[发明专利]铑离子掺杂的二氧化钛空气净化纸及其静电纺丝法制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气净化纸，特别是涉及一种铑离子掺杂的二氧化钛空气净化纸及其静电纺丝法制备方法。

技术背景

21世纪以来，随着纳米技术的不断发展，传统的胶体纺丝、溶液纺丝、熔融纺丝等纺丝方法由于所制得的纤维直径一般都在微米级而逐渐暴露出其局限性，静电纺丝的纤维直径介于纳米和微米之间，具有孔隙率高和表面积大的特点，越来越受到广泛关注。

静电纺丝技术由Formhals发明于1934年，通常的静电纺丝装置由高压电源、纺丝溶液贮存装置(带针头)和收集装置3部分组成，其原理是在喷丝针头处产生高压，从而在针头与接收装置中产生电场。当电压达到一定程度时，纺丝溶液贮存装置里的聚合物就会在电场力作用下克服粘弹力和表面张力从针头处喷射出来形成射流，射流在喷射过程中逐渐细化，同时其中的溶剂被挥发出来，从而在收集装置上形成纺丝纤维。

目前，静电纺丝技术的应用已经从早期的分子过滤过滤材料拓展到服装(纳米纤维非织造布)、生物医用材料(人造神经、人造血管、人造软骨、人造皮肤等)、陶瓷纳米纤维、电池隔膜、传感器等领域。对于静电纺丝国外的研究主要侧重于传统的纺织纤维方面的研究，如美国专利US 6,110,590公开了一种使用络新妇蛛丝和桑蚕丝制备纳米无纺布的方法，纤维直径为2～2000纳米。

利用静电纺丝方法获得抗菌材料已有报道，例如升联国际生物科技股份有限公司在公开号为CN 1851087A的发明专利申请中使用静电纺丝方法使纳米银嵌入聚丙烯的纳米纤维中形成纳米银纤维网，获得了良好的抗菌性能。

然而，利用静电纺丝方法制备纳米二氧化钛空气净化材料的报道还较为少见。事实上，室内(尤其是新装修的房间)空气中常常存在甲醛、挥发性有机物(苯、甲苯)等有害气体超标的现象。据统计，室内装修6个月后甲醛浓度通常仍超标3倍以上，装修3年以后，室内苯系物的平均浓度仍是室外的2～4倍。

目前常见的空气净化方法有：加强空气流通、活性炭吸附、加香技术以及负氧离子技术等方法，这些方法受到场地、吸附量及安全性等诸多限制。而纳米二氧化钛使用太阳光作为能源，可分解危害人体健康的气体，且纳米二氧化钛本身并无消耗，不产生二次污染。

发明内容

本发明的目的在于克服目前现有的空气净化材料和方法的缺点，提供既使纸张具有空气净化功能，又改善纸张印刷性能的铑离子掺杂的二氧化钛空气净化纸的静电纺丝法制备方法。

本发明另一目的在于提供根据上述方法制备的铑离子掺杂的二氧化钛空气净化纸。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种铑离子掺杂的二氧化钛空气净化纸的静电纺丝法制备方法，包括以下步骤：

(1)溶液配制：将钛酸异丙酯、聚乙酸乙烯酯、醋酸和乙醇以质量比0.9～1.1∶0.9～1.1∶0.9～1.1∶2.9～3.1比例混合后，加入三氯化铑，控制铑元素和钛元素质量比为0.1～1∶100，搅拌混合均匀，静置1.5～2小时；所述聚乙酸乙烯酯固含量为50～60％；

(2)静电纺丝：将步骤(1)所得的溶液采用静电纺丝装置在室温下进行静电纺丝；

(3)将收集到的纺丝纤维放入煅烧炉中，以10～15K/min升温速率升温至190～200℃保温3.5～4小时，再以10～15K/min升温速率升温至560～580℃保温40～50min，将煅烧后的纺丝纤维在室温下冷却研磨至粒径为200～400nm；

(4)将相对于绝干浆质量0.5～2.0％的铑掺杂的二氧化钛粉末通过浆内添加方式与制浆造纸使用的填料进行混合，经过制浆造纸工艺流程制得二氧化钛空气净化纸；或将相对于颜料质量4～12％的所述铑掺杂的二氧化钛粉末与涂布用颜料一起分散，再添加涂布助剂配成涂料，在纸机涂布机进行涂布后烘干得到二氧化钛空气净化纸，涂料涂布量为30±2g/m²。

为进一步实现本发明目的，所述步骤(1)的搅拌混合均匀优选在转速为500～1000rpm条件下磁力搅拌3.5～4小时。

所述静电纺丝是在控制相对湿度为50～55％，针头至收集板距离18～20cm，纺丝电压16～18kV，注射器流量60～80μL/min条件下进行。

所述注射器容积优选为10毫升，针头直径优选为0.5mm。

所述的钛酸异丙酯纯度≥98％；醋酸的浓度≥99.5％；乙醇的纯度≥99％；三氯化铑的纯度≥99％。