一种空气过滤复合膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于新材料技术领域，具体涉及一种空气过滤复合膜材料。所述空气过滤复合膜材料包括基材层和过滤层，所述基材层为可降解的非织造布，并采用氨烃基类硅烷偶联剂改性；过滤层为通过连续化静电纺丝制备的聚酰胺类纳米纤维膜。本发明专利技术通过对基材层采用氨烃基类硅烷偶联剂进行改性，加强了基材层与过滤层的结合力，有效改善纳米纤维膜在使用中易脱落的问题。并且，本发明专利技术所述空气过滤膜可实现完全降解，并对细小颗粒气溶胶会产生逐级截留阻隔，对尺寸为0.3μm的颗粒的过滤效率可以达到99％以上。99％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种空气过滤复合膜材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于空气过滤材料
，具体涉及一种空气过滤复合膜材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]空气污染的问题日益加剧，空气中的亚微米级颗粒物(PM)被人体长期吸入，可能诱发呼吸道感染、心血管疾病、慢性肺部疾病甚至癌症等一系列健康问题。这些细颗粒物又是细菌、病毒等病原微生物和气态污染物的载体，作为抵抗空气污染、保护人类健康的重要材料，空气过滤膜已成为人们赖以依靠和普遍关注的焦点。以聚丙烯(PP)为基材的空气过滤材料存在废弃后污染环境，难以回收处理的重大难题。多功能可降解材料的研制势在必行。
[0003]传统空气过滤材料已经不能满足对亚微米级颗粒高过滤效率的性能要求，静电纺丝技术可以制备直径在纳米到微米范围内超细纤维，可实现高效低阻的过滤要求。纳米纤维具有质量轻、比表面积大、孔隙率高等优点，在纤维过滤材料领域已引起了广泛关注。CN113797649A 公开了一种抗菌防病毒的空气过滤材料及制备方法，CN111116974A公开了一种用于空气过滤的尼龙纳米纤维气凝胶材料及制备方法，CN110711430A公开了复合过滤材料及制备技术等，采用了静电纺丝技术制备纳米纤维，但均未涉及连续化进行材料改性及静电纺丝的制备技术。CN110711430A公开的复合过滤材料，以及CN110354648A公开的压电抗菌纳米薄膜空气过滤膜，均是将纤维过滤层沉积在基材层上，未与基材产生化学键结合，在使用过程中尤其是高气流量情况下，过滤层纳米纤维膜容易脱落。
[0004]目前空气过滤材料存在使用废弃后材料难处理的问题。比如，CN113181711A公开的可降解纳米纤维膜空气过滤材料，主要研究可降解的纳米纤维层，以普通无纺布为基材。 CN105597575A公开的可降解的生物基空气过滤材料，以大豆蛋白、聚乙烯醇为原料制备静电纺丝纳米纤维膜材料，以聚乙烯筛网为基材，接收纳米纤维膜层。基材层是空气过滤膜材料的重要支撑材料，占比重大，废弃后污染环境，难以回收处理。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种空气过滤复合膜材料及其制备方法。该空气过滤复合膜材料能够高效地拦截PM
0.3
微小气溶胶粒子，废弃后可完全降解。
[0006]本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
[0007]一种空气过滤复合膜材料，包括基材层和过滤层，所述基材层为氨烃基类硅烷偶联剂改性的含羧基的可生物降解非织造布；过滤层为通过连续化静电纺丝制备的聚酰胺类聚合物纳米纤维膜。
[0008]按上述方案，根据权利要求1所述的空气过滤复合膜材料，其特征在于基材层厚度为0.08 ～0.2mm，过滤层厚度为0.001～0.010mm，过滤层中纳米纤维的直径为20～500nm；
所述空气过滤复合膜材料整体的BET比表面积为0.5～20m2/g，孔隙率60％～90％。
[0009]按上述方案，基材层占比95wt.％以上，过滤层占比5wt.％以下。
[0010]按上述方案，所述非织造布的材料为可降解聚合物材料，且含有羧基官能团；其中，可降解聚合物包括但不限于聚乳酸、聚乙醇酸、氨基酸类聚合物等。
[0011]按上述方案，聚酰胺类聚合物包括聚酰胺6、聚酰胺610、聚酰胺66、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺1010、聚酰胺56、聚酰胺4、聚酰胺8、聚酰胺9和聚酰胺810等。
[0012]按上述方案，所述氨烃基类硅烷偶联剂包括γ
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
(β
‑
氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷，γ
‑
脲丙基三乙氧基硅烷，苯胺甲基三甲基硅烷，苯胺甲基三乙基硅烷等。
[0013]本专利技术还提供一种上述空气过滤复合膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)以水和乙醇为混合溶剂，配制浓度为1～20wt.％的氨烃基类硅烷偶联剂溶液；将非织造布放置于连续静电纺丝机进料卷轴上，启动气泵采用氨烃基类硅烷偶联剂溶液进行喷涂，然后控制在35～55℃温度下烘干，收卷即得到改性的非织造布基材；
[0015](2)将步骤(1)所得改性的非织造布基材安装在静电纺丝机供料卷轴上，采用甲酸、乙酸或者甲酸/乙酸混合溶剂为溶剂，溶解聚酰胺类聚合物，配置纺丝溶液10～15wt.％，进行连续化纺丝，得到与改性的非织造布基材相结合的聚酰胺类聚合物纳米纤维膜，即空气过滤复合膜材料。
[0016]按上述方案，步骤(1)中，混合溶剂由去离子水和无水乙醇按体积比1∶20～1∶5组成。
[0017]按上述方案，步骤(1)中，喷涂量为0.1～10mL/cm2，喷涂次数1～10次。
[0018]按上述方案，步骤(2)中，连续化静电纺丝的工艺参数为：纺丝室温度为20～60℃，湿度控制在≤50％，喷头为无针型，纺丝速度1～350mm/s，设置电压10～100kV，控制收卷速度为0.1～2m/min。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]首先，所述空气过滤复合膜材料的过滤层为纳米纤维膜，质量轻、通透性好、比表面积大，具有纳米纤维结构，能够高效地拦截微小气溶胶粒子，对PM
2.5
颗粒的过滤效率可以达到100％，对PM
0.3
颗粒的过滤效率可以达到99％；而且，基材层采用可生物酶降解的非织造布，结合可紫外光降解的过滤层，最终可实现空气过滤复合膜材料几乎完全降解。
[0021]第二，本专利技术采用氨烃基类硅烷偶联剂改性基材，通过化学键合增强基材与过滤层的结合力，有效改善纳米纤维膜在使用中易脱落的问题。
[0022]第三，本专利技术所述空气过滤复合膜材料制备方法可采用连续化静电纺丝工艺，极大地提高了生产效率，所制备的空气过滤复合膜材料可应用于口罩防护服、室内空气净化等领域。
附图说明
[0023]图1为实施例1得到的空气过滤复合膜材料中过滤层纳米纤维的SEM图。
[0024]图2为实施例1得到的空气过滤复合膜材料，随纺丝时间，空气过滤复合膜材料的过滤性能和压力降的曲线图。
[0025]图3为实施例2得到改性基材非织造布的SEM图(左图)及含硅元素的EDS图(右图)。
[0026]图4为实施例3得到的空气过滤复合膜材料的降解图。
具体实施方式
[0027]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。
[0028]实施例1
[0029]一种空气过滤复合膜材料，包括基材层和过滤层，所述基材层为γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷改性的聚乳酸无纺布；过滤层为通过连续化静电纺丝制备的聚酰胺6纳米纤维膜。其中，基材层厚度在0.0930mm，平均直径5μm，改性后基材层的厚度0.0960mm，结合过滤层后，总厚度为0.0966m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气过滤复合膜材料，其特征在于包括基材层和过滤层，所述基材层为氨烃基类硅烷偶联剂改性的非织造布；过滤层为聚酰胺类聚合物纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的空气过滤复合膜材料，其特征在于基材层厚度为0.08～0.2mm，过滤层厚度为0.001～0.010mm，过滤层中纳米纤维的直径为20～500nm；所述空气过滤复合膜材料的BET比表面积为0.5～20m2/g，孔隙率60％～90％。3.根据权利要求1所述的空气过滤复合膜材料，其特征在于所述非织造布的材料为可降解聚合物材料，且含有羧基官能团。4.根据权利要求2所述的空气过滤复合膜材料，其特征在于可降解聚合物包括聚乳酸、聚乙醇酸、氨基酸类聚合物。5.根据权利要求1所述的空气过滤复合膜材料，其特征在于聚酰胺类聚合物包括聚酰胺6、聚酰胺610、聚酰胺66、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺1010、聚酰胺56、聚酰胺4、聚酰胺8、聚酰胺9和聚酰胺810；所述氨烃基类硅烷偶联剂包括γ
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、γ
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氨丙基三甲氧基硅烷、γ
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(β
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氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
脲丙基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三甲基硅烷、苯胺甲基三乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：董丽杰，琚艳云，殷嘉骏，孙政权，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：