CN106215515A - 一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法 - Google Patents

一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，属于静电纺丝技术领域，包括以下步骤：步骤一，玻璃纤维毡前处理；步骤二，静电纺丝；步骤三，超细纳米纤维分散液的配制；步骤四，复合滤料浸泡处理。该技术方案能够达到以下两个有益效果，第一，通过在静电纺丝得到的纳米纤维膜及玻纤机织毡上沉积高柔软度、超细纳米纤维，以形成主体纤维上含有“分形二级结构”的复合过滤材料，主体粗纤维对于粒径较大的颗粒具有较好的过滤效果，第二，将具有驻极效应的纳米纤维膜附着在玻纤机织毡之间，阻碍了具有驻极作用的静电纺纤维与外界环境直接接触，得到的静电纺纤维/玻纤机织毡复合滤料具有良好的电荷储存稳定性，有益效果显著。

Description

一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，属于静电纺丝技术领域。
背景技术
玻璃纤维针刺毡是一种结构合理、性能较好的过滤材料，以玻璃纤维为原料，用刺针对梳理后的短切玻纤毡进行针刺，用机械方法使毡层玻纤之间、毡层玻纤与增强玻纤基布之间纤维相互缠结，纤网得以加固而制成的毡状非织造布过滤材料。现有的普通玻纤针刺毡过滤效率低，特别是针对水泥行业粉尘粒径小的情形，难以完全过滤。
静电纺是一种利用高电压进行纺丝的纳米纤维制备技术，同时也是一种纳米纤维驻极技术，在纺丝的过程中可将大量空间电荷注入纤维当中，空间电荷易被纤维内部的深陷阱捕获，同时可诱导偶极极化而产生极化电荷，在对粒子进行过滤的过程中可通过静电吸附作用提升过滤效率。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，具体技术方案如下：
一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，包括以下步骤：步骤一，玻璃纤维毡前处理；步骤二，静电纺丝；步骤三，超细纳米纤维分散液的配制；步骤四，复合滤料浸泡处理；
所述步骤一中，
（1）先将二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维加入乙醇中超声分散，得到均匀的分散液A；
（2）将玻纤机织毡在分散液A中浸泡后取出烘干，获得表面沉积二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维的玻纤机织毡基材A；
所述步骤二中，
（1）将无机纳米颗粒加入到溶剂中超声分散，得到均匀的分散液B；
（2）向分散液B中加入聚合物，配制得到均匀的纺丝液B；
（3）将纺丝液B进行多针头静电纺丝，使用玻纤机织毡基材A进行接收，得到均匀沉积有静电纺聚合物纳米纤维的复合滤料B；
所述步骤三中，先配制聚乙烯醇缩丁醛溶液，然后将聚乙烯醇缩丁醛溶液与超细纳米纤维加入搅拌机中进行分散，得到均匀的分散液C；
所述步骤四中，将步骤二得到的复合滤料B浸入步骤三得到的分散液C中，取出后烘干，得到复合滤料：静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材。
作为上述技术方案的改进，所述步骤一的（1）中，分散液A中的二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维的质量分数为0.1％～5％，所述二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维直径为20nm～80nm，长度为200nm～500nm。
作为上述技术方案的改进，所述步骤一的（2）中，浸泡时间为4min～9min；所述玻纤针刺毡中组成纤维直径为1μm～50μm，克重为650g/m2～700g/m2。
作为上述技术方案的改进，所述步骤二的（1）中，无机纳米颗粒为二氧化硅、二氧化钛、五氧化二钽、钛酸钡、电气石、勃姆石或倍半硅氧烷纳米颗粒，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
作为上述技术方案的改进，所述步骤二的（2）中，所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或一种以上组成的混合物。
作为上述技术方案的改进，所述步骤二的（2）中，聚合物的含量为10wt％～40wt％，所述步骤二的（1）中，无机纳米颗粒的添加量为聚合物和无机纳米颗粒总质量的0.05wt％～15wt％。
作为上述技术方案的改进，所述步骤二的（3）中，多针头静电纺丝的针头之间绝缘，且各个针头的四周都有绝缘材料形成隔绝槽，槽的深度为针头长度的1倍～5倍。
作为上述技术方案的改进，所述步骤二的（3）中，多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压20KV～60KV，纺丝环境条件为温度20℃～35℃，相对湿度25％～80％；多针头喷丝单元针头间距5cm～30cm，喷丝单元针头数量为20个～90个。
作为上述技术方案的改进，所述步骤三中，超细纳米纤维为聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或一种以上组成的混合物。
作为上述技术方案的改进，所述步骤三中，分散液C中超细纳米纤维的含量为0.01wt％～4wt％，超细纳米纤维直径为10nm～150nm，长度为100nm～200nm。
上述技术方案能够达到以下两个有益效果：
第一，通过在静电纺丝得到的纳米纤维膜及玻纤机织毡上沉积高柔软度、超细纳米纤维，以形成主体纤维上含有“分形二级结构”的复合过滤材料，主体粗纤维对于粒径较大的颗粒具有较好的过滤效果，同时形成较大孔径结构有利于气流的顺利通过，而二级分形结构对于超细颗粒具有优异的过滤性能，同时其较为柔软的特性，使得有高速气流通过时不会对气流产生阻挡作用，从而不会导致阻力压降的增大，使用本方式得到的过滤材料具有极高的高过滤效率；
第二，本发明通过将具有驻极效应的纳米纤维膜附着在玻纤机织毡之间，阻碍了具有驻极作用的静电纺纤维与外界环境直接接触，得到的静电纺纤维/玻纤机织毡复合滤料具有良好的电荷储存稳定性，从而过滤效果维持性好，经检测，该滤材对对水泥行业粉尘粒径为0.02μm～10μm的颗粒的过滤效率达99.999％，过滤效果优异。
附图说明
图1为本发明一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，包括以下步骤，步骤一，玻璃纤维毡前处理：
（1）先将二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维加入乙醇中超声分散，得到均匀的分散液A，该分散液A中的二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维的质量分数为0.1％～5％，所述二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维直径为20nm～80nm，长度为200nm～500nm；
（2）将玻纤机织毡在分散液A中浸泡后取出烘干，获得表面沉积二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维的玻纤机织毡基材A，该步骤中浸泡时间为4min～9min；所述玻纤针刺毡中组成纤维直径为1μm～50μm，克重为650g/m2～700g/m2，其中初始过滤效率为5％～40％；并且上述烘干是指悬挂于烘箱中，烘干温度为60℃～80℃；
步骤二，静电纺丝：
（1）将无机纳米颗粒加入到溶剂中超声分散，超声分散时间为40min～80min，得到均匀的分散液B，其中无机纳米颗粒为二氧化硅、二氧化钛、五氧化二钽、钛酸钡、电气石、勃姆石或倍半硅氧烷纳米颗粒，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
（2）向分散液B中加入聚合物，进行磁力搅拌，搅拌时间1h～10h，配制得到均匀的纺丝液B，其中聚合物为聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或一种以上组成的混合物，并且聚合物的含量为10wt％～40wt％，并且在步骤二的（1）中，无机纳米颗粒的添加量为聚合物和无机纳米颗粒总质量的0.05wt％～15wt％；
（3）将纺丝液B进行多针头静电纺丝，使用玻纤机织毡基材A进行接收，得到均匀沉积有静电纺聚合物纳米纤维的复合滤料B，其中多针头静电纺丝的针头之间绝缘，且各个针头的四周都有绝缘材料形成隔绝槽，槽的深度为针头长度的1倍～5倍，该多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压20KV～60KV，纺丝环境条件为温度20℃～35℃，相对湿度25％～80％；多针头喷丝单元针头间距5cm～30cm，喷丝单元针头数量为20个～90个；
步骤三，超细纳米纤维分散液的配制：先配制聚乙烯醇缩丁醛溶液，然后将聚乙烯醇缩丁醛溶液与超细纳米纤维加入搅拌机中进行分散，得到均匀的分散液C，其中超细纳米纤维为聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或一种以上组成的混合物，分散液C中超细纳米纤维的含量为0.01wt％～4wt％，超细纳米纤维直径为10nm～150nm，长度为100nm～200nm；
步骤四，复合滤料浸泡处理：将步骤二得到的复合滤料B浸入步骤三得到的分散液C中，浸泡的时间为5min～30min，取出后烘干，烘干温度为25℃～50℃，得到复合滤料：静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材。
下面结合具体实施例进行详细描述。
实施例一
按照以下方法进行静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备：
步骤一，玻璃纤维毡前处理：
（1）先将2.3g二氧化钛纳米纤维加入120ml乙醇中超声分散，得到均匀的分散液A，该分散液A中的二氧化钛纳米纤维的质量分数为0.1％～5％，所述二氧化钛纳米纤维直径为20nm～80nm，长度为200nm～500nm；
（2）将玻纤机织毡在分散液A中浸泡4min，然后取出在80℃烘干，获得表面沉积二氧化钛纳米纤维的玻纤机织毡基材A；
步骤二，静电纺丝：
（1）将无机纳米颗粒加入到溶剂中超声分散，超声分散时间为40min，得到均匀的分散液B，其中无机纳米颗粒为二氧化硅，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
（2）向分散液B中加入聚合物，进行磁力搅拌，搅拌时间3h，配制得到均匀的纺丝液B，其中聚合物为聚偏氟乙烯；
（3）将纺丝液B进行多针头静电纺丝，使用玻纤机织毡基材A进行接收，得到均匀沉积有静电纺聚合物纳米纤维的复合滤料B，其中多针头静电纺丝的针头之间绝缘，且各个针头的四周都有绝缘材料形成隔绝槽，槽的深度为针头长度的3倍，该多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压60KV，纺丝环境条件为温度30℃，相对湿度40％；多针头喷丝单元针头间距20cm，喷丝单元针头数量为90个；
步骤三，超细纳米纤维分散液的配制：先配制聚乙烯醇缩丁醛溶液，然后将聚乙烯醇缩丁醛溶液与超细纳米纤维加入搅拌机中进行分散，得到均匀的分散液C，其中超细纳米纤维为聚丙烯腈；
步骤四，复合滤料浸泡处理：将步骤二得到的复合滤料B浸入步骤三得到的分散液C中，浸泡的时间为30min，取出后在25℃烘干，得到复合滤料：静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材。
实施例二
按照以下方法进行静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备：
步骤一，玻璃纤维毡前处理：
（1）先将1.2g纳米活性碳纤维加入80ml乙醇中超声分散，得到均匀的分散液A，该分散液A中纳米活性碳纤维的质量分数为0.1％～5％，所述纳米活性碳纤维直径为20nm～80nm，长度为200nm～500nm；
（2）将玻纤机织毡在分散液A中浸泡4min，然后取出在80℃烘干，获得表面沉积纳米活性碳纤维的玻纤机织毡基材A；
步骤二，静电纺丝：
（1）将无机纳米颗粒加入到溶剂中超声分散，超声分散时间为40min，得到均匀的分散液B，其中无机纳米颗粒为二氧化硅，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
（2）向分散液B中加入聚合物，进行磁力搅拌，搅拌时间3h，配制得到均匀的纺丝液B，其中聚合物为聚偏氟乙烯；
（3）将纺丝液B进行多针头静电纺丝，使用玻纤机织毡基材A进行接收，得到均匀沉积有静电纺聚合物纳米纤维的复合滤料B，其中多针头静电纺丝的针头之间绝缘，且各个针头的四周都有绝缘材料形成隔绝槽，槽的深度为针头长度的3倍，该多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压20KV，纺丝环境条件为温度20℃，相对湿度40％；多针头喷丝单元针头间距10cm，喷丝单元针头数量为90个；
步骤三，超细纳米纤维分散液的配制：先配制聚乙烯醇缩丁醛溶液，然后将聚乙烯醇缩丁醛溶液与超细纳米纤维加入搅拌机中进行分散，得到均匀的分散液C，其中超细纳米纤维为聚氧化乙烯；
步骤四，复合滤料浸泡处理：将步骤二得到的复合滤料B浸入步骤三得到的分散液C中，浸泡的时间为5min，取出后在50℃烘干，得到复合滤料：静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材。
实施例三
按照以下方法进行静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备：
步骤一，玻璃纤维毡前处理：
（1）先将1.7g二氧化钛纳米纤维加入80ml乙醇中超声分散，得到均匀的分散液A，该分散液A中的二氧化钛纳米纤维的质量分数为0.1％～5％，所述二氧化钛纳米纤维直径为20nm～80nm，长度为200nm～500nm；
（2）将玻纤机织毡在分散液A中浸泡4min，然后取出在80℃烘干，获得表面沉积二氧化钛纳米纤维的玻纤机织毡基材A；
步骤二，静电纺丝：
（1）将无机纳米颗粒加入到溶剂中超声分散，超声分散时间为40min，得到均匀的分散液B，其中无机纳米颗粒为二氧化硅，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
（2）向分散液B中加入聚合物，进行磁力搅拌，搅拌时间3h，配制得到均匀的纺丝液B，其中聚合物为聚偏氟乙烯；
（3）将纺丝液B进行多针头静电纺丝，使用玻纤机织毡基材A进行接收，得到均匀沉积有静电纺聚合物纳米纤维的复合滤料B，其中多针头静电纺丝的针头之间绝缘，且各个针头的四周都有绝缘材料形成隔绝槽，槽的深度为针头长度的3倍，该多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压20KV，纺丝环境条件为温度20℃，相对湿度40％；多针头喷丝单元针头间距10cm，喷丝单元针头数量为90个；
步骤三，超细纳米纤维分散液的配制：先配制聚乙烯醇缩丁醛溶液，然后将聚乙烯醇缩丁醛溶液与超细纳米纤维加入搅拌机中进行分散，得到均匀的分散液C，其中超细纳米纤维为聚氧化乙烯；
步骤四，复合滤料浸泡处理：将步骤二得到的复合滤料B浸入步骤三得到的分散液C中，浸泡的时间为5min，取出后在50℃烘干，得到复合滤料：静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材。
上述滤材产品结构如图1所示，包括玻纤机织毡1和静电纺纳米纤维2，实验发现，该滤材对对水泥行业粉尘粒径为0.02μm～10μm的颗粒的过滤效率达99.999％，过滤效果优异。

Claims (10)

1.一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，包括以下步骤：步骤一，玻璃纤维毡前处理；步骤二，静电纺丝；步骤三，超细纳米纤维分散液的配制；步骤四，复合滤料浸泡处理；其特征在于，
所述步骤一中，
（1）先将二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维加入乙醇中超声分散，得到均匀的分散液A；
（2）将玻纤机织毡在分散液A中浸泡后取出烘干，获得表面沉积二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维的玻纤机织毡基材A；
所述步骤二中，
（1）将无机纳米颗粒加入到溶剂中超声分散，得到均匀的分散液B；
（2）向分散液B中加入聚合物，配制得到均匀的纺丝液B；
（3）将纺丝液B进行多针头静电纺丝，使用玻纤机织毡基材A进行接收，得到均匀沉积有静电纺聚合物纳米纤维的复合滤料B；
所述步骤三中，先配制聚乙烯醇缩丁醛溶液，然后将聚乙烯醇缩丁醛溶液与超细纳米纤维加入搅拌机中进行分散，得到均匀的分散液C；
所述步骤四中，将步骤二得到的复合滤料B浸入步骤三得到的分散液C中，取出后烘干，得到复合滤料：静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材。
2.如权利要求1所述的一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤一的（1）中，分散液A中的二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维的质量分数为0.1％～5％，所述二氧化钛纳米纤维或纳米活性碳纤维直径为20nm～80nm，长度为200nm～500nm。
3.如权利要求1所述的一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤一的（2）中，浸泡时间为4min～9min；所述玻纤针刺毡中组成纤维直径为1μm～50μm，克重为650g/m2～700g/m2。
4.如权利要求1所述的一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤二的（1）中，无机纳米颗粒为二氧化硅、二氧化钛、五氧化二钽、钛酸钡、电气石、勃姆石或倍半硅氧烷纳米颗粒，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
5.如权利要求1所述的一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤二的（2）中，所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或一种以上组成的混合物。
6.如权利要求5所述的一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤二的（2）中，聚合物的含量为10wt％～40wt％，所述步骤二的（1）中，无机纳米颗粒的添加量为聚合物和无机纳米颗粒总质量的0.05wt％～15wt％。
7.如权利要求1所述的一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤二的（3）中，多针头静电纺丝的针头之间绝缘，且各个针头的四周都有绝缘材料形成隔绝槽，槽的深度为针头长度的1倍～5倍。
8.如权利要求7所述的一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤二的（3）中，多针头静电纺丝的工艺条件为：电源电压20KV～60KV，纺丝环境条件为温度20℃～35℃，相对湿度25％～80％；多针头喷丝单元针头间距5cm～30cm，喷丝单元针头数量为20个～90个。
9.如权利要求1所述的一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，超细纳米纤维为聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或一种以上组成的混合物。
10.如权利要求9所述的一种静电纺丝纳米纤维玻纤机织毡滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，分散液C中超细纳米纤维的含量为0.01wt％～4wt％，超细纳米纤维直径为10nm～150nm，长度为100nm～200nm。
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