一种空气过滤膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种空气过滤膜，其包括基布和形成在基布上的纳米纤维膜，纳米纤维膜具有球形和/或纺锤形的串珠结构；纳米纤维膜由聚乙醇酸、纤维素基抗菌剂和溶剂通过静电纺丝法制备而成，纤维素基抗菌剂由二醛纤维素和ε

【技术实现步骤摘要】
一种空气过滤膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种空气过滤膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]空气质量同人类的健康息息相关，大量研究已证明空气中的粉尘等污染物会危害人们的身体健康。空气过滤膜能够过滤空气中的颗粒物、细菌真菌等微生物，阻隔颗粒物、细菌真菌等与人体的直接接触，受到越来越多人的关注，人们对空气过滤膜的需求越来越多。
[0003]目前的空气过滤膜主要是非织造纤维材料，其直径粗，空隙大，对微小颗粒物尤其是纳米级的颗粒物的过滤精度难以保证。相较于传统的非织造纤维材料，静电纺丝制得的纤维材料具有直径小、孔径小等优点，其在一定程度上能够提升过滤效率。然而，目前静电纺丝制得的纤维材料还是存在如下问题：(1)对纳米级的颗粒物等的过滤效果仍然不理想，要么过滤效率低，要么阻力压降大；(2)原料很多是不可再生且难以降解，与可持续发展理念相违背。此外，有研究表明，当水分、温湿度适宜时，沉积在空气过滤膜上的有机/无机物会促进细菌的生长，从而会导致空气过滤膜过滤性能的下降；并且，生长的细菌新陈代谢会产生挥发性化学物质，而挥发性化学物质会穿过空气过滤膜再次释放到空气中，从而又会对空气产生污染。
[0004]因此，开发过滤效率高、阻力压降小且具有抗菌功能的可降解空气过滤膜具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种过滤效率高、阻力压降小且具有抗菌功能的可降解空气过滤膜及其制备方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种空气过滤膜，其包括基布和形成在所述基布上的纳米纤维膜，所述纳米纤维膜具有球形和/或纺锤形的串珠结构；所述纳米纤维膜由聚乙醇酸、纤维素基抗菌剂和溶剂通过静电纺丝法制备而成，所述纤维素基抗菌剂的制备方法包括使二醛纤维素和ε
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聚赖氨酸反应，所述二醛纤维素的醛含量为2.0～6.0mmol/g；当所述二醛纤维素的醛含量大于或等于4mmol/g且小于或等于6mmol/g时，所述二醛纤维素和所述ε
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聚赖氨酸的投料质量比为10：(1～3.5)；当所述二醛纤维素的醛含量大于或者等于2mmol/g且小于4mmol/g时，所述二醛纤维素和所述ε
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聚赖氨酸的投料质量比为10：(0.5～2.0)。。
[0008]优选地，所述二醛纤维素的醛含量为2.3～5.5mmol/g，例如可以为2.3mmol/g、2.5mmol/g、3mmol/g、3.5mmol/g、4.0mmol/g、4.5mmol/g、5mmol/g、5.5mmol/g等。
[0009]根据一些优选的实施方式，当所述二醛纤维素的醛含量大于或等于4mmol/g且小于或等于6mmol/g时，所述二醛纤维素和所述ε
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聚赖氨酸的投料质量比为10：(1.5～3.0)，例如10:1.5、10:1.7、10:1.9、10:2.1、10:2.3、10:2.5、10:2.7、10:2.9等。
[0010]根据另一些优选的实施方式，当所述二醛纤维素的醛含量大于或者等于2mmol/g且小于4mmol/g时，所述二醛纤维素和所述ε
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聚赖氨酸的投料质量比为10：(0.5～1.0)，例如10:0.7、10:0.9、10:1.1、10:1.3等。
[0011]优选地，所述聚乙醇酸、纤维素基抗菌剂和溶剂的投料质量比为(8～15)：1：(150～200)。
[0012]进一步优选地，所述聚乙醇酸、纤维素基抗菌剂和溶剂的投料质量比为(10～13)：1：(160～190)，更为优选为(10.5～11.5)：1：(170～180)。
[0013]优选地，所述的溶剂选自六氟异丙醇。
[0014]优选地，所述静电纺丝法的纺丝电压为10～14kV，例如可以为10kV、11kV、12kV、13kV等。
[0015]优选地，控制纺丝液挤出流速为0.5～1.5mL/h，例如0.5mL/h、0.7mL/h、0.9mL/h、1.1mL/h、1.3mL/h、1.5mL/h等。
[0016]优选地，所述静电纺丝法的环境相对湿度为30～60％。
[0017]进一步优选地，所述静电纺丝法的环境相对湿度为40～50％。
[0018]优选地，所述的基布选自纺粘无纺布、活性炭无纺布、熔喷无纺布、水刺无纺布中的一种或多种。
[0019]优选地，所述纳米纤维膜的纤维直径为44nm～367nm。
[0020]进一步优选地，所述纳米纤维膜的纤维直径为100nm～200nm，例如100nm、120nm、130nm、140nm、150nm、170nm、190nm等。
[0021]优选地，所述空气纤维膜的厚度为30～100微米，例如40、50、60、70、80、90等。
[0022]优选地，所述空气过滤膜对氯化钠气溶胶的过滤效率大于97％，阻力压降低于92pa，其中，所述氯化钠气溶胶的质量中直径为260nm、数量中直径为75nm；所述空气过滤膜对大肠杆菌和/或金黄色葡萄球菌的抗菌率达99.9％以上。
[0023]根据一些优选的实施方式，所述的二醛纤维素的制备方法包括：将微晶纤维素与水混合，调节体系pH为1.5～2.5后，再加入高碘酸盐，在30～50℃下反应15～25h，其中，所述微晶纤维素与所述水的投料质量比为10：(400～600)；所述微晶纤维素与所述高碘酸盐的投料质量比为10：(10～15)。
[0024]进一步优选地，使所述微晶纤维素在黑暗条件下与所述高碘酸盐反应。本专利技术的黑暗条件包括但不限于避光，高碘酸盐包括但不限于高碘酸钠。
[0025]根据一些优选的实施方式，所述纤维素基抗菌剂的制备方法包括：将所述的二醛纤维素与水混合，调节体系pH为8～10，再加入所述ε
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聚赖氨酸，在30～50℃下反应5～10h；其中，所述二醛纤维素与所述水的投料质量比为1：(15～25)。
[0026]本专利技术的第二个方面提供一种如上所述的空气过滤膜的制备方法，其包括如下步骤：
[0027](1)将聚乙醇酸与溶剂在70～80℃下搅拌溶解后，再与所述纤维素基抗菌剂混合、超声消泡后制成纺丝液；
[0028](2)将所述的纺丝液注入静电纺丝设备进行静电纺丝，其中，控制纺丝电压为10～14kV，纺丝液挤出流速为0.5～1.5mL/h，环境相对湿度为30～60％，接收装置为金属铜板，基布设置在所述金属铜板上且面向针筒。
[0029]优选地，控制环境相对湿度为40～50％。
[0030]优选地，控制纺丝的时间为50～60min。
[0031]本专利技术的第三个方面提供一种如上所述的空气过滤膜在制备口罩、防护服、滤芯中的应用。
[0032]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：
[0033]本专利技术的空气过滤膜具有球形和/或纺锤形的串珠结构，不仅能够有效过滤纳米级颗粒物，而且还能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气过滤膜，其特征在于：所述空气过滤膜包括基布和形成在所述基布上的纳米纤维膜，所述纳米纤维膜具有球形和/或纺锤形的串珠结构；所述纳米纤维膜由聚乙醇酸、纤维素基抗菌剂和溶剂通过静电纺丝法制备而成，所述纤维素基抗菌剂的制备方法包括使二醛纤维素和ε
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聚赖氨酸反应，所述二醛纤维素的醛含量为2.0~6.0mmol/g；当所述二醛纤维素的醛含量大于或等于4mmol/g且小于或等于6mmol/g时，所述二醛纤维素和所述ε
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聚赖氨酸的投料质量比为10：（1~3.5）；当所述二醛纤维素的醛含量大于或者等于2mmol/g且小于4 mmol/g时，所述二醛纤维素和所述ε
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聚赖氨酸的投料质量比为10：（0.5~2.0）。2.根据权利要求1所述的空气过滤膜，其特征在于：当所述二醛纤维素的醛含量大于或等于4mmol/g且小于或等于6mmol/g时，所述二醛纤维素和所述ε
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聚赖氨酸的投料质量比为10：（1.5~3.0）；当所述二醛纤维素的醛含量大于或者等于2mmol/g且小于4 mmol/g时，所述二醛纤维素和所述ε
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聚赖氨酸的投料质量比为10：（0.5~1.0）。3.根据权利要求1所述的空气过滤膜，其特征在于：所述聚乙醇酸、纤维素基抗菌剂和溶剂的投料质量比为（8~15）：1：（150~200）。4.根据权利要求1或3所述的空气过滤膜，其特征在于：所述的溶剂选自六氟异丙醇。5.根据权利要求1所述的空气过滤膜，其特征在于：所述静电纺丝法的纺丝电压为10~14kV，纺丝液挤出流速为0.5~1.5mL/h，环境相对湿度为30~60%。6.根据权利要求1所述的空气过滤膜，其特征在于：所述的基布选自纺粘无纺布、活性炭无纺布、熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福娟，殷妮，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：