CN107362697B - 一种空气过滤膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空气过滤材料，具体涉及一种空气过滤膜的制备方法。本发明选用天然物芦荟叶作为基材，使其与氯化钙进行混合蒸煮，提高芦荟中的钙含量，利用亮氨酸与钙离子进行结合形成螯合钙，提高了氨基酸与芦荟胶的结合，再使用六甲基二硅氧烷及N，N‑二甲基丙烯酰胺与芦荟胶进行混合，并进行聚合，对芦荟胶进行包裹，同时钙离子与酰胺基团进行了交联，提高了通气性能，同时，利用六甲基二硅氧烷及N，N‑二甲基丙烯酰胺的聚合，一方面增加成膜性能，另一方面降低了通气阻力，同时利用芦荟的性能，提高了空气过滤膜的抗菌性能，从而获得了过滤效果好，同时透气性好的空气过滤膜。

Description

一种空气过滤膜的制备方法
技术领域
本发明属于空气过滤材料，具体涉及一种空气过滤膜的制备方法。
背景技术
室内空气污染是指进入室内的空气污染物的量超过室内环境的自净能力，造成居室内部空气质量下降和恶化，直接或间接对人产生不良影响。人类至少70％以上的时间在室内度过，但由于装修、家用化学品、香烟雾等的影响，使得室内环境污染成为继“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后的第三代污染。近年来，我国大部分地区PM2.5超标，室内空气质量也受到很大程度的影响。此外，我国东南沿海地带属于亚热带季风气候，空气常年湿润，室内温度和湿度条件易滋生多种细菌和霉菌，微生物繁殖产生的菌丝和孢子悬浮在室内空气中，易造成各种疾病的发生和传播。
现有技术中，普通的纱布等材料由于其空隙的孔径太大，根本无法阻挡PM2.5的通过；而现有的专业过滤装置外观较为庞大，不好携带，限制了其应用；同时专业过滤装置的关键部件是吸附材料，现有的吸附材料有活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石和纳米级二氧化钛等，在空气净化行业，最常用的是活性炭。活性炭是用有机含碳材料炭化、活化而成的，其具有发达的空隙结构，绝大部分孔径＜0.05μm；且比表面积高达1000～2000m2/g。但现有的吸附材料在保证过滤效果的同时，通气性差，气体通过的阻力大，尤其是作为口罩中的过滤材料，吸气阻力大，造成无法长时间使用。因此，如何开发一种过滤效果好，同时透气性好的空气过滤膜是本领域一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有的吸附材料在保证过滤效果的同时，通气性差，气体通过的阻力大，尤其是作为口罩中的过滤材料，吸气阻力大，造成无法长时间使用的问题，本发明提供了一种空气过滤膜的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种空气过滤膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）取芦荟叶，去除表皮，切块，并与氯化钙溶液混合，静置，过滤，收集滤饼，将滤饼、乳酸溶液及亮氨酸放入容器中，再将容器进行超声震荡；
（2）在震荡结束后，对容器中进行加热，趁热将容器中的物质放入榨汁机中进行榨汁，收集汁液，并在19～22℃下静置，压滤，收集压滤液；
（3）按重量份数计，取60～80份压滤液、30～35份六甲基二硅氧烷、26～29份竹纤维、18～21份N，N-二甲基丙烯酰胺、6～8份添加颗粒及1～3份过硫酸铵溶液，放入反应器中，使用氮气保护，在90～110℃下反应；
（4）在反应结束后，冷却至室温，收集反应混合物，将反应混合物、聚乙烯醇、N，N-二甲基甲酰胺及水混合均匀，形成纺丝液，将纺丝液通过静电纺丝，得空气过滤膜。
所述步骤（1）中滤饼、乳酸溶液及亮氨酸的质量比为4～7:8～13:3。
所述步骤（3）中添加颗粒为纳米二氧化钛或纳米二氧化硅。
所述步骤（4）中反应混合物、聚乙烯醇、N，N-二甲基甲酰胺及水的质量比为11～13:5～6:4～7:6～9。
所述步骤（4）中静电纺丝的参数为：静电压为32～35kv，接收距离为12～14cm，滚筒转速为240～260r/min，流速为0.5～0.7mL/h，环境湿度为36～38％，温度为37～42℃。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
本发明选用天然物芦荟叶作为基材，使其与氯化钙进行混合蒸煮，提高芦荟中的钙含量，利用亮氨酸与钙离子进行结合形成螯合钙，提高了氨基酸与芦荟胶的结合，再使用六甲基二硅氧烷及N，N-二甲基丙烯酰胺与芦荟胶进行混合，并进行聚合，对芦荟胶进行包裹，同时钙离子与酰胺基团进行了交联，提高了通气性能，同时，利用六甲基二硅氧烷及N，N-二甲基丙烯酰胺的聚合，一方面增加成膜性能，另一方面降低了通气阻力，同时利用芦荟的性能，提高了空气过滤膜的抗菌性能，从而获得了过滤效果好，同时透气性好的空气过滤膜。
具体实施方式
添加颗粒的选择：纳米二氧化钛或纳米二氧化硅中的任意一种。
一种空气过滤膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）取芦荟叶，去除表皮，切块，并与氯化钙溶液混合，静置，过滤，收集滤饼，按质量比4～7:8～13:3，将滤饼、乳酸溶液及亮氨酸放入容器中，再将容器放入超声波震荡器中，在1.2～1.5MHz下进行超声震荡10～15min；
（2）在震荡结束后，对容器中进行加热，加热温度为100℃，加热1～2h，趁热将容器中的物质放入榨汁机中进行榨汁，收集汁液，并在19～22℃下静置50～60min，随后放入压滤机中进行压滤，收集压滤液；
（3）按重量份数计，取60～80份压滤液、30～35份六甲基二硅氧烷、26～29份竹纤维、18～21份N，N-二甲基丙烯酰胺、6～8份添加颗粒及1～3份过硫酸铵溶液，放入反应器中，使用氮气保护，在90～110℃下反应4～7h；
（4）在反应结束后，冷却至室温，收集反应混合物，按质量比为11～13:5～6:4～7:6～9，将反应混合物、聚乙烯醇、N，N-二甲基甲酰胺及水混合均匀，形成纺丝液，将纺丝液通过静电纺丝，静电纺丝的参数为：静电压为32～35kv，接收距离为12～14cm，滚筒转速为240～260r/min，流速为0.5～0.7mL/h，环境湿度为36～38％，温度为37～42℃，得空气过滤膜。
实例1
添加颗粒的选择：纳米二氧化钛。
一种空气过滤膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）取芦荟叶，去除表皮，切块，并与氯化钙溶液混合，静置，过滤，收集滤饼，按质量比4:8:3，将滤饼、乳酸溶液及亮氨酸放入容器中，再将容器放入超声波震荡器中，在1.2MHz下进行超声震荡10min；
（2）在震荡结束后，对容器中进行加热，加热温度为100℃，加热1h，趁热将容器中的物质放入榨汁机中进行榨汁，收集汁液，并在19℃下静置50min，随后放入压滤机中进行压滤，收集压滤液；
（3）按重量份数计，取60份压滤液、30份六甲基二硅氧烷、26份竹纤维、18份N，N-二甲基丙烯酰胺、6份添加颗粒及1份过硫酸铵溶液，放入反应器中，使用氮气保护，在90℃下反应4h；
（4）在反应结束后，冷却至室温，收集反应混合物，按质量比为11:5:4:6，将反应混合物、聚乙烯醇、N，N-二甲基甲酰胺及水混合均匀，形成纺丝液，将纺丝液通过静电纺丝，静电纺丝的参数为：静电压为32kv，接收距离为12cm，滚筒转速为240r/min，流速为0.5mL/h，环境湿度为36％，温度为37℃，得空气过滤膜。
实例2
添加颗粒的选择：纳米二氧化钛。
一种空气过滤膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）取芦荟叶，去除表皮，切块，并与氯化钙溶液混合，静置，过滤，收集滤饼，按质量比7:13:3，将滤饼、乳酸溶液及亮氨酸放入容器中，再将容器放入超声波震荡器中，在1.5MHz下进行超声震荡15min；
（2）在震荡结束后，对容器中进行加热，加热温度为100℃，加热2h，趁热将容器中的物质放入榨汁机中进行榨汁，收集汁液，并在22℃下静置60min，随后放入压滤机中进行压滤，收集压滤液；
（3）按重量份数计，取80份压滤液、35份六甲基二硅氧烷、29份竹纤维、21份N，N-二甲基丙烯酰胺、8份添加颗粒及3份过硫酸铵溶液，放入反应器中，使用氮气保护，在110℃下反应7h；
（4）在反应结束后，冷却至室温，收集反应混合物，按质量比为13:6:7:9，将反应混合物、聚乙烯醇、N，N-二甲基甲酰胺及水混合均匀，形成纺丝液，将纺丝液通过静电纺丝，静电纺丝的参数为：静电压为35kv，接收距离为14cm，滚筒转速为260r/min，流速为0.7mL/h，环境湿度为38％，温度为42℃，得空气过滤膜。
实例3
添加颗粒的选择：纳米二氧化硅。
一种空气过滤膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）取芦荟叶，去除表皮，切块，并与氯化钙溶液混合，静置，过滤，收集滤饼，按质量比5:10:3，将滤饼、乳酸溶液及亮氨酸放入容器中，再将容器放入超声波震荡器中，在1.4MHz下进行超声震荡13min；
（2）在震荡结束后，对容器中进行加热，加热温度为100℃，加热1.5h，趁热将容器中的物质放入榨汁机中进行榨汁，收集汁液，并在20℃下静置55min，随后放入压滤机中进行压滤，收集压滤液；
（3）按重量份数计，取70份压滤液、33份六甲基二硅氧烷、27份竹纤维、19份N，N-二甲基丙烯酰胺、7份添加颗粒及2份过硫酸铵溶液，放入反应器中，使用氮气保护，在100℃下反应5h；
（4）在反应结束后，冷却至室温，收集反应混合物，按质量比为12:5:6:8，将反应混合物、聚乙烯醇、N，N-二甲基甲酰胺及水混合均匀，形成纺丝液，将纺丝液通过静电纺丝，静电纺丝的参数为：静电压为34kv，接收距离为13cm，滚筒转速为250r/min，流速为0.6mL/h，环境湿度为37％，温度为40℃，得空气过滤膜。
对比例：福建泉州某公司生产的空气过滤膜。
PM2.5颗粒过滤效率的测试方法：参照国标GB/T6223-1997自吸过滤式防微粒口罩试验方法，检测阻挡0.3μm钠盐气溶胶效果。检测步骤如下：将过滤膜安装在试验模型上，置于试验柜中，启动氯化钠发生器，将0.3μm的氯化钠气溶胶以90L/min的流量送入柜中，用钠焰光度测试仪测定柜中气溶胶浓度大于1mg/m3后，开动抽气泵，以30L/min的流量通过被测过滤膜，并用钠焰光度测试仪测定过滤膜后的氯化钠气溶胶浓度，以内外浓度之差与外浓度（即过滤前）之比值即为过滤膜的过滤效率，用百分数表示。 气流阻力的测试方法：参照国标GB/T6223-1997自吸过滤式防微粒口罩试验方法，原理是将被试过滤膜安装在试验模型上，以一定的气流通过口罩，抽气所形成的负压值为吸气阻力，结果以Pa表示。检测步骤如下：开动抽气泵，以25L/min流量通过不戴过滤膜的试验模型，测出检验装置系统阻力P1。将被试过滤膜安装在试验模型上，以25L/min流量通过滤膜，测出安装过滤膜时的阻力P2，P2-P1即为过滤膜阻力：
实例1 实例2 实例3 对比例
PM2.5颗粒过滤效率（％） 96 95 99 86～89
气流阻力（Pa) 34 31 32 62～68
从表中可知本发明的空气过滤膜过滤效果好，同时透气性好。

Claims (5)

1.一种空气过滤膜的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）取芦荟叶，去除表皮，切块，并与氯化钙溶液混合，静置，过滤，收集滤饼，将滤饼、乳酸溶液及亮氨酸放入容器中，再将容器进行超声震荡；
（2）在震荡结束后，对容器中进行加热，趁热将容器中的物质放入榨汁机中进行榨汁，收集汁液，并在19～22℃下静置，压滤，收集压滤液；
（3）按重量份数计，取60～80份压滤液、30～35份六甲基二硅氧烷、26～29份竹纤维、18～21份N，N-二甲基丙烯酰胺、6～8份添加颗粒及1～3份过硫酸铵溶液，放入反应器中，使用氮气保护，在90～110℃下反应；
（4）在反应结束后，冷却至室温，收集反应混合物，将反应混合物、聚乙烯醇、N，N-二甲基甲酰胺及水混合均匀，形成纺丝液，将纺丝液通过静电纺丝，得空气过滤膜。
2.根据权利要求1所述空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中滤饼、乳酸溶液及亮氨酸的质量比为4～7:8～13:3。
3.根据权利要求1所述空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中添加颗粒为纳米二氧化钛或纳米二氧化硅。
4.根据权利要求1所述空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中反应混合物、聚乙烯醇、N，N-二甲基甲酰胺及水的质量比为11～13:5～6:4～7:6～9。
5.根据权利要求1所述空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中静电纺丝的参数为：静电压为32～35kv，接收距离为12～14cm，滚筒转速为240～260r/min，流速为0.5～0.7mL/h，环境湿度为36～38％，温度为37～42℃。
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