[发明专利]一种基于静电纺丝的原位水驻极方法及具有电荷泡的纤维材料

说明书

本发明属于纤维材料技术领域，公开了一种基于静电纺丝的原位水驻极方法及具有电荷泡的纤维材料。原位水驻极方法是指在静电纺丝过程中利用高压对水进行雾化，水分子和高速飞行的荷电射流间会因摩擦效应而产生电荷，进而在射流相分离固化成纤时实现纤维的原位驻极。所得到的具有电荷泡的纤维材料，其内部具有封闭泡孔结构，泡孔对立面上累积有相反极性的电荷，构成极性电荷泡，极性电荷泡及纤维实体内注入的电荷会矢量叠加，形成具有显著静电驻极效应的单纤维，纤维膜的表面电势在0.05～1kV范围内可控，且电荷泡结构使得驻极效应具有极高的稳定性。

技术领域

本发明属于纤维材料技术领域，公开了一种驻极纤维的原位制备技术，尤其是一种基于静电纺丝的原位水驻极方法及具有电荷泡的纤维材料。具体地说，在静电纺丝过程中，经高压雾化后的水分子和高速飞行的荷电射流因摩擦作用而产生电荷，一方面实现纤维的原位驻极，另一方面，水分子的引入会同步产生电荷泡结构。原位驻极和纤维内部的封闭泡孔结构相互促进，使得纤维的驻极效应显著且稳定，可实现高效空气过滤材料的可控制备。

背景技术

空气过滤材料成为近年来研究的热门。熔喷非织造材料因具备纤网结构致密，孔隙率高，加工性能良好等优点而成为当前常用的非织造过滤材料之一。对熔喷非织造材料进行驻极处理能大大增加其对亚微米粒子的静电吸附作用，市面上现有相关驻极产品主要为熔喷无纺布经水驻极工艺加工而成，虽加工工艺已日趋成熟，但仍面临以下问题，首先，现有材料水驻极工艺流程冗长、成本高、工作效率低，容易产生二次污染；其次，纤维成型过程与驻极过程分离，驻极深度较浅，导致驻极效应不稳定，降低材料的使用寿命；最后，现有材料的纤维直径为微米数量级，导致其孔径大，对微细颗粒物的过滤效率低，亟需开发工艺简单的新型空气过滤用纤维材料。

本发明基于静电纺丝技术，调控出一种具有电荷泡的纤维材料，并在静电纺丝过程中对其进行原位水驻极，是空气过滤领域的新发明、新创造。与本发明密切相关的技术主要通过搜索关键词“水驻极非织造布”、“电纺泡孔结构”、“空气过滤纤维”获取。已公开的技术中，常用非织造滤材尚未实现原位驻极，导致驻极深度浅、静电衰减快，现有非织造滤材水驻极过程常通过独立加工系统实现，如《CN202023021710.2一种水驻极处理设备》、《CN202011291253.0水驻极熔喷布的加工方法及喷水装置》、《CN202011602015.7 一种熔喷布水驻极系统》等，均是采用独立系统对非织造材料进行水驻极处理。而利用静电纺丝技术制备空气滤材的技术中，《CN201810192704.1一种用于空气净化的超疏水驻极体滤材的制备方法》公开的是一种复合滤料，并未有泡孔结构，滤材制备复杂且驻极深度较浅，与本专利的材料与制备方法具有本质区别。已公开的空气过滤纤维中，未有涉及以泡孔结构增强驻极性能的材料。我们提出的一种具有电荷泡的纤维材料，其内部具有封闭泡孔结构，可以提高纤维比表面积，增加驻极体电荷密度，且泡孔对立面上累积有相反极性的电荷，构成极性电荷泡，极性电荷泡及纤维实体的电荷矢量叠加，形成具有显著且稳定静电驻极效应的纤维材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于静电纺丝的原位水驻极方法，所述原位水驻极方法是指在静电纺丝过程中利用高压对水进行雾化，水分子和高速飞行的荷电射流间会因摩擦作用而产生电荷，进而在射流相分离固化成纤时原位驻极。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种基于静电纺丝的原位水驻极方法，射流飞行外围有环状的喷水装置或直接在纺丝液中加入一定量的水，经高压或高电压对水分子进行雾化，雾化的水分子宏观运动方向和高速飞行的荷电射流的运动方向间的角度为0～90°。雾化的水分子粒径在60～300μm 范围内。水可以是超纯水、去离子水、双蒸水、纯水、蒸馏水。