一種靜電紡絲制備納米纖維膜的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于過濾膜材料的制備領域，特別設及一種靜電紡絲制備納米纖維膜的方 法。
【背景技術】
[000引近年來，空氣污染問題嚴重，蔓延我國各大城市，如PM2. 5,俗稱"霧霸"。PM2. 5粒 徑小，富含大量的有毒、有害物質，對人體健康和環(huán)境質量影響大。為使環(huán)境達到高潔凈 度，最有效的方法是過濾。靜電紡納米纖維直徑在亞微米和納米之間，具有比表面積大、孔 隙率高、制備過程簡單等優(yōu)點，紡制一定厚度的均勻納米膜因具有高濾效的特點迅速引起 人們的關注并很快應用到過濾方面。但目前為止，納米膜的工藝不確定性大且過濾阻力 大，極大的限制了其在過濾方面的應用。利用絕緣接收模板靜電紡制備圖案化的納米纖 維膜[張彥中等.利用絕緣接收模板靜電紡制備圖案化納米纖維膜的方法[P].中國專 利；ZL201210197217. 7,2012-09-26]，因可較好地模擬特定結構，進而促進細胞的粘附、遷 移、增殖、分化和組織的再生，已被應用于組織工程中，針對像肌肉、神經、血管、骨等組織 [Dvir,T. ,et al.化1:腳6化]1〇16油]1〇1〇肖7,2011. 6(1) :p. 13-22]。但其在氣體過濾方面的應 用卻鮮有文獻報道。
[0003] 近年來各種方法被用來研發(fā)高濾效低濾阻納米纖維膜。該些方法主要是加入二 氧化鐵或采用多層薄納米膜復合的方式。方法1，將二氧化鐵加入聚諷聚合物溶液進行 靜電紡絲，聚諷纖維膜出現分層、纖維表面會出現多孔現象，針對300~500nmNacl氣溶 膠，膜的最佳過濾效率可達99. 989 %，濾阻為117化左右[Wang,N.，Si,Y.，Wang,N.，et al.SeparationandPurificationTechnologyl26:44-51.]。多層薄型聚丙締膳 / 二氧 化鐵纖維復合膜，針對300~500nmNacl氣溶膠，膜的最佳過濾效率可達99. 99 %，濾阻 為 50化左右[Wan,服.，Wang,N.,Yangal.JournalofColloidandInterface Science"?: 18-26.]。方法 2，Li等[LiJ. ,GaoF,LiuLQ,etal.ExpressPolymer Letters, 2013, 7巧).]研究了采用無針紡絲方法紡制多層排列的過濾材料，其濾效可達 99. 95%，且質量小、品質因數高。LeungWWF等[LeungWWF,HungC比S巧arationand PurificationTechnology, 2012, 92:174-180.]研究了納米纖維膜與微米級纖維膜疊放次 序對復合織物過濾阻力的影響，結果表明當將微米級納米膜放在上層時，復合織物的過濾 阻力較低。
[0004] 然而，采用加入二氧化鐵方法制備濾效高濾阻低納米膜的方法，一方面會使成本 增加；另一方面二氧化鐵不會溶于聚合物溶液中，隨著紡絲時間的延長，溶液會發(fā)生二氧化 鐵沉淀現象，從而影響二氧化鐵分布均勻性，進而影響納米膜孔隙均勻性，為獲得質量可控 的高濾效低濾阻納米膜，至少需要每隔半小時對溶液進行超聲波處理，因此納米膜制備過 程較為繁瑣。采用多層較薄的納米膜復合形成高濾效低濾阻的方法，第一，需要多次制作單 層納米膜，工序繁瑣；第二，由于納米纖維紡制過程中，每根纖維在接收板上的位置不可控， 越是薄的納米膜，其均勻性越不易控制，因此多層納米膜的生產效率不高；第=，由于層與 層之間的粘附力比較小，使用過程受限。
[0005] 但是，關于通過結構調控納米纖維膜濾效濾阻的方法則鮮有報道。Li,P.等 [Li,P.，Wang,C.Y.，Li,Z.，etal.RscAdvances, 2014, 4 巧6) : 54115-54121.]研究表明分 層結構碳納米管纖維復合膜能夠改變其粒子捕捉性能。但是其壓力降達到450化左右，且 該方法無法精確控制納米膜的多級結構，因此無法保證制備出高效低阻納米纖維膜。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種靜電紡絲制備納米纖維膜的方法，本發(fā)明 的制備方法方便、快捷，得到的納米纖維膜由于具有獨特的稀疏結構，從而大大降低了納米 纖維膜的過濾阻力，且對其過濾效率影響很小，在過濾領域，尤其是空氣過濾領域，具有非 常好的應用前景。
[0007] 本發(fā)明的一種靜電紡絲制備納米纖維膜的方法，包括：
[000引 （1)將高分子聚合物溶于溶劑中，攬拌均勻，得到紡絲溶液；
[0009] (2)將上述紡絲溶液進行靜電紡絲，得到具有稀疏結構的納米纖維膜；其中靜電 紡絲的接收裝置為；絕緣板或泡沫。
[0010] 所述步驟（1)中高分子聚合物為聚丙締膳、聚天冬氨酸、聚苯己締、聚偏氣己締、 殼聚糖、巧龍6中的一種或幾種。
[0011] 所述步驟（1)中溶劑為N，N-二甲基甲酯胺、N，N-二甲基己酷胺、甲酸、己醇、甲醇、 己酸、S氣己酸、四氨快喃、丙酬、二氯甲燒、S氯甲燒、六氣異丙醇中的一種或幾種。
[001引所述步驟（1)中紡絲溶液的質量百分濃度為8% -25%。
[001引所述步驟似中靜電紡絲工藝參數為；電壓為1~50KV，針頭到接收模板距離為 0. 1~加，噴絲頭直徑為1ym~2mm，紡絲速度為0. 1~20血/h，紡絲時間為8~lOh，環(huán) 境溫度為20~60°C，環(huán)境相對濕度為20~80%。
[0014] 所述步驟（2)中絕緣板為具有凸起結構的絕緣板（切割的具有規(guī)則結構的絕緣 板）；泡沫為凸起結構泡沫材料。
[0015] 所述絕緣板為有機玻璃板，絕緣板的結構間隙加入鐵絲；泡沫材料中加入紗線。
[0016] 所述絕緣板凸起長X寬X高為5-lOmmX5-lOmmX5-lOmm，凸起前后間 距為2-5mmX2-5mm;泡沫凸起的直徑與高度為1-lOmmX1-lOmm，凸起前后間距為 0. 8-3mmX0. 8-3mm。
[0017] 所述納米纖維膜為空氣過濾膜。
[0018] 本發(fā)明通過具有一定結構的接收裝置，制備出高濾效低濾阻納米纖維膜，
[0019] 通過W具有規(guī)則結構的切割有機玻璃板，并在結構間加入鐵絲、泡沫包裝材料加 入普通紗線，作為接收裝置，將高分子聚合物溶解在溶劑中得到紡絲溶液，通過靜電紡絲得 到了具有稀疏結構的納米膜，由于孔徑分布的變化而獲得高效低阻的納米纖維膜。
[0020] 本發(fā)明中所用的泡沫包裝材料加入普通紗線接收裝置為不導電物質，表面具有凹 凸不平的結構，表面的形貌控制納米纖維的沉積，在一張納米膜上形成具有差異孔徑分布 的納米纖維膜。
[0021] 本發(fā)明中所用的切割有機玻璃板，并在結構間加入鐵絲接收裝置為不導電物質與 導電物質組裝材料，表面具有凹凸不平的結構，表面的形貌控制納米纖維的沉積，在一張納 米膜上形成具有差異孔徑分布的納米纖維膜。
[0022] 本發(fā)明是通過利用接收裝置表面的稀疏結構來控制納米纖維的沉積，得到孔徑分 布獨特的納米膜，進而制備出高濾效低濾阻納米膜生產工藝方法。因此，本發(fā)明可W極大地 促進靜電紡納米纖維膜在過濾方面的發(fā)展應用。
[002引有益效果
[0024] (1)本發(fā)明所用的具有圖案的模板非常廉價、易得，無需復雜加工，因而通過各種 結構的接收裝置，可W方便、快速、廉價地制備出高濾效低濾阻納米纖維膜；例如；可W采 用泡沫包裝材料加入普通紗線作為接收裝置；
[002引 似本發(fā)明可W制備出較大面積的均勻的高效低阻納米纖維膜（30cmX30cm);
[0026] (3)本發(fā)明制備的模板可通過控制凸起的高度和大小，調控納米膜的濾效及濾阻， 在過濾行業(yè)中，尤其對功能性過濾產品的開發(fā)（如；防護服、高效口罩）有非常好的應用前 景；
[0027] (4)本發(fā)明制備的高效低阻納米膜采用TSI8130測試儀測試，采用75nm左右的 化cl氣溶膠、流速為85L/Min為實驗條件，納米膜的濾效可達95%W上，同時濾阻低于 30臟&0,達到我國國標GB2626-2006及美國NOISH標準針對過濾濾效和濾阻的要求；
[002引 （5)本發(fā)明制備的高效低阻納米膜采用YG461E織物透氣量儀測試高效低阻納米 膜的透氣性可達187. 96L?nT2 ?S4,透氣性良好。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明制備圖案化纖維所用的裝置；
[0030] 圖2是切割有機玻璃板（a)及制得的稀疏結構納米膜化）；
[0031] 圖3是切割有機玻璃板制備的稀疏結構納米膜的SEM圖；
[0032] 圖4是切割有機玻璃板制備的稀疏結構納米膜的直徑分布圖；
[0033] 圖5是切割有機玻璃板制備的稀疏結構納米膜的孔徑分布圖；
[0034] 圖6是泡沫包裝材料（a)及由泡沫包裝材料加粗線制得的具有稀疏結構納米膜 化）；
[0035] 圖7是泡沫包裝材料加粗線制備的稀疏結構納米膜的SEM圖；
[0036] 圖8是泡沫包裝材料加粗線制備的稀疏結構納米膜的直徑分布圖；
[0037] 圖9是泡沫包裝材料加粗線制備的稀疏結構納米膜的孔徑分布圖；
[003引圖10是泡沫包裝材料（a)及由泡沫包裝材料加細線制得的具有稀