本發(fā)明屬于空氣過濾領(lǐng)域，具體涉及一種高效低阻聚丙烯駐極體空氣過濾材料及其制備方法。
技術(shù)背景
隨著時代的進(jìn)步，人們對環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高。但經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展加劇了環(huán)境的污染，空氣中的粉塵、化學(xué)物質(zhì)、有害微生物等對人們的健康產(chǎn)生了不良影響。因此，有效控制空氣中的有害物質(zhì)是有待解決的重大問題?？諝膺^濾器和過濾材料的應(yīng)用是凈化空氣的重要手段。普通空氣過濾材料對于細(xì)小微粒的去除不夠徹底，而且過濾材料上容易滋生有害微生物，存在二次污染的可能。駐極體空氣過濾材料為解決這一難題提供了可能。
駐極體空氣過濾材料具有高效、低阻、節(jié)能、抗菌等優(yōu)點，是一類非常有應(yīng)用前景的新型空氣過濾材料。駐極體材料帶電量的多少和電荷衰減快慢將很大程度上影響產(chǎn)品的性能和使用壽命，將無機(jī)或有機(jī)添加劑加入駐極體過濾材料中能改善駐極體的帶電能力，提高駐極體過濾材料的過濾性能。
闕榮輝、邵名望等人在《硅碳納米材料在納米發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用研究》一文中研究了硅納米線在納米發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用，因硅納米線中含有α-石英這種良好的壓電材料，使得硅納米線帶有靜電荷而表現(xiàn)出極好的駐極體效應(yīng)，使其應(yīng)用于納米發(fā)電機(jī)的開發(fā)。
因此，利用硅納米線的這一特性，本發(fā)明將其應(yīng)用于駐極體空氣過濾領(lǐng)域，將硅納米線加入過濾材料中，提高駐極體空氣過濾材料的駐極性能，改善駐極體的帶電能力，提高駐極體過濾材料的過濾性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種高效低阻聚丙烯駐極體空氣過濾材料及其制備方法。
一種高效低阻聚丙烯駐極體空氣過濾材料，由以下重量份的原料組分：聚丙烯50-60份，一氧化硅9-13份，粉末活性炭10-15份，3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑2-5份，冰乙酸0.7-1.4份，去離子水適量，低密度聚乙烯蠟1-3份，抗氧劑1010 0.8-2份，鈦酸酯偶聯(lián)劑0.7-1.3份，納米電氣石4-7份，烷基聚氧乙烯醚1-3份，納米氧化鋅2-5份。
具體步驟如下：
（1）硅納米線的制備：
①、將裝有一氧化硅粉末的小瓷舟水平放置于氧化鋁管中間，然后將該管放在高溫管式爐中，抽真空在80-100Pa，然后將溫度分別升高到100-200、800-1100℃并分別保溫50-70分鐘，之后升溫到1300-1400℃保溫3-5小時；
②、之后以1-3℃/min的速率降溫到550-650℃并保溫20-40分鐘，同時以50sccm鼓入空氣到爐腔，自然冷卻至室溫，得到硅納米線，備用；
（2）活性炭負(fù)載硅納米線的制備：
①、將3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑加入到去離子水，并用少量冰乙酸調(diào)節(jié)pH至4，在室溫下攪拌20-40分鐘，之后加入步驟（1）得到的硅納米線，在80-100℃回流反應(yīng)11-13小時，抽濾、洗滌、干燥，得到氨基化硅納米線復(fù)合物；
②、將得到的氨基化硅納米線復(fù)合物、粉末活性炭加入到去離子水，用超聲波在40℃、150W的條件下混勻20-40分鐘，室溫下靜止老化24小時，用去離子水清洗多次至流出液呈中性，110-120℃烘干10-14小時至恒重，再置于馬弗爐中380-420℃焙燒3-5小時，冷卻、干燥，制得活性炭負(fù)載硅納米線；
（3）將納米電氣石、烷基聚氧乙烯醚、鈦酸酯偶聯(lián)劑加入到去離子水中并在40-60℃條件下進(jìn)行高速攪拌2-4小時，然后對其進(jìn)行超聲處理50-60分鐘得到電氣石水分散液，加入納米氧化鋅浸漬2-4小時后取出干燥，得到納米電氣石/納米氧化鋅復(fù)合物；
（4）聚丙烯復(fù)合母粒制備：
將步驟（2）制備的活性炭負(fù)載硅納米線放入高速混合器中，加入低密度聚乙烯蠟、抗氧劑1010，充分?jǐn)嚢韬笕〕?，?00-110℃條件下恒溫干燥1-3小時，之后將表面處理好的硅納米線與1/2份的聚丙烯、步驟（3）得到的納米電氣石/納米氧化鋅復(fù)合物加入雙螺桿配混擠出機(jī)熔融擠出，經(jīng)水浴冷卻，切割成粒，得到聚丙烯復(fù)合母粒；
（5）熔噴制備工藝：
①、將聚丙烯復(fù)合母粒與余下的聚丙烯混合均勻，在熔融狀態(tài)下用計量泵喂入噴絲板，控制擠出機(jī)的溫度在200-260℃，噴絲板的溫度在230-290℃，計量泵的頻率控制在20-30Hz，將上述溶體從噴絲孔擠出；
②、用高速熱空氣將擠出噴絲孔的熔體吹成超細(xì)的纖維，使其飛向凝網(wǎng)簾而冷卻粘合形成纖網(wǎng)；
（6）將步驟（5）得到的纖網(wǎng)通過電暈放電裝置的電極，電極放電使纖網(wǎng)駐極，即得一種高效低阻聚丙烯駐極體空氣過濾材料。
其中，所述的駐極電壓正極選擇20-50KV，負(fù)極電壓選擇-10-30KV，駐極距離為5-20cm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
（1）本發(fā)明制備出含有α-石英的硅納米線，由于α-石英形成過程中的體積膨脹被外層的無定形二氧化硅限制而使α-石英產(chǎn)生了壓電效應(yīng)，同時將產(chǎn)生的電荷儲存于外層具有良好電荷儲存性能的無定形二氧化硅層中，從而表現(xiàn)出很好的駐極體行為，將制備的硅納米線加入到熔噴聚丙烯駐極體材料中，兼具兩者的特性，極大的提高了駐極體空氣過濾材料的電荷穩(wěn)定性，降低了過濾材料的過濾阻力，具有卓越的過濾效率，與此同時，駐極體形成的強(qiáng)電場還對各類細(xì)菌具有明顯的抑制其繁殖的功能。
（2）活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和獨特的化學(xué)官能團(tuán)，是環(huán)境友好型優(yōu)良吸附劑，本發(fā)明使用活性炭負(fù)載經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后的硅納米線，提高活性炭對硅納米線的負(fù)載量，兩者復(fù)配使用可以有效提高過濾材料對空氣中有害物質(zhì)的吸附，使產(chǎn)品具有優(yōu)異的過濾性能。
（3）采用鈦酸酯偶聯(lián)劑對納米電氣石進(jìn)行預(yù)處理，使其具有半親水半親油的特性，與納米氧化鋅復(fù)合，摻雜于聚丙烯熔噴料中，作為駐極體應(yīng)用于過濾材料，提高過濾材料的帶電性，能有效提升過濾材料的過濾性能，同時有效降低材料的阻力，具有良好的空氣凈化效果。
具體實施方式
一種高效低阻聚丙烯駐極體空氣過濾材料，由以下重量份的原料組分：聚丙烯55，一氧化硅11，粉末活性炭13，3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑4，冰乙酸0.9，去離子水適量，低密度聚乙烯蠟2，抗氧劑1010 1.5，鈦酸酯偶聯(lián)劑1，納米電氣石5，烷基聚氧乙烯醚2，納米氧化鋅3。
具體步驟如下：
（1）硅納米線的制備：
①、將裝有一氧化硅粉末的小瓷舟水平放置于氧化鋁管中間，然后將該管放在高溫管式爐中，抽真空在100Pa，然后將溫度分別升高到200、900℃并分別保溫60分鐘，之后升溫到1200℃保溫4小時；
②、之后以2℃/min的速率降溫到600℃并保溫30分鐘，同時以50sccm鼓入空氣到爐腔，自然冷卻至室溫，得到硅納米線，備用；
（2）活性炭負(fù)載硅納米線的制備：
①、將3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑加入到去離子水，并用少量冰乙酸調(diào)節(jié)pH至4，在室溫下攪拌30分鐘，之后加入步驟（1）得到的硅納米線，在90℃回流反應(yīng)12小時，抽濾、洗滌、干燥，得到氨基化硅納米線復(fù)合物；
②、將得到的氨基化硅納米線復(fù)合物、粉末活性炭加入到去離子水，用超聲波在40℃、150W的條件下混勻30分鐘，室溫下靜止老化24小時，用去離子水清洗多次至流出液呈中性，110℃烘干12小時至恒重，再置于馬弗爐中400℃焙燒4小時，冷卻、干燥，制得活性炭負(fù)載硅納米線；
（3）聚丙烯復(fù)合母粒制備：
將步驟（2）制備的活性炭負(fù)載硅納米線放入高速混合器中，加入低密度聚乙烯蠟、抗氧劑1010以及鈦酸酯偶聯(lián)劑，充分?jǐn)嚢韬笕〕?，?00℃條件下恒溫干燥2小時，之后將表面處理好的硅納米線與1/2份的聚丙烯加入雙螺桿配混擠出機(jī)熔融擠出，經(jīng)水浴冷卻，切割成粒，得到聚丙烯復(fù)合母粒；
（3）將納米電氣石、烷基聚氧乙烯醚、鈦酸酯偶聯(lián)劑加入到去離子水中并在50℃條件下進(jìn)行高速攪拌3小時，然后對其進(jìn)行超聲處理60分鐘得到電氣石水分散液，加入納米氧化鋅浸漬3小時后取出干燥，得到納米電氣石/納米氧化鋅復(fù)合物；
（4）聚丙烯復(fù)合母粒制備：
將步驟（2）制備的活性炭負(fù)載硅納米線放入高速混合器中，加入低密度聚乙烯蠟、抗氧劑1010，充分?jǐn)嚢韬笕〕?，?05℃條件下恒溫干燥2小時，之后將表面處理好的硅納米線與1/2份的聚丙烯、步驟（3）得到的納米電氣石/納米氧化鋅復(fù)合物加入雙螺桿配混擠出機(jī)熔融擠出，經(jīng)水浴冷卻，切割成粒，得到聚丙烯復(fù)合母粒；
（5）熔噴制備工藝：
①、將聚丙烯復(fù)合母粒與余下的聚丙烯混合均勻，在熔融狀態(tài)下用計量泵喂入噴絲板，控制擠出機(jī)的溫度在240℃，噴絲板的溫度在270℃，計量泵的頻率控制在30Hz，將上述溶體從噴絲孔擠出；
②、用高速熱空氣將擠出噴絲孔的熔體吹成超細(xì)的纖維，使其飛向凝網(wǎng)簾而冷卻粘合形成纖網(wǎng)；
（6）將步驟（5）得到的纖網(wǎng)通過電暈放電裝置的電極，電極放電使纖網(wǎng)駐極，即得一種高效低阻聚丙烯駐極體空氣過濾材料。
其中，所述的駐極電壓正極選擇40KV，負(fù)極電壓選擇-20KV，駐極距離為10cm。
產(chǎn)品性能測試結(jié)果：透氣率：107.4L/m2.S ；強(qiáng)力27.4CD ；壓力損失：87.02Pa；過濾效率：99.98%（過濾效率針對粒徑大于0.3μm的粒子）。