聚偏氟乙烯复合纳米纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚偏氟乙烯复合纳米纤维及其制备方法和应用，所述纳米纤维由聚偏氟乙烯(PVDF)和无机盐复合得到。本发明专利技术通过在PVDF中掺杂无机盐，溶液中的氢键与PVDF中的>CF2之间的较强相互作用，使PVDF分子链的偶极矩都沿着一个方向排列，从而形成β结晶相，聚偏氟乙烯复合(PVDF/LiCl等)纳米纤维具有热释电/压电效应。电/压电效应。电/压电效应。

【技术实现步骤摘要】
聚偏氟乙烯复合纳米纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于空气净化领域，具体涉及一种聚偏氟乙烯复合纳米纤维及其制备方法和在可清洗滤料中的应用。

技术介绍

[0002]随着近年来中国经济的增长，交通、工业等人类活动排放出大量空气污染物，已造成严重的环境污染。在实际场景中，空气污染物的成分是高度复杂的，一般是微粒、液滴、气体或上述物质的混合物。在固体污染物(如颗粒物、灰尘、花粉等)中，颗粒物(PM)是最危险的一种，它是由各种小颗粒组成的复杂混合物，其来源和成分随时间和空间的变化而变化，主要包括有机化学物质、酸、金属和土壤或灰尘颗粒。研究表明，直径在2.5μm(PM
2.5
)和10μm(PM
10
)以下的颗粒物可以进入人体呼吸系统，并且颗粒物的直径越小，对人体的负面影响越大。
[0003]2019年12月中旬新冠疫情爆发以来，对飞沫传播防护的需求使得个人防护、口罩、呼吸器等已经成为不可或缺的生活必需品，并且，越来越多已使用过的个人防护用品，已经给环境带来了严重的二次污染。病毒可以附着在来自感染者的细气溶胶(固体颗粒或液滴)上，一旦进入空气，有可能在飞行过程中被转移到周围的气溶胶中。病毒附着的气溶胶越小，混合气溶胶(病毒和载体气溶胶)在空气中悬浮的时间就越长，病毒传播的距离就越远。根据报道，呼吸道飞沫的尺寸主要集中在50
‑
100μm之间，患者打喷嚏和干咳产生的飞沫大小在0.6
‑
100μm之间，97％以上的液滴粒径小于50μm，其中绝大多数小于10μm。目前，飞沫传播的有效防护途径依然是采用具有PM
0.3
过滤效率的滤料。
[0004]目前常用的以聚丙烯(PP)为主要材料的熔喷驻极体无纺布，具有过滤效率高、工艺成熟等优点，是目前主流的过滤材料。然而，熔喷PP驻极体无纺布中的电荷会不可避免地在外界条件下发生衰减，导致过滤效率显著降低，与此同时它还具有相对较高的过滤阻力。此外，驻极体在高温和高湿度下的低稳定性同样限制了其应用。
[0005]性能优异的过滤材料，既能阻挡和吸附更多的颗粒物，又要求有一定的气体流通量。相较于纤维直径较大的熔喷无纺布而言，纳米纤维因其纤维间的纳米空隙、大的比表面积和强的范德华力而引起研究人员的关注，对于纤维过滤材料来说，纤维的直径、孔径分布、表面形态、孔隙率以及纤维网的密度等均可影响纤维网的过滤效果。因此，提供和制备高过滤效率、低风阻和良好电荷稳定性的空气过滤材料仍然是一个有待解决的难题。

技术实现思路

[0006]为了改善上述技术问题，本专利技术提供一种聚偏氟乙烯复合纳米纤维，所述纳米纤维由聚偏氟乙烯(PVDF)和无机盐复合得到。
[0007]根据本专利技术的实施方案，所述无机盐选自下述至少一种：氯化锂、九水合硝酸铝等。例如，所述无机盐为水合无机盐或无水无机盐。
[0008]根据本专利技术的实施方案，所述无机盐与所述聚偏氟乙烯的质量比为(0.2
‑
1):
(0.2
‑
15)，例如为(0.3
‑
0.8):(11
‑
15)，示例性为0.4:11、0.4:12、0.4:13、0.4:14、0.4:15。
[0009]根据本专利技术的实施方案，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维的直径分布范围为200nm
‑
1μm，示例性地为200nm
‑
500nm。在所述直径分布范围内，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维具有纳米尺寸效应。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维的平均孔径为20
‑
50nm。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维的比表面积至少为3m2/g，示例性地为3
‑
30m2/g。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维的孔隙率不小于80％，示例性地为80
‑
95％。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维能够在温差刺激作用下释放电荷，实现对大气颗粒物的静电吸附的同时维持较低的风阻。进一步地，所述温差刺激意指热刺激或冷刺激。
[0014]例如，热刺激时(比如通过加热实现热刺激)，聚偏氟乙烯复合纳米纤维的表面呈现正电荷，可高效吸附大气颗粒物，尤其是负电性微粒(大气颗粒中绝大多数呈现负电性)。
[0015]例如，冷刺激时(比如通过降温实现冷刺激)，聚偏氟乙烯复合纳米纤维的表面呈现负电荷，但是由于制冷后的样品表面在室温下使用时，容易在表层吸附大气中的水蒸气，使其凝结在表面，因此，静电荷极易释放，从而使吸附效率稍有降低。因此，所述温差刺激优选为热刺激。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维具有热释电/压电效果。
[0017]示例性地，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维由PVDF和LiCl复合得到，记为PVDF/LiCl。
[0018]本专利技术还提供一种聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜，由所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维构成。
[0019]本专利技术中，所制备的聚偏氟乙烯复合纳米纤维具有较高的过滤效率和较低的风阻。高过滤效率是相较于传统的熔喷聚丙烯驻极体无纺布的过滤效率；较低的风阻是指低于传统的熔喷聚丙烯驻极体无纺布的风阻。
[0020]本专利技术中，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维(例如PVDF/LiCl纳米纤维)具有更小的纤维直径、更大的比表面积和孔隙率，较小的纤维直径增加了比表面积，增大了孔隙度，因此，在相同的过滤效率下，能够减小气流通过时的阻力，有利于聚偏氟乙烯复合纳米纤维吸附更多的颗粒物，增加了聚偏氟乙烯复合纳米纤维的容尘量。
[0021]本专利技术还提供上述聚偏氟乙烯复合纳米纤维或聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0022]将无机盐、聚偏氟乙烯溶解在有机溶剂中，制备得到混合料；再将所述混合料经静电纺丝或压力喷涂，使所述混合料雾化，制备得到所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维或聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜。
[0023]根据本专利技术的实施方法，所述无机盐占所述混合料质量的0.2wt％
‑
1wt％，优选为0.4wt％。
[0024]根据本专利技术的实施方法，所述聚偏氟乙烯占所述混合料质量的0.2wt％
‑
15wt％；优选为11wt％
‑
15wt％。
[0025]根据本专利技术的实施方案，所述有机溶剂可以选自N,N
‑
二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、丙酮等中的至少一种。
[0026]根据本专利技术的实施方案，所述静电纺丝或压力喷涂过程在室温中进行，示例性地为15～30℃。
[0027]本专利技术还提供一种复合纤维材料，所述复合纤维材料含有纤维层，所述纤维层由上述聚偏氟乙烯复合纳米纤维组成，或者所述纤维层即为上述聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜。
[0028]根据本专利技术的实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚偏氟乙烯复合纳米纤维，其特征在于，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维由聚偏氟乙烯和无机盐复合得到。2.根据权利要求1所述的聚偏氟乙烯复合纳米纤维，其特征在于，所述无机盐选自下述至少一种：氯化锂、九水合硝酸铝。优选地，所述无机盐与所述聚偏氟乙烯的质量比为(0.2
‑
1):(0.2
‑
15)。优选地，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维能够在温差刺激作用下释放电荷，实现对大气颗粒物的静电吸附的同时维持较低的风阻。优选地，所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维具有热释电/压电效果。3.一种聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜，其特征在于，由权利要求1或2所述的聚偏氟乙烯复合纳米纤维构成。4.权利要求1或2所述的聚偏氟乙烯复合纳米纤维或权利要求3所述的聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将无机盐、聚偏氟乙烯溶解在有机溶剂中，制备得到混合料；再将所述混合料经静电纺丝或压力喷涂，使所述混合料雾化，制备得到所述聚偏氟乙烯复合纳米纤维或聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜。5.一种复合纤维材料，其特征在于，所述复合纤维材料含有纤维层，所述纤维层由权利要求1或2所述的聚偏氟乙烯复合纳米纤维组成，或者所述纤维层即为权利要求3所述的聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜。优选地，所述复合纤维材料包括由接收层、纤维层和保护层组成的三明治结构。6.权利要求5所述的所述复合纤维材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述无...

【专利技术属性】
技术研发人员：关丽，张美宁，林仪萱，刘政，
申请(专利权)人：新加坡南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：