[发明专利]一种高效低阻多组分立体空腔结构空气过滤材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效低阻多组分立体空腔结构空气过滤材料及其制备方法。以DMF为溶剂，与聚合物PAN与PU共混，并掺杂MPIA短纤制备纺丝溶液。通过垂直静电纺丝的方法，将PAN/PU/MPIA 纳米纤维纺制到涤纶无纺布上，获得高效低阻的双组分空腔过滤材料。该复合材料具有95%以上的过滤效率，由于短纤的支撑作用，在纤维膜中提供了一个路程短且畅通无阻的通道，有效的降低了气流通过时的压阻。复合材料不仅过滤性能优良，流阻低而且透气性好。通过静电纺丝制备的PAN/PU纳米纤维平均直径在150nm左右，强度高、过滤效果好，容易与滤阻可忽略的高分子无纺布进行贴合。制备流程简单，原料广泛，能够进行批量化生产。

技术领域

本发明属于空气过滤领域，具体涉及一种高效低阻多组分立体空腔结构空气过滤材料及其制备方法。

背景技术

近年来，雾霾天气频繁出现全国各地，也别是一些含有重工业的城市，例如河北各个城市雾霾严重加剧。这不仅给人们的生产生活带来巨大的危害，而且危害着市民的身体健康。雾霾是雾和霾混合物的统称，雾是浮游在近地面空气的大量微小水滴或冰晶，使水平能见度小于1.0km的天气现象。霾是大量极小颗粒的尘埃、烟粒、盐粒等均匀浮游在空气中，使得水平能见度小于10.0km空气普遍浑浊的天气现象。雾霾是能见度极低的天气现象，其中伴随着PM10和PM2.5，是指可吸入颗粒物和可如肺颗粒物。PM10能被人直接吸入呼吸道并造成健康危害；PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长，输送距离远。因此开发空气过滤材料，解决雾霾污染造成对人体健康的干扰迫在眉睫。

现阶段商品化高效空气过滤材料主要有熔喷驻极非织造纤维材料与超细玻璃纤维材料两大类。熔喷驻极非织造材料因具有静电吸附作用而具有较高的颗粒过滤效率，但是纤维粗，孔径大，空气中水分子对驻极电荷的耗散后，材料的过滤效率骤降，难以保证持久性。超细玻璃纤维材料因直径细、孔径小在一定程度上能提高物理拦截的过滤效率。但是它脆性大，不适宜弯折，脱落后会危害人体健康，限制了其应用。静电纺纳米纤维空气过滤材料，因其所制备的纤维直径小、孔隙率高、连续性好等特点，能够有效的拦截空气中的微小颗粒。但是纤维膜厚度的增加虽然能够提高过滤效率，相应的会增加气体穿过纤维膜的阻力，这对于人们的正常生活需求是一大问题。在减小纳米纤维膜的过滤效率前提小，提升过滤效率是目前科学工作者的一大重要研究方向。本发明意在设计一种高效低阻的双组分立体空腔结构的过滤材料，在保证良好的过滤效率的同时，有效的降低气体的流通阻力，使得更适用于人们的生活，为人们的身体健康提供一层保护膜，使得其在很多方面具有很大的潜在应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效低阻多组份立体空腔结构空气过滤材料及其制备方法。该复合纳米纤维材料利用静电纺丝制备以聚丙烯腈（PAN）和聚氨酯（PU）等聚合物纳米纤维作为基底材料，聚对苯二甲酰对苯二胺短纤（MPIA）为架构材料的立体空腔式复合材料。具体制备过程中将PAN和PU两种聚合物进行混合，掺杂一定长度与粗细的MPIA短纤配成聚合物纺丝液，通过垂直静电纺丝，以透气性很好的无纺布为接收基底，获得双组份立体空腔结构复合材料。该复合纳米纤维材料就有低流阻、高效率、长寿命及节省能源等优点，不仅过滤效率优良、而且透气性好。纳米纤维的平均直径在160nm左右，纳米纤维无纺毡呈三维空腔结构，孔径小；短纤的支撑作用，透气性好，可以有效过滤PM2.5、PM10以及灰尘、甲醛等微粒。

实现本发明目的的技术方案是：

一种高效低阻双组分立体空腔结构空气过滤材料，所述过滤材料由上层材料、芯层结构和基底材料组成，芯层结构由聚合物纳米纤维和芳纶短纤交叠而成，孔隙率为60-90%，面密度为1.15-4.0 g/m²。通过超声波复合技术，进行三层材料复合形成空气过滤材料。