CN105696090B - 一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法 - Google Patents
一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105696090B CN105696090B CN201610092706.4A CN201610092706A CN105696090B CN 105696090 B CN105696090 B CN 105696090B CN 201610092706 A CN201610092706 A CN 201610092706A CN 105696090 B CN105696090 B CN 105696090B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- tube fibre
- carbon nanotubes
- carbon nano
- fibre film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 179
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 169
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 169
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 99
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 230000008719 thickening Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 15
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 13
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 12
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 claims description 12
- 150000001991 dicarboxylic acids Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 8
- BDJRBEYXGGNYIS-UHFFFAOYSA-N nonanedioic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCC(O)=O BDJRBEYXGGNYIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- CXMXRPHRNRROMY-UHFFFAOYSA-N sebacic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCCC(O)=O CXMXRPHRNRROMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 6
- NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N hexane-1,6-diamine Chemical compound NCCCCCCN NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 6
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 5
- 229920000305 Nylon 6,10 Polymers 0.000 claims description 4
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 claims description 4
- GGHDAUPFEBTORZ-UHFFFAOYSA-N propane-1,1-diamine Chemical compound CCC(N)N GGHDAUPFEBTORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims description 4
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 17
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 10
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 6
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 5
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 5
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 125000005909 ethyl alcohol group Chemical group 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 238000001467 acupuncture Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 239000004750 melt-blown nonwoven Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N Ethenol Chemical compound OC=C IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000914 Metallic fiber Polymers 0.000 description 1
- 206010054949 Metaplasia Diseases 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000000578 dry spinning Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 150000002171 ethylene diamines Chemical class 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000015689 metaplastic ossification Effects 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- MHSKRLJMQQNJNC-UHFFFAOYSA-N terephthalamide Chemical compound NC(=O)C1=CC=C(C(N)=O)C=C1 MHSKRLJMQQNJNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
- D01D1/02—Preparation of spinning solutions
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/18—Formation of filaments, threads, or the like by means of rotating spinnerets
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
- D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
- D04H3/03—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments at random
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，属于纤维材料技术领域。该制备方法经过碳纳米管分散溶液的制备、增粘溶液的制备、碳纳米管纺丝液的制备、离心纺丝与成膜、碳纳米管纤维膜的后处理后制备成碳纳米管纤维膜。本发明制备的碳纳米管纤维膜中，碳纳米管呈现取向性纤维状排列，无包覆且完全裸露在空气中，同时依靠在由氢键力构建的聚乙烯醇纳米纤维力学支架上，碳纳米管纤维膜与空气接触面积大，有利于空气过滤功能的实现。该制备方法工艺简单，设备要求低，操作控制方便，易于实现工业化生产，无需特殊设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，属于纤维材料技术领域。
背景技术
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，由于其具有重量轻、超高表面积、异常的力学、电学和化学性能，被誉为未来最具影响力的基础材料，近年来的深入研究使其广阔的应用前景在不断的被展现出来。
随着空气污染的日益严重，空气过滤纤维膜被被广泛的应用在口罩、空调、汽车、建筑、医疗卫生、通讯、化工等领域，逐渐显示出重要的科学价值和应用价值。通常，空气过滤纤维膜主要由熔喷无纺工艺、纺粘无纺工艺、针刺无纺工艺或水刺无纺工艺等非织造技术制成，其原材料来源广泛，可以选用聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚苯硫醚、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚乙烯醇等性能优良的高分子材料。随着碳纳米管在空气过滤方面的深入研究，越来越多的技术人员将碳纳米管填充到高分子材料基体中，采用传统的非织造技术制备出含有碳纳米管的空气过滤纤维膜，碳纳米管可以为物理性空气过滤材料，也可以将其进行化学改性进而充当功能性空气过滤的的角色。
然而，传统的非织造技术难以将碳纳米管的功能最大化，因为熔喷无纺工艺和纺粘无纺工艺只能将碳纳米管作为填充物添加到高分子纺丝液中，经纺丝后得到的纤维中大部分碳纳米管被包覆在高分子基体材料中，使得碳纳米管无法接触空气环境，进而无法使其在空气过滤方面的功能最大化。如果采用溶液纺丝的方法，将碳纳米管放入高分子纺丝液进行湿法或干法纺丝，进而将得到的纤维在经过针刺无纺工艺或水刺无纺工艺，也存在碳纳米管被高分子基体包覆的问题。另外，有技术人员采用化学气相沉积的方法期望解决该问题，例如：中国专利公开号为CN102600667A，公开日是2012年7月25日，发明名称为“一种基于碳纳米管的空气过滤材料及其制备方法”，中国专利公开号为CN103446804A，公开日是2013年12月18日，发明名称为“一种具有梯度结构的碳纳米管空气过滤材料及其制备方法”，该两个发明专利均采用气相化学沉积的方法将碳纳米管生长在由石英纤维或玻璃纤维或碳纳米管或金属纤维或聚合物纤维构成的基底材料上，以此制备出双层或多层梯度结构的碳纳米管空气过滤材料。该两个专利存在如下两个问题：1. 碳纳米管气相沉积速率较低，无法规模化生产碳纳米管空气过滤材料；2. 碳纳米管气相沉积的工艺环境要求苛刻，沉积温度在100-2000℃，该温度下对基底材料损伤较大，不利于其产品效果的显示；3. 碳纳米管气相沉积的能耗较高，容易造成环境污染且成本较高的问题。
由于静电纺丝制备的高分子纤维的直径可以被控制在纳米尺度，将碳纳米管放入纺丝液后经静电纺丝后，高分子纤维的直径与碳纳米管的直径的比值大幅度减小，促使较多的碳纳米管裸露在高分子纤维的表面，进而发挥其在空气过滤方面的作用。然而，静电纺丝技术的效率极低，不能满足产业化需求，而且其制备的高分子纤维中仍有较大部分的碳纳米管被包覆在高分子基体中。
由此可见，能够制备出碳纳米管完全接触空气介质的空气过滤纤维膜的具有的科学意义和应用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为。
一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，所述制备方法按以下步骤进行：
A. 碳纳米管分散溶液的制备
按如下质量百分比：
无水乙醇 57-82%
碳纳米管 15-35%
聚乙烯醇纳米纤维 3-8%
将无水乙醇、碳纳米管和聚乙烯醇纳米纤维混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.5-1h后得到碳纳米管分散溶液，其中，乳化机的转速为8000-13000r/min。
B. 增粘溶液的制备
按如下质量百分比：
去离子水 56-68%
二元胺 15-21%
二元羧酸 17-23%
将去离子水、二元胺、二元羧酸混配后，升温至45-65℃并机械搅拌1-3h后得到增粘溶液。
C. 碳纳米管纺丝液的制备
将经步骤A得到的碳纳米管分散溶液和经步骤B得到的增粘溶液按如下质量百分比：
碳纳米管分散溶液 65-85%
增粘溶液 15-35%
进行混配，在室温条件下采用机械搅拌1-2h后得到碳纳米管纺丝溶液。
D. 离心纺丝与成膜
将离心纺纺丝罐上的纺丝孔封闭，然后将经步骤C得到的碳纳米管纺丝溶液注入离心纺的纺丝罐中，同时以50r/s的速率增加纺丝罐的转速至5000-8000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，碳纳米管纺丝溶液经离心纺丝后得到碳纳米管纤维，碳纳米管纤维在重力作用下降落并沉积在熔喷无纺布表面后形成碳纳米管纤维膜。
E. 碳纳米管纤维膜的后处理
将经步骤D得到的表面形成有碳纳米管纤维膜的熔喷无纺布放入温度为120-150℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥1-3h，揭膜后得到碳纳米管纤维膜。
所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种，其直径为10-80nm，长度为0.1-0.5cm。
所述的聚乙烯醇纳米纤维的直径为50-550nm，长度为0.3-0.8cm。
所述的去离子水的导电率≤16 MΩ•cm。
所述的二元胺为乙二胺或丙二胺或己二胺中的一种。
所述的二元羧酸为己二酸或壬二酸或癸二酸中的一种。
所述的纺丝孔的孔径为200-800 μm。
所述的熔喷无纺布的平方米克重为10-35g/m2。
由于采用了以上技术方案，本发明的技术特点在于：
本发明提出的碳纳米管纤维膜的制备过程中，不添加纺丝级高分子材料作为碳纳米管的纺丝载体，不依靠纺丝级高分子材料的可纺性为碳纳米管提供成丝条件，同时并采用离心纺丝方法制备出碳纳米管纤维膜。将去离子水、二元胺和二元羧酸进行混配，依靠分子间氢键力制备出碳纳米管分散液的增粘溶液，利用增粘溶液提高碳纳米管分散液的粘度，使其达到纺丝的条件。本发明制备的碳纳米管纺丝液分三个步骤，三个步骤有机结合且顺序分明，相互之间互不干扰，有利于获得粘度适中的碳纳米管纺丝液。碳纳米管分散液中含有聚乙烯醇纳米纤维，聚乙烯醇纳米纤维的尺寸大于碳纳米管，并为纺丝成型后的碳纳米管提供力学支架。离心纺丝时，纺丝孔先封闭后打开的工艺步骤使得碳纳米管纺丝液中的碳纳米管和聚乙烯醇纳米纤维获得足够的取向和转速后再进行离心纺丝，这样可以得到形态结构优化且稳定的碳纳米管纤维膜。在碳纳米管纤维膜中，碳纳米管呈现取向性纤维状排列，无包覆且完全裸露在空气中，同时依靠在由氢键力构建的聚乙烯醇纳米纤维力学支架上，可以更好的维持其形态结构，有利于空气过滤功能的实现。后处理后，无水乙醇、去离子水、二元胺和二元羧酸全部挥发，碳纳米管纤维膜中只剩下碳纳米管和聚乙烯醇纳米纤维，进而获得高含量碳纳米管纤维膜。
本发明所述的一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，制备的碳纳米管纤维膜与空气接触面积大，应用广泛，制备方法工艺简单，设备要求低，操作控制方便，易于实现工业化生产，无需特殊设备。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体详细描述。
一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法采用以下步骤进行：
A. 碳纳米管分散溶液的制备
按如下质量百分比：
无水乙醇 57-82%
碳纳米管 15-35%
聚乙烯醇纳米纤维 3-8%
将无水乙醇、直径为10-80nm、长度为0.1-0.5cm的单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种和直径为50-550nm、长度为0.3-0.8cm的聚乙烯醇纳米纤维混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.5-1h后得到碳纳米管分散溶液，其中，乳化机的转速为8000-13000r/min。碳纳米管分散液中碳纳米管的含量为15-35%，用量较大，易采用乳化机进行高速乳化分散，否则难以制备出碳纳米管分散液。碳纳米管分散液中含有聚乙烯醇纳米纤维，聚乙烯醇纳米纤维的尺寸大于碳纳米管但用量较少，主要并为纺丝成型后的碳纳米管提供力学支架。无水乙醇为去除水分的乙醇，其乙醇含量≧99.5%。
B. 增粘溶液的制备
按如下质量百分比：
去离子水 56-68%
二元胺 15-21%
二元羧酸 17-23%
将导电率≤16 MΩ•cm的去离子水、乙二胺或丙二胺或己二胺中的一种、己二酸或壬二酸或癸二酸中的一种混配后，升温至45-65℃并机械搅拌1-3h后得到增粘溶液。离子水中二元胺和二元羧酸经过分子间氢键力的层层组装，可以构成增粘剂，将其添加到碳纳米管分散液中，可以与无水乙醇形成弱分子间作用力，进而实现增加碳纳米管分散液粘度的目的。
C. 碳纳米管纺丝液的制备
将经步骤A得到的碳纳米管分散溶液和经步骤B得到的增粘溶液按如下质量百分比：
碳纳米管分散溶液 65-85%
增粘溶液 15-35%
进行混配，在室温条件下采用机械搅拌1-2h后得到碳纳米管纺丝溶液。在该质量百分比条件下，可以制备出粘度在300-2000mPa·s的碳纳米管纺丝液，具有良好的可纺性。
D. 离心纺丝与成膜
将离心纺纺丝罐上孔径为200-800 μm的纺丝孔封闭，然后将经步骤C得到的碳纳米管纺丝溶液注入离心纺的纺丝罐中，同时以50r/s的速率增加纺丝罐的转速至5000-8000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，碳纳米管纺丝溶液经离心纺丝后得到碳纳米管纤维，碳纳米管纤维在重力作用下降落并沉积在平方米克重为10-35g/m2的熔喷无纺布表面后形成碳纳米管纤维膜。离心纺丝时，可以采用套筒式离心纺丝罐体，内外两个纺丝套筒均开有纺丝孔，当两个纺丝套筒的纺丝孔错位时，纺丝罐体的纺丝孔封闭，当两个纺丝套筒纺丝孔吻合时，纺丝罐体的纺丝孔打开。先封闭后打开的工艺步骤使得碳纳米管纺丝液中的碳纳米管和聚乙烯醇纳米纤维获得足够的取向和转速后再进行离心纺丝，这样可以得到形态结构优化且稳定的碳纳米管纤维膜。在碳纳米管纤维膜中，碳纳米管呈现取向形纤维状排列，无包覆完全裸露在空气中，同时依靠在由氢键力构建的聚乙烯醇纳米纤维力学支架上，可以更好的维持其形态结构。纺丝罐体可以为陶瓷或玻璃或金属等等材质，纺丝孔可以自由设定。熔喷无纺布的材质可以为聚酯或聚丙烯或聚乙烯等等，其纤维直径为1-8μm。
E. 碳纳米管纤维膜的后处理
将经步骤D得到的表面形成有碳纳米管纤维膜的熔喷无纺布放入温度为120-150℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥1-3h，揭膜后得到碳纳米管纤维膜。后处理后，乙醇、去离子水、二元胺和二元羧酸全部挥发，碳纳米管纤维膜中只剩下碳纳米管和聚乙烯醇纳米纤维，进而获得高含量碳纳米管纤维膜。同时，高温和抽真空处理可以增强碳纳米管纤维之间、碳纳米管纤维与聚乙烯醇纳米纤维之间、聚乙烯醇纳米纤维之间的分子间结合力，使得碳纳米管纤维膜整体尺寸更加稳固。后处理后，可以将碳纳米管纤维膜从熔喷无纺布表面上揭下，获得碳纳米管纤维膜。
下面结合具体实施例对本发明的空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法做进一步详细描述：
实施例1
A. 碳纳米管分散溶液的制备
将57g无水乙醇、35g直径为10nm、长度为0.1cm的单壁碳纳米管和8g直径为50nm、长度为0.3cm的聚乙烯醇纳米纤维混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.5h后得到碳纳米管分散溶液，其中，乳化机的转速为8000r/min。
B. 增粘溶液的制备
将56g导电率为16 MΩ•cm的去离子水、21g乙二胺、23g己二酸混配后，升温至45℃并机械搅拌1h后得到增粘溶液。
C. 碳纳米管纺丝液的制备
将65g经步骤A得到的碳纳米管分散溶液和35g经步骤B得到的增粘溶液进行混配，在室温条件下采用机械搅拌1h后得到碳纳米管纺丝溶液。
D. 离心纺丝与成膜
将离心纺纺丝罐上孔径为200μm的纺丝孔封闭，然后将经步骤C得到的碳纳米管纺丝溶液注入离心纺的纺丝罐中，同时以50r/s的速率增加纺丝罐的转速至5000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，碳纳米管纺丝溶液经离心纺丝后得到碳纳米管纤维，碳纳米管纤维在重力作用下降落并沉积在平方米克重为10g/m2的熔喷无纺布表面后形成碳纳米管纤维膜。
E. 碳纳米管纤维膜的后处理
将经步骤D得到的表面形成有碳纳米管纤维膜的熔喷无纺布放入温度为120℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥1h，揭膜后得到碳纳米管纤维膜。
实施例2
A. 碳纳米管分散溶液的制备
将70g无水乙醇、25g直径为40nm、长度为0.3cm的多壁碳纳米管和5g直径为200nm、长度为0.5cm的聚乙烯醇纳米纤维混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.7h后得到碳纳米管分散溶液，其中，乳化机的转速为10000r/min。
B. 增粘溶液的制备
将62g导电率为14 MΩ•cm的去离子水、18g丙二胺、20g壬二酸混配后，升温至55℃并机械搅拌2h后得到增粘溶液。
C. 碳纳米管纺丝液的制备
将75g经步骤A得到的碳纳米管分散溶液和25g经步骤B得到的增粘溶液进行混配，在室温条件下采用机械搅拌1.5h后得到碳纳米管纺丝溶液。
D. 离心纺丝与成膜
将离心纺纺丝罐上孔径为500μm的纺丝孔封闭，然后将经步骤C得到的碳纳米管纺丝溶液注入离心纺的纺丝罐中，同时以50r/s的速率增加纺丝罐的转速至6500r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，碳纳米管纺丝溶液经离心纺丝后得到碳纳米管纤维，碳纳米管纤维在重力作用下降落并沉积在平方米克重为20g/m2的熔喷无纺布表面后形成碳纳米管纤维膜。
E. 碳纳米管纤维膜的后处理
将经步骤D得到的表面形成有碳纳米管纤维膜的熔喷无纺布放入温度为135℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥2h，揭膜后得到碳纳米管纤维膜。
实施例3
A. 碳纳米管分散溶液的制备
将82g无水乙醇、15g直径为80nm、长度为0.5cm的多壁碳纳米管和3g直径为550nm、长度为0.8cm的聚乙烯醇纳米纤维混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散1h后得到碳纳米管分散溶液，其中，乳化机的转速为13000r/min。
B. 增粘溶液的制备
将68g导电率为12 MΩ•cm的去离子水、15g己二胺、17g癸二酸混配后，升温至65℃并机械搅拌3h后得到增粘溶液。
C. 碳纳米管纺丝液的制备
将85g经步骤A得到的碳纳米管分散溶液和15g经步骤B得到的增粘溶液进行混配，在室温条件下采用机械搅拌2h后得到碳纳米管纺丝溶液。
D. 离心纺丝与成膜
将离心纺纺丝罐上孔径为800μm的纺丝孔封闭，然后将经步骤C得到的碳纳米管纺丝溶液注入离心纺的纺丝罐中，同时以50r/s的速率增加纺丝罐的转速至8000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，碳纳米管纺丝溶液经离心纺丝后得到碳纳米管纤维，碳纳米管纤维在重力作用下降落并沉积在平方米克重为35g/m2的熔喷无纺布表面后形成碳纳米管纤维膜。
E. 碳纳米管纤维膜的后处理
将经步骤D得到的表面形成有碳纳米管纤维膜的熔喷无纺布放入温度为150℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥3h，揭膜后得到碳纳米管纤维膜。
Claims (8)
1.一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：
A. 碳纳米管分散溶液的制备
按如下质量百分比：
无水乙醇 57-82%
碳纳米管 15-35%
聚乙烯醇纳米纤维 3-8%
将无水乙醇、碳纳米管和聚乙烯醇纳米纤维混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.5-1h后得到碳纳米管分散溶液，其中，乳化机的转速为8000-13000r/min；
B. 增粘溶液的制备
按如下质量百分比：
去离子水 56-68%
二元胺 15-21%
二元羧酸 17-23%
将去离子水、二元胺、二元羧酸混配后，升温至45-65℃并机械搅拌1-3h后得到增粘溶液；
C. 碳纳米管纺丝液的制备
将经步骤A得到的碳纳米管分散溶液和经步骤B得到的增粘溶液按如下质量百分比：
碳纳米管分散溶液 65-85%
增粘溶液 15-35%
进行混配，在室温条件下采用机械搅拌1-2h后得到碳纳米管纺丝溶液；
D. 离心纺丝与成膜
将离心纺纺丝罐上的纺丝孔封闭，然后将经步骤C得到的碳纳米管纺丝溶液注入离心纺纺丝罐中，同时以50r/s的速率增加纺丝罐的转速至5000-8000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，碳纳米管纺丝溶液经离心纺丝后得到碳纳米管纤维，碳纳米管纤维在重力作用下降落和沉积在熔喷无纺布表面后形成碳纳米管纤维膜；
E. 碳纳米管纤维膜的后处理
将经步骤D得到的表面形成有碳纳米管纤维膜的熔喷无纺布放入温度为120-150℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥1-3h，揭膜后得到碳纳米管纤维膜。
2.根据权利要求1所述的一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种，其直径为10-80nm，长度为0.1-0.5cm。
3.根据权利要求1所述的一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的聚乙烯醇纳米纤维的直径为50-550nm，长度为0.3-0.8cm。
4.根据权利要求1所述的一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的去离子水的导电率≤16 MΩ•cm。
5.根据权利要求1所述的一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的二元胺为乙二胺或丙二胺或己二胺中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的二元羧酸为己二酸或壬二酸或癸二酸中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的纺丝孔的孔径为200-800 μm。
8.根据权利要求1所述的一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的熔喷无纺布的平方米克重为10-35g/m2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610092706.4A CN105696090B (zh) | 2016-02-19 | 2016-02-19 | 一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610092706.4A CN105696090B (zh) | 2016-02-19 | 2016-02-19 | 一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105696090A CN105696090A (zh) | 2016-06-22 |
| CN105696090B true CN105696090B (zh) | 2018-04-17 |
Family
ID=56222231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610092706.4A Active CN105696090B (zh) | 2016-02-19 | 2016-02-19 | 一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105696090B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108796816B (zh) * | 2018-06-29 | 2020-10-23 | 杭州杭康医疗器械有限公司 | 用于空气过滤的碳管增强的聚丙烯腈/尼龙6复合纤维 |
| CN109432892B (zh) * | 2018-12-12 | 2023-09-01 | 中国地质大学（武汉） | 碳纳米管纤维滤层气体净化与热发电一体化可再生装置 |
| CN114045595B (zh) * | 2021-11-02 | 2022-11-29 | 广东鹏运实业有限公司 | 一种抗静电防电磁辐射的复合面料及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006014171A1 (de) * | 2006-03-24 | 2007-09-27 | Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. | Flächenheizer mit leitfähigem Cellulosevlies |
| WO2013047832A1 (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | 日本ケミコン株式会社 | 金属酸化物とカーボンナノチューブとの複合体、その製造方法、この複合体を用いた電極及び電気化学素子 |
| CN103562447A (zh) * | 2012-04-18 | 2014-02-05 | 太克万株式会社 | 碳纤维材料、碳纤维材料制造方法、具有所述碳纤维材料的材料 |
| CN103748272A (zh) * | 2011-03-09 | 2014-04-23 | 得克萨斯大学体系董事会 | 制造纤维的设备和方法 |
| CN104178930A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-12-03 | 浙江伟星实业发展股份有限公司 | 一种纳米纤维膜及其制备方法 |
| CN104538087A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-22 | 宁波东旭成新材料科技有限公司 | 一种透明导电膜 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4552017B2 (ja) * | 2004-08-11 | 2010-09-29 | 国立大学法人群馬大学 | カーボンナノ材料の製造方法 |
-
2016
- 2016-02-19 CN CN201610092706.4A patent/CN105696090B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006014171A1 (de) * | 2006-03-24 | 2007-09-27 | Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. | Flächenheizer mit leitfähigem Cellulosevlies |
| CN103748272A (zh) * | 2011-03-09 | 2014-04-23 | 得克萨斯大学体系董事会 | 制造纤维的设备和方法 |
| WO2013047832A1 (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | 日本ケミコン株式会社 | 金属酸化物とカーボンナノチューブとの複合体、その製造方法、この複合体を用いた電極及び電気化学素子 |
| CN103562447A (zh) * | 2012-04-18 | 2014-02-05 | 太克万株式会社 | 碳纤维材料、碳纤维材料制造方法、具有所述碳纤维材料的材料 |
| CN104178930A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-12-03 | 浙江伟星实业发展股份有限公司 | 一种纳米纤维膜及其制备方法 |
| CN104538087A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-22 | 宁波东旭成新材料科技有限公司 | 一种透明导电膜 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 离心纺丝技术研究进展;吴昌政 等;《 上海纺织科技》;20150630;第43卷(第6期);1-4 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105696090A (zh) | 2016-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105568555B (zh) | 一种空气过滤石墨烯纤维膜的制备方法 | |
| CN110982114B (zh) | 芳纶/碳纳米管杂化气凝胶薄膜、其制备方法及应用 | |
| Raghavan et al. | Electrospun polymer nanofibers: The booming cutting edge technology | |
| Dong et al. | Surface-modified electrospun polyacrylonitrile nano-membrane for a lithium-ion battery separator based on phase separation mechanism | |
| Zhan et al. | A novel multinozzle electrospinning process for preparing superhydrophobic PS films with controllable bead-on-string/microfiber morphology | |
| CN104790067B (zh) | 纳米导电高分子/石墨烯复合纤维及其制备方法和应用 | |
| CN104451925A (zh) | 一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维及其制备方法和应用 | |
| CN105958073B (zh) | 一种纳米碳纤维膜/钴酸锂三维同轴复合膜制备方法 | |
| CN107103966B (zh) | 一种基于电纺的银纳米线/聚偏氟乙烯复合纳米电缆 | |
| CN105970485A (zh) | 一种聚酰亚胺/二氧化锆复合纳米纤维膜及其制备方法 | |
| CN105696090B (zh) | 一种空气过滤碳纳米管纤维膜的制备方法 | |
| CN1367276A (zh) | 精细纤维状高分子织物的制造方法 | |
| Jiang et al. | Centrifugally-spun tin-containing carbon nanofibers as anode material for lithium-ion batteries | |
| CN100420626C (zh) | 纯碳纳米管薄膜的制备方法 | |
| CN104916448A (zh) | 一种层次结构微纳多孔纤维电极材料及其制备方法 | |
| CN106935410B (zh) | 一种基于石墨化有序排列纺丝纤维的自支撑柔性超级电容器的制备方法 | |
| CN112259788A (zh) | 一种网格结构的固态聚合物电解质膜及其制备方法 | |
| CN108109855B (zh) | 一种基于复合纱线的柔性超级电容器的制备方法 | |
| CN106435841A (zh) | 一种聚丙烯腈基多孔碳纤维的制备方法 | |
| CN106531939A (zh) | 一种锂离子电池隔膜 | |
| CN107164820A (zh) | 一种高取向复合导电纳米纤维 | |
| Zhou et al. | Novel method for preparation of continuously twisted nanofiber yarn based on a combination of stepped airflow electrospinning and friction twisting | |
| KR20050062407A (ko) | 탄소나노튜브를 포함하는 복합체 및 탄소나노튜브집합체의 제조방법 | |
| KR101196786B1 (ko) | 회전형 노즐을 이용한 나노섬유 부직포 제조장치 및 그의 제조방법 | |
| CN110452494B (zh) | 一种复合导热材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wu Longtao Inventor after: Xu Weilin Inventor after: Song Baoxiang Inventor after: Chen Lijun Inventor after: Lin Yong Inventor after: Liu Xin Inventor after: Zhang Ke Inventor after: Yang Jie Inventor after: Wang Yafei Inventor before: Wu Longtao Inventor before: Xu Weilin Inventor before: Song Baoxiang Inventor before: Chen Lijun Inventor before: Liu Xin Inventor before: Li Wenbin Inventor before: Zhang Ke Inventor before: Yang Jie |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Preparation method of air-filtering carbon nano-tube fibrous membrane Effective date of registration: 20190929 Granted publication date: 20180417 Pledgee: Jiangsu Credit Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: JIANGSU YIMAO FILTER MEDIA Co.,Ltd. Registration number: Y2019320000166 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 223814 north side of Fudan Road, Sucheng Economic Development Zone, Suqian City, Jiangsu Province Patentee after: Yimao Environmental Technology Co.,Ltd. Address before: 223814 north side of Fudan Road, Sucheng Economic Development Zone, Suqian City, Jiangsu Province Patentee before: JIANGSU YIMAO FILTER MEDIA Co.,Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230810 Granted publication date: 20180417 Pledgee: Jiangsu Credit Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: JIANGSU YIMAO FILTER MEDIA Co.,Ltd. Registration number: Y2019320000166 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |