纤维，可以保证纺丝溶液中溶剂的完全挥发；在成型后的PVDF纳米纤维层中含有四丁基高氯酸铵盐可以增加PVDF纤维的静电荷的数量，使PVDF纳米纤维层也成为驻极体，以提尚捕捉细小颗粒物的能力。
[0035]其中聚丙烯微米纤维层的重量为5_30gsm，PVDF纳米纤维层的重量为
0.1-0.5gsm。PVDF树脂可采用法国ARKEMA的Kynar761PVDF粉末状树脂。
[0036]一种PVDF纳米纤维多功能空气过滤材料的制备方法，包括以下步骤:
[0037]步骤I)将平均纤维直径为2微米的聚丙烯微米纤维层作为基材，放置在退绕装置3上，其中聚丙烯微米纤维层可由熔喷纺丝装置喷涂制成，也可以购买现成的聚丙烯微米纤维无纺布，聚丙烯无纺布中纤维的直径须均匀，确保无纺布的孔径相对均匀；
[0038]步骤2)将PVDF树脂、混合溶剂和四丁基高氯酸铵搅拌混合，得到纺丝溶液，溶液的配置必须在密闭的容器内搅拌均匀以防止溶剂的挥发；
[0039]步骤3)将基材通过