納米纖維過濾材料及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種納米纖維過濾材料及其制備方法，屬于過濾材料技術領域。該制備方法包括以下步驟：制備紡絲液：將欲紡絲的聚合物溶解于極性非質子溶劑中，制得聚合物質量分數為0.5％?15％的紡絲液；靜電紡絲：將上述紡絲液加入到靜電紡絲機的噴絲液槽中，控制靜電紡絲條件為：電壓為10kV?40kV，出絲口到接絲輥的距離為10cm?25cm，進行靜電紡絲，將納米纖維絲直接復合至纖維基底層上，形成納米纖維層，即得。上述納米纖維過濾材料的制備方法，通過靜電紡絲技術制備納米纖維層，得到的過濾材料具有高比表面積、吸附能力強、孔徑小、阻隔能力高、質量輕、透氣性能好等優點。可廣泛用于過濾使用，特別適合用于制備防病毒口罩。

【技術實現步驟摘要】


本專利技術涉及過濾材料
，特別是涉及一種納米纖維過濾材料及其制備方法。

技術介紹

隨著環境污染的日益嚴重，大氣中直徑≤10微米的可吸入顆粒物和直徑≤2.5微米的可入肺顆粒物等這些顆粒物越來越多，而隨著科學技術的發展，研究表明這些顆粒可附著細菌和病毒及重金屬等，其對人類健康的危害已經被證實是極其嚴重的。
通常，病毒顆粒物的直徑在200nm左右，目前市場上的空氣過濾材料對微小可入肺顆粒物以及細菌、病毒、重金屬等這些直徑極小且對人類健康危害極其嚴重的顆粒物的防護效果欠佳。特別是在病毒高發季節和嚴重危害區域，現有技術生產的過濾材料制備的口罩、防護服等，對細菌、病毒以及微小顆粒物的過濾消毒低，不具備真正的抗菌、殺毒等功能，不能很好的維護人類的身體健康。
納米材料具有尺寸直徑小、比表面積大、表面自由能高、吸附力強等功能，具有很好的過濾效果。而通過靜電紡絲技術制備納米纖維材料的技術發展迅速，通過靜電紡絲技術制備的納米纖維薄膜具有高比表面積、吸附能力強、孔徑小、阻隔能力高、質量輕、透氣性能好等優點。但是如何將靜電紡絲技術落實到生產中，得到一種過濾效果好的納米纖維過濾材料，并將其運用到口罩的制備中，依然是人們研究的目標。

技術實現思路

基于此，有必要針對上述問題，提供一種納米纖維過濾材料及其制備方法，采用該方法制備得到的納米纖維過濾材料，具有較好的過濾效果，能夠過濾100nm以上的顆粒物，進而達到過濾病毒的效果。
一種納米纖維過濾材料的制備方法，包括以下步驟：
制備紡絲液：將欲紡絲的聚合物溶解于極性非質子溶劑中，制得聚合物質量分數為0.5％-15％的紡絲液；
靜電紡絲：將上述紡絲液加入到靜電紡絲機的噴絲液槽中，控制靜電紡絲條件為：電壓為10kV-40kV，出絲口到接絲輥的距離為10cm-25cm，進行靜電紡絲，將納米纖維絲直接復合至纖維基底層上，形成納米纖維層，即得。
上述納米纖維過濾材料的制備方法，通過靜電紡絲技術制備納米纖維層，得到的過濾材料具有高比表面積、吸附能力強、孔徑小、阻隔能力高、質量輕、透氣性能好等優點。
在其中一個實施例中，所述紡絲液中的聚合物質量分數為7.5％-15％，出絲口到接絲輥的距離為10cm-15cm。
在其中一個實施例中，所述紡絲液中，還包括質量分數為1％-10％的導電促進劑，所述導電促進劑選自：納米活性炭顆粒、聚N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、和聚乙烯醇中的至少一種。在紡絲液中添加上述導電促進劑，能夠提高紡絲液的導電性，使制備得到的納米纖維更加纖細和均勻，又不影響最后納米纖維的過濾性能。
在其中一個實施例中，所述納米活性炭顆粒的粒徑為50nm-250nm；所述聚N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、和聚乙烯醇的數均分子量范圍為600-20000。采用上述特定的導電促進劑，具有較好的應用前景。具體來說：對于納米活性炭顆粒，其具有導電性好的優點，并且，進入纖維內部后會固定下來，不會由于脫落造成不良影響；對于水溶性的聚N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、和聚乙烯醇，在紡絲完成后，能夠方便的將其通過水洗的方式去除，避免加入的導電促進劑帶來一些不良影響。如將該納米纖維過濾材料用于制備口罩，所加入的導電促進劑可能會進入呼吸系統，從而對人體健康產生影響。因此，使用上述特定的導電促進劑，能夠在后序工序中，簡單通過水洗去除，得到健康、無毒害作用的過濾材料。
在其中一個實施例中，所述紡絲液中，還包括質量分數為0.5％-3％的抗毒殺菌劑，所述抗毒殺菌劑選自：粒徑為100nm-150nm的氧化銀、氧化銅、和氧化鋅中的至少一種。在紡絲液中加入上述抗毒殺菌劑，使制備出來的納米纖維表面就固定了上述抗毒殺菌劑，具有直接抗毒殺菌的作用。
在其中一個實施例中，所述極性非質子溶劑選自：N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、二乙基乙酰胺、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、六甲基磷酸銨、三氯乙醇、和四甲基脲中的至少一種；所述聚合物選自：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、和聚尼龍中的至少一種。采用上述溶劑和聚合物制備得到的紡絲液，能夠在靜電紡絲過程中得到均勻、纖細、性能優越的納米纖維。并且，所述聚合物優選聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的至少一種，且特別優選數均分子量為20萬-50萬的聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯，具有較優的過濾效率。
在其中一個實施例中，所述靜電紡絲步驟中，形成的納米纖維層的克重為0.01g/m2-5g/m2。以上述方法，形成克重為0.01g/m2-5g/m2的納米纖維層，優選1.5g/m2-5g/m2，具有較好的過濾效果。
在其中一個實施例中，所述纖維基底層包括熔噴纖維層和紡粘纖維層，所述納米纖維層復合于所述熔噴纖維層上。將納米纖維層直接復合于熔噴纖維層上，具有操作簡便，復合牢固可靠的優點。其中，熔噴纖維是采用常規的高速熱空氣對模孔擠出的熔體細流進行牽伸而形成超細短纖維，其直徑主要集中在100nm-500nm；紡粘纖維是常規技術中聚合物熔體被擠出、拉伸而形成的連續長絲，其直徑主要集中在1μm-10μm。優選的，熔噴纖維層和紡粘纖維層均由聚丙烯制成。
在其中一個實施例中，在所述靜電紡絲之后，還包括復合紡粘纖維層步驟，所述復合紡粘纖維層步驟中，在靜電紡絲形成的納米纖維層表面，再復合一層紡粘纖維層，形成紡粘纖維層、納米纖維層、熔噴纖維層和紡粘纖維層依次層疊的過濾材料。上述四層纖維重疊的過濾材料，上下兩層為紡粘纖維，在過濾材料中起初級過濾和保護及支撐中間過濾層的作用，中間兩層分別為納米纖維層和熔噴纖維層，在過濾材料中對病毒和細菌起精細過濾的作用。這四層纖維相互配合，相互支撐，提升了該過濾材料的過濾效果。
在其中一個實施例中，在所述靜電紡絲步驟之后，還包括清洗步驟，所述清洗步驟中，將得到的納米纖維過濾材料以水浸泡、清洗。可以通過清洗步驟，將靜電紡絲過程中產生的雜質成分去除，簡單通過水洗去除，得到健康、無毒害作用的過濾材料。
本專利技術還公開了上述的納米纖維過濾材料的制備方法制備得到的納米纖維過濾材料。
上述得到的納米纖維過濾材料，通過靜電紡絲技術制備得到，有高比表面積、吸附能力強、孔徑小、阻隔能力高、質量輕、透氣性能好等優點。
與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
本專利技術的一種納米纖維過濾材料的制備方法，通過靜電紡絲技術制備納米纖維層，得到的過濾材料具有高比表面積、吸附能力強、孔徑小、阻隔能力高、質量輕、透氣性能好等優點，能夠過濾100nm以上的顆粒物，進而達到高效過濾病毒的效果。
該制備方法中，還在紡絲液中添加導電促進劑，能夠提高紡絲液的導電性，使制備得到的納米纖維更加纖細和均勻，又不影響最后納米纖維的過濾性能。并且，還選用了特定的導電促進劑，在紡絲完成后，能夠方便的將其通過水洗的方式去除，避免加入的導電促進劑帶來一些不良影響，從而得到健康、無毒害作用的過濾材料。
同樣，可在紡絲液中添加抗毒殺菌劑，使制備出來的納米纖維表面固定有抗毒殺菌劑，具有直接抗毒殺菌的作用。
本專利技術的一種納米纖維過濾材料，通過上述方法制備得到，具有高比表面積、吸附能力強、孔徑小、阻隔能力高、質量輕、透氣性能好等優點。并且通過加入特定添加的導電促進劑，不但能夠提高紡絲本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米纖維過濾材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：制備紡絲液：將欲紡絲的聚合物溶解于極性非質子溶劑中，制得聚合物質量分數為0.5％?15％的紡絲液；靜電紡絲：將上述紡絲液加入到靜電紡絲機的噴絲液槽中，控制靜電紡絲條件為：電壓為10kV?40kV，出絲口到接絲輥的距離為10cm?25cm，進行靜電紡絲，將納米纖維絲直接復合至纖維基底層上，形成納米纖維層，即得。

【技術特征摘要】
1.一種納米纖維過濾材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
制備紡絲液：將欲紡絲的聚合物溶解于極性非質子溶劑中，制得聚合物質量分數為0.5％-15％的紡絲液；
靜電紡絲：將上述紡絲液加入到靜電紡絲機的噴絲液槽中，控制靜電紡絲條件為：電壓為10kV-40kV，出絲口到接絲輥的距離為10cm-25cm，進行靜電紡絲，將納米纖維絲直接復合至纖維基底層上，形成納米纖維層，即得。
2.根據權利要求1所述的納米纖維過濾材料的制備方法，其特征在于，所述紡絲液中，還包括質量分數為1％-10％的導電促進劑，所述導電促進劑選自：納米活性炭顆粒、聚N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、和聚乙烯醇中的至少一種。
3.根據權利要求2所述的納米纖維過濾材料的制備方法，其特征在于，所述納米活性炭顆粒的粒徑為50nm-250nm；所述聚N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、和聚乙烯醇的數均分子量范圍為600-20000。
4.根據權利要求1所述的納米纖維過濾材料的制備方法，其特征在于，所述紡絲液中，還包括質量分數為0.5％-3％的抗毒殺菌劑，所述抗毒殺菌劑選自：粒徑為100nm-150nm的氧化銀、氧化銅、和氧化鋅中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的納米纖維過濾材料的制備方法，其特征在于，所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊德懋，陳勇，李慧倫，何靜，
申請(專利權)人：廣州拜費爾空氣凈化材料有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44