一种静电纺丝制备纳米纤维膜的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于过滤膜材料的制备领域，特别设及一种静电纺丝制备纳米纤维膜的方 法。
【背景技术】
[000引近年来，空气污染问题严重，蔓延我国各大城市，如PM2. 5,俗称"雾霸"。PM2. 5粒 径小，富含大量的有毒、有害物质，对人体健康和环境质量影响大。为使环境达到高洁净 度，最有效的方法是过滤。静电纺纳米纤维直径在亚微米和纳米之间，具有比表面积大、孔 隙率高、制备过程简单等优点，纺制一定厚度的均匀纳米膜因具有高滤效的特点迅速引起 人们的关注并很快应用到过滤方面。但目前为止，纳米膜的工艺不确定性大且过滤阻力 大，极大的限制了其在过滤方面的应用。利用绝缘接收模板静电纺制备图案化的纳米纤 维膜[张彦中等.利用绝缘接收模板静电纺制备图案化纳米纤维膜的方法[P].中国专 利；ZL201210197217. 7,2012-09-26]，因可较好地模拟特定结构，进而促进细胞的粘附、迁 移、增殖、分化和组织的再生，已被应用于组织工程中，针对像肌肉、神经、血管、骨等组织 [Dvir,T. ,et al.化1:脚6化]1〇16油]1〇1〇肖7,2011. 6(1) :p. 13-22]。但其在气体过滤方面的应 用却鲜有文献报道。
[0003] 近年来各种方法被用来研发高滤效低滤阻纳米纤维膜。该些方法主要是加入二 氧化铁或采用多层薄纳米膜复合的方式。方法1，将二氧化铁加入聚讽聚合物溶液进行 静电纺丝，聚讽纤维膜出现分层、纤维表面会出现多孔现象，针对300~500nmNacl气溶 胶，膜的最佳过滤效率可达99. 989 %，滤阻为117化左右[Wang,N.，Si,Y.，Wang,N.，et al.SeparationandPurificationTechnologyl26:44-51.]。多层薄型聚丙締膳 / 二氧 化铁纤维复合膜，针对300~500nmNacl气溶胶，膜的最佳过滤效率可达99. 99 %，滤阻 为 50化左右[Wan,服.，Wang,N.,Yangal.JournalofColloidandInterface Science"?: 18-26.]。方法 2，Li等[LiJ. ,GaoF,LiuLQ,etal.ExpressPolymer Letters, 2013, 7巧).]研究了采用无针纺丝方法纺制多层排列的过滤材料，其滤效可达 99. 95%，且质量小、品质因数高。LeungWWF等[LeungWWF,HungC比S巧arationand PurificationTechnology, 2012, 92:174-180.]研究了纳米纤维膜与微米级纤维膜叠放次 序对复合织物过滤阻力的影响，结果表明当将微米级纳米膜放在上层时，复合织物的过滤 阻力较低。
[0004] 然而，采用加入二氧化铁方法制备滤效高滤阻低纳米膜的方法，一方面会使成本 增加；另一方面二氧化铁不会溶于聚合物溶液中，随着纺丝时间的延长，溶液会发生二氧化 铁沉淀现象，从而影响二氧化铁分布均匀性，进而影响纳米膜孔隙均匀性，为获得质量可控 的高滤效低滤阻纳米膜，至少需要每隔半小时对溶液进行超声波处理，因此纳米膜制备过 程较为繁琐。采用多层较薄的纳米膜复合形成高滤效低滤阻的方法，第一，需要多次制作单 层纳米膜，工序繁琐；第二，由于纳米纤维纺制过程中，每根纤维在接收板上的位置不可控， 越是薄的纳米膜，其均匀性越不易控制，因此多层纳米膜的生产效率不高；第=，由于层与 层之间的粘附力比较小，使用过程受限。
[0005] 但是，关于通过结构调控纳米纤维膜滤效滤阻的方法则鲜有报道。Li,P.等 [Li,P.，Wang,C.Y.，Li,Z.，etal.RscAdvances, 2014, 4 巧6) : 54115-54121.]研究表明分 层结构碳纳米管纤维复合膜能够改变其粒子捕捉性能。但是其压力降达到450化左右，且 该方法无法精确控制纳米膜的多级结构，因此无法保证制备出高效低阻纳米纤维膜。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种静电纺丝制备纳米纤维膜的方法，本发明 的制备方法方便、快捷，得到的纳米纤维膜由于具有独特的稀疏结构，从而大大降低了纳米 纤维膜的过滤阻力，且对其过滤效率影响很小，在过滤领域，尤其是空气过滤领域，具有非 常好的应用前景。
[0007] 本发明的一种静电纺丝制备纳米纤维膜的方法，包括：
[000引 （1)将高分子聚合物溶于溶剂中，揽拌均匀，得到纺丝溶液；
[0009] (2)将上述纺丝溶液进行静电纺丝，得到具有稀疏结构的纳米纤维膜；其中静电 纺丝的接收装置为；绝缘板或泡沫。
[0010] 所述步骤（1)中高分子聚合物为聚丙締膳、聚天冬氨酸、聚苯己締、聚偏氣己締、 壳聚糖、巧龙6中的一种或几种。
[0011] 所述步骤（1)中溶剂为N，N-二甲基甲酯胺、N，N-二甲基己酷胺、甲酸、己醇、甲醇、 己酸、S氣己酸、四氨快喃、丙酬、二氯甲烧、S氯甲烧、六氣异丙醇中的一种或几种。
[001引所述步骤（1)中纺丝溶液的质量百分浓度为8% -25%。
[001引所述步骤似中静电纺丝工艺参数为；电压为1~50KV，针头到接收模板距离为 0. 1~加，喷丝头直径为1ym~2mm，纺丝速度为0. 1~20血/h，纺丝时间为8~lOh，环 境温度为20~60°C，环境相对湿度为20~80%。
[0014] 所述步骤（2)中绝缘板为具有凸起结构的绝缘板（切割的具有规则结构的绝缘 板）；泡沫为凸起结构泡沫材料。
[0015] 所述绝缘板为有机玻璃板，绝缘板的结构间隙加入铁丝；泡沫材料中加入纱线。
[0016] 所述绝缘板凸起长X宽X高为5-lOmmX5-lOmmX5-lOmm，凸起前后间 距为2-5mmX2-5mm;泡沫凸起的直径与高度为1-lOmmX1-lOmm，凸起前后间距为 0. 8-3mmX0. 8-3mm。
[0017] 所述纳米纤维膜为空气过滤膜。
[0018] 本发明通过具有一定结构的接收装置，制备出高滤效低滤阻纳米纤维膜，
[0019] 通过W具有规则结构的切割有机玻璃板，并在结构间加入铁丝、泡沫包装材料加 入普通纱线，作为接收装置，将高分子聚合物溶解在溶剂中得到纺丝溶液，通过静电纺丝得 到了具有稀疏结构的纳米膜，由于孔径分布的变化而获得高效低阻的纳米纤维膜。
[0020] 本发明中所用的泡沫包装材料加入普通纱线接收装置为不导电物质，表面具有凹 凸不平的结构，表面的形貌控制纳米纤维的沉积，在一张纳米膜上形成具有差异孔径分布 的纳米纤维膜。
[0021] 本发明中所用的切割有机玻璃板，并在结构间加入铁丝接收装置为不导电物质与 导电物质组装材料，表面具有凹凸不平的结构，表面的形貌控制纳米纤维的沉积，在一张纳 米膜上形成具有差异孔径分布的纳米纤维膜。
[0022] 本发明是通过利用接收装置表面的稀疏结构来控制纳米纤维的沉积，得到孔径分 布独特的纳米膜，进而制备出高滤效低滤阻纳米膜生产工艺方法。因此，本发明可W极大地 促进静电纺纳米纤维膜在过滤方面的发展应用。
[002引有益效果
[0024] (1)本发明所用的具有图案的模板非常廉价、易得，无需复杂加工，因而通过各种 结构的接收装置，可W方便、快速、廉价地制备出高滤效低滤阻纳米纤维膜；例如；可W采 用泡沫包装材料加入普通纱线作为接收装置；
[002引 似本发明可W制备出较大面积的均匀的高效低阻纳米纤维膜（30cmX30cm);
[0026] (3)本发明制备的模板可通过控制凸起的高度和大小，调控纳米膜的滤效及滤阻， 在过滤行业中，尤其对功能性过滤产品的开发（如；防护服、高效口罩）有非常好的应用前 景；
[0027] (4)本发明制备的高效低阻纳米膜采用TSI8130测试仪测试，采用75nm左右的 化cl气溶胶、流速为85L/Min为实验条件，纳米膜的滤效可达95%W上，同时滤阻低于 30臟&0,达到我国国标GB2626-2006及美国NOISH标准针对过滤滤效和滤阻的要求；
[002引 （5)本发明制备的高效低阻纳米膜采用YG461E织物透气量仪测试高效低阻纳米 膜的透气性可达187. 96L?nT2 ?S4,透气性良好。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明制备图案化纤维所用的装置；
[0030] 图2是切割有机玻璃板（a)及制得的稀疏结构纳米膜化）；
[0031] 图3是切割有机玻璃板制备的稀疏结构纳米膜的SEM图；
[0032] 图4是切割有机玻璃板制备的稀疏结构纳米膜的直径分布图；
[0033] 图5是切割有机玻璃板制备的稀疏结构纳米膜的孔径分布图；
[0034] 图6是泡沫包装材料（a)及由泡沫包装材料加粗线制得的具有稀疏结构纳米膜 化）；
[0035] 图7是泡沫包装材料加粗线制备的稀疏结构纳米膜的SEM图；
[0036] 图8是泡沫包装材料加粗线制备的稀疏结构纳米膜的直径分布图；
[0037] 图9是泡沫包装材料加粗线制备的稀疏结构纳米膜的孔径分布图；
[003引图10是泡沫包装材料（a)及由泡沫包装材料加细线制得的具有稀