CN113136631A - 导电纳米纤维的制备方法和复合纳米纤维滤网及其制备方法 - Google Patents

导电纳米纤维的制备方法和复合纳米纤维滤网及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种导电纳米纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将聚苯胺加入有机溶剂，再加入成纤聚合物，配制成纺丝溶液，将溶解好的纺丝溶液静置冷却，最后静电纺丝获得导电纳米纤维。本发明还提供了复合纳米纤维滤网及其制备方法。制备的导电纳米在加载高压电以后，由于纳米纤维直径较细，会发生尖端放电，电离周围的空气，形成负离子。将导电的纳米纤维与熔喷无纺布复合，可以延缓驻极电荷的衰减。

Description

导电纳米纤维的制备方法和复合纳米纤维滤网及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种空气过滤纤维，由成纤聚合物静电纺丝而成的过滤纤维，本发明还涉及一种复合纤维滤网及复合纤维滤网的制备方法。
背景技术
近年来随着经济的快速发展，雾霾问题日益突出，已经成为人们关注的焦点。雾霾中悬浮的细小颗粒可以通过呼吸***进入到人体的肺部和心血管中，导致人体免疫力降低及肺癌等问题。
现有空气过滤的主要技术为静电集尘和膜分离。静电集尘是通过静电高压放电，使灰尘被负上电荷，然后被静电吸附的过程，但这种技术对粒径较大的颗粒物效果更好，如果要提升吸附效率，必须提升电压，而电压过高，又会容易产生臭氧的副作用。膜分离技术使用最多的是熔喷驻极纤维，将非织造熔喷材料与驻极技术相结合，可以在不增加压降的前提下大幅提升过滤效率，但是驻极方式注入的电荷极易衰减，难以维持稳定的过滤效率。尤其是高温和潮湿的环境，在电荷衰减以后，熔喷膜的过滤效率就大幅下降，没办法保持较高的净化颗粒物的能力，就需要更换新的滤网，使得用户的成本大幅增加。如不采用驻极的方式，单纯依靠物理方式过滤颗粒则需要过滤膜具有孔径小、孔隙率高的特点，纳米纤维恰好具有上述优点，但是在使用过程中仍然不可避免会出现较大压降。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种加载高压电后能产生负离子的导电纳米纤维的制备方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种可以延缓驻极电荷衰减的复合纳米纤维滤网。
本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种可以延缓驻极电荷衰减的复合纳米纤维滤网的制备方法。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种导电纳米纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将聚苯胺加入有机溶剂，再加入成纤聚合物，配制成5％～20wt％浓度的纺丝溶液，纺丝溶液的粘度800～2500mPa·s，溶解温度为40～80℃，将溶解好的纺丝溶液静置冷却，最后静电纺丝获得导电纳米纤维，苯胺与成纤聚合物的质量比为1:3～1:10。
作为优选，所述的有机溶剂为N，N—二甲基甲酰胺、N，N二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮中的至少一种。
作为优选，所述的成纤聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛酯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚醚砜、中的至少一种
作为优选，所述静电纺丝条件如下：纺丝参数为10～25KV，电极丝与收集基底的距离为5～30cm，供液速度为10～200ul/min，收集器转速为300～3000rpm，纺丝的温度为20～30℃，湿度为40％～70％，纺丝时间为5min～60min。
作为优选，所述导电纳米纤维的电阻率为102～104Ω·m
作为优选，所述纺丝溶液中添加有无机盐，该无机盐与成纤聚合物的质量比为1:100～1:10000。无机盐可以是NaCl、LiCl、CaCl、KCl、NaNO3、KNO3、Na2CO3。
作为优选，所述纺丝溶液中添加有表面活性剂，该表面活性剂与成纤聚合物的质量比为1:100～1:10000。表面活性剂可以是聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(F 127、P123)聚合物表面活性剂、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)阴离子表面活性剂及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)阳离子表面活性剂，聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种复合纳米纤维滤网，包括导电纳米纤维及与前述导电纳米纤维胶黏为一体的熔喷无纺布。
本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：复合纳米纤维滤网的制备方法，其特征在于包括如下步骤：利用胶枪的喷头进行施胶，采用水性聚氨酯，将熔喷驻极纤维滤材的聚对苯二甲酸乙二醇酯骨架支撑层一面与导电纳米纤维粘合，粘合好后用压滚内压牢形成复合纳米纤维滤网。
作为优选，所述水性聚氨酯，重量稀释比例为50％，水性聚氨酯的涂覆量为2g/m2-5g/m2。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用静电纺丝来制备纳米纤维膜，具有高比表面积、高孔隙率，能明显增强对微小颗粒物的拦截作用。导电态的聚苯胺为经过酸掺杂后H+和对阴离子(如Cl-、硫酸根、磷酸根等)进入主链，与胺和亚胺基团中N原子结合形成极子和双极子离域到整个分子链的P键中，从而使聚苯胺呈现较高的导电性；聚苯胺除本身的抗菌作用外，还是一种极佳的光热转换材料，能在短暂的光照条件下快速的转换成较高的热量，实现快速杀菌，由于热量在短时间内快速累积，有利于提高杀菌效率。
制备的导电纳米在加载高压电以后，由于纳米纤维直径较细，会发生尖端放电，电离周围的空气，形成负离子。将导电的纳米纤维与熔喷无纺布复合，可以延缓驻极电荷的衰减，从而延长滤网过滤效率及寿命，并适应湿度较大的环境。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1，将0.3g聚苯胺和0.002gLiCl加入有机溶剂N，N—二甲基甲酰胺90gDMF，然后加入9.7g聚乙烯醇缩丁醛酯PVB，配制成固含量10wt％浓度的溶液，溶液的粘度1100mPa·s，溶解温度为40℃。将溶解好的溶液静置冷却12h，然后将溶液装入针管中，调节纺丝参数为10KV，电极丝与收集基底的距离为8cm，供液速度为30ul/min，收集器转速为3000rpm，纺丝的温度为25℃，湿度为40％，开始纺丝，制备导电PVB纳米纤维，纺丝时间为30min，纳米纤维克重为3.2g/m2。
测试导电PVB纳米纤维的电阻率为104Ω·m。
将水性聚氨酯用水稀释至50Wt％，装入胶枪，在H10的PET面均匀喷涂，喷涂量为2g/m2，然后与导电PVB纳米纤维粘合，粘合好后同时进入一压滚内压牢形成复合纳米纤维滤网。
Figure BDA0002972381450000031
样品 杀菌率
H10 12％
复合纳米纤维滤网 93％
过滤效率测试：
采用TSI 8130型自动滤料测试仪测试复合纳米纤维膜的过滤性能，样品为面积10cm2的圆形，发生粒子颗粒的质量中值直径为0.26um的NaCl气溶胶，气流速度采用32L/min。
通过测试膜两端颗粒物浓度，得到颗粒物的穿透率k，进而得出过滤效率η
Figure BDA0002972381450000032
加速老化测试：
将10支香烟点燃置于风机前，风机带动夹杂烟雾颗粒的气流通过膜滤材。
杀菌率测试：
将闪光灯作为光源，闪光灯与纳米纤维膜的垂直距离为2—4cm，将污染后的复合纳米纤维滤网分为两组光照和未光照，然后将样品放入培养箱中，观察细菌生长情况，从而得出杀菌率：
Figure BDA0002972381450000041
实施例2，将1.2g聚苯胺和0.005g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)加入有机溶剂N，N—二甲基甲酰胺85gDMF，然后加入13.8g聚丙烯腈PAN，配制成固含量15wt％浓度的溶液，溶液的粘度1400mPa·s，溶解温度为40℃。将溶解好的溶液静置冷却12h，然后将溶液装入针管中，调节纺丝参数为16.5KV，电极丝与收集基底的距离为12cm，供液速度为50ul/min，收集器转速为3000rpm，纺丝的温度为25℃，湿度为40％，开始纺丝，制备导电PAN纳米纤维，纺丝时间为23min，纳米纤维克重为2.5g/m2。
测试导电PAN纳米纤维的电阻率为103Ω·m。
将水性聚氨酯用水稀释至50Wt％，装入胶枪，在H11的PET面均匀喷涂，喷涂量为3g/m2，然后与导电PAN纳米纤维粘合，粘合好后同时进入一压滚内压牢形成复合纳米纤维滤网。
Figure BDA0002972381450000042
样品 杀菌率
H11 13％
复合纳米纤维滤网 95％
实施例3，将1.8g聚苯胺和0.006g、十二烷基硫酸钠(SDS)加入有机溶剂N，N—二甲基乙酰胺80gDMAC，然后加入18.2g聚偏氟乙烯PVDF配制成固含量20wt％浓度的溶液，溶液的粘度1950mPa·s，溶解温度为40℃。将溶解好的溶液静置冷却12h，然后将溶液装入针管中，调节纺丝参数为19KV，电极丝与收集基底的距离为15cm，供液速度为100ul/min，收集器转速为3000rpm，纺丝的温度为25℃，湿度为40％，开始纺丝，制备导电PVDF纳米纤维，纳米纤维克重为2.1g/m2。
测试导电PVDF纳米纤维的电阻率为102Ω·m。
将水性聚氨酯用水稀释至50Wt％，装入胶枪，在H11的PET面均匀喷涂，喷涂量为3g/m2，然后与导电PVDF纳米纤维粘合，粘合好后同时进入一压滚内压牢形成复合纳米纤维滤网。
Figure BDA0002972381450000051
样品 杀菌率
H11 13％
复合纳米纤维滤网 98％

Claims (10)

1.一种导电纳米纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将聚苯胺加入有机溶剂，再加入成纤聚合物，配制成5％～20wt％浓度的纺丝溶液，纺丝溶液的粘度800～2500mPa·s，溶解温度为40～80℃，将溶解好的纺丝溶液静置冷却，最后静电纺丝获得导电纳米纤维，苯胺与成纤聚合物的质量比为1:3～1:10。
2.根据权利要求1所述的导电纳米纤维的制备方法，其特征在于所述的有机溶剂为N，N—二甲基甲酰胺、N，N二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的导电纳米纤维的制备方法，其特征在于所述的成纤聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛酯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚醚砜、中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的导电纳米纤维的制备方法，其特征在于所述静电纺丝条件如下：纺丝参数为10～25KV，电极丝与收集基底的距离为5～30cm，供液速度为10～200ul/min，收集器转速为300～3000rpm，纺丝的温度为20～30℃，湿度为40％～70％，纺丝时间为5min～60min。
5.根据权利要求1所述的导电纳米纤维的制备方法，其特征在于所述导电纳米纤维的电阻率为102～104Ω·m。
6.根据权利要求1所述的导电纳米纤维的制备方法，其特征在于所述纺丝溶液中添加有无机盐，该无机盐与成纤聚合物的质量比为1:100～1:10000。
7.根据权利要求1所述的导电纳米纤维的制备方法，其特征在于所述纺丝溶液中添加有表面活性剂，该表面活性剂与成纤聚合物的质量比为1:100～1:10000。
8.一种具有权利要求1～7中任一一种导电纳米纤维的复合纳米纤维滤网，包括导电纳米纤维及与前述导电纳米纤维胶黏为一体的熔喷无纺布。
9.权利要求8所述的复合纳米纤维滤网的制备方法，其特征在于包括如下步骤：利用胶枪的喷头进行施胶，采用水性聚氨酯，将熔喷驻极纤维滤材的聚对苯二甲酸乙二醇酯骨架支撑层一面与导电纳米纤维粘合，粘合好后用压滚内压牢形成复合纳米纤维滤网。
10.根据权利要求9所述的复合纳米纤维滤网的制备方法，其特征在于所述水性聚氨酯，重量稀释比例为50％，水性聚氨酯的涂覆量为2g/m2-5g/m2。
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