三维曲折纳米纤维膜及其静电纺丝方法技术

本发明专利技术涉及一种三维曲折纳米纤维膜及其静电纺丝方法，在静电纺丝过程中通过采用曲折模板接收技术、针头三维立体排布技术和梯度电场循环纺丝技术，获得具有粘连‑蓬松层叠结构的三维曲折纳米纤维复合膜，三维曲折纳米纤维复合膜蓬松层堆积密度为0.006‑0.084g/cm3，粘结层堆积密度为0.01‑0.1g/cm3，纤维膜强度为5‑100MPa，对粒径0.006‑10μm颗粒的过滤效率≥80％，阻力压降在25Pa以下。本发明专利技术制备工艺简单，成本低廉，制备的复合过滤材料过滤效率高，阻力压降小，在个体防护领域和室内空气净化领域具有广阔应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属过滤材料制备
，涉及一种三维曲折纳米纤维膜及其静电纺丝方法，特别是涉及一种三维曲折纳米纤维过滤材料及其静电纺丝方法，具体地说是一种通过模板接收技术、针头三维立体排布技术和梯度电场循环纺丝技术相结合的三维曲折纳米纤维过滤材料及其静电纺丝方法。
技术介绍
近年来我国大部分地区持续出现的雾霾污染问题严重威胁着人们的身体健康，在雾霾环境下开窗换气与室内洁净成为矛盾体，因此，开发防雾霾窗纱过滤材料成为解决这一矛盾的有效途径。现有防雾霾窗纱过滤材料难以同时满足高效率、低压阻的过滤需求，无法实现对雾霾的有效防护。静电纺纳米纤维由于具有纤维直径小、孔径小、孔隙率高、结构可调性强等特点，其与基材结合制备的复合过滤材料具有高过滤效率、低空气阻力等优点，因而使其成为制备高性能窗纱的理想材料，具有巨大的应用价值。公开的制备静电纺纳米纤维窗纱过滤材料的技术有：一种防雾霾纳米窗纱制作方法(CN201410272399.9)，透光、透气、静电排斥PM2.5空气过滤膜及制备方法(CN201510307864.2)，一种纳米纤维膜窗纱(CN201520278851.2)，一种纳米防雾霾纱窗(CN201520338542.X)，防雾霾纱窗(CN201520696501.8)，一种新型尺寸可调节的自组装DIY抗菌防霾纱窗结构(CN201520785799.X)，静电纺聚乳酸纳米纤维复合滤料的过滤性能研究(论文)，醋酸纳米纤维/PP纺粘非织造布空气过滤复合材料的制备与性能研究(论文)，熔体静电纺PET复合过滤材料的制备及性能研究(论文)，熔喷/纺粘复合非织造布过滤材料的研究(论文)，静电纺纤维/非织造布复合过滤材料的结构性能与模拟(硕士论文)都是将静电纺纳米纤维直接喷涂到接收基材上制备纳米纤维复合过滤材料，所制备的纳米纤维复合过滤材料普遍存在过滤效率偏低、阻力压降大的问题，因此需开发新型高性能的窗纱用过滤材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供三维曲折纳米纤维膜及其静电纺丝方法，有效解决了现
有技术制备的过滤材料过滤效率偏低、阻力压降大的问题。本专利技术的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，将聚合物纺丝溶液进行静电纺丝，其特征是：采用三维曲折接收面；所述三维曲折接收面的每个起伏对应一组纺丝针头，所述纺丝针头的针尖构成的轮廓与所述三维曲折接收面一致；每组纺丝针头至少包括左、中和右三排，中排的纺丝针头正对所述三维曲折接收面的每个起伏的最高点，左排和右排的纺丝针头分别对应所述三维曲折接收面的起伏的中间位置，左排的纺丝针头垂直于所述三维曲折接收面的起伏的左侧平面或者平行于所述三维曲折接收面的起伏的左侧的曲面的法线方向，右排的纺丝针头垂直于所述三维曲折接收面的起伏的右侧平面或者平行于所述三维曲折接收面的起伏的右侧的曲面的中间位置的法线方向。作为优选的技术方案：如上所述的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，所述静电纺丝的工艺为：聚合物纺丝溶液的浓度为10-40wt％；纺丝顺序根据纺丝针头按中、左、右或中、右、左循环轮流纺丝，循环数1-60；中排的纺丝针头纺丝参数：电压15-100kV，接收距离10-150cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度15-35℃，湿度5-90％，纺丝时间5-300s；左排和右排的纺丝针头的纺丝参数均为：电压10-90kV，接收距离10-150cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度15-35℃，湿度5-90％，纺丝时间5-300s；且满足：中排的纺丝针头电压＞左排或右排的纺丝针头电压；或者，更进一步地：按前述静电纺丝工艺纺出一层纳米纤维膜后，再按前述静电纺丝工艺路线并同幅度降低10-15％的电压纺出一层蓬松纳米纤维膜，如此交替，纺制获得层叠结构的三维曲折纳米纤维复合膜；纺出的纳米纤维膜在真空烘箱中40-200℃烘干10-180min。如上所述的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，所述三维曲折接收面是指：接收基板的接收面为三维曲折形状，或者接收基材的接收面为三维曲折形状，或者为平面型接收基材的接收面复合有可去除型三维曲折形状模板。如上所述的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，所述可去除型三维曲折形
状模板为热熔材料或水溶性高分子材料。如上所述的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，接收基材或平面型接收基材的孔径为0.01-3mm，厚度为0.1-2mm，克重为30-100g/m2，接收面为三维曲折形状的曲折状基材折高h＝5-40mm，折角5-45°。如上所述的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，所述三维曲折接收面每一个曲折单元曲折方式为三角形、梯形或波浪形；三角形折高h＝5-40mm，折宽w＝h·cotα，折角α＝5-45°；梯形折高h＝5-40mm，折宽w＝h·cotα+b，折距b为2-20mm，折角α＝5-45°；波浪形折高h＝5-40mm，折宽w＝5-40mm，折角α＝5-45°；每一曲折单元为一组，纺丝单元中组数为3-20，每一组上的针头以左、中、右三排为一行，每组行数1-50。如上所述的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，所述聚合物纺丝溶液中，聚合物为氟化乙丙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、可溶性聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、聚酯、聚醋酸乙烯、尼龙6、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚乙二醇、聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚或聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种以上；溶剂为甲酸、四氢呋喃、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、氯仿、甲酚、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、甲苯、N-甲基吡咯烷酮、甲乙酮或甲基乙基酮中的一种以上。一种三维曲折纳米纤维膜，其特征是：堆积密度为0.006-0.1g/cm3，折高h＝5-40mm，折角α＝5-45°，曲折形状为三角形、梯形或波浪形；纤维膜强度为0.1-10MPa，对粒径0.006-10μm颗粒的过滤效率为10-50％，阻力压降在15Pa以下。本专利技术又提供了一种三维曲折纳米纤维复合膜，所述三维曲折纳米纤维复合膜，宏观上呈三维曲折状的纳米纤维膜，在厚度方向上呈蓬松-粘结间隔排布，所述三维曲折状纳米纤维膜蓬松层堆积密度为0.006-0.084g/cm3，所述三维曲折状纳米纤维膜粘结层堆积密度为0.01-0.1g/cm3；纤维膜折高h＝5-40mm，折角α＝5-45°，曲折形状为三角形、梯形或波浪形；纤维膜强度为5-100MPa，对粒径
0.006-10μm颗粒的过滤效率≥80％，阻力压降在25Pa以下。本专利技术还可以将聚合物溶液和UV固化剂进行复合纺丝，复合方式可为聚合物溶液/UV固化剂共混进行纺丝，或通过调整两者的灌注针头比例进行复合。在静电纺丝模块单元中安装紫外灯照射接收基板，使UV固化剂喷出的纤维直接固化，产生纤维间的粘连结构，增强纳米纤维层的结构稳定性，提高纳米纤维间的结合牢度。通过UV固化剂的原位固化，可提高纳米纤维层的抗剥离性，大大延长纳米纤维过滤材料的使用寿命。有益效果：1.本专利技术提供的制备方法工艺简单，可适用于一系列广泛的聚合物基纳米纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，将聚合物纺丝溶液进行静电纺丝，其特征是：采用三维曲折接收面；所述三维曲折接收面的每个起伏对应一组纺丝针头，所述纺丝针头的针尖构成的轮廓与所述三维曲折接收面一致；每组纺丝针头至少包括左、中和右三排，中排的纺丝针头正对所述三维曲折接收面的每个起伏的最高点，左排和右排的纺丝针头分别对应所述三维曲折接收面的起伏的中间位置，左排的纺丝针头垂直于所述三维曲折接收面的起伏的右侧平面或者平行于所述三维曲折接收面的起伏的右侧的曲面的法线方向，右排的纺丝针头垂直于所述三维曲折接收面的起伏的左侧平面或者平行于所述三维曲折接收面的起伏的左侧的曲面的中间位置的法线方向。

【技术特征摘要】
1.三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，将聚合物纺丝溶液进行静电纺丝，其特征是：采用三维曲折接收面；所述三维曲折接收面的每个起伏对应一组纺丝针头，所述纺丝针头的针尖构成的轮廓与所述三维曲折接收面一致；每组纺丝针头至少包括左、中和右三排，中排的纺丝针头正对所述三维曲折接收面的每个起伏的最高点，左排和右排的纺丝针头分别对应所述三维曲折接收面的起伏的中间位置，左排的纺丝针头垂直于所述三维曲折接收面的起伏的右侧平面或者平行于所述三维曲折接收面的起伏的右侧的曲面的法线方向，右排的纺丝针头垂直于所述三维曲折接收面的起伏的左侧平面或者平行于所述三维曲折接收面的起伏的左侧的曲面的中间位置的法线方向。2.根据权利要求1所述的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，其特征在于，所述静电纺丝的工艺为：纺丝顺序根据纺丝针头按中、左、右或中、右、左循环轮流纺丝，循环数1-60；中排的纺丝针头纺丝参数：电压15-100kV，接收距离10-150cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度15-35℃，湿度5-90％，纺丝时间5-300s；左排和右排的纺丝针头的纺丝参数均为：电压10-90kV，接收距离10-150cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度15-35℃，湿度5-90％，纺丝时间5-300s；且满足：中排的纺丝针头电压＞左排或右排的纺丝针头电压；或者，更进一步地：按前述静电纺丝工艺纺出一层纳米纤维膜后，再按前述静电纺丝工艺路线并同幅度降低10-15％的电压纺出一层蓬松纳米纤维膜，如此交替，纺制获得层叠结构的三维曲折纳米纤维复合膜。3.根据权利要求1所述的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，其特征在于，所述三维曲折接收面是指：接收基板的接收面为三维曲折形状，或者接收基材的接收面为三维曲折形状，或者为平面型接收基材的接收面复合有可去除型三维曲折形状模板。4.根据权利要求3所述的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，其特征在于，所述可去除型三维曲折形状模板为热熔材料或水溶性高分子材料。5.根据权利要求3所述的三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，其特征在于，
\t接收基材或平面型接收基材的孔径为0.01-3mm，厚度为0.1-2mm，克重为30-100g/m2；接收面为三维曲折形状的曲折状基材折高h＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，李玉瑶，赵兴雷，王珊，印霞，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31