本申請涉及靜電紡絲，具體地，涉及一種納米纖維空氣過濾材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、尋求高效、抗菌多功能空氣過濾材料一直是空氣污染控制和人體健康安全防護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2、傳統(tǒng)的駐極纖維過濾材料可以利用纖維表面的靜電荷來捕集微細(xì)顆粒，實(shí)現(xiàn)高效低阻的目的，但是靜電荷易快速衰減而失效，導(dǎo)致使用壽命短暫。靜電紡絲可以在纖維固化階段直接注入電荷，制備的納米纖維膜具有高孔隙率、貫通孔、微米至亞微米孔徑尺寸及高表面吸附能等優(yōu)勢，能夠高效過濾微細(xì)粉塵。但是也存在過濾壓降迅速增加，靜電荷易衰減的問題，并且現(xiàn)有的駐極纖維過濾材料功能較為單一。目前，空氣過濾材料在功能方面急需進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種納米纖維空氣過濾材料及其制備方法，通過獨(dú)立控制多個靜電紡絲噴頭一步制備有機(jī)聚合物與駐極納米材料和抗菌納米材料共混的復(fù)合納米纖維空氣過濾材料，解決了現(xiàn)有的靜電紡納米纖維過濾材料在實(shí)際使用過程中存在的靜電持久性低、易失效的難題，極大提高了材料的耐久性，同時材料兼具抗菌效果。

2、本申請?zhí)峁┮环N納米纖維空氣過濾材料的制備方法，包括以下步驟：

3、制備駐極材料紡絲溶液，將一種駐極材料分散在第一溶劑中，然后加入第一聚合物，攪拌至所述第一聚合物完全溶解，得到相應(yīng)的駐極材料紡絲溶液；其中，所述駐極材料紡絲溶液包括一種駐極材料紡絲溶液或幾種駐極材料紡絲溶液，所述駐極材料的粒徑為20nm~100nm；

4、制備抗菌材料紡絲溶液，將一種抗菌材料分散在第二溶劑中，然后加入第二聚合物，攪拌至所述第二聚合物完全溶解，得到相應(yīng)的抗菌材料紡絲溶液；其中，所述抗菌材料紡絲溶液包括一種抗菌材料紡絲溶液或幾種抗菌材料紡絲溶液，所述抗菌材料的粒徑為20nm~100nm；

5、制備納米纖維空氣過濾材料，將所述駐極材料紡絲溶液和所述抗菌材料紡絲溶液同時靜電紡絲，得到所述納米纖維空氣過濾材料；其中，所述駐極材料紡絲溶液獨(dú)立供給，所述抗菌材料紡絲溶液獨(dú)立供給。

6、當(dāng)駐極材料為兩種或以上駐極材料時，各駐極材料紡絲溶液均為分別配制，得到相應(yīng)的駐極材料紡絲溶液，然后紡絲過程同樣分別單獨(dú)控制供給。當(dāng)抗菌材料為兩種或以上抗菌材料時，各抗菌材料紡絲溶液均為分別配制，得到相應(yīng)的抗菌材料紡絲溶液，然后紡絲過程同樣分別單獨(dú)控制供給。

7、優(yōu)選的，所述駐極材料為鈦酸鋇和/或鈮酸鋰。

8、優(yōu)選的，所述抗菌材料為二氧化鈦和/或氧化鋅。

9、優(yōu)選的，所述第一溶劑為二甲基甲酰胺溶液、二甲基甲酰胺與丙酮的混合液或二甲基甲酰胺與四氫呋喃的混合液，所述第二溶劑為二甲基甲酰胺溶液、二甲基甲酰胺與丙酮的混合液或二甲基甲酰胺與四氫呋喃的混合液。

10、優(yōu)選的，所述駐極材料的添加量為所述駐極材料紡絲溶液的質(zhì)量的0.5%~2.5%，所述抗菌材料的添加量為所述抗菌材料紡絲溶液的質(zhì)量的0.5%~2.5%，所述第一聚合物在所述駐極材料紡絲溶液中的質(zhì)量濃度為8%~14%，所述第二聚合物在所述抗菌材料紡絲溶液中的質(zhì)量濃度為8%~14%。

11、優(yōu)選的，所述第一聚合物為聚丙烯腈和/或聚偏氟乙烯，所述第二聚合物為聚丙烯腈和/或聚偏氟乙烯。

12、優(yōu)選的，所述駐極材料紡絲溶液通過依次獨(dú)立設(shè)置的第一注射泵、第一針筒、第一導(dǎo)管和第一針頭實(shí)現(xiàn)獨(dú)立供給；

13、所述抗菌材料紡絲溶液通過依次獨(dú)立設(shè)置的第二注射泵、第二針筒、第二導(dǎo)管和第二針頭實(shí)現(xiàn)獨(dú)立供給。

14、優(yōu)選的，靜電紡絲過程的直流電壓為10?kv~20?kv，接收距離為7?cm~20?cm，所述紡絲溶液流速為0.5?ml/h~1?ml/h，移動裝置的移動速度為100?cm/min~400?cm/min。移動裝置裝載有針頭。

15、本申請還提供一種納米纖維空氣過濾材料，其為根據(jù)任一上述的制備方法制得的所述納米纖維空氣過濾材料。

16、優(yōu)選的，納米纖維空氣過濾材料的孔隙率為80%~90%，厚度為10μm~30μm，纖維平均直徑為190nm~600nm。

17、本申請?zhí)峁┑募{米纖維空氣過濾材料是一種自充電抗菌納米纖維空氣過濾材料。鈮酸鋰和鈦酸鋇都是優(yōu)異的鐵電壓電材料，具有低介電損耗和極高的介電常數(shù)，以及獨(dú)特的準(zhǔn)靜態(tài)電場和長期的電荷存儲能力，會自發(fā)性極化，具有優(yōu)異的駐極性能。聚丙烯腈和聚偏氟乙烯是性能優(yōu)異的有機(jī)高分子駐極體材料，將其與鈦酸鋇或鈮酸鋰鐵電壓電納米顆粒共混，能夠提高復(fù)合材料的駐極效果。相較于單一的納米纖維材料，本申請的復(fù)合材料在接觸分離作用力下產(chǎn)生電荷，防止由于長時間儲存或濕度等環(huán)境因素變化而帶來的電荷失效問題，能夠自充電，靜電持久性更高，具有更好的過濾效果，制備過程中空間電荷易被捕獲。

18、二氧化鈦和氧化鋅在陽光尤其是紫外光的照射下，可以激發(fā)空氣中的氧變?yōu)榛钚匝酰c多種微生物發(fā)生氧化反應(yīng)，從而把細(xì)菌殺死。另外鋅離子會逐漸游離出來，當(dāng)它和細(xì)菌體相接觸時，就會和細(xì)菌體內(nèi)活性蛋白酶相結(jié)合使其失去活性，從而將細(xì)菌殺死。

19、現(xiàn)有技術(shù)中使用駐極材料時會采用一種或多種材料，多種材料在與聚合物共混時易團(tuán)聚、分散不均勻，從而影響制得的材料的性能。本申請分別配制相應(yīng)的紡絲溶液，再單獨(dú)控制靜電紡絲，材料顆粒和聚合物混合更均勻，保證了納米纖維空氣過濾材料的優(yōu)異的駐極效果和過濾效果，在實(shí)際生產(chǎn)中可操作性高。

20、本申請的有益效果是：

21、1、本申請納米纖維空氣過濾材料的制備方法分別配制相應(yīng)的紡絲溶液，再單獨(dú)控制各紡絲溶液，同時靜電紡絲，材料顆粒和聚合物混合更均勻，有效避免了材料顆粒分散不均勻的情況，合成的纖維質(zhì)量高，材料性質(zhì)穩(wěn)定。

22、2、本申請的制備方法單獨(dú)控制靜電紡絲制備出復(fù)合納米纖維空氣過濾材料，駐極材料優(yōu)選為鈦酸鋇和/或鈮酸鋰，較其他材料具有更低的介電損耗和極高的介電常數(shù)以及長期電荷存儲能力，會自發(fā)極化而駐極，經(jīng)本申請的制備方法可以達(dá)到一次紡絲成形，永久駐極的效果。長時間放置后，經(jīng)簡單的輕拍動作可實(shí)現(xiàn)自充電和長久駐極，且過濾效率幾乎未發(fā)生變化。

23、3、本申請的納米纖維空氣過濾材料能夠自充電，具有優(yōu)異的駐極效果和過濾效果，材料孔隙率為80%~90%，厚度為10μm~30μm，纖維平均直徑為190nm~600nm，可過濾空氣中固體顆粒、氣溶膠、病毒和細(xì)菌等，其中，對中值粒徑為0.075±0.02μm的氯化鈉氣溶膠的過濾效率在95%以上，過濾壓降在50~100pa，靜電持久性更高，并且還具有抗菌效果，有較高的抑菌率。

技術(shù)特征：

1.一種納米纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，所述駐極材料為鈦酸鋇和/或鈮酸鋰。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，所述抗菌材料為二氧化鈦和/或氧化鋅。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，所述第一溶劑為二甲基甲酰胺溶液、二甲基甲酰胺與丙酮的混合液或二甲基甲酰胺與四氫呋喃的混合液，所述第二溶劑為二甲基甲酰胺溶液、二甲基甲酰胺與丙酮的混合液或二甲基甲酰胺與四氫呋喃的混合液。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，所述駐極材料的添加量為所述駐極材料紡絲溶液的質(zhì)量的0.5%~2.5%，所述抗菌材料的添加量為所述抗菌材料紡絲溶液的質(zhì)量的0.5%~2.5%，所述第一聚合物在所述駐極材料紡絲溶液中的質(zhì)量濃度為8%~14%，所述第二聚合物在所述抗菌材料紡絲溶液中的質(zhì)量濃度為8%~14%。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，所述第一聚合物為聚丙烯腈和/或聚偏氟乙烯，所述第二聚合物為聚丙烯腈和/或聚偏氟乙烯。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，所述駐極材料紡絲溶液通過依次獨(dú)立設(shè)置的第一注射泵、第一針筒、第一導(dǎo)管和第一針頭實(shí)現(xiàn)獨(dú)立供給；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種納米纖維空氣過濾材料的制備方法，其特征在于，靜電紡絲過程的直流電壓為10?kv~20?kv，接收距離為7?cm~20?cm，所述紡絲溶液流速為0.5?ml/h~1?ml/h，移動裝置的移動速度為100?cm/min~400?cm/min。

9.一種納米纖維空氣過濾材料，其特征在于，其為根據(jù)權(quán)利要求1~8任一所述的制備方法制得的所述納米纖維空氣過濾材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種納米纖維空氣過濾材料，其特征在于，其孔隙率為80%~90%，厚度為10μm~30μm，纖維平均直徑為190nm~600nm。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米纖維空氣過濾材料及其制備方法。一種納米纖維空氣過濾材料的制備方法，包括以下步驟：制備駐極材料紡絲溶液，將一種駐極材料分散在第一溶劑中，然后加入第一聚合物，攪拌至完全溶解，得到相應(yīng)的駐極材料紡絲溶液；駐極材料的粒徑為20nm~100nm；制備抗菌材料紡絲溶液，將一種抗菌材料分散在第二溶劑中，然后加入第二聚合物，攪拌至完全溶解，得到相應(yīng)的抗菌材料紡絲溶液；抗菌材料的粒徑為20nm~100nm；制備納米纖維空氣過濾材料，同時靜電紡絲得到納米纖維空氣過濾材料；駐極材料紡絲溶液和抗菌材料紡絲溶液獨(dú)立供給。本申請納米纖維空氣過濾材料的制備方法合成的纖維質(zhì)量高。

技術(shù)研發(fā)人員：劉雷艮,柴俊嬌,陶金,彭佳佳,肖琪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常熟理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19