本發(fā)明屬于聚合物納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種納米芳綸復(fù)合濾材及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、芳綸納米纖維膜作為一種新型過濾材料，憑借其獨(dú)特的物理化學(xué)特性在環(huán)境凈化、生物醫(yī)學(xué)以及能源領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。芳綸納米纖維，主要由聚對苯二甲酰對苯二胺（ppta）等聚合物構(gòu)成，因其優(yōu)異的機(jī)械性能、耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性而受到廣泛關(guān)注。然而，盡管芳綸納米纖維膜擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)。
2、首先，芳綸納米纖維膜的一個(gè)顯著問題是其相對較小的比表面積和較低的孔隙率。這些限制直接影響了其吸附與攔截微小顆粒的能力。對于許多過濾應(yīng)用場景而言，如空氣凈化中的pm2.5過濾或水處理中的重金屬離子去除，要求過濾材料具備較大的比表面積和較高的孔隙率以提供更多的活性位點(diǎn)來捕捉目標(biāo)物質(zhì)。但目前芳綸納米纖維膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致其難以滿足這一需求，這限制了其過濾效率。
3、其次，強(qiáng)度不足是芳綸納米纖維膜面臨的另一個(gè)重要問題。盡管芳綸本身以其高強(qiáng)度著稱，但在制備成納米纖維膜的過程中，由于纖維之間的結(jié)合力較弱及膜的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等原因，導(dǎo)致最終產(chǎn)品在實(shí)際使用中表現(xiàn)出的機(jī)械強(qiáng)度并不理想。特別是在需要承受較高壓力差的過濾操作中，如工業(yè)廢水處理或者高壓氣體過濾，膜的破裂風(fēng)險(xiǎn)增大，嚴(yán)重影響了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命。解決這些問題對于拓寬芳綸納米纖維膜的應(yīng)用場景至關(guān)重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種納米芳綸復(fù)合濾材及其制備方法，采用聚丙烯熔噴非織造布作為支撐層，提供良好的骨架結(jié)構(gòu)和通透性；粘結(jié)層則起到連接功能層與支撐層的作用，確保整體結(jié)構(gòu)牢固且不脫落；通過添加溶劑、導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑，能夠有效提高納米芳綸復(fù)合濾材的熱穩(wěn)定性、化學(xué)耐受性、機(jī)械強(qiáng)度及過濾效率。
2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：
3、一種納米芳綸復(fù)合濾材，包括：功能層、粘結(jié)層、支撐層，粘結(jié)層置于功能層與支撐層之間；功能層為納米芳綸膜，包含芳綸納米纖維、溶劑、分散穩(wěn)定劑和導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑，芳綸納米纖維、溶劑、分散穩(wěn)定劑、導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量比為（8~15）：（83~90）：（0.5~2）：（0.05~0.2）；粘結(jié)層為涂布有pet漿料的pva薄膜；支撐層為聚丙烯熔噴非織造布。
4、進(jìn)一步地，所述溶劑為n,n-二甲基乙酰胺與鹽酸的混合溶液，鹽酸的濃度為1.5%，n,n-二甲基乙酰胺與鹽酸的體積比為6:1–12:1；所述分散穩(wěn)定劑選自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酸/聚丙烯酸鈉、聚苯乙烯磺酸鈉、聚乙二醇、非離子表面活性劑中的一種或幾種的組合；所述導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑選自nabf4、napf6、libf4、lipf6、tbabf4、licl、libr、cacl2、nacl、lino3、naclo4、室溫離子液體[emim][bf4]/[bmim][pf6]中的一種或幾種。
5、進(jìn)一步地，所述粘結(jié)層中，pet在粘結(jié)層中的質(zhì)量占比小于5?%。
6、一種納米芳綸復(fù)合濾材的制備方法，所述方法包括：
7、s1：采用芳綸納米纖維、溶劑、分散穩(wěn)定劑和導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑，通過靜電紡絲制備功能層；
8、s2：以pva薄膜為基材，將pet漿料涂布在pva薄膜上，烘干，制備粘結(jié)層；
9、s3：以聚丙烯熔噴非織造布為支撐層，將粘結(jié)層置于功能層與支撐層之間，通過熱壓成型制備納米芳綸復(fù)合濾材。
10、進(jìn)一步地，所述步驟s1包括：
11、s1.1：將芳綸納米纖維、溶劑、分散穩(wěn)定劑和導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑按照（8~15）：（83~90）：（0.5~2）：（0.05~0.2）的質(zhì)量比配制紡絲液；
12、s1.2：將紡絲液裝入針管注射器并連接紡絲針頭，通過靜電紡絲將紡絲液輸出至接收裝置上，得到納米芳綸膜，作為功能層。
13、進(jìn)一步地，所述步驟s1.2中，靜電紡絲參數(shù)如下：紡絲電壓為15~25?kv，紡絲距離為15~20?cm，注射器流速為0.3~0.8?ml/h，接收裝置轉(zhuǎn)速為1000?rmp；納米芳綸膜的厚度為10~50?μm，孔徑為0.05~0.5?μm，納米芳綸膜中的纖維直徑為50~200?nm。
14、進(jìn)一步地，所述步驟s2中，烘干條件為：烘干溫度：60–100℃，烘干時(shí)間：5–20?min。
15、進(jìn)一步地，所述步驟s2中，粘結(jié)層的厚度為20~50μm。
16、進(jìn)一步地，所述步驟s3中，熱壓成型的參數(shù)為：熱壓溫度為120℃，熱壓時(shí)間為5min，壓力為3~5mpa。
17、進(jìn)一步地，所述步驟s3中，聚丙烯熔噴非織造布的克重為20~80?g/m2，孔徑為5~30μm，厚度為0.2~0.5mm。
18、本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：
19、1、本發(fā)明通過添加導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑，能夠提高紡絲液的導(dǎo)電性，有助于實(shí)現(xiàn)紡絲液內(nèi)的電荷均一，避免電荷不均一造成的局部結(jié)塊，有利于形成更細(xì)、更均勻的芳綸納米纖維，提高纖維膜的比表面積和孔隙率，從而增強(qiáng)了濾材對微小顆粒的吸附與攔截能力。
20、2、本發(fā)明采用聚丙烯熔噴非織造布作為支撐層，提供良好的骨架結(jié)構(gòu)和通透性；粘結(jié)層則起到連接功能層與支撐層的作用，確保整體結(jié)構(gòu)牢固且不脫落。通過熱壓成型工藝形成的三明治結(jié)構(gòu)不僅提升了濾材的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，還增強(qiáng)了其在復(fù)雜工況下的耐久性和抗撕裂性能。
21、3、本發(fā)明的粘結(jié)層中僅添加少量pet，在不影響孔隙率的前提下，有效增強(qiáng)了各層之間的界面結(jié)合力，防止使用過程中出現(xiàn)分層或剝離現(xiàn)象，同時(shí)保留了濾材良好的柔韌性和加工適應(yīng)性。
22、4、本發(fā)明中所采用的溶劑體系由n,n-二甲基乙酰胺與稀鹽酸組成，其中鹽酸的加入有助于適度調(diào)節(jié)溶液體系的ph值，從而改善芳綸納米纖維在溶劑中的分散性與溶解性。通過控制n,n-二甲基乙酰胺與鹽酸的體積比為9:1，可在保證芳綸納米纖維良好溶解能力的同時(shí)，有效抑制纖維在紡絲液中因團(tuán)聚而導(dǎo)致的不均勻現(xiàn)象，進(jìn)而獲得穩(wěn)定性高、均質(zhì)性好的紡絲液體系，為后續(xù)靜電紡絲過程中形成結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)異的納米纖維膜提供保障。
23、5、本發(fā)明所得納米芳綸復(fù)合濾材具備優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學(xué)耐受性、機(jī)械強(qiáng)度及過濾效率，可廣泛應(yīng)用于空氣凈化、廢水過濾、醫(yī)用防護(hù)、新能源電池隔膜等領(lǐng)域，尤其適用于高溫、高濕、腐蝕性等苛刻環(huán)境條件下的高效過濾場景。
1.一種納米芳綸復(fù)合濾材，其特征在于，包括：功能層、粘結(jié)層、支撐層，粘結(jié)層置于功能層與支撐層之間；功能層為納米芳綸膜，包含芳綸納米纖維、溶劑、分散穩(wěn)定劑和導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑，芳綸納米纖維、溶劑、分散穩(wěn)定劑、導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量比為（8~15）：（83~90）：（0.5~2）：（0.05~0.2）；粘結(jié)層為涂布有pet漿料的pva薄膜；支撐層為聚丙烯熔噴非織造布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米芳綸復(fù)合濾材，其特征在于，所述溶劑為n,n-二甲基乙酰胺與鹽酸的混合溶液，鹽酸的濃度為1.5%，n,n-二甲基乙酰胺與鹽酸的體積比為6:1–12:1；所述分散穩(wěn)定劑選自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酸/聚丙烯酸鈉、聚苯乙烯磺酸鈉、聚乙二醇、非離子表面活性劑中的一種或幾種的組合；所述導(dǎo)電調(diào)節(jié)劑選自nabf4、napf6、libf4、lipf6、tbabf4、licl、libr、cacl2、nacl、lino3、naclo4、室溫離子液體[emim][bf4]/[bmim][pf6]中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米芳綸復(fù)合濾材，其特征在于，所述粘結(jié)層中，pet在粘結(jié)層中的質(zhì)量占比小于5?%。
4.一種納米芳綸復(fù)合濾材的制備方法，其特征在于，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種納米芳綸復(fù)合濾材的制備方法，其特征在于，所述步驟s1包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種納米芳綸復(fù)合濾材的制備方法，其特征在于，所述步驟s1.2中，靜電紡絲參數(shù)如下：紡絲電壓為15~25?kv，紡絲距離為15~20?cm，注射器流速為0.3~0.8?ml/h，接收裝置轉(zhuǎn)速為1000?rmp；納米芳綸膜的厚度為10~50?μm，孔徑為0.05~0.5?μm，納米芳綸膜中的纖維直徑為50~200?nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種納米芳綸復(fù)合濾材的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，烘干條件為：烘干溫度：60–100℃，烘干時(shí)間：5–20?min。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種納米芳綸復(fù)合濾材的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，粘結(jié)層的厚度為20~50μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種納米芳綸復(fù)合濾材的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，熱壓成型的參數(shù)為：熱壓溫度為120℃，熱壓時(shí)間為5min，壓力為3~5mpa。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種納米芳綸復(fù)合濾材的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，聚丙烯熔噴非織造布的克重為20~80?g/m2，孔徑為5~30?μm，厚度為0.2~0.5mm。