一种可降解多功能性饮用水滤芯材料及其制备方法-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36402420发布日期:2023-12-16 07:20阅读:14来源:国知局
一种可降解多功能性饮用水滤芯材料及其制备方法

1.本发明涉及饮用水滤芯材料技术领域,具体为一种可降解多功能性饮用水滤芯材料及其制备方法



背景技术:

2.饮用水滤芯因为其直接关系到人饮食安全,对环保和健康要求特别高

目前市面上采用吸附色素很多都是采用一些粗炭颗粒,因颗粒大,目数
1-10
左右,吸附效果较差,且占滤芯空间,另外部分采用湿法等工艺,采用胶水等化学粘合剂进行加固炭颗粒,存在安全隐患,并且现有的纺丝工艺基本上采用有机溶剂型纺丝,比如
dmf
或者丙酮等容易存在溶剂挥发不充分问题,导致应用在饮用水上面,产生污染

为此,我们提出了一种可降解多功能性饮用水滤芯材料及其制备方法投入使用,以解决上述问题



技术实现要素:

3.本发明的目的在于提供一种可降解多功能性饮用水滤芯材料,以解决上述背景技术提出的技术问题

4.为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种可降解多功能性饮用水滤芯材料,滤芯材料由进水端到出水端依次为:
pla

pla/pbat
长丝无纺布

水溶性纳米材料层和超细无胶夹碳无纺布,所述超细无胶夹碳无纺布层远离水溶性纳米材料层的表面喷涂有可除垢抗菌的功能性纳米材料层

5.优选的,所述水溶性纳米材料层由
pva
溶液
、wpu
溶液和交联剂混合后喷涂在
pla

pla/pbat
长丝无纺布表面形成

6.优选的,所述功能性纳米材料层由
pva
溶液

除垢剂

抗菌剂
、wpu
溶液和交联剂混合后喷涂在超细无胶夹碳无纺布表面形成

7.优选的,所述交联剂为氮丙啶交联剂和异氰酸酯树脂

8.一种可降解多功能性饮用水滤芯材料的制备方法,包括以下步骤:
s1
:制备水溶性纳米溶液:将
pva
粉末溶解于水中,溶液溶度为5~
15%
,在常温
20

30


湿度
30%

60%
条件下搅拌
24
小时,得到
pva
溶液;然后将
wpu
溶液和交联剂按照重量3:1~4:1溶解于
pva
溶液中,交联剂添加比例为总溶液
1-5%
,并在常温
20

30


湿度
30%

60%
条件下搅拌2~4个小时,得到水溶性纳米溶液;
s2
:第一次静电纺丝:将得到的水溶性纳米溶液通过静电纺丝喷涂在
pla
长丝无纺布上,并通过
40

80
度的烘箱烘烤
10-30s
后,得到带有水溶性纳米材料层的
pla
长丝无纺布;
s3
:制备功能性纳米材料溶液:将
pva
粉末溶解于水中,溶液溶度为5~
10%
,搅拌
24
小时,得到
pva
溶液;然后将除垢剂和抗菌剂分别按照
0.1%

10%

0.5%

1.5%
的比例添加到
pva
溶液中,最后将
wpu
溶液和交联剂按照重量4:1~5:1溶解于
pva
溶液中,并搅拌4~8个小时,得到功能性纳米材料溶液;
s4
:第二次静电纺丝:将得到的功能性纳米材料溶液通过静电纺丝喷涂在超细无胶夹碳无纺布上,并通过
40

80
度的烘箱烘烤
10-30s
后,得到带有功能性纳米材料层的超细无胶夹碳无纺布;
s5
:将带有水溶性纳米材料层的
pla
长丝无纺布和带有功能性纳米材料层的超细无胶夹碳无纺布使用超声波进行复合,并且超声波复合的车速为
10

50m/min
,超声波功率为
20

1000kw
,得到饮用水滤芯材料

9.优选的,所述步骤
s2
中的第一次静电纺丝的纺丝高度为
15

30cm
,纺丝正高电压为
60

90kv
,纺丝负高压为-20

20kv
,纳米纺丝量
0.1

0.5g/m2,纺丝车速为2~
10m/min。
10.优选的,所述步骤
s2
中的
pla
长丝无纺布为克重
20

100g/m2、
纤维直径
10

50
μ
m、
厚度
0.1

0.3mm
的长丝无纺布

11.优选的,所述步骤
s4
中的超细无胶夹碳无纺布为克重
80

400g/m2、
石墨碳为粒状颗粒

尺寸为
30

8000


纳米颗粒1~
10000nm
的夹碳无纺布

12.优选的,所述步骤
s4
中的第二次静电纺丝工艺:纺丝高度为8~
20cm
,纺丝正高电压为
40

80kv
,纺丝负高压为-20

20kv
,纳米纺丝量
0.01

0.2g/m2,纺丝车速为
10

20m/min。
13.优选的,所述步骤
s1

s3
中的
pva
粉末为6~
20
万分子量的
pva
粉末

14.与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1.
本发明的滤芯材料中采用可降解的
pla

pla/pbat
长丝无纺布使得能够保证材料生物之间的相容性,并且材料本身具有良好天然抑菌性,能够保证材料本身环保性和后续降解无污染,并且在
pla

pla/pbat
长丝无纺布喷涂水溶性纳米材料能够保证纤维的过滤精度,同时将可除垢抗菌的功能性纳米材料层喷涂在无胶炭布上面,使材料不仅有炭本身的吸附性能,同时也具备除垢和抗菌性能

15.2.
本发明的制备工艺中采用静电纺丝的工艺分别形成水溶性纳米材料层和功能性纳米材料层,使得纺丝出来的纤维性能够达到
50-300nm
,可以保证纤维过滤精度,并且静电纺丝出细丝,有利于碳颗粒与纳米纤维丝充分结合,提高结合力,降低金属离子析出风险,同时克服传统涂胶

喷胶容易存在微生物,污染等问题,然后将纺丝后的材料放入烘箱内烘烤能够提高交联剂和纳米材料充分结合,最后通过超声波复合工艺将纺丝后的材料进行结合,使材料具备较高的结合力,避免在高水压冲击下材料发生散开和脱层的问题

附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图

17.图1为本发明的结构示意图;附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、pla

pla/pbat
长丝无纺布;
2、
水溶性纳米材料层;
3、
超细无胶夹碳无纺布;
4、
功能性纳米材料层

具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚

完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例

基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围

19.请参阅图1,本发明提供的第一种技术方案为:一种可降解多功能性饮用水滤芯材料,滤芯材料由进水端到出水端依次为:
pla

pla/pbat
长丝无纺布
1、
水溶性纳米材料层2和超细无胶夹碳无纺布3,超细无胶夹碳无纺布层3远离水溶性纳米材料层2的表面喷涂有可除垢抗菌的功能性纳米材料层
4。
20.具体的,水溶性纳米材料层2由
pva
溶液
、wpu
溶液和交联剂混合后喷涂在
pla

pla/pbat
长丝无纺布表面形成

21.具体的,功能性纳米材料层4由
pva
溶液

除垢剂

抗菌剂
、wpu
溶液和交联剂混合后喷涂在超细无胶夹碳无纺布表面形成

22.从上述描述可知:水溶性纳米材料混合纳米除垢剂颗粒和纳米抗菌剂颗粒喷涂在无胶炭布上面,不仅材料有炭本身吸附性能,同时纳米材料赋予其除垢和抗菌性能

23.具体的,交联剂为氮丙啶交联剂和异氰酸酯树脂

24.一种可降解多功能性饮用水滤芯材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
s1
:制备水溶性纳米溶液:将
pva
粉末溶解于水中,溶液溶度为5~
15%
,在常温
20

30


湿度
30%

60%
条件下搅拌
24
小时,得到
pva
溶液;然后将
wpu
溶液和交联剂按照重量3:1~4:1溶解于
pva
溶液中,交联剂添加比例为总溶液
1-5%
,并在常温
20

30


湿度
30%

60%
条件下搅拌2~4个小时,得到水溶性纳米溶液;
s2
:第一次静电纺丝:将得到的水溶性纳米溶液通过静电纺丝喷涂在
pla
长丝无纺布上,并通过
40

80
度的烘箱烘烤
10-30s
后,得到带有水溶性纳米材料层的
pla
长丝无纺布;
s3
:制备功能性纳米材料溶液:将
pva
粉末溶解于水中,溶液溶度为5~
10%
,搅拌
24
小时,得到
pva
溶液;然后将除垢剂和抗菌剂分别按照
0.1%

10%

0.5%

1.5%
的比例添加到
pva
溶液中,最后将
wpu
溶液和交联剂按照重量4:1~5:1溶解于
pva
溶液中,并搅拌4~8个小时,得到功能性纳米材料溶液;
s4
:第二次静电纺丝:将得到的功能性纳米材料溶液通过静电纺丝喷涂在超细无胶夹碳无纺布上,并通过
40

80
度的烘箱烘烤
10-30s
后,得到带有功能性纳米材料层的超细无胶夹碳无纺布;
s5
:将带有水溶性纳米材料层的
pla
长丝无纺布和带有功能性纳米材料层的超细无胶夹碳无纺布使用超声波进行复合,并且超声波复合的车速为
10

50m/min
,超声波功率为
20

1000kw
,得到饮用水滤芯材料

25.具体的,所述步骤
s2
中的第一次静电纺丝的纺丝高度为
15

30cm
,纺丝正高电压为
60

90kv
,纺丝负高压为-20

20kv
,纳米纺丝量
0.1

0.5g/m2,纺丝车速为2~
10m/min。
26.从上述描述可知:由于
s2
中的水溶性纳米材料层为夹层,主要提供材料的过滤效率,能够有效拦截颗粒物,所以其纺丝纤维细度更加细,纤维量更多,与上下两层形成梯度结构,能够提高更为高效过滤效率和容尘量

27.具体的,所述步骤
s2
中的
pla
长丝无纺布为克重
20

100g/m2、
纤维直径
10

50
μ
m、
厚度
0.1

0.3mm
的长丝无纺布

28.具体的,所述步骤
s4
中的超细无胶夹碳无纺布为克重
80

400g/m2、
石墨碳为粒状颗粒

尺寸为
30

8000


纳米颗粒1~
10000nm
的夹碳无纺布

29.从上述描述可知:当夹碳无纺布目数过大,颗粒过细会导致水过滤阻力过高,夹碳无纺布目数过小,颗粒过粗,会导致水过滤精度不够,吸附不了相应细菌及色素等污染物

30.具体的,所述步骤
s4
中的第二次静电纺丝工艺:纺丝高度为8~
20cm
,纺丝正高电压为
40

80kv
,纺丝负高压为-20

20kv
,纳米纺丝量
0.01

0.2g/m2,纺丝车速为
10

20m/min。
31.从上述描述可知:功能性纳米材料层为抗菌

除垢纳米材料,主要用于表面层接触后,材料的抗菌,除垢,其需要与材料充分接触,同时保持较好的强度,和材料的贴合牢度,为材料提供其功能性

32.具体的,所述步骤
s1

s3
中的
pva
粉末为6~
20
万分子量的
pva
粉末

33.上述技术方案的实施例一为:一种可降解多功能性饮用水滤芯材料,包括滤芯材料由进水端到出水端依次为:克重
60g/m2、
纤维直径
30
μ
m、
厚度
0.2mm

pla
长丝无纺布
1、
水溶性纳米材料层2和克重
240g/m2、
石墨碳为粒状颗粒

尺寸为
4000


纳米颗粒
5000nm
的夹碳无纺布3,超细无胶夹碳无纺布3远离水溶性纳米材料层2的表面喷涂有可除垢抗菌的功能性纳米材料层
4。
34.其中,水溶性纳米材料层由
pva
溶液
、wpu
溶液和交联剂混合后喷涂在
pla

pla/pbat
长丝无纺布表面形成,且交联剂为氮丙啶交联剂和异氰酸酯树脂

35.其中,功能性纳米材料层由
pva
溶液

除垢剂

抗菌剂
、wpu
溶液和交联剂混合后喷涂在超细无胶夹碳无纺布表面形成,且交联剂为氮丙啶交联剂和异氰酸酯树脂

36.上述可降解多功能性饮用水滤芯材料的制备过程如下:
s1
:制备水溶性纳米溶液:将分子量为
14
万的
pva
粉末溶解于水中,溶液溶度为
10%
,在常温
25


湿度
45%
的条件下搅拌
24
小时,得到
pva
溶液;然后将
wpu
溶液和交联剂按照重量
3.5
:1溶解于
pva
溶液中,交联剂添加比例为总溶液
3%
,并在常温
25


湿度
45%
的条件下搅拌3个小时,得到水溶性纳米溶液;
s2
:第一次静电纺丝:将得到的水溶性纳米溶液通过静电纺丝喷涂在
pla
长丝无纺布上,并通过
60
度的烘箱烘烤
20s
后,得到带有水溶性纳米材料层的
pla
长丝无纺布,并且静电纺丝的参数为:纺丝高度为
20cm
,纺丝正高电压为
75kv
,纺丝负高压为
0kv
,纳米纺丝量
0.25g/m2,纺丝车速为
6m/min

s3
:制备功能性纳米材料溶液:将将分子量为
14
万的
pva
粉末溶解于水中,溶液溶度为
10%
,搅拌
24
小时,得到
pva
溶液;然后将除垢剂和抗菌剂分别按照
5%

1%
的比例添加到
pva
溶液中,最后将
wpu
溶液和交联剂按照重量
4.5
:1溶解于
pva
溶液中,交联剂添加比例为总溶液
3%
,并搅拌6个小时,得到功能性纳米材料溶液;
s4
:第二次静电纺丝:将得到的功能性纳米材料溶液通过静电纺丝喷涂在超细无胶夹碳无纺布上,并通过
60
度的烘箱烘烤
20s
后,得到带有功能性纳米材料层的超细无胶夹碳无纺布,并且静电纺丝的参数为:纺丝高度
14cm
,纺丝正高电压为
60kv
,纺丝负高压为
0kv
,纳米纺丝量
0.25g/m2,纺丝车速为
15m/min

s5
:将带有水溶性纳米材料层的
pla
长丝无纺布和带有功能性纳米材料层的超细无胶夹碳无纺布使用超声波进行复合,并且超声波复合的车速为
30m/min
,超声波功率为
510kw
,得到饮用水滤芯材料;将上述得到的饮用水滤芯材料用于制备饮用水滤芯后进行滤水实验,并将过滤前水提取放入细菌培养皿中进行测试,及把过滤后水提取放入细菌培养皿中分别进行测试;得到的试验结果如下:除垢率
》90%
,抗菌率
》99%
,吸收颜色
/
异味率:
100%
,析出量低于
5ppm。
37.将市面上的
tz250*5102030
过滤器滤芯进行相同的试验进行测试,其除垢率低于
80%
,抗菌率低于
80%。
主要原因在于市面上主要采用金属离子型抗菌剂,并通过后处理方式喷涂到材料上去,其牢度比较差

在水压的冲击下,金属离子容易析出,产生二次污染

所以现有技术不敢添加过量的抗菌剂

而本发明是将金属离子型抗菌剂以纳米纺丝纺丝做成纤维,并将其包裹住

这就可以添加原有
2-5
倍量抗菌剂,而且能保证不析出风险

38.在本发明的描述中,需要理解的是,术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位

以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制

39.在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义

40.尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定

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