一种分子筛/纤维复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种分子筛/纤维复合材料，所述分子筛/纤维复合材料包含分子筛和纤维，所述分子筛分布于纤维表面且直接与所述纤维表面接触，所述分子筛的粒径D90为0.01～50μm，所述分子筛的粒径D50为0.005～30μm；所述分子筛在纤维表面均匀分布。本发明专利技术还提供所述分子筛/纤维复合材料的制备方法以及各种用途。本发明专利技术首次解决了分子筛/纤维复合材料中，分子筛在纤维表面聚集的问题，制得了一种全新的分子筛/纤维复合材料，其具有较高的强度与弹性恢复能力、尺寸稳定性，使得该复合材料坚牢耐用。本发明专利技术的分子筛/纤维复合材料的结构简单、成本低、稳定性强、性能重复性高、实用效率高，可应用于止血、美容、除臭、杀菌、水体净化、空气净化、抗辐射领域。

A Molecular Sieve/Fiber Composite Material and Its Preparation Method

The invention provides a molecular sieve/fiber composite material, which comprises molecular sieves and fibers. The molecular sieves are distributed on the surface of the fibers and are directly in contact with the surface of the fibers. The particle size of the molecular sieves D90 is 0.01-50 micron, and the particle size of the molecular sieves D50 is 0.005-30 micron. The molecular sieves are evenly distributed on the surface of the fibers. The invention also provides the preparation method and various uses of the molecular sieve/fiber composite material. The invention solves for the first time the problem of aggregation of molecular sieve on the surface of fiber in molecular sieve/fiber composite material, and produces a new molecular sieve/fiber composite material, which has high strength, elastic recovery ability and dimensional stability, and makes the composite material firm and durable. The molecular sieve/fiber composite material of the invention has simple structure, low cost, strong stability, high repeatability of performance and high practical efficiency, and can be applied in the fields of hemostasis, cosmetology, deodorization, sterilization, water purification, air purification and radiation resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种分子筛/纤维复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种分子筛/纤维复合材料和其制备方法。
技术介绍
具有规则的微孔孔道结构且具有筛选分子作用的的物质称为分子筛(moleculesieves)。TO4四面体(T选自Si，Al，P，B，Ga，Ge等)是构成分子筛骨架的最基本结构单元(SiO4，AlO4，PO4，BO4，GaO4，GeO4等)，通过共有的氧原子结合而形成三维网状结构的结晶。这种结合形式，构成了具有分子级、孔径均匀的空洞及孔道。骨架T原子通常是指Si，Al或者P原子，在少数情况下是指其他原子，如B，Ga，Ge等。例如，沸石为硅铝酸盐分子筛，其为具有筛分分子、吸附、离子交换和催化作用的硅铝酸盐。沸石的化学组成通式为：(M)2/nO·xAl2O3·ySiO2·pH2O，M代表金属离子(如K+、Na+、Ca2+、Ba2+等)，n代表金属离子价数，x代表Al2O3的摩尔数，y代表SiO2的摩尔数，p代表H2O的摩尔数。所述的分子筛，可以是X型分子筛、Y型分子筛、A型分子筛、ZSM-5分子筛、菱沸石、β分子筛、丝光沸石、L型分子筛、P型分子筛、麦钾沸石、AlPO4-5型分子筛、AlPO4-11型分子筛、SAPO-31型分子筛、SAPO-34型分子筛、SAPO-11型分子筛、BAC-1分子筛，BAC-3分子筛，BAC-10分子筛。分子筛材料的广泛应用(例如：吸附分离、离子交换、催化)，是与其结构特点密不可分的。例如，吸附分离性能取决于分子筛的孔道和孔体积的大小；离子交换性能取决于分子筛中阳离子的数目、位置及其孔道的可通行性；催化过程中表现出的择形性与分子筛的孔道尺寸、走向相关，而催化反应中的中间产物以及最后产品和分子筛的孔道维数或其笼结构相关。纤维是指长度比其直径大很多倍，粗细为几微米到上百微米的柔软细长体，并且具有相当柔韧性和强度的纤细物质。本专利技术所述的纤维是指有机纤维，所述有机纤维可以分为两大类：一类是天然纤维，如棉花、羊毛、蚕丝和麻等，另一类是化学纤维，即用天然或者合成高分子化合物经化学加工而制得的纤维。化学纤维可按高聚物的来源、化学结构进行分类，可以分为人造纤维和合成纤维。人造纤维分为再生蛋白质纤维、再生纤维素纤维和纤维素质纤维。合成纤维分为碳链纤维(大分子主链全部由C-C组成)和杂链纤维(大分子主链除碳原子外，还包含其他元素，例如N、O等)。碳链纤维包括聚丙烯腈纤维，聚乙烯醇缩醛纤维，聚氯乙烯纤维和含氟纤维等。杂链纤维包括聚酰胺纤维，聚酯纤维，聚氨酯弹性纤维，聚脲纤维，聚甲苯纤维，聚酰亚胺纤维，聚酰胺-聚肼纤维和聚苯并咪唑纤维等。为了使用方便，需要将分子筛负载到合适的载体上。纤维具有柔韧性、弹力、强力和可纺织性等良好物理性能，是作为分子筛载体的理想选择之一。无机纤维主要有玻璃纤维、石英玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、金属纤维、碳化硅纤维等。部分无机纤维(如氧化硅纤维)的表面化合物能与分子筛发生化学反应，可以使分子筛结合在无机纤维表面，但无机纤维性脆易断、不耐磨，不适于作为分子筛柔性载体的选择，因此不在本专利技术所述的纤维范围内。对于有机纤维，由于其纤维表面的极性基团(例如羟基等)具有惰性(inert)，不活跃，导致分子筛与纤维的相互作用力非常弱。目前，大部分的分子筛是通过喷涂或者浸渍在纤维上，分子筛与纤维是简单的物理混合，结合力弱，导致纤维上的分子筛吸附量少，易脱落等缺陷。现有技术中，为了使分子筛更好地结合在纤维表面，主要采用了对纤维前处理(破坏纤维结构)、粘合剂粘合和分子筛与纤维共混纺丝3种方式：1)对纤维进行前处理(pretreatment)，所述的前处理是指破坏纤维结构的处理方式。现有技术中，为了使分子筛能够直接结合在纤维上，必须先对纤维进行前处理。前处理的方式主要包括化学处理、机械处理、超声处理、微波处理等。化学处理的方式分为用碱类化合物、酸类化合物、有机溶剂等处理，所述的碱类化合物可选自NaOH、KOH、Na2SiO3等的任意一种或多种，所述的酸类化合物可以选自盐酸、硫酸、硝酸等的任意一种或多种，所述的有机溶剂可以选自乙醚、丙酮、乙醇等的任意一种或多种。机械处理(mechanicaltreatment)可以是碾碎或者研磨纤维等方式。以上所述的纤维处理方式，虽然前处理一定程度上使纤维表面的极性基团(例如羟基等)活化，但严重破坏了纤维本身的结构(图1)，影响纤维柔韧性、弹性等特性，纤维出现变脆、变硬等不良现象，不能很好发挥纤维作为载体的优势。并且，对纤维的前处理会导致分子筛在纤维表面聚集。例如，分子筛以团聚或块状的结构包裹在纤维表面(图2、3)，导致纤维柔软性变差；或者分子筛部分团聚不均匀地分布在纤维表面(图4)，或者纤维与分子筛之间存在间隙(图5)，分子筛与纤维二者之间的作用力弱。分子筛在纤维表面的聚集会导致分子筛在纤维表面的不均匀分布，并且，导致分子筛/纤维复合材料各处的性能存在差异，降低了分子筛原有的有效比表面积，也可能导致分子筛孔道的堵塞，降低分子筛的离子交换及孔道物质交换能力，不利于物质的传递。纤维表面的前处理以破坏纤维结构为代价，虽然在一定程度使得纤维的部分结构与分子筛的作用力增强，形成分子筛/纤维复合物，但其作用力仍然不够强，在外界条件使用下，例如，简单的洗涤方式也会导致大量(50～60％)的分子筛从纤维表面脱落(Microporous&MesoporousMaterials,2002,55(1):93-101和US20040028900A1)。2)粘合剂(binder)粘合。为了增加分子筛和纤维之间的结合强度，现有技术主要是通过粘合剂分别与分子筛与纤维作用，形成类似三明治结构，中间层为粘合剂，使分子筛能够以粘合剂为媒介间接结合在纤维上(图18)。“粘合剂”为具有粘性的物质，依靠化学反应或物理作用作为媒介，将分离的分子筛和纤维材料通过粘合剂连接在一起。对于粘合剂而言，其主要的缺点包括：①粘接处的质量无法凭肉眼检查；②要求对被粘物进行认真的表面处理，通常采用化学腐蚀方法；③固化时间长；④使用温度偏低，一般粘合剂使用温度上限约为177℃，特种粘合剂使用温度上限约为37l℃；⑤多数粘合剂要求严格的工艺控制。特别是粘接面的清洁度要求更高；⑥粘结结合部的使用寿命取决于所处的环境，如湿度、温度、通风等相关。为了确保粘合剂在规定期限内性能基本不变，严格注意保管粘合剂的方法就十分必要。对于分子筛而言，使用粘合剂主要的缺点包括：①导致分子筛在纤维表面分布不均匀；②导致分子筛易团聚，降低了分子筛的有效表面积，也可能导致分子筛孔道的堵塞，降低分子筛的离子交换及孔道物质交换能力，不利于物质的传递，增加了合成分子筛的成本。另外，粘合剂的加入没有明显提高分子筛在纤维上的负载量；也没有大程度增强分子筛与纤维的结合，分子筛仍然容易从纤维表面脱落。从微观角度下，通过扫描电子显微镜观察，现有技术指的“分子筛/纤维复合材料”，并没有观察到分子筛和纤维明显的结合界面，说明分子筛和纤维通过的粘合剂的结合并不牢固。粘合剂按材料来源分：①天然粘合剂，包括淀粉、蛋白质、糊精、动物胶、虫胶、皮胶、骨胶、天然橡胶、松香等生物粘合剂，也包括沥青等矿物粘合剂；②合成粘合剂，主要指人工合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分子筛/纤维复合材料，其特征在于，所述分子筛/纤维复合材料包含分子筛和纤维，所述分子筛分布于纤维表面且直接与所述纤维表面接触，所述分子筛的粒径D90为0.01～50μm，所述分子筛的粒径D50为0.005～30μm；所述分子筛在纤维表面均匀分布，所述分子筛在纤维表面均匀分布的检测方法为：所述的分子筛/纤维复合材料在不同部位随机取n个样品，n为大于或等于8的正整数，分析分子筛在纤维表面的含量，所述n个样品中分子筛的含量的变异系数≤15%。

【技术特征摘要】
1.一种分子筛/纤维复合材料，其特征在于，所述分子筛/纤维复合材料包含分子筛和纤维，所述分子筛分布于纤维表面且直接与所述纤维表面接触，所述分子筛的粒径D90为0.01～50μm，所述分子筛的粒径D50为0.005～30μm；所述分子筛在纤维表面均匀分布，所述分子筛在纤维表面均匀分布的检测方法为：所述的分子筛/纤维复合材料在不同部位随机取n个样品，n为大于或等于8的正整数，分析分子筛在纤维表面的含量，所述n个样品中分子筛的含量的变异系数≤15%。2.根据权利要求1所述的分子筛/纤维复合材料，其特征在于，所述分子筛的粒径D90为0.1～30μm，所述分子筛的粒径D50为0.05～15μm；优选的，所述分子筛的粒径D90为0.5～20μm，所述分子筛的粒径D50为0.25～10μm；优选的，所述分子筛的粒径D90为1～15μm，所述分子筛的粒径D50为0.5～8μm；更优选的，所述分子筛的粒径D90为5～10μm，所述分子筛的粒径D50为2.5～5μm。3.根据权利要求1所述的分子筛/纤维复合材料，其特征在于，所述的变异系数为≤10%；优选的，所述的变异系数为≤5%；优选的，所述的变异系数为≤2%；优选的，所述的变异系数为≤1%；优选的，所述的变异系数为≤0.5%；更优选的，所述的变...

【专利技术属性】
技术研发人员：范杰，余丽莎，肖丽萍，陈昊，尚小强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33