一種高吸附性并具有抗菌耐霉活性碳纖維及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于抗菌環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及一種抗菌活性炭纖維及其制造方法。所述的抗菌活性炭纖維是一種聚酯纖維吸附材料，在多孔聚酯纖維材料表面沉積有碳與金屬的復(fù)合材料涂層。本發(fā)明的制備工藝中，首先利用超飽和發(fā)泡法，使氮?dú)膺M(jìn)入聚酯纖維的自由體積中，再通過(guò)降壓和升溫處理，使壓入自由體積中的氮?dú)馀蛎?，形成大量氣泡，并固定孔形。利用磁控濺射方法，將碳與金屬的混合靶材沉積在纖維材料表面。
【專利說(shuō)明】一種高吸附性并具有抗菌耐霉活性碳纖維及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于抗菌環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及一種成本低、吸附性高并具有抗菌耐霉活性的碳纖維及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]活性炭(GAC)是一種經(jīng)過(guò)活化處理的多孔炭，具有極強(qiáng)的吸附能力，它在軍事、化工、環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用已有百年的歷史。活性碳纖維(為纖維狀)，纖維上布滿微孔，其對(duì)有機(jī)氣體吸附能力比顆?；钚蕴吭诳諝庵懈邘妆吨翈资?，在水溶液中高5?6倍，吸附速率快100?1000倍。在工業(yè)上利用他的超強(qiáng)吸附能力去回收有機(jī)溶劑，凈化空氣，凈化用水。
[0003]活性碳纖維是一種高科技產(chǎn)品，世界上只有少數(shù)國(guó)家能夠生產(chǎn)，他的制品可以是絲、紙、氈、布等形式，傳統(tǒng)的活性碳纖維因工藝復(fù)雜且能耗高工期長(zhǎng)，市場(chǎng)價(jià)格在25萬(wàn)/噸左右，是活性炭的十幾倍到二十幾倍，嚴(yán)重限制了它的市場(chǎng)使用量。
[0004]并且由于活性碳纖維在使用過(guò)程中，也會(huì)吸附微生物，使過(guò)濾吸附材料霉變，會(huì)造成微生物污染。
[0005]為了克服上述缺陷，本發(fā)明公開了一種制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，又具有抗菌耐霉的活性碳纖維。這種高比表面積、高附加值、高科技、低污染的新型活性碳材料具有極好的發(fā)展前景和廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:現(xiàn)有技術(shù)中，活性碳纖維在使用過(guò)程中，由于微生物的存在易產(chǎn)生霉變，且活性碳纖維材料的加工生產(chǎn)成本過(guò)高。
[0007]為解決這一技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種新型的活性碳纖維吸附材料，是一種聚酯纖維吸附過(guò)濾材料，該多孔聚酯纖維材料表面沉積有碳與金屬的復(fù)合材料涂層。復(fù)合材料涂層中，碳材料包括石墨、碳粉，金屬材料包括銅、銀、鋅、鈦、錳、鎳、鋁中的一種或幾種。
[0008]本發(fā)明還提供了一種上述聚酯纖維吸附過(guò)濾材料的制備方法，首先采用超飽和發(fā)泡法制備出多孔聚酯纖維材料，再通過(guò)物理氣相沉積方法在多孔聚酯纖維表面制備出一層碳與金屬的復(fù)合材料涂層，該工藝可以在同一個(gè)設(shè)備內(nèi)完成。
[0009]超飽和發(fā)泡法制備出多孔聚酯纖維材料，具體操作為，
[0010]( I)利用室溫加壓法，在高壓作用下使氣體充分浸潤(rùn)聚酯纖維，使氣體進(jìn)入聚酯纖維的自由體積中，
[0011]高分子纖維種類眾多，本發(fā)明以聚酯纖維(如PET、PBT、PAR、TPEE等)為開孔基材，其中優(yōu)選PET纖維，PET本身無(wú)毒、無(wú)味，安全性好，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，耐高溫、低溫性能，對(duì)油、脂肪、堿、烯酸以及大多數(shù)溶劑都有良好的耐性，并且透明度高，具有抗紫外能力；
[0012]開孔氣體有氮?dú)?、氬氣、二氧化碳?xì)怏w或用兩種以上混合氣體，本發(fā)明優(yōu)選氮?dú)?，氮?dú)鉄崃W(xué)、化學(xué)性能均比較穩(wěn)定，無(wú)毒害作用、成本低，不污染環(huán)境，[0013]在該步驟中，高壓控制在6MPa — 8MPa，不同的壓力對(duì)多孔纖維中的孔隙密度的影響不同:壓力越大，纖維氣泡密度越大，但同時(shí)對(duì)生產(chǎn)條件、設(shè)備等要求越高，
[0014]加壓時(shí)間對(duì)氣泡密度也有影響，加壓的時(shí)間越長(zhǎng)，得到的纖維中的孔隙越多，耗能也將越多，一般控制在4小時(shí)到24小時(shí)；
[0015](2)迅速降壓至常壓，然后再降至負(fù)壓，其中，從高壓降至“負(fù)的一個(gè)大氣壓”的時(shí)間，控制在IOmin內(nèi)，7—IOmin較為適宜；
[0016](3)在卷繞恒溫爐中，負(fù)壓(負(fù)的一個(gè)大氣壓)發(fā)泡，恒溫爐溫度為120°C — 160°C，發(fā)泡時(shí)間為IOS — 20S，步驟(2)、(3)可以在同一設(shè)備中進(jìn)行，
[0017]不同發(fā)泡溫度對(duì)多孔纖維孔密度有影響，溫度越高，氣體膨脹越快，聚酯纖維中的孔密度也呈現(xiàn)正相關(guān)提高，
[0018]降壓和升溫處理，使壓入自由體積中的氣體膨脹，形成大量氣泡，并在聚酯纖維材料中固定孔形，
[0019]綜上，通過(guò)用室溫加壓然后升溫發(fā)泡工藝可制得發(fā)泡纖維，氣泡結(jié)構(gòu)隨處理?xiàng)l件的不同，而有很大的不同。在其他工藝條件不變的情況下，發(fā)泡纖維中氣泡密度分別隨著壓力、加壓時(shí)間、發(fā)泡溫度、發(fā)泡時(shí)間的增加而增大,其中發(fā)泡時(shí)間大于IOs后,對(duì)氣泡密度無(wú)明顯影響。
[0020]開孔操作結(jié)束后，通過(guò)物理氣相沉積方法制備復(fù)合材料涂層的操作為，采用真空鍍膜機(jī)，用磁控濺射方法將碳與金屬的復(fù)合靶材沉積在在多孔聚酯纖維的表層和孔隙中，具體工藝步驟為:(I)多孔纖維干燥處理；(2)上爐；(3)充氣體；(4)鍍膜；(5)下爐，
[0021]步驟(3)中鍍膜采用磁控濺射卷繞機(jī)，所充氣體為甲烷、乙炔或兩者的混合氣體，步驟(4)中氣體體積流量為400?600SCCM，電流:6A?15A。
[0022]碳與金屬的復(fù)合祀材為碳材料與金屬材料壓制成型的混合祀,制備工藝為:將碳材料與金屬粉，按比例混合后，用冷靜壓技術(shù)壓制成塊狀，然后切割成型，壓力是每平方厘米50-80公斤。碳與金屬的重量百分比為“99.9%比0.01%”至“80%比20%”，金屬選自銅、銀、鋅、鈦、錳、鎳、鋁中的一種或幾種。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于:(I)在制備多孔聚酯纖維材料時(shí)，采用氮?dú)獍l(fā)泡，對(duì)人畜無(wú)任何毒害作用、且成本低，不污染環(huán)境；(2)將活性碳負(fù)載在多孔聚酯纖維上，復(fù)合靶材進(jìn)入到孔隙中，大大增加了活性碳的比表面積，增強(qiáng)了其吸附作用；(3)將納米銅參雜到碳粉中，可使得到的復(fù)合材料具有長(zhǎng)效的抗菌、防霉功效；(4)使用磁控濺射的方法，沉積碳與金屬的復(fù)合材料鍍層，減少了環(huán)境污染、降低了生產(chǎn)成本。
[0024]制備工藝難點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn):多孔聚酯纖維的制備和磁控濺射鍍覆碳、金屬涂層在同一個(gè)設(shè)備內(nèi)完成。1、磁控濺射爐內(nèi)設(shè)計(jì)正負(fù)壓體系，在爐腔內(nèi)部靠近爐門部位增設(shè)一個(gè)含電磁絲的硅膠圈，通過(guò)電磁控制硅膠圈的內(nèi)吸和外壓作用保證爐內(nèi)可以滿足正壓、負(fù)壓的沖擊。2、在爐內(nèi)通入過(guò)量氮?dú)狻鍤饣蚨趸仛怏w，室溫加壓使氣體進(jìn)入高分子PET的自由體積中，然后降壓、恒溫處理得到多孔PET纖維。3、在同一個(gè)爐內(nèi)開啟磁控濺射，將碳、金屬材料沉積在多孔纖維上。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下述工藝步驟，在同一個(gè)設(shè)備內(nèi)完成:[0026]一、用超飽和氣體法制備多孔聚酯纖維。
[0027]發(fā)泡材料的成型過(guò)程一般都要經(jīng)過(guò)3個(gè)主要階段，即氣泡核的形成、氣泡的膨脹以及氣泡的固定化成型等。其具體工藝步驟為:(I)在高壓作用下使氮?dú)獬浞纸?rùn)聚酯PET纖維；
[0028](2)迅速降壓至常壓；(3)在恒溫爐中發(fā)泡。
[0029]利用磁控濺射爐內(nèi)的正負(fù)壓體系(在爐腔內(nèi)部靠近爐門部位增設(shè)一個(gè)含電磁絲的硅膠圈，通過(guò)電磁控制硅膠圈的內(nèi)吸和外壓作用保證爐內(nèi)可以滿足正壓、負(fù)壓的沖擊)，于室溫(25°C)下以SMPa壓力使氮?dú)獬浞纸?rùn)聚酯PET (上海聯(lián)漢化學(xué)纖維公司)纖維12h，在IOmin內(nèi)迅速降至負(fù)壓(負(fù)的一個(gè)大氣壓)，該負(fù)壓下，于160°C發(fā)泡10s。
[0030]二、用物理氣相沉積一磁控濺射方法制備碳、銅涂層。
[0031]將石墨與銅粉，按重量百分比“90%:10%”的比例混合后，用冷靜壓技術(shù)壓制成塊狀，然后切割成所需的形狀，壓力是每平方厘米65公斤，得到混合靶材。
[0032]用磁控濺射方法將碳、銅混合靶材涂層鍍?cè)诙嗫拙埘ダw維表層，其具體工藝步驟為:(I)多孔纖維干燥處理；(2)上爐；(3)充氣體；(4)鍍膜；(5)下爐，
[0033]步驟(3)中鍍膜采用磁控濺射卷繞機(jī)，充氣體為甲烷；步驟(4)中乙炔氣體體積流量為500SCCM，電流:12A，起始真空為7.0*10_3Pa，鍍膜線速4m/min，鍍膜次數(shù)為I~2次，收放力為50N。
[0034]表1實(shí)施例測(cè)定結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種聚酯纖維吸附材料，其特征在于:所述的聚酯纖維吸附材料為，多孔聚酯纖維材料表面沉積有碳與金屬的復(fù)合材料涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的聚酯纖維吸附材料，其特征在于:所述的聚酯纖維為PET纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的聚酯纖維吸附材料，其特征在于:所述的復(fù)合材料涂層中，碳材料包括石墨、碳粉。
4.如權(quán)利要求1所述的聚酯纖維吸附材料，其特征在于:所述的復(fù)合材料涂層中，金屬材料包括銅、銀、鋅、鈦、錳、鎳、鋁中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的方法為，首先采用超飽和發(fā)泡法制備出多孔聚酯纖維材料，再通過(guò)物理氣相沉積方法在多孔聚酯纖維表面制備出一層碳與金屬的復(fù)合材料涂層。
6.如權(quán)利要求5所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的超飽和發(fā)泡法制備出多孔聚酯纖維材料，具體操作為，(I)利用室溫加壓法，在高壓作用下使氣體充分浸潤(rùn)聚酯纖維；(2)迅速降壓至常壓，然后再降至負(fù)壓；(3)恒溫發(fā)泡。
7.如權(quán)利要求6所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的高壓為6MPa — 8MPa ;步驟(2)中高壓降至負(fù)壓的時(shí)間控制在IOmin內(nèi)；步驟(3)中于卷繞恒溫爐內(nèi)發(fā)泡，卷繞恒溫爐溫度為120°C — 160°C，發(fā)泡時(shí)間為IOS — 20S。
8.如權(quán)利要求5所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的通過(guò)物理氣相沉積方法制備復(fù)合材料涂層的操作為，采用真空鍍膜機(jī)，用磁控濺射方法將碳與金屬的復(fù)合靶材沉積在在多孔聚酯纖維的表層和孔隙中。
9.如權(quán)利要求8所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的磁控濺射方法具體工藝步驟為(I)多孔纖維干燥處理；(2)上爐；(3)充氣體；(4)鍍膜；(5)下爐，步驟(3)中，所充氣體為甲烷、乙炔或兩者的混合氣體，步驟(4)中氣體體積流量為400?600SCCM,電流為 6A ?15A。
10.如權(quán)利要求8所述的聚酯纖維吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的碳與金屬的復(fù)合靶材中，碳與金屬的重量百分比為“99.9%:0.01%”至“80%:20%”。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK103551126SQ201310544709
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】錢曉錦, 王亭亭, 姜楓, 萬(wàn)松山, 姜培齊 申請(qǐng)人:江蘇創(chuàng)發(fā)生物科技有限公司