[发明专利]一种具有梯度结构的粗细组合纳米纤维空气过滤材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有梯度结构的粗细组合纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，属于静电纺纳米纤维空气过滤材料制备技术领域。

背景技术

随着我国工业化的高速发展和汽车保有量的急剧增加，空气污染问题日益严峻，尤其是近年来我国大部分地区频繁出现的雾霾、沙尘暴等恶劣天气，对人们的身体健康和生活质量造成了严重影响，因此，空气过滤材料的需求量越来越大，对其过滤性能的要求也越来越高。静电纺纳米纤维具有纤维直径小、比表面积大、结构可调控性强等特点，其与基材结合制备的复合过滤材料孔径小、过滤效率高，很适用于生产高性能空气过滤材料，在个体防护、工业过滤和室内空气净化等领域具有广阔的应用前景。目前，公开的制备静电纺纳米纤维复合过滤材料的技术有“一种纳米纤维过滤材料及其制备方法”（CN105040271A），“一种纤维素纳/微米纤维非织造复合过滤材料及其制备方法”（CN102908829A），“一种过滤器用电纺丝基复合纳米纤维材料的制备方法”（CN101829454A），以及静电纺聚乳酸纳米纤维复合滤料的过滤性能研究（论文），静电纺PAN纳米纤维多孔膜的微观结构与过滤性能（论文）和静电纺纳米纤维/非织造布复合过滤材料的结构性能与模拟（硕士论文），这些都是将单一直径的静电纺纳米纤维直接沉积在接收基材上形成纳米纤维复合过滤材料，并通过控制工艺条件减小纳米纤维直径和增加纳米纤维膜的厚度来提高其过滤效率，然而制备出的纳米纤维复合过滤材料普遍存在阻力压降大，净空气产出率低，强度差的问题，因此开发高效低阻纳米纤维复合过滤材料已经成为过滤材料领域关注的焦点之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有空气过滤材料制备技术的不足，提供一种可提高过滤效率和容尘量，降低过滤阻力，改善力学性能的具有梯度结构的粗细组合纳米纤维空气过滤材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种具有梯度结构的粗细组合纳米纤维空气过滤材料，其关键技术在于：其包括从下而上设置的非织造布基材、具有梯度结构的至少三层粗细组合纳米纤维过滤层和非织造布覆盖层；

所述粗细组合纳米纤维过滤层由直径在900-1800nm的较粗的静电纺聚酰胺6纳米纤维和直径在300-550nm的较细的静电纺聚酰胺6纳米纤维均匀混合而成，粗细组合纳米纤维过滤层结构蓬松，具有三维网状微孔，较粗聚酰胺6纳米纤维在较细聚酰胺6纳米纤维中的质量百分含量沿过滤材料厚度方向由下向上逐渐递增。

优选的，所述粗细组合纳米纤维过滤层中较粗的静电纺聚酰胺6纳米纤维与较细的静电纺聚酰胺6纳米纤维的质量比为10%-50%。

所述空气过滤材料结构为非织造布基材、粗细组合纳米纤维过滤层和非织造布覆盖层形成的三明治结构。

优选的，所述的非织造布基材和非织造布覆盖层的材质均选自聚丙烯纤维、聚酯纤维的熔喷和纺粘非织造布中的一种。

所述空气过滤材料的核心过滤部分为粗细组合纳米纤维过滤层，所述空气过滤材料对1μm以下颗粒物的过滤效率达到99%以上，阻力压降小于150Pa。

本发明提供的一种具有梯度结构的粗细组合纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：

第一步，纺制较粗的纳米纤维和较细的纳米纤维的两种纺丝液的配置：将一定量的聚酰胺6颗粒加入甲酸中，用磁力搅拌装置连续搅拌6-10小时，得到质量分数为20-25%的均匀、稳定的纺丝液，作为较粗的聚酰胺6纳米纤维的纺丝溶液；将一定量的聚酰胺6颗粒加入甲酸中，用磁力搅拌装置连续搅拌6-10小时，得到质量分数为15-18%的均匀、稳定的纺丝液，作为较细的聚酰胺6纳米纤维的纺丝溶液；

第二步，单层粗细组合纳米纤维过滤层的制备：将纺制较粗聚酰胺6纳米纤维的纺丝液和纺制较细聚酰胺6纳米纤维的纺丝液分别注入两个注射器中，将两个注射器固定在双针道静电纺丝机内，用两个鳄鱼夹分别与两个注射器的针头相连，再将高压直流电源的正极与鳄鱼夹相连，高压直流电源的负极与金属接收滚筒连接并接地，接收滚筒上包覆有非织造布基材，启动该双针道静电纺丝机，在接收滚筒的非织造布基材表面同时沉积较粗的聚酰胺6纳米纤维和较细的聚酰胺6纳米纤维，得到混合均匀的粗细纳米纤维混合过滤层；