[發明專利]一種靜電紡納米纖維空氣過濾材料及制備方法

在審

• 申請號: 201610212835.2
• 申請日: 2016-04-07
• 公開（公告）號: CN105749767A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 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;上海科滌環保科技有限公司
• 主分類號: B01D71/42
• 分類號: B01D71/42;B01D71/58;B01D71/30;B01D71/56;B01D71/28;B01D71/74;B01D71/34;B01D71/26;B01D69/02;B01D67/00;D04H1/728;D04H1/76;D04H1/4382
• 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

本發明涉及一種靜電紡納米纖維空氣過濾材料及制備方法，尤其是以不同種類及結構的高分子材料為原料，采用三維自由液面靜電紡絲的方法批量制備納米纖維膜，所制備的納米材料可應用于個人防塵口罩、空氣凈化器、空調過濾器、汽車過濾器等空氣過濾產品。

背景技術

空氣過濾材料可有效攔截空氣中的有害粉塵顆粒物，以滿足人們生活及工業生產的潔凈空間需求。目前，應用于空氣過濾設施及設備的材料主要包括超細玻璃纖維、碳纖維氈墊、高分子織物、及熔噴非織造產品等。其中熔噴無紡布，尤其是經駐極處理的無紡布材料以其較高的過濾效率及相對較低的壓降占據了同類產品的主流市場，但該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。

與上述空氣過濾材料相比，基于靜電紡絲法制備的納米纖維，具有比表面積大、孔隙率高、制備過程簡單等優點，借住機械攔截即可高效濾除PM2.5、花粉、病毒等有害顆粒物。但目前為止，納米纖維膜在過濾方面有兩大技術壁壘，一是產量低，二是阻力高，透氣性差。

為解決納米纖維在空氣過濾材料應用過程中所存在的阻力高、透氣性差的問題，國內外諸多研究機構提出了一些解決方法。比如在聚合物溶液中添加二氧化鈦，經靜電紡絲后，所得到的纖維膜表面形貌出現多孔結構，使其過濾效率增加，濾阻下降[Wang，N.，Si，Y.，Wang，N.，etal.SeparationandPurificationTechnology126：44-51.]。但添加無機顆粒的方法一方面會使成本增加；另一方面，顆粒物的沉降會導致噴頭阻塞，影響影響納米纖維膜孔隙的均勻度及膜的過濾性能。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％，阻力有所下降。但采用多層復合工藝的方法，工序較繁瑣，生產效率較低。丁斌等通過調控紡絲裝置電壓制備出的納米纖維膜阻力較低，但該方法采用針式噴頭，較難實現批量化工業生產。基于上述基于靜電紡絲的方法制備空氣過濾材料所存在的優勢與缺陷，需開發一種可以批量化生產納米纖維膜，并賦予納米材料較高過濾效率，較低過濾阻力及良好的透氣性能的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種靜電紡納米纖維空氣過濾材料及其制備方法，即采用三維自由液面靜電紡絲法批量化制備納米纖維膜，并賦予納米材料過濾效率高、過濾阻力低、透氣透濕性能好等優勢。本發明所涉及的納米纖維膜作為防顆粒物口罩使用時，與目前同類市場采用的普通無紡布及駐極+無紡布產品相比，過濾效率更高，可達99.99％，超越美國NIOSHN95標準及中國GB26262006KN95標準。相關產品作為空氣凈化器、空調過濾器、汽車過濾器等過濾設施使用時，與同類市場采用的超細玻璃纖維膜及熔噴纖維非制造布相比，濾效更高，能耗更低，可耐高溫。有效克服玻璃纖維膜過濾效率一般、機械性能差及致癌隱患等缺陷。

本發明提供了一種靜電紡納米纖維空氣過濾材料及其制備方法，其特征在于，所述空氣過濾材料的濾效不低于95～99.55％，濾阻不高于20mmH₂O，壓降為100～150Pa，壓降指納米纖維膜前后表面的壓力差，透氣性為250～356L·m^-2·s^-1，透濕性為2～10.5m²·Pa/w。

優選地，所述空氣過濾材料在采用75nmNacl氣溶膠、流速為85L/Min的實驗條件下，其濾效為95～99.55％，濾阻為17～31mmH₂O。

本發明還提供了上述靜電紡納米纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟1)：將高分子聚合物溶于溶劑中，制備低黏度溶液；

步驟2)：在低速滾筒，連續供液和低橫移速度條件下將上述紡絲溶液進行靜電紡絲，得到窄分布、微取向納米纖維膜；

步驟3)：將得到的納米纖維膜靜置2h后放入真空干燥箱，低溫烘干后再靜置10～12h，得到的納米纖維膜制備成空氣過濾產品，包括口罩或空氣過濾膜。

優選地，所述步驟1)中的高分子聚合物為任意可用于靜電紡絲的聚合物的一種或幾種，包括聚丙烯腈、聚天冬氨酸、聚氯乙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、殼聚糖、聚偏氟乙烯、尼龍6等的一種或幾種。