一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米纖維膜過濾材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米纖維膜過濾材料及其制備方法，屬于紡織材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]紡織材料領(lǐng)域，納米纖維是指直徑小于1000微米的超細(xì)纖維，具有比表面積大、長徑比大且易于成膜的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在人體防護(hù)、生物醫(yī)藥、能源信息及工業(yè)凈化等領(lǐng)域，尤其是作為空氣凈化和水處理的膜過濾材料。
[0003]納米纖維膜材料具有高孔隙率和小孔徑，增加了對介質(zhì)中小顆粒阻隔和吸附的概率，從而提高了過濾效率?，F(xiàn)有方法主要是通過改變工藝條件減小納米纖維直徑和增加納米纖維膜厚度來提高納米纖維膜對顆粒物的過濾效率，然而此種方式會(huì)降低凈水和凈空氣的產(chǎn)出率，增加過濾材料兩側(cè)的壓力差，使過濾能耗提高。
[0004]通過電暈放電等方式賦予材料駐極性能是提高聚丙烯等傳統(tǒng)非織造材料過濾性能的一種有效途徑，然而，此方法并不適用于提高材料對水等極性液體的過濾性能，主要是因?yàn)闃O性液體會(huì)消除材料的靜電吸附作用。此外，可用作駐極材料的聚合物種類有限，因此，通過此途徑難以改善納米纖維自身對顆粒物的吸附性能。相比之下，提高納米纖維材料本身的表面能(例如增加多孔性)則能夠顯著改善纖維材料在多種介質(zhì)中的吸附性能，從而提高了納米纖維膜對顆粒物的過濾效果，同時(shí)又能提高水和空氣的產(chǎn)出率。
[0005]目前提高纖維及其濾材的吸附性能的方法為:通過物理及化學(xué)工藝將納米纖維做成具有多孔或微納結(jié)構(gòu)的纖維。如中國專利公開號(hào)CN 102383220A，公開日為2012年3月21日，公開了一種活性碳改性聚乙烯合金纖維及其制備方法。該發(fā)明將馬來酸酐改性聚乙烯樹脂、活性碳顆粒和陽離子可燃聚酯以一定比例共混、熔融紡絲獲得活性碳改性聚乙烯合金纖維，具有吸附、祛味、抗菌氧化、去靜電和優(yōu)良的染色性能。
[0006]上述技術(shù)方案不足之處在于這種纖維通過普通的熔融紡絲方法制備，纖維直徑難以達(dá)到納米級(jí)別，相比納米纖維，其比表面積和孔隙率低下，從而影響過濾材料的過濾性倉泛。
[0007]中國專利公開號(hào)CN 102677193A，公開日為2012年9月19日，公開了一種酚醛樹脂基納米活性碳纖維材料的制備方法。該發(fā)明通過靜電紡絲的方法將苯并惡嗪單體與混紡聚合物紡成苯并惡嗪復(fù)合納米纖維膜，然后進(jìn)行氫氧化鉀溶液預(yù)處理，最后在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行碳化處理得到酚醛樹脂基納米活性炭纖維材料。
[0008]上述技術(shù)方案不足之處在于納米纖維材料為無機(jī)碳材料，塑性和韌性差，難以進(jìn)行濾材的成網(wǎng)加工；同時(shí)采用大規(guī)模靜電紡絲設(shè)備昂貴，成本高，難以在過濾領(lǐng)域進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。
[0009]為了克服上述方案不足之處，申請?zhí)枮?01410193018.8，申請日為2014年05月08日，發(fā)明創(chuàng)造了名稱為一種高吸附納米纖維復(fù)合過濾材料及其制備方法，該申請案提供的復(fù)合過濾材料制備方法為:通過熔融共混紡絲的方法獲得了直徑在50~300納米的分散有納米活性顆粒的熱塑性聚合物納米纖維，然后將其乙醇分散液涂覆于非織造布基材表面而獲得了具有高吸附性能的納米纖維復(fù)合過濾材料。
[0010]盡管這種方法提高了納米纖維本身的吸附性能，并且改善了材料的過濾效果，但是，在納米纖維膜成型過程中，纖維的堆積密度難以有效控制，從而難以顯著降低膜材料的過濾阻力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對上述存在不足，本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米纖維膜過濾材料及其制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:
一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米纖維膜過濾材料，其特征在于:所述有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米纖維膜過濾材料由非織造布基材和附在其表面的納米纖維膜組成，納米纖維膜由熱塑性聚合物納米纖維和分散在納米纖維間的無機(jī)微米活性顆粒組成，且納米纖維膜的組份按以下質(zhì)量百分比分別為:
塑性聚合物納米纖維50~95%
無機(jī)微米活性顆粒5~50%
所述非織造布基材為PP或PLA或PET或PA的熔噴或紡粘非織造布中的一種。
[0012]所述熱塑性聚合物為PVA-co-PE或PP或PA或PET或PBT或PTT或PMMA中的一種。
[0013]一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米纖維膜過濾材料的制備方法，所述制備方法按以下步驟進(jìn)行:
a將熱塑性聚合物與醋酸丁酸纖維素分別按質(zhì)量百分比，
熱塑性聚合物 10~40%
醋酸丁酸纖維素60~90%
進(jìn)行均勻混合，在加工溫度為140~240°C的雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出、造粒，制備得熱塑性聚合物/醋酸丁酸纖維素復(fù)合材料；
b將經(jīng)步驟a得到的熱塑性聚合物/醋酸丁酸纖維素復(fù)合材料經(jīng)熔融紡絲機(jī)進(jìn)行紡絲、牽伸，得到復(fù)合纖維；
c將經(jīng)步驟b得到的復(fù)合纖維在60°C的丙酮中回流72小時(shí)萃取醋酸丁酸纖維素，將萃取醋酸丁酸纖維素后的復(fù)合纖維進(jìn)行常溫干燥，制備得到以熱塑性聚合物為連續(xù)相，直徑為50~350 nm的熱塑性納米纖維；
d將經(jīng)步驟c得到的熱塑性聚合物納米纖維與直徑為1~10 μ m的無機(jī)微米活性顆粒分別按質(zhì)量百分比:
熱塑性聚合物納米纖維 50~95%
無機(jī)微米活性顆粒5%~50%
混合，得到熱塑性聚合物納米纖維與無機(jī)微米活性顆粒的混合物，然后按1~10 g/L的比例經(jīng)過乳化機(jī)均勻混合并分散在乙醇中，形成熱塑性聚合物納米纖維/無機(jī)微米活性顆粒懸浮液；
e將經(jīng)步驟d得到的熱塑性聚合物納米纖維/無機(jī)微米活性顆粒懸浮液均勻涂覆在非織造布基材的一個(gè)或兩個(gè)表面上，涂覆厚度為1~100 μ m，常溫下干燥，制備得到由非織造布基材和附在其表面的納米纖維/微米活性顆粒組成的復(fù)合膜過濾材料。
[0014]所述的一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米纖維膜過濾材料的制備方法，所述無機(jī)微米活性顆粒材料為碳酸鈣或二氧化鈦或活性碳或硅石或沸石或Y-氧化鋁中的一種或幾種的組合。
[0015]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明將有機(jī)納米纖維和無機(jī)微米顆粒通過乳化機(jī)充分混合并分散于乙醇中，形成均一的分散體系，保證了纖維與顆粒能夠在納米纖維膜三維方向進(jìn)行均勻分布，從而使復(fù)合膜結(jié)構(gòu)均勻穩(wěn)定，成膜過程簡單快速，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；苽?。
[0016]2.本發(fā)明采用熱塑性聚合物納米纖維作為納米纖維膜的連續(xù)體，采用非織造布作為納米纖維復(fù)合膜的基材，從而使過濾材料主體為聚合物纖維基材料，較常規(guī)無機(jī)納米纖維過濾材料具有更加優(yōu)良的柔韌性和塑性，易于后期產(chǎn)品加工。
[0017]3.本發(fā)明將無機(jī)微米活性顆粒均勻地分散于納米纖維膜中，微米顆粒的加入有利于吸附更多的顆粒物，提高了膜的過濾效果。其次，由于納米纖維和微米顆粒的尺寸和形狀差異，使得復(fù)合膜上的微米顆粒對其周圍的納米纖維起到支撐的作用，從而使納米纖維膜的三維結(jié)構(gòu)得到了重構(gòu)，提高了納米纖維膜的透氣性，在相同過濾效果條件下，降低了過濾時(shí)復(fù)合膜兩側(cè)的壓力差。
[0018]本發(fā)明的制備方法簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，制備的復(fù)合膜過濾材料對于過濾微小顆粒物具有高效低阻的特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述
一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米纖維膜過濾材料，所述有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米纖維膜過濾材料由非織造布基材和附在其表面的納米纖維膜組成，納米纖維膜由熱塑性聚合物納米纖維和分散在納米纖維間的無機(jī)微米活性顆粒組成，且納米纖維膜的組份按以下質(zhì)量百分比分別為:熱塑性聚合物納米纖維50~95%
無機(jī)微米活性顆粒5~50%
所述非織造布基材為PP或PLA或PET或PA的熔噴或紡粘非織造布中的一種。
[0020]所述熱塑性聚合物為PVA-co-PE或PP或PA或PET或PBT或PTT或PMMA中的一種。
[0021]一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米纖維膜過濾材料的制備方法，所述制備方法按以下步驟進(jìn)行:
a將熱塑性聚合物與醋酸丁酸纖維素分別按質(zhì)量百分比，
熱塑性聚合物 10~40%
醋酸丁酸纖維素60~90%
進(jìn)行均勻混合，在加工溫度為140~240°C的雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出、造粒，制備得熱塑性聚合物/醋酸丁酸纖維素復(fù)合材料；
b將經(jīng)步驟a得到的熱塑性聚合物/醋酸丁酸纖維素復(fù)合材料經(jīng)熔融紡絲機(jī)進(jìn)行紡絲、牽伸，得到復(fù)合纖維；
c將經(jīng)步驟b得到的復(fù)合纖維在60°C的丙酮中回流72小時(shí)萃取醋酸丁酸