一種含石墨烯材料和竹原纖維的空氣過濾布的製作方法
2023-09-19 21:31:35 2
本申請涉及空氣過濾濾材領域，尤其涉及一種含石墨烯材料和竹原纖維的空氣過濾布。
背景技術：
隨著人類工業的發展，不重視環保的結果是產生大量空氣汙染，當其呈現足夠的濃度、達到足夠的時間時，會對人類的健康、環境等產生較大的危害。
為防止空氣汙染危害人們的生活健康，通常採用過濾技術來對空氣進行過濾，現有技術中，空氣過濾濾材雖能過濾一些有害物質，但是其吸附力並不強，而且不具備殺菌、抗菌能力，對空氣中有機物的過濾、降解效果不明顯。
石墨烯是一種物化性能十分優異的新型材料，具有很高的機械強度、彈性、導熱性、導電性，從實際應用角度考慮，將納米石墨烯材料轉變為宏觀結構材料中無疑具有實際意義。石墨烯可以作為一種理想的填料來製備高性能纖維濾材，明顯提成過濾效果。
技術實現要素：
本發明旨在提供一種含石墨烯材料和竹原纖維的空氣過濾布，以解決上述提出問題。
本發明的實施例中提供了一種含石墨烯材料和竹原纖維的空氣過濾布，該空氣過濾布包括hepa層、石墨烯基聚氨酯纖維層、竹原纖維層，該hepa層下方設置石墨烯基聚氨酯纖維層，石墨烯基聚氨酯纖維層下方設置竹原纖維層，該竹原纖維層採用竹原纖維壓制而成；該石墨烯基聚氨酯纖維層為石墨烯/納晶纖維素/聚苯胺/熱塑性聚氨酯複合纖維維編織而成。
優選地，所述的複合纖維具有介孔結構，該複合纖維中還包括碳納米管、tio2納米粒子、fe3o4納米粒子。
優選地，所述的複合纖維中，石墨烯的質量百分比為2～4％。
本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：
本發明的空氣過濾布中，該hepa層主要對空氣中顆粒物產生過濾效果，該石墨烯基聚氨酯纖維層能夠對空氣中有機汙染物產生很強的吸附能力，對甲醛、苯等汙染物的吸附效果明顯，再加上竹原纖維良好的透氣性、瞬間吸水性，大大提高了本申請空氣過濾布的吸附能力及抗菌能力。
本申請附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本申請。
附圖說明
利用附圖對本發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對於本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。
圖1是本發明空氣過濾布的結構示意圖；
其中，1-hepa層，2-石墨烯基聚氨酯纖維層，3-竹原纖維層。
具體實施方式
這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
本申請的實施例涉及一種含石墨烯材料和竹原纖維的空氣過濾布，結合圖1，所述空氣過濾布包括hepa層1、石墨烯基聚氨酯纖維層2、竹原纖維層3，該hepa層1下方設置石墨烯基聚氨酯纖維層2，石墨烯基聚氨酯纖維層2下方設置竹原纖維層3，該竹原纖維層3採用竹原纖維壓制而成，或者採用其它纖維混合壓制而成。
採用上述結構，該hepa層1主要對空氣中顆粒物產生過濾效果，該石墨烯基聚氨酯纖維層2能夠對空氣中有機汙染物產生很強的吸附能力，對甲醛、苯等汙染物的吸附效果明顯，再加上竹原纖維良好的透氣性、瞬間吸水性，大大提高了本申請空氣過濾布的吸附能力及抗菌能力。
具體的，該石墨烯基聚氨酯纖維層2為一種複合纖維編織而成，該複合纖維具體為一種石墨烯/納晶纖維素/聚苯胺/熱塑性聚氨酯複合纖維，並且，該複合纖維具有介孔結構，該複合纖維中還包括碳納米管、tio2納米粒子、fe3o4納米粒子。
上述的複合纖維中，該碳納米管、tio2納米粒子、fe3o4納米粒子作為納米填料，可以有效提高所述複合纖維的強度、導電性、疏水性等，有效提高複合纖維的綜合性能；並且，該介孔結構能夠吸附透過hepa層1的顆粒汙染物。
優選地，上述的複合纖維中，所述複合纖維的纖維直徑為400nm，介孔孔徑為30nm。
優選地，上述的複合纖維中，石墨烯的質量百分比為2～4％。
石墨烯可以作為一種理想的填料來製備高性能纖維濾材，該纖維濾材在機械性能、導熱、導電等性能方面均具有優勢，然而，由於石墨烯的團聚現象不利於其在溶液中分散，從而影響纖維濾材性能的發揮。
為解決石墨烯的分散問題，本申請的技術方案中，將石墨烯添加到熱塑性聚氨酯基質中，製備了石墨烯基聚氨酯複合纖維，同時，添加有納晶纖維素和聚苯胺，納晶纖維素和聚苯胺能夠與石墨烯之間形成氫鍵以及靜電力相互作用，並且，一部分納晶纖維素和聚苯胺有可能穿插在石墨烯片層之間，使得納晶纖維素、聚苯胺、石墨烯能在溶液中良好分散。
此外，在上述複合纖維製備過程中，在紡絲溶液中添加發泡劑，使得該複合纖維表現為介孔結構，該介孔結構能夠吸附顆粒汙染物。
在具體實施方式中，該複合纖維中包含tio2納米粒子，tio2納米粒子的質量百分比為6％，tio2納米粒子的粒徑為30nm。
tio2具有光降解有機物、催化殺菌等作用，納米tio2在一定波長的光照下能使有機物發生降解，作為一種重要的抗菌材料，納米tio2具有許多獨特的性質，通常用於抗腐蝕材料、光催化材料等；本申請技術方案中，在石墨烯複合纖維中添加tio2納米粒子，該tio2納米粒子在複合纖維中均勻分布，使得該複合纖維在抗菌方面表現優秀的性能；此外，由於熱塑性聚氨酯表現為一種疏水性的高分子材料，該tio2納米粒子與熱塑性聚氨酯結合，有利於空氣過濾布疏水性的提升。
在具體實施方式中，該複合纖維中包含碳納米管，碳納米管的質量百分比為3％。
碳納米管具有多方面的優異性能，其耐強酸、強鹼，熱穩定性好，在場致電子發射、儲氫等方面具有廣泛應用；本申請技術方案中，利用碳納米管的軸向韌性、強度、導電性，在複合纖維中添加碳納米管，該碳納米管沿複合纖維方向排列，使得該空氣過濾布表現優異的強度、韌性、導電性。
在具體實施方式中，該複合纖維中包含fe3o4納米粒子，fe3o4納米粒子的質量百分比為4％，fe3o4納米粒子的粒徑為50nm。
fe3o4具有高的磁導率，是一種重要的吸波材料，本申請的複合纖維中，通過添加fe3o4納米粒子，將其與石墨烯、碳納米管結合，使得該複合纖維表現良好的吸波性能，對電磁波具有一定的屏蔽能力。
此外，上述的複合纖維具有顯著的高導電性、強度、韌性，同時，還具有一定的抗菌性、疏水性、吸波性，實現了石墨烯基複合纖維綜合性能的提升。
在具體實施方式中，本申請所述空氣過濾布的製備方法，主要包括以下步驟：
步驟1，壓制竹原纖維層3；
步驟2，製備石墨烯基聚氨酯纖維層2
a)通過改進的hummers法製備氧化石墨烯(go)；
b)將製備好的氧化石墨烯(go)水相分散液、納晶纖維素水相分散液分別稀釋至1.2mg/mg、2.9mg/ml，將其分別超聲分散2h，各取60ml加入到燒瓶中混合，然後加入0.53g的聚苯胺，超聲分散3h，再加入0.9ml的水合肼，95℃下磁力攪拌反應5h後，旋蒸至合適濃度，烘乾，即得還原氧化石墨烯(rgo)；
c)將體積比為7:6的n,n-二甲基甲醯胺和丙酮混合，得混合溶劑，然後加入聚氨酯，磁力攪拌2h，得到質量濃度為9％的聚氨酯紡絲液；
d)向上述的聚氨酯紡絲液加入一定量的還原氧化石墨烯粉末，然後再加入碳納米管、tio2納米粒子、fe3o4納米粒子，超聲分散3h，隨後再加入偶氮二甲酸二異丙酯作為發泡劑，繼續超聲1h，得到聚氨酯複合紡絲溶液；
e)將上述的聚氨酯複合紡絲溶液靜電紡絲，靜電紡絲條件為電壓20kv，注射速率為1.2ml/h，接收距離為16.5cm，紡絲時間為10h，收集到複合纖維並置於70℃的恆溫烘乾箱內，乾燥2h，得到石墨烯基複合纖維，將其編織形成石墨烯基聚氨酯纖維層2。
步驟3，將hepa層1、石墨烯基聚氨酯纖維層2、竹原纖維層3按照順序複合形成本申請的空氣過濾布。
實施例1
本申請所述空氣過濾布的製備方法，主要包括以下步驟：
步驟1，壓制竹原纖維層3；
步驟2，製備石墨烯基聚氨酯纖維層2
a)通過改進的hummers法製備氧化石墨烯(go)；
b)將製備好的氧化石墨烯(go)水相分散液、納晶纖維素水相分散液分別稀釋至1.2mg/mg、2.9mg/ml，將其分別超聲分散2h，各取60ml加入到燒瓶中混合，然後加入0.53g的聚苯胺，超聲分散3h，再加入0.9ml的水合肼，95℃下磁力攪拌反應5h後，旋蒸至合適濃度，烘乾，即得還原氧化石墨烯(rgo)；
c)將體積比為7:6的n,n-二甲基甲醯胺和丙酮混合，得混合溶劑，然後加入聚氨酯，磁力攪拌2h，得到質量濃度為9％的聚氨酯紡絲液；
d)向上述的聚氨酯紡絲液加入一定量的還原氧化石墨烯粉末，然後再加入碳納米管、tio2納米粒子、fe3o4納米粒子，超聲分散3h，隨後再加入偶氮二甲酸二異丙酯作為發泡劑，繼續超聲1h，得到聚氨酯複合紡絲溶液；
e)將上述的聚氨酯複合紡絲溶液靜電紡絲，靜電紡絲條件為電壓20kv，注射速率為1.2ml/h，接收距離為16.5cm，紡絲時間為10h，收集到複合纖維並置於70℃的恆溫烘乾箱內，乾燥2h，得到石墨烯基複合纖維，將其編織形成石墨烯基聚氨酯纖維層2。
步驟3，將hepa層1、石墨烯基聚氨酯纖維層2、竹原纖維層3按照順序複合形成本申請的空氣過濾布。
本實施例的石墨烯基聚氨酯纖維層2中，該石墨烯的質量百分比為2％。
實施例2
本申請所述空氣過濾布的製備方法，主要包括以下步驟：
步驟1，壓制竹原纖維層3；
步驟2，製備石墨烯基聚氨酯纖維層2
a)通過改進的hummers法製備氧化石墨烯(go)；
b)將製備好的氧化石墨烯(go)水相分散液、納晶纖維素水相分散液分別稀釋至1.2mg/mg、2.9mg/ml，將其分別超聲分散2h，各取60ml加入到燒瓶中混合，然後加入0.53g的聚苯胺，超聲分散3h，再加入0.9ml的水合肼，95℃下磁力攪拌反應5h後，旋蒸至合適濃度，烘乾，即得還原氧化石墨烯(rgo)；
c)將體積比為7:6的n,n-二甲基甲醯胺和丙酮混合，得混合溶劑，然後加入聚氨酯，磁力攪拌2h，得到質量濃度為9％的聚氨酯紡絲液；
d)向上述的聚氨酯紡絲液加入一定量的還原氧化石墨烯粉末，然後再加入碳納米管、tio2納米粒子、fe3o4納米粒子，超聲分散3h，隨後再加入偶氮二甲酸二異丙酯作為發泡劑，繼續超聲1h，得到聚氨酯複合紡絲溶液；
e)將上述的聚氨酯複合紡絲溶液靜電紡絲，靜電紡絲條件為電壓20kv，注射速率為1.2ml/h，接收距離為16.5cm，紡絲時間為10h，收集到複合纖維並置於70℃的恆溫烘乾箱內，乾燥2h，得到石墨烯基複合纖維，將其編織形成石墨烯基聚氨酯纖維層2。
步驟3，將hepa層1、石墨烯基聚氨酯纖維層2、竹原纖維層3按照順序複合形成本申請的空氣過濾布。
本實施例的石墨烯基聚氨酯纖維層2中，該石墨烯的質量百分比為3％。
實施例3
本申請所述空氣過濾布的製備方法，主要包括以下步驟：
步驟1，壓制竹原纖維層3；
步驟2，製備石墨烯基聚氨酯纖維層2
a)通過改進的hummers法製備氧化石墨烯(go)；
b)將製備好的氧化石墨烯(go)水相分散液、納晶纖維素水相分散液分別稀釋至1.2mg/mg、2.9mg/ml，將其分別超聲分散2h，各取60ml加入到燒瓶中混合，然後加入0.53g的聚苯胺，超聲分散3h，再加入0.9ml的水合肼，95℃下磁力攪拌反應5h後，旋蒸至合適濃度，烘乾，即得還原氧化石墨烯(rgo)；
c)將體積比為7:6的n,n-二甲基甲醯胺和丙酮混合，得混合溶劑，然後加入聚氨酯，磁力攪拌2h，得到質量濃度為9％的聚氨酯紡絲液；
d)向上述的聚氨酯紡絲液加入一定量的還原氧化石墨烯粉末，然後再加入碳納米管、tio2納米粒子、fe3o4納米粒子，超聲分散3h，隨後再加入偶氮二甲酸二異丙酯作為發泡劑，繼續超聲1h，得到聚氨酯複合紡絲溶液；
e)將上述的聚氨酯複合紡絲溶液靜電紡絲，靜電紡絲條件為電壓20kv，注射速率為1.2ml/h，接收距離為16.5cm，紡絲時間為10h，收集到複合纖維並置於70℃的恆溫烘乾箱內，乾燥2h，得到石墨烯基複合纖維，將其編織形成石墨烯基聚氨酯纖維層2。
步驟3，將hepa層1、石墨烯基聚氨酯纖維層2、竹原纖維層3按照順序複合形成本申請的空氣過濾布。
本實施例的石墨烯基聚氨酯纖維層2中，該石墨烯的質量百分比為4％。
以上所述僅為本發明的較佳方式，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。