[发明专利]基于摩擦发电的PM2.5滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多功能性滤膜，尤其涉及一种基于摩擦发电的PM2.5滤膜及其制备方法。

背景技术

PM2.5颗粒也被称为细颗粒物，其是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物。PM2.5颗粒能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。PM2.5颗粒对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5颗粒其粒径小，比表面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），可以直接进入肺泡，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

现有普通的纤维过滤材料主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞、重力沉降等机械阻挡作用来过滤空气中的微粒，因此对粒径小于1μm的粒子过滤效果不理想。只有当过滤材料孔径小与密度高时才能高效地捕获这些微小的颗粒，然而这会导致过滤材料空气阻力增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的缺陷，提供一种多功能性滤膜，以过滤空气中的PM2.5颗粒。本发明基于摩擦发电的PM2.5滤膜以静电纺织的方法制备其结构中的高分子聚合物纤维层，在有机械震动的环境下，例如人体呼吸环境下，高分子聚合物纤维层之间摩擦而产生电荷，保持高分子聚合物纤维层带有的静电荷量，可以长时的产生电荷而维持高效的静电除尘效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用的第一技术方案为，一种基于摩擦发电的PM2.5滤膜，包括依次层叠设置的第一支撑层，第一高分子聚合物纤维层，第二高分子聚合物纤维层和第二支撑层；所述第一高分子聚合物纤维层设置在所述第一支撑层上，所述第二高分子聚合物纤维层设置在所述第二支撑层上，所述第一高分子聚合物纤维层和所述第二高分子聚合物纤维层之间形成摩擦界面。

由于所述第一高分子聚合物纤维层和所述第二高分子聚合物纤维层经静电纺丝形成，其自身带有静电荷（可以称作第一部分静电荷），从而所述第一高分子聚合物纤维层和所述第二高分子聚合物纤维层不经过摩擦发电前是带静电荷（第一部分静电荷）的高分子聚合物纤维层。然后当所述基于摩擦发电的PM2.5滤膜受到力作用时，所述第一高分子聚合物纤维层和所述第二高分子聚合物纤维层形变进行摩擦，以产生静电荷（可以称作第二部分静电荷），从而保持所述第一高分子聚合物纤维层和所述第二高分子聚合物纤维层中的静电荷量。

前述的基于摩擦发电的PM2.5滤膜，所述第一高分子聚合物纤维层所用材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯；所述第二高分子聚合物纤维层所用材料选自聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙6、聚碳酸酯、乙酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二酯或聚丙烯腈。由于需要摩擦，在材料选择上基本为构成摩擦界面的两高分子聚合物纤维层在摩擦序列上一为易带正电材料，一为易带负电材料。优选的为如下材料之间构成摩擦界面：聚二甲基硅氧烷与聚对苯二甲酸乙二酯，尼龙6与聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯，聚偏氟乙烯与聚丙烯腈。

前述的基于摩擦发电的PM2.5滤膜，构成所述第一高分子聚合物纤维层的纤维的直径为0.5-1μm；构成所述第二高分子聚合物纤维层的纤维的直径为1-3μm。

前述的基于摩擦发电的PM2.5滤膜，所述第一高分子聚合物纤维层的厚度为5-30μm；所述第二高分子聚合物纤维层的厚度为5-30μm

前述的基于摩擦发电的PM2.5滤膜，所述第二高分子聚合物纤维层和第二支撑层之间进一步设置有第三高分子聚合物纤维层，所述第三高分子聚合物纤维层设置在第二支撑层上，所述第二高分子聚合物纤维层和所述第三高分子聚合物纤维层之间形成摩擦界面；

所述第三高分子聚合物纤维层经静电纺丝形成，所述第三高分子聚合物纤维层是带静电荷的高分子聚合物纤维层；

当所述基于摩擦发电的PM2.5滤膜受到力作用时，所述第二高分子聚合物纤维层和所述第三高分子聚合物纤维层形变进行摩擦，以产生静电荷，从而保持所述第三高分子聚合物纤维层中的静电荷量。