[发明专利]一种树枝状多级结构的空气过滤纳米纤维膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种树枝状多级结构的空气过滤纳米纤维膜的制备方法，所述空气过滤纳米纤维膜由端氨基超支化季铵盐加入聚偏氟乙烯的二甲基乙酰胺/丙酮的复配有机溶剂体系中，一定温度下通过磁力搅拌制备匀质纺丝溶液，继而通过静电纺丝制备得到。本发明基于静电纺丝射流可“劈裂”原理，通过向纺丝液中加入具有高度支化三维立体结构和优异抗菌性的端氨基超支化合物季铵盐，利用纺丝液电导率的增加以及空间位阻效应的作用促进纺丝射流的劈裂，采用静电纺丝技术一步法制备具有丰富树枝状多级结构的空气过滤纳米纤维膜。本发明制备过程简单，树枝状结构覆盖率高，过滤性能好，抗菌性能优异，具有较好应用前景。

技术领域

本发明涉及一种树枝状多级结构的空气过滤纳米纤维膜的制备方法，属于纺织技术领域。

背景技术

大气环境中的污染物包括颗粒、液体、气体及其混合物等，其中细微颗粒具有粒径小，易携带病菌，大气中停留时间长、输送距离远等特点，对人体健康带来了巨大危害。传统的空气过滤材料对于微米级颗粒可起到一定的过滤效果，而对于纳米级颗粒过滤作用较差。利用静电纺丝法制备的仿生树枝状纳米纤维，其结构形如自然界中的树枝，包含主干纤维与分枝纤维。其中主干纤维作为骨架可以提供力学支撑，而分枝纤维能够提供大的比表面积、更小的孔径尺寸以及相互连通的孔结构等，大大提升了材料对微纳颗粒的过滤效果，在空气过滤领域具有广阔的应用前景。目前如何制备出树枝状结构覆盖率大且层级结构分明的空气过滤纳米纤维膜材料是该技术领域发展所关注的焦点。

超支化聚合物是一类具有近似球形结构，富含端基，具有高溶解性、低粘度、高化学反应活性的聚合物。端氨基超支化合物是超支化合物的一个重要分支。由于其表面丰富的氨基存在，可溶于水及有机溶剂，可降解，适宜做交联剂、抗氧化剂、杀菌剂、表面活性剂、流变加工添加剂、功能材料前驱体等。端氨基超支化合物季铵盐是将端氨基超支化合物表面的氨基季胺化或接枝季铵盐侧链得到的聚季铵盐。这类聚合物不仅具有超支化物的基本特征，其结构中的大量正电荷使其具有聚阳离子的典型特征。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种线型半结晶型聚合物，具有优异的机械强度、化学稳定性、压电性、耐热性、抗紫外辐射降解性以及生物相容性，且具有质轻柔软、易成膜等优点。通过静电纺丝法制备的PVDF空气过滤纳米纤维膜是空气过滤材料的良好基材。利用添加各种盐类物质来制备具有树枝状PVDF多级结构空气过滤纳米纤维膜已有相关报道，但这些制备方法产生的树枝状结构覆盖率不高，且空气过滤纳米纤维膜的功能单一。如何高效制备树枝状PVDF多级结构空气过滤纳米纤维膜，提高其枝状结构覆盖率，从而提高纤维膜的过滤效率是本领域的关键技术难点。在有效提高空气过滤纳米纤维膜过滤效率的同时，赋予纤维膜更多的功能性，如在过滤含细菌病毒颗粒物的同时，有效抑制和杀灭有害微生物等，也是本领域技术发展的趋势。

发明内容

本发明提供了一种树枝状多级结构的空气过滤纳米纤维膜的制备方法，通过在聚偏氟乙烯(PVDF)纺丝液中添加具有高度支化三维立体结构的端氨基超支化合物季铵盐(HBP-HTC)，来提升纺丝液电导率，并利用其显著空间位阻效应，一步法制备出树枝状结构丰富，过滤性能好，抗菌性能优异的复合功能纳米纤维空气过滤膜。

具体通过如下技术方案予以实现，包括以下步骤：(1)将二甲基乙酰胺和丙酮复配得到有机溶剂体系；(2)取聚偏氟乙烯加入步骤(1)复配的有机溶剂体系中，并在水浴条件下，磁力搅拌直至得到无色透明状聚偏氟乙烯纺丝液；(3)取端氨基超支化合物季铵盐加入步骤(2)制备的聚偏氟乙烯纺丝液中，于水浴条件下，磁力搅拌直至得到匀质纺丝液；(4)将步骤(3)制备的纺丝液静置脱泡后，进行静电纺丝，即可得到树枝状多级结构的空气过滤纳米纤维膜。

本发明方案中使用的端氨基超支化合物季铵盐(HBP-HTC)是依据中国发明专利“端氨基超支化合物季铵盐及其制备方法”[CN200710191878.8]进行制备的。优选地，如结构式Ι所示:

优选地，所述步骤(1)中，二甲基乙酰胺和丙酮的复配比例为7:3～9:1。