CN102179107A

CN102179107A - 一种增强纳米纤维耐高温三维过滤材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102179107A
Application number: CN2011100700556A
Authority: CN
Inventors: 刘华; 瞿才新; 王曙东
Original assignee: Yancheng Textile Vocational and Technical College
Current assignee: Yancheng Textile Vocational and Technical College
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明提供一种增强纳米纤维耐高温三维过滤材料及其制备方法。它是以合成高聚物纤维为经纱和纬纱，经机织成合成高聚物机织格栅，采用静电纺工艺、以合成高聚物为原料在高聚物机织格栅上形成一层或多层纳米纤维三维网状无纺膜，然后经交联处理后制得增强纳米纤维耐高温三维过滤材料。本发明所述的过滤材料具有优良的化学性能、力学性能和结构稳定性能，提高了过滤材料的强度和耐高温、耐酸碱性，延长了使用寿命，具优异的过滤效果，对直径较小的粒子，特别是对直径0.3～1μm的粒子达到85%以上的过滤效率；同时，本发明的制备方法合理、简约，有效地降低了生产成本。

Description

一种增强纳米纤维耐高温三维过滤材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种过滤材料及其制备方法，特别是涉及一种增强纳米纤维耐高温三维过滤材料及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的飞速发展，高温含尘废热烟气对环境的污染给人类的生存与健康带来了越来越大的危害。采用怎样的过滤材料直接决定着高温含尘废热烟气的过滤、排放效果。中国专利申请号为200910053818.9的发明专利申请，公开了一种耐高温过滤材料的制作方法，其步骤是将玻璃纤维和聚苯硫醚纤维以重量比1∶1～1∶5混合，织成面密度为100～170g/m²的基布，在基布的上下侧分别放置密度为150～350g/m²的聚苯硫醚纤维网得到密度为400～800g/m²的三层复合材料；将三层复合材料先经预针刺、再经高压水刺预湿、4～8遍正反面水刺加固、最后进行抗结露后整理得到耐高温过滤材料。该方法制得的过滤材料虽具有耐高温性能，但因材料的孔隙率较低、孔隙上下贯通性较差，对直径较小的粒子，特别是对直径小于1μm的粒子，过滤效果不佳；且材料的制作方法比较复杂、工艺较繁琐，价格较昂贵。中国专利申请号为200910055559.3的发明专利申请，公开了一种耐高温玄武岩纤维复合过滤材料及制备方法，其组分包括：玄武岩纤维基布和高性能纤维网，其重量配比为7∶1～2∶1；其制备包括：将高性能纤维网成网在玄武岩纤维基布上，用水刺工艺进一步复合加固，热轧，然后经拒水防油剂浸渍，定型，即得。该本发明制得的过滤材料，虽同样具有耐高温性能，但对小直径粒子的过滤效果不好。

近年来，纳米材料以其许多其它材料无法比拟的优异性能而得到较为广泛的应用。中国专利申请号为200910191721.4，公开了一种纳米纤维复合玻璃纤维过滤材料及其制备方法，它是由玻璃纤维滤料和结合在该玻璃纤维滤料表面的纳米纤维构成，所述玻璃纤维滤料的平均孔径≤20μm，所述纳米纤维的平均直径≤0.05μm；其制备方法，步骤(1)玻璃纤维滤料在牵引机构带动下经过在离心盘和集电极之间产生的电场；步骤(2)聚合物溶液泵入离心盘中，在高速旋转的离心盘作用下在所述电场中产生纳米纤维，该纳米纤维被带向集电极并沉积在所述玻璃纤维滤料的表面；步骤(3)将表面结合纳米纤维的玻璃纤维滤料干燥。该发明制得的过滤材料，虽具有良好的过滤效果且具有一定的强度，但该过滤材料的耐高温效果不好。中国专利还公开了申请号为200810210871.0、名称为纳米纤维过滤材料及其形成方法的发明专利申请，它是由聚合物溶液以静电纺丝法所制造含有两种以上不同纤维直径分布的纳米纤维棉网；上述两种以上不同纤维直径纳米纤维在放电纺丝过程彼此交错互织形成纳米纤维棉网层。该过滤材料虽具有良好的过滤效果，但材料的强度和耐高温性能不够，限制了其在产业化中的应用。

发明内容

为克服现有技术存在的不足之处，本发明提供一种性能稳定、强度高、使用寿命长、过滤效果好的增强纳米纤维耐高温三维过滤材料；同时提供一种该过滤材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明所述的增强纳米纤维耐高温三维过滤材料，以合成高聚物纤维为经纱和纬纱，经机织成合成高聚物机织格栅，采用静电纺工艺、以合成高聚物为原料在高聚物机织格栅上形成一层或多层纳米纤维三维网状无纺膜，然后经交联处理后制得增强纳米纤维耐高温三维过滤材料。

所述合成高聚物纤维为芳砜纶（PSA）或聚苯硫醚（PPS）长丝；所述高聚物机织格栅的经纱细度为90～120D，经纱密度为400～450根/10cm，纬纱细度75～100D，纬纱密度为350～400 根/10cm。

所述合成高聚物为芳砜纶和聚苯硫醚中的一种或两种。

所述纳米纤维三维网状无纺膜的厚度为0.5～1.2mm，纳米纤维的平均直径为600～2000 nm，平均孔径为0.5～5 μm。

本发明所述的增强纳米纤维耐高温三维过滤材料及其制备方法，包括以下步骤：

1）以合成高聚物纤维为经纱和纬纱，经纱细度为90～120D，纬纱细度75～100D，经机织成经纱密度为400～450根/10cm、纬纱密度为350～400 根/10cm的合成高聚物机织格栅；

2）将合成高聚物溶解在二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基砒咯烷酮、四氯乙烷和氯代萘中的一种或多种溶剂中，制备质量分数为5～10 %的合成高聚物纺丝原液，采用静电纺丝工艺，在合成高聚物机织格栅上形成一层或多层纳米纤维三维网状无纺膜；

3) 将步骤2）制得的覆盖有一层或多层纳米纤维三维网状无纺膜的高聚物机织格栅进行交联处理，制得增强纳米纤维耐高温三维过滤材料。

上述步骤3）中所述的交联处理为热交联处理或化学交联处理；

所述热交联处理是将覆盖有一层或多层纳米纤维三维网状无纺膜的高聚物机织格栅在60～100 ℃的温度中处理0.5～2h，使纳米纤维三维网状无纺膜与高聚物机织格栅牢固地结合在一起；

所述化学交联处理是将覆盖一层或多层纳米纤维三维网状无纺膜的高聚物机织格栅在交联剂中真空浸渍0.5～2h，或利用交联剂饱和蒸汽处理0.5～2h后，在真空干燥或在50～80 ℃的温度条件下烘干处理0.5～2h；上述交联剂为甲醇、乙醇、戊二醛或甲醛。

本发明的有益效果在于：由于采用了合成高聚物纤维机织成合成高聚物机织格栅作本发明过滤材料的骨架，在骨架上通过采用静电纺工艺形成了一层或多层纳米纤维三维网状无纺膜，并且进行交联处理，因而具有优良的化学性能、力学性能和结构稳定性能，提高了过滤材料的强度和耐高温、耐酸碱性，延长了使用寿命，具优异的过滤效果，对直径较小的粒子，特别是对直径0.3～1 μm的粒子达到85%以上的过滤效率；同时，本发明的制备方法合理、简约，有效地降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述。

实施例1：

1）以90D的PSA长丝为经纱和75D的PSA长丝为纬纱，采用GA747剑杆织机以经纱密度为400根/10cm、纬纱密度为350根/10cm、车速450r/min，机织成幅宽为1.2m的合成高聚物机织平纹格栅；

2）将5g PSA溶解在45g 二甲基甲酰胺溶剂中，在室温下搅拌30分钟，配制成质量分数为10%的合成高聚物纺丝原液；将纺丝原液倒入微量注射泵，再由微量注射泵将纺丝原液喂入纺丝管内；将静电发生器的阳极与金属喷丝嘴相接，阴极接地，调节静电发生器的静电电压为25kV，纺丝距离为15cm，纺丝液喂入量0.1 ml/h，合成高聚物机织平纹格栅的平移速度为2 m/h，纺丝液连续喷出，极性溶剂二甲基甲酰胺在空气中挥发，在合成高聚物机织平纹格栅上收集到厚度为1mm的PSA纳米纤维三维网状无纺膜；

3）将步骤3制备的覆盖有PSA纳米纤维三维网状无纺膜的合成高聚物机织平纹格栅，放入戊二醛饱和蒸汽中处理1 h，随后取出放入真空干燥箱内抽真空2 h，得到增强纳米纤维耐高温三维过滤材料。

本实施例制得的增强纳米纤维耐高温三维过滤材料，经检测, 纳米纤维的平均直径为870nm，孔径为1.2μm；过滤材料的孔隙率为94%，对直径为1μm的粒子达到85%的过滤效率；过滤材料的分解温度为435.6℃，断裂强度为1128N，断裂伸长率为48%。

实施例2：

1）以100D的PSA长丝为经纱和80D的PSA长丝为纬纱，采用津田驹喷气织机以经纱密度为420根/10cm、纬纱密度为380根/10cm、车速600r/min，机织成幅宽为1.5米的合成高聚物机织平纹格栅；

2）将5g PPS溶解在95g氯代萘/ N-甲基砒咯烷酮（体积比1：1）混合溶剂中，于170℃条件下加热溶解2h，配制质量分数为5%的合成高聚物纺丝原液；将纺丝原液倒入微量注射泵，由泵将纺丝原液喂入纺丝管内；将静电发生器的阳极与金属喷丝嘴相接，阴极接地，调节静电发生器的静电电压为30kV，纺丝距离为13cm，纺丝液喂入量0.2 ml/h，合成高聚物机织平纹格栅平移速度为2 m/h，纺丝液连续喷出，极性溶剂在空气中挥发，在合成高聚物机织平纹格栅收集到厚度为0.8mm的PPS纳米纤维三维网状无纺膜；

3）将步骤3制备的覆盖有PPS纳米纤维三维网状无纺膜的合成高聚物机织平纹格栅，于室温下放入100ml无水乙醇中真空浸渍1 h，随后取出放入烘箱内于80℃条件下烘干处理1 h，得到增强纳米纤维耐高温三维过滤材料。

本实施例制得的增强纳米纤维耐高温三维过滤材料，经检测, 纳米纤维的平均直径为1060nm，孔径为1.5μm；过滤材料的孔隙率为90%，对直径为1μm的粒子达到90%的过滤效率；过滤材料的分解温度为480℃，断裂强度为1318N，断裂伸长率为45%。

实施例3：

1）以120D的PPS长丝为经纱和90D的PPS长丝为纬纱，采用GA747剑杆织机以经纱密度为450根/10cm、纬纱密度400根/10cm、车速400r/min，机织成幅宽为1米的合成高聚物机织平纹格栅；

2）将2.5 g PSA溶解在25.5g 二甲基甲酰胺溶剂中，在室温下搅拌30分钟，配制质量分数为10%的PSA高聚物纺丝原液；将2.5g PPS溶解在47.5g氯代萘/ N-甲基砒咯烷酮（体积比1：1）混合溶剂中，于170 ℃条件下加热溶解2h，配制质量分数为5%PPS的高聚物纺丝原液；

将PSA高聚物纺丝原液倒入微量注射泵，由泵将纺丝原液喂入纺丝管内；将静电发生器的阳极与金属喷丝嘴相接，阴极接地，调节静电发生器的静电电压为25kV，纺丝距离为15cm，纺丝液喂入量0.1 ml/h，合成高聚物机织平纹格栅平移速度为2 m/h，纺丝液连续喷出，在合成高聚物机织平纹格栅收集到PSA厚度为0.5mm的PSA纳米纤维三维网状无纺膜；

再将PPS高聚物纺丝原液倒入微量注射泵，由泵将纺丝原液喂入纺丝管内；将静电发生器的阳极与金属喷丝嘴相接，阴极接地，调节静电发生器的静电电压为30kV，纺丝距离为13cm，纺丝液喂入量0.2 ml/h，合成高聚物机织平纹格栅平移速度为2 m/h，纺丝液连续喷出，在已形成PSA纳米纤维三维网状无纺膜上形成厚度为0.6mm的PPS纳米纤维三维网状无纺膜，即可分层构建PSA/PPS复合纳米纤维三维网状无纺膜；

3）将覆盖有PSA/PPS纳米纤维三维网状无纺膜的合成高聚物机织平纹格栅，于80 ℃下加热1 h，制得增强纳米纤维耐高温三维过滤材料。

本实施例制得的增强纳米纤维耐高温三维过滤材料，经检测, 纳米纤维的平均直径为1072nm，孔径为1.5μm；过滤材料的孔隙率为92.8%，对直径为0.3μm的粒子达到90%的过滤效率；过滤材料的分解温度为450℃，断裂强度为1458N，断裂伸长率为41%。

Claims

1.一种增强纳米纤维耐高温三维过滤材料，其特征在于：以合成高聚物纤维为经纱和纬纱，经机织成合成高聚物机织格栅，采用静电纺工艺、以合成高聚物为原料在高聚物机织格栅上形成一层或多层纳米纤维三维网状无纺膜，然后经交联处理后制得增强纳米纤维耐高温三维过滤材料。

2.根据权利要求1所述的一种增强纳米纤维耐高温三维过滤材料，其特征在于：所述合成高聚物纤维为芳砜纶长丝或聚苯硫醚长丝；所述高聚物机织格栅的经纱细度为90～120D，经纱密度为400～450根/10cm，纬纱细度75～100D，纬纱密度为350～400 根/10cm。

3.根据权利要求1所述的一种增强纳米纤维耐高温三维过滤材料，其特征在于：所述合成高聚物为芳砜纶和聚苯硫醚中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种相变调温机织物，其特征在于：所述纳米纤维三维网状无纺膜的厚度为0.5～1.2mm，其中纳米纤维的平均直径为600～2000 nm，平均孔径为0.5～5 μm。

5.如权利要求1所述的一种增强纳米纤维耐高温三维过滤材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

6.根据权利要求5所述的一种增强纳米纤维耐高温三维过滤材料的制备方法，其特征在于：上述步骤3）中所述的交联处理为热交联处理或化学交联处理；

所述热交联处理是将覆盖一层或多层纳米纤维三维网状无纺膜的高聚物机织格栅在60～100 ℃的温度中处理0.5～2h；

所述化学交联处理是将覆盖一层或多层纳米纤维三维网状无纺膜的高聚物机织格栅在交联剂中真空浸渍0.5～2h，或利用交联剂饱和蒸汽处理0.5～2h后，再真空干燥或在50～80 ℃的温度条件下烘干处理0.5～2h；上述交联剂为甲醇、乙醇、戊二醛或甲醛。