[發(fā)明專利]一種熔融靜電紡絲技術(shù)生產(chǎn)氣體過濾材料的方法及其應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105780151A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐海濤;李振宇;盧偉鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 徐海濤
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D01F6/62
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及一種熔融靜電紡絲技術(shù)生產(chǎn)可降解氣體過濾材料的方法及其應(yīng)用，屬于納米纖維材料制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著環(huán)境污染的加劇，用于氣體過濾的各種材料越來越多，由此帶來的環(huán)境壓力也在逐年增大。目前，從個人防護(hù)口罩，空氣凈化器濾材，到工業(yè)用除塵袋和生產(chǎn)線環(huán)境凈化設(shè)備濾材，多為聚乙烯、聚丙烯和聚碳酸酯等不可降解塑料為原料的微米纖維過濾材料制品，這些一次性產(chǎn)品如果處理不善，有可能引發(fā)新一輪的“白色污染”。

聚丁二酸丁二醇酯作為具有全生物降解功能的工業(yè)高分子材料具有原料易得，成本低，易于生物降解等優(yōu)勢，而被廣泛應(yīng)用于可降解餐盒、可降解醫(yī)用器械等行業(yè)。使用PBS制造的塑料袋在一般土壤中三個月可以完全降解，將其作為原材料制備納米纖維材料并應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域具有廣闊的前景和巨大的社會效益。

熔融靜電紡絲技術(shù)是近幾年在靜電紡絲技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的納米纖維材料制備方法，與靜電紡絲技術(shù)相比，由于其不使用有機(jī)溶劑，不涉及到大量有機(jī)溶劑的回收利用和凈化環(huán)保問題，具有成本低、產(chǎn)率高、節(jié)能降耗等優(yōu)點(diǎn)。

利用熔融靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維材料具有均一性好，孔隙率高、可不用基底材料直接得到所需納米纖維過濾材料等優(yōu)勢，應(yīng)用于氣體過濾材料具有氣阻小、過濾效率高等傳統(tǒng)微米級過濾材料所不具備的明顯優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明將聚丁二酸丁二醇酯高分子材料與熔融靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合，制備出全新的具全生物降解獨(dú)特優(yōu)勢的納米纖維材料，并將其應(yīng)用于氣體過濾材料制備出個人防護(hù)口罩和空氣凈化器。

本發(fā)明屬于納米纖維制造領(lǐng)域，特別涉及一種以聚丁二酸丁二醇酯高分子為原料制備納米纖維過濾材料的方法。具體步驟為：(1)將聚丁二酸丁二醇酯加熱至熔融狀態(tài)；(2)通過螺桿擠出機(jī)擠出，擠出頭為微米到納米級多孔板；(3)擠出頭與接收板之間有高壓電場，利用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維氣體過濾材料；(5)以此材料作為過濾材料制備防霧霾口罩或者空氣凈化器。

進(jìn)一步，步驟(1)所述的熔融溫度在110-250℃。步驟(2)所述的多孔板的孔的數(shù)目為300-1000個，孔直徑為50納米-20微米。步驟(3)所述的擠出頭與接收板之間的高壓電場為5千伏到20萬伏，擠出頭與接收板之間的距離為1-100厘米。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述的納米纖維過濾材料具有多種用途，可以將上述納米纖維過濾材料按照口罩的制備方法和程序加工成口罩，該口罩能夠用于防霧霾、防粉塵，在極端惡劣天氣條件下、惡劣工況條件下以及普通防護(hù)條件下佩戴。

此外，還可以將所述的納米纖維過濾材料加工成為規(guī)定尺寸，用于空調(diào)或空氣凈化器的濾芯，或用作空調(diào)或空氣凈化器的濾芯，或作為制作防霧霾紗窗的材料。

通常熔融靜電紡絲技術(shù)是基于溶液靜電紡絲技術(shù)發(fā)展而來。與溶液靜電紡絲技術(shù)相比，本發(fā)明熔融靜電紡絲技術(shù)的產(chǎn)量較高且可以解決溶液靜電紡絲過程中溶劑揮發(fā)對環(huán)境造成的危害。在熔融靜電紡絲過程，熔體通過擠出頭后，在高壓電場的牽引下向接收板移動。提高溫度使得熔體粘度降低，在相同的電壓下，熔體粘度的降低(溫度升高)，纖維直徑減小。當(dāng)熔體粘度固定時，提高電壓可以有效的增加熔體射流的牽引力，繼而降低纖維直徑，反之，纖維直徑增加。同時，當(dāng)溫度和電壓保持恒定，熔體的分子量對熔體粘度和纖維直徑有直接影響，提高熔體的分子量，熔體分子鏈之間的纏繞力增強(qiáng)，從而導(dǎo)致熔體粘度增加且纖維直徑增加，反之，纖維直徑降低。

本發(fā)明與傳統(tǒng)熔融紡絲相比，增加了高壓電場組件，通過高壓電場力將紡絲拉細(xì)，比傳統(tǒng)紡絲技術(shù)制備的纖維更細(xì)可以達(dá)到納米量級，所制備的纖維材料具有更高的孔隙率和比表面積，用作微納米顆粒過濾材料具有更高的過濾效率和更低的氣阻。如果在同樣過濾效率下，可以節(jié)約生產(chǎn)原料，所用材料是傳統(tǒng)過濾材料的10％-50％。

此外，本發(fā)明采用了可生物降解的聚合物——丁二酸丁二醇酯(Poly(butylenesuccinate))，一般縮寫為PBS，其分子式為HO-(CO-(CH₂)2-CO-O-(CH₂)4-O)_n-H是一種由丁二酸(succinicacid)和1,4-丁二醇(butanediol)合成的可生物降解聚合物，具有價格低廉，耐熱性能及力學(xué)性能好，和加工性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。易被自然界的多種微生物或動植物體內(nèi)的酶分解、代謝，微生物首先侵蝕聚酯的表面，然后由微生物分泌的酶對聚酯中的酯鍵發(fā)生作用使其水解，最終分解為二氧化碳和水，是典型的可完全降解的生物降解性的聚酯塑料。

附圖說明