本發(fā)明屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種厚度可控的納米纖維膜，具體為一種結(jié)合靜電紡納米纖維、發(fā)泡材料的復(fù)合納米纖維膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

納米纖維由于纖維直徑小、比表面積大、吸附能力強(qiáng)以及表面自由能高等特點(diǎn)，使其在眾多方面均有廣泛應(yīng)用。在過濾方面，尤其在空氣過濾方面，與傳統(tǒng)的過濾材料相比，納米纖維膜的高比表面積、高吸附力、高吸附容量、小孔徑、高阻隔能力、輕質(zhì)量以及優(yōu)良的透氣性能，已經(jīng)使其逐漸成為研究熱點(diǎn)之一。

傳統(tǒng)的靜電紡納米纖維具有顯著的高效過濾的特性，但是研究表明，一般的靜電紡納米纖維膜都比較密實(shí)，雖然過濾性能高效，但是壓力降比較大，空氣透過性不夠理想，也降低了產(chǎn)品的使用壽命，限制了其在高效低阻過濾材料方面的廣泛應(yīng)用。

中國(guó)專利201310459720.x公開了一種納米纖維過濾材料，其是將過濾材料的納米纖維制備成三維卷曲狀態(tài)，并形成天然褶皺，增加其蓬松度。同時(shí)將靜電紡納米纖維與紗布、網(wǎng)結(jié)構(gòu)材料和非織造布等支撐材料結(jié)合，支撐層為一層或者多層，或三明治夾層式支撐層，以提高材料的剛性和強(qiáng)度。

中國(guó)專利201510009971.7公開了一種口罩用高效低阻納米纖維空氣過濾材料及其制備方法，是將均勻圓柱形態(tài)的納米纖維層和具有串珠結(jié)構(gòu)的納米纖維層循環(huán)交替地電紡沉積到接收基材上，以制備結(jié)構(gòu)蓬松且具有三維立體空腔的網(wǎng)狀互通結(jié)構(gòu)的高效低阻復(fù)合納米纖維過濾材料。

wang等人(wangna,siyinsong,wangni,sungang,el-newehymohamed,al-deyabsalems.,dingbin.multilevelstructuredpolyacrylonitrile/silicananofibrousmembranesforhigh-performanceairfiltration.separationandpurificationtechnology,2014,126(15):44–51.)在聚丙烯腈溶液中加入不同量的二氧化硅納米顆粒進(jìn)行靜電紡絲，二氧化硅的加入增加了納米纖維的表面粗糙度，改變了纖維的橫截面形狀，增加了納米纖維的表面孔隙，從而提高了材料的過濾效率，減小了壓力降。

中國(guó)專利201410731856.6公開了一種多空海藻酸鈉納米纖維創(chuàng)面敷料材料的制備方法，是將熱分解發(fā)泡劑作為致孔劑按照一定的比例溶解入紡絲液中，借助靜電紡絲制備納米纖維，然后在一定的溫度下熱處理使其發(fā)泡劑分解，使得纖維內(nèi)部和表面致孔。

以上現(xiàn)有技術(shù)中，前述幾例雖然在一定程度上增加了納米纖維膜的蓬松程度，降低了纖維膜的壓力降，提高了材料的透氣性，但是工序較為繁瑣，效率比較低，成本較高。后述將致孔劑溶解在紡絲液中的方法，會(huì)破壞納米纖維的結(jié)構(gòu)，并不具有廣適性?；谏鲜鲮o電紡納米纖維膜過濾材料所存在的優(yōu)勢(shì)與缺陷，需要開發(fā)一種可以賦予納米纖維膜較高過濾效率、較低過濾阻力，同時(shí)制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，賦予納米纖維膜高過濾效率、低過濾阻力，同時(shí)制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，本發(fā)明提供了一種復(fù)合納米纖維膜及其制備方法和應(yīng)用。

技術(shù)方案：一種復(fù)合納米纖維膜，由靜電紡納米纖維沉積發(fā)泡材料制成；所述發(fā)泡材料為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、酚醛、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、膠原蛋白和殼聚糖中的至少一種。

優(yōu)選的，靜電噴霧所制備的發(fā)泡材料以微球或者短纖維的方式沉積在靜電紡納米纖維之間，以增加納米纖維之間的距離和孔隙。

所述的一種復(fù)合納米纖維膜的制備方法，包含以下步驟：

第1步、靜電紡絲溶液制備：將高聚物溶解在揮發(fā)性良好的溶劑中，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％～20％的均一溶液；

第2步、靜電噴霧溶液制備：將發(fā)泡材料溶于液體發(fā)泡劑中，所述液體發(fā)泡劑為低沸點(diǎn)烴、脂肪烴、芳香烴以及醇、酮、醚、醛中的至少一種，然后將無機(jī)鹽分散于上述溶液中，所述無機(jī)鹽為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈣或碳酸氫鈣；

第3步、復(fù)合納米纖維膜制備：將第1步制備的靜電紡絲溶液置于靜電紡絲用注射器(3)中，第2步制備的靜電噴霧溶液置于靜電噴霧用注射器(2)中；其中靜電紡絲用注射器(3)的針頭內(nèi)徑為0.3～0.7mm，靜電噴霧用注射器(2)的針頭內(nèi)徑為0.3～1.0mm，工作電壓為16～25kv，接收距離為16～30cm，靜電紡絲用注射器(3)推進(jìn)速度為0.3～1.0ml/h，靜電噴霧用注射器(2)推進(jìn)速度為0.5～2.0ml/h；

第4步、復(fù)合納米纖維膜后處理：加熱或置于hcl、冰醋酸、稀硫酸等酸性溶液中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氣體。

優(yōu)選的，第3步中靜電紡絲用注射器(3)和靜電噴霧用注射器(2)同時(shí)運(yùn)行。

優(yōu)選的，所述靜電噴霧用注射器(2)至少為一個(gè)。

所述的復(fù)合納米纖維膜在高效低阻過濾材料中的應(yīng)用。

所述的復(fù)合納米纖維膜在傳感器骨架材料中的應(yīng)用。

有益效果：(1)本發(fā)明采用靜電噴霧技術(shù)制備發(fā)泡顆?；虬l(fā)泡短纖維，沉積于靜電紡納米纖維表面，得到厚度可控的復(fù)合納米纖維膜，改善納米纖維膜的孔隙率、透氣性、蓬松度；(2)本發(fā)明所述方法提高了納米纖維膜的抗沖擊載荷性、隔熱性、隔音性及比強(qiáng)度等物理機(jī)械性能；(3)本發(fā)明所述方法減小了納米纖維膜的壓力降和阻力，且制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。

附圖說明

圖1是靜電紡絲靜電噴霧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1為接收滾筒，2為靜電噴霧用注射器，3為靜電紡絲用注射器，4為高壓電源。

圖2是靜電紡絲-噴霧結(jié)合法制備的pa6/pan復(fù)合納米纖維掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在不背離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬于本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。

實(shí)施例1

一種復(fù)合納米纖維膜，由靜電紡納米纖維沉積發(fā)泡材料制成；所述發(fā)泡材料為聚乙烯醇。

一種復(fù)合納米纖維膜的制備方法，包含以下步驟：

第1步、靜電紡絲溶液制備：將聚酰胺-6溶于甲酸溶液中，室溫下以200r/min的速度機(jī)械攪拌10h，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的溶液，靜置排除氣泡；

第2步、靜電噴霧溶液制備：將0.4g聚丙烯氰溶于19.6gn,n-二甲基甲酰胺中，充分?jǐn)嚢枞芙夂蠹尤?.5g碳酸氫鈉，超聲攪拌，充分分散，靜置除泡；

第3步、復(fù)合納米纖維膜制備：將第1步制備的靜電紡絲溶液置于靜電紡絲用注射器3中，第2步制備的靜電噴霧溶液置于靜電噴霧用注射器2中；其中靜電紡絲用注射器3的針頭內(nèi)徑為0.5mm，靜電噴霧用注射器2的針頭內(nèi)徑為0.7mm，工作電壓為25kv，接收距離為20cm，靜電紡絲用注射器3推進(jìn)速度為0.3ml/h，靜電噴霧用注射器2推進(jìn)速度為1.0ml/h；兩個(gè)注射器同時(shí)運(yùn)行；

第4步、復(fù)合納米纖維膜后處理：將第3步中所制備的復(fù)合納米纖維膜放在真空干燥箱中真空干燥24小時(shí)，然后用鼓風(fēng)干燥箱80℃熱處理24小時(shí)，使得噴霧顆粒進(jìn)行發(fā)泡，從而顆粒體積發(fā)生變化，即可得到結(jié)構(gòu)蓬松的聚酰胺-6復(fù)合納米纖維膜。

如圖2所示，電鏡掃描靜電紡絲-噴霧結(jié)合法制備的pa6/pan復(fù)合納米纖維，可見納米纖維膜的孔隙率較高、透氣性好、蓬松度佳。

實(shí)施例2

一種復(fù)合納米纖維膜，由靜電紡納米纖維沉積發(fā)泡材料制成；所述發(fā)泡材料為聚乙烯。

第1步、靜電紡絲溶液制備：將聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺溶液中，室溫下以600r/min的速度機(jī)械攪拌至完全溶解，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的溶液，靜置排除氣泡；

第2步、靜電噴霧溶液制備：在至少為70℃的水浴條件下將聚乙烯溶于甲苯中，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的靜電噴霧溶液20g，靜置除泡，冷卻后加入0.2碳酸鈣，超聲攪拌至分散均勻；

第3步、復(fù)合納米纖維膜制備：將第1步制備的靜電紡絲溶液置于靜電紡絲用注射器3中，第2步制備的靜電噴霧溶液置于靜電噴霧用注射器2中；其中靜電紡絲用注射器3的針頭內(nèi)徑為0.5mm，靜電噴霧用注射器2的針頭內(nèi)徑為0.5mm，工作電壓為16kv，接收距離為20cm，靜電紡絲用注射器3推進(jìn)速度為0.8ml/h，靜電噴霧用注射器2推進(jìn)速度為1.0ml/h；兩個(gè)注射器同時(shí)運(yùn)行；

第4步、復(fù)合納米纖維膜后處理：將第3步制得的復(fù)合納米纖維膜置于盛有1mol/l的hcl溶液中浸漬1h，使得碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體制泡。