CN107537321A - 一种自清洁型空气过滤膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自清洁型空气过滤膜及制备方法，其是由静电纺聚合物基纤维膜与疏水纳米涂料复合而成。本发明的制备方法简单、成本低廉、对设备要求低，适合规模化生产；所得产品具有良好的自清洁性能，能有效的降低当前空气过滤膜的成本和增加产品使用寿命。

Description

一种自清洁型空气过滤膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种空气过滤膜，尤其涉及一种自清洁型空气过滤膜及制备方法，属于空气过滤膜技术领域。

背景技术

空气中颗粒物(particulate matter，PM)污染最近已经成为一个最严重的环境问题，对公众健康造成巨大威胁。长期暴露于颗粒物污染的环境中会导致心脏疾病、中风和肺疾病，包括癌症；而短期暴露于高浓度的颗粒物环境中可以触发哮喘。由于其严重影响公共健康，从目前的雾霾天气对公众部署有效的保护变得必要而迫切。尽管户外的个人防护可以由面部防护来实现，室内空气通常依赖于昂贵和高耗能的空气过滤装置。清除颗粒物技术的重要组成部分是过滤薄膜。理想情况下，空气过滤器应该有高空气通量和低阻隔，实现高效的颗粒物过滤性能。但传统的纤维过滤材料面临着难以高效低阻过滤超细颗粒的瓶颈问题。研究结果表明随着纤维直径的降低能显著提高纤维过滤膜的过滤效率。由于静电纺丝技术能够制备直径在几纳米到及几微米范围内的超细纤维，同时通过静电纺丝技术得到的纤维材料具有孔径小、孔隙率高及纤维均一性好等优点，因此通过静电纺丝技术制备的纤维过滤膜被广泛应用在气体过滤、液体过滤及个体防护等领域。开发出一种高效且能够长期使用的空气过滤膜是本技术领域人员亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种自清洁型空气过滤膜及制备方法，旨在利用其自清洁的功能，及时清理过滤膜上沉积的微粒，使过滤膜长期保持高效低阻的过滤性能。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

本发明的自清洁型空气过滤膜，其特点在于：所述的自清洁型空气过滤膜是由静电纺聚合物基纤维膜与疏水纳米涂料复合而成。

优选的，所述的静电纺聚合物基纤维膜为聚丙烯腈纤维膜PAN、聚苯乙烯纤维膜PS、聚丙烯纤维膜PP、聚乙烯基吡咯烷酮纤维膜PVP、聚乙烯纤维膜PE、聚酰胺纤维膜PA、聚甲基丙烯酸甲酯纤维膜PMMA或聚偏氟乙烯纤维膜PVDF。

优选的，所述的静电纺聚合物基纤维膜是由直径50-2000nm的聚合物纤维构成，厚度范围在1-200μm。

优选的，所述的疏水纳米涂料为二氯二甲基硅烷、全氟癸烷或二甲基硅氧烷修饰的二氧化硅或二氧化钛纳米颗粒。

上述自清洁型空气过滤膜的制备方法为：

首先将聚合物溶液或聚合物熔体通过静电纺丝技术制备出静电纺聚合物基纤维膜；然后将疏水纳米涂料分散于有机溶剂中(如乙醇或正己烷)，获得疏水纳米涂料分散液；最后再将所述疏水纳米涂料分散液喷涂在静电纺聚合物基纤维膜上，或将静电纺聚合物基纤维膜在所述疏水纳米涂料分散液中浸泡，烘干后即获得自清洁型空气过滤膜。

优选的，所述聚合物溶液或聚合物熔体的质量浓度为3％-25％；所述疏水纳米涂料分散液的质量浓度范围为0.5％～5％。

优选的，所述静电纺丝过程中的静电电压范围是5kV-30kV。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明利用“静电纺聚合物基纤维膜”与“疏水纳米涂料”两种材料联合制造出强化的自清洁型空气过滤膜，疏水涂料在静电纺聚合物基纤维膜表面提供疏水的表层微纳结构表面；本发明利用疏水低粘附表面，模仿自然界荷叶自清洁的原理，利用水流清洁疏水表面附着的灰尘、微粒等固体颗粒污染物，实现空气过滤膜的自清洁功能。

2、本发明的技术在空气滤化器中应用可实现空气净化设备高效自清洁及重复利用，对于降低家用或专业空气净化器使用成本方面具有巨大的经济价值与环保价值。

3、本发明的制备方法简单，成本低廉，对设备要求低，适合规模化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1所得静电纺聚丙烯腈纤维膜(图1(a))及与疏水纳米涂料复合后的静电纺聚丙烯腈纤维膜(图1(b))的扫描电镜照片。

图2为本发明实施例1与疏水纳米涂料复合后的静电纺聚丙烯腈纤维膜的接触角照片。

图3为本发明实施例1与疏水纳米涂料复合后的静电纺聚丙烯腈纤维膜被碳酸钙粉末污染后(图3(a))及经水冲洗后(图3(b))的照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明所述的自清洁型空气过滤膜及制备方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

本实施例以静电纺聚丙烯腈纤维膜PAN与二氯二甲基硅烷修饰的二氧化硅纳米颗粒复合制备自清洁型空气过滤膜。具体步骤如下：

(1)静电纺聚丙烯腈纤维膜的制备：

取聚丙烯腈粉末，将其溶解在有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，充分搅拌使聚丙烯腈溶解，配制成质量浓度为11％的透明澄清聚丙烯腈溶液；

将聚丙烯腈溶液作为纺丝液通过静电纺丝技术电纺得到静电纺聚丙烯腈纤维膜，静电纺丝最佳工艺为：注射速率为1.0mL/h，静电纺电压为13kV，收集距离为15cm，铝箔作为导电收集装置；

(2)将经过二氯二甲基硅烷修饰的二氧化硅纳米颗粒配制成质量浓度为3％的乙醇悬浮液；

(3)将步骤(2)中制备的悬浮液喷涂到步骤(1)中制备的静电纺聚丙烯腈纤维膜上，喷涂后的纤维膜放在室温下干燥1h，所得与疏水纳米涂料复合后的静电纺聚丙烯腈纤维膜即为目标产品自清洁型空气过滤膜。

图1为本实施例中所得静电纺聚丙烯腈纤维膜(图1(a))及与疏水纳米涂料复合后的静电纺聚丙烯腈纤维膜(图1(b))的扫描电镜照片，从图中可以看出疏水纳米涂料粘附在聚丙烯腈纤维上，且未堵塞静电纺聚丙烯腈纤维膜的孔隙。

图2为本实施例与疏水纳米涂料复合后的静电纺聚丙烯腈纤维膜的接触角照片，从图中可以看出与疏水纳米涂料复合后的静电纺聚丙烯腈纤维膜的水接触角在138±2°附近，为疏水膜。

图3为本实施例与疏水纳米涂料复合后的静电纺聚丙烯腈纤维膜被碳酸钙粉末污染后(图 3(a))及经水冲洗后(图3(b))的照片，从图中可以看出被碳酸钙粉末污染的自清洁型空气过滤膜在水的冲洗下即可除去碳酸钙粉末，说明其具有自清洁功能。

实施例2

本实施例以静电纺聚苯乙烯纤维膜PS与二氯二甲基硅烷修饰的二氧化硅纳米颗粒复合制备自清洁型空气过滤膜。具体步骤如下：

(1)静电纺聚苯乙烯纤维膜的制备：

取聚苯乙烯颗粒，将其溶解在有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，充分搅拌使聚苯乙烯溶解，配制成质量浓度为11％的透明澄清聚苯乙烯溶液；

将聚苯乙烯溶液作为纺丝液通过静电纺丝技术电纺得到静电纺聚苯乙烯纤维膜，静电纺丝最佳工艺为：注射速率为1.0mL/h，静电纺电压为14kV，收集距离为22cm，铜网作为导电收集装置；

(2)将经过二氯二甲基硅烷修饰的二氧化硅纳米颗粒配制成质量浓度为3％的乙醇悬浮液；

(3)将步骤(2)中制备的悬浮液喷涂到步骤(1)中制备的静电纺聚苯乙烯纤维膜上，喷涂后的纤维膜放在室温下干燥1h，所得与疏水纳米涂料复合后的静电纺聚苯乙烯纤维膜即为目标产品自清洁型空气过滤膜。

经测试，本实施例所得空气过滤膜为疏水膜，具有自清洁功能。

Claims (8)

1.一种自清洁型空气过滤膜，其特征在于：所述的自清洁型空气过滤膜是由静电纺聚合物基纤维膜与疏水纳米涂料复合而成。

2.根据权利要求1所述的自清洁型空气过滤膜，其特征在于：所述的静电纺聚合物基纤维膜为聚丙烯腈纤维膜、聚苯乙烯纤维膜、聚丙烯纤维膜、聚乙烯基吡咯烷酮纤维膜、聚乙烯纤维膜、聚酰胺纤维膜、聚甲基丙烯酸甲酯纤维膜或聚偏氟乙烯纤维膜。

3.根据权利要求2所述的自清洁型空气过滤膜，其特征在于：所述的静电纺聚合物基纤维膜是由直径50-2000nm的聚合物纤维构成，厚度范围在1-200μm。

4.根据权利要求1所述的自清洁型空气过滤膜，其特征在于：所述的疏水纳米涂料为二氯二甲基硅烷、全氟癸烷或二甲基硅氧烷修饰的二氧化硅纳米颗粒或二氧化钛纳米颗粒。

5.一种权利要求1～4中任意一项所述的自清洁型空气过滤膜的制备方法，其特征在于：首先将聚合物溶液或聚合物熔体通过静电纺丝技术制备出静电纺聚合物基纤维膜；然后将疏水纳米涂料分散于有机溶剂中，获得疏水纳米涂料分散液；最后再将所述疏水纳米涂料分散液喷涂在所述静电纺聚合物基纤维膜上，或将所述静电纺聚合物基纤维膜在所述疏水纳米涂料分散液中浸泡，烘干后即获得自清洁型空气过滤膜。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物溶液或聚合物熔体的质量浓度为3％-25％；所述疏水纳米涂料分散液的质量浓度范围为0.5％～5％。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述静电纺丝过程中的静电电压范围是5kV-30kV。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙醇或正己烷。