CN110898690A - 具有自清洁作用的聚合物纤维膜及其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种具有自清洁作用的、高通量的超细聚合物纤维膜及其制备方法。本发明提供一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：1)将聚合物和添加剂溶解于溶剂1中，于20～200℃下搅拌溶解，再经熟化形成均相溶液作为纺丝前驱液；2)纺丝前驱液利用静电纺丝法制备纤维膜；3)纤维膜的后处理。本发明得到自清洁性优异、过滤效果高的高效气体过滤的纤维膜。所得纤维膜通过构建二级粗糙结构以增强纤维膜的过滤效率并使其具备了自清洁的功能，增加纤维膜的透气性，延长了纤维膜的使用周期。所得纤维膜可长期使用于空气过滤领域。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种具有自清洁作用的、高通量的超细聚合物纤维膜及其制备方法。
背景技术
随着经济的迅速发展，中国大气污染每况愈下。其中以煤烟型或COX、NOX、SO2、臭氧等气体形式存在颗粒污染，会造成每年至少50万人死亡。因此有效过滤空气中的颗粒是当务之急。静电纺丝纤维膜因优异的表面粘附特性、超高的比表面积和均匀超细的纤维尺寸使得静电纺丝纳米纤维膜具备空气过滤的基本要求。与传统的微纤维相比，静电纺丝纤维直径一般小于500nm，压降更低，过滤效率更高。因此聚合物静纺纤维膜因轻便和透气，适宜做空气过滤膜。
但是作为空气过滤膜，过滤效果是会随着时间的延长，过滤效果有所降低。究其原因，主要是纤维膜吸附颗粒后容易积累在纤维膜上，从而影响其进一步的过滤效果，在实际使用中纤维膜需要定期更换。另外在确保纤维膜的过滤效果的，增加纤维膜的透气性，增强适用舒服性也是必要的。因此，制备具有自清洁作用、高通量超细纤维膜迫在眉睫。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供一种具有自清洁作用的、高通量的超细聚合物纤维膜，其可作为空气过滤膜。
本发明的技术方案：
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将聚合物和添加剂溶解于溶剂1中，于20～200℃下搅拌溶解，再经熟化形成均相溶液作为纺丝前驱液；所述添加剂为硝酸银、醋酸锌、四氯化钛、氯金酸或纳米二氧化硅中的至少一种；
2)纺丝前驱液利用静电纺丝法制备纤维膜；
3)纤维膜的后处理：将所得纤维膜采用下述三种方式中一种进行后处理得具有自清洁作用的聚合物纤维膜：
方式一：将所得纤维膜浸泡在溶剂2中，在-80～20℃的条件下，浸泡2～8h；
方式二：在紫外光照射的条件下，照射处理3～9h；
方式三：在60～120℃的条件下，加热处理2～6h。
进一步，步骤1)中，所述聚合物为聚醚砜、聚苯硫醚砜、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚芳硫醚砜或聚苯硫醚砜衍生物的至少一种。
进一步，步骤1)中，所述溶剂1为去离子水、二氯甲烷、丙酮、乙醇、乙醚、氯仿、四氢呋喃、甲醇、N,N二甲基甲酰胺或N,N二甲基乙酰胺中的至少一种。
进一步，步骤1)中，所述熟化过程为：将聚合物置于溶剂中，搅拌2～8h后，并静置1～3h,达到熟化状态。
进一步，步骤2)中，纺丝工艺中，储液装置中需要加震动场，震动频率为20～500Hz，且储液装置到喷丝板之间需连接导液软管，长度为5～20cm。
进一步，步骤2)中，纺丝工艺中：喷丝头的直径0.3～4mm，静纺电压10～35kv，接收距离6～45cm。
进一步，步骤3)中，所述溶剂2为氨水、甲醛、葡萄糖、果糖或乙二酸中的至少一种。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜，其采用上述制备方法制得。
本发明要解决的第三个技术问题是提供上述具有自清洁作用聚合物纤维膜的应用，其可用作空气过滤膜。
本发明中，除特别说明，涉及到份数的均指重量份数。
本发明的有益效果：
本发明通过制备适宜的前驱体，然后利用静电纺丝制备纤维膜，并对纤维膜进行适当的后处理，得到自清洁性优异、过滤效果高的高效气体过滤的纤维膜。所得纤维膜通过构建二级粗糙结构以增强纤维膜的过滤效率并使其具备了自清洁的功能，增加纤维膜的透气性，延长了纤维膜的使用周期。所得纤维膜可长期使用于空气过滤领域。
附图说明：
图1为实施例1所得纤维膜的纤维形貌结构图；由图可知，纤维膜中的单根纤维具有凸起粗糙的结构，这将有利于纤维膜达到自清洁的效果。
图2为实施例1所得纤维膜上的自清洁效果，左边为普通的聚芳硫醚砜纤维膜，右边是自清洁聚芳硫醚砜纤维膜；两者先烟气过滤使用过一段时间，然后将膜用水冲洗，可以明显看出左边对比的纤维膜没有任何自清洁作用，有黄色的印记；右边的纤维膜有自清洁作用，纤维仍然为白色。
图3为实施例1所得纤维膜的过滤效果，采用的方法是自动滤料测试台AFC-131评估纤维膜的过滤性能；测试粉尘型号为ISO 12103-1，A2FINE，粒径的范围为0.2μm～4.59μm，设置气流流量为3.4m3/h，由图可知，对粒径为0.41μm的颗粒物的过滤效率为92.2％，对粒径0.79μm以上的颗粒物的过滤效率就到了100％。
具体实施方式
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将聚合物和添加剂溶解于溶剂1中，于20～200℃下搅拌溶解，再搅拌4h后并静置2h,熟化形成均相溶液作为纺丝前驱液；所述添加剂为硝酸银、醋酸锌、四氯化钛、氯金酸或纳米二氧化硅中的至少一种；添加剂的作用是为提供一个高的粗糙度和比表面积，达到自清洁效果；
2)纺丝前驱液利用静电纺丝法制备超细纤维膜，纺丝工艺中，储液装置中需要加震动场，震动频率为20～500Hz；且储液装置到喷丝板之间需连接导液软管，长度为5～20cm；软管的作用既可保证储液装置的平稳震动的同时，又可确保喷丝板和纺丝射流的稳定；震动场的加入可以维持储液装置中的液体的均相态，防止纺丝液分相现象；
3)纤维膜的后处理：将所得纤维膜浸泡在溶剂2中，在-80～20℃的条件下，处理2～8h；或者是在紫外光照射的条件下，处理3～9h；或者是在60～120℃的条件下，处理2～6h；处理纤维膜的最终判断标准是纤维的形貌结构发生明显的变化。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜，其采用上述制备方法制得。
本发明要解决的第三个技术问题是提供上述具有自清洁作用聚合物纤维膜的应用，其可用作空气过滤膜。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。
实施例1
将聚苯硫醚砜(300份)，硝酸银(20份)溶于N,N二甲基甲酰胺/N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂(1000份)，在温度为150℃的条件下完全溶解、搅拌5h,静置2h,熟化，形成前驱液；利用静电纺丝法制备纤维，工艺如下：喷丝头的直径1mm，静纺电压15kv，接收距离25cm，纺丝液储液装置置于摇床，震动频率为100Hz，且储液装置到喷丝板需连接导液软管，长度为10cm；最后将纤维膜并在紫外光照射下5h，得到聚芳硫醚纤维膜，所得纤维膜具有自清洁的作用，过滤烟气使用结束后，用水冲洗30s，纤维膜洁净，可达到自清洁作用；并且所得纤维膜对0.2μm-4.59μm颗粒的过滤效果好，对粒径为0.41μm的颗粒物的过滤效率为93.2％，对粒径0.79μm以上的颗粒物的过滤效率就到了99％。
实施例2
将聚醚砜(280份)，二氧化硅(20份)溶于N,N二甲基甲酰胺(1000份)，在温度为90℃的条件下完全溶解、熟化，形成前驱液；利用静电纺丝法制备纤维，工艺如下：喷丝头的直径2mm，静纺电压15kv，接收距离20cm，储液装置置于摇床，震动频率为200Hz，且储液装置到喷丝板需连接导液软管，长度为5cm；最后将纤维膜于90℃加热2h，得到聚醚砜纤维膜；所得纤维膜用于烟气过滤一段时间后，用水冲洗40s，纤维膜洁净，可达到自清洁作用；并且所得纤维膜对0.2μm～4.59μm颗粒的过滤效果好，对粒径为0.41μm的颗粒物的过滤效率为94.1％，对粒径0.79μm以上的颗粒物的过滤效率就到了100％。
Claims (9)
1.一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1)将聚合物和添加剂溶解于溶剂1中，于20～200℃下搅拌溶解，再经熟化形成均相溶液作为纺丝前驱液；所述添加剂为硝酸银、醋酸锌、四氯化钛、氯金酸或纳米二氧化硅中的至少一种；
2)纺丝前驱液利用静电纺丝法制备纤维膜；
3)纤维膜的后处理：将所得纤维膜采用下述三种方式中一种进行后处理得具有自清洁作用的聚合物纤维膜：
方式一：将所得纤维膜浸泡在溶剂2中，在-80～20℃的条件下，浸泡2～8h；
方式二：在紫外光照射的条件下，照射处理3～9h；
方式三：在60～120℃的条件下，加热处理2～6h。
2.根据权利要求1所述的一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述聚合物为聚醚砜、聚苯硫醚砜、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚芳硫醚砜或聚苯硫醚砜衍生物的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述溶剂1为去离子水、二氯甲烷、丙酮、乙醇、乙醚、氯仿、四氢呋喃、甲醇、N,N二甲基甲酰胺或N,N二甲基乙酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述熟化过程为：将聚合物置于溶剂中，搅拌2～8h后，并静置1～3h，达到熟化状态。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，纺丝工艺中，储液装置中需要加震动场，震动频率为20～500Hz，且储液装置到喷丝板之间需连接导液软管，长度为5～20cm。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，纺丝工艺中：喷丝头的直径0.3～4mm，静纺电压10～35kv，接收距离6～45cm。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述溶剂2为氨水、甲醛、葡萄糖、果糖或乙二酸中的至少一种。
8.一种具有自清洁作用的聚合物纤维膜，其特征在于，所述聚合物纤维膜采用权利要求1～7任一项所述的制备方法制得。
9.聚合物纤维膜用作空气过滤膜，其特征在于，所述聚合物纤维膜为采用权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的膜。
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- 2019-12-03 CN CN201911220958.0A patent/CN110898690A/zh active Pending
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