高效低阻復(fù)合纖維pm2.5過濾膜及靜電紡絲制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效低阻復(fù)合纖維PM2.5過濾膜及靜電紡絲制備方法，屬于新材料【技術(shù)領(lǐng)域】。該復(fù)合纖維過濾膜是通過一種簡單、節(jié)能和易量化生產(chǎn)的靜電紡絲方法制備。所制備的復(fù)合纖維過濾膜具有比表面積大、孔隙率高和纖維直徑可控等優(yōu)點(diǎn)。該復(fù)合纖維過濾膜對空氣中PM2.5的過濾效率可達(dá)到95%~99.97%，阻力壓降為20~300Pa。該復(fù)合纖維過濾膜制備方法簡單?能耗低，具有過濾效率高和阻力壓降低的優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的空氣過濾凈化材料，可應(yīng)用于制作N95、N99和N100等口罩和空氣凈化器等設(shè)備。
【專利說明】高效低阻復(fù)合纖維PM2. 5過濾膜及靜電紡絲制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，特別涉及一種高效低阻復(fù)合纖維PM2. 5過濾膜及靜電紡 絲制備方法。

【背景技術(shù)】
[000引空氣細(xì)顆粒物（PM2. 5)是指空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于2. 5 y m的顆粒物。 細(xì)顆粒物粒徑小，在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，且可含大量有毒、有害物質(zhì)，對大氣 環(huán)境質(zhì)量和人體健康危害巨大。細(xì)顆粒物直徑越小，進(jìn)入呼吸道的部位越深，10 y m直徑的 顆粒物通常沉積在上呼吸道，而2 ymW下的細(xì)顆粒物則可深入到細(xì)支氣管和肺泡。進(jìn)入 肺泡后的細(xì)顆粒物將直接影響肺的通氣功能，使機(jī)體容易處在缺氧狀態(tài)，引發(fā)肺炎、氣喘和 肺功能下降等多種疾病。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)顆粒物對人體的免疫、嬰幼兒的生長發(fā)育和神經(jīng)系統(tǒng) 等都有嚴(yán)重影響。因此，生產(chǎn)PM2. 5過濾膜具有重要意義。
[0003] 傳統(tǒng)的空氣過濾材料主要有烙噴纖維、玻璃纖維和紡粘纖維。傳統(tǒng)過濾材料由微 米級纖維組成，纖維直徑大，過濾效率低，不適合用于PM2. 5的過濾，而且其生產(chǎn)能耗高。在 過濾材料中，使用納米尺寸的纖維，是新型過濾材料發(fā)展的趨勢。納米纖維可通過拉伸、模 板合成、相分離、自組裝和靜電紡絲等制備。靜電紡絲是現(xiàn)在唯一可W連續(xù)和大量制備納米 纖維的技術(shù)。其制備的納米纖維具有纖維直徑小、比表面積大和長徑比大等特點(diǎn)，由其構(gòu)建 的納米纖維膜具有納米級的微孔和相互貫通的多孔通道，因此，擁有高孔隙率和良好的空 氣透過性，在空氣過濾【技術(shù)領(lǐng)域】引起廣泛關(guān)注和應(yīng)用。
[0004] 本發(fā)明通過靜電紡絲方法制備出多種復(fù)合纖維濾膜，用該濾膜作為過濾層具有對 空氣中PM2. 5高達(dá)99. 97%的過濾效率，而且在85 L/min的測試流速下阻力壓降低。該復(fù) 合纖維濾膜制備簡單、能耗低，具有過濾效率高和阻力壓降低的優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的空氣 過濾凈化材料，可應(yīng)用于制作N95標(biāo)準(zhǔn)及W上口罩和空氣凈化器等設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種制備方法簡單、耗能低和易批量生產(chǎn)(產(chǎn)業(yè)化）的復(fù)合纖 維過濾膜，該復(fù)合纖維濾膜對PM2. 5具有高過濾效率和低阻力壓降優(yōu)點(diǎn)。將此復(fù)合纖維過 濾膜作為口罩或空氣過濾設(shè)備中的主導(dǎo)過濾層，使制作的口罩或空氣過濾設(shè)備去除PM2. 5 效率高，保護(hù)人們免受PM2. 5污染，有效地提高人類生活環(huán)境質(zhì)量。
[0006] 選用適合的聚合物，采用靜電紡絲技術(shù)，通過調(diào)節(jié)靜電紡絲過程參數(shù)，制備出具有 對PM2. 5高效過濾的復(fù)合纖維過濾膜，具體步驟如下： 1)紡絲液的配制：將2. 04-66. 67 g聚合物溶解于100 g合適的溶劑中，在常溫或一定 溫度水浴中攬拌至聚合物完全溶解，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-40 %的聚合物溶液。
[0007] 2)靜電紡絲過程；將步驟1)中的紡絲溶液加入到儲液罐中，進(jìn)行靜電紡絲。首先， 在接收電極板上附一層基底層；然后，在發(fā)射電極上施加一定電壓，接收電極板接地或施加 一定反向電壓，通過調(diào)節(jié)正負(fù)電壓壓差、噴絲電極到接收電極間距和環(huán)境溫濕度等，制備負(fù) 載不同形貌納米纖維的復(fù)合纖維過濾膜。制備的復(fù)合纖維過濾膜經(jīng)干燥后備用，也可再附 上其它基底層，組成由基底層、納米纖維、基底層構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，用于制作N95標(biāo)準(zhǔn)W上 的口罩和空氣凈化器等設(shè)備。
[000引本發(fā)明的負(fù)載納米纖維的復(fù)合纖維濾膜過濾PM2. 5的原理如下： 根據(jù)經(jīng)典的過濾理論，在纖維過濾材料的穩(wěn)定階段，過濾過程中有5種主要的捕捉微 粒的機(jī)理：攔截效應(yīng)、慣性沉積、布朗擴(kuò)散、重力沉降和靜電效應(yīng)。微粒捕捉是幾種機(jī)理共同 作用的結(jié)果，其中一種或幾種機(jī)理起主要作用。
[0009] 靜電紡絲納米纖維直徑大小與空氣分子的平均自由程相當(dāng)，當(dāng)含有細(xì)顆粒的氣流 通過靜電紡絲納米纖維時(shí)，氣體能在纖維表面發(fā)生滑移，通過前后所產(chǎn)生的壓力降損失大 大減小。通常用品質(zhì)因數(shù)來綜合評價(jià)過濾介質(zhì)的過濾性能。品質(zhì)因數(shù)定義為：

【權(quán)利要求】
1. 一種高效低阻復(fù)合纖維PM2. 5過濾膜及靜電紡絲制備方法，其特征在于：其具體步 驟如下： 紡絲液的配制：將2. 04-66. 67 g干燥的聚合物溶解于100 g相應(yīng)的溶劑中，在常溫或 一定溫度攪拌至聚合物完全溶解，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-40 %的聚合物溶液； 靜電紡絲過程：將步驟1)中的紡絲溶液加入到儲液罐中，進(jìn)行靜電紡絲，首先，在接收 電極板上附上一層基底層；然后，在發(fā)射電極上施加一定電壓，接收電極板接地或者施加一 個(gè)反向電壓；通過正負(fù)電壓差調(diào)節(jié)、發(fā)射電極到接收電極板距離調(diào)整和環(huán)境溫、濕度控制， 制備不同結(jié)構(gòu)和形貌的復(fù)合纖維過濾膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效低阻復(fù)合纖維PM2. 5過濾膜及靜電紡絲制備方法，其特 征在于：所述聚合物包含聚酰胺(尼龍-6、尼龍-6, 6、尼龍-4、尼龍-6, 10和嵌段共聚物聚 酰胺等)、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氨酯尿素、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚對苯二甲酸 乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酸、聚砜和聚醚砜等其中的 一種或混合物，以及其改性聚合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效低阻復(fù)合纖維PM2. 5過濾膜及靜電紡絲制備方法，其特 征在于：所述溶劑包含水、甲酸、乙酸、三氟乙酸、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙 酰胺、二氯乙烷、氯仿、四氫呋喃、丙酮、甲苯、丁酮和異丙醇，或其混合溶劑等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效低阻復(fù)合纖維PM2. 5過濾膜及靜電紡絲制備方法，其特 征在于：所述基底層可為紡粘、針刺或熔噴無紡布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效低阻復(fù)合纖維PM2. 5過濾膜及靜電紡絲制備方法，其 特征在于：所述復(fù)合纖維膜過濾膜對PM2. 5的過濾效率可達(dá)到959T99. 97%，壓降為2(T300 Pa〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效低阻復(fù)合纖維PM2. 5過濾膜及靜電紡絲制備方法，其特 征在于：制備的復(fù)合纖維過濾膜經(jīng)干燥后，可用于制作N95標(biāo)準(zhǔn)以上的口罩和空氣凈化器 等設(shè)備；也可再附上其它基底層，組成由無紡布基底層、靜電紡絲納米纖維和其它基底層構(gòu) 成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于制作N95標(biāo)準(zhǔn)以上的口罩和空氣凈化器等設(shè)備。
【文檔編號】B01D39/16GK104436865SQ201410108986
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】鄭煜銘, 吳仁香, 陳澍 申請人:福建省貝思達(dá)環(huán)保投資有限公司, 中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所