CN116688651A - 一种静电纺纳米纤维复合过滤材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种静电纺纳米纤维复合过滤材料及其制备方法，该复合过滤材料包括双层基材及位于双层基材中间的PVDF纳米纤维膜，所述双层基材四边形成密闭空间，所述PVDF纳米纤维膜位于封闭空间内，所述PVDF纳米纤维膜与基材粘合固定。基材为编织材料，可以为PVDF纳米纤维膜提供高强基材保护，解决纳米纤维膜强度不高的问题；将PVDF纳米纤维膜与基材粘合，可以经受3bar反吹压差；通过点式和或线式热熔胶喷涂方式，在不影响过滤面积的同时提高PVDF纳米纤维膜与基材粘合牢度；采用静电纺丝的方式制备PVDF纳米纤维膜，纤维更细，孔隙率更高；PVDF纳米纤维膜在双层基材形成的密闭空间内，不用担心纳米纤维膜在使用时破损问题，可以将制成的复合材料折叠使用。

Description

一种静电纺纳米纤维复合过滤材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及纳米纤维膜技术领域，尤其涉及一种静电纺纳米纤维复合过滤材料及其制备方法。

背景技术

常用的袋式过滤器选用滤袋作为过滤元件，应用于工业、食品、医药、半导体行业的液体和气体过滤，除去液体物料或气体中的不溶颗粒物。但是由于滤袋多由高分子材料编制而成，过滤精度有限，不能进行深层过滤。而一般的膜材料虽然过滤精度够高，但是膜材料基于自身的强度较低的限制，应用范围仅局限在折叠膜滤芯中使用。如何开发出一种既能兼顾织物材料的强度，又具有高分子膜材料的过滤精度的材料，亟需解决，以拓宽过滤设备的应用领域。

静电纺丝技术是某些特定聚合物溶液在电场作用下纺成极细的纤维，纤维直径通常在1纳米到10微米之间。针刺毡过滤材料纤维直径约几十微米，滤材平均孔径约几十微米甚至更大；熔喷过滤材料纤维直径在亚微米级到微米级之间，滤材平均孔径最高能达到0.5u左右，滤材阻力较大。静电纺丝由于纤维细，滤膜平均孔径为0.1-10u，甚至更低，正是由于纤维非常细，其成膜强度比较差，若与其他材料复合，可以弥补牢度差这一缺点。

如中国专利CN105926161B公开了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，采用热轧工艺将非织造布基材、粗细组合纳米纤维过滤层和非织造布覆盖层进行复合，得到三明治结构空气过滤材料。但在热轧过程中，非织造布基材与纳米纤维膜的粘合性不好，牢度较低，不能折叠使用。

有鉴于此，有必要对现有技术中的过滤材料予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的一在于公开一种静电纺纳米纤维复合过滤材料，该材料既具有纳米纤维膜的过滤精度，又具有较大的强度，能够耐受制成过滤元件后用在过滤器中的工作压力。

为实现上述目的，本发明提供了一种静电纺纳米纤维复合过滤材料，该复合过滤材料包括双层基材及位于双层基材中间的PVDF纳米纤维膜，所述双层基材四边形成密闭空间，所述PVDF纳米纤维膜位于封闭空间内，所述PVDF纳米纤维膜与基材粘合固定。

在一些实施方式中，所述基材为聚丙烯或者聚酯制成的编织物，所述编织物为平纹织物或者斜纹织物，所述编织物的幅宽300mm，克重为300±20g/m2，透气量20-30L/m2.s(125Pa压力下)，厚度0.4-0.6mm。

在一些实施方式中，所述基材的经向强度≥2000N，基材的纬向强度≥1600N。

在一些实施方式中，所述PVDF纳米纤维膜与基材通过热熔胶喷涂或热轧方法粘合。

在一些实施方式中，所述PVDF纳米纤维膜与基材采用点式和/或线式粘合。

在一些实施方式中，所述复合过滤材料平均孔径为0.1-0.2μm。

本发明的目的二在于公开一种复合过滤材料的制备方法，采用静电纺丝的方法制备纳米纤维膜，然后再利用点式或者线式热熔胶将多层材料粘合，制备成的静电纺纳米纤维复合过滤材料可以有效解决现有袋式过滤器所用材料过滤精度不高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，包括以下步骤:

1)采用静电纺丝方法制备PVDF纳米纤维膜；

2)洗涤基材；

3)将PVDF纳米纤维膜与基材粘合；

4)将基材四边粘合，制成复合过滤材料。

在一些实施方式中，

在一些实施方式中，所述步骤1)中，选用分子量为105-120万的PVDF粉末，溶于溶剂N-N二甲基甲酰胺或N-N二甲基乙酰胺中，再加入丙酮溶液，三者的质量比为16:70:14，置于磁力搅拌器上搅拌至均匀配制成纺丝液，在纺丝电压25-30kV，纺丝接收距离18cm，纺丝速度0.5-0.7mm/s，纺丝时间6-8h条件下纺丝，制备PVDF纳米纤维膜。

在一些实施方式中，所述步骤2)中，将基材先用去离子水超声洗涤2-3h，然后取出烘干，再放置于含有洗涤剂的去离子水中洗涤0.4-0.8h，然后取出自然干燥备用。

在一些实施方式中，所述洗涤剂由以下重量组份组成：18份乙烯基三乙氧基硅烷、72份乙醇、10份水。

在一些实施方式中，所述步骤3)中，通过EVA热熔胶将PVDF纳米纤维膜与基材粘合。

在一些实施方式中，所述EVA热熔胶通过点式和/或线式喷涂在基材上。

在一些实施方式中，将基材进行单向拉伸，利用EVA热熔胶在基材表面上沿拉伸方向等间距呈线式喷涂，后释放拉伸力。

在一些实施方式中，将基材进行单向拉伸，利用EVA热熔胶在基材表面上沿拉伸方向等间距呈点式喷涂，后释放拉伸力。

在一些实施方式中，将PVDF纳米纤维膜与基材粘合，所述PVDF纳米纤维膜位于两层基材之间，且PVDF纳米纤维膜的面积小于基材的面积。

在一些实施方式中，所述步骤4)中，将两层基材四边热熔密封，所述PVDF纳米纤维膜位于两层基材形成的密封空间内，制成复合过滤材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)基材为编织材料，可以为PVDF纳米纤维膜提供高强基材保护，解决纳米纤维膜强度不高的问题；(2)将PVDF纳米纤维膜与基材粘合，三明治结构的复合材料制成的过滤元件，可以经受3bar反吹压差；(3)通过点式和或线式热熔胶喷涂方式，在不影响过滤面积的同时提高PVDF纳米纤维膜与基材粘合牢度；(4)采用静电纺丝的方式制备PVDF纳米纤维膜，纤维更细，孔隙率更高；(5)PVDF纳米纤维膜在双层基材形成的密闭空间内，不用担心纳米纤维膜在使用时破损问题，可以将制成的复合材料折叠使用。

具体实施方式

下面结合各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例1

一种静电纺纳米纤维复合过滤材料，该复合过滤材料包括双层基材及位于双层基材中间的PVDF纳米纤维膜，所述双层基材四边形成密闭空间，所述PVDF纳米纤维膜位于封闭空间内，所述PVDF纳米纤维膜与上下两层基材粘合固定。

所述基材为聚丙烯(PP)或者聚酯制成的编织物，所述编织物为平纹织物或者斜纹织物，所述编织物的幅宽300mm，克重为300±20g/m2，透气量20-30L/m2.s(125Pa压力下)，厚度0.4-0.6mm。

本实施例，基材选用聚丙烯编织布，由于PP和PVDF都为热塑性材料，可做折叠滤芯滤材使用，PP短纤平纹基材因其有一定厚度，孔隙率高，纳污量高，可作为PVDF纳米纤维膜的预过滤材料，复合材料整体使用寿命延长。

所述PVDF纳米纤维膜与基材通过热熔胶喷涂或热轧方法粘合。所述PVDF纳米纤维膜与基材采用点式和/或线式粘合。本实施优选点式和线式相结合的方式进行粘合。

所述复合过滤材料平均孔径为0.1-0.2μm。由于PVDF静电纺丝纳米纤维膜的引入，复合材料孔径大幅减小，平均孔径可达0.1-0.2u，原有单一的编织布滤材无法达到此精度。

PP短纤平纹编织基材经向强度≥1000N，纬向强度≥800N，制成的复合材料含双层基材，强度大大提高，PVDF纳米纤维膜虽强度不高，但内、外侧均有高强基材保护，满足过滤元件正向过滤和反向反吹压差的需求。所述基材的经向强度≥2000N，基材的纬向强度≥1600N。

本实施例静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，包括以下步骤:

1)采用静电纺丝方法制备PVDF纳米纤维膜；

2)洗涤基材；

3)将PVDF纳米纤维膜与基材粘合；

4)将基材四边粘合，制成复合过滤材料。

所述步骤1)中，选用分子量为105-120万的PVDF粉末，溶于溶剂N-N二甲基甲酰胺或N-N二甲基乙酰胺中，本实施例优选N-N二甲基乙酰胺，然后加入丙酮溶液，三者的质量比为16:70:14，置于磁力搅拌器上搅拌至均匀配制成纺丝液，在纺丝电压25-30kV，纺丝接收距离18cm，纺丝速度0.5-0.7mm/s，纺丝时间6-8h条件下纺丝，制备PVDF纳米纤维膜，纳米纤维膜的厚度为30-50mm。

所述步骤2)中，将基材先用去离子水超声洗涤2-3h，然后取出烘干，再放置于含有洗涤剂的去离子水中洗涤0.4-0.8h，然后取出自然干燥备用。

所述洗涤剂由以下重量组份组成：18份乙烯基三乙氧基硅烷、72份乙醇、10份水。选用该洗涤剂洗涤基材，提高了基材表面活性，使得基材与纳米纤维膜粘合牢度增大。

所述步骤3)中，通过EVA热熔胶将PVDF纳米纤维膜与基材粘合。所述EVA热熔胶可以通过点式和/或线式喷涂在基材上。

在进行喷涂时，先将基材进行单向拉伸，本实施例优选沿纬向方向拉伸，基材上的空隙会增大，利用EVA热熔胶在基材表面上沿拉伸方向等间距呈线式喷涂，后释放拉伸力，EVA热熔胶更能深入基材内部，最后在基材表面为涂胶处，以点式呈矩阵式再次涂胶，提升纳米纤维膜与基材的粘合牢度。

将PVDF纳米纤维膜与基材粘合，所述PVDF纳米纤维膜位于两层基材之间，且PVDF纳米纤维膜的面积小于基材的面积。

所述步骤4)中，将两层基材四边热熔密封，所述PVDF纳米纤维膜位于两层基材形成的密封空间内，制成复合过滤材料，可再次选择对复合过滤材料进行压平处理，也可以选择热压。

实施例2

一种静电纺纳米纤维复合过滤材料，该复合过滤材料包括双层基材及位于双层基材中间的PVDF纳米纤维膜，所述双层基材四边形成密闭空间，所述PVDF纳米纤维膜位于封闭空间内，所述PVDF纳米纤维膜与上下两层基材粘合固定。

在制备方法与实施例1相比，区别在于，将基材沿径向进行单向拉伸，利用EVA热熔胶在基材表面上沿拉伸方向等间距呈点式喷涂，后释放拉伸力。采用点式喷涂，相比线式喷涂，纳米纤维膜的有效过滤面积更大，不会因为涂胶影响过滤效率。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (16)

1.一种静电纺纳米纤维复合过滤材料，其特征在于，该复合过滤材料包括双层基材及位于双层基材中间的PVDF纳米纤维膜，所述双层基材四边形成密闭空间，所述PVDF纳米纤维膜位于封闭空间内，所述PVDF纳米纤维膜与基材粘合固定。

2.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料，其特征在于，所述基材为聚丙烯或者聚酯制成的编织物，所述编织物为平纹织物或者斜纹织物，所述编织物的幅宽300mm，克重为300±20g/m2，透气量20-30L/m2.s(125Pa压力下)，厚度0.4-0.6mm。

3.根据权利要求2所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料，其特征在于，所述基材的经向强度≥2000N，基材的纬向强度≥1600N。

4.根据权利要求3所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料，其特征在于，所述PVDF纳米纤维膜与基材通过热熔胶喷涂或热轧方法粘合。

5.根据权利要求4所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料，其特征在于，所述PVDF纳米纤维膜与基材采用点式和/或线式粘合。

6.根据权利要求5所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料，其特征在于，所述复合过滤材料平均孔径为0.1-0.2μm。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

1)采用静电纺丝方法制备PVDF纳米纤维膜；

2)洗涤基材；

3)将PVDF纳米纤维膜与基材粘合；

4)将基材四边粘合，制成复合过滤材料。

8.根据权利要求7所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，选用分子量为105-120万的PVDF粉末，溶于溶剂N-N二甲基甲酰胺或N-N二甲基乙酰胺中，再加入丙酮溶液，三者的质量比为16:70:14，置于磁力搅拌器上搅拌至均匀配制成纺丝液，在纺丝电压25-30kV，纺丝接收距离18cm，纺丝速度0.5-0.7mm/s，纺丝时间6-8h条件下纺丝，制备PVDF纳米纤维膜。

9.根据权利要求8所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，将基材先用去离子水超声洗涤2-3h，然后取出烘干，再放置于含有洗涤剂的去离子水中洗涤0.4-0.8h，然后取出自然干燥备用。

10.根据权利要求9所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，所述洗涤剂由以下重量组份组成：18份乙烯基三乙氧基硅烷、72份乙醇、10份水。

11.根据权利要求10所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，通过EVA热熔胶将PVDF纳米纤维膜与基材粘合。

12.根据权利要求11所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，所述EVA热熔胶通过点式和/或线式喷涂在基材上。

13.根据权利要求12所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，将基材进行单向拉伸，利用EVA热熔胶在基材表面上沿拉伸方向等间距呈线式喷涂，后释放拉伸力。

14.根据权利要求12所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，将基材进行单向拉伸，利用EVA热熔胶在基材表面上沿拉伸方向等间距呈点式喷涂，后释放拉伸力。

15.根据权利要求13或14所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，将PVDF纳米纤维膜与基材粘合，所述PVDF纳米纤维膜位于两层基材之间，且PVDF纳米纤维膜的面积小于基材的面积。

16.根据权利要求15所述的静电纺纳米纤维复合过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，将两层基材四边热熔密封，所述PVDF纳米纤维膜位于两层基材形成的密封空间内，制成复合过滤材料。