[发明专利]一种多维度亲疏水结构复合纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多维度亲疏水结构复合纳米纤维膜及其制备方法。这种多维度亲疏水结构复合纳米纤维膜包括由上至下依次设置的第一疏水层、第一亲水层、第二亲水层、第二疏水层；其中，第一疏水层和第二疏水层的水接触角分别大于90度，第一亲水层和第二亲水层的水接触角分别小于70度；第二疏水层为纳米纤维基膜。同时也公开了这种多维度亲疏水结构复合纳米纤维膜的制备方法。本发明利用等离子体技术和静电纺丝技术即可制备出多维度亲疏水梯度结构复合纳米纤维膜，且此膜材料可以实现颗粒物的定向吸附固定，具备较好的过滤效果。本发明制备过程安全环保、无废水和废化学试剂产生，制备方法简单易行。

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维膜，特别涉及一种多维度亲疏水结构复合纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

近年来，以可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，这些颗粒污染物不仅降低了空气的能见度，而且还会严重影响人们的身体健康。相比于传统的过滤材料，静电纺丝纳米纤维膜以其稀疏多孔的结构和相对较高的比表面积，在众多过滤材料中性能最为优越。基于颗粒物尺寸的特征，目前技术人员主要从纤维直径、纤维表面结构、纤维结合体的孔隙结构等角度来提高过滤效果，通过在纺丝液中加入无机纳米颗粒、制备多孔纤维、对纳米纤维膜驻极三种方式实现高效低阻。

现有文献中，CN103894077A公开了一种多维度孔隙结构复合过滤膜及其制备方法，该复合过滤膜包括非织造基布和多孔复合纳米纤维层，二者热轧复合，该多孔复合纳米纤维层由聚合物和添加剂组成。

CN105392544A公开了梯度纳米纤维过滤介质，是由多层介质材料形成，多层介质材料包括纳米纤维介质层，其中，多层相互叠层、结合或以其他方式相互复合。该复合过滤介质可以包括至少一个纳米纤维层，纳米纤维层包括几何平均纤维直径为大约100nm至1μm的聚合物介质材料和多个纤维，多个纤维配置为这样的梯度，该纳米纤维层的上游面处的各纤维的几何平均直径与纳米纤维层的下游面处的各纤维的几何平均直径的比值为大约1.1至2.8。

CN106731229A公开了具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，包括基材和设于基材之上的纳米纤维膜，纳米纤维膜中的纳米纤维中分布有驻极功能物质，纳米纤维为多层结构，最外层含有疏水性的聚合物。

众所周知，润湿性是固体材料表面的重要性质之一，技术人员也制备出具有亲/疏水的纳米纤维膜。CN104207390A公开了一种防水透湿膜、其制备方法及防水透湿织物、其制备方法，其中防水透湿膜包括：纳米纤维亲水层，该纳米纤维亲水层由亲水型聚合物经静电纺丝制成；和设置在纳米纤维亲水层上的纳米纤维疏水层，该纳米纤维疏水层由疏水型聚合物经静电纺丝制成。

CN107059251A公开了具有润湿梯度的单向导湿纳米纤维多层复合膜的制备方法，包括以下步骤：将亲水型纳米材料分散于溶剂中，超声使得纳米材料均匀分散，再将亲水型聚合物溶于分散液中，得到纺丝液A1，通过静电纺丝方法在接收基材上沉积一层亲水型纳米纤维膜；将亲水型纳米材料分散于溶剂中，超声使得纳米材料均匀分散，再将亲水型聚合物溶于分散液，得到纺丝液A2；将疏水型聚合物溶于溶剂中，得到纺丝液B1；将两种纺丝液通过静电纺丝方法在亲水型纳米纤维膜上沉积形成至少一层导流层；将疏水型聚合物溶于溶剂中，得到纺丝液B2，通过静电纺丝方法在导流层上沉积一层疏水型纳米纤维膜，得到具有润湿梯度的单向导湿纳米纤维多层复合膜。

对于过滤应用来说，亲/疏水的纳米纤维膜更具有其独特优势。东华大学的研究团队采用聚丙烯腈、二氧化硅、聚偏氟乙烯材料构筑出具有梯度结构的复合纤维膜(Small，2017，13，1603306)，在具有较高过滤效果的同时，也可以实现较好的水汽透过率，这对于个体防护材料来说具有重要意义。

现有技术主要从纤维直径、纤维表面结构、纤维结合体的空隙结构角度来设计纳米纤维过滤膜。仅有的亲/疏水梯度结构也是为了提高水汽透过率，而不是增强过滤和吸附颗粒物。

发明内容