一種靜電紡絲方法及其制備的納米纖維/紡粘無紡布復合過濾材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬靜電紡絲技術領域，設及一種靜電紡絲方法及其制備的納米纖維/紡粘 無紡布復合過濾材料。
【背景技術】
[0002] 多針頭靜電紡絲過程中，針頭之間會產生電場干擾，使針頭與針頭之間的電場強 度產生差異，從而導致射流不穩定，最終影響紡絲得到的纖維膜的均勻性。對紡絲過程中 的電場強度進行控制，使得每根噴絲頭射流保持穩定，可W有效改善纖維膜的均勻性，實 現濾料性能的穩定。現有文獻中主要使用金屬輔助電極對針頭間電場進行控制，通過在 噴絲頭針尖處添加與針頭施加相同電壓的金屬圓環來使射流穩定度Utta化COL,Ko化man NG,Engbers-BuijtenhuijsP,etal.Electrospinningofcollagenandelastinfor tissueengineeringapplications[J].Biomaterials, 2006, 27 巧）：724-34.)，或者在針 頭外部使用金屬圓通進行電場控制化imG,化OY-S,KimW化St油ilityanalysis化r multi-jetselectrospinningprocessmodifiedwithacylindricalelectrode[J]. 化ropeanPolymerJournal, 2006, 42 巧）：2031-8.);專利CN203583021U公開了 "一種平 板電極多噴頭靜電紡裝置"，其通過在噴絲頭前加一金屬板，金屬板上有與噴絲頭配合的通 孔，高壓電源同時與噴絲頭和金屬板連接，使其具有相同點位，從而使射流穩定；朱文斌等 (朱文斌，史晶晶，楊恩龍.輔助電極作用下雙噴頭靜電紡絲電場及射流受力分析[J].紡 織學報，2012, 06:6-9.)通過在噴頭處加裝圓錐形金屬輔助電極，輔助電極與噴頭相連W 降低相鄰針頭之間電場干擾。運些方法通過在紡絲針頭上附加金屬輔助電極，輔助電極與 針頭施加同種大小電壓的方法，使紡絲射流穩定性得到改善。但是在高電壓紡絲時，針頭與 輔助電極之間容易發生放電現象，產生的火花極易引起安全事故。
[0003] 靜電紡是一種利用高電壓進行紡絲的納米纖維制備技術，同時也是一種納米纖 維駐極技術，在紡絲的過程中可將大量空間電荷注入纖維當中，空間電荷易被纖維內部的 深陷阱捕獲，同時可誘導偶極極化而產生極化電荷，在對粒子進行過濾的過程中可通過 靜電吸附作用提升過濾效率（姚翠娥.烙噴聚丙締濾料駐極影響因素研究巧].東華大 學，2014.)。而駐極過濾材料在使用及儲存過程中，由于空氣中存在的水分W及微粒等與駐 極材料直接接觸，使駐極材料中表面電荷逸散加快，從而使駐極效應衰減變快，最終導致濾 料過濾效率不穩定（田濤，吳金輝，郝麗梅，林松，楊荊泉.聚丙締纖維駐極體濾材的儲 電性能[J].紡織學報，2010, 3U6) :25-28.)。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種靜電紡絲方法及其制備的納米纖維/紡 粘無紡布復合過濾材料。針對現有技術中多針頭靜電紡絲過程中電場干擾的問題，使用絕 緣材料對每個針頭進行防干擾隔絕處理。
[0005] 本發明的一種靜電紡絲方法，為多針頭靜電紡絲，所述多針頭靜電紡絲的針頭之 間絕緣。 陽006] 作為優選的技術方案：
[0007] 如上所述的一種靜電紡絲方法，所述針頭共用同一絕緣底板。
[0008] 如上所述的一種靜電紡絲方法，所述針頭之間絕緣是指使用絕緣材料對每個針頭 進行防干擾隔絕處理；具體為在所述針頭的四周圍有絕緣材料形成隔絕槽，隔絕槽的形狀 為方形或者圓形，隔絕槽的深度為所述針頭長度的1~5倍。當噴絲頭處施加高電壓時，絕 緣材料隔絕槽表面產生極化電荷，形成的極化電場與原電場方向相反，會對此方向電場強 度產生一定的抵消作用，使來自相鄰針頭之間的電場互相干擾減小，從而使射流穩定，且在 高電壓靜電紡絲過程中不會發生放電現象。
[0009] 如上所述的一種靜電紡絲方法，所述絕緣材料為苯乙締-下二締-丙締臘共聚物、 聚碳酸醋、聚甲基丙締酸甲醋、聚丙締、聚酷胺、聚苯乙締、聚氯乙締、聚乙締、聚四氣乙締、 聚偏氣乙締或聚對苯二甲酸乙二醋。
[0010] 本發明還提供了一種納米纖維/紡粘無紡布復合過濾材料制備方法，具體步驟 為：
[0011] (1)紡粘無紡布前處理 陽〇1引步驟為：
[0013] a)將二氧化鐵納米纖維或納米活性碳纖維加入乙醇中，并超聲分散，得到均勻的 分散液；
[0014] b)將紡粘無紡布在二氧化鐵納米纖維或納米活性碳纖維的分散液中浸泡后取出， 懸掛于烘箱中，50~60°C烘干，獲得表面沉積二氧化鐵納米纖維或納米活性碳纖維的紡粘 無紡布基材； 陽〇1引 似靜電紡絲
[0016] 步驟為：
[0017] a)將無機納米顆粒加入溶劑中，并超聲分散，得到納米顆粒均勻分散的分散液；
[0018] b)將聚合物加入所述分散液中，配制成均勻且穩定的紡絲溶液；
[0019] C)將紡絲溶液進行多針頭靜電紡絲，所述多針頭靜電紡絲的針頭之間絕緣；所紡 的聚合物納米纖維用步驟（1)中得到的紡粘無紡布基材接收，得到紡粘無紡布上均勻沉積 靜電紡聚合物納米纖維的復合濾料，聚合物納米纖維的沉積量可W通過調節紡絲時間來調 巧；
[0020] (3)超細納米纖維分散液的配制
[0021] 先配制聚乙締醇縮下醒溶液，然后將其與超細納米纖維加入高速打漿機中進行分 散，得到均勻的超細納米纖維分散液；
[0022] (4)復合濾料浸泡處理
[0023] 將所述復合濾料于所述超細納米纖維分散液中浸泡后取出，烘干，得到復合濾料 纖維表面沉積超細納米纖維的濾料；即為疊層用材料；
[0024] 經過浸泡處理后的所述復合濾料表面的超細納米纖維沉積厚度為20~200nm; 陽0巧]測試得到該疊層用材料對0. 02~10ym的顆粒的過濾效率值；
[00%] (5)多次重復步驟（1)~（4)，獲得不同過濾效率的疊層用材料，疊層用材料的過 濾效率可通過調控步驟（I)中靜電紡聚合物納米纖維沉積量W及步驟（4)中分散液中超細 納米纖維的質量分數來控制；
[0027] (6)將疊層用材料，自下而上按濾料過濾效率由低到高依次進行疊加復合，每層疊 層用材料均使有靜電紡纖維的一面向上，并于最上一層表面覆蓋一紡粘無紡布，保證頂層 和最底層都為紡粘無紡布層；相鄰兩層疊層用材料，上面一層對0. 02~10Jim的顆粒的過 濾效率值為下面一層的1. 03~1. 3倍，形成紡粘無紡布與具有駐極效應納米纖維相間排列 的夾層結構，制成納米纖維/紡粘無紡布復合過濾材料；
[0028] 疊層用材料疊加層數為2~6層，形成紡粘無紡布與具有駐極效應納米纖維相間 排列的夾層結構，制成納米纖維/紡粘無紡布疊層復合過濾材料。
[0029] 如上所述的一種納米纖維/紡粘無紡布疊層復合過濾材料制備方法，所述步驟 (1)中，
[0030] 所述二氧化鐵納米纖維或納米活性碳纖維分散液中，纖維質量分數為0. 1~5%， 浸泡時間為5~IOmin;所述二氧化鐵納米纖維或納米活性碳纖維直徑為50~lOOnm，長度 為 100~SOOnm;
[0031] 所述紡粘無紡布，其組成纖維直徑為1~50ym，無紡布孔徑尺寸為5~120ym， 克重為10~300g/m2,初始過濾效率為5%~40% ;
[0032] 所述烘干是指懸掛于烘箱中，溫度為50~60°C;
[0033] 二氧化鐵納米纖維具有光催化功能，在光照作用下可對所吸附的雜質進行光降 解，納米活性碳纖維由于其比較高的比表面積，具有良好的吸附功能。使用紡粘無紡布上沉 積二氧化鐵納米纖維或納米活性碳纖維作為基材，最終得到的產品在使用時，可對空氣中 的異味起到吸附和光降解作用。
[0034] 如上所述的一種納米纖維/紡粘無紡布復合過濾材料制備方法，步驟（2)所述紡 絲溶液中，聚合物的濃度為5~40wt%，無機納米顆粒的添加量為聚合物和無機納米顆粒 總質量的0. 1~IOwt% ;
[0035] 所述無機納米顆粒為二氧化娃、=氧化二侶、氧化鋒、氧化領、二氧化鐵、五氧化二 粗、鐵酸領、錯鐵酸鉛、氮化娃、電氣石、勃姆石或倍半硅氧烷納米顆粒；
[0036] 所述無機納米顆粒的作用機理為：所述無機納米顆粒在外電場存在的條件下會有 空間電荷的注入W及極化電荷的產生，對駐極效應有很大的增強作用，并且無機納米顆粒 與有機聚合物混合產生的界面在外電場的存在下會產生界面極化，產生極化電荷，同樣增 強駐極效果。
[0037] 所述聚合物為聚偏氣乙締、聚對苯二甲酸下二醋、聚對苯二甲酸乙二醋、聚芳醋、 聚醋酸乙締、尼龍6、聚甲基丙締酸甲醋、聚苯胺、聚氧化乙締、聚乙締化咯燒酬、聚丙締臘、 聚己內醋、聚氨醋、氣化聚氨醋、聚諷、聚酸諷、聚偏氣乙締-六氣丙締、聚偏氣乙締-四氣乙 締-全氣甲基乙締基酸、聚偏氣乙締氣氯乙締中的一種，或者為W上幾種聚合物的混合 物；
[0038] 其中所述溶劑根據聚合物種類分別對應為：
[0039] 聚偏氣乙締：N，N-二甲基甲酯胺值MF)、N-甲基化咯燒酬（NMP)、二甲基乙酷胺 值MAc)、憐酸S乙醋和二甲基亞諷值MS0);
[0040] 聚對苯二甲酸下二醋：二氯甲燒、四氨巧喃燈HF)、S氯甲燒或丙酬；
[0041] 聚對苯二甲酸乙二醋：二氯甲燒、四氨巧喃、S氯甲燒或丙酬；
[00創聚芳醋二氯甲燒、四氨巧喃、立氯甲燒或丙酬；
[0043]聚醋酸乙締：甲苯、丙酬、乙醇、醋酸、乙酸乙醋或S氯甲燒； W44] 尼龍6:甲酸； W45] 聚甲基丙締酸甲醋：氯仿、乙酸、乙酸乙醋、丙酬或甲苯；
[0046] 聚苯胺：N，N-二甲基甲酯胺或N-甲基化咯燒酬；
[0047] 聚氧化乙締：N，N-二甲基甲酯胺、乙醇、水或S氯甲燒； W48] 聚乙締化咯燒酬：水、乙醇、N，N-二甲基乙酷胺或N，N-二甲基甲酯胺； W例聚丙締臘：N，N-二甲基甲酯胺或二甲基亞諷；
[0050] 聚己內醋：N，N-二甲基甲酯胺或丙酬； 陽〇5U 聚氨醋：N，N-二甲基甲酯胺、丙酬或N-甲基化咯燒酬； 陽〇5引氣化聚氨醋：N，N-二甲基甲酯胺、丙酬或N-甲基化咯燒酬； 陽化引聚諷和聚酸諷：N，N-二甲基甲酯胺、丙酬、N-甲基化咯燒酬、二甲基乙酷胺或四氨 巧喃；
[0054] 聚偏氣乙締-六氣丙締：N，N-二甲基甲酯胺、N-甲基化咯燒酬、二甲基乙酷胺、憐 酸S乙醋或二甲基亞諷；
[0055] 聚偏氣乙締-四氣乙締-全氣甲基乙締基酸：N，