[发明专利]一种熔融静电纺丝技术生产气体过滤材料的方法及其应用

说明书

技术领域

本专利涉及一种熔融静电纺丝技术生产可降解气体过滤材料的方法及其应用，属于纳米纤维材料制造领域。

背景技术

随着环境污染的加剧，用于气体过滤的各种材料越来越多，由此带来的环境压力也在逐年增大。目前，从个人防护口罩，空气净化器滤材，到工业用除尘袋和生产线环境净化设备滤材，多为聚乙烯、聚丙烯和聚碳酸酯等不可降解塑料为原料的微米纤维过滤材料制品，这些一次性产品如果处理不善，有可能引发新一轮的“白色污染”。

聚丁二酸丁二醇酯作为具有全生物降解功能的工业高分子材料具有原料易得，成本低，易于生物降解等优势，而被广泛应用于可降解餐盒、可降解医用器械等行业。使用PBS制造的塑料袋在一般土壤中三个月可以完全降解，将其作为原材料制备纳米纤维材料并应用于环保领域具有广阔的前景和巨大的社会效益。

熔融静电纺丝技术是近几年在静电纺丝技术的基础上发展起来的纳米纤维材料制备方法，与静电纺丝技术相比，由于其不使用有机溶剂，不涉及到大量有机溶剂的回收利用和净化环保问题，具有成本低、产率高、节能降耗等优点。

利用熔融静电纺丝技术制备的纳米纤维材料具有均一性好，孔隙率高、可不用基底材料直接得到所需纳米纤维过滤材料等优势，应用于气体过滤材料具有气阻小、过滤效率高等传统微米级过滤材料所不具备的明显优势。

发明内容

本发明将聚丁二酸丁二醇酯高分子材料与熔融静电纺丝技术相结合，制备出全新的具全生物降解独特优势的纳米纤维材料，并将其应用于气体过滤材料制备出个人防护口罩和空气净化器。

本发明属于纳米纤维制造领域，特别涉及一种以聚丁二酸丁二醇酯高分子为原料制备纳米纤维过滤材料的方法。具体步骤为：(1)将聚丁二酸丁二醇酯加热至熔融状态；(2)通过螺杆挤出机挤出，挤出头为微米到纳米级多孔板；(3)挤出头与接收板之间有高压电场，利用静电纺丝技术制备纳米纤维气体过滤材料；(5)以此材料作为过滤材料制备防雾霾口罩或者空气净化器。

进一步，步骤(1)所述的熔融温度在110-250℃。步骤(2)所述的多孔板的孔的数目为300-1000个，孔直径为50纳米-20微米。步骤(3)所述的挤出头与接收板之间的高压电场为5千伏到20万伏，挤出头与接收板之间的距离为1-100厘米。

进一步，本发明所述的纳米纤维过滤材料具有多种用途，可以将上述纳米纤维过滤材料按照口罩的制备方法和程序加工成口罩，该口罩能够用于防雾霾、防粉尘，在极端恶劣天气条件下、恶劣工况条件下以及普通防护条件下佩戴。

此外，还可以将所述的纳米纤维过滤材料加工成为规定尺寸，用于空调或空气净化器的滤芯，或用作空调或空气净化器的滤芯，或作为制作防雾霾纱窗的材料。

通常熔融静电纺丝技术是基于溶液静电纺丝技术发展而来。与溶液静电纺丝技术相比，本发明熔融静电纺丝技术的产量较高且可以解决溶液静电纺丝过程中溶剂挥发对环境造成的危害。在熔融静电纺丝过程，熔体通过挤出头后，在高压电场的牵引下向接收板移动。提高温度使得熔体粘度降低，在相同的电压下，熔体粘度的降低(温度升高)，纤维直径减小。当熔体粘度固定时，提高电压可以有效的增加熔体射流的牵引力，继而降低纤维直径，反之，纤维直径增加。同时，当温度和电压保持恒定，熔体的分子量对熔体粘度和纤维直径有直接影响，提高熔体的分子量，熔体分子链之间的缠绕力增强，从而导致熔体粘度增加且纤维直径增加，反之，纤维直径降低。

本发明与传统熔融纺丝相比，增加了高压电场组件，通过高压电场力将纺丝拉细，比传统纺丝技术制备的纤维更细可以达到纳米量级，所制备的纤维材料具有更高的孔隙率和比表面积，用作微纳米颗粒过滤材料具有更高的过滤效率和更低的气阻。如果在同样过滤效率下，可以节约生产原料，所用材料是传统过滤材料的10％-50％。

此外，本发明采用了可生物降解的聚合物——丁二酸丁二醇酯(Poly(butylenesuccinate))，一般缩写为PBS，其分子式为HO-(CO-(CH₂)2-CO-O-(CH₂)4-O)_n-H是一种由丁二酸(succinicacid)和1,4-丁二醇(butanediol)合成的可生物降解聚合物，具有价格低廉，耐热性能及力学性能好，和加工性能优异等优点。易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，微生物首先侵蚀聚酯的表面，然后由微生物分泌的酶对聚酯中的酯键发生作用使其水解，最终分解为二氧化碳和水，是典型的可完全降解的生物降解性的聚酯塑料。

附图说明