聚丙烯腈复合滤料的制备.docx
聚丙烯睛复合滤料的制备在非织布的摩擦下，形成的纤维更薄，纤维越薄，滤料的比例越高，吸附效果越好。同时, 形成的平均纤网的孔径较小，对颗粒有强烈的压缩和阻塞作用，从而实现了较高的过滤效 率。聚丙烯晴由于具有良好的耐溶剂性、耐老化性及绝缘性等优点，广泛用于超滤、纳滤和反 渗透领域1实验部分1. 1原料和试剂聚丙烯熔喷非织造布（PP熔喷非织造布，克重27g/m1.2 静电纺丝设备电热恒温鼓风干燥箱（DGG-9070B型），上海森信实验仪器有限公司；电子天平（JA2003N型）, 上海菁海仪器有限公司；恒温磁力搅拌器（H97-A型），上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司；静 电纺丝设备，自制；真空干燥箱（DZG-6050D型）,上海森信实验仪器有限公司；扫描电子显微 镜（SEM, SU-1510型）,日本HITACHI有限公司；毛细管流动孔隙测量仪（CFP-UOOA型），美国 施多威尔有限公司；涂镀层测厚仪（DUAL-SCOPE MPO型）,上海秀中电子设备有限公司;滤料 综合性能测试台（LZCHI型）,苏州华达仪器设备有限公司。1.3 复合滤料的制备将一定量的PAN溶于DMF中,磁力搅拌一段时间，制I得12%（wt,质量分数,下同）的均匀纺丝 液。将纺丝液倒入针筒中，采用自制的静电纺丝设备，以PP熔喷非织造布为基布，通过静电 纺丝的方法,将纳米纤维沉积在基布上,制得复合滤料。为使纳米纤维能更好的履复到非织 造布上,尽量保持PP熔喷非织造布的平整性。纺丝工艺：施加电压15kV,接收距离165mm, 纺丝流速0. 8mL/ho通过改变纺丝时间，制得履复有不同厚度纳米纤维毡的复合滤料。1.4 复合过滤材料的性能1.5 . 1复合滤料的形貌表征采用扫描电子显微镜（SEM, SU-1510型，日本Hitachi有限公司）对复合滤料形貌进行表征， 观察静电纺PAN纳米纤维、熔喷非织造布外观形貌，扫描前样品经离子溅射仪喷金处理,观 察并记录纤维的形貌°1.5.2 开口测试采用毛细管流动孔隙测量仪(CFP-1100A型,美国施多威尔有限公司)测试复合滤料的孔径， 指标包括最大、最小孔径,平均孔径及孔径分布1.5.3 复合滤料厚度测试采用涂镀层测厚仪(DUALSCOPE MPO型，上海秀中电子设备有限公司)参照GB/T 24218. 2 2009对复合滤料的厚度进行多次测试,取平均值。1.5.4 过滤性能测试采用滤料综合性能测试台(LZC-H型，苏州华达仪器设备有限公司)参照GB 2626-2006对复 合滤料的过滤性能进行测试,获得复合滤料的过滤效率。1.5.5 通风率测试采用滤料综合性能测试台(LZC-H型,苏州华达仪器设备有限公司)参照GB/T 5453-1997对 复合滤料的透气率进行测试。2结果与讨论2. 1纤维直径分布PP熔喷布纤维(a)和静电纺纳米纤维毡的复合滤料纤维(b)的SEM图见图lo从图(a)可以 看出,PP熔喷布纤维直径较粗。从(b)可以看此与熔喷布纤维相比，静电纺纤维直径较细。 经计算可知,PP熔喷非织造布中的纤维平均直径约2. 80 um,静电纺纤维直径约220nmo2.2 孔径大小对复合滤料孔径的影响PP熔喷非织造布的孔径集中分布在2428 p mo当与静电纺纳米纤维复合后，复合滤料的孔 径明显减小；当纺丝时间不断增加时，复合滤料的孔径不断减小且分布越来越集中；当纺丝 时间为60min时，复合滤料的孔径大部分为25 umo在纺丝过程中，随着纺丝时间的增 加,PP熔喷非织造布上聚集更多的纳米纤维,纳米纤维直径远小于熔喷布纤维的直径，使得 复合滤料孔径不断减小且越来越集中。这样有利于复合滤料对细小颗粒的拦截,提高过滤 效果。2.3 厚度测试复合滤料的厚度测试结果见表lo随着纺丝时间的增加，复合滤料的厚度逐渐增大。2.4 孔径及厚度对复合滤料过滤效率的影响过滤效率是过滤材料在实际应用中的一个重要指标,为使非织造材料更好地应用在环境保 护方面,对过滤效率的测试显得尤为重要。非织造布过滤材料的过滤效率、压力降与纤维 直径和过滤材料厚度等有密切关系随着纺丝时间的增加，复合滤料的过滤效率不断提高,这是因为较细的纳米纤维履复在熔喷 非织造布上，使得复合滤料形成的孔径不断减小、厚度不断增加，如:PP熔喷非织造布的孔 径分布在2428 H m,厚度为45. 35 u明纺丝时间30nlin制得的复合滤料孔径的分布为 57 U m,厚度为61. 46 u叫这些都有利于提高复合滤料的过滤效率。同时，复合滤料的压力 降逐渐增加。这是因为在其他条件不变的情况下,压力降随着复合滤料厚度的增加而增加。 另外，当纺丝时间为60min时,对粒径“ 21. 0 u m<2. 0 u另颗粒的过滤效率为99. 85%,压力 降为200Pa,符合医用防护口罩技术要求,过滤性能达到2级。2.5 复合滤料透气性能过滤材料在使用过程中，不仅能阻拦气体中的颗粒物,还要使气体正常通过。因此,要确保 复合滤料有一定的透气性。纺丝时间对复合滤料透气率的影响图见图2。从图可知，随着纺 丝时间的增加，复合滤料的透气率不断下降,这与前面压力降的测试结果是相对应的（呈现 相反趋势），即透气性差,压力降大，当纺丝时间达到60min时,复合滤料的透气率为 83. 5mm/s,但透气率仍符合医用防护口罩技术要求。3复合滤料过滤性能通过静电纺丝的方法,制得的复合滤料能明显地提高过滤效率和过滤精度,且符合医用防护 口罩技术要求。当纺丝时间为60min时，复合滤料的孔径尺寸集中分布在25 u m,对粒径 “21. 0um<2. 0 unT颗粒的过滤效率为99. 85%,压力降为200Pa,符合医用防护口罩技术 要求,过滤性能达到2级。复合滤料性能优良,在医用材料和医用防护口罩等领域有较好的市场前景,
