本發明屬于功能性復合過濾材料,尤其涉及一種具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法。
背景技術:
1、空氣污染是人類面臨的重大挑戰之一。除了氣態污染物外,空氣中懸浮的微小顆粒物如灰塵、煙霧、粉塵等對人類健康的危害很大,其中pm2.5可以深入到肺部,對人體健康造成更大的危害。納米纖維濾料具有納米直徑和較大的比表面積、較高的孔隙率等特點,在空氣過濾材料領域具有天然的優勢。但通常,纖維越細,孔隙越小,纖維膜過濾的顆粒越小,過濾效率越高,隨之而來的高纖維堆積密度也會導致壓降大,如何在保證高過濾效率的前提下降低壓降是目前空氣過濾材料所面臨的難點。另外,由于靜電駐極類非織造過濾材料會因靜電消除,降低過濾效能,因此,開發依靠物理攔截分離各種尺寸顆粒物的高效納米纖維空氣過濾材料,對保障人類健康具有重大意義。
2、近些年來,納米纖維過濾材料以其纖維直徑小,比表面積大的特點得到廣泛應用,但是納米纖維還是存在結構致密的問題,可通過摻雜微球形成分層結構和多層復合結構,可以實現低氣阻的納米纖維過濾器。現階段生產微球納米纖維的方法主要是靜電紡絲法和靜電噴涂法,近年來新興發展的氣噴紡絲是一種以高速氣體代替高電場驅動的纖維生產技術。雖然靜電紡絲更受關注且應用更廣泛,但是靜電紡絲需要高電壓,安全性問題亟待重視,而且其生產速率、產量、設備操作復雜度均不及氣噴紡絲法。
3、雖然目前用于空氣過濾的膜材料種類較多,其結構和制備工藝也各不相同,雖然通過改善纖維表面的粗糙度提高了比表面積,吸附能力較強,但由于目前過濾膜多為納米纖維膜,納米纖維結構致密的問題導致過濾膜的氣阻過大,因此整體過濾性能和過濾效率并不高,在實際應用中缺乏過濾效果的持久性。因此,如何既能使得纖維間空隙更為緊密,快速有效地攔截細顆粒,又能提高孔隙率,有效降低氣阻,提高過濾性能和過濾效率,成為了空氣過濾材料領域技術人員亟需解決的一個難題。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足,本發明所要解決的技術問題是,提供一種結構蓬松立體,既能使得纖維間空隙更為緊密,快速有效地攔截細顆粒,又能提高孔隙率,有效降低氣阻,提高過濾效率的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法。
2、為解決上述技術問題,本發明所采取的技術方案是:一種具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,包括如下步驟:
3、一、配制微球懸浮液:
4、(1)、將紡絲聚合物和微球顆粒溶解于溶劑中,在室溫下經過磁力攪拌8h-12h完全溶解,得到紡絲液,備用;
5、(2)、將紡絲液在25℃下通過超聲波處理1-2h,確保聚合物完全溶解,微球充分分散,得到微球懸浮液;
6、二、溶液噴射紡絲:
7、(3)、將微球懸浮液輸送到由同軸注射器所組成的裝置中,微球懸浮液的輸液管與同軸注射器的內噴嘴連接,高壓氣體輸送管與同軸注射器的外噴嘴連接;
8、(4)、調整微流體氣噴紡絲參數,微球懸浮液通過同軸注射器由內噴嘴輸出,在高壓氣流的牽伸作用下形成連續射流進行紡絲,纖維經堆疊形成纖維膜;
9、三、烘干:
10、(5)將步驟(4)制得的纖維膜進行烘干,干燥溫度40-80℃,干燥時間3-8min,得到3d微球復合空氣過濾材料。
11、上述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,所述紡絲聚合物為聚酰胺6、聚酰胺66、聚氨酯、聚丙烯腈、聚酰亞胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯或聚環氧乙烯中的一種或幾種。
12、述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,所述微球為二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化鈦中的一種或幾種。
13、上述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,所述微球的粒徑為0.1μm-15μm,所用微球為親水型多分散型微球。
14、上述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,所述步紡絲聚合物的分子量為5萬-20萬。
15、上述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,所述溶劑為甲酸、乙醇或n,n-二甲基甲酰胺中的一種或幾種配制的水溶液,質量分數為88%。
16、上述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,所述步驟(2)制得的微球懸浮液中,紡絲聚合物的質量百分比為5%-20%,微球的質量百分比為1-5%。
17、上述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,所述步驟(5)中,針頭內徑為0.25-0.42mm,液體推進速度為1-3ml/h,紡絲氣壓為0.05-0.15mpa,噴絲頭到接收簾距離為25-35cm,收集器卷繞速度為700-900r/h,環境溫度為28-32℃,環境濕度為35-45%。
18、上述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,所述步驟(5)中,針頭內徑為0.33mm,液體推進速度為2ml/h,紡絲氣壓為0.10mpa,噴絲頭到接收簾距離為30cm,收集器卷繞速度為800r/h,環境溫度為30℃,環境濕度為40%。
19、本發明具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法的優點是:為了解決納米纖維制造空氣過濾材料時過濾效率和氣阻之間的矛盾,本發明制備微球懸浮液作為紡絲液進行一步法溶液噴射紡絲,開發出串珠、粗糙特殊結構的納米纖維,以此來實現空氣過濾材料的高效低阻。通過摻雜微球來調控納米纖維膜的三維堆積結構及表面粗糙程度,由于較大尺寸的微球的加入可以撐起纖維間的空腔結構,增大纖維與纖維之間的空隙,使納米纖維膜的堆積結構變得更加蓬松,改善傳統的納米纖維膜結構緊密的特點,而較小尺寸的微球可以增大纖維表面的粗糙程度,從而可以在保證過濾效率基本不變的同時降低其空氣阻力,達到高效低阻的過濾效果。本發明同時兼顧了良好的過濾性能和較低的氣阻,實現了過濾性能和過濾效率的同步提高,另外溶液噴射紡絲技術具有制備工藝簡單、安全性能高、成本低廉、纖維直徑可調控等優點。且制備工藝簡單、可控性強、生產效率高,在實際的產業化應用中具有明顯的社會意義和經濟價值。
1.一種具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
2.根據權利要求1所述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,其特征是:所述紡絲聚合物為聚酰胺6、聚酰胺66、聚氨酯、聚丙烯腈、聚酰亞胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯或聚環氧乙烯中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,其特征是:所述微球為二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化鈦中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,其特征是:所述微球的粒徑為0.1μm-15μm,所用微球為親水型多分散型微球。
5.根據權利要求1所述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,其特征是:所述步紡絲聚合物的分子量為5萬-20萬。
6.根據權利要求1所述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,其特征是:所述溶劑為甲酸、乙醇或n,n-二甲基甲酰胺中的一種或幾種配制的水溶液,質量分數為88%。
7.根據權利要求1所述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,其特征是:所述步驟(2)制得的微球懸浮液中,紡絲聚合物的質量百分比為5%-20%,微球的質量百分比為1-5%。
8.根據權利要求1所述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,其特征是:所述步驟(5)中,針頭內徑為0.25-0.42mm,液體推進速度為1-3ml/h,紡絲氣壓為0.05-0.15mpa,噴絲頭到接收簾距離為25-35cm,收集器卷繞速度為700-900r/h,環境溫度為28-32℃,環境濕度為35-45%。
9.根據權利要求8所述的具有串珠結構的高效低阻3d微球復合空氣過濾材料的制備方法,其特征是:所述步驟(5)中,針頭內徑為0.33mm,液體推進速度為2ml/h,紡絲氣壓為0.10mpa,噴絲頭到接收簾距離為30cm,收集器卷繞速度為800r/h,環境溫度為30℃,環境濕度為40%。