CN106731229B - 具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料，其特征在于，包括基材和设于基材之上的纳米纤维膜，纳米纤维膜中的纳米纤维中分布有驻极功能物质，纳米纤维为多层结构，最外层含有疏水性的聚合物。本发明的制备方法简单、生产效率高，所制备的材料表面电势为0.02～10kV，对水的接触角为100～160°，对0.3～10μm颗粒的过滤效率为80～100％，阻力压降为10～100Pa，在空气过滤领域具有广阔的应用前景。

Description

具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一本发明属于纳米纤维领域，一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法。
背景技术
目前空气过滤材料成为应对雾霾的有效手段，尤其是驻极空气过滤材料，依靠电荷对颗粒物的吸附作用，可在保持压阻不上升的前提下大大提升材料的过滤效率。现有涉及驻极空气过滤材料的技术主要包括《一种熔喷聚丙烯驻极体过滤材料的制备方法》(CN201010241769.4)、《一种复合驻极体纤维过滤材料》(CN200710069267.6)、《一种驻极体空气过滤材料》(CN200710069268.0)、《一种静电驻极空气过滤材料》(CN201520532145.6)等，上述技术制备的纤维多是在微米级，纤维比表面积小、孔径大，过滤效率低，且驻极性能的赋予均是采用后处理的方法，驻极深度浅，材料在高湿环境下使用时会发生电荷的快速耗散，导致驻极性能的衰减和过滤性能的骤降，丧失空气过滤材料的使用性能，因此亟需一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有驻极空气过滤材料过滤效率低、使用过程中驻极性能易受湿度影响而衰减的缺点，提供一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料，其特征在于，包括基材和设于基材之上的纳米纤维膜，纳米纤维膜中的纳米纤维中分布有驻极功能物质，纳米纤维为多层结构，最外层含有疏水性的聚合物。
优选地，所述的纳米纤维的各层从内到外依次设置，除最内层外，各层截面为环形，每一层均含有聚合物，每一层中的聚合物具有不同的重均分子量。
更优选地，所述的纳米纤维的各层中的聚合物具有抗菌性能、高强性能、高模性能、抗弯曲性能和弹性性能中的至少一种。
优选地，所述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的表面电势为0.02～10kV，对水的接触角为100～160°，对0.3～10μm颗粒的过滤效率为80～100％，阻力压降为10～100Pa。
优选地，所述的基材克重为10～300g/m2，材质为聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、锦纶、纤维素、聚丙烯腈、聚氯乙烯、或金属，基材平均孔径为0.6～4mm，孔隙率为30～80％。
优选地，所述的纳米纤维膜的孔隙率为60～99.99％，平均孔径为1～10μm，克重为0.01～70g/m2，堆积密度为0.006～0.084g/cm3。
优选地，所述的纳米纤维为圆形，层数为2～5，纤维直径为0.1～10μm，除最内层外，各层的宽度为0.005～0.018μm。
优选地，所述的纳米纤维的各层的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、尼龙66、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-全氟甲基乙烯基醚和聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或以上。
优选地，所述的纳米纤维最外层含有的聚合物的重均分子量为1～10万道尔顿，其余各层含有的聚合物的重均分子量由外向内依次递增，每一层含有的聚合物的重均分子量较与之相邻位于其外侧的层含有的聚合物的重均分子量增加50～200％。
优选地，所述的驻极功能物质为羟基磷灰石、聚四氟乙烯、氮化硅、二氧化硅、勃姆石、三氧化二铝、氧化锌、氧化钡、二氧化钛、五氧化二钽、钛酸钡、锆钛酸铅、电气石和倍半硅氧烷中的至少一种，粒径为0.01～3μm。
本发明还提供了上述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1：配制溶液，将驻极功能物质分散于溶剂中，形成分散液，超声搅拌后，加入具有不同重均分子量的聚合物，搅拌一定时间后形成均匀的溶液；
步骤2：将基材置于接收装置上，将步骤1制得的溶液置于储液装置中，调整静电纺丝参数，进行静电纺丝。
优选地，所述的驻极功能物质为羟基磷灰石、聚四氟乙烯、氮化硅、二氧化硅、勃姆石、三氧化二铝、氧化锌、氧化钡、二氧化钛、五氧化二钽、钛酸钡、锆钛酸铅、电气石和倍半硅氧烷中的至少一种，粒径为0.01～3μm，含量为0.01～20wt％。
优选地，所述的溶剂为甲酸、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、甲乙酮和甲基乙基酮中的一种或以上。
优选地，所述的超声搅拌的超声时间为5～60min，搅拌时间为1～50h。
优选地，所述的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、尼龙66、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-全氟甲基乙烯基醚和聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或以上。
优选地，所述的聚合物的种类为2～5，各聚合物中最低的重均分子量为1～10万道尔顿，其余各聚合物的重均分子量递增幅度为50～200％，搅拌一定时间后形成均匀的溶液的搅拌时间为1～50h。
优选地，所述的溶液中各聚合物的质量分数相同，为8～40wt％。
优选地，所述的静电纺丝参数为电压10～100kV，接收距离5～150cm，灌注速度0.1～10mL/h，滚筒转速20～200r/min，温度10～40℃，湿度10～99％，时间10～300min。
优选地，所述的接收装置包括：包括滚筒，基材置于滚筒上，滚筒的表面设有多个空心状的凸起，凸起的一面与滚筒接触，与滚筒的接触面能够连通至滚筒内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒，使蒸汽从凸起上的孔排出。
优选地，所述的滚筒的横截面为圆形，截面积为100～1000cm2，长度L1为30～100cm，材质为铁、铝、铜或其他导电材料；滚筒的筒壁厚度T1为2～20cm；所述的凸起规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为三棱柱、正方体、长方体或圆柱体，材质与滚筒相同；所述的凸起的高度H为0.5～2mm，截面积为0.25～9mm2，厚度T2为0.1～0.5mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.5～1mm；所述的孔的形状为圆形、正方形、长方形或三角形，面积为0.01～1mm2。
本发明在静电纺丝过程中将具有不同重均分子量的聚合物混合在一起，利用聚合物重均分子量的差异性，使同一喷头中喷出的聚合物溶液原位形成多层的纳米纤维，重均分子量越小，则该组份越倾向分布于外层。各组分均负载有驻极功能物质，且最外层具备疏水性，最内层具备高强性能，使该空气过滤材料具备防水功能和良好的力学性能，从而可在湿度较大的环境中保持驻极性能和过滤性能的稳定性。本发明的制备方法简单、生产效率高，所制备的材料表面电势为0.02～10kV，对水的接触角为100～160°，对0.3～10μm颗粒的过滤效率为80～100％，阻力压降为10～100Pa，在空气过滤领域具有广阔的应用前景。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)利用聚合物重均分子量的差异性，使同一喷头中喷出的聚合物溶液原位形成截面具有环形结构的纳米纤维，可同时利用多种聚合物的优良特性。
(2)利用最外层纳米纤维的疏水性能，使空气过滤材料具备防水性，有效减少电荷耗散，保持驻极性能和过滤性能的稳定性。
(3)利用纳米纤维的高比表面积，使材料兼具高效率和低压阻的空气过滤性能。
附图说明
图1为本发明纳米纤维的横截面结构示意图。
图2为静电纺丝接收装置示意图。
图3为凸起放大图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图2所示，为静电纺丝接收装置示意图，所述的接收装置包括：包括滚筒1，基材置于滚筒1上，滚筒1的表面设有多个空心状的凸起2，凸起2的一面与滚筒1接触，与滚筒1的接触面能够连通至滚筒1内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒1的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，使蒸汽从凸起2上的孔排出。
所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为100cm2，长度L1为30cm，材质为铁；滚筒1的筒壁厚度T1为2cm；所述的凸起2规则排列在滚筒1的表面，凸起2的形状为三棱柱，材质与滚筒1相同；所述的凸起2的高度H为0.5mm，截面积为0.25mm2，厚度T2为0.1mm，相邻两个凸起2在滚筒1上的间距D为0.5mm。所述的孔的形状为正方形，面积为0.01mm2。
实施例2
如图2所示，为静电纺丝接收装置示意图，所述的接收装置包括：包括滚筒1，基材置于滚筒1上，滚筒1的表面设有多个空心状的凸起2，凸起2的一面与滚筒1接触，与滚筒1的接触面能够连通至滚筒1内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒1的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，使蒸汽从凸起2上的孔排出。
所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为200cm2，长度L1为40cm，材质为铜；滚筒1的筒壁厚度T1为4cm；所述的凸起2规则排列在滚筒1的表面，凸起2的形状为三棱柱，材质与滚筒1相同；所述的凸起2的高度H为0.6mm，截面积为0.5mm2，厚度T2为0.1mm，相邻两个凸起2在滚筒1上的间距D为0.55mm。所述的孔的形状为圆形，面积为0.05mm2。
实施例3
如图2所示，为静电纺丝接收装置示意图，所述的接收装置包括：包括滚筒1，基材置于滚筒1上，滚筒1的表面设有多个空心状的凸起2，凸起2的一面与滚筒1接触，与滚筒1的接触面能够连通至滚筒1内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒1的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，使蒸汽从凸起2上的孔排出。
所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为300cm2，长度L1为60cm，材质为铝；滚筒1的筒壁厚度T1为6cm；所述的凸起2规则排列在滚筒1的表面，凸起2的形状为三棱柱，材质与滚筒1相同；所述的凸起2的高度H为0.7mm，截面积为1mm2，厚度T2为0.15mm，相邻两个凸起2在滚筒1上的间距D为0.6mm。所述的孔的形状为三角形，面积为0.1mm2。
实施例4
如图2所示，为静电纺丝接收装置示意图，所述的接收装置包括：包括滚筒1，基材置于滚筒1上，滚筒1的表面设有多个空心状的凸起2，凸起2的一面与滚筒1接触，与滚筒1的接触面能够连通至滚筒1内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒1的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，使蒸汽从凸起2上的孔排出。
所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为400cm2，长度L1为70cm，材质为铁；滚筒1的筒壁厚度T1为8cm；所述的凸起2规则排列在滚筒1的表面，如图3所示，凸起2的形状为正方体，材质与滚筒1相同；所述的凸起2的高度H为0.8mm，截面积为2mm2，厚度T2为0.2mm，相邻两个凸起2在滚筒1上的间距D为0.65mm。所述的孔的形状为长方形，面积为0.15mm2。
实施例5
如图2所示，为静电纺丝接收装置示意图，所述的接收装置包括：包括滚筒1，基材置于滚筒1上，滚筒1的表面设有多个空心状的凸起2，凸起2的一面与滚筒1接触，与滚筒1的接触面能够连通至滚筒1内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒1的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，使蒸汽从凸起2上的孔排出。
所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为500cm2，长度L1为100cm，材质为铜；滚筒1的筒壁厚度T1为10cm；所述的凸起2规则排列在滚筒1的表面，如图3所示，凸起2的形状为正方体，材质与滚筒1相同；所述的凸起2的高度H为1.0mm，截面积为3mm2，厚度T2为0.25mm，相邻两个凸起2在滚筒1上的间距D为0.7mm。所述的孔的形状为正方形，面积为0.2mm2。
实施例6
如图1所示，一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料，由基材和设于基材之上的纳米纤维膜组成，纳米纤维膜中的纳米纤维中分布有驻极功能物质10，纳米纤维为多层结构，最外层含有疏水性的聚合物。所述的纳米纤维的各层从内到外依次设置，最内层为圆形，其余各层截面为环形，每一层均含有聚合物，每一层中的聚合物具有不同的重均分子量。
基材为聚丙烯腈材质，克重为40g/m2，平均孔径为1mm，孔隙率为60％。纳米纤维膜孔隙率为90％，平均孔径为3.5μm，克重为15g/m2，堆积密度为0.025g/cm3。
纳米纤维中分布的驻极功能物质10为勃姆石，粒径为0.01μm。纳米纤维为圆形，层数为3，纤维直径为0.1μm，除最内层外，各层的宽度为0.005μm。各层含有的聚合物为聚己内酯。最外层中的聚合物重均分子量为10万道尔顿，其余各层含有的聚合物的重均分子量依次递增，每一层含有的聚合物的重均分子量较与之相邻位于其外侧的层含有的聚合物的重均分子量增加150％。
本发明还提供了上述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，具体步骤为：
步骤1：配制溶液，将驻极功能物质勃姆石分散于溶剂四氢呋喃中，形成分散液，超声20min，搅拌10min后，加入具有不同重均分子量的聚己内酯，搅拌一定时间后形成均匀的溶液，不同重均分子量的聚己内酯的质量分数相同，为25wt％，驻极功能物质含量为2wt％；
步骤2：将基材置于实施例1所述的接收装置的滚筒1上，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，使蒸汽从凸起上的孔排出，刻蚀蒸汽为甲酸，浓度为20％，温度为120℃，采取连续送入的方式，连续送入的时间为10min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为0.5m/s；增加基材表面粗糙度，排出速度依赖于滚筒截面积、小孔面积和送入速度。步骤3：步骤1制得的溶液置于储液装置中，调整静电纺丝参数，静电纺丝参数为电压30kV，接收距离20cm，灌注速度1mL/h，滚筒转速50r/min，温度25℃，湿度45％，时间40min，进行静电纺丝，得到具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料。
在20±3℃、45±5％的环境条件下，利用表面电势测量仪、水接触角测量仪、TSI8130型空气过滤测试仪、震荡法测试材料性能，所制备材料表面电势为0.02kV，对水的接触角为100°，对0.3μm颗粒的过滤效率为80％，阻力压降为80Pa，本实施例利用聚合物本身的优良特性，赋予纳米纤维材料抗菌性能，对大肠杆菌的杀菌率为95％，对金黄色葡萄球菌的杀菌率为99％。
实施例7
如图1所示，一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料，由基材和设于基材之上的纳米纤维膜组成，纳米纤维膜中的纳米纤维中分布有驻极功能物质10，纳米纤维为多层结构，最外层含有疏水性的聚合物。所述的纳米纤维的各层从内到外依次设置，最内层为圆形，其余各层截面为环形，每一层均含有聚合物，每一层中的聚合物具有不同的重均分子量。
基材材质为锦纶，克重为60g/m2，平均孔径为2mm，孔隙率为50％。纳米纤维膜孔隙率为88％，平均孔径为4μm，克重为20g/m2，堆积密度为0.03g/cm3，堆积密度为0.006～0.084g/cm3。
纳米纤维中分布的驻极功能物质10为二氧化硅，粒径为0.03μm。纳米纤维为圆形，层数为3，纤维直径为1μm，除最内层外，各层的宽度为0.01μm。各层含有的聚合物为聚己内酯。最外层中的聚合物重均分子量为7万道尔顿，其余各层含有的聚合物的重均分子量依次递增，每一层含有的聚合物的重均分子量较与之相邻位于其外侧的层含有的聚合物的重均分子量增加100％。
本发明还提供了上述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，具体步骤为：
步骤1：配制溶液，将驻极功能物质10二氧化硅分散于溶剂四氢呋喃中，形成分散液，超声10min，搅拌10min后，加入具有不同重均分子量的聚己内酯，搅拌一定时间后形成均匀的溶液，不同重均分子量的聚己内酯的质量分数相同，为25wt％，驻极功能物质含量为3wt％；
步骤2：将基材置于实施例2所述的接收装置的滚筒1上，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒，使蒸汽从凸起上的孔排出，刻蚀蒸汽为甲酸，浓度为20％，温度为120℃，采取连续送入的方式，连续送入的时间为10min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为0.5m/s；增加基材表面粗糙度，排出速度依赖于滚筒截面积、小孔面积和送入速度。
步骤3：步骤1制得的溶液置于储液装置中，调整静电纺丝参数，静电纺丝参数为电压30kV，接收距离20cm，灌注速度1mL/h，滚筒转速50r/min，温度25℃，湿度45％，时间40min，进行静电纺丝，得到具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料。
在20±3℃、45±5％的环境条件下，利用表面电势测量仪、水接触角测量仪、TSI8130型空气过滤测试仪、YG541E织物折皱弹性测试仪测试材料性能，所制备材料表面电势为0.06kV，对水的接触角为120°，对2.5μm颗粒的过滤效率为90％，阻力压降为65Pa，具备的其他有益性能为弹性性能，弹性伸长率为90％。
实施例8
如图1所示，一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料，由基材和设于基材之上的纳米纤维膜组成，纳米纤维膜中的纳米纤维中分布有驻极功能物质10，纳米纤维为多层结构，最外层含有疏水性的聚合物。所述的纳米纤维的各层从内到外依次设置，最内层为圆形，其余各层截面为环形，每一层均含有聚合物，每一层中的聚合物具有不同的重均分子量。基材材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯，克重为100g/m2，平均孔径为1mm，孔隙率为60％。纳米纤维膜孔隙率为82％，平均孔径为5μm，克重为30g/m2，堆积密度为0.04g/cm3。
纳米纤维中分布的驻极功能物质10为氮化硅，粒径为0.05μm。纳米纤维为圆形，层数为3，纤维直径为2μm，除最内层外，各层的宽度为0.012μm。各层含有的聚合物为聚苯乙烯。最外层中的聚合物重均分子量为5万道尔顿，其余各层含有的聚合物的重均分子量依次递增，每一层含有的聚合物的重均分子量较与之相邻位于其外侧的层含有的聚合物的重均分子量增加80％。
本发明还提供了上述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，具体步骤为：
步骤1：配制溶液，将驻极功能物质氮化硅分散于溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，形成分散液，超声20min，搅拌10min后，加入具有不同重均分子量的聚苯乙烯，搅拌一定时间后形成均匀的溶液，不同重均分子量的聚苯乙烯的质量分数相同，为28wt％，驻极功能物质含量为3.5wt％
步骤2：将基材置于实施例3所述的接收装置的滚筒1上，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒，使蒸汽从凸起上的孔排出，刻蚀蒸汽为甲酸，浓度为20％，温度为120℃，采取连续送入的方式，连续送入的时间为20min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为0.6m/s；增加基材表面粗糙度，排出速度依赖于滚筒截面积、小孔面积和送入速度。
步骤3：步骤1制得的溶液置于储液装置中，调整静电纺丝参数，静电纺丝参数为电压40kV，接收距离30cm，灌注速度2mL/h，滚筒转速50r/min，温度25℃，湿度45％，时间40min，进行静电纺丝，得到具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料。
在20±3℃、45±5％的环境条件下，利用表面电势测量仪、水接触角测量仪、TSI8130型空气过滤测试仪、YG(B)022G型织物弯曲性能测试仪测试材料性能，所制备材料表面电势为1kV，对水的接触角为140°，对2.5μm颗粒的过滤效率为95％，阻力压降为70Pa，具备的其他有益性能为抗弯曲性能，最大弯曲力为2cN。
实施例9
如图1所示，一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料，由基材和设于基材之上的纳米纤维膜组成，纳米纤维膜中的纳米纤维中分布有驻极功能物质10，纳米纤维为多层结构，最外层含有疏水性的聚合物。所述的纳米纤维的各层从内到外依次设置，最内层为圆形，其余各层截面为环形，每一层均含有聚合物，每一层中的聚合物具有不同的重均分子量。
基材材质为聚丙烯/聚乙烯无纺布，克重为150g/m2，平均孔径为0.8mm，孔隙率为65％。纳米纤维膜孔隙率为78％，平均孔径为6μm，克重为40g/m2，堆积密度为0.05g/cm3。
纳米纤维中分布的驻极功能物质10为氮化硅，粒径为1μm。纳米纤维为圆形，层数为3，纤维直径为1μm，除最内层外，各层的宽度为0.008μm。各层含有的聚合物为聚丙烯腈。最外层中的聚合物重均分子量为3万道尔顿，其余各层含有的聚合物的重均分子量依次递增，每一层含有的聚合物的重均分子量较与之相邻位于其外侧的层含有的聚合物的重均分子量增加70％。
本发明还提供了上述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，具体步骤为：
步骤1：配制溶液，将氮化硅分散于溶剂N，N-二甲基乙酰胺中，形成分散液，超声20min，搅拌10min后，加入具有不同重均分子量的聚丙烯腈，搅拌一定时间后形成均匀的溶液，不同重均分子量的聚丙烯腈的质量分数相同，为25wt％，驻极功能物质含量为4.5wt％；
步骤2：将基材置于实施例4所述的接收装置的滚筒1上，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒，使蒸汽从凸起上的孔排出，刻蚀蒸汽为乙酸，浓度为20％，温度为130℃，采取连续送入的方式，连续送入的时间为40min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为0.5m/s；增加基材表面粗糙度，排出速度依赖于滚筒截面积、小孔面积和送入速度。
步骤3：步骤1制得的溶液置于储液装置中，调整静电纺丝参数，静电纺丝参数为电压30kV，接收距离20cm，灌注速度1mL/h，滚筒转速50r/min，温度25℃，湿度45％，时间40min，进行静电纺丝，得到具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料。
在20±3℃、45±5％的环境条件下，利用表面电势测量仪、水接触角测量仪、TSI8130型空气过滤测试仪测试材料性能，所制备材料表面电势为3kV，对水的接触角为150°，对5μm颗粒的过滤效率为100％，阻力压降为50Pa，具备的其他有益性能包括为高模性能，拉伸模量为10GPa。
实施例10
如图1所示，一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料，由基材和设于基材之上的纳米纤维膜组成，纳米纤维膜中的纳米纤维中分布有驻极功能物质10，纳米纤维为多层结构，最外层含有疏水性的聚合物。所述的纳米纤维的各层从内到外依次设置，最内层为圆形，其余各层截面为环形，每一层均含有聚合物，每一层中的聚合物具有不同的重均分子量。
基材材质为聚丙烯无纺布，克重为200g/m2，平均孔径为0.7mm，孔隙率为70％。纳米纤维膜孔隙率为75％，平均孔径为6.5μm，克重为45g/m2，堆积密度为0.055g/cm3。纳米纤维中分布的驻极功能物质10为羟基磷灰石，粒径为3μm。
纳米纤维为圆形，层数为3，纤维直径为2μm，除最内层外，各层的宽度为0.015μm。各层含有的聚合物为聚苯乙烯。最外层中的聚合物重均分子量为1万道尔顿，其余各层含有的聚合物的重均分子量依次递增，每一层含有的聚合物的重均分子量较与之相邻位于其外侧的层含有的聚合物的重均分子量增加50％。
本发明还提供了上述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，具体步骤为：
步骤1：配制溶液，将驻极功能物质羟基磷灰石分散于溶剂乙酸乙酯中，形成分散液，超声20min，搅拌5min后，加入具有不同重均分子量的聚苯乙烯，搅拌一定时间后形成均匀的溶液，不同重均分子量的聚苯乙烯的质量分数相同，为25wt％，驻极功能物含量为5.5wt％；
步骤2：将基材置于实施例5所述的接收装置的滚筒1上，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒，使蒸汽从凸起上的孔排出，刻蚀蒸汽为甲酸，浓度为22％，温度为120℃，采取连续送入的方式，连续送入的时间为30min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为0.8m/s；增加基材表面粗糙度，排出速度依赖于滚筒截面积、小孔面积和送入速度。
步骤3：步骤1制得的溶液置于储液装置中，调整静电纺丝参数，静电纺丝参数为电压30kV，接收距离20cm，灌注速度1mL/h，滚筒转速50r/min，温度23℃，湿度48％，时间30min，进行静电纺丝，得到具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料。
在20±3℃、45±5％的环境条件下，利用表面电势测量仪、水接触角测量仪、TSI8130型空气过滤测试仪、YG026B电子织物强力仪测试材料性能，所制备材料表面电势为10kV，对水的接触角为160°，对2.5μm颗粒的过滤效率为80％，阻力压降为55Pa，具备的其他有益性能为高强性能，拉伸断裂强度为13MPa。

Claims (8)

1.一种具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，所述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料，包括基材和设于基材之上的纳米纤维膜，纳米纤维膜中的纳米纤维中分布有驻极功能物质，纳米纤维为多层结构，最外层含有疏水性的聚合物；其特征是，包括以下步骤：
步骤1：配制溶液，将驻极功能物质分散于溶剂中，形成分散液，超声搅拌后，加入具有不同重均分子量的聚合物，搅拌一定时间后形成均匀的溶液；
步骤2：将基材置于接收装置上，将步骤1制得的溶液置于储液装置中，调整静电纺丝参数，进行静电纺丝；所述的接收装置包括：包括滚筒，基材置于滚筒上，滚筒的表面设有多个空心状的凸起，凸起的一面与滚筒接触，与滚筒的接触面能够连通至滚筒内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒，使蒸汽从凸起上的孔排出。
2.如权利要求1所述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维的各层从内到外依次设置，除最内层外，各层截面为环形，每一层均含有聚合物，每一层中的聚合物具有不同的重均分子量。
3.如权利要求1所述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的表面电势为0.02～10kV，对水的接触角为100～160°，对0.3～10μm颗粒的过滤效率为80～100％，阻力压降为10～100Pa。
4.如权利要求1所述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的基材克重为10～300g/m2，材质为聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、锦纶、纤维素、聚丙烯腈、聚氯乙烯、或金属，基材平均孔径为0.6～4mm，孔隙率为30～80％。
5.如权利要求1所述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维膜的孔隙率为60～99.99％，平均孔径为1～10μm，克重为0.01～70g/m2，堆积密度为0.006～0.084g/cm3。
6.如权利要求1所述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维为圆形，层数为2～5，纤维直径为0.1～10μm，除最内层外，各层的宽度为0.005～0.018μm。
7.如权利要求1所述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维最外层含有的聚合物的重均分子量为1～10万道尔顿，其余各层含有的聚合物的重均分子量由外向内依次递增，每一层含有的聚合物的重均分子量较与之相邻位于其外侧的层含有的聚合物的重均分子量增加50～200％。
8.如权利要求1所述的具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的驻极功能物质为羟基磷灰石、聚四氟乙烯、氮化硅、二氧化硅、勃姆石、三氧化二铝、氧化锌、氧化钡、二氧化钛、五氧化二钽、钛酸钡、锆钛酸铅、电气石和倍半硅氧烷中的至少一种，粒径为0.01～3μm。
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