[發明專利]一種微米纖維三維骨架/聚合物納米纖維復合過濾材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710330648.9
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107137979B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 劉軻;王棟;易志兵;程盼;陳佳慧;劉瓊珍;李沐芳;魯振擔;蔣海青;郭啟浩
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: B01D39/16
• 分類號: B01D39/16
• 代理公司: 武漢松濤知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 戴寶松

本發明屬于紡織材料領域，公開了一種微米纖維三維骨架/聚合物納米纖維復合過濾材料及其制備方法。通過熔融共混法制備聚合物納米纖維；將該聚合物納米纖維和交聯劑分散在溶劑中形成懸浮液，然后將微米纖維無紡布骨架浸泡于懸浮液中，冷凍干燥形成凝固塊再脫除溶劑，獲得微米纖維骨架間梯度分布有聚合物納米纖維氣凝膠的非織造材料。本發明采用的制備工藝簡單，原料綠色環保，條件溫和，適用于工業化大規模生產，制品有良好的柔韌性及高效低阻的空氣過濾性能，可以應用于高效空氣凈化領域。

技術領域

本發明屬于紡織材料領域，具體涉及一種微米纖維三維骨架/聚合物納米纖維復合過濾材料及其制備方法。

背景技術

近年來，我國的工業化發展迅速，城鎮化速度不斷加快，各種污染問題紛至沓來，其中空氣污染己成為當下環境污染的一個主要問題。工廠廢氣、汽車尾氣、建筑粉塵、居民生活等排放了大量的煙塵顆粒，而這些顆粒物也為細菌提供了生長繁殖的載體。這不僅影響人們的出行還危害人們的身體健康,因此，設計和制備出能有效阻擋空氣中細微粉塵顆粒物并具有優良抗菌性能的過濾材料是關乎人類身體健康的重大課題。

傳統的過濾材料一般是非織造無紡布，孔徑一般在十幾微米到幾十微米之間，只能攔截微米級別的顆粒。通過靜電駐極可以顯著提高非織造過濾材料對0.3微米或更細小的顆粒過濾效率并降低其阻力壓降，但是靜電駐極的作用有限，難以實現更高級別的過濾，而且靜電容易受環境濕度影響使過濾性能降低。與常規纖維相比，納米纖維具有較大的比表面積、極高的孔隙率和優異的吸附性能，能夠阻擋納米級的顆粒污染物，并能顯著降低阻力壓降。隨著電子、航天、精密儀器對室內空氣要求極高的新型行業的發展，微米纖維級過濾材料已達不到過濾精度的要求，在過濾材料結構中使用納米尺寸的纖維，是過濾材料發展的必然趨勢。

氣凝膠是在保持凝膠三維網絡結構不變的情況下，通過特殊手段將其溶劑除去而形成的高孔隙率的多孔材料。氣凝膠擁有比表面積高(可達到200～1000m²/g)、孔隙率高(可達到80％～99.8％)及密度低(大約在0.003～1g/cm²，空氣密度在0.00129g/cm²)等優異的結構特性，使其在空氣凈化、隔熱材料、醫療、能源、信息等方面具有廣闊的前景。

納米纖維氣凝膠材料綜合了納米纖維和氣凝膠的特點，可以同時滿足高效率、低阻力的要求。文獻[High Performance Air Filters Produced from Freeze-DriedFibrillated Wood Pulp:Fiber Network Compression Due to the Freezing Process[J].IndustrialEngineering Chemistry Research，2012，51(32)：10702–10711]報道了一種以木漿纖維為原料，通過冷凍干燥法制備空氣濾材。文獻[Junji N，Tsuguyuki S，Akira I.Simple Freeze-Drying Procedure for Producing Nanocellulose Aerogel-Containing，High-Performance Air Filters[J].Acs Applied MaterialsInterfaces，2015，7(35)：19809]報道了一種以TEMPO氧化的納米纖維素為原料，通過冷凍干燥法制備空氣濾材。然而上述文獻中的氣凝膠材料均普遍存在阻力壓降大的問題。專利CN105692588A公開了一種用于空氣過濾的碳氣凝膠的制備方法，以生物質為原料，通過水熱法及冷凍干燥過程制備碳氣凝膠。但該發明所述的氣凝膠材料存在制備工藝復雜，材料結構難以調控的問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種微米纖維三維骨架/聚合物納米纖維復合過濾材料及其制備方法。

本發明公開一種微米纖維三維骨架/聚合物納米纖維復合過濾材料，包括微米纖維三維骨架和聚合物納米纖維氣凝膠，所述聚合物納米纖維氣凝膠與微米纖維三維骨架之間通過物理纏結、物理交聯或化學交聯的方式結合。