[發明專利]復合陶瓷納米纖維膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010521037.4
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111809252A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 代云茜;徐婉琳;孫岳明
• 申請（專利權）人: 南京金思博納米科技有限公司
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;C04B35/46;C04B35/10;C04B35/622;B32B9/00;B32B9/04;B32B5/02;B01D46/00;B01D46/54;B01D53/86;B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D71/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

復合陶瓷納米纖維膜及其制備方法和應用，將聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙醇中作為紡絲前驅液；向前驅液中添加陶瓷材料的物質源以及相應的溶劑、助劑，利用微流體噴氣紡絲設備，保持金屬針頭與接收器之間距離為10?50 cm，液體流速為0.5?4 mL/h，氣壓0.2?3 MPa的條件下，采用卷對卷方式收集所得纖維膜，其中轉軸速度為100?300 r/min。在高溫空氣中焙燒后得到疏松多孔的陶瓷納米纖維膜。本發明制備的陶瓷纖維膜比表面積大、孔隙率高、光催化性能及抗菌性能良好，可用于空氣過濾及個人抗菌防護等領域。

技術領域

本發明屬于陶瓷納米纖維膜技術領域，具體涉及一種復合陶瓷納米纖維膜及其制備方法和應用。

背景技術

目前生產高質量的陶瓷纖維多采用靜電紡絲技術，盡管靜電紡絲技術具有多功能性，但仍有一些缺點限制了其在工業上的應用，如需要高壓電源、對溶液電導率要求高、產量低、損耗大、耗時長等。而通過微流體氣噴紡絲方式制備的陶瓷纖維膜，利用高速壓縮空氣噴射拉伸聚合物溶液，可以有效避免原料浪費，實驗環境及裝置更簡單便捷，極大縮短了紡絲時間；由于不使用高壓電源等危險裝置，更加安全。

發明內容

解決的技術問題：本發明提供一種復合陶瓷納米纖維膜及其制備方法和應用，通過高速壓縮空氣噴射拉伸聚合物溶液，極大縮短了紡絲時間；同時，對紡絲液沒有導電性等的要求，打破原有靜電紡絲的限制，為陶瓷纖維的規模化生產和工業推廣提供了有益條件。此外，該方法制備的氧化鋁/二氧化鈦復合陶瓷纖維可利用氧化鋁、二氧化鈦本征的氧化性、光熱性能進行殺菌滅毒，應用于空氣過濾和個人防護。

技術方案：復合陶瓷納米纖維膜的制備方法，步驟為：a.配制10wt.％-20wt.％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙醇溶液，將陶瓷材料物質源及其良溶劑、助劑依次加入上述溶液中，室溫攪拌使其完全溶解，得到均勻的前驅體溶液，其中PVP的乙醇溶液、良溶劑、助劑的體積比例為9:(5-15):(2-10)；所述陶瓷材料物質源為鈦酸異丙酯和乙酰丙酮鋁，其中乙酰丙酮鋁的質量分數為5-50wt.％，鈦酸異丙酯與乙醇的體積比為(2-5):9；b.利用微流體氣噴紡絲裝置，將前驅體溶液制成納米纖維；c.將納米纖維在馬弗爐中600℃焙燒1-2h，升溫速率為2.0℃/min，得到氧化鋁/二氧化鈦復合陶瓷納米纖維；d.用兩層無紡布封裝陶瓷納米纖維，成為陶瓷納米纖維基復合抗菌膜。

優選的，上述聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1300000。

上述乙酰丙酮鋁和鈦酸異丙酯高溫分解后Al₂O₃和TiO₂質量比為(1-19):19。

優選的，上述良溶劑為乙醇和丙酮，所述助劑為乙酸，乙醇、丙酮、乙酸的體積比為9:10:6。

上述微流體氣噴紡絲裝置的金屬針頭與接收器之間的距離為30-50cm，液體流速為0.5-4mL/h，氣壓0.2-3MPa的條件下，采用卷對卷方式收集所得纖維膜，其中轉速為100-300rpm，環境溫度25℃，濕度不超過30-50wt.％。

優選的，所采用金屬針頭為不銹鋼工業實驗加長針，7號22G針頭。

優選的，上述無紡布的克重量為60g。

上述制備方法制得的復合陶瓷納米纖維膜。

上述復合陶瓷納米纖維膜在制備空氣過濾及個人防護產品中的應用。

有益效果：本發明通過微流體氣噴紡絲技術所制備的氧化鋁/二氧化鈦陶瓷納米纖維，可以實現大面積、規模化、連續生產，突破了原有靜電紡絲技術在陶瓷納米纖維上的限制，有望將其工業化。本發明制備的氧化鋁/二氧化鈦陶瓷納米纖維，具有疏松多孔的結構，比表面積大，同時具有良好的光催化性、抗菌性，可將其應用于空氣過濾、個人抗菌防護等領域。

附圖說明

圖1為微流體氣噴紡絲技術原理示意圖；