[发明专利]一种静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法，特别是提供一种在纳米纤维成型后使其瞬间降温“冻结”极化电荷和空间电荷的静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法。 

背景技术

高性能静电纺纳米纤维过滤材料需具有高效率、低阻力的特点，但常规的过滤材料依靠材料本身的结构特点(孔径尺寸、堆积密度等)实现对颗粒的有效过滤，通常在具有高效率的同时也具有很高的压阻，致使过滤性能较差，因而仅靠纤维本身的结构特点很难实现过滤效率和压阻的有效平衡及高效率、低阻力的目标。而静电吸附作用(驻极材料)的引入可以在原有滤料结构效率的基础上大幅度提高静电吸附力对颗粒的拦截作用从而提高过滤效率，同时又保证低压阻的特点。 

目前纤维驻极材料的研究、开发及生产主要采用高压电晕放电以及热极化的方式，其虽然能较好的驻极纤维滤料，但其同时也存在诸多缺点，例如：驻极性能不稳定，所产生电荷以在纤维表层的空间电荷为主且易失效，设备复杂，成本高等。公开的利用电晕放电以及热极化制备驻极纤维过滤材料的专利有：专利CN 1427430 A公开了一种“具有超高充电稳定性的多层驻极体及其制造方法”，其通过高温加热金属片上的FEP膜并在其上施加高压电，使其熔融粘接，后冷却完成驻极体，最后用电荷充电冷却的驻极体；专利CN 101071683 A公开了“一种驻极体的极化方法”，其通过升温融化高分子薄膜，并对其施加外电场进行驻极，最后降温完成驻极过程；专利CN 101905101 A公开了“一种熔喷聚丙烯驻极过滤材料的制备方法”，其通过高速热空气将挤出喷丝孔的熔体吹成超细的纤维，同时使纤维通过电晕放电装置的电极，完成驻极；专利CN 103240945 A公开了“一种复合聚合物驻极体的制备方法”采用电晕极化或热极化方法对复合膜驻极。这些专利技术均采用加热或高温处理后在高压电下驻极聚合物材料，虽有一定的驻极效果，能够在一定程度上提高驻极使用稳定性，但是由于降温过程均为自然冷却且仅降至室温，导致降温过程中出现极化电荷“退极化”的现象以及空间电荷的逸散，且在使用过程中，易受到环境条件影响致使电荷性能衰减，从而导致驻极性能无法满足实际使用要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法，特别是提供一种 热极化的静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法，静电纺是一种利用高压电进行纺丝的纳米纤维制备技术同时也是一种纳米纤维驻极技术，其相比于电晕放电以及热极化驻极技术的优势在于纺丝的过程中即可将大量空间电荷注入纤维当中，而空间电荷易被纤维内部的深陷阱捕获，同时可诱导偶极极化而产生极化电荷，驻极效果长效持久，而在静电纺丝的同时辅助加热所纺聚合物溶液，使其产生一定的“热极化效果”，并在纳米纤维成型后使其瞬间降温至0°以下，以冻结极化电荷和空间电荷，防止“退极化”现象以及空间电荷的逸散，因而静电纺丝法可一步成型制备纳米纤维驻极过滤材料，且具有优异的驻极效果。 

本发明的具体实施步骤为： 

1)配制一定浓度(3～40％)的聚合物溶液或两种、三种聚合物的混合物溶液或至少含有一种无机纳米颗粒的聚合物溶液、两种、三种聚合物的混合物溶液。不同聚合物溶液分别的配制过程：①不含有无机纳米颗粒的聚合物溶液配制过程为：直接将一定量的一种、两种或三种聚合物加入到相应的溶剂当中，并用磁力搅拌装置连续搅拌3-20小时，制备出均匀、稳定的溶液；②含有无机纳米颗粒的聚合物配制过程为：先将无机纳米颗粒加入溶剂中，并超声0.5-15个小时，然后将一定量的一种、两种或三种聚合物加入其中，并用磁力搅拌装置连续搅拌3-20小时，配制成均匀、稳定的溶液。 

2)将一定浓度(3～40％)的聚合物溶液或含无机纳米颗粒的聚合物溶液吸入喷丝模块中，其中喷丝模块连接温控装置(温度范围：30～120℃),可使喷丝模块里的溶液保持在一定温度下，同时喷丝模块里含有在线搅拌装置，目的是使无机纳米颗粒均匀分散于聚合物中，防止团聚。