[發明專利]一種高吸附性并具有抗菌耐霉活性碳纖維及其制造方法

有效

• 申請號: 201310544709.3
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN103551126A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 錢曉錦;王亭亭;姜楓;萬松山;姜培齊
• 申請（專利權）人: 江蘇創發生物科技有限公司
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華;任曉嵐

技術領域

本發明屬于抗菌環保領域，特別涉及一種成本低、吸附性高并具有抗菌耐霉活性的碳纖維及其制造方法。

背景技術

活性炭（GAC）是一種經過活化處理的多孔炭，具有極強的吸附能力，它在軍事、化工、環保等領域的應用已有百年的歷史。活性碳纖維（為纖維狀），纖維上布滿微孔，其對有機氣體吸附能力比顆粒活性炭在空氣中高幾倍至幾十倍，在水溶液中高5～6倍，吸附速率快100～1000倍。在工業上利用他的超強吸附能力去回收有機溶劑，凈化空氣，凈化用水。

活性碳纖維是一種高科技產品，世界上只有少數國家能夠生產，他的制品可以是絲、紙、氈、布等形式，傳統的活性碳纖維因工藝復雜且能耗高工期長，市場價格在25萬/噸左右，是活性炭的十幾倍到二十幾倍，嚴重限制了它的市場使用量。

并且由于活性碳纖維在使用過程中,也會吸附微生物,使過濾吸附材料霉變，會造成微生物污染。

為了克服上述缺陷,本發明公開了一種制造工藝簡單,成本低,又具有抗菌耐霉的活性碳纖維。這種高比表面積、高附加值、高科技、低污染的新型活性碳材料具有極好的發展前景和廣闊的應用市場。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有技術中，活性碳纖維在使用過程中,由于微生物的存在易產生霉變，且活性碳纖維材料的加工生產成本過高。

為解決這一技術問題，本發明提供了一種新型的活性碳纖維吸附材料，是一種聚酯纖維吸附過濾材料，該多孔聚酯纖維材料表面沉積有碳與金屬的復合材料涂層。復合材料涂層中，碳材料包括石墨、碳粉，金屬材料包括銅、銀、鋅、鈦、錳、鎳、鋁中的一種或幾種。

本發明還提供了一種上述聚酯纖維吸附過濾材料的制備方法，首先采用超飽和發泡法制備出多孔聚酯纖維材料，再通過物理氣相沉積方法在多孔聚酯纖維表面制備出一層碳與金屬的復合材料涂層，該工藝可以在同一個設備內完成。

超飽和發泡法制備出多孔聚酯纖維材料，具體操作為，

（1）利用室溫加壓法，在高壓作用下使氣體充分浸潤聚酯纖維，使氣體進入聚酯纖維的自由體積中，

高分子纖維種類眾多，本發明以聚酯纖維（如PET、PBT、PAR、TPEE等）為開孔基材,其中優選PET纖維，PET本身無毒、無味，安全性好，具有優良的力學性能，耐高溫、低溫性能，對油、脂肪、堿、烯酸以及大多數溶劑都有良好的耐性，并且透明度高，具有抗紫外能力；

開孔氣體有氮氣、氬氣、二氧化碳氣體或用兩種以上混合氣體，本發明優選氮氣，氮氣熱力學、化學性能均比較穩定，無毒害作用、成本低，不污染環境，

在該步驟中，高壓控制在6MPa—8MPa，不同的壓力對多孔纖維中的孔隙密度的影響不同：壓力越大，纖維氣泡密度越大，但同時對生產條件、設備等要求越高，

加壓時間對氣泡密度也有影響，加壓的時間越長，得到的纖維中的孔隙越多，耗能也將越多，一般控制在4小時到24小時；

（2）迅速降壓至常壓，然后再降至負壓，其中，從高壓降至“負的一個大氣壓”的時間，控制在10min內，7—10min較為適宜；

（3）在卷繞恒溫爐中，負壓（負的一個大氣壓）發泡，恒溫爐溫度為120℃—160℃，發泡時間為10S—20S，步驟（2）、（3）可以在同一設備中進行，

不同發泡溫度對多孔纖維孔密度有影響，溫度越高，氣體膨脹越快，聚酯纖維中的孔密度也呈現正相關提高，

降壓和升溫處理，使壓入自由體積中的氣體膨脹，形成大量氣泡，并在聚酯纖維材料中固定孔形，

綜上，通過用室溫加壓然后升溫發泡工藝可制得發泡纖維，氣泡結構隨處理條件的不同，而有很大的不同。在其他工藝條件不變的情況下，發泡纖維中氣泡密度分別隨著壓力、加壓時間、發泡溫度、發泡時間的增加而增大，其中發泡時間大于10s后，對氣泡密度無明顯影響。

開孔操作結束后，通過物理氣相沉積方法制備復合材料涂層的操作為，采用真空鍍膜機，用磁控濺射方法將碳與金屬的復合靶材沉積在在多孔聚酯纖維的表層和孔隙中，具體工藝步驟為：（1）多孔纖維干燥處理；（2）上爐；（3）充氣體；（4）鍍膜；（5）下爐，

步驟（3）中鍍膜采用磁控濺射卷繞機，所充氣體為甲烷、乙炔或兩者的混合氣體，步驟（4）中氣體體積流量為400～600SCCM，電流:6A～15A。