[发明专利]一种多层驻极纳米纤维过滤材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多层驻极纳米纤维过滤材料及其制备方法，其技术方案是，通过电场逐级递增/递减技术，利用静电纺丝用组合式针头实现纺丝聚合物溶液在接收基材上沉积得到纳米纤维，采用回收溶剂蒸汽以一定释放速率对纳米纤维层表面进行微溶处理，纳米纤维层均匀填充有驻极体材料，其纳米纤维层直径分布在垂直于幅宽方向上呈递增或递减排列。本发明的多层驻极纳米纤维过滤材料具有极高的驻极体电荷稳定性，表面静电势为250～7000V，同时具备卓越的过滤性能，对0.03～10μm颗粒物的过滤效率≥99.997％，阻力压降≤39Pa，且使用寿命长，在空气净化器、窗纱、口罩、滤纸等用过滤材料方面发展及应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料及制备方法，具体涉及一种多层驻极纳米纤维过滤材料及其制备方法，属于环保材料领域。

背景技术

近年来，随着科技的进步与工业的不断发展，以资源、能源消耗性为主的重工业迅速发展，这些工业领域所排放的废气温度高且含有的大量的颗粒物，造成了大气的严重污染，对人类健康造成了一定的威胁，空气过滤材料用途极为广泛，例如口罩、空气过滤器、防毒面具等，它们在维护人类的绿色生活和身体健康中逐步占据了重要地位，静电驻极纳米纤维材料可利用电荷的静电力作用捕集尘粒，具有高效、低阻、抗病毒、节能等优点。

专利CN200610130079.5公开了“一种双组份熔喷非织造布及其制造方法”，其并列型双组份熔喷纤维从熔喷模头的喷丝孔汇合喷出之时，在距喷丝模头熔喷纤维喷出方向(即喷丝模头外)的1～3cm处，垂直施加7～15kV的电晕放电，驻极工艺后即可在接收装置上依靠纤维自身的余热加固制成双组份熔喷驻极非织造布；专利CN201610859825.8涉及“一种双介电聚合物共混熔喷纤维驻极非织造材料”，其特征在于熔喷纤维体中包括聚苯乙烯和聚丙烯两种介电聚合物，由于聚苯乙烯和聚丙烯两者的介电特性，在熔喷加工高速剪切过程中二者间相互摩擦带上大量静电，再经电晕放电处理，对亚微米数量级粉尘颗粒的捕集效率高达99.9％以上；专利CN201010241769.4“一种熔喷聚丙烯驻极体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。

上述专利均采用加热或高温处理后在高压电下对高聚物材料实现驻极，虽有一定的驻极效果，一定程度上能提高驻极使用稳定性，但在使用过程中，易受到环境条件影响使电荷耗散，从而导致驻极性能衰减，无法满足实际使用要求，且通过后道驻极工艺处理，降低生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层驻极纳米纤维过滤材料及其制备方法，制备得到的多层驻极纳米纤维过滤材料具有极高的驻极体电荷稳定性，同时具备卓越的过滤性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种多层驻极纳米纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过电场逐级递增/递减技术，利用静电纺丝用组合式针头实现纺丝聚合物溶液在接收基材上沉积得到纳米纤维，采用回收溶剂蒸汽以一定释放速率对纳米纤维层表面进行微溶处理。

优选地，所述电场逐级递增/递减技术为：在幅宽垂直方向上设置不同高压电源的电压，形成多级分布的高压电场；所述纳米纤维直径在10～500nm范围内递增/递减分布。

优选地，所述静电纺丝包括以下步骤：

1)溶液配制：将驻极体材料均匀分散于溶剂中，形成分散液，超声搅拌0.5～2h后，将不同重均分子量的聚合物加入到相应的溶剂中，封口后用磁力搅拌装置连续搅拌3～18小时，如需加热搅拌则放入40～100℃的水浴锅中，最终制备出稳定、均匀的聚合物纺丝液，浓度为4～30wt％；

2)静电纺丝：将制备好的聚合物纺丝液通过供液装置吸入喷丝模块中，设置纺丝参数后进行静电纺丝，其中静电纺丝的工艺条件为：电压10～100kV，灌注速度0.1～8mL/h，接收距离5～80cm，温度20～40℃，相对湿度20～80％。