CN104499092A - 一种纳米复合功能纤维及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米纤维的制备领域，具体涉及一种纳米复合功能纤维及其制备方法和应用。按重量份数计，纳米复合功能纤维的原料包括：生物大分子可降解材料12-25份，无机材料10-15份，硅烷偶联剂3-5份，有机聚合物材料60-70份，纳米远红外粉1-3份，金属盐0.05-0.08份，类胡萝卜素0.1-1份，碳酸钙 0.05-0.5份。将这些原料混合制得熔融液，然后采用高压静电纺丝方法，制得纳米复合功能纤维。将该纳米复合功能纤维喷涂于滤芯的内表面或外表面，提高了传统滤芯的过滤精度，提高过滤效率；而且本发明赋予了纳米纤维杀菌、活化水质等功效，当其喷涂于滤芯的内表面或/和外表面时，极大地提高了滤芯的过滤质量。
Description
技术领域
本发明属于纳米纤维的制备领域，具体涉及一种纳米复合功能纤维及其制备方法和应用。
背景技术
过滤器滤芯是过滤器的心脏，也是过滤器的主要原理，是为了净化原生态的资源和资源的再利用，而需要的净化设备，滤芯一般主要用在油过滤、水过滤、空气过滤等过滤行业。除去过滤介质中少量杂质，可保护设备的正常工作或者空气的洁净，当流体经过过滤器中具有一定精度的滤芯后，其杂质被阻挡，而清洁的流物通过滤芯流出。
水过滤器滤芯中有线绕滤芯、PP熔喷滤芯、折叠滤芯、大流量滤芯等，现有的滤芯在使用一段时间后，逐渐被过滤出来的杂质堵塞，导致后续的过滤效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种纳米复合功能纤维及其制备方法和应用。本发明赋予了纳米纤维杀菌抑菌、活化水质等功效，当其喷涂于滤芯表面时，极大地提高了滤芯的过滤质量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种纳米复合功能纤维，按重量份数计，其原料包括：生物大分子可降解材料12-25份，无机材料10-15份，硅烷偶联剂3-5份，有机聚合物材料60-70份，纳米远红外粉1-3份，金属盐0.05-0.08份，类胡萝卜素0.1-1份，碳酸钙 0.05-0.5份。
所述的金属盐为硝酸银、氯化铜、氯化锌、硝酸铜、硝酸锌中的一种或多种。
所述的生物大分子可降解材料为明胶、壳聚糖、胶原蛋白、甲壳素、聚乳酸、聚ε-己内酯中的一种或多种。
所述的无机材料为TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO、ZrO2中的一种或多种。
所述的有机聚合物材料为聚芳酰胺、聚氨酯、聚醚砜、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种。
所述的纳米远红外粉的常温辐射率0.75-0.95。
一种制备如上所述的纳米复合功能纤维的方法，包括以下步骤：
1）无机材料采用超微粉碎机粉碎，过1000目筛，然后与硅烷偶联剂混合均匀，静置15-20min，备用；
2）将碳酸钙采用超微粉碎机粉碎，过1000目筛，备用；
3）将有机聚合物材料加热至熔融状态，保温，加入经步骤1）处理的无机材料，搅拌1-2h；
4）再加入生物大分子可降解材料，搅拌0.5-1h；
5）最后依次加入纳米远红外粉、金属盐、类胡萝卜素、经步骤2）处理的碳酸钙，搅拌0.5-1h，制得混合物熔融液；
6）然后采用高压静电纺丝方法，制得纳米复合功能纤维。
如上所述的制备方法制得的纳米复合功能纤维的应用：将纳米复合功能纤维喷涂于滤芯的内表面或/和外表面，喷涂厚度为0.1-0.5 cm。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过在纳米纤维中加入具有活化水质功能的纳米远红外粉、具有杀菌抑菌作用的金属离子、具有分子共振作用的类胡萝卜素和碳酸钙，赋予了纳米纤维多种功效；
2、将纳米复合功能纤维直接喷涂于传统的滤芯的内表面或/和外表面，一方面增强了滤芯强度，另一方面使得滤芯具有活化水质、杀菌抑菌等功效，提高了传统滤芯的过滤精度，过滤效率增大。
附图说明
图1 是将实施例1制得的纳米纤维用于PP滤芯；
图2 是将实施例2制得的纳米纤维用于活性炭棒；
图3 是将实施例3制得的纳米纤维用于陶瓷滤芯。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
实施例1
一种纳米复合功能纤维，按重量份数计，其原料包括：聚乳酸、明胶按质量比3:1混合的生物可降解材料25份，Al2O310份，硅烷偶联剂3份，聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮按质量比15:1混合的有机聚合物材料60份，纳米远红外陶瓷粉3份，氯化锌0.08份，类胡萝卜素1份，碳酸钙 0.3份。
制备方法为：
1）Al2O3采用超微粉碎机粉碎，过1000目筛，然后与硅烷偶联剂混合均匀，静置15-20min，备用；
2）将碳酸钙采用超微粉碎机粉碎，过1000目筛，备用；
3）将聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮混合材料加热至熔融状态，保温，加入经步骤1）处理的Al2O3，搅拌1h；
4）再加入聚乳酸、明胶，搅拌1h；
5）最后依次加入纳米远红外粉、氯化锌、类胡萝卜素、经步骤2）处理的碳酸钙，搅拌0.5h，制得混合物熔融液；
6）然后采用高压静电纺丝方法，制得纳米复合功能纤维。
如上所述的制备方法制得的纳米复合功能纤维的应用：将纳米复合功能纤维喷涂于PP滤芯的外表面，喷涂厚度为0.3 cm。
喷涂于PP滤芯的外表面后，滤芯的性能有显著改善：
1、提高了传统滤芯过滤精度；如传统熔喷滤芯纤维丝径一般在5-25微米，三维立体空间的不规则多孔网状结构，平均孔径大于1微米；而纳米纤维丝径一般在0.5微米左右，平均孔径小于1微米；
2、减少了PP滤芯滤材厚度，节约成本，降低过滤阻力；
3、杂质被拦截于滤芯表层，可通过反冲洗使滤芯再生重复使用；
4、可以活化水质，抑制细菌繁殖。
实施例2
一种纳米复合功能纤维，按重量份数计，其原料包括：明胶、壳聚糖按质量比20:1混合的生物可降解材料12份，TiO2、SiO2、Al2O3按质量比5:23:17混合后的无机材料15份，硅烷偶联剂5份，聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮按质量比17:1混合后的有机材料60份，纳米远红外陶瓷粉1份，氯化铜0.05份，类胡萝卜素1份，碳酸钙0.5份。
制备方法为：
1）无机材料采用超微粉碎机粉碎，过1000目筛，然后与硅烷偶联剂混合均匀，静置15-20min，备用；
2）将碳酸钙采用超微粉碎机粉碎，过1000目筛，备用；
3）将有机聚合物材料加热至熔融状态，保温，加入经步骤1）处理的无机材料，搅拌2h；
4）再加入生物大分子可降解材料，搅拌1h；
5）最后依次加入纳米远红外粉、氯化铜、类胡萝卜素、经步骤2）处理的碳酸钙，搅拌1h，制得混合物熔融液；
6）然后采用高压静电纺丝方法，制得纳米复合功能纤维。
如上所述的制备方法制得的纳米复合功能纤维的应用：将纳米复合功能纤维喷涂于活性炭棒的内表面和外表面，内表面的喷涂厚度为0.1cm，外表面的喷涂厚度为0.3cm。
喷涂于活性炭棒内表面和外表面后，滤芯的性能有显著改善：
1、均衡了炭棒表面各处过滤流速；
2、防止炭棒内活性炭颗粒孔隙被堵影响吸附效果，同时延长滤芯使用寿命；
3、内层纳米纤维还可以防止炭粉脱落进入水中；
4、由于直接喷涂于滤芯表面，因此增强了滤芯强度；
5、活化水质，抑制细菌繁殖。
实施例3
一种纳米复合功能纤维，按重量份数计，其原料包括：明胶、聚乳酸、聚ε-己内酯按质量比15:7:2混合后的生物大分子可降解材料18份，ZrO2、ZnO按质量比18:7混合后的无机材料10-15份，硅烷偶联剂3-5份，聚芳酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯按质量比30:4:13混合后的有机聚合物材料65份，纳米远红外陶瓷粉2份，硝酸铜0.07份，类胡萝卜素0.5份，碳酸钙 0.25份。
制备方法为：
1）无机材料采用超微粉碎机粉碎，过1000目筛，然后与硅烷偶联剂混合均匀，静置18min，备用；
2）将碳酸钙采用超微粉碎机粉碎，过1000目筛，备用；
3）将有机聚合物材料加热至熔融状态，保温，加入经步骤1）处理的无机材料，搅拌1.5h；
4）再加入生物大分子可降解材料，搅拌0.8h；
5）最后依次加入纳米远红外粉、硝酸铜、类胡萝卜素、经步骤2）处理的碳酸钙，搅拌0.8h，制得混合物熔融液；
6）然后采用高压静电纺丝方法，制得纳米复合功能纤维。
如上所述的制备方法制得的纳米复合功能纤维的应用：将纳米复合功能纤维喷涂于陶瓷滤芯的内表面，内表面的喷涂厚度为0.2 cm。
喷涂于陶瓷滤芯的内表面后，滤芯的性能有显著改善：
1、能均衡陶瓷棒各处过滤流速；
2、内层纳米纤维可以防止陶瓷粉末脱落进入水中；
3、直接喷涂于滤芯表面，因此增强滤芯强度；
4、可以活化水质，抑制细菌繁殖；
5、由于陶瓷烧结过程中管壁可能会产生细微肉眼难以辨认的裂缝，这类陶瓷很难挑选出来，而使用过程中会使水过滤效果不佳，在内壁喷涂一层致密纳米纤维层可以解决这种问题，并可减少生产过程中不良品的产生，从而降低生产成本；
6、解决了陶瓷滤芯反复清洗壁厚减薄后过滤效果逐渐变差的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种纳米复合功能纤维，其特征在于：按重量份数计，其原料包括：生物大分子可降解材料12-25份，无机材料10-15份，硅烷偶联剂3-5份，有机聚合物材料60-70份，纳米远红外粉1-3份，金属盐0.05-0.08份，类胡萝卜素0.1-1份，碳酸钙 0.05-0.5份。
2.根据权利要求1所述的纳米复合功能纤维，其特征在于：所述的金属盐为硝酸银、氯化铜、氯化锌、硝酸铜、硝酸锌中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的纳米复合功能纤维，其特征在于：所述的生物大分子可降解材料为明胶、壳聚糖、胶原蛋白、甲壳素、聚乳酸、聚ε-己内酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的纳米复合功能纤维，其特征在于：所述的无机材料为TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO、ZrO2中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的纳米复合功能纤维，其特征在于：所述的有机聚合物材料为聚芳酰胺、聚氨酯、聚醚砜、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种。
6.根据权利要求1所述的纳米复合功能纤维，其特征在于：所述的纳米远红外粉的常温辐射率0.75-0.95。
7.一种制备如权利要求1所述的纳米复合功能纤维的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）无机材料采用超微粉碎机粉碎，过1000目筛，然后与硅烷偶联剂混合均匀，静置15-20min，备用；
2）将碳酸钙采用超微粉碎机粉碎，过1000目筛，备用；
3）将有机聚合物材料加热至熔融状态，保温，加入经步骤1）处理的无机材料，搅拌1-2h；
4）再加入生物大分子可降解材料，搅拌0.5-1h；
5）最后依次加入纳米远红外粉、金属盐、类胡萝卜素、经步骤2）处理的碳酸钙，搅拌0.5-1h，制得混合物熔融液；
6）然后采用高压静电纺丝方法，制得纳米复合功能纤维。
8.一种如权利要求6所述的制备方法制得的纳米复合功能纤维的应用，其特征在于：将纳米复合功能纤维喷涂于滤芯的内表面或/和外表面。
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