CN1562440A

CN1562440A - 一种纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法

Info

Publication number: CN1562440A
Application number: CN 200410029987
Authority: CN
Inventors: 刘太奇; 张淑敏; 师奇松; 于建香
Original assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2005-01-12

Abstract

一种纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法，包括在高分子聚合物中加入交联剂，并混合交联在一起，通过静电纺丝技术把得到的带有交联剂的纤维附着在习用的滤布上使结合成一新型过滤材料。本发明能滤除2μm的颗粒，过滤效率达到近100％，可以过滤气体、液体和油等微小颗粒，工艺过程简单，成本低廉，质量可靠。

Description

一种纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制造方法，尤指该法是采用静电纺丝技术制备的纳米/亚微米纤维丝附着于习用的过滤材料上，通过交联方法将纤维与习用的过滤材料结合，而成为一种新颖的纳米/亚微米电纺丝基过滤材料。

背景技术

过滤材料主要起着固液相分离的作用，当液体中固体物质颗粒尺寸大于过滤材料的孔径时，就只能允许液体通过，而固体颗粒则被吸附在过滤材料表面上，使固液分离，形成滤饼。众所周知，过滤材料的过滤效果与过滤材料的孔径大小关系极大，孔径大小将直接影响过滤效率。

目前从聚合物、矿物到金属均可制成以纤维、纱线、颗粒或薄膜形态存在的过滤材料。纤维以其比表面积大、体积蓬松、价格低廉、容易加工成形等特点自始至终占据了过滤材料的绝大部分市场，而其中的非织造纤维材料以其成型工艺短，可省去纺纱、整经、织造等多个程序，成本低且过滤性能好，成为过滤材料的主导产品。合成纤维常制成非织造结构，并通过热、机械、化学或自粘方法赋予其强度。纤维状材料具有比表面积大的优点，因而就具有较低的压降和较高的过滤效率(FE)。纱线制成的机织物或针织物具有较高的强度，因此常常用于像袋式过滤集尘器一类的可通过脉冲气流或振动作用进行清洁的过滤系统。颗粒材料像金属、陶瓷通过烧结制成多孔滤材，用于耐高温的场合，如发动机废气的过滤。多孔聚四氟乙烯(ePTFE)是一种具有原纤结构的薄膜滤材，该材料在中等压降下就可产生高的过滤效率。聚四氟乙烯(PTFE)是一种高强材料，具有耐高温、耐化学腐蚀等特性。

1993年世界纤维材料型过滤系统与过滤器件的市场总额已达20亿美元，而预计2003年总额将超过40亿美元，其中过滤介质，也就是纤维材料制成的过滤系统要占销售额的3/4以上，而且随着时间推移其比重在上升。我国的非织造过滤材料起步于60年代末70年代初，采用的是湿法和化学粘合法加工技术，针刺法、纺粘法、熔喷法等加工技术则出现较晚。我国工业化进程的加快，过滤材料的应用将越来越广泛，过滤材料的用量预计也将以每年两位数的速度递增。用量增加是一重要方面，而对过滤材料的要求也越来越高，要求获得更好的过滤效率。由于传统过滤材料在过滤效率，滤层阻力及粉尘粒度等方面都存在不同的难点，这就要求我们创制新的过滤材料。

随着20世纪80年代纳米材料的发展，特别是纳米材料的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量隧道效应等性能，使其在许多方面都具有其他材料无法比拟的优点，而纳米纤维也成为当前研究的热点。纳米纤维的制备方法很多，其中较为可靠有效的方法是利用高压静电纺丝技术制备纳米纤维。它是将高分子溶液或熔融液通过静电纺丝装置可以制备出纳米/亚微米级的纤维丝(见，肖长发著。电子纺丝成形及纤维形态结构研究一高科技纤维与应用，2003，28(1)：10～14)。为我们创制新的过滤材料准备了技术基础，该技术已是成熟的习用技术，本专利申请将利用这一习用技术创制新的过滤材料。

发明内容

根据背景技术，本发明的目的在于提供一种利用静电纺丝装置纺制的高分子纳米/亚微米级纤维，通过交联方法将纤维丝附着于普通过滤材料上结合成新型的纳米/亚微米电纺丝基过滤材料。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法，包括在高分子聚合物中加入交联剂，并混合交联在一起，通过静电纺丝技术将得到的带有交联剂的纤维丝纺在习用的滤布上，结合成一整体。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：

1、本发明是由电纺丝附着于习用的过滤材料上得到的，而习用的过滤材料的纤维尺寸在几个微米到几十个微米之间，形成的孔径很大，但是电纺丝直径在几个纳米至几百个纳米之间，其孔径要小得多，本发明的新型过滤材料，能对习用过滤材料无法滤除的2μm的颗粒过滤效率达到近100％，可以起到过滤气体、液体及油等微小颗粒的目的，同时过滤阻力增加值小于8％。

2、本发明通过一种交联的新技术将纤维丝附着结合在习用的过滤材料上，解决了纤维丝很难长时间附着在习用过滤材料上这一难题。

3、本发明工艺过程简单，制造成本低，质量可靠。

附图说明

图1为本发明交联技术工艺过程框图

图2为本发明实施例性能测试数据表

图3为本发明新型过滤材料平面构造示意图

图中：1-电纺纤维丝，2-习用过滤材料纤维丝

具体实施方式

由图1示出一种纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法，包括将高分子聚合物中加入交联剂，并混合交联在一起，通过静电纺丝技术将得到的带有交联剂的纤维丝纺在习用的滤布上，结合成一整体。

另知，本发明是利用聚合物与交联剂之间通过相互混合后将电纺丝直接丝纺在习用的过滤材料上，是通过交联剂与习用材料自身的功能团发生反应结合在一起的(这里所指的功能团是指容易发生特征反应的原子，原子团或某些特征化学键)。

本发明所使用的交联剂是一类小分子化合物，分子量一般在200～600之间，具有两个或者更多的针对特殊基团(氨基、巯基等)的反应性末端，可以和2个或者更多的分子分别偶联，从而使这些分子结合在一起。工艺过程中所施的温度和压力要根据具体的聚合物和交联剂而定。例如，本发明实施例中使用的高分子聚合物是聚乙烯醇，它的交联剂选用的是反丁烯二酸，其交联反应如下：

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1配制聚乙烯醇质量百分比为6％的聚乙烯醇/水溶液。水浴加热80～90℃、大约2h以后完全溶解。按照理论交联度为5％加入相应的反丁烯二酸交联剂，加入适量的浓硫酸作为催化剂，测定其酸度值控制在PH值3～4之间。完全溶解后，通过静电纺丝装置，我们得到纳米/亚微米纤维，同时将纤维直接附着于一号滤布上。然后对一号滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的一号滤布对粒度为1.6μm以上的粉尘其过滤效率可达到98.5％，而滤层阻力增加为5％。

实施例2同实施例1中的溶液配制及纺丝过程，配制聚乙烯醇质量百分比为6％的聚乙烯醇/水溶液。选用二号滤布作为接收材料，在纺丝过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的二号滤布对粒度为1.72μm以上的粉尘其过滤效率可达到98％，而滤层阻力增加为4.5％。

实施例3同实施例1中的溶液配制及纺丝过程，配制聚乙烯醇质量百分比为7％的聚乙烯醇/水溶液。选用三号滤布作为接收材料，在纺丝过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的三号滤布对粒度为1.55μm以上的粉尘其过滤效率可达到98.9％，而滤层阻力增加为5.2％。

实施例4同实施例1中的溶液配制及纺丝过程，配制聚乙烯醇质量百分比为7％的聚乙烯醇/水溶液。选用四号滤布作为接收材料，在纺丝过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的四号滤布对粒度为1.9μm以上的粉尘其过滤效率可达到1.9％，而滤层阻力增加为4％。

实施例5同实施例1中的溶液配制及纺丝过程，配制聚乙烯醇质量百分比为7％的聚乙烯醇/水溶液。选用五号滤布作为接收材料，在纺丝过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的五号滤布对粒度为1.85μm以上的粉尘其过滤效率可达到95％，而滤层阻力增加为3.5％。

实施例6同实施例1中的溶液配制及纺丝过程，配制聚乙烯醇质量百分比为8％的聚乙烯醇/水溶液。选用六号滤布作为接收材料，在纺丝过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的六号滤布对粒度为1.75μm以上的粉尘其过滤效率可达到95.5％，而滤层阻力增加为％。

实施例7同实施例1中的溶液配制及纺丝过程，配制聚乙烯醇质量百分比为8％的聚乙烯醇/水溶液。选用七号滤布作为接收材料，在纺丝过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的七号滤布对粒度为1.55μm以上的粉尘其过滤效率可达到97％，而滤层阻力增加为6％。

由图2示出，以聚乙稀醇为例，并选用不同公司七种滤布进行测试的数据。

由图3示出，本发明平面构造示意图，由图可见习用过滤材料纤维丝2组成的孔径和电纺纤维丝1组成孔径的大小。

Claims

1、一种纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法，包括在高分子聚合物中加入交联剂，并混合交联在一起，通过静电纺丝技术将得到的带有交联剂的纤维丝纺在习用的滤布上，结合成一整体。

2、根据权利要求1所述的纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法，其特征在于：交联剂是一类小分子化合物，分子量一般在200～600之间，应具有两个或者更多的针对特殊基团的反应性末端，应和两个或者更多的分子分别偶联，使这些分子结合。