[发明专利]纳米蛛网/串珠纤维复合空气过滤膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米蛛网/串珠纤维复合空气过滤膜及其制备方法，过滤膜包括从下而上设置的纳米蛛网接收层、串珠纤维层和纳米蛛网覆盖层；其制备方法为：通过静电喷网技术制备含有二维网状纤维膜和一维纳米纤维的纳米蛛网膜，沉积在接收滚筒的铝箔表面得到纳米蛛网接收层；通过静电纺丝技术制备由连续纳米纤维和分布在其上的直径可达微米尺度的珠粒所组成的串珠纤维，沉积在纳米蛛网接收层表面得到串珠纤维层；通过静电喷网技术制备纳米蛛网膜并沉积在串珠纤维层表面，得到纳米蛛网覆盖层；充分干燥后得到纳米蛛网/串珠纤维复合空气过滤膜。本发明制备过程简单，过滤膜的结构可调控性强，过滤效率高，阻力压降小，容尘量大。

技术领域

本发明属于空气过滤材料制备技术领域，涉及一种纳米蛛网/串珠纤维复合空气过滤膜及其制备方法，特别是以不同种类高分子材料为原料，采用静电喷网技术和静电纺丝技术相结合的纳米蛛网/串珠纤维复合空气过滤膜及其制备方法。

背景技术

随着我国工业化和城镇化的高速发展，空气污染问题日益严峻，尤其是近年来我国大部分地区频繁出现的雾霾污染，对人们的身体健康和生活环境造成了严重危害。采用纤维过滤材料加强对空气中微细颗粒物的过滤是解决上述问题的有效途径，然而目前应用的玻璃纤维过滤材料、碳纤维毡垫、熔喷非织造布等难以同时满足高效率、低压阻的过滤需求，难以对微细颗粒物进行有效防护。与上述空气过滤材料相比，基于静电纺丝法制备的纳米纤维具有纤维直径小、比表面积大、结构可控性强等特点，成为制备高性能滤膜的理想材料，在个体防护和室内空气净化等领域具有广阔的应用前景。公开的制备静电纺纳米纤维过滤材料的技术有一种纳米纤维过滤材料及其制备方法（CN105040271A），一种过滤器用电纺丝基复合纳米纤维材料的制备方法（CN101829454A），静电纺聚乳酸纳米纤维复合滤料的过滤性能研究（论文），静电纺PAN纳米纤维多孔膜的微观结构与过滤性能（论文），静电纺纳米纤维/非织造布复合过滤材料的结构性能与模拟（硕士论文）都是将单一结构的静电纺纳米纤维直接沉积到接收基材上形成纳米纤维过滤材料，并通过减小纳米纤维直径或增加纳米纤维膜厚度来提高其过滤效率，然而制备出的纳米纤维滤膜普遍存在阻力压降大、过滤效率偏低、净空气产出率低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有空气过滤材料无法兼具高过滤效率和低过滤阻力的不足，提供一种纳米蛛网/串珠纤维复合空气过滤膜及其制备方法，即联合采用静电喷网技术和静电纺丝技术制备由纳米蛛网和串珠纤维复合形成的空气过滤膜，并赋予空气过滤膜过滤效率高、阻力压降低的优良过滤性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种纳米蛛网/串珠纤维复合空气过滤膜，其关键技术在于：所述的复合空气过滤膜包括从下而上设置的纳米蛛网接收层、串珠纤维层和纳米蛛网覆盖层。

所述纳米蛛网接收层和纳米蛛网覆盖层均含有二维网状纤维膜和一维纳米纤维。

所述串珠纤维层由连续纳米纤维和随机分布在其上的直径可达微米尺度的珠粒所形成的串珠纤维堆积而成。

所述复合空气过滤膜结构为纳米蛛网接收层、串珠纤维层和纳米蛛网覆盖层形成的三明治结构。

所述复合空气过滤膜对1μm以下颗粒物的过滤效率达到99%以上，阻力压降不超过120Pa。

本发明还提供了上述纳米蛛网/串珠纤维复合空气过滤膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤（1），将聚合物溶解于溶剂中，加入无机盐，搅拌形成均匀稳定的纺丝溶液，使用所得的纺丝溶液进行静电喷网，将含有二维网状纤维膜和一维纳米纤维的纳米蛛网膜沉积在接收滚筒的铝箔表面，制备出纳米蛛网接收层；

步骤（2），将聚合物溶解于溶剂中，搅拌形成均匀稳定的纺丝溶液，使用所得的纺丝溶液进行静电纺丝，将由连续纳米纤维和随机分布在其上的直径可达微米尺度的珠粒所组成的串珠纤维沉积在步骤（1）得到的纳米蛛网接收层表面，制备出串珠纤维层；