一种生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜及其制备方法，高效合成生物驻极体材料并将其均匀分布在聚乳酸纳米纤维表面，进而全面提高力学性能、表面电位和空气过滤效率的技术方案，所述生物驻极体材料为微波辅助仿生矿化合成的羟基磷灰石纳米晶须，通过等离子体处理获得表面活化和高分散性，然后雾化、沉积到同步静电纺丝的聚乳酸纳米纤维表面，最终获得高表面电位、高力学性能、高过滤效率、长效过滤的全降解纳米纤维膜。该方法能良好控制生物驻极体的微观结构，抑制了纳米级驻极体自身团聚或在成型过程中局部团聚，从而在保证静电纺丝聚乳酸纤维膜良好加工性的同时，提高纤维膜的表面电位、过滤性能和力学性能。滤性能和力学性能。滤性能和力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及功能材料
，具体涉及一种生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]空气污染是一个长期的全球性问题，危害大气环境和人类健康，而空气过滤是提高空气质量的一个关键和有效的方法。基于纳米纤维的过滤介质具有直径小、比表面积高和孔隙率高等优点，主要通过物理筛分提高了过滤的耐久性，已广泛应用于空气过滤领域。目前生产纳米纤维最典型的技术之一是静电纺丝，且已实现了大规模的工业化生产。然而，传统静电纺丝高分子材料在自然界中难以降解，对环境保护提出了巨大的挑战。聚乳酸作为一种新型生物基可降解材料，具有高力学性能、良好生物相容性和生物降解性等优异性能，在空气过滤材料领域展现出替代传统高分子材料的良好应用前景。
[0003]普通的纤维过滤材料主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞、重力沉降等机械拦截作用来过滤空气中的颗粒，但对亚微米级颗粒的过滤效果并不理想。因而，常在纤维中需加入驻极体，不仅提供一般性机械拦截作用，还利用自身所带电荷产生的库伦力实现对颗粒的捕获，且过滤效率远高于普通纤维，尤其在过滤亚微米级颗粒时更加明显。
[0004]常用的驻极体材料分为无机和有机两大类：无机驻极体材料包括电气石类、磁化物、无机硅等，存在应用效果不佳、成本高等问题；有机驻极体材料包括有机玻璃、高分子聚合物等，面临难以降解、储存的电荷衰减严重等问题。作为天然的生物驻极体材料，骨骼、蛋白质等材料能够长期保持极化或带电状态，因而，亟需具有优异生物相容性、对人体和环境友好的高电荷存储型生物驻极体材料。
[0005]羟基磷灰石是人体和动物骨骼的主要无机成分，它能与机体组织在界面上实现化学键性结合，在体内有一定的溶解度，能释放对机体无害的离子并参与体内代谢，具有优良的生物相容性和生物活性。在不同条件下，其晶体呈颗粒状、纤维状、针状或纤维集合状，直径可低至数纳米，长度可达数毫米。较高的离子活性赋予了羟基磷灰石良好的极化潜能，利于实施快速、简便的驻极效应，从而获得较高的表面电位和过滤效果。
[0006]因此，提供一种通过雾化、沉积的方式均匀引入聚乳酸静电纺丝纳米纤维膜，从而实现全降解型纳米纤维膜的高性能化与多功能化的生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜及其制备方法，已是一个值得研究的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种通过雾化、沉积的方式均匀引入聚乳酸静电纺丝纳米纤维膜，从而实现全降解型纳米纤维膜的高性能化与多功能化的生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜及其制备方法。
[0008]本专利技术的目的是这样实现的：
一种生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜，包括聚乳酸纤维膜，所述聚乳酸纳米纤维膜表面均匀分布有生物驻极体，所述聚乳酸纳米纤维中生物驻极体含量为0.05~30 wt %，所述生物驻极体为微波辅助仿生矿化合成的羟基磷灰石纳米晶须。
[0009]所述羟基磷灰石纳米晶须的直径1~20 nm，所述羟基磷灰石纳米晶须的长径比5~200。
[0010]所述聚乳酸纤维膜的厚度为40~800 μm，所述聚乳酸纤维膜中纳米纤维的直径为5~100 nm。
[0011]一种生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜的制备方法，包括以下步骤：S1. 制备羟基磷灰石纳米晶须：将水溶性钙盐、水溶性磷酸盐和模板剂加入水中，搅拌溶解均匀后，置入微波反应釜中，在搅拌状态下，进行微波辅助的仿生矿化反应，反应结束后冷却，得到沉积有羟基磷灰石纳米晶须的水溶液；S2. 制备羟基磷灰石纳米晶须分散液：采用等离子体设备直接处理步骤S1所得羟基磷灰石纳米晶须水溶液，获得羟基磷灰石纳米晶须分散液；S3. 制备生物驻极体均分布的聚乳酸纳米纤维膜：将溶于有机溶剂的聚乳酸通过静电纺丝技术制备纳米纤维膜，并在纺丝过程中施加雾化的步骤S2羟基磷灰石纳米晶须分散液，得到生物驻极体均分布的聚乳酸纳米纤维膜。
[0012]所述步骤S1中水溶性钙盐为氯化钙、硝酸钙、醋酸钙、次氯酸钙中的至少一种，水溶性钙盐的浓度为0.01~2摩尔/升；水溶性磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中的至少一种，钙离子与磷酸根离子的摩尔比为2:1~1:1；板剂为溴化十六烷基三甲铵、硬脂酸、油酸、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和辛基苯基聚氧乙烯醚中的至少一种，模板剂在溶液中质量分数为0.001 wt %~0.1 wt %，能够作为结构导向剂使羟基磷灰石沿c轴生长为棒状一维纳米晶须。
[0013]所述步骤S1中微波辅助合成的反应温度为100~250 ℃，反应时间1~30分钟；步骤S1所得羟基磷灰石纳米晶须的直径为1~20 nm，长径比为5~200。
[0014]所述步骤S2中等离子体处理设备为常压射流式、介质阻挡放电式、旋转型常压式中的至少一种，所述等离子体放电电压为1~80 kV，等离子体工作气为氩气、氦气、氢气、氮气、氧气中的至少一种，处理温度为10~50 ℃，处理温度为10秒~30分钟。
[0015]所述步骤S3中有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、六氟异丙醇、甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇中的至少一种，混合溶液中聚乳酸浓度为0.5~22 wt %；静电纺丝的模块电压为15~60 kV，接收电压为
–
15~0 kV，纺丝原液消耗速率为1~60 mL/min。
[0016]所述步骤S3中生物驻极体的雾化速度为0.5~50 mL/min，所得生物驻极体改性聚乳酸纳米纤维直径为5~100 nm，所述聚乳酸纳米纤维中生物驻极体含量为0.05~30 wt %，所得聚乳酸纤维膜厚度为40~800 μm。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了高效合成生物驻极体并使其具有高表面活性、高分散性和在纤维表面均分布的技术路线，为提高聚乳酸纳米纤维膜表面电位和静电吸附效果提供了新途径，有助拓展可降解高分子材料在长效空气过滤材料领域的应用与发
展。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术透射电子显微镜观察实施例1中等离子体处理溶液的羟基磷灰石纳米晶须形态；图3为本专利技术扫描电子显微镜观察对比例1中市售常规羟基磷灰石的图像；图4为本专利技术扫描电子显微镜观察实施例1中所得聚乳酸纤维膜的图像；图5为本专利技术扫描电子显微镜观察对比例1中所得聚乳酸纤维膜的图像。
具体实施方式
[0019]以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0020]实施例1：如图1所示一种生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜及其制备方法，包括以下步骤：S1. 制备羟基磷灰石纳米晶须：将氯化钙（0.01摩尔/升）、磷酸二氢铵（0.01摩尔/升）和硬脂酸（0.001 wt %）加入水中，混合均匀后，置入微波反应釜中，在搅拌状态下，升温至250 ℃，反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜，其特征在于：包括聚乳酸纤维膜，所述聚乳酸纳米纤维膜表面均匀分布有生物驻极体，所述聚乳酸纳米纤维中生物驻极体含量为0.05~30 wt %，所述生物驻极体为微波辅助仿生矿化合成的羟基磷灰石纳米晶须。2.根据权利要求1所述的生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜，其特征在于：所述羟基磷灰石纳米晶须的直径1~20 nm，所述羟基磷灰石纳米晶须的长径比5~200。3.根据权利要求1所述的生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜，其特征在于：所述聚乳酸纤维膜的厚度为40~800 μm，所述聚乳酸纤维膜中纳米纤维的直径为5~100 nm。4.一种生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1. 制备羟基磷灰石纳米晶须：将水溶性钙盐、水溶性磷酸盐和模板剂加入水中，搅拌溶解均匀后，置入微波反应釜中，在搅拌状态下，进行微波辅助的仿生矿化反应，反应结束后冷却，得到沉积有羟基磷灰石纳米晶须的水溶液；S2. 制备羟基磷灰石纳米晶须分散液：采用等离子体设备直接处理步骤S1所得羟基磷灰石纳米晶须水溶液，获得羟基磷灰石纳米晶须分散液；S3. 制备生物驻极体均分布的聚乳酸纳米纤维膜：将溶于有机溶剂的聚乳酸通过静电纺丝技术制备纳米纤维膜，并在纺丝过程中施加雾化的步骤S2羟基磷灰石纳米晶须分散液，得到生物驻极体均分布的聚乳酸纳米纤维膜。5.根据权利要求4所述的生物驻极体在聚乳酸纳米纤维表面均分布的长效过滤膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中水溶性钙盐为氯化钙、硝酸钙、醋酸钙、次氯酸钙中的至少一种，水溶性钙盐的浓度为0.01~2摩尔/升；水溶性磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中的至少一种，钙离子与磷酸根离子的摩尔比为2:1~1:1；板剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐欢，何新建，李欣雨，朱金佗，周福宝，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：