CN110124612A - 一种空气处理用微米级厚度的透气碳膜及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空气处理用微米级厚度的透气碳膜及其制造方法，所述透气碳膜由碳纤维、活性碳、聚合物粘接剂组成。聚合物粘接剂采用聚四氟乙烯，利用超音速气流使聚四氟乙烯分子链打开，粘接碳纤维、活性碳和水溶性聚合物，并采用热压工艺使得粉体成膜，再过水溶解水溶性聚合物，形成孔道，制造透气碳膜。该方法可连续的卷对卷制得微米级的多孔透气碳膜，该透气碳膜可加工性能优异，容易同装饰材料完美结合，贴覆于房间墙壁、家具和汽车仓内壁除去甲醛。制造过程不引入溶剂，避免了溶剂干燥过程造成的环境污染、高能耗和膜材厚度不均等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气处理用微米级厚度的透气碳膜及其制造方法，属于环保材料领域。
背景技术
随着经济、科技的飞速发展，生活水平进一步提高，人们愈发重视生活环境对身心健康的影响。如今空气污染日益严重，在室内，装修材料会带来甲醛、苯、氨等易挥发有机污染物，其中甲醛作为被世界卫生组织确定的致癌或致畸形物质，长时间接触会引发急性中毒、呼吸道疾病、白血病、青少年记忆力和智力下降等，危害尤为严重。在室外工业过程产生的烟尘、氮氧化物、酸性气体以及汽车尾气经复杂的光化学反应等都会形成空气污染。
目前，空气净化系统主要采用无纺布或纸质滤芯装填活性碳吸附有毒气体。但是其这些材料存在一定的缺陷，如纸质滤芯受潮后透气性大幅度降低；活性碳强度低，在吸附气相污染物时易破碎造成二次污染；现有空气净化的二维材料的厚度较厚，不容易贴覆于房间墙壁、汽车座舱内壁，严重影响到内壁装饰的美观。使得现在市面上的空气净化系统面临着吸附能力差、寿命短、耗材费用高、不容易同壁纸等内饰完美结合的问题。
因此，开发一种能解决这些问题的优良空气处理用超薄透气碳膜材料变得尤为重要。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供一种空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，所制备的透气碳膜吸附能力强、使用寿命长、结构稳定、耗材费用适宜且实用性强。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，其特征在于：
将碳纤维材料和活性碳在混料机中混合均匀至粉料A；
将聚合物粘接剂、水溶性聚合物粉体和粉料A在混料机中混合均匀至粉料B；所述聚合物粘接剂为聚四氟乙烯颗粒；混合过程在聚四氟乙烯呈玻璃态的温度条件下进行；
所述粉料B在研磨设备中使用超音速气体进行研磨，使得粉料B中的聚四氟乙烯的分子链延展打开，同其他碳基粉体形成物理粘连，且不发生化学反应，获得粉料C；
粉料C在高温热压下制成碳膜；
碳膜浸水后，除去碳膜中的水溶性聚合物，形成透气孔道。
进一步地，所述碳纤维材料为碳纤维，所述活性碳为具有甲醛吸附功能的负载了氨系、贵金属、或锰系催化剂的活性碳，所述聚合物粘接剂为聚四氟乙烯。
进一步地，所述水溶性聚合物粉体为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乙烯吡咯烷酮。
进一步地，所述气体为干燥的、流速为超音速的压缩空气、氩气或氮气，气体露点在-40℃。
进一步地，碳纤维与具有甲醛吸附功能的活性碳的重量百分比为10％-50％：50％-90％。
进一步地，聚合物粘接剂、水溶性聚合物粉体与粉料A的重量百分比为3％-15％：0％-40％：45％-97％。
进一步地，混粉C经热辊压机辊热压成膜，热压温度为150-200℃，膜厚为50-250微米。
进一步地，聚合物粘接剂、水溶性聚合物粉体和粉料A在混料机中混合均匀至粉料B的过程中控制温度在10℃以下，研磨时间0.5-4小时。
所述透气碳膜的制造方法所制备的空气处理用微米级厚度的透气碳膜，由碳纤维材料、活性碳、聚合物粘接剂组成；所述碳纤维材料、活性碳由聚合物粘接剂粘结成膜，且在聚合物粘接剂中均匀分布；所述膜上具有透气孔道。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明所述的空气处理用微米级厚度的透气碳膜，具有高效甲醛吸附功能，而且，具备对空气中颗粒、细菌等污染物的优良过滤效果。可连续的卷对卷制得微米级的多孔透气碳膜，该透气碳膜可加工性能优异，容易同装饰材料完美结合，贴覆于房间墙壁、家具和汽车仓内壁除去甲醛。所述透气碳膜的制造过程不引入溶剂，避免了溶剂干燥过程造成的环境污染、高能耗和膜材厚度不均等问题。
同时，所述制造方法使用的制造设备简单操作方便，且使用过程中不会造成二次污染，清洗方便。是真正意义上的附能力强、使用寿命长、结构稳定、耗材费用适宜且实用性强的高效空气处理用透气膜。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所述的空气处理用微米级厚度的透气碳膜由碳纤维材料、活性碳、聚合物粘接剂组成，所述碳纤维材料、活性碳由聚合物粘接剂粘结成膜，且在聚合物粘接剂中均匀分布；所述膜上具有透气孔道。
所述透气碳膜在使用时，甲醛随气流通过碳膜孔道进入碳膜内部，跟活性碳上负载的催化剂反应，分解甲醛，给碳膜通电加热，会增强去除效果，以实现新车内甲醛迅速去除的目的。
所述碳纤维材料选长度在5毫米以下的碳纤维，利用纤维的二维长度的特性，在膜中起到支撑作用，形成空间网络，有助于碳膜内部孔道的形成，并增加碳膜强度。
所述活性碳选用具有甲醛吸附功能的负载了氨系、贵金属、或锰系催化剂的活性碳。该活性碳具有丰富、均匀的孔径结构，比较面积高，负载催化剂后，具有吸、脱附速率快的特点。该活性碳在膜中起到吸附甲醛，且保证吸附容量大，吸附稳定的作用。
聚合物粘接剂起到将不同的活性碳与碳纤维材料粘接在一起，形成聚合物支撑框架、成膜的作用。聚合物粘接剂选用聚四氟乙烯，由于聚四氟乙烯化学稳定性高，不参与活性碳的催化或电催化反应，且聚四氟乙烯分子链展开后有较强的物理粘接性能。同时耐高低温、耐腐蚀、耐气候、耐电压、环境友好等优点特别适合作为环保气体处理碳膜的粘接剂。
所述空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，包括以下步骤：
首先，将碳纤维材料和活性碳在混料机中混合均匀至粉料A；将聚合物粘接剂、水溶性聚合物粉体和粉料A在混料机中混合均匀至粉料B；所述聚合物粘接剂为干燥的聚四氟乙烯颗粒粉体，混合过程在聚四氟乙烯呈玻璃态的温度条件下进行，具体的在10℃以下，使得聚四氟乙烯在玻璃态下进行研磨，防止温升造成聚四氟乙烯转变为粘弹态，造成粘壁和混合不均，研磨时间0.5-4小时。
所述水溶性聚合物粉体为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乙烯吡咯烷酮，在进入水中极易溶解，解除对原有位置的占据，起到形成透气孔道的作用。
然后，所述粉料B在研磨设备中使用干燥气体进行研磨，空气的流速达到超音速级，利用超音速空气流动对长链聚四氟乙烯的梳理作用，使得粉料B中的聚四氟乙烯的分子链延展打开，同其他碳基粉体形成物理粘连，且不发生化学反应，获得粉料C。该气体为干燥的、流速为超音速的压缩空气、氩气或氮气，气体的露点为-40℃以下，能高效研磨粉体，保证链状聚四氟乙烯的分子链延展打开，且不发生反应。空气研磨设备为不锈钢封闭仓体，能够承载超音速气流的冲击。
最后，粉料C在高温热压下制成碳膜，将碳膜浸水，除去碳膜中的水溶性聚合物，形成透气孔道，制得空气处理用微米级厚度的透气碳膜。
实施例1：
将碳纤维和具有甲醛吸附功能的并负载有氧化锰系催化剂的活性碳按照40％：60％的重量百分比，在VC型高效不对称混合机混合均匀得到粉料A。将聚四氟乙烯颗粒粉体、聚乙烯吡咯烷酮和粉料A按照8％：10％：82％的重量百分比，在VC型高效不对称混合机中，在5℃的低温冷库中，混合2小时至均匀得到粉料B。采用气体流速达到超音速的干燥压缩空气将粉料B在不锈钢封闭仓体中研磨，制得混粉C，研磨后的混粉C随气流排出并收集；混粉C经热辊压机辊压成膜，热压温度为160℃，膜厚可到200微米左右。将膜浸入水中，水溶性聚合物聚乙烯吡咯烷酮溶解形成透气孔道，制备的连续性卷对卷碳膜。
将碳膜放入在无净化系统的手套箱中，碳膜下方放入促进气体流动的风扇，并放入可以测试甲醛浓度的车载仪，加入甲醛，使甲醛的浓度调节为1ppm，打开风扇，手套箱内甲醛在1小时内下降90％。
实施例2：
将碳纤维和具有甲醛吸附功能的并负载有氨系催化剂的活性碳按照20％：80％的重量百分比，在VC型高效不对称混合机混合均匀得到粉料A；将聚四氟乙烯颗粒粉体、聚对苯二甲酸乙二醇酯和粉料A按照8％：15％：77％的重量百分比，在VC型高效不对称混合机，在5℃的低温冷库中，混合2小时至均匀得到粉料B；采用气体流速达到超音速的干燥压缩空气将粉料B，在不锈钢封闭仓体中研磨，制得混粉C，研磨后的混粉C随气流排出并收集；混粉C经热辊压机辊压成膜，热压温度为180℃，膜厚可到150微米左右；将膜浸入水中，水溶性聚合物聚对苯二甲酸乙二醇酯溶解形成透气孔道。
将碳膜放入在无净化系统的手套箱中，碳膜下方放入促进气体流动的风扇，并放入可以测试甲醛浓度的车载仪，加入甲醛，使甲醛的浓度调节为1ppm，打开风扇，手套箱内甲醛在1小时内下降95％。
虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
Claims (9)
1.一种空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳纤维材料和活性碳在混料机中混合均匀至粉料A；
将聚合物粘接剂、水溶性聚合物粉体和粉料A在混料机中混合均匀至粉料B；所述聚合物粘接剂为聚四氟乙烯颗粒；混合过程在聚四氟乙烯呈玻璃态的温度条件下进行；
所述粉料B在研磨设备中使用超音速气体进行研磨，使得粉料B中的聚四氟乙烯的分子链延展打开，同其他碳基粉体形成物理粘连，且不发生化学反应，获得粉料C；
粉料C在高温热压下制成碳膜；
碳膜浸水后，除去碳膜中的水溶性聚合物，形成透气孔道。
2.根据权利要求1所述的空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，其特征在于：所述纤维材料为碳纤维，碳纤维长度在5毫米以下；所述活性碳为具有甲醛吸附功能的负载了氨系、贵金属、或锰系催化剂的活性碳。
3.根据权利要求1所述的空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，其特征在于：所述水溶性聚合物粉体为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乙烯吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，其特征在于：所述气体为干燥的、流速为超音速的压缩空气、氩气或氮气，气体露点在-40℃。
5.根据权利要求1所述空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，其特征在于：碳纤维与具有甲醛吸附功能的活性碳的重量百分比为10％-50％：50％-90％。
6.根据权利要求1所述空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，其特征在于：聚合物粘接剂、水溶性聚合物粉体与粉料A的重量百分比为3％-15％：0％-40％：45％-97％。
7.根据权利要求1所述空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，其特征在于：混粉C经热辊压机辊热压成膜，热压温度为150-200℃，膜厚为50-250微米。
8.根据权利要求1所述空气处理用微米级厚度的透气碳膜的制造方法，其特征在于：所述聚合物粘接剂、水溶性聚合物粉体和粉料A在混料机中混合均匀至粉料B的过程中控制温度在10℃以下，使得聚四氟乙烯在玻璃态下进行研磨，防止温升造成聚四氟乙烯转变为粘弹态，造成粘壁和混合不均，研磨时间0.5-4小时。
9.根据权利要求1-8中任一项所述透气碳膜的制造方法所制备的透气碳膜，其特征在于：由纤维材料、活性碳、聚合物粘接剂组成；所述纤维材料、活性碳由聚合物粘接剂粘结成膜，且在聚合物粘接剂中均匀分布；所述膜上具有透气孔道。
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