CN101077473A - 一种新型环保纤维膜材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保领域，它提供了一种新型环保纤维膜材料，其特征在于它是由直径为1nm～55nm的纳米TiO₂和直径为30nm～1500nm的微纳米纤维构成的孔径为7nm～350nm的纤维膜材料，纳米TiO₂与微纳米纤维质量百分比为1～33∶77～99，利用本发明的制备方法制成的一种新型环保纤维膜材料不仅可以将过滤为微米级的尘埃杂质，而且还可以过滤普通纤维过滤膜无法过滤的纳米级微尘杂质及直径在纳米级别的病毒、微生物；同时，这种纤维膜中含有的纳米TiO₂还可以有效去除氯代烃、含氯有机物、有机磷杀虫剂等有毒化合物，将致癌物质Cr⁶⁺还原为无毒的Cr³⁺，将氰化物氧化为无毒的CO₂等无害物质，杀死绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，并具有静电屏蔽、紫外线屏蔽功能。

Description

一种新型环保纤维膜材料及其制备方法

技术领域

本发明属于环保领域，它涉及一种新型环保纤维膜材料及其制备方法。

背景技术

目前在全球范围内都不同程度地出现了环境污染问题，其中包括大气环境污染、海洋污染、城市环境问题等。为了解决污染问题，环保过滤膜成为空气和水源过滤的基本要素。目前广泛存在的过滤膜多数是使用普通无纺布纤维网做成的。由于过滤膜的效果主要取决于纤维的直径，而普通无纺布纤维的直径基本在微米级别，因此对于纳米级别污染成分的过滤还存在困难。

发明内容

本发明提供的一种新型环保纤维膜材料，是一种由含有纳米TiO₂的微纳米纤维构成的纤维膜材料，利用本发明提供的制备方法制备的新型环保纤维膜材料不仅可以过滤微米级的尘埃杂质，而且还可以过滤普通纤维过滤膜无法过滤的纳米级微尘杂质及直径在纳米级别的病毒、微生物；同时，这种纤维膜中含有的纳米TiO₂还可以有效去除氯代烃、含氯有机物、有机磷杀虫剂等有毒化合物，将致癌物质Cr⁶⁺还原为无毒的Cr³⁺，将氰化物氧化为无毒的CO₂等无害物质，杀死绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，并具有静电屏蔽、紫外线屏蔽功能。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种新型环保纤维膜材料，其特征在于它是由直径为1nm～55nm的纳米TiO₂和直径为30nm～1500nm的微纳米纤维构成的孔径为7nm～350nm的纤维膜材料，其质量百分比为：

纳米TiO₂         1～33

微纳米纤维        77～99

所述的微纳米纤维选用的原料为聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、纤维素、聚乳酸、聚己内酯及其共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、纤维素、大豆蛋白、蜘蛛蛋白、蚕丝蛋白、羊毛蛋白、兔毛蛋白或驼毛蛋白。

一种新型环保纤维膜材料，其特征在于其制备方法是通过如下步骤实现的：

(1)将微纳米纤维原料按与溶剂的质量百分比为2～30∶70～98的比例溶于溶剂内制备纺丝液；所选用的溶剂为苯酚、间甲酚、邻氯酚、三氯甲烷、四氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、苯、甲苯、三氯苯、硝基苯、乙酸异戊酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、醋酸乙酯、甲醇、乙醇、丙醇、苯甲醇、丙酮、环己酮、四氢呋喃、二噁烷、乙醚、石油醚、三氯乙酸、烃类或这些溶剂中两种或两种以上的混合物；

(2)将纳米TiO₂以与按上述步骤(1)制备的纺丝液的质量百分比为0.1～9∶91～99.9的比例加入按上述步骤(1)制备的纺丝液内，制得含有纳米TiO₂的纺丝液；用超声波分散设备采用分散功率为150W～1200W、分散频率为20kHz～120kHz的工艺对上述含有纳米TiO₂的纺丝液进行1min～120min超声波分散处理，使纳米TiO₂在纺丝液中充分分散；

(3)将按上述步骤(2)制备的含经过充分分散的纳米TiO₂的纺丝液倒入静电纺丝装置的料筒中，在电压为3kV～50kV、流量为0.1mL/h～0.7mL/h、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，得到含有纳米TiO₂且平均直径为30nm～1500nm的微纳米纤维，该微纳米纤维随即被静电纺丝装置的接收装置接收制得一种新型环保纤维膜材料。

一种新型环保纤维膜材料，其特征在于其制备方法还可以通过如下步骤实现：

(1)将直径为1nm～55nm的纳米TiO₂与微纳米纤维原料按质量百分比为1～33∶77～99的比例均匀混合得到两者的混合物，并将上述混合物在140～160℃条件下干燥16h～18h；

(2)将按步骤(1)制备的混合物倒入静电纺丝装置的进料口，通过螺杆挤压机的挤压使微纳米纤维原料母粒或切片熔融并保持熔体温度285～292℃，将纳米TiO₂和熔融的微纳米纤维原料母粒或切片挤出喷丝口，在熔融过程中使用超声波振动设备采用分散功率为150W～1200W、频率为20kHz～120kHz的工艺对螺杆挤压机施加超声振动，使纳米TiO₂在超声波振动作用下均匀分散在微纳米纤维原料熔融体内；

(3)从静电纺丝装置的喷丝口挤出的含充分分散的纳米TiO₂的微纳米纤维原料熔融体在电压为3kV～50kV、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，得到含有纳米TiO₂且平均直径为30nm～1500nm的微纳米纤维，该微纳米纤维随即被静电纺丝装置的接收装置接收制得一种新型环保纤维膜材料。

与现有技术相比本发明的优点是：

本发明提供的一种新型环保纤维膜材料，是一种由含有纳米TiO₂的微纳米纤维构成的纤维膜材料，这种新型环保纤维膜材料不仪可以过滤微米级的尘埃杂质，而且还可以过滤普通纤维过滤膜无法过滤的纳米级微尘杂质及直径在纳米级别的病毒、微生物；同时，这种纤维膜中含有的纳米TiO₂还可以有效去除氯代烃、含氯有机物、有机磷杀虫剂等有毒化合物，将致癌物质Cr⁶⁺还原为无毒的Cr³⁺，将氰化物氧化为无毒的CO₂等无害物质，杀死绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，并具有静电屏蔽、紫外线屏蔽功能。

具体实施方式

一种新型环保纤维膜材料，其特征在于它是由直径为1nm～55nm的纳米TiO₂和直径为30nm～1500nm的微纳米纤维构成的孔径为7nm～350nm的纤维膜材料，其质量百分比为：

纳米TiO₂            1～33

微纳米纤维           77～99

所述的微纳米纤维选用的原料为聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、纤维素、聚乳酸、聚己内酯及其共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、纤维素、大豆蛋白、蜘蛛蛋白、蚕丝蛋白、羊毛蛋白、兔毛蛋白或驼毛蛋白。

一种新型环保纤维膜材料，其特征在于其制备方法是通过如下步骤实现的：

(1)将微纳米纤维原料按与溶剂的质量百分比为2～30∶70～98的比例溶于溶剂内制备纺丝液；所选用的溶剂为苯酚、间甲酚、邻氯酚、三氯甲烷、四氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、苯、甲苯、三氯苯、硝基苯、乙酸异戊酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、醋酸乙酯、甲醇、乙醇、丙醇、苯甲醇、丙酮、环己酮、四氢呋喃、二噁烷、乙醚、石油醚、三氯乙酸、烃类或这些溶剂中两种或两种以上的混合物；

(2)将纳米TiO₂以与按上述步骤(1)制备的纺丝液的质量百分比为0.1～9∶91～99.9的比例加入按上述步骤(1)制备的纺丝液内，制得含有纳米TiO₂的纺丝液；用超声波分散设备采用分散功率为150W～1200W、分散频率为20kHz～120kHz的工艺对上述含有纳米TiO₂的纺丝液进行1min～120min超声波分散处理，使纳米TiO₂在纺丝液中充分分散；

(3)将按上述步骤(2)制备的含经过充分分散的纳米TiO₂的纺丝液倒入静电纺丝装置的料筒中，在电压为3kV～50kV、流量为0.1mL/h～0.7mL/h、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，得到含有纳米TiO₂且平均直径为30nm～1500nm的微纳米纤维，该微纳米纤维随即被静电纺丝装置的接收装置接收制得一种新型环保纤维膜材料。

一种新型环保纤维膜材料，其特征在于其制备方法还可以通过如下步骤实现：

(1)将直径为1nm～55nm的纳米TiO₂与微纳米纤维原料按质量百分比为1～33∶77～99的比例均匀混合得到两者的混合物，并将上述混合物在140～160℃条件下干燥16h～18h；

(2)将按步骤(1)制备的混合物倒入静电纺丝装置的进料口，通过螺杆挤压机的挤压使微纳米纤维原料母粒或切片熔融并保持熔体温度285～292℃，将纳米TiO₂和熔融的微纳米纤维原料母粒或切片挤出喷丝口，在熔融过程中使用超声波振动设备采用分散功率为150W～1200W、频率为20kHz～120kHz的工艺对螺杆挤压机施加超声振动，使纳米TiO₂在超声波振动作用下均匀分散在微纳米纤维原料熔融体内；

(3)从静电纺丝装置的喷丝口挤出的含充分分散的纳米TiO₂的微纳米纤维原料熔融体在电压为3kV～50kV、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，得到含有纳米TiO₂且平均直径为30nm～1500nm的微纳米纤维，该微纳米纤维随即被静电纺丝装置的接收装置接收制得一种新型环保纤维膜材料。

通过下述实施例将进一步说明本发明，但不能限制本发明的内容。

实施例1

一种新型聚丁二酸丁二醇酯环保纤维膜材料的制备方法如下：

(1)将微纳米纤维原料聚丁二酸丁二醇酯按与溶剂三氯甲烷的质量百分比为13∶87的比例溶于三氯甲烷内制备纺丝液；

(2)将平均直径为5nm的纳米TiO₂以与按上述步骤(1)制备的纺丝液的质量百分比为0.1∶99的比例加入按上述步骤(1)制备的纺丝液内，得到含有纳米TiO₂的纺丝液；用超声波分散设备采用分散功率为300W、分散频率为20kHz的工艺对上述含有纳米TiO₂的纺丝液进行100min超声波分散处理，使纳米TiO₂在纺丝液中充分分散；

(3)将按上述步骤(2)制备的含经过充分分散的纳米TiO₂的纺丝液倒入静电纺丝装置的料筒中，在电压为3kV、溶液流量为0.2mL/h、接收距离为20cm的条件下进行静电纺丝，得到含有纳米TiO₂且平均直径为55nm的聚丁二酸丁二醇酯微纳米纤维，该聚丁二酸丁二醇酯微纳米纤维随即被静电纺丝装置的接收装置接收制得平均孔径为10nm的一种新型聚丁二酸丁二醇酯环保纤维膜材料。

制备的聚丁二酸丁二醇酯环保纤维膜材料用作医护材料的内贴膜，不仅可以杀死绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，还可以直接过滤阻隔空气中99.9％以上的细菌和微尘，保护医扩人员和病人安全。

将聚丁二酸丁二醇酯环保纤维膜材料用作食品的包装袋，可以直接分解食品表面吸附的有机磷杀虫剂，使食品长期保鲜，同时聚丁二酸丁二醇酯环保纤维膜可以生物降解，不会对环境造成任何不良影响。

实施例2

一种新型聚丙烯腈环保纤维膜材料的制备方法如下：

(1)将微纳米纤维原料聚丙烯腈按与溶剂N，N-二甲基甲酰胺的质量百分比为17∶83的比例溶于N，N-二甲基甲酰胺内制备纺丝液；

(2)将平均直径为20nm的纳米TiO₂以与按上述步骤(1)制备的纺丝液的质量百分比为3∶97的比例加入按上述步骤(1)制备的纺丝液内，得到含有纳米TiO₂的纺丝液；用超声波分散设备采用分散功率为800W、分散频率为60kHz的工艺对上述含有纳米TiO₂的纺丝液进行60min超声波分散处理，使纳米TiO₂在纺丝液中充分分散；

(3)将按上述步骤(2)制备的含经过充分分散的纳米TiO₂的纺丝液倒入静电纺丝装置的料筒中，在电压为25kV、溶液流量为0.4mL/h、接收距离为15cm的条件下进行静电纺丝，得到含有纳米TiO₂且平均直径为200nm聚丙烯腈微纳米纤维，该聚丙烯腈微纳米纤维随即被静电纺丝装置的接收装置接收制得一种平均孔径为100nm的新型聚丙烯腈环保纤维膜材料。

用聚丙烯腈环保纤维膜材料做建筑物内墙贴膜，不仅可以降解室内装饰材料释放的甲醛等有毒有机物，同时在紫外光的作用下可以将氰化物氧化为无毒的CO₂等物质。

实施例3

一种新型聚酯环保纤维膜材料的制备方法如下：

(1)将平均直经50nm的纳米TiO₂与微纳米纤维原料按质量百分比为15∶85的比例均匀混合得到两者的混合物，并将上述混合物在160℃条件下干燥18h；

(2)将按步骤(1)制备的混合物倒入静电纺丝装置的进料口，通过螺杆挤压机的挤压使纤聚酯切片熔融并保持熔体温度292℃，将纳米TiO₂和熔融的聚酯切片挤出喷丝口，在熔融过程中使用超声波振动设备采用分散功率为1200W、频率为120kHz的工艺对螺杆挤压机施加超声振动，使纳米TiO₂在超声波振动作用下均匀分散在纤维原料熔融体内；

(3)从静电纺丝装置的喷丝口挤出的含充分分散的纳米TiO₂的纤维原料熔融体在电压为50kV、接收距离为5cm的条件下进行静电纺丝，得到平均直径为800nm的聚酯微纳米纤维，该聚酯微纳米纤维随即被静电纺丝装置的接收装置接收制得一种新型聚酯环保纤维膜材料。

用该新型聚酯环保纤维膜材料做水过滤材料，对水中杂质的过滤效率可以达到99％以上。

Claims (4)

1、一种新型环保纤维膜材料，其特征在于它是由直径为1nm～55nm的纳米TiO₂和直径为30nm～1500nm的微纳米纤维构成的孔径为7nm～350nm的纤维膜材料，其质量百分比为：

纳米TiO₂       1～33

微纳米纤维      77～99

2、根据权利要求1所述的一种新型环保纤维膜材料，其特征在于所述的微纳米纤维选用的原料为聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、纤维素、聚乳酸、聚己内酯及其共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、纤维素、大豆蛋白、蜘蛛蛋白、蚕丝蛋白、羊毛蛋白、兔毛蛋白或驼毛蛋白。

3、根据权利要求1或2所述的一种新型环保纤维膜材料，其特征在于其制备方法是通过如下步骤实现的：

(1)将微纳米纤维原料按与溶剂的质量百分比为2～30∶70～98的比例溶于溶剂内制备纺丝液；所选用的溶剂为苯酚、间甲酚、邻氯酚、三氯甲烷、四氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、苯、甲苯、三氯苯、硝基苯、乙酸异戊酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、醋酸乙酯、甲醇、乙醇、丙醇、苯甲醇、丙酮、环己酮、四氢呋喃、二噁烷、乙醚、石油醚、三氯乙酸、烃类或这些溶剂中两种或两种以上的混合物；

(2)将纳米TiO₂以与按上述步骤(1)制备的纺丝液的质量百分比为0.1～9∶91～99.9的比例加入按上述步骤(1)制备的纺丝液内，制得含有纳米TiO₂的纺丝液；用超声波分散设备采用分散功率为150W～1200W、分散频率为20kHz～120kHz的工艺对上述含有纳米TiO₂的纺丝液进行1min～120min超声波分散处理，使纳米TiO₂在纺丝液中充分分散；

(3)将按上述步骤(2)制备的含经过充分分散的纳米TiO₂的纺丝液倒入静电纺丝装置的料筒中，在电压为3kV～50kV、流量为0.1mL/h～0.7mL/h、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，得到含有纳米TiO₂且平均直径为30nm～1500nm的微纳米纤维，该微纳米纤维随即被静电纺丝装置的接收装置接收制得一种新型环保纤维膜材料。

4、根据权利要求1-3所述的一种新型环保纤维膜材料，其特征在于其制备方法还可以通过如下步骤实现：

(1)将直径为1nm～55nm的纳米TiO₂与微纳米纤维原料按质量百分比为1～33∶77～99的比例均匀混合得到两者的混合物，并将上述混合物在140～160℃条件下干燥16h～18h；

(2)将按步骤(1)制备的混合物倒入静电纺丝装置的进料口，通过螺杆挤压机的挤压使微纳米纤维原料母粒或切片熔融并保持熔体温度285～292℃，将纳米TiO₂和熔融的微纳米纤维原料母粒或切片挤出喷丝口，在熔融过程中使用超声波振动设备采用分散功率为150W～1200W、频率为20kHz～120kHz的工艺对螺杆挤压机施加超声振动，使纳米TiO₂在超声波振动作用下均匀分散在微纳米纤维原料熔融体内；

(3)从静电纺丝装置的喷丝口挤出的含充分分散的纳米TiO₂的微纳米纤维原料熔融体在电压为3kV～50kV、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，得到含有纳米TiO₂且平均直径为30nm～1500nm的微纳米纤维，该微纳米纤维随即被静电纺丝装置的接收装置接收制得一种新型环保纤维膜材料。