CN107537225A

CN107537225A - 一种空气净化纺织滤布及其制备方法

Info

Publication number: CN107537225A
Application number: CN201710858488.5A
Authority: CN
Inventors: 陈庆; 司文彬
Original assignee: Chengdu New Keli Chemical Science Co Ltd
Current assignee: Chengdu New Keli Chemical Science Co Ltd
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-01-05

Abstract

本发明涉及空气净化技术领域，特别是涉及一种空气净化纺织滤布及制备方法，所述种空气净化纺织滤布的制备方法，包括以下步骤：（1）将碱金属氢氧化物溶解于有机溶剂中，然后加入多元醇，加入甘油醚、钛源和锌源，得到改性超支化聚醚；（2）将改性超支化聚醚与有机溶剂混合，超声分散均匀后，形成改性超支化聚醚乳液，对改性超支化聚醚进行多针头静电纺丝，（3）将改性超支化聚醚纤维放入织布机中进行织布，得到空气净化纺织滤布。使得超支化的分子结构空间驻留了氧化钛和氧化锌催化剂，通过织布的得到的滤布，当有毒气体通过滤布时，处于分子空间的氧化钛、氧化锌可以快速分解有机物，大幅推进了降解反应，快速净化室内空气。

Description

一种空气净化纺织滤布及其制备方法

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，特别是涉及一种空气净化纺织滤布及制备方法。

背景技术

随着医药、医疗卫生、电子等行业厂房洁净度的要求越来越高，对空气净化装置提出了更高的要求。空气中漂浮的灰尘、细菌、病毒和微生物必须采用适当的方式加以去除。汽车内空间相对狭小，塑料结构件、装饰性物品会释放甲醛、有机溶剂，燃油***会释放烃类有机物和一氧化碳，在汽车空间中形成浓度较高的污染，而人体和车内的细菌，则会释放出氨类、硫醇类、有机酸、吲哚等异味污染物，车内的烟味、异味等也增加了车内的污染程度。当前有各种车内空气净化产品，如各类空气净化器、空气净化炭包等。空气净化器为达到好的净化效果，必须增大风量，这使得其体积必须增大，在空间有限的车内安放带来不方便，且噪声也会增大，而且车内空气净化器往往价位较高，滤芯也需频繁更换。而空气净化炭包，由于其为被动吸附作用，只有当车内空气流动到其表面，污染物才有可能被吸附，但因其表面积太小，与车内空气接触面积过小，往往效果也很有限。在诸多空气净化技术中，应用最广、最成熟就是空气过滤器。近几年美国研究人员在进行室内空气质量研究过程中发现，空气过滤器在使用一段时间后(未到报废期限)沉积在过滤器上的微生物如果不及时加以处理，将产生严重的二次污染。

目前防止空气过滤器被污染，基本上都是采用辅助措施。如空调***的灭菌措施添加光催化净化装置，但同时带来的一些问题：如①空调过滤***的成本增加；②安装时需要有足够的空间；③整个***的配套设计必须规范等。所以除菌方法的选择相当重要。就目前而言，使用抗菌过滤材料不失为明智的选择。近年来，人们开始对抗菌空气过滤材料进行了关注与研究。中国专利CN1475613A公开了纳米抗菌无纺布滤材及其制备方法，该发明涉及一种纳米抗菌无纺布滤材及其制备方法。它是将91-99份聚丙烯纤维和1-9份银系纳米抗菌粉体置于搅拌器内充分搅拌混匀，制成抗菌滤材的基料；由挤塑机对滤材的基料进行了混熔，制成熔融态混合体；再由熔喷注塑机将熔融态混合体进行熔喷，制成抗菌无纺布滤材。该产品中银系纳米抗菌粉体可能在制造过程中被高分子所覆盖，从而使抗菌、抑菌效果大打折扣，另外该产品过滤效率仅95％，不能作为高效空气过滤器的过滤材料。中国专利CN2633397Y公开了一种杀菌净化型空气过滤芯片，芯片的内芯是活性炭纤维毡-ACF毡多层结构，每层活性炭纤维毡表面喷洒有非氯型化学性消毒剂层，在活性炭纤维毡两侧面包裹有无纺布表面层，在活性炭纤维毡和无纺布表面层之间有尼龙网。该产品中添加了化学性消毒剂会带来空调***的腐蚀，且结构复杂，生产成本较高。

纺织纤维作为常规的过滤材料，在口罩、空调滤网的应用中主要是过滤大颗粒物。如果赋予纺织纤维催化分解有机有毒气体的功能，将极大地提升纺织纤维在环境保护中的应用。纺织纤维具有良好的吸附特性，纤维材料的多孔性和毛细管性能，使纤维表面吸附富集污染物，为纳米光催化剂提供高浓度反应物环境。因此现有技术均是将光催化剂作为添加应用于纺织纤维，这在很大程度上加快了光催化降解反应速率。如有毒的甲醛等被催化分解为如二氧化碳和水等。具有良好的空气净化效果。然而由于光催化剂均是浸染纤维进行负载，因此，仍然有大量的有毒气体通过纺织纤维，因此，净化效率并不理想。

发明内容

针对目前现有技术的空气净化滤布的净化效率低，持久性差的技术缺陷，本发明的目的是提供一种空气净化纺织滤布及制备方法，它能够大幅推进了降解反应，快速净化室内空气。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种空气净化纺织滤布的制备方法，包括以下步骤：

（1）将碱金属氢氧化物溶解于有机溶剂中，然后加入多元醇，搅拌30min后，加入甘油醚、钛源和锌源，在40~80℃下反应，5~12h，得到反应混合物，将反应混合物滴入沉淀剂中沉淀，产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除去钾离子，得到与产物，将预产物在沉淀剂中沉淀，得到改性超支化聚醚；

（2）将改性超支化聚醚制备成改性超支化聚醚分散液，对改性超支化聚醚分散液多针头静电纺丝，所述多针头静电纺丝的针头之间绝缘，所纺的聚合物纳米纤维用玻璃纤维滤纸接收，得到玻璃纤维滤纸上均匀沉积改性超支化聚醚纤维；

（3）将改性超支化聚醚纤维放入织布机中进行织布，将织布后在200~300℃下处理30~150min，得到空气净化纺织滤布。

本发明中，发明人在制备超支化聚醚的过程中，将钛源和锌源分散浆体中；在形成超支化聚醚的过程中，将钛源和锌源与体系中的碱发生反应，生成固体状的氢氧化钛和氢氧化锌，并且能够驻留在超支化的分子结构的孔道内，经高温处理后，固体状的氢氧化钛和氢氧化锌在分子孔道内原位转化为二氧化钛和二氧化锌，二氧化钛和二氧化锌固定在纤维内部，提高二氧化钛和二氧化锌的利用率和使用寿命，高效催化降解环境中的有机物，起到净化空气的作用。此外，由于氢氧化钛和氢氧化钠发生了热分解，因此，固体体积减小，在纤维内形成孔隙，能够吸附空气中的有害物质，起到净化空气的作用。

根据本发明，优选的，所述多元醇选自乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、三羟甲基乙烷和三羟甲基丙烷中的至少一种。

根据本发明，优选的，所述甘油醚选自聚乙二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚中的至少一种。

根据本发明，本发明对钛源的种类没有特别的限制，所述钛源可以为无机钛源或有机钛源，进一步的所述钛源可以为四卤化钛、硫酸钛、硝酸钛、钛酸盐、硫酸钛酰和钛酸酯中的至少一种；优选为钛酸酯，所述钛酸酯可以为钛酸四乙酯、钛酸四丙酯和钛酸四丁酯中的至少一种。为了提升净化性能，使用过量的钛源在反应体系中，使得超支化的分子结构空间驻留更多的氧化钛。

根据本发明，本发明对锌源的种类没有特别的限制，可以为所述领域技术人员常知的锌源，例如，所述锌源可以为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌、醋酸锌和碳酸锌中的至少一种。为了提升净化性能，使用过量的锌源在反应体系中，使得超支化的分子结构空间驻留更多的氧化锌。

根据本发明，优选的，所述沉淀剂选自离子水，无水***，石油醚，等比例混合的乙醇与去离子水，等比例混合的甲醇与去离子水，等比例混合的***与石油醚中的至少一种。

根据本发明，优选的，步骤（1）所述有机溶剂选自1,4-二氧六环，四氢呋喃，N,N′-二甲基甲酰胺，N,N′-二甲基乙酰胺，N-甲基-吡咯烷酮中的一种。

根据本发明，优选的，所述静电纺丝的工艺为：电源电压10～60KV，纺丝环境条件为温度15～35℃，相对湿度25～90％；多针头喷丝单元针头间距2～30cm，喷丝单元针头数量为6～90个。

根据本发明，优选的，在对改性超支化聚醚纤维进行织布前，还对其进行了拉伸，以提高其韧性和表面光滑度，优选的，所述拉伸倍数为3~6倍。

根据本发明，优选的，所述改性超支化聚醚纤维的单丝的直径为0.07~0.5mm。

根据本发明，优选的，所述玻璃纤维滤纸，其组成纤维直径为25μm，滤纸孔径尺寸为30μm，克重为100g/m²，初始过滤效率为30％，接收前所述玻璃纤维滤纸用乙醇超声清洗，在25℃下干燥2h后使用。

本发明还提供一种空气净化纺织滤布，由上述制备方法制备得到。

根据本发明，优选的，所述空气净化纺织滤布的厚度为0.2~0.4mm，平均孔径为10~20微米，孔径比为0.8，克重为30~100g/m²。

本发明空气净化纺织滤布及其制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

本发明中通过在制备超支化聚醚的过程中，将钛源和锌源分散浆体中，在形成超支化聚醚的过程中，将钛源和锌源与体系中的碱发生反应，生成固体状的氢氧化钛和氢氧化锌，并且能够驻留在超支化的分子结构的孔道内，经高温处理后，固体状的氢氧化钛和氢氧化锌在分子孔道内原位转化为二氧化钛和二氧化锌，一方面能够将二氧化钛和二氧化锌固定在纤维内部，提高二氧化钛和二氧化锌的利用率和使用寿命，二氧化钛和二氧化锌能够在超支化分子层面高效催化降解环境中的有机物，起到净化空气的作用。此外，由于氢氧化钛和氢氧化钠发生了热分解，因此，固体体积减小，在纤维内形成孔隙，能够吸附空气中的有害物质，起到净化空气的作用。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

一种空气净化纺织滤布的制备方法，步骤如下：

（1）将氢氧化钠溶解于1,4-二氧六环中，然后加入乙二醇，搅拌30min后，加入聚乙二醇二缩水甘油醚、钛酸四乙酯和碳酸锌，在60℃下反应，5~12h，得到反应混合物，将反应混合物滴入无水***混合溶剂中沉淀，产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除去钾离子，得到与产物，将预产物在沉淀剂中无水***，得到改性超支化聚醚；

（2）将改性超支化聚醚与甲苯分散均匀后，形成改性超支化聚醚分散液，对改性超支化聚醚进行多针头静电纺丝，静电纺丝的工艺为：电源电压30KV，纺丝环境条件为温度25℃，相对湿度60％；多针头喷丝单元针头间距10cm，喷丝单元针头数量为30个；所述多针头静电纺丝的针头之间绝缘，所纺的聚合物纳米纤维用玻璃纤维滤纸接收，得到玻璃纤维滤纸上均匀沉积改性超支化聚醚纤维；

（3）将改性超支化聚醚纤维沿轴向拉伸，拉伸倍率为6倍，得到单丝直径为0.2mm的改性超支化聚醚纤维，然后将拉伸后的改性超支化聚醚纤维放入织布机中进行织布，将织布后在250℃下处理60min，得到空气净化纺织滤布。

实施例2

一种空气净化纺织滤布的制备方法，步骤如下：

（1）将氢氧化钾溶解于N-甲基-吡咯烷酮中，然后加入四乙二醇，搅拌30min后，加入聚丙二醇二缩水甘油醚、钛酸四丁酯和硝酸锌，在50℃下反应，5~12h，得到反应混合物，将反应混合物滴入丙酮/***混合溶剂中沉淀，产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除去钾离子，得到与产物，将预产物在沉淀剂中沉淀，得到改性超支化聚醚；

（2）将改性超支化聚醚与聚乙二醇混合，超声分散均匀后，形成改性超支化聚醚乳液，对改性超支化聚醚进行多针头静电纺丝，静电纺丝的工艺为：电源电压20KV，纺丝环境条件为温度20℃，相对湿度45％；多针头喷丝单元针头间距15cm，喷丝单元针头数量为50个；所述多针头静电纺丝的针头之间绝缘，所纺的聚合物纳米纤维用玻璃纤维滤纸接收，得到玻璃纤维滤纸上均匀沉积改性超支化聚醚纤维；

（3）将改性超支化聚醚纤维沿轴向拉伸，拉伸倍率为5倍，得到单丝直径为0.35mm的改性超支化聚醚纤维，然后将拉伸后的改性超支化聚醚纤维放入织布机中进行织布，将织布后在220℃下处理100min，得到空气净化纺织滤布。

实施例3

一种空气净化纺织滤布的制备方法，步骤如下：

（1）将氢氧化钾溶解于四氢呋喃中，然后加入三羟甲基乙烷，搅拌30min后，加入聚乙二醇二缩水甘油醚、钛酸四丙酯和硫酸锌，在70℃下反应，5~12h，得到反应混合物，将反应混合物滴入等比例混合的***与石油醚混合溶剂中沉淀，产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除去钾离子，得到与产物，将预产物在等比例混合的***与石油醚中沉淀，得到改性超支化聚醚；

（2）将改性超支化聚醚制备成分散液，超声分散均匀后，对改性超支化聚醚进行多针头静电纺丝，静电纺丝的工艺为：电源电压50KV，纺丝环境条件为温度30℃，相对湿度75％；多针头喷丝单元针头间距25cm，喷丝单元针头数量为70个；所述多针头静电纺丝的针头之间绝缘，所纺的聚合物纳米纤维用玻璃纤维滤纸接收，得到玻璃纤维滤纸上均匀沉积改性超支化聚醚纤维；

（3）将改性超支化聚醚纤维沿轴向拉伸，拉伸倍率为6倍，得到单丝直径为0.1mm的改性超支化聚醚纤维，然后将拉伸后的改性超支化聚醚纤维放入织布机中进行织布，将织布后在280℃下处理45min，得到空气净化纺织滤布。

实施例4

一种空气净化纺织滤布的制备方法，步骤如下：

（1）将氢氧化钾溶解于N,N′-二甲基甲酰胺中，然后加入三乙二醇，搅拌30min后，加入聚乙二醇二缩水甘油醚、硫酸钛和硝酸锌，在40℃下反应，5h，得到反应混合物，将反应混合物滴入等比例混合的甲醇与去离子水混合溶剂中沉淀，产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除去钾离子，得到与产物，将预产物在等比例混合的甲醇与去离子水中沉淀，得到改性超支化聚醚；

（2）将改性超支化聚醚与水分散后，形成改性超支化聚醚分散液，对改性超支化聚醚进行多针头静电纺丝，静电纺丝的工艺为：电源电压60KV，纺丝环境条件为温度35℃，相对湿度90％；多针头喷丝单元针头间距2cm，喷丝单元针头数量为90个；所述多针头静电纺丝的针头之间绝缘，所纺的聚合物纳米纤维用玻璃纤维滤纸接收，得到玻璃纤维滤纸上均匀沉积改性超支化聚醚纤维；

（3）将改性超支化聚醚纤维沿轴向拉伸，拉伸倍率为6倍，得到单丝直径为0.07mm的改性超支化聚醚纤维，然后将拉伸后的改性超支化聚醚纤维放入织布机中进行织布，将织布后在200℃下处理150min，得到空气净化纺织滤布。

实施例5

一种空气净化纺织滤布的制备方法，步骤如下：

（1）将氢氧化钠溶解于N-甲基-吡咯烷酮中，然后加入三羟甲基丙烷，搅拌30min后，加入聚丙二醇二缩水甘油醚、硫酸钛酰和氯化锌，在80℃下反应，12h，得到反应混合物，将反应混合物滴入石油醚中沉淀，产物溶于甲醇，通过阳离子交换树脂除去钾离子，得到与产物，将预产物在石油醚中沉淀，得到改性超支化聚醚；

（2）将改性超支化聚醚与甲苯混合，超声分散均匀后，形成改性超支化聚醚乳液，对改性超支化聚醚进行多针头静电纺丝，静电纺丝的工艺为：电源电压10KV，纺丝环境条件为温度15℃，相对湿度25％；多针头喷丝单元针头间距30cm，喷丝单元针头数量为6个；所述多针头静电纺丝的针头之间绝缘，所纺的聚合物纳米纤维用玻璃纤维滤纸接收，得到玻璃纤维滤纸上均匀沉积改性超支化聚醚纤维；

（3）将改性超支化聚醚纤维沿轴向拉伸，拉伸倍率为3倍，得到单丝直径为0.5mm的改性超支化聚醚纤维，然后将拉伸后的改性超支化聚醚纤维放入织布机中进行织布，将织布后在300℃下处理30min，得到空气净化纺织滤布。

对比例1

一种空气净化纺织滤布的制备方法，步骤如下：

（1）氧化钛、氧化锌分散与超支化聚醚乳液，进行多针头静电纺丝，静电纺丝的工艺为：电源电压10KV，纺丝环境条件为温度15℃，相对湿度25％；多针头喷丝单元针头间距30cm，喷丝单元针头数量为6个；所述多针头静电纺丝的针头之间绝缘，所纺的聚合物纳米纤维用玻璃纤维滤纸接收，得到玻璃纤维滤纸上均匀沉积改性超支化聚醚纤维；

（2）将改性超支化聚醚纤维沿轴向拉伸，拉伸倍率为3倍，得到单丝直径为0.5mm的改性超支化聚醚纤维，然后将拉伸后的改性超支化聚醚纤维放入织布机中进行织布，将织布后在300℃下处理30min，得到空气净化纺织滤布。

新更难测试：甲醛去除实验

本发明的空气净化纺织滤布对甲醛的净化性能评价在Φ20mm、长200mm直型聚四氟乙烯管反应器中进行，空气净化纺织滤布的装填尺寸为Φ20mm*50mm(空气净化纺织滤布装填直径与直型聚四氟乙烯管反应器相同，保证通过的气体均经过空气净化纺织滤布处理)，原料气组成为：甲醛浓度6 ppm，其余为空气。反应在25℃常压环境下进行，反应气体积空速(GHSV)为6000h-1，由国产GD80便携式甲醛气体检测仪检测出甲醛浓度计算得到甲醛净化率，实验结果见表1所示。

本发明还测试了实施例1~5和对比例的纺织滤布的性能，结果如表1所示。

表1：

Claims

1.一种空气净化纺织滤布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）将改性超支化聚醚制备成分散液，超声分散均匀后，形成改性超支化聚醚乳液，对改性超支化聚醚进行多针头静电纺丝，所述多针头静电纺丝的针头之间绝缘，所纺的改性超支化聚醚纤维用玻璃纤维滤纸接收，得到玻璃纤维滤纸上均匀沉积改性超支化聚醚纤维；

2.根据权利要求1所述的空气净化纺织滤布的制备方法，其特征在于，所述多元醇选自乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、三羟甲基乙烷和三羟甲基丙烷中的至少一种；所述甘油醚选自聚乙二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的空气净化纺织滤布的制备方法，其特征在于，所述钛源选自钛酸酯，所述钛酸酯可以为钛酸四乙酯、钛酸四丙酯和钛酸四丁酯中的至少一种；所述锌源选自氯化锌、硝酸锌、硫酸锌、醋酸锌和碳酸锌中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的空气净化纺织滤布的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂选自离子水，无水***，石油醚，等比例混合的乙醇与去离子水，等比例混合的甲醇与去离子水，等比例混合的***与石油醚中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的空气净化纺织滤布的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自1,4-二氧六环，四氢呋喃，N,N′-二甲基甲酰胺，N,N′-二甲基乙酰胺，N-甲基-吡咯烷酮中的一种。

6.根据权利要求1所述的空气净化纺织滤布的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的工艺为：电源电压10～60KV，纺丝环境条件为温度15～35℃，相对湿度25～90％；多针头喷丝单元针头间距2～30cm，喷丝单元针头数量为6～90个。

7.根据权利要求6所述的空气净化纺织滤布的制备方法，其特征在于，所述改性超支化聚醚纤维的单丝的直径为0.07~0.5mm。

8.根据权利要求6所述的空气净化纺织滤布的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维滤纸，其组成纤维直径为25μm，滤纸孔径尺寸为30μm，克重为100g/m²，初始过滤效率为30％，接收前所述玻璃纤维滤纸用乙醇超声清洗，在25℃下干燥2h后使用。

9.一种空气净化纺织滤布，其特征在于，由权利要求1~8中任意一项所述的制备方法制备得到。