CN104070751A

CN104070751A - 一种既除雾霾微粒又除甲醛的抗菌复合纤维膜及其制备方法

Info

Publication number: CN104070751A
Application number: CN201410326258.0A
Authority: CN
Inventors: 刘勇; 陈志远
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2014-10-01

Abstract

本发明公开了一种既除雾霾微粒又除甲醛的抗菌复合纤维膜及其制备方法。该膜由聚合物纳米纤维层、聚合物-金属氧化物复合超细纤维层构成。本发明具有多重且高效的空气净化功能，可以持久抗菌并清除雾霾微粒、甲醛等空气中的有害物质；皂洗度高，可重复利用，延长了使用寿命；在复合纤维膜外面添加保护性纤维层或其它纤维层后可用于口罩、空气净化器、洁净室空气过滤系统、空调等产品，并且可任意调整纺丝成分、配比、纤维层数，以满足不同功能需求；成本低廉，制备工艺简单，节能低耗，无二次污染。

Description

一种既除雾霾微粒又除甲醛的抗菌复合纤维膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及利用静电纺丝技术，制备一种有机-无机复合功能性纤维膜，使其具有既除雾霾微粒又能高效抗菌除甲醛的性能，达到净化空气的效果。

背景技术

近代工业高速发展，促进经济不断增长的同时，也造成了巨大的环境污染，其强度已经超出了环境的自净能力，空气中的细菌、有害气体以及可吸入颗粒物（例如PM2.5等）急剧增多，导致空气质量大幅度下降，威胁到人类的生存环境和身体健康。人类不得不大力发展科技来应对环境问题，为自己提供健康的居住环境。在这种背景下，各种净化空气的产品应运而生，但是由于其功能单一、净化效率低、有毒副作用并且制备成本高等缺点的存在，没有得到广泛应用。为了解决上述问题，本专利发明了一种利用静电纺丝技术，制备有机-无机复合纤维膜，使其既具有除PM2.5又能高效抗菌除甲醛的功能，达到迅速净化空气的效果。本发明充分利用了静电纺丝技术简单易操作，制备的功能纤维比表面积大、孔隙率高、稳定性好等优点，使得到的复合纤维膜与空气的接触面积大，吸附、催化以及抗菌效率高，并且易回收、无二次污染，可重复利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够同时高效去除雾霾微粒和甲醛的抗菌复合纤维膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：提供了一种能够同时高效去除雾霾微粒和甲醛的抗菌复合纤维膜的组成和结构，其特征在于复合纤维膜由聚合物（A）纳米级除雾霾微粒纤维膜层、聚合物（B）-金属氧化物复合除甲醛抗菌纤维膜层构成，两种不同膜层以热压法或胶粘法或混纺法复合成一体。

为解决上述技术问题，本发明提出一种能够同时高效去除雾霾微粒和甲醛的抗菌复合纤维膜的制备方法，包括如下步骤：

1）聚合物（A）纳米级除雾霾微粒纤维膜层的制备。

用小分子溶剂将聚合物（A）溶解成纺丝液，采用溶液静电纺丝方法制备纳米纤维。溶液静电纺丝参数设置：纺丝距离5-20cm，电压10-50KV，供液速率0.1-5ml/h。

2）聚合物（B）-金属氧化物复合除甲醛抗菌纤维膜层的制备。

将金属氧化物微粒加入到无水乙醇中，高速搅拌1-2小时，然后加热搅拌到80℃，制得悬浊液，将占金属氧化物微粒质量分数1%-3%的偶联剂逐滴滴加到悬浊液中，继续搅拌1-2小时，过滤后烘干。再将经上述处理的金属氧化物微粒与聚合物（B）、抗氧剂、增塑剂充分混合，利用熔体静电纺丝技术纺丝，制得聚合物（B）-金属氧化物超细复合纤维。熔体静电纺丝的参数设置：纺丝温度为聚合物（B）熔融温度以上10℃-50℃，纺丝距离10-20cm，纺丝电压20-60kV。

3）将步骤1）和步骤2）制备出的纤维层复合成膜。

本发明的制备方法步骤1）中，小分子溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、甲酸、乙酸、丙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的一种或多者的混合物。

本发明的制备方法步骤1）中，聚合物（A）为聚丙烯腈、聚酰胺、聚碳酸脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚醚砜树脂、聚(L-乳酸)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯中的一种或多种。

本发明的制备方法步骤2）中，金属氧化物粒子为MgO、CaO、ZnO、TiO₂、MnO₂、CuO、SnO、Fe₂O₃、AgO中的一种或多种。

本发明的制备方法步骤2）中，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或其混合物。

本发明的制备方法步骤2）中，聚合物（B）为聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚碳酸脂、聚乙烯、聚丙烯、聚(L-乳酸)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚砜树脂中的一种或多种。

本发明的制备方法步骤2）中，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168或其混合物。

本发明的制备方法步骤2）中，增塑剂为聚酯类增塑剂、多元醇酯类增塑剂或其混合物。

本发明的制备方法步骤3）中，复合方法为热压法、胶粘法、混纺法中的一种。

本发明与现有技术相比，具有以下优势：多重且高效的空气净化功能，可以持久抗菌并清除雾霾微粒、甲醛等空气中的有害物质；皂洗度高，可重复利用，延长了使用寿命；在复合纤维膜外面添加保护性纤维层或其它纤维层后可用于口罩、空气净化器、洁净室空气过滤系统、空调等产品；可任意调整纺丝成分、配比、纤维层数，以满足不同功能需求；成本低廉，制备工艺简单，节能低耗，无二次污染，便于工业生产。

具体实施方式

下列实施例中所指的份数均指质量份数，浓度均为质量百分比浓度。

范例一：

（1）将10份的聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解到90份的无水乙醇中，磁力搅拌2小时，静置1小时后进行溶液静电纺丝（纺丝距离10cm，电压15KV，供液速率0.2ml/h）。

（2）将ZnO和MnO₂微粒加入到无水乙醇中搅拌2小时，然后加热搅拌到80℃，制得悬浊液，将占两种微粒质量分数2%的硅烷偶联剂逐滴滴加到悬浊液中，继续搅拌1小时，过滤后烘干。再将聚丙烯100份、表面处理过的ZnO和MnO₂微粒各10份，抗氧剂168 0.5份、聚酯增塑剂15份充分混合，进行熔体静电纺丝（纺丝温度：230℃，纺丝距离10cm，纺丝电压30kV）。

（3）将前两步所得纤维经70℃、0.3MPa热压复合，制得去除雾霾微粒和甲醛的抗菌复合纤维膜。

范例二：

（1）将MnO₂微粒加入到无水乙醇中搅拌1小时，然后加热搅拌到80℃，制得悬浊液，将占MnO₂微粒质量分数2%的硅烷偶联剂逐滴滴加到悬浊液中，继续搅拌1小时，过滤后烘干。再将聚丙烯100份、表面处理过的MnO₂微粒30份，抗氧剂168 0.5份、聚酯增塑剂15份充分混合，进行熔体静电纺丝（纺丝温度：230℃，纺丝距离10cm，纺丝电压30kV）。

（2）将8份的聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解到92份的无水乙醇中，磁力搅拌1.5小时，静置1小时后进行溶液静电纺丝（纺丝距离10cm，电压15KV，供液速率0.2ml/h），使用（1）中所得纤维层接收，可直接得到复合纤维膜。

（3）本范例所得复合纤维膜无抗菌效果，但是相比于范例一复合纤维膜，其除雾霾微粒和去甲醛效果更好。

范例三：

（1）将ZnO微粒加入到无水乙醇中搅拌1小时，然后加热搅拌到80℃，制得悬浊液，将占ZnO微粒质量分数1%的硅烷偶联剂逐滴滴加到悬浊液中，继续搅拌1小时，过滤后烘干。再将聚丙烯100份、表面处理过的ZnO微粒50份，抗氧剂1010 0.2份、聚酯增塑剂20份充分混合，进行熔体静电纺丝（纺丝温度：230℃，纺丝距离15cm，纺丝电压45kV）。

（2）将8份的聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解到92份的无水乙醇中，磁力搅拌2小时，静置1小时后进行溶液静电纺丝（纺丝距离15cm，电压25KV，供液速率0.2ml/h），使用（1）中所得纤维层接收，可直接得到复合纤维膜。

（3）本范例所得复合纤维膜无去甲醛效果，但是相比于范例一复合纤维膜，其除雾霾微粒和抗菌效果更好。

Claims

1.一种既除雾霾微粒又除甲醛的抗菌复合纤维膜，其特征在于，由聚合物（A）纳米级除雾霾微粒纤维膜层、聚合物（B）-金属氧化物复合除甲醛抗菌纤维膜层构成，两种不同膜层以热压法或胶粘法或混纺法复合成一体。

2.根据权利要求书1所述的聚合物（A）纳米级除雾霾微粒纤维膜层，其特征在于，聚合物（A）由聚丙烯腈、聚酰胺、聚碳酸脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚醚砜树脂、聚(L-乳酸)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯中的一种或多种组成。

3.根据权利要求书1所述的聚合物（B）-金属氧化物复合纤维膜层，其特征在于，聚合物（B）由聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚碳酸脂、聚乙烯、聚丙烯、聚(L-乳酸)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚砜树脂中的一种或多种组成。

4.根据权利要求书1所述的聚合物（B）-金属氧化物复合纤维膜层，其特征在于，金属氧化物由MgO、CaO、ZnO、TiO₂、MnO₂、CuO、SnO、Fe₂O₃、AgO中的一种或多种组成。

5.一种既除雾霾微粒又除甲醛的抗菌复合纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：1）聚合物（A）纳米级除雾霾微粒纤维膜层的制备：用小分子溶剂将聚合物A溶解成纺丝液，并采用溶液静电纺丝方法制备纳米纤维；溶液静电纺丝参数设置：纺丝距离5-20cm，电压10-50KV，供液速率0.1-5ml/h；2）聚合物（B）-金属氧化物复合纤维层的制备：将金属氧化物微粒加入到无水乙醇中，高速搅拌1-2小时，然后加热搅拌到80℃，制得悬浊液，将占金属氧化物微粒质量分数1%-3%的偶联剂逐滴滴加到悬浊液中，继续搅拌1-2小时，过滤后烘干；再将经上述处理的金属氧化物微粒与聚合物（B）、抗氧剂、增塑剂充分混合，利用熔体静电纺丝技术纺丝，制得超细有机-无机复合纤维；熔体静电纺丝的参数设置：纺丝温度：聚合物（B）熔融温度以上10℃-50℃，纺丝距离10-20cm，纺丝电压20-60kV；3）将步骤1）和步骤2）制备出的纤维复合成膜。

6.根据权利要求书5所述的复合纤维膜制备方法，其特征在于，小分子溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、甲酸、乙酸、丙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的一种或多者的混合物。

7.根据权利要求书5所述的复合纤维膜制备方法，其特征在于，偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂或其混合物。

8.根据权利要求书5所述的复合纤维膜制备方法，其特征在于，抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168或其混合物。

9.根据权利要求书5所述的复合纤维膜制备方法，其特征在于，增塑剂为聚酯类增塑剂或多元醇酯类增塑剂或其混合物。

10.根据权利要求书5所述的复合纤维膜制备方法，其特征在于，复合成膜方法为热压法、胶粘法、混纺法中的一种。