一种静电纺丝方法及其制备的纳米纤维/纺粘无纺布复合过滤材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属静电纺丝技术领域，设及一种静电纺丝方法及其制备的纳米纤维/纺粘 无纺布复合过滤材料。
【背景技术】
[0002] 多针头静电纺丝过程中，针头之间会产生电场干扰，使针头与针头之间的电场强 度产生差异，从而导致射流不稳定，最终影响纺丝得到的纤维膜的均匀性。对纺丝过程中 的电场强度进行控制，使得每根喷丝头射流保持稳定，可W有效改善纤维膜的均匀性，实 现滤料性能的稳定。现有文献中主要使用金属辅助电极对针头间电场进行控制，通过在 喷丝头针尖处添加与针头施加相同电压的金属圆环来使射流稳定度Utta化COL,Ko化man NG,Engbers-BuijtenhuijsP,etal.Electrospinningofcollagenandelastinfor tissueengineeringapplications[J].Biomaterials, 2006, 27 巧）：724-34.)，或者在针 头外部使用金属圆通进行电场控制化imG,化OY-S,KimW化St油ilityanalysis化r multi-jetselectrospinningprocessmodifiedwithacylindricalelectrode[J]. 化ropeanPolymerJournal, 2006, 42 巧）：2031-8.);专利CN203583021U公开了 "一种平 板电极多喷头静电纺装置"，其通过在喷丝头前加一金属板，金属板上有与喷丝头配合的通 孔，高压电源同时与喷丝头和金属板连接，使其具有相同点位，从而使射流稳定；朱文斌等 (朱文斌，史晶晶，杨恩龙.辅助电极作用下双喷头静电纺丝电场及射流受力分析[J].纺 织学报，2012, 06:6-9.)通过在喷头处加装圆锥形金属辅助电极，辅助电极与喷头相连W 降低相邻针头之间电场干扰。运些方法通过在纺丝针头上附加金属辅助电极，辅助电极与 针头施加同种大小电压的方法，使纺丝射流稳定性得到改善。但是在高电压纺丝时，针头与 辅助电极之间容易发生放电现象，产生的火花极易引起安全事故。
[0003] 静电纺是一种利用高电压进行纺丝的纳米纤维制备技术，同时也是一种纳米纤 维驻极技术，在纺丝的过程中可将大量空间电荷注入纤维当中，空间电荷易被纤维内部的 深陷阱捕获，同时可诱导偶极极化而产生极化电荷，在对粒子进行过滤的过程中可通过 静电吸附作用提升过滤效率（姚翠娥.烙喷聚丙締滤料驻极影响因素研究巧].东华大 学，2014.)。而驻极过滤材料在使用及储存过程中，由于空气中存在的水分W及微粒等与驻 极材料直接接触，使驻极材料中表面电荷逸散加快，从而使驻极效应衰减变快，最终导致滤 料过滤效率不稳定（田涛，吴金辉，郝丽梅，林松，杨荆泉.聚丙締纤维驻极体滤材的储 电性能[J].纺织学报，2010, 3U6) :25-28.)。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种静电纺丝方法及其制备的纳米纤维/纺 粘无纺布复合过滤材料。针对现有技术中多针头静电纺丝过程中电场干扰的问题，使用绝 缘材料对每个针头进行防干扰隔绝处理。
[0005] 本发明的一种静电纺丝方法，为多针头静电纺丝，所述多针头静电纺丝的针头之 间绝缘。 阳006] 作为优选的技术方案：
[0007] 如上所述的一种静电纺丝方法，所述针头共用同一绝缘底板。
[0008] 如上所述的一种静电纺丝方法，所述针头之间绝缘是指使用绝缘材料对每个针头 进行防干扰隔绝处理；具体为在所述针头的四周围有绝缘材料形成隔绝槽，隔绝槽的形状 为方形或者圆形，隔绝槽的深度为所述针头长度的1~5倍。当喷丝头处施加高电压时，绝 缘材料隔绝槽表面产生极化电荷，形成的极化电场与原电场方向相反，会对此方向电场强 度产生一定的抵消作用，使来自相邻针头之间的电场互相干扰减小，从而使射流稳定，且在 高电压静电纺丝过程中不会发生放电现象。
[0009] 如上所述的一种静电纺丝方法，所述绝缘材料为苯乙締-下二締-丙締腊共聚物、 聚碳酸醋、聚甲基丙締酸甲醋、聚丙締、聚酷胺、聚苯乙締、聚氯乙締、聚乙締、聚四氣乙締、 聚偏氣乙締或聚对苯二甲酸乙二醋。
[0010] 本发明还提供了一种纳米纤维/纺粘无纺布复合过滤材料制备方法，具体步骤 为：
[0011] (1)纺粘无纺布前处理 阳〇1引步骤为：
[0013] a)将二氧化铁纳米纤维或纳米活性碳纤维加入乙醇中，并超声分散，得到均匀的 分散液；
[0014] b)将纺粘无纺布在二氧化铁纳米纤维或纳米活性碳纤维的分散液中浸泡后取出， 悬挂于烘箱中，50~60°C烘干，获得表面沉积二氧化铁纳米纤维或纳米活性碳纤维的纺粘 无纺布基材； 阳〇1引 似静电纺丝
[0016] 步骤为：
[0017] a)将无机纳米颗粒加入溶剂中，并超声分散，得到纳米颗粒均匀分散的分散液；
[0018] b)将聚合物加入所述分散液中，配制成均匀且稳定的纺丝溶液；
[0019] C)将纺丝溶液进行多针头静电纺丝，所述多针头静电纺丝的针头之间绝缘；所纺 的聚合物纳米纤维用步骤（1)中得到的纺粘无纺布基材接收，得到纺粘无纺布上均匀沉积 静电纺聚合物纳米纤维的复合滤料，聚合物纳米纤维的沉积量可W通过调节纺丝时间来调 巧；
[0020] (3)超细纳米纤维分散液的配制
[0021] 先配制聚乙締醇缩下醒溶液，然后将其与超细纳米纤维加入高速打浆机中进行分 散，得到均匀的超细纳米纤维分散液；
[0022] (4)复合滤料浸泡处理
[0023] 将所述复合滤料于所述超细纳米纤维分散液中浸泡后取出，烘干，得到复合滤料 纤维表面沉积超细纳米纤维的滤料；即为叠层用材料；
[0024] 经过浸泡处理后的所述复合滤料表面的超细纳米纤维沉积厚度为20~200nm; 阳0巧]测试得到该叠层用材料对0. 02~10ym的颗粒的过滤效率值；
[00%] (5)多次重复步骤（1)~（4)，获得不同过滤效率的叠层用材料，叠层用材料的过 滤效率可通过调控步骤（I)中静电纺聚合物纳米纤维沉积量W及步骤（4)中分散液中超细 纳米纤维的质量分数来控制；
[0027] (6)将叠层用材料，自下而上按滤料过滤效率由低到高依次进行叠加复合，每层叠 层用材料均使有静电纺纤维的一面向上，并于最上一层表面覆盖一纺粘无纺布，保证顶层 和最底层都为纺粘无纺布层；相邻两层叠层用材料，上面一层对0. 02~10Jim的颗粒的过 滤效率值为下面一层的1. 03~1. 3倍，形成纺粘无纺布与具有驻极效应纳米纤维相间排列 的夹层结构，制成纳米纤维/纺粘无纺布复合过滤材料；
[0028] 叠层用材料叠加层数为2~6层，形成纺粘无纺布与具有驻极效应纳米纤维相间 排列的夹层结构，制成纳米纤维/纺粘无纺布叠层复合过滤材料。
[0029] 如上所述的一种纳米纤维/纺粘无纺布叠层复合过滤材料制备方法，所述步骤 (1)中，
[0030] 所述二氧化铁纳米纤维或纳米活性碳纤维分散液中，纤维质量分数为0. 1~5%， 浸泡时间为5~IOmin;所述二氧化铁纳米纤维或纳米活性碳纤维直径为50~lOOnm，长度 为 100~SOOnm;
[0031] 所述纺粘无纺布，其组成纤维直径为1~50ym，无纺布孔径尺寸为5~120ym， 克重为10~300g/m2,初始过滤效率为5%~40% ;
[0032] 所述烘干是指悬挂于烘箱中，溫度为50~60°C;
[0033] 二氧化铁纳米纤维具有光催化功能，在光照作用下可对所吸附的杂质进行光降 解，纳米活性碳纤维由于其比较高的比表面积，具有良好的吸附功能。使用纺粘无纺布上沉 积二氧化铁纳米纤维或纳米活性碳纤维作为基材，最终得到的产品在使用时，可对空气中 的异味起到吸附和光降解作用。
[0034] 如上所述的一种纳米纤维/纺粘无纺布复合过滤材料制备方法，步骤（2)所述纺 丝溶液中，聚合物的浓度为5~40wt%，无机纳米颗粒的添加量为聚合物和无机纳米颗粒 总质量的0. 1~IOwt% ;
[0035] 所述无机纳米颗粒为二氧化娃、=氧化二侣、氧化锋、氧化领、二氧化铁、五氧化二 粗、铁酸领、错铁酸铅、氮化娃、电气石、勃姆石或倍半硅氧烷纳米颗粒；
[0036] 所述无机纳米颗粒的作用机理为：所述无机纳米颗粒在外电场存在的条件下会有 空间电荷的注入W及极化电荷的产生，对驻极效应有很大的增强作用，并且无机纳米颗粒 与有机聚合物混合产生的界面在外电场的存在下会产生界面极化，产生极化电荷，同样增 强驻极效果。
[0037] 所述聚合物为聚偏氣乙締、聚对苯二甲酸下二醋、聚对苯二甲酸乙二醋、聚芳醋、 聚醋酸乙締、尼龙6、聚甲基丙締酸甲醋、聚苯胺、聚氧化乙締、聚乙締化咯烧酬、聚丙締腊、 聚己内醋、聚氨醋、氣化聚氨醋、聚讽、聚酸讽、聚偏氣乙締-六氣丙締、聚偏氣乙締-四氣乙 締-全氣甲基乙締基酸、聚偏氣乙締氣氯乙締中的一种，或者为W上几种聚合物的混合 物；
[0038] 其中所述溶剂根据聚合物种类分别对应为：
[0039] 聚偏氣乙締：N，N-二甲基甲酯胺值MF)、N-甲基化咯烧酬（NMP)、二甲基乙酷胺 值MAc)、憐酸S乙醋和二甲基亚讽值MS0);
[0040] 聚对苯二甲酸下二醋：二氯甲烧、四氨巧喃灯HF)、S氯甲烧或丙酬；
[0041] 聚对苯二甲酸乙二醋：二氯甲烧、四氨巧喃、S氯甲烧或丙酬；
[00创聚芳醋二氯甲烧、四氨巧喃、立氯甲烧或丙酬；
[0043]聚醋酸乙締：甲苯、丙酬、乙醇、醋酸、乙酸乙醋或S氯甲烧； W44] 尼龙6:甲酸； W45] 聚甲基丙締酸甲醋：氯仿、乙酸、乙酸乙醋、丙酬或甲苯；
[0046] 聚苯胺：N，N-二甲基甲酯胺或N-甲基化咯烧酬；
[0047] 聚氧化乙締：N，N-二甲基甲酯胺、乙醇、水或S氯甲烧； W48] 聚乙締化咯烧酬：水、乙醇、N，N-二甲基乙酷胺或N，N-二甲基甲酯胺； W例聚丙締腊：N，N-二甲基甲酯胺或二甲基亚讽；
[0050] 聚己内醋：N，N-二甲基甲酯胺或丙酬； 阳〇5U 聚氨醋：N，N-二甲基甲酯胺、丙酬或N-甲基化咯烧酬； 阳〇5引氣化聚氨醋：N，N-二甲基甲酯胺、丙酬或N-甲基化咯烧酬； 阳化引聚讽和聚酸讽：N，N-二甲基甲酯胺、丙酬、N-甲基化咯烧酬、二甲基乙酷胺或四氨 巧喃；
[0054] 聚偏氣乙締-六氣丙締：N，N-二甲基甲酯胺、N-甲基化咯烧酬、二甲基乙酷胺、憐 酸S乙醋或二甲基亚讽；
[0055] 聚偏氣乙締-四氣乙締-全氣甲基乙締基酸：N，