高效低阻复合纤维pm2.5过滤膜及静电纺丝制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高效低阻复合纤维PM2.5过滤膜及静电纺丝制备方法，属于新材料【技术领域】。该复合纤维过滤膜是通过一种简单、节能和易量化生产的静电纺丝方法制备。所制备的复合纤维过滤膜具有比表面积大、孔隙率高和纤维直径可控等优点。该复合纤维过滤膜对空气中PM2.5的过滤效率可达到95%~99.97%，阻力压降为20~300Pa。该复合纤维过滤膜制备方法简单?能耗低，具有过滤效率高和阻力压降低的优点，是一种理想的空气过滤净化材料，可应用于制作N95、N99和N100等口罩和空气净化器等设备。
【专利说明】高效低阻复合纤维PM2. 5过滤膜及静电纺丝制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新材料领域，特别涉及一种高效低阻复合纤维PM2. 5过滤膜及静电纺 丝制备方法。
【背景技术】
[000引空气细颗粒物（PM2. 5)是指空气动力学当量直径小于或等于2. 5 y m的颗粒物。 细颗粒物粒径小，在大气中的停留时间长、输送距离远，且可含大量有毒、有害物质，对大气 环境质量和人体健康危害巨大。细颗粒物直径越小，进入呼吸道的部位越深，10 y m直径的 颗粒物通常沉积在上呼吸道，而2 ymW下的细颗粒物则可深入到细支气管和肺泡。进入 肺泡后的细颗粒物将直接影响肺的通气功能，使机体容易处在缺氧状态，引发肺炎、气喘和 肺功能下降等多种疾病。研究发现，细颗粒物对人体的免疫、婴幼儿的生长发育和神经系统 等都有严重影响。因此，生产PM2. 5过滤膜具有重要意义。
[0003] 传统的空气过滤材料主要有烙喷纤维、玻璃纤维和纺粘纤维。传统过滤材料由微 米级纤维组成，纤维直径大，过滤效率低，不适合用于PM2. 5的过滤，而且其生产能耗高。在 过滤材料中，使用纳米尺寸的纤维，是新型过滤材料发展的趋势。纳米纤维可通过拉伸、模 板合成、相分离、自组装和静电纺丝等制备。静电纺丝是现在唯一可W连续和大量制备纳米 纤维的技术。其制备的纳米纤维具有纤维直径小、比表面积大和长径比大等特点，由其构建 的纳米纤维膜具有纳米级的微孔和相互贯通的多孔通道，因此，拥有高孔隙率和良好的空 气透过性，在空气过滤【技术领域】引起广泛关注和应用。
[0004] 本发明通过静电纺丝方法制备出多种复合纤维滤膜，用该滤膜作为过滤层具有对 空气中PM2. 5高达99. 97%的过滤效率，而且在85 L/min的测试流速下阻力压降低。该复 合纤维滤膜制备简单、能耗低，具有过滤效率高和阻力压降低的优点，是一种理想的空气 过滤净化材料，可应用于制作N95标准及W上口罩和空气净化器等设备。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种制备方法简单、耗能低和易批量生产(产业化）的复合纤 维过滤膜，该复合纤维滤膜对PM2. 5具有高过滤效率和低阻力压降优点。将此复合纤维过 滤膜作为口罩或空气过滤设备中的主导过滤层，使制作的口罩或空气过滤设备去除PM2. 5 效率高，保护人们免受PM2. 5污染，有效地提高人类生活环境质量。
[0006] 选用适合的聚合物，采用静电纺丝技术，通过调节静电纺丝过程参数，制备出具有 对PM2. 5高效过滤的复合纤维过滤膜，具体步骤如下： 1)纺丝液的配制：将2. 04-66. 67 g聚合物溶解于100 g合适的溶剂中，在常温或一定 温度水浴中揽拌至聚合物完全溶解，配制成质量分数为2-40 %的聚合物溶液。
[0007] 2)静电纺丝过程；将步骤1)中的纺丝溶液加入到储液罐中，进行静电纺丝。首先， 在接收电极板上附一层基底层；然后，在发射电极上施加一定电压，接收电极板接地或施加 一定反向电压，通过调节正负电压压差、喷丝电极到接收电极间距和环境温湿度等，制备负 载不同形貌纳米纤维的复合纤维过滤膜。制备的复合纤维过滤膜经干燥后备用，也可再附 上其它基底层，组成由基底层、纳米纤维、基底层构成的复合结构，用于制作N95标准W上 的口罩和空气净化器等设备。
[000引本发明的负载纳米纤维的复合纤维滤膜过滤PM2. 5的原理如下： 根据经典的过滤理论，在纤维过滤材料的稳定阶段，过滤过程中有5种主要的捕捉微 粒的机理：拦截效应、惯性沉积、布朗扩散、重力沉降和静电效应。微粒捕捉是几种机理共同 作用的结果，其中一种或几种机理起主要作用。
[0009] 静电纺丝纳米纤维直径大小与空气分子的平均自由程相当，当含有细颗粒的气流 通过静电纺丝纳米纤维时，气体能在纤维表面发生滑移，通过前后所产生的压力降损失大 大减小。通常用品质因数来综合评价过滤介质的过滤性能。品质因数定义为：
【权利要求】
1. 一种高效低阻复合纤维PM2. 5过滤膜及静电纺丝制备方法，其特征在于：其具体步 骤如下： 纺丝液的配制：将2. 04-66. 67 g干燥的聚合物溶解于100 g相应的溶剂中，在常温或 一定温度搅拌至聚合物完全溶解，配制成质量分数为2-40 %的聚合物溶液； 静电纺丝过程：将步骤1)中的纺丝溶液加入到储液罐中，进行静电纺丝，首先，在接收 电极板上附上一层基底层；然后，在发射电极上施加一定电压，接收电极板接地或者施加一 个反向电压；通过正负电压差调节、发射电极到接收电极板距离调整和环境温、湿度控制， 制备不同结构和形貌的复合纤维过滤膜。
2. 根据权利要求1所述的高效低阻复合纤维PM2. 5过滤膜及静电纺丝制备方法，其特 征在于：所述聚合物包含聚酰胺(尼龙-6、尼龙-6, 6、尼龙-4、尼龙-6, 10和嵌段共聚物聚 酰胺等)、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氨酯尿素、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸 乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酸、聚砜和聚醚砜等其中的 一种或混合物，以及其改性聚合物。
3. 根据权利要求1所述的高效低阻复合纤维PM2. 5过滤膜及静电纺丝制备方法，其特 征在于：所述溶剂包含水、甲酸、乙酸、三氟乙酸、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙 酰胺、二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、丙酮、甲苯、丁酮和异丙醇，或其混合溶剂等。
4. 根据权利要求1所述的高效低阻复合纤维PM2. 5过滤膜及静电纺丝制备方法，其特 征在于：所述基底层可为纺粘、针刺或熔喷无纺布。
5. 根据权利要求1所述的高效低阻复合纤维PM2. 5过滤膜及静电纺丝制备方法，其 特征在于：所述复合纤维膜过滤膜对PM2. 5的过滤效率可达到959T99. 97%，压降为2(T300 Pa〇
6. 根据权利要求1所述的高效低阻复合纤维PM2. 5过滤膜及静电纺丝制备方法，其特 征在于：制备的复合纤维过滤膜经干燥后，可用于制作N95标准以上的口罩和空气净化器 等设备；也可再附上其它基底层，组成由无纺布基底层、静电纺丝纳米纤维和其它基底层构 成的复合结构，可应用于制作N95标准以上的口罩和空气净化器等设备。
【文档编号】B01D39/16GK104436865SQ201410108986
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】郑煜铭, 吴仁香, 陈澍 申请人:福建省贝思达环保投资有限公司, 中国科学院城市环境研究所