一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯及其制备方法，方法：首先制备聚乳酸熔融静电纺丝纳米纤维膜MME，然后在MME的表面布置TPU纳米颗粒粘结剂，接着以MME为接收基材，以粘结剂所在面为接收面，制备聚乳酸溶液静电纺丝纤维膜MSE，最后采用热处理的方式进行低压热粘合，制得滤芯；制得的滤芯中，MME与MSE纤维直径中位数的比值为1.2~3；MSE的克重为0.1~0.2g/m2，MME的克重为10~30g/m2；滤芯对0.3μm颗粒物的过滤效率为93~99%，吸气阻力≤200Pa，经过十次杀菌后过滤效率衰减在7%以内。本发明专利技术的方法简单，制得的滤芯可降解，可重复使用，克重低，滤效高。滤效高。滤效高。

【技术实现步骤摘要】
一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯及其制备方法


[0001]本专利技术属于滤芯
，涉及一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯及其制备方法。

技术介绍

[0002]2019年底开始在全球形成大流行的新冠病毒尚未得到有效控制，全球对于公共安全防护类产品（如口罩、防护服等）的消耗激增，同时废旧口罩的回收处理成为大问题。可降解材料在防护类产品中的应用成为热点，聚乳酸（PLA）因其具有良好的生物可降解性、生物相容性和一定的天然抗菌性能，成为领域内技术研发人员关注的重点。
[0003]静电纺丝加工技术主要是借助于高压静电场使聚合物溶液或熔体带电并产生形变，在末端处形成液滴，后在电场力的牵引作用下，喷射牵引成纳米纤维。静电纺丝纳米纤维膜因其纤维直径低，孔径小，具有优异的过滤防护性能，同时与熔喷布相比，不依靠静电吸附作用增强过滤性能，过滤效率保持度，使采用静电纺丝纤维膜的产品具有可重复使用的性能。已有部分产品商业化。
[0004]静电纺丝工艺分为熔体静电纺丝和溶液静电纺丝两种，均有在过滤防护产品方面商业化应用，均采用无纺布作为基材支撑，由于纤维直径差别太大，达不到增强的效果。存在以下特点：熔体静电纺丝纤维膜纤维（简称MME）直径较大（一般在400~2000nm间），纤维膜强度高形状保持能力强，但要达到较高的过滤效率（KN95级），厚度和克重明显增加；溶液静电纺丝纤维膜（简称MSE）直径较小（一般20~400nm间），在较低的厚度就能达到超高的过滤效率，但存在过滤压力较大、强度低的缺点，此外当其与无纺布复合作为滤芯时，MSE容易脱离无纺布的保护，单独受到加工使用过程中各种拉扯、弯折等作用力，极易破损，使得整个滤芯膜失效。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有技术存在的上述问题，提供一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯及其制备方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯，由聚乳酸熔融静电纺丝纳米纤维膜MME和聚乳酸溶液静电纺丝纤维膜MSE粘结而成；MME纤维直径中位数与MSE纤维直径中位数的比值为1.2~3；纤维直径中位数是通过在均匀分布部分至少5个部位的SEM照片统计确定的；二者的比值过大，MME纤维与MSE纤维间，无法形成有效缠结，支撑增强效果不明显，发挥不出MME的强度优势；二者的比值过小，容易造成堆积密度大，呼吸阻力过高；二者的比值为1.2~3时，一方面MME与MSE之间能够产生物理交联缠结，提高整体的耐机械加工性能，另一方面MME与MSE之间能够产生级配效果，增强过滤效果，减轻MSE的过滤压力，提高使用耐久度；粘结位置呈点状分布，滤芯中不存在较大面积的不透气区域，杜绝了对气体阻力
的影响；MSE的克重为0.1~0.2g/m2，MME的克重为10~30g/m2；按GB2626
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2006测得聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯对0.3μm颗粒物的过滤效率为93~99%，吸气阻力≤200Pa，经过十次杀菌后过滤效率衰减在7%以内；本专利技术的聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯中与MME结合的MSE的拉伸强度为7~9MPa，与其相同厚度的未与MME结合的单层MSE压实后测得拉伸强度为3~4MPa，对比可以看出，MME的加入有效提高了MSE的强度。
[0007]作为优选的技术方案：如上所述的一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯，MME的纤维直径范围为400~1000nm；MSE的纤维直径范围为120~400nm。
[0008]本专利技术还提供制备如上所述的一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯的方法，首先制备聚乳酸熔融静电纺丝纳米纤维膜MME，然后在MME的表面采用静电喷雾技术布置TPU纳米颗粒粘结剂，接着以MME为接收基材，以TPU纳米颗粒粘结剂所在面为接收面，制备聚乳酸溶液静电纺丝纤维膜MSE，最后采用热处理的方式进行低压热粘合，制得聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯，热处理的温度为60~80℃，热粘合的压力为10~30N，热粘合的过程中，TPU纳米颗粒粘结剂局部熔化，使MSE与MME产生交联，相互粘结，热处理的温度较低，压力也较低，同时因为TPU纳米颗粒粘结剂的尺寸较小，不会产生较大面积的不透气区域，杜绝了对气体阻力的影响。
[0009]作为优选的技术方案：如上所述的方法，MME的制备过程为：首先将聚乳酸与增塑剂（作用为降粘）混合均匀，然后采用熔融共混的方式继续混合均匀，最后将熔融料从喷丝头喷出，到达旋转的接收辊（接收辊不断旋转，最终得到熔融静电纺丝纳米纤维膜）得到MME，喷丝头和接收辊之间施加静电电压，熔融料从喷丝头喷出后在电场作用下产生射流，射流经过电场的拉伸后，形成纳米纤维。
[0010]如上所述的方法，MME的制备过程中，增塑剂为柠檬酸三丁酯(TBC)、亚磷酸三苯酯(TPPi)或癸二酸二丁酯(DBS)；聚乳酸与增塑剂的质量比为100:0.2~3；熔融共混的温度为175~210℃；喷丝头和接收辊之间的距离为10~20cm；静电电压为15~40kV；本专利技术通过控制增塑剂添加量、静电电压、喷丝头和接收辊之间的距离控制MME中的纤维直径。
[0011]如上所述的方法，MME的制备过程中，为促进熔体射流拉伸，降低纤维直径，在喷丝头和接收辊之间还引入温度为220~260℃的热气流，若引入的热气流的温度低于220℃，会使得拉伸效果变差，高于260℃，则拉伸易熔断。
[0012]如上所述的方法，在MME的表面采用静电喷雾技术布置TPU纳米颗粒粘结剂的过程为：先将TPU树脂（熔点60~80℃）溶解在溶剂中得到溶液，再采用多针头静电纺丝设备将溶液喷射在MME上。
[0013]如上所述的方法，在MME的表面采用静电喷雾技术布置TPU纳米颗粒粘结剂的过程中，溶剂为体积比为1:1的DMF与THF的混合液；溶液的质量浓度为7%~9%；喷射时电场间距（即喷头与接收辊的距离）为10~13cm，单针头注射速率为0.12~0.4ml/min（注射速率设置于此将产生大量纳米级TPU微片均匀分布在MME上）。
[0014]如上所述的方法，MSE的制备过程为：先将聚乳酸溶解在溶剂中，同时加入乳化剂得到溶液，采用多针头溶液静电纺丝电极设备将溶液喷射在接收基材上得到MSE。
[0015]如上所述的方法，MSE的制备过程中，溶剂为NMP、DMF、DMAc、1,4
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二氧六环、DMSO和丙酮中的一种以上；乳化剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、甜菜碱型两性表面活性剂、辛基酚聚氧乙烯醚和失水山梨糖醇脂肪酸酯中的一种以上；溶解的温度为70~80℃；溶液中聚乳酸的质量浓度为8%~12%，乳化剂的质量浓度为0.01%~0.04%；喷射时，纺丝电压为15~25kV，电极与接收辊的间距为10~15cm，环境相对湿度为30%~40%；本专利技术通过控制纺丝电压、电极与接收辊的间距、环境相对湿度控制MSE中的纤维直径。
[0016]本专利技术的原理如下：现有技术中的滤芯多由MSE和无纺布组成，其中无纺布主要作为支撑基材，因无纺布的孔径和纤维直径分布较宽难控制，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯，其特征在于，由聚乳酸熔融静电纺丝纳米纤维膜MME和聚乳酸溶液静电纺丝纤维膜MSE粘结而成；MME纤维直径中位数与MSE纤维直径中位数的比值为1.2~3；粘结位置呈点状分布；MSE的克重为0.1~0.2g/m2，MME的克重为10~30g/m2；按GB2626
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2006测得聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯对0.3μm颗粒物的过滤效率为93~99%，吸气阻力≤200Pa，经过十次杀菌后过滤效率衰减在7%以内。2.根据权利要求1所述的一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯，其特征在于，MME的纤维直径范围为400~1000nm；MSE的纤维直径范围为120~400nm。3.制备如权利要求1或2所述的一种聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯的方法，其特征在于，首先制备聚乳酸熔融静电纺丝纳米纤维膜MME，然后在MME的表面采用静电喷雾技术布置TPU纳米颗粒粘结剂，接着以MME为接收基材，以TPU纳米颗粒粘结剂所在面为接收面，制备聚乳酸溶液静电纺丝纤维膜MSE，最后采用热处理的方式进行低压热粘合，制得聚乳酸纳米双层纤维膜滤芯，热处理的温度为60~80℃，热粘合的压力为10~30N。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，MME的制备过程为：首先将聚乳酸与增塑剂混合均匀，然后采用熔融共混的方式继续混合均匀，最后将熔融料从喷丝头喷出，到达旋转的接收辊得到MME，喷丝头和接收辊之间施加静电电压。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，MME的制备过程中，增塑剂为柠檬酸三丁酯、亚磷酸三苯酯或癸二酸二丁酯；聚乳酸与增塑剂的质量比为100:0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，赵润，徐锦龙，汪丽霞，
申请(专利权)人：江苏新视界先进功能纤维创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：