[发明专利]一种批量化制备静电纺纳米纤维气体过滤材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于静电纺纳米纤维膜应用领域，特别涉及一种采用伞状静电纺丝喷头批量化制备静电纺纳米纤维气体过滤材料的方法。

背景技术

近年来，空气污染问题严重，蔓延我国各大城市，如PM2.5，俗称“雾霾”。过滤产品作为日常防护用品，可以有效抵御PM2.5对人体健康(包括肺炎、气喘和肺功能下降等多种疾病)的威胁。目前市场上的过滤产品包括碳纤维毡垫、高分子织物、无纺布，其中主要有两种占据很大市场份额，一种是非织造布产品，其过滤效率低，难以满足人们对环境高洁净度的要求；一种是非织造布经驻极处理后得到的产品，该产品可以达到高滤效低滤阻的性能要求，但产品在应用过程中具有一定的局限性。首先，驻极产品对离子型颗粒的过滤效率提高明显，但对油性颗粒的过滤效率几乎无明显改善；其次，驻极产品的耐清洗性和耐溶剂性差，采用洗衣粉或洗洁精短时间或采用丙酮或异丙醇浸泡处理后，其过滤效率下降一半以上。

静电纺纳米纤维直径在亚微米和纳米之间，具有比表面积大、孔隙率高、制备过程简单等优点，纺制一定厚度的均匀纳米膜因其高过滤效率的特点迅速引起人们的关注并很快应用到过滤方面。但目前为止，纳米膜在过滤方面有两大应用阻碍，一是产量低，二是阻力高。

近年来关于降低纳米膜滤阻的研究有很多，这些方法主要是加入无机粒子；采用多层薄纳米膜复合。将二氧化钛加入聚砜聚合物溶液进行静电纺丝，聚砜纤维膜出现分层、纤维表面会出现多孔现象，针对300～500nmNacl气溶胶，膜最佳过滤效率可达99.989％，滤阻为117Pa左右[Wang，N.，Si，Y.，Wang，N.，etal.SeparationandPurificationTechnology126：44-51.]。多层薄型聚丙烯腈/二氧化钛纤维复合膜，针对300～500nmNacl气溶胶，膜最佳过滤效率可达99.99％，滤阻为50Pa左右[Wan，HG.，Wang，N.，YangJM.，etal.JournalofColloidandInterfaceScience417：18-26.]。以上两篇文献采用的Nacl气溶胶颗粒直径是本发明采用的5～7倍，且加入二氧化钛一方面会使成本增加；另一方面二氧化钛不会溶于聚合物溶液中，随着纺丝时间的延长，溶液会发生二氧化钛沉淀现象，从而影响二氧化钛分布均匀性，进而影响纳米膜孔隙均匀性，影响纳米膜的过滤效果。

Li等[LiJ.，GaoF，LiuLQ，etal.ExpressPolymerLetters，2013，7(8).]研究了采用无针纺丝方法纺制多层排列的过滤材料，其滤效可达99.95％，且质量小、品质因数高。LeungWWF等[LeungWWF，HungCH.SeparationandPurificationTechnology，2012，92：174-180.]研究了纳米纤维膜与微米级纤维膜叠放次序对复合织物过滤阻力的影响，结果表明当将微米级纳米膜放在上层时，复合织物的过滤阻力较低。但采用多层较薄的纳米膜复合形成高滤效低滤阻的方法，第一，需要多次制作单层纳米膜，工序繁琐；第二，由于纳米纤维纺制过程中，每根纤维所纺在接收板上的位置不可控，越是薄的纳米膜，其均匀性越不易控制，因此多层纳米膜的生产效率不高；第三，由于层与层之间的粘附力比较小，使用过程受限。

近年来关于静电纺纳米纤维在口罩或空气过滤膜上的应用也很多，主要采用驻极或制备复合纳米膜的方式。将静电纺纳米纤维驻极后制备成过滤材料[丁斌等.一种静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法[P].中国专利：ZL201410452788.X，2014-09-05]，因纳米材料驻极复合过滤材料的表面具有高静电势，因此其过滤效率高达99.999％，压阻小于20Pa。但是该方法仅检测了两天内静电散逸情况，过滤材料长期放置后表面电荷是否散逸并没提供；另外该方法并没有解决过滤膜产量低的缺点。通过制备复合纳米纤维膜获得高效低阻过滤膜的方法[丁斌等.高效低阻复合纤维PM2.5过滤膜及静电纺丝制备方法[P].中国专利：ZL201410108986.4，2014-03-24]，可制备得滤效达到95％～99.97％，阻力为20～300Pa的过滤膜。该方法仍未解决过滤膜产量低的缺点。