[發明專利]一種空氣過濾碳納米管纖維膜的制備方法

有效

• 申請號: 201610092706.4
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN105696090B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 吳龍濤;徐衛林;宋寶祥;陳利軍;林勇;劉欣;張科;楊鍇;王亞飛
• 申請（專利權）人: 江蘇億茂濾材有限公司
• 主分類號: D01D1/02
• 分類號: D01D1/02;D01D5/18;D04H3/03
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及一種空氣過濾碳納米管纖維膜的制備方法，屬于纖維材料技術領域。

背景技術

碳納米管是一種具有特殊結構的一維量子材料，由于其具有重量輕、超高表面積、異常的力學、電學和化學性能，被譽為未來最具影響力的基礎材料，近年來的深入研究使其廣闊的應用前景在不斷的被展現出來。

隨著空氣污染的日益嚴重，空氣過濾纖維膜被被廣泛的應用在口罩、空調、汽車、建筑、醫療衛生、通訊、化工等領域，逐漸顯示出重要的科學價值和應用價值。通常，空氣過濾纖維膜主要由熔噴無紡工藝、紡粘無紡工藝、針刺無紡工藝或水刺無紡工藝等非織造技術制成，其原材料來源廣泛，可以選用聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚苯硫醚、聚對苯二甲酰對苯二胺、聚乙烯醇等性能優良的高分子材料。隨著碳納米管在空氣過濾方面的深入研究，越來越多的技術人員將碳納米管填充到高分子材料基體中，采用傳統的非織造技術制備出含有碳納米管的空氣過濾纖維膜，碳納米管可以為物理性空氣過濾材料，也可以將其進行化學改性進而充當功能性空氣過濾的的角色。

然而，傳統的非織造技術難以將碳納米管的功能最大化，因為熔噴無紡工藝和紡粘無紡工藝只能將碳納米管作為填充物添加到高分子紡絲液中，經紡絲后得到的纖維中大部分碳納米管被包覆在高分子基體材料中，使得碳納米管無法接觸空氣環境，進而無法使其在空氣過濾方面的功能最大化。如果采用溶液紡絲的方法，將碳納米管放入高分子紡絲液進行濕法或干法紡絲，進而將得到的纖維在經過針刺無紡工藝或水刺無紡工藝，也存在碳納米管被高分子基體包覆的問題。另外，有技術人員采用化學氣相沉積的方法期望解決該問題，例如：中國專利公開號為CN102600667A，公開日是2012年7月25日，發明名稱為“一種基于碳納米管的空氣過濾材料及其制備方法”，中國專利公開號為CN103446804A，公開日是2013年12月18日，發明名稱為“一種具有梯度結構的碳納米管空氣過濾材料及其制備方法”，該兩個發明專利均采用氣相化學沉積的方法將碳納米管生長在由石英纖維或玻璃纖維或碳納米管或金屬纖維或聚合物纖維構成的基底材料上，以此制備出雙層或多層梯度結構的碳納米管空氣過濾材料。該兩個專利存在如下兩個問題：1. 碳納米管氣相沉積速率較低，無法規模化生產碳納米管空氣過濾材料；2. 碳納米管氣相沉積的工藝環境要求苛刻，沉積溫度在100-2000℃，該溫度下對基底材料損傷較大，不利于其產品效果的顯示；3. 碳納米管氣相沉積的能耗較高，容易造成環境污染且成本較高的問題。

由于靜電紡絲制備的高分子纖維的直徑可以被控制在納米尺度，將碳納米管放入紡絲液后經靜電紡絲后，高分子纖維的直徑與碳納米管的直徑的比值大幅度減小，促使較多的碳納米管裸露在高分子纖維的表面，進而發揮其在空氣過濾方面的作用。然而，靜電紡絲技術的效率極低，不能滿足產業化需求，而且其制備的高分子纖維中仍有較大部分的碳納米管被包覆在高分子基體中。

由此可見，能夠制備出碳納米管完全接觸空氣介質的空氣過濾纖維膜的具有的科學意義和應用價值。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種空氣過濾碳納米管纖維膜的制備方法，為了實現上述目的，本發明的技術解決方案為。

一種空氣過濾碳納米管纖維膜的制備方法，所述制備方法按以下步驟進行：

A. 碳納米管分散溶液的制備

按如下質量百分比：

無水乙醇57-82%

碳納米管15-35%

聚乙烯醇納米纖維3-8%

將無水乙醇、碳納米管和聚乙烯醇納米纖維混配后，在室溫條件下采用乳化機乳化分散0.5-1h后得到碳納米管分散溶液，其中，乳化機的轉速為8000-13000r/min。

B. 增粘溶液的制備

按如下質量百分比：

去離子水 56-68%

二元胺 15-21%

二元羧酸 17-23%

將去離子水、二元胺、二元羧酸混配后，升溫至45-65℃并機械攪拌1-3h后得到增粘溶液。

C. 碳納米管紡絲液的制備

將經步驟A得到的碳納米管分散溶液和經步驟B得到的增粘溶液按如下質量百分比：

碳納米管分散溶液 65-85%

增粘溶液 15-35%

進行混配，在室溫條件下采用機械攪拌1-2h后得到碳納米管紡絲溶液。

D. 離心紡絲與成膜