CN113289413A - 一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，属于玻璃纤维技术领域。一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，包括以下步骤：(1)玻璃纤维在水中分散打散成质量浓度为2‑4％的玻璃纤维水分散液；(2)向玻璃纤维水分散液中加入纳米金属氧化物‑聚乳酸微粒，继续分散得到浆料；(3)浆料放入模具后进行真空抽滤湿法制备玻璃纤维湿纸；(4)玻璃纤维湿纸双面喷涂低固含量聚四氟乙烯乳液；(5)含有聚四氟乙烯的玻璃纤维纸进行干燥后热压得到高容量氟玻璃纤维过滤材料。该方法制备得到的氟玻璃纤维过滤材料具有较高强度和较低的阻力，灰尘容量较大。

Description

一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法
技术领域
本发明属于玻璃纤维技术领域，具体涉及一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法。
背景技术
在日常生活中空气过滤器需求越来越多，空气过滤器是一种空气过滤装置，它可以用于家庭、洁净车间、实验室以及洁净室等场所的空气净化，具有过滤、防尘的功能。氟玻璃纤维过滤材料是较为常用的空气过滤介质。氟玻璃纤维过滤材料是指采用玻璃纤维和聚四氟乙烯复合形成的过滤材料。玻璃纤维进行氟处理之后，能够改善玻璃纤维性脆、易折断和耐磨性，能够显著提升玻璃纤维过滤材料的使用寿命，但是聚四氟乙烯本身较为致密，其生产的滤材存在灰尘容量较小的缺陷。采用适合的方法将两者进行复合，发挥各自的性能优势，使制得的氟玻璃纤维过滤材料具有较高的灰尘容量非常必要。
发明内容
基于此，针对现有技术的不足之处，本发明的目的之一在于提供一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法。该方法制备得到的氟玻璃纤维过滤材料用于空气过滤具有较高强度和较低的阻力，且灰尘容量较大。
为了解决本发明中提出的技术问题，本发明一方面提供一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)以玻璃纤维为原料在水中分散打散成质量浓度为2-4％的玻璃纤维水分散液；
(2)向玻璃纤维水分散液中加入纳米金属氧化物-聚乳酸微粒，继续分散得到浆料；
(3)浆料放入模具后进行真空抽滤湿法制备玻璃纤维湿纸，
(4)玻璃纤维湿纸双面喷涂低固含量聚四氟乙烯乳液；
(5)含有聚四氟乙烯的玻璃纤维纸进行干燥后热压得到高容量氟玻璃纤维过滤材料。
进一步地，步骤(1)所述玻璃纤维为80％短切玻璃纤维和20％的微纤维玻璃棉。
进一步地，步骤(2)中，纳米金属氧化物-聚乳酸微粒与步骤(1)中玻璃纤维原料的质量之比为5-10:100。
纳米金属氧化物具有尺寸小，比表面积大的特点，添加到玻璃纤维中能够增大玻璃纤维对灰尘的吸附性能，还能够提高玻璃纤维的耐磨性和机械强度。在玻璃纤维中加入纳米金属氧化物进行玻璃纤维过滤介质制作的缺点是，纳米金属粉末容易聚集，易于在浆料沉淀下来，且制成的玻璃纤维材料上纳米金属氧化物结合力差易于脱落。申请人发现，聚乳酸具有很好的成膜性、透气性和拉伸性能，通过溶液共沉淀法将聚乳酸和纳米金属氧化物先混合制成微粒，即可解决上述问题。将其以微粒形态添加浆料中制作玻璃纤维湿纸，并在涂聚四氟乙烯之后进行高温高压热压延展成膜，能够起到粘结玻璃纤维和聚四氟乙烯的作用，由于聚乳酸具有良好的透气性和较好的柔韧性，不会显著增大空气过滤阻力，并能提高玻璃纤维过滤材料的柔韧性。
进一步地，步骤(3)中湿纸厚度为0.2-0.6mm。
进一步地，步骤(2)中纳米金属氧化物-聚乳酸微粒采用以下方法进行制备：
S1:聚乳酸采用二氯甲烷溶解制备聚乳酸溶液，聚乳酸的添加量按照1-3g每10ml二氯甲烷；
S2:将粒径为10-50纳米的纳米金属氧化物加入到0.5％阳离子表面活性剂的水溶液，纳米金属氧化物的添加量按照4-6g每100ml阳离子表面活性剂水溶液；
S3:将纳米金属氧化物分散液缓慢滴入到聚乳酸溶液中，混合时间为2-4h，收集沉淀物进行干燥得到纳米金属氧化物-聚乳酸微粒。
进一步地，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基二甲基苄基氯化铵。
进一步地，S2中纳米金属氧化物与S1中聚乳酸的质量之比为1-2:10。
进一步地，S2中纳米金属氧化物为纳米二氧化钛、纳米氧化铝或纳米氧化锌。
进一步地，步骤(4)中所述聚四氟乙烯乳液的固含量为5-15％。聚四氟乙烯能够提高玻璃纤维的耐折性和柔韧性，使得玻璃纤维的使用寿命显著延长，采用低固含量聚四氟乙烯乳液，能够方便的将玻璃纤维的树脂增重控制在较低的范围内，避免树脂涂覆过多导致玻璃纤维阻力增加过大的情况。
进一步地，步骤(5)中，干燥方法为在50-70℃下干燥2-4h，然后在80-90℃下干燥0.5-1h，热压压力为5-10MPa，热压温度为180-220℃，热压时间为60-90s。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有的优点是：
采用共沉淀法制备纳米金属氧化物-聚乳酸微粒，，纳米金属氧化物在聚乳酸溶液中具有较好的分散性，最终制备的纳米金属氧化物-聚乳酸微粒粒度均匀，流动性强。在玻璃纤维湿纸的制备过程中添加纳米金属氧化物-聚乳酸微粒作为制浆材料，所制备得到的氟玻璃纤维材料过滤材料具有很好的透气性，强度以及灰尘容量高的优点。
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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，本发明中涉及的浓度未注明条条件时，均为质量浓度。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1：纳米氧化锌-聚乳酸微粒的制备
20g聚乳酸采用100ml二氯甲烷溶解制备聚乳酸溶液，3g粒径为20纳米的纳米氧化锌加入到50ml的0.5％十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中进行分散得到纳米氧化锌分散液；将上述的纳米氧化锌分散液缓慢滴加到聚乳酸溶液中，混合搅拌2.5h，过滤收集沉淀物进行干燥得到纳米氧化锌-聚乳酸微粒。
实施例2：纳米氧化锌-聚乳酸微粒的制备
20g聚乳酸采用100ml二氯甲烷溶解制备聚乳酸溶液，4g粒径为20纳米的纳米氧化锌加入到100ml的0.5％十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中进行分散得到纳米氧化锌分散液；将上述的纳米氧化锌分散液缓慢滴加到聚乳酸溶液中，混合搅拌3h，过滤收集沉淀物进行干燥得到纳米氧化锌-聚乳酸微粒。
实施例3：纳米二氧化钛-聚乳酸微粒的制备
20g聚乳酸采用100ml二氯甲烷溶解制备聚乳酸溶液，2g粒径为30纳米的纳米二氧化钛加入到50ml的0.5％十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中进行分散得到纳米二氧化钛分散液；将上述的纳米二氧化钛分散液缓慢滴加到聚乳酸溶液中，混合搅拌2h，过滤收集沉淀物进行干燥得到纳米二氧化钛-聚乳酸微粒。
按照实施例1-3的方法重复制备足够量的纳米金属氧化物-聚乳酸微粒进行以下实施例的高容量氟玻璃纤维过滤材料制备。
实施例4：高容量氟玻璃纤维过滤材料制备
(1)将玻璃纤维在水中分散打散制成质量浓度为3％的玻璃纤维水分散液，玻璃纤维为80％的短切玻璃纤维和20％的微纤维玻璃棉。
(2)向玻璃纤维水分散液中加入纳米氧化锌-聚乳酸微粒(按照实施例1的方法制备)，继续分散得到浆料，其中，纳米氧化锌-聚乳酸微粒与步骤(1)中纤维的质量之比为8:100；
(3)浆料放入模具后进行真空抽滤湿法制备玻璃纤维湿纸，厚度为0.4mm；
(4)玻璃纤维湿纸双面喷涂固含量为10％聚四氟乙烯乳液；
(5)含有聚四氟乙烯的玻璃纤维纸在60℃下干燥3h，然后在85℃下干燥0.5h；在热压压力为10MPa热压温度为200℃，热压时间为60s进行热压得到高容量氟玻璃纤维过滤材料。经测试，所制备得到的过滤材料的强度为1203N/m，阻力为220Pa，灰尘吸附量为1.53ml/g。
实施例5：高容量氟玻璃纤维过滤材料制备
(1)将玻璃纤维在水中分散打散制成质量浓度为2％的玻璃纤维水分散液，玻璃纤维为80％的短切玻璃纤维和20％的微纤维玻璃棉。
(2)向玻璃纤维水分散液中加入纳米氧化锌-聚乳酸微粒(按照实施例2的方法制备)，继续分散得到浆料，其中，纳米氧化锌-聚乳酸微粒与步骤(1)中纤维的质量之比为10:100；
(3)浆料放入模具后进行真空抽滤湿法制备玻璃纤维湿纸，厚度为0.4mm；
(4)玻璃纤维湿纸双面喷涂固含量为10％聚四氟乙烯乳液；
(5)含有聚四氟乙烯的玻璃纤维纸在60℃下干燥3h，然后在90℃下干燥1h；在热压压力为10MPa热压温度为220℃，热压时间为90s进行热压得到高容量氟玻璃纤维过滤材料。经测试，所制备得到的过滤材料的强度为1254N/m，阻力为225Pa，灰尘吸附量为1.32ml/g。
实施例6：高容量氟玻璃纤维过滤材料制备
(1)将玻璃纤维在水中分散打散制成质量浓度为3％的玻璃纤维水分散液，玻璃纤维为80％的短切玻璃纤维和20％的微纤维玻璃棉。
(2)向玻璃纤维水分散液中加入纳米二氧化钛-聚乳酸微粒(按照实施例3的方法制备)，继续分散得到浆料，其中，纳米二氧化钛-聚乳酸微粒与步骤(1)中纤维的质量之比为5:100；
(3)浆料放入模具后进行真空抽滤湿法制备玻璃纤维湿纸，厚度为0.4mm；
(4)玻璃纤维湿纸双面喷涂固含量为10％聚四氟乙烯乳液；
(5)含有聚四氟乙烯的玻璃纤维纸在60℃下干燥3h，然后在85℃下干燥0.5h；在热压压力为10MPa热压温度为200℃，热压时间为60s进行热压得到高容量氟玻璃纤维过滤材料。经测试，所制备得到的过滤材料的强度为1156N/m，阻力为214Pa，灰尘吸附量为1.62ml/g。
实施例7：高容量氟玻璃纤维过滤材料制备
(1)将玻璃纤维在水中分散打散制成质量浓度为2％的玻璃纤维水分散液，玻璃纤维为80％的短切玻璃纤维和20％的微纤维玻璃棉。
(2)向玻璃纤维水分散液中加入纳米二氧化钛-聚乳酸微粒(按照实施例3的方法制备)，继续分散得到浆料，其中，纳米二氧化钛-聚乳酸微粒与步骤(1)中纤维的质量之比为8:100；
(3)浆料放入模具后进行真空抽滤湿法制备玻璃纤维湿纸，厚度为0.4mm；
(4)玻璃纤维湿纸双面喷涂固含量为10％聚四氟乙烯乳液；
(5)含有聚四氟乙烯的玻璃纤维纸在60℃下干燥3h，然后在90℃下干燥1h；在热压压力为10MPa热压温度为220℃，热压时间为90s进行热压得到高容量氟玻璃纤维过滤材料。经测试，所制备得到的过滤材料的强度为1243N/m，阻力为205Pa，灰尘吸附量为1.76ml/g。
对比例1
(1)将玻璃纤维在水中分散打散制成质量浓度为2％的玻璃纤维水分散液，玻璃纤维为80％的短切玻璃纤维和20％的微纤维玻璃棉。
(2)将水分散液放入模具后进行真空抽滤湿法制备玻璃纤维湿纸，厚度为0.4mm；
(3)玻璃纤维湿纸双面喷涂固含量为10％聚四氟乙烯乳液；
(4)含有聚四氟乙烯的玻璃纤维纸在60℃下干燥3h，然后在90℃下干燥1h；在热压压力为10MPa热压温度为260℃，热压时间为90s进行热压得到氟玻璃纤维过滤材料。经测试，所制备得到的过滤材料的强度为596N/m，阻力为199Pa，灰尘吸附量为1.16ml/g。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以玻璃纤维为原料在水中分散打散成质量浓度为2-4％的玻璃纤维水分散液；
(2)向玻璃纤维水分散液中加入纳米金属氧化物-聚乳酸微粒，继续分散得到浆料；
(3)浆料放入模具后进行真空抽滤湿法制备玻璃纤维湿纸；
(4)玻璃纤维湿纸双面喷涂低固含量聚四氟乙烯乳液；
(5)含有聚四氟乙烯的玻璃纤维纸进行干燥后热压得到高容量氟玻璃纤维过滤材料。
2.根据权利要求1所述一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述玻璃纤维为80％短切玻璃纤维和20％的微纤维玻璃棉。
3.根据权利要求1所述一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，纳米金属氧化物-聚乳酸微粒与步骤(1)中玻璃纤维原料的质量之比为5-10:100。
4.根据权利要求1所述一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中湿纸厚度为0.2-0.6mm。
5.根据权利要求1所述一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中纳米金属氧化物-聚乳酸微粒采用以下方法进行制备：
S1:聚乳酸采用二氯甲烷溶解制备聚乳酸溶液，聚乳酸的添加量按照1-3g每10ml二氯甲烷；
S2:将粒径为10-50纳米的纳米金属氧化物加入到0.5％阳离子表面活性剂的水溶液，纳米金属氧化物的添加量按照4-6g每100ml阳离子表面活性剂水溶液；
S3:将纳米金属氧化物分散液缓慢滴入到聚乳酸溶液中，混合时间为2-4h，收集沉淀物进行干燥得到纳米金属氧化物-聚乳酸微粒。
6.根据权利要求5所述一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基二甲基苄基氯化铵。
7.根据权利要求5所述一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，S2中纳米金属氧化物与S1中聚乳酸的质量之比为1-2:10。
8.根据权利要求5所述一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，S2中纳米金属氧化物为纳米二氧化钛、纳米氧化铝或纳米氧化锌。
9.根据权利要求1所述一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述聚四氟乙烯乳液的固含量为5-15％。
10.根据权利要求1所述一种高容量氟玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，干燥方法为在50-70℃下干燥2-4h，然后在80-90℃下干燥0.5-1h，热压压力为5-10MPa，热压温度为180-220℃，热压时间为60-90s。
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