一种驻极纳米纤维高效过滤材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种驻极纳米纤维高效过滤材料及其制备方法，属于新材料技术领域，解决了现有技术中存在的驻极纳米纤维过滤材料驻极性能不稳定，导致对空气中的细颗粒物过滤效率低的技术问题。所述过滤材料是由纺丝液经静电纺丝制备而成，其中，所述纺丝液包括如下重量份的组分：聚合物0‑30份；线形可极化聚合物1‑30份；以及溶剂40‑99份；其中，所述线形可极化聚合物为具有电子给体‑π共轭体系‑电子受体的偶极子结构侧基的线形可极化聚合物。本发明专利技术通过将线形可极化聚合物与聚合物共同溶解，通过静电纺丝技术制备具有高PM

A kind of electret nanofiber high efficiency filter material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种驻极纳米纤维高效过滤材料及其制备方法
本专利技术涉及新材料
，尤其涉及一种驻极纳米纤维高效过滤材料及其制备方法。
技术介绍
空气中的细颗粒物是指环境中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，又称细粒、细颗粒或PM2.5，其粒径小，在大气中的停留时间长、输送距离远，能够对人体健康造成较大危害，易引发肺炎、肺功能下降等多种疾病。采用熔喷纤维、玻璃纤维和纺粘纤维制备的空气过滤材料对空气中的细微颗粒物进行防护是一种行之有效的措施。目前，传统的空气过滤材料对空气中细微颗粒物的过滤机理主要有以下五种：拦截效应、筛效应、惯性效应、布朗效应和静电效应。熔喷纤维、玻璃纤维和纺粘纤维等这些过滤材料的纤维直径粗、孔径大、比表面较小，惯性效应和布朗效应较弱，对空气中细微颗粒物过滤效率较低。而静电纺丝纳米纤维过滤材料具有丝径细、孔径小、比表面积大等特点，具有良好的惯性效应和布朗效应，是新型过滤材料发展的趋势。为了进一步提高过滤材料的过滤效果，通常对聚合物空气过滤材料进行驻极改性，以提高静电效应，从而进一步提高过滤效率。如对熔喷布进行驻极，但是该方法驻极产生的电荷在异丙醇等有机溶剂作用下容易消失，造成过滤效率大幅降低。另外，通过添加电气石等无机纳米粒子也可进一步提高驻极效果。但无机粒子与聚合物基材相容性不好，易造成空气过滤材料机械性能下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种驻极纳米纤维高效过滤材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的驻极纳米纤维过滤材料驻极性能不稳定，导致对空气中细颗粒物过滤效率低的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供了一种驻极纳米纤维高效过滤材料，所述过滤材料是由纺丝液经静电纺丝制备而成，其中，所述纺丝液包括如下重量份的组分：聚合物0-30份；线形可极化聚合物1-30份；以及溶剂40-99份；其中，所述线形可极化聚合物为具有电子给体-π共轭体系-电子受体的偶极子结构侧基的线形可极化聚合物。根据一种优选实施方式，所述线形可极化聚合物为线形可极化聚酯、线形可极化聚苯乙烯、线形可极化聚三唑、线形可极化聚氨酯或线形可极化聚甲基丙烯酸甲酯。本专利技术的线形可极化聚合物选择具有Donor-π-Acceptor偶极子结构特征侧基的线形可极化聚合物。本专利技术所述的Donor-π-Acceptor偶极子结构特征的侧基，其基团的一端为电子给体，另一端为电子受体，连接两者的为π共轭体系。根据一种优选实施方式，所述线形可极化聚合物的电子给体选自含有氧原子、氮原子或硫原子的具有孤对电子的原子或基团；所述线形可极化聚合物的电子受体选自具有拉电子倾向的原子或基团；所述π共轭体系选自偶氮苯体系、共轭烃体系或噻吩体系。根据一种优选实施方式，所述电子给体选自羟基、烷氧基、胺基或巯基中的一种；所述电子受体选自硝基、醛基、氰基、磺酸基、羧基、酰基、三氟甲基、三氯甲基或三溴甲基中的一种；所述π共轭体系为偶氮苯体系。根据一种优选实施方式，所述聚合物选自以下成分中的一种或几种：聚丙烯腈、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚苯醚、聚酰亚胺、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、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、壳聚糖或其改性聚合物。优选地，所述聚合物选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚苯醚或聚苯乙烯中的一种或几种。上述聚合物溶解于所选溶剂后，溶液粘度适中，有利于静电纺丝发射且纺丝纤维发射量较大且纤维强度较高。根据一种优选实施方式，所述溶剂选自以下成分中的一种或几种：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、丁酮或异丙醇。优选地，所述溶剂选自四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。本专利技术的溶剂能够充分均匀溶解聚合物，异味小，毒性小，对机械无腐蚀性，价格低廉有利于工业化生产。根据一种优选实施方式，所述纺丝液包括如下重量份的组分：聚合物1-20份；线形可极化聚合物1-25份；以及溶剂55-98份；其中，所述线形可极化聚合物为具有电子给体-π共轭体系-电子受体的偶极子结构侧基的线形可极化聚酯、线形可极化聚三唑或线形可极化聚甲基丙烯酸酯；所述聚合物选自聚丙烯腈、热塑性聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯或聚苯乙烯中的一种或几种；所述溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺中的一种或两种。使用上述配方作为优选地，使得纺丝液具有更为适中的粘度，具有更大的纺丝量，得到更好的过滤效率。本专利技术采用聚合物、含电子给体-π共轭体系-电子受体的偶极子结构特征的侧基线形可极化聚合物与溶剂制成纺丝液，所得纺丝液具有混合、溶解均匀，粘度适中，电导率高易于纺丝的效果。本专利技术还提供了一种驻极纳米纤维高效过滤材料的制备方法，所述制备方法用于制备所述的驻极纳米纤维高效过滤材料，所述制备方法至少包括如下步骤：S1：制备纺丝液，按照重量百分比分别称取聚合物、线形可极化聚合物和溶剂；将所述聚合物与所述线形可极化聚合物在20-80℃下搅拌溶解于所述溶剂中，形成均匀的纺丝液；S2：进行静电纺丝以获得驻极纳米纤维高效过滤材料，利用静电纺丝方法将步骤S1中的所述纺丝液负载于支撑材料上制备驻极纳米纤维高效过滤材料。优选地，本专利技术的支撑材料可以是用于负载纳米纤维并制成空气高效过滤材料的基材。根据一种优选实施方式，所述支撑材料为纺粘、针刺或熔喷无纺布。根据一种优选实施方式，所述支撑材料为PP熔喷无纺布、PP纺粘无纺布或PET熔喷无纺布。根据一种优选实施方式，所述步骤S2还包括：在接收电极板上铺附所述支撑材料；然后，在发射电极上施加电压，接收电极板接地或施加反向电压，通过调节正负电压压差、喷丝电极到接收电极间距以及环境温湿度，以制备负载不同形貌纳米纤维的驻极纳米纤维高效过滤材料。优选地，本专利技术的制备方法制备的驻极纳米纤维高效过滤膜经干燥后备用，也可再附上其它基底层形成多层复合结构。优选地，可进一步组成由基底层、驻极纳米纤维材料、基底层构成的复合结构。基于上述技术方案，本专利技术的驻极纳米纤维高效过滤材料及其制备方法至少具有如下技术效果：本专利技术的驻极纳米纤维高效过滤材料通过将具有电子给体-π共轭体系-电子受体的偶极子结构侧基的线形可极化聚合物溶液与聚合物和溶剂共同溶解制备成纺丝液，通过静电纺丝方法使纺丝液制备形成驻极纳米纤维，在静电纺丝过程中，线形可极化聚合物上的偶极子基团在高压电场作用下发生极化，极化后偶极子基团偶极矩的取向被凝固线形可极化聚合物骨架所稳定，使得极化后偶极子基团不易因静电作用团聚，有效稳定极化后发色团偶极矩的取向，使得所制备的纳米纤维具有良好驻极效果。从而大幅度提高了静电吸附力对细颗粒物的拦截作用，有效提高了过滤材料对细微颗粒物的拦截效率。本专利技术所制备的驻极纳米纤维高效过滤材料具有纤维直径小，比表面大，孔径小和孔隙率高的特点，拥有良好的空气透过性。同时，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种驻极纳米纤维高效过滤材料，其特征在于，所述高效过滤材料是由纺丝液经静电纺丝制备而成，其中，所述纺丝液包括如下重量份的组分：/n聚合物0-30份；/n线形可极化聚合物1-30份；以及/n溶剂40-99份；/n其中，所述线形可极化聚合物为具有电子给体-π共轭体系-电子受体的偶极子结构侧基的线形可极化聚合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种驻极纳米纤维高效过滤材料，其特征在于，所述高效过滤材料是由纺丝液经静电纺丝制备而成，其中，所述纺丝液包括如下重量份的组分：
聚合物0-30份；
线形可极化聚合物1-30份；以及
溶剂40-99份；
其中，所述线形可极化聚合物为具有电子给体-π共轭体系-电子受体的偶极子结构侧基的线形可极化聚合物。


2.根据权利要求1所述的驻极纳米纤维高效过滤材料，其特征在于，所述线形可极化聚合物为线形可极化聚酯、线形可极化聚苯乙烯、线形可极化聚三唑、线形可极化聚氨酯或线形可极化聚甲基丙烯酸甲酯。


3.根据权利要求1所述的驻极纳米纤维高效过滤材料，其特征在于，所述线形可极化聚合物的电子给体选自含有氧原子、氮原子或硫原子的具有孤对电子的原子或基团；所述线形可极化聚合物的电子受体选自具有拉电子倾向的原子或基团；所述π共轭体系选自偶氮苯体系、共轭烃体系或噻吩体系。


4.根据权利要求2所述的驻极纳米纤维高效过滤材料，其特征在于，所述电子给体选自羟基、烷氧基、胺基或巯基中的一种；所述电子受体选自硝基、醛基、氰基、磺酸基、羧基、酰基、三氟甲基、三氯甲基或三溴甲基中的一种；所述π共轭体系为偶氮苯体系。


5.根据权利要求1所述的驻极纳米纤维高效过滤材料，其特征在于，所述聚合物选自以下成分中的一种或几种：聚丙烯腈、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚苯醚、聚酰亚胺、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、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、壳聚糖或其改性聚合物。


6.根据权利要求1所述的驻极纳米纤维高效过滤材料，其特征在于，所述溶剂选自以下成分中的一种或几种：水、甲酸、乙酸、三氟乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢建达，邢家思，吴晓舜，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：福建;35