[發明專利]一種批量化制備靜電紡納米纖維氣體過濾材料的方法

無效

• 申請號: 201510434271.2
• 申請日: 2015-07-22
• 公開（公告）號: CN105133187A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 覃小紅;婁莉華;張弘楠;凌超;趙曉
• 申請（專利權）人: 東華大學;上?？茰飙h?？萍加邢薰?/a>
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;B01D39/16;D01D5/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明屬于靜電紡納米纖維膜應用領域，特別涉及一種采用傘狀靜電紡絲噴頭批量化制備靜電紡納米纖維氣體過濾材料的方法。

背景技術

近年來，空氣污染問題嚴重，蔓延我國各大城市，如PM2.5，俗稱“霧霾”。過濾產品作為日常防護用品，可以有效抵御PM2.5對人體健康(包括肺炎、氣喘和肺功能下降等多種疾病)的威脅。目前市場上的過濾產品包括碳纖維氈墊、高分子織物、無紡布，其中主要有兩種占據很大市場份額，一種是非織造布產品，其過濾效率低，難以滿足人們對環境高潔凈度的要求；一種是非織造布經駐極處理后得到的產品，該產品可以達到高濾效低濾阻的性能要求，但產品在應用過程中具有一定的局限性。首先，駐極產品對離子型顆粒的過濾效率提高明顯，但對油性顆粒的過濾效率幾乎無明顯改善；其次，駐極產品的耐清洗性和耐溶劑性差，采用洗衣粉或洗潔精短時間或采用丙酮或異丙醇浸泡處理后，其過濾效率下降一半以上。

靜電紡納米纖維直徑在亞微米和納米之間，具有比表面積大、孔隙率高、制備過程簡單等優點，紡制一定厚度的均勻納米膜因其高過濾效率的特點迅速引起人們的關注并很快應用到過濾方面。但目前為止，納米膜在過濾方面有兩大應用阻礙，一是產量低，二是阻力高。

近年來關于降低納米膜濾阻的研究有很多，這些方法主要是加入無機粒子；采用多層薄納米膜復合。將二氧化鈦加入聚砜聚合物溶液進行靜電紡絲，聚砜纖維膜出現分層、纖維表面會出現多孔現象，針對300～500nmNacl氣溶膠，膜最佳過濾效率可達99.989％，濾阻為117Pa左右[Wang，N.，Si，Y.，Wang，N.，etal.SeparationandPurificationTechnology126：44-51.]。多層薄型聚丙烯腈/二氧化鈦纖維復合膜，針對300～500nmNacl氣溶膠，膜最佳過濾效率可達99.99％，濾阻為50Pa左右[Wan，HG.，Wang，N.，YangJM.，etal.JournalofColloidandInterfaceScience417：18-26.]。以上兩篇文獻采用的Nacl氣溶膠顆粒直徑是本發明采用的5～7倍，且加入二氧化鈦一方面會使成本增加；另一方面二氧化鈦不會溶于聚合物溶液中，隨著紡絲時間的延長，溶液會發生二氧化鈦沉淀現象，從而影響二氧化鈦分布均勻性，進而影響納米膜孔隙均勻性，影響納米膜的過濾效果。

Li等[LiJ.，GaoF，LiuLQ，etal.ExpressPolymerLetters，2013，7(8).]研究了采用無針紡絲方法紡制多層排列的過濾材料，其濾效可達99.95％，且質量小、品質因數高。LeungWWF等[LeungWWF，HungCH.SeparationandPurificationTechnology，2012，92：174-180.]研究了納米纖維膜與微米級纖維膜疊放次序對復合織物過濾阻力的影響，結果表明當將微米級納米膜放在上層時，復合織物的過濾阻力較低。但采用多層較薄的納米膜復合形成高濾效低濾阻的方法，第一，需要多次制作單層納米膜，工序繁瑣；第二，由于納米纖維紡制過程中，每根纖維所紡在接收板上的位置不可控，越是薄的納米膜，其均勻性越不易控制，因此多層納米膜的生產效率不高；第三，由于層與層之間的粘附力比較小，使用過程受限。

近年來關于靜電紡納米纖維在口罩或空氣過濾膜上的應用也很多，主要采用駐極或制備復合納米膜的方式。將靜電紡納米纖維駐極后制備成過濾材料[丁斌等.一種靜電紡納米纖維駐極過濾材料及其制備方法[P].中國專利：ZL201410452788.X，2014-09-05]，因納米材料駐極復合過濾材料的表面具有高靜電勢，因此其過濾效率高達99.999％，壓阻小于20Pa。但是該方法僅檢測了兩天內靜電散逸情況，過濾材料長期放置后表面電荷是否散逸并沒提供；另外該方法并沒有解決過濾膜產量低的缺點。通過制備復合納米纖維膜獲得高效低阻過濾膜的方法[丁斌等.高效低阻復合纖維PM2.5過濾膜及靜電紡絲制備方法[P].中國專利：ZL201410108986.4，2014-03-24]，可制備得濾效達到95％～99.97％，阻力為20～300Pa的過濾膜。該方法仍未解決過濾膜產量低的缺點。