[發明專利]復合過濾材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910993213.1
• 申請日: 2019-10-18
• 公開（公告）號: CN110711430B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 吳龍濤;王亞飛;宋寶祥;劉欣;鄧波;張小宇;陳凱
• 申請（專利權）人: 億茂環境科技股份有限公司
• 主分類號: B01D39/14
• 分類號: B01D39/14;B01D46/00;D01D5/18;D01D5/00;D04H1/728;D01D5/24;D04H1/4382;D01F1/10;D01F6/74;D01F6/56;D01F6/94
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 胡婷婷

1.一種復合過濾材料，其特征在于：所述復合過濾材料包括自下而上依次沉積復合的無紡布初效過濾層、多孔微納米纖維中效過濾層及蛛網納米纖維高效過濾層，相鄰設置的過濾層之間具有由相鄰的過濾層中的纖維相互穿插形成的第一復合層和第二復合層；

其中，所述無紡布初效過濾層為微米尺寸纖維無紡布，纖維直徑為1～10μm，平均孔徑為1～10μm，厚度為0.5～1.5mm；所述多孔微納米纖維中效過濾層為纖維表面具有納米孔和納米顆粒突起混雜結構的微納米尺寸纖維膜，纖維直徑為100nm～1.0μm，平均孔徑為0.5～3μm，厚度為0.05～0.2mm；所述蛛網納米纖維高效過濾層為二維蛛網結構納米尺寸纖維膜，纖維直徑為20～100nm，平均孔徑為0.3～1μm，厚度為0.05～0.2mm；

通過讓微米到亞微米再到納米三種直徑范圍的纖維膜依次沉積，所述復合過濾材料為纖維孔徑沿厚度方向梯度分布的多級結構；

所述無紡布初效過濾層為采用平面接收式離心紡絲裝置制備的無紡布；

所述多孔微納米纖維中效過濾層在纖維上形成納米孔和二氧化鈦納米顆粒突起兩種混雜結構，其主要機理是液相分離致孔，在高壓靜電場中，紡絲液被拉伸成射流，有機溶劑快速揮發降低了射流溫度，紡絲液成分變化出現液相分離區域，當射流固化成纖維后富集有機溶劑的區域形成多孔結構；

所述蛛網納米纖維高效過濾層中的纖維膜由于具有二維納米蛛網結構使得纖維之間存在大量粘結點，使得纖維膜具有更好的力學性能。

2.一種權利要求1所述的復合過濾材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1、配制預定濃度的第一聚合物紡絲液，注入平面接收式離心紡絲裝置中，進行離心紡絲，所述平面接收式離心紡絲裝置的收集裝置收集得到無紡布初效過濾層；

S2、配制預定質量比例的二氯甲烷/N,N-二甲基乙酰胺混合有機溶劑，然后配制第二聚合物/二氧化鈦/有機溶劑混合紡絲液；最后采用靜電紡絲工藝，制備混雜結構微納米纖維，收集并且沉積在所述無紡布初效過濾層的表面，得到多孔微納米纖維中效過濾層；

S3、配制預定濃度的第三聚合物/十二烷基三甲基溴化銨/N,N-二甲基乙酰胺混合紡絲液，然后采用靜電紡絲工藝，制備蛛網結構納米纖維，收集并且沉積在所述多孔微納米纖維中效過濾層的表面，得到蛛網納米纖維高效過濾層；

S4、后處理：將上述三層纖維過濾層依次沉積疊加形成的多層纖維膜，進行熱風成型處理，并在80～100℃下真空干燥，制備得到復合過濾材料；

在步驟S1中，所述第一聚合物的質量分數為15～40％；所述平面接收式離心紡絲裝置還包括設置在所述收集裝置上方的噴絲裝置；在離心紡絲過程中，所述噴絲裝置高速旋轉使所述紡絲液從所述噴絲裝置的噴絲針頭中射出，并呈螺旋線下降至所述收集裝置上，靠離心力的作用制備成無紡布初效過濾層；所述收集裝置為平面式傳送帶，進行纖維的連續收集；

在步驟S2中，所述有機溶劑中，二氯甲烷與N,N-二甲基乙酰胺的質量比為12:1～6:1；所述混合紡絲液中，所述第二聚合物的質量分數為5～20wt％，所述二氧化鈦的納米顆粒的質量分數為0.5～2.0wt％；

在步驟S2中，所述靜電紡絲工藝中，相對濕度為30～55％，接收距離為10～15cm，紡絲電壓為10～20kV；

在步驟S3中，所述紡絲液中，所述第三聚合物的質量分數為5～20wt％，所述十二烷基三甲基溴化銨的質量分數為0.1～0.5wt％；

在步驟S3中，所述靜電紡絲工藝為靜電噴網工藝；其中，紡絲電壓為40～60kV，相對濕度為25～40％，接收距離為15～25cm；

所述第一聚合物為聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯中的一種；所述第二聚合物為聚乳酸、聚丙烯腈、聚酰胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯中的一種；所述第三聚合物為聚丙烯酸、聚間苯二甲酰間苯二胺、聚氨酯、聚酰胺中的一種；

在0.05m/s風速下，所述復合過濾材料對PM0.3NaCl氣溶膠的過濾效率為99.999％，阻力壓降小于60Pa，能夠實現高效空氣過濾凈化的功能。