CN104014197A - 一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜，包括两层膜片，所述膜片之间填充有纳米纤维，其中，所述膜片上均匀设有若干膜孔，所述纳米纤维的直径在100nm左右，其一端吸附在所述膜孔中，另一端位于膜孔之外，所述膜片内壁设有磨毛层，所述纳米纤维吸附在磨毛层上，所述两层膜片内侧相互贴合固定成一体，过滤效果好，能够吸附过滤纳米级的细小颗粒，并提供其制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜，特别是一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜及其制备方法。
背景技术
在现代社会中人与人之间的接触愈加频繁，因此越来越多毒性的细菌及病毒感染也日益增加，这些感染及其原因没有国家，种族或宗教界限，且是全球性的危险，因此，过滤膜的存在就显得至关重要，现有的过滤膜结构单一，只能简单防粗大颗粒粉尘，对微纳米级颗粒过滤效果不佳，无法很好的起到过滤防护作用。
现有的生产溶剂式纳米纤维的方法为ESD静电纺丝法，通过溶剂将溶质溶化，同时在溶剂端加上高压静电源，利用同性相斥的原理将溶液推出，或用压力从针孔中将高分子推出，高分子被推出后拉伸延长的同时，表面积急剧扩大，更加快溶剂的蒸发，高分子体积进一步缩小，而得到细小纤维，这种方法存在最大的问题就是不能量产，仅可在实验室中使用，而无法应用于工业生产，且由于应用到高压电，故安全性能无法得到可靠的保证也无法用于大规模的工业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜，过滤效果好，能够吸附过滤纳米级的细小颗粒，并提供其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜，包括两层膜片，所述膜片之间填充有纳米纤维，其中，所述膜片上均匀设有若干膜孔，所述纳米纤维的直径在100nm左右，其一端吸附在所述膜孔中，另一端位于膜孔之外，所述膜片内壁设有磨毛层，所述纳米纤维吸附在磨毛层上，所述两层膜片内侧相互贴合固定成一体。
上述一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜的制备方法，其中，所述的制备方法如下：
(1)制备纳米纤维
①将溶质加入溶剂中溶解制得高分子溶液，所述溶质为PES、PU、PVA、PVDF、聚酰胺,聚酰亚胺、壳聚糖、壳寡糖、儿茶素中的一种或几种成分混合而成，所述溶剂为水、DMF、DMAC、醋酸、蚁酸中的一种或几种成分混合而成；
②使用细小喷头将制得的上述步骤中制得的高分子溶液喷出，同时，向已从喷头中喷出的高分子溶液喷出高温高压的空气以此拉伸高分子制得纳米纤维，所述细小喷头的直径为0.05—3mm，所述空气压力为0.02MPa—0.5MPa，空气温度为室温-700℃；
(2)制备过滤膜
①在两层膜片上冲出所需形状的膜孔，并对膜片内壁进行磨毛处理；
②将上述步骤中制得的纳米纤维均匀喷洒至两层膜片内壁上，使用成网装置将两层膜片相互贴合，并最终使纳米纤维填充固定至两者之间；
③在相互贴合的过滤膜四周通过加热冲压以线对线的方式进行一次固定结合成一体结构，再在过滤膜中部通过加热冲压以点对点的方式相互结合二次固定。
上述一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜的制备方法，其中，所述成网装置上设有抽气装置，，将两层膜片放置在抽气装置外侧，使两层膜片成Y字形分布设置，一边将上述步骤中制得的纳米纤维均匀喷洒至膜片内壁上，一边利用成网装置使膜片向前移动，移动速度为0.05—5cm/s,两层膜片即可相互贴合，并最终使纳米纤维填充固定至两者之间。
上述一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜的制备方法，其中，细小喷头的数量为1个或多个。
本发明的有益效果为：
1.本发明结构简单，在膜片上设置膜孔，纳米纤维一部分吸附固定在膜孔中，一部分吸附在磨砂层上，通过高温高压的空气喷洒在高分子溶液上的方式可得到直径小于100nm的纳米纤维，能更大发挥纳米纤维的流体滑溜效果，降低压力损失，可吸附过滤更多异物，甚至可以吸附过滤纳米级别的异物，对异物的过滤效果可达到99％以上；
2.与ESD法相比，本发明所采用的制作纳米纤维的方法不需要使用高压电，安全性能更高，不受温度湿度的影响，消除了电极干扰，在可以同时使用多个喷头的情况下，大大提高了纳米纤维的生产效率，能够满足工业化生产的需求；
3.利用高温高压的空气制备纳米纤维，可迅速干燥溶解高分子溶液，当纳米纤维到达膜片时已处于完全干燥状态，有利于形成有层次的纳米纤维网膜；
4.过滤膜四周通过加热冲压以线对线的方式结合固定成一体结构，过滤膜中部通过加热冲压以点对点的方式相互结合二次固定，能够很好的将两层膜片结合在一起，加强了两层膜片的粘结力；
5.在膜片上磨毛处理，能够更好的缠绕喷洒在其上的纳米纤维。
附图说明
图1为本发明剖视图
图2为本发明步骤(1)②的示意图
图3为本发明步骤(2)②的示意图
图4为本发明A部放大剖视图
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图所示一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜，包括两层膜片1，所述膜片1之间填充有纳米纤维2，其中，所述膜片1上均匀设有若干膜孔3，所述纳米纤维2的直径为50-300nm，其一端吸附在所述膜孔3中，另一端可摆动的位于膜孔3之外，所述膜片1内壁设有磨毛层4，所述纳米纤维3吸附在磨毛层4上，所述两层膜片1内侧相互贴合固定成一体。
本含有溶剂式纳米纤维的过滤膜的制备方法实施例如下。
实例一
一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜的制备方法如下：
(1)制备纳米纤维
①溶质PES与溶剂DMF按1:9的重量比混合得高分子溶液，
②使用1个或多个细小喷头9将制得的上述步骤中制得的高分子溶液11喷出，同时，向已从喷头中喷出的高分子溶液喷出高温高压的空气10以此拉伸高分子制得纳米纤维，所述细小喷头的直径为0.3mm，所述空气压力为0.3MPa，空气温度为控制为300℃；
(2)制备过滤膜
①在两层膜片上冲出所需形状的膜孔，并对膜片内壁进行磨毛处理；
②将上述步骤中制得的纳米纤维均匀喷洒至两层膜片内壁上，使用成网装置将两层膜片相互贴合，所述成网装置上设有抽气装置8，将两层膜片放置在抽气装置外侧，使两层膜片成Y字形分布设置，一边将上述步骤中制得的纳米纤维均匀喷洒至膜片内壁上，一边利用成网装置使膜片向前移动，移动速度为2.5cm/s,两层膜片即可相互贴合，并最终使纳米纤维填充固定至两者之间；
③在相互贴合的过滤膜四周通过加热冲压以线对线的方式进行一次固定结合成一体结构，再在过滤膜中部通过加热冲压以点对点的方式相互结合二次固定。
实例二
一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜的制备方法如下：
(1)制备纳米纤维
①壳聚糖，醋酸，水按16:4:80配制得高分子溶液，
②使用1个或多个细小喷头将制得的上述步骤中制得的高分子溶液喷出，同时，向已从喷头中喷出的高分子溶液喷出高温高压的空气以此拉伸高分子制得纳米纤维，所述细小喷头的直径为0.12mm，所述空气压力为0.2MPa，空气温度为100℃；
(2)制备过滤膜
①在两层膜片上冲出所需形状的膜孔，并对膜片内壁进行磨毛处理；
②将上述步骤中制得的纳米纤维均匀喷洒至两层膜片内壁上，使用成网装置将两层膜片相互贴合，所述成网装置上设有抽气装置，，将两层膜片放置在抽气装置外侧，使两层膜片成Y字形分布设置，一边将上述步骤中制得的纳米纤维均匀喷洒至膜片内壁上，一边利用成网装置使膜片向前移动，移动速度为2cm/s,两层膜片即可相互贴合，并最终使纳米纤维填充固定至两者之间；
③在相互贴合的过滤膜四周通过加热冲压以线对线的方式进行一次固定结合成一体结构，再在过滤膜中部通过加热冲压以点对点的方式相互结合二次固定。
实例三
一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜的制备方法如下：
(1)制备纳米纤维
①将聚酰亚胺、DMAC按3:7配制成溶液；
②使用1个或多个细小喷头将制得的上述步骤中制得的高分子溶液喷出，同时，向已从喷头中喷出的高分子溶液喷出高温高压的空气以此拉伸高分子制得纳米纤维，所述细小喷头的直径为0.12mm，所述空气压力为0.3MPa，空气温度为300℃；
(2)制备过滤膜
①在两层膜片上冲出所需形状的膜孔，并对膜片内壁进行磨毛处理；
②将上述步骤中制得的纳米纤维均匀喷洒至两层膜片内壁上，使用成网装置将两层膜片相互贴合，所述成网装置上设有抽气装置，，将两层膜片放置在抽气装置外侧，使两层膜片成Y字形分布设置，一边将上述步骤中制得的纳米纤维均匀喷洒至膜片内壁上，一边利用成网装置使膜片向前移动，移动速度为2cm/s,两层膜片即可相互贴合，并最终使纳米纤维填充固定至两者之间；
③在相互贴合的过滤膜四周通过加热冲压以线对线的方式进行一次固定结合成一体结构，再在过滤膜中部通过加热冲压以点对点的方式相互结合二次固定。
作为优化，所述膜孔3包括外膜孔5，内膜孔6，外膜孔5和内膜孔6之间通过连接通道7相连接，所述内膜孔5位于膜片1的内侧，外膜孔6位于膜片1的外侧，所述外膜孔5和内膜孔6均为碗状结构，外膜孔5的深度H1＝内膜孔6的深度H2的1/2到1/3，即1/3*H2≤H1≤1/2*H2，所述外膜孔5的孔径D1＜内膜孔的孔径D2，所述连接通道7为螺旋形结构。
本发明的有益效果为：
1.本发明结构简单，在膜片上设置膜孔，纳米纤维一部分吸附固定在膜孔中，一部分吸附在磨砂层上，通过高温高压的空气喷洒在高分子溶液上的方式可得到直径小于100nm的纳米纤维，能更大发挥纳米纤维的流体滑溜效果，降低压力损失，可吸附过滤更多异物，甚至可以吸附过滤纳米级别的异物，对异物的过滤效果可达到99％以上；
2.与ESD法相比，本发明所采用的制作纳米纤维的方法不需要使用高压电，安全性能更高，不受温度湿度的影响，消除了电极干扰，在可以同时使用多个喷头的情况下，大大提高了纳米纤维的生产效率，能够满足工业化生产的需求；
3.利用高温高压的空气制备纳米纤维，可迅速干燥溶解高分子溶液，当纳米纤维到达膜片时已处于完全干燥状态，有利于形成有层次的纳米纤维网膜；
4.过滤膜四周通过加热冲压以线对线的方式结合固定成一体结构，过滤膜中部通过加热冲压以点对点的方式相互结合二次固定，能够很好的将两层膜片结合在一起，加强了两层膜片的粘结力；
5.在膜片上磨毛处理，能够更好的缠绕喷洒在其上的纳米纤维。
现对将上述三个实施例制得的过滤膜与市场普通过滤膜进行过滤效果测试，分别测试其对直径为0.0159μm以及直径为0.0381μm的微粒的过滤率，一万次实验，取其平均值，实验结果如下：
同时，本过滤膜可以用来制作口罩，纱窗，过滤网等物品，拥有纳米级的过滤效果，大大增加了安全性能，保护能力大大增加。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中，因此，本发明不受本实施例的限制，任何采用等效替换取得的技术方案均在本发明保护的范围内。
Claims (4)
1.一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜，包括两层膜片，所述膜片之间填充有纳米纤维，其特征为，所述膜片上均匀设有若干膜孔，所述纳米纤维的直径在100nm左右，其一端吸附在所述膜孔中，另一端位于膜孔之外，所述膜片内壁设有磨毛层，所述纳米纤维吸附在磨毛层上，所述两层膜片内侧相互贴合固定成一体。
2.如权利要求1所述的一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜的制备方法，其特征为，所述的制备方法如下：
（1）制备纳米纤维
①将溶质加入溶剂中溶解制得高分子溶液，所述溶质为PES、PU、PVA、PVDF、 聚酰胺, 聚酰亚胺、壳聚糖、壳寡糖、儿茶素中的一种或几种成分混合而成，所述溶剂为水、DMF、DMAC、醋酸、蚁酸中的一种或几种成分混合而成；
②使用细小喷头将制得的上述步骤中制得的高分子溶液喷出，同时，向已从喷头中喷出的高分子溶液喷出高温高压的空气以此拉伸高分子制得纳米纤维，所述细小喷头的直径为0.05—3mm，所述空气压力为0.02MPa—0.5MPa，空气温度为室温-700℃；
（2）制备过滤膜
①在两层膜片上冲出所需形状的膜孔，并对膜片内壁进行磨毛处理；
②将上述步骤中制得的纳米纤维均匀喷洒至两层膜片内壁上，使用成网装置将两层膜片相互贴合，并最终使纳米纤维填充固定至两者之间；
③在相互贴合的过滤膜四周通过加热冲压以线对线的方式进行一次固定结合成一体结构，再在过滤膜中部通过加热冲压以点对点的方式相互结合二次固定。
3.如权利要求2所述的一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜的制备方法，其特征为，所述成网装置上设有抽气装置，，将两层膜片放置在抽气装置外侧，使两层膜片成Y字形分布设置，一边将上述步骤中制得的纳米纤维均匀喷洒至膜片内壁上，一边利用成网装置使膜片向前移动，移动速度为0.05—5cm/s,两层膜片即可相互贴合，并最终使纳米纤维填充固定至两者之间。
4.如权利要求2所述的一种含有溶剂式纳米纤维的过滤膜的制备方法，其中，细小喷头的数量为1个或多个。
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