CN108201735B - 过滤装置及其制备方法 - Google Patents

过滤装置及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108201735B
CN108201735B CN201611182490.7A CN201611182490A CN108201735B CN 108201735 B CN108201735 B CN 108201735B CN 201611182490 A CN201611182490 A CN 201611182490A CN 108201735 B CN108201735 B CN 108201735B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polylactic acid
lactic acid
filter
filtering
poly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611182490.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108201735A (zh
Inventor
任凯亮
张锦锡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
Original Assignee
Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems filed Critical Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
Priority to CN201611182490.7A priority Critical patent/CN108201735B/zh
Publication of CN108201735A publication Critical patent/CN108201735A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108201735B publication Critical patent/CN108201735B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/02—Loose filtering material, e.g. loose fibres
    • B01D39/04—Organic material, e.g. cellulose, cotton
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0027—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
    • B01D46/0032—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions using electrostatic forces to remove particles, e.g. electret filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/54—Particle separators, e.g. dust precipitators, using ultra-fine filter sheets or diaphragms
    • B01D46/543—Particle separators, e.g. dust precipitators, using ultra-fine filter sheets or diaphragms using membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B33/00—Layered products characterised by particular properties or particular surface features, e.g. particular surface coatings; Layered products designed for particular purposes not covered by another single class
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/0604—Arrangement of the fibres in the filtering material
    • B01D2239/0622—Melt-blown
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/0604—Arrangement of the fibres in the filtering material
    • B01D2239/0631—Electro-spun
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/065—More than one layer present in the filtering material
    • B01D2239/0654—Support layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/10—Filtering material manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0276—Polyester fibres

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

本发明提供一种过滤装置及其制备方法。其中过滤装置包括过滤滤膜，该过滤滤膜由乳酸基过滤材料制备而成，乳酸基过滤材料包括基于聚乳酸的压电材料，其中，所述压电材料包含聚乳酸纤维，所述聚乳酸纤维的分子链经过拉伸变形产生极化。本发明的聚乳酸基过滤材料，具有良好的生物相容性且绿色环保；通过拉伸方式制备的聚乳酸纳米纤维只需要空气流动产生的形变就能产生静电，节约了过滤器的制作成本和能源消耗。

Description

过滤装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及过滤材料和过滤装置，具体的涉及一种乳酸基过滤材料，以及该材料的制备方法，还涉及包含该过滤材料的过滤滤膜，以及包含该过滤滤膜的过滤装置。
背景技术
随着空气污染的日趋严重，雾霾已经严重影响到人们的日常工作和生活，因此对气载污染物、气载过敏原、气溶胶颗粒的控制受到人们越来越密切的关注。普通的空气过滤器可以去除直径大于0.3μm的颗粒，但不能有效过滤掉直径更小的颗粒。纳米纤维材料由于其独特的性能则被应用于高效空气过滤器领域，并表现出优良的过滤性能。
静电纺丝技术具有生产工艺简单，设备要求简易，对可纺物选择的选择性广，成本相对低廉，生产工艺参数可调等优点，已经被广泛应用于制备纳米纤维和纳米薄膜领域。过滤器过滤效果主要取决于过滤材料的性能，而通过静电仿丝工艺得到的纳米纤维的直径比其他传统工艺制备的纤维直径要小几个数量级，直径范围从几十纳米到几十微米，并且具有很高的比表面积，而高比表面积更加有利于吸附空气中的微粒。因此用静电纺丝工艺得到的空气过滤材料相对于传统的过滤材料具有明显优势。
目前，已成功开发应用于高效空气过滤的静电纺丝纳米纤维材料主要是在自然环境中难以降解的材料，使用报废的滤膜材料需要后续处理，否则容易造成环境污染。
而且现有常见的静电过滤器需要配有产生静电的电源和静电载体材料，过滤滤膜吸附效果也不够理想。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种乳酸基过滤材料及其制备方法、过滤滤膜、过滤装置，以解决以上所述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
根据本发明的一方面，提供一种乳酸基过滤材料，包括基于聚乳酸的压电材料，其中，所述压电材料包含聚乳酸纤维，所述聚乳酸纤维的分子链经过拉伸变形产生极化。
进一步的，乳酸基过滤材料还包括无纺布，且所述压电材料与所述无纺布为层状复合。
进一步的，所述层状复合为单层压电材料与单层无纺布的双层复合。
进一步的，所述层状复合为压电材料与无纺布交替层叠复合。
进一步的，所述聚乳酸为聚单侧旋乳酸。
进一步的，所述聚单侧旋乳酸为聚左旋乳酸或聚右旋乳酸。
根据本发明的另一方面，提供一种过滤滤膜，包含以上任意一种乳酸基过滤材料。
根据本发明的又一方面，提供一种过滤装置，包括上述的过滤滤膜。
根据本发明的再一方面，提供一种乳酸基过滤材料的制备方法，包括：
提供聚乳酸；
通过静电纺丝法或者熔融拉伸法拉伸所述聚乳酸，形成乳酸基过滤材料。
进一步的，拉伸所述聚乳酸是在无纺布上通过静电纺丝法或者熔融拉伸法形成。
进一步的，形成乳酸基过滤材料之后，进一步对所述乳酸基过滤材料进行退火。
进一步的，提供的聚乳酸为聚单侧旋乳酸。
(三)有益效果
本发明采用上述技术方案与现有技术相比，可达到以下效果：
(1)本发明的聚乳酸基过滤材料，具有良好的生物相容性，优良的生物降解性能，降解产物无危害，相对于现有材料更加具有绿色环保理念；
(2)本发明通过拉伸方式(例如电纺丝法)制备的聚乳酸纳米纤维只需要空气流动产生的形变就能产生静电，相比于常见的静电过滤器需要配有产生静电的电源和静电载体材料，大大节约了过滤器的制作成本和能源消耗；
3.本发明中聚乳酸基过滤材料生产工艺较为简单，并可以通过改变电纺丝或熔融拉伸工艺条件以达到不同滤膜尺寸和厚度要求；
4.本发明中聚乳酸的压电性能是通过电纺丝工艺过程的拉伸处理和/或后续的退火处理就能得到，不需要后续的极化处理；
5.本发明所用的压电材料的聚乳酸和无纺布中的聚乳酸具有优良的生物相容性，对人体无毒无刺激作用，除了用于空气净化过滤材料外还可以用于口罩，过滤面具等人体直接佩戴的过滤材料。
附图说明
图1是本发明实施例的乳酸基过滤材料示意图。
图2是本发明实施例聚左旋乳酸的分子结构式。
图3a和3b是本发明实施例一种聚乳酸纤维(聚左旋乳酸)的空间结构图。
图4是本发明实施例的过滤滤膜示意图。
图5是本发明实施例的过滤装置示意图。
图6是本发明实施例乳酸基过滤材料的制备方法的工艺流程图。
图7是本发明实施例乳酸基过滤材料的制备方法一种实施方式制备装置示意图。
图8是过滤材料A的扫描电镜图片。
图9是过滤材料C的XRD图谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。只是需要注意的是，以下附图均为简化的示意图，附图中的组件数目、形状及尺寸可依实际实施状况而随意变更，且组件布局状态可更为复杂。本发明也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
根据本发明总体上的构思，本发明实施例的一方面提供一种乳酸基过滤材料1，乳酸基过滤材料包括基于聚乳酸的压电材料11，其中，所述压电材料11包含聚右旋乳酸纤维，聚左旋乳酸纤维111，所述聚乳酸纤维111的分子链经过拉伸变形产生极化。本发明通过拉伸方式形成的聚乳酸纤维111只需要空气流动产生的形变就能产生静电，相比于传统的静电过滤器需要配有产生静电的电源和静电载体材料，该乳酸基过滤材料大大节约了过滤器的制作成本和能源消耗。
该种乳酸基过滤材料，在过滤空气时候由于气流对纳米纤维的振动作用，引起聚乳酸纤维的形变，使纳米纤维表面产生电荷，从而赋予这种滤膜对空气中微粒的静电吸附作用。静电吸附作用对过滤效果的提高主要体现在两个方面：第一，在静电作用下空气中的微粒脱离空气流动方向沉积在纤维上；第二，静电作用能够使微粒更加牢固的粘附在纤维表面，从而在不增加过滤阻力的情况下，通过静电吸附作用能够有效地提高过滤材料的过滤效果。
聚乳酸纤维111的分子链经过拉伸变形产生极化。这种对材料的处理方法在于引起聚乳酸纤维111的形变，使纳米纤维表面产生电荷(即产生极化)，从而赋予这种材料对空气中微粒的静电吸附作用。静电吸附作用对过滤效果的提高主要体现在两个方面：第一，在静电作用下空气中的微粒脱离空气流动方向沉积在纤维上；第二，静电作用能够使微粒更加牢固的粘附在纤维表面，从而在不增加过滤阻力的情况下，通过静电吸附作用能够有效地提高过滤材料的过滤效果。对于拉伸方式可以是现有技术中有机高分子常用的拉伸方法，例如静电纺丝法、熔融拉伸法或者薄膜机拉伸法，在后续制备方法的实施例中将会进一步进行具体说明。
压电材料11中的聚乳酸纤维111，为可以为纳米纤维，属于可降解材料，这种过滤材料具有良好的生物相容性，优良的生物降解性能，降解产物无危害。其中使用的聚乳酸的平均分子量没有特别的限定，例如可以为2-36万。聚乳酸可以是多种类型，例如：外消旋乳酸、内消旋乳酸、聚左旋乳酸或者聚右旋乳酸，或者上述的任意组合。优选的，采用聚单侧旋乳酸，例如聚左旋乳酸和聚右旋乳酸。列举聚单侧旋的聚左旋乳酸进行说明，聚左旋乳酸的分子结构图如图2所示，聚左旋乳酸由于组成其分子结构的单体左旋乳酸具有手性中心，所以聚左旋乳酸分子链空间结构具有螺旋形结构。此外，聚左旋乳酸的分子链上还拥有极性很强的偶极子功能团Ｃ＝O。在经过拉伸处理后，聚左旋乳酸的分子链排列趋向有序性，在受到外部施加的应力时，左旋聚乳酸的分子因外力作用而产生形变，其内部的C＝O偶极子则重新分布并产生极化现象(如图3a和图3b所示)，同时在相对表面出现正负相反的电荷，从而产生了压电性能。
可选的，乳酸基过滤材料1还可以包括无纺布12。通过压电材料11与无纺布12过滤材料进行复合，两种材料的纤维搭配的交叉结构。这种复合结构不仅相对于单一的纳米纤维过滤结构要有更好的过滤效果，而且更加节约过滤材料的使用量。对于无纺布原料，可以也采用聚乳酸，其中使用的聚乳酸的平均分子量没有特别的限定，例如可以为2-36万。这种复合材料(例如层状复合)极大地降低了滤膜的生产成本。无纺布12中的聚乳酸粗纤维作为支撑结构，使滤网具有适当的机械强度和空气流通性能；压电材料11的聚乳酸细纤维则在聚乳酸粗纤维的大孔隙中形成更小的孔隙，提高了过滤精度，同时也使过滤材料具有更好的吸附能力和纳污容量。同时，由于拉伸方式制备的聚乳酸具有压电性能，在过滤空气的过程中空气流动对聚乳酸的振动导致聚左旋乳酸产生电荷，从而使过滤材料产生静电吸附性能，提高了过滤材料对空气中微粒的吸附作用。其中压电材料的聚乳酸纤维111的直径为200nm-10μm，优选为200nm-1μm。
压电材料11与所述无纺布12的复合方式可以为层状复合。一种层状复合方式是单周期的层状复合，即单层压电材料11与单层无纺布12层叠复合；另一种层状复合方式是周期性的层状复合，即压电材料11与无纺布12交替层叠，即可以是三层、四层或更多层结构。两种复合方式中，单层压电材料11的厚度为10-50μm，优选的为20-40μm；单层无纺布12层的厚度为50-100μm，优选为70-90μm。
基于同一发明构思，本发明实施例的另一方面提供一种过滤滤膜2，包括以上所述的乳酸基过滤材料1。
图4是本发明实施例的过滤滤膜示意图。可以将上述的过滤材料1裁切成所需的滤膜形状，形成相应过滤滤膜2，在保证良好的过滤性能的同时具有良好的生物相容性。或者是对过滤材料1进行其它加工处理后获得相应的过滤滤膜产品。
基于同一发明构思，本发明实施例的又一方面提供过滤装置，包括上述的过滤滤膜2。这里的过滤装置可以是制备空气净化器的滤芯、口罩、过滤面具，以及其他需要过滤气体中颗粒的装置。
图5是本发明实施例的过滤装置示意图，例举口罩进行说明，实施例中的过滤滤膜2设置在外部空气进入通道位置，外部污染空气通过过滤滤膜2，过滤滤膜2在空气流动时产生形变，通过压电效应能产生静电，静电吸附空气中的固体颗粒，使通过过滤滤膜2后的气体得以净化，后续将对该过滤滤膜2的过滤效果进行实验检测。
基于同一发明构思，本发明实施例的再一方面提供一种乳酸基过滤材料的制备方法，如图6所示，包括步骤：
提供聚乳酸；
通过静电纺丝法、熔融拉伸法、单向拉伸法或者双向拉伸法拉伸所述聚乳酸，形成乳酸基过滤材料。
上述步骤中，提供的聚乳酸可以是现有技术中所知的各种类型，例如：外消旋乳酸、内消旋乳酸、聚左旋乳酸或者聚右旋乳酸，或者上述的任意组合。优选的，采用聚单侧旋乳酸，例如聚左旋乳酸和聚右旋乳酸，相关说明可参见上述乳酸基过滤材料的实施例内容。
拉伸聚乳酸可以通过现有技术中多种高分子的拉伸方法，例如静电纺丝法、熔融拉伸法、单向拉伸法、双向拉伸法。
对于静电纺丝法，典型的静电纺丝设备如图7所示，主要包括带有喷丝头的注射器701，注射泵702，滚筒收集器703，高压电源704。用带有喷丝头的注射器701抽取一定量的静电仿丝前驱液并固定在注射泵702上。收集器为一个滚筒收集器703，在金属滚筒外面还可包裹一层非织造布作为仿丝基底。纺丝时，将喷丝头与高压电源正极相连，滚筒接高压电源负极。利用纺丝工艺纺织出纤维直径小，且纤维直径分布均匀，比表面积和孔隙率大，吸附性能高的聚左旋乳酸纳米纤维过滤薄膜。
一种典型的制备工艺是：
A：制备纺丝溶液：称取聚乳酸加入到溶剂(例如二氯甲烷或丙酮)中，搅拌(例如磁力搅拌)直至聚乳酸固体颗粒溶解，然后取助纺剂N，N-二甲基甲酰胺(或者MEK)加入到上述溶液中，继续搅拌，形成纺丝溶液；对于纺丝溶液中各组分的配比，聚乳酸：溶剂：N，N-二甲基甲酰胺(DMF、MEK)的质量比可以为1∶1-10∶1-20
B：静电纺丝：静电纺丝的条件可以为高压正极为0-25kV，高压负极为-15-0kV，仿丝距离为0-30厘米，滚筒转速为0-10m/s，注射速度为0-20mL/h。
可选的，可以在无纺布上通过静电纺丝法或者熔融拉绳法拉伸所述聚乳酸；对于无纺布的材料、类型和制备方法的选择，可以采用现有技术中的已知的各种方式，在此不作限定。
对于无纺布，其材料可以为聚乳酸，分子量可介于2-26万之间。制备方法可以为湿法、纺粘法、熔喷或热合等方式。
聚乳酸与所述无纺布可以通过层状复合方式制备。一种层状复合方式是双层的层状复合，即单层压电材料与单层无纺布层叠复合，对应的制备工艺是在无纺布上通过制备聚乳酸纳米纤维工艺，将聚乳酸纤维覆盖于无纺布层上；另一种层状复合方式是周期性的层状复合，即聚乳酸与无纺布交替层叠，即可以是三层、四层或更多层结构，对应的制备工艺首先于采用上述相同的工艺制备双层层状复合结构，接着在该结构上再制备无纺布层、拉伸的聚乳酸层，依次循环。两种复合方式中，单层压电材料11的厚度为1-50μm，优选的为10-40μm；单层无纺布12层的厚度为1-100μm，优选为50-90μm。
进一步的，在拉伸聚乳酸之后还可以包括退火步骤，通过退火，可以进一步提高乳酸基过滤材料的压电性能。对于具体工艺，可以在静电纺丝后的聚乳酸复合滤膜在室温下干燥12-600h，然后在恒温烘箱中50-140℃下退火1-4h。
以下将通过具体实例对本发明的制备方法进行详细描述。但是应当理解的是，这些具体实例仅为了说明本发明，各具体实例中的参数选取不用于限定本发明，本领域技术人员可以根据现有技术和具体实施例公开内容，选取任意具体实例的任意参数进行组合和调整相应参数。
实施例1
无纺布层制备：采用熔喷法制备厚度为80μm作为聚乳酸无纺布层。
静电纺丝：称取聚右旋乳酸(加入到DCM溶剂中，磁力搅拌直至聚乳酸固体颗粒完全溶解。然后称取N，N-二甲基甲酰胺加入到上述溶液中，继续磁力搅拌。最终纺丝溶液中聚乳酸：二氯甲烷：N，N-二甲基甲酰胺质量比为1∶6∶4。静电纺丝的条件为：高压正极为10kV，高压负极为-2kV，仿丝距离为5厘米，滚筒转速为1m/s，注射速度为1mL/h。
静电纺丝后的聚乳酸复合滤膜在室温下干燥12h，然后在数控恒温烘箱中70℃下退火1h，在聚乳酸无纺布层上形成厚度为10μm，纤维直径为200-500nm的聚左旋乳酸层。制备得到过滤材料A。
实施例2
采用与实施例1相同条件制备，不同之处仅在于，静电纺丝工艺中，称取的为聚外消旋乳酸，制备得到过滤材料B。
实施例3
采用与实施例1相同条件制备，不同之处仅在于，静电纺丝工艺中，称取的为聚左旋乳酸，制备得到过滤材料C。
实施例4
采用与实施例1相同条件制备，不同之处仅在于，静电纺丝工艺中，称取的为聚右旋乳酸，制备得到过滤材料D。
实施例5
采用与实施例1相同的方法制备，不同之处仅在于，不进行退火处理，从而制备得到过滤材料E。
比较例1
采用与实施例1相同的方法制备，不同之处仅在于，不进行静电纺丝工艺，制备得到过滤材料F
过滤材料的测试
1、去除过滤材料A的部分聚乳酸无纺布层，并用扫描电镜观察，其结果如图8所示。测定过滤材料C的X射线衍射图谱(XRD)，其结果如图9所示，并测定过滤材料C的聚乳酸纳米纤维的剪切向压电常数。实施例中，剪切向压电常数d14通过准静态方法测定，用下述公式得到，
d14＝(电量/材料面积)/切向应力，
其中，电量用静电计(Keithley Electrometer 6514)测定，切向应力用力传感器和锁相放大器(Stanford SR830)测定。
从图8可以看出聚乳酸无纺布层纤维直径为20-30μm左右，聚乳酸纳米纤维直径为200-500nm，并且具有很高的孔隙率。
从图9可以看出经过退火的聚乳酸纳米纤维为α相的晶体结构；测得聚乳酸纳米纤维的剪切向压电常数d14为2.2pC/N。
2、用亚克力材料制作一个直径为6厘米的圆柱型管道，在管道前段放置过滤膜，使烟气通过滤膜和管道吸入尘埃离子计数器(本测试中采用Lighthouse3016手持式尘埃粒子计数器)进行过滤效果测试。
测试上述过滤材料A-D在不同PM2.5下的过滤效果(以PM2.5颗粒数计算)，具体的PM2.5的测定结果见表1。表1为不同制备参数制备的过滤膜过滤效果。序号1-4代表不同初始PM2.5大小的环境，也即无滤膜条件的PM2.5值。
表1
Figure GDA0002647927080000101
Figure GDA0002647927080000111
从表1中可以看到，本发明提供的过滤材料在不同初始PM2.5大小的环境下均可以有效的过滤空气中的微粒，其中过滤材料C和过滤材料D过滤效果达到98-99％左右，具有优良的过滤性能；未采用退火工艺的过滤材料E相比于过滤材料A-D效率略差，但由于过滤材料F的效果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种过滤装置，其特征在于，包括过滤滤膜，所述过滤滤膜由乳酸基过滤材料制备而成，
其中，所述乳酸基过滤材料包括基于聚乳酸的压电材料；
所述基于聚乳酸的压电材料包含聚乳酸纤维，所述聚乳酸纤维的分子链经过拉伸变形产生极化；
所述聚乳酸为聚单侧旋乳酸。
2.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述乳酸基过滤材料还包括无纺布，且所述压电材料与所述无纺布为层状复合。
3.根据权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述层状复合为单层压电材料与单层无纺布的双层复合。
4.根据权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述层状复合为压电材料与无纺布交替层叠复合。
5.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述聚单侧旋乳酸为聚左旋乳酸或聚右旋乳酸。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的过滤装置的制备方法，其特征在于，
制备过滤滤膜，所述过滤滤膜由乳酸基过滤材料制备而成；
其中，所述乳酸基过滤材料的制备方法包括：提供聚乳酸，所述聚乳酸为聚单侧旋乳酸；
通过静电纺丝法或者熔融拉伸法拉伸所述聚乳酸，形成乳酸基过滤材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，拉伸所述聚乳酸是在无纺布上通过静电纺丝法或者熔融拉伸法形成。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，形成乳酸基过滤材料之后，进一步对所述乳酸基过滤材料进行退火。
CN201611182490.7A 2016-12-19 2016-12-19 过滤装置及其制备方法 Active CN108201735B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611182490.7A CN108201735B (zh) 2016-12-19 2016-12-19 过滤装置及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611182490.7A CN108201735B (zh) 2016-12-19 2016-12-19 过滤装置及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108201735A CN108201735A (zh) 2018-06-26
CN108201735B true CN108201735B (zh) 2020-10-30

Family

ID=62602026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611182490.7A Active CN108201735B (zh) 2016-12-19 2016-12-19 过滤装置及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108201735B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109054319B (zh) * 2018-07-31 2020-12-15 哈工大（威海）创新创业园有限责任公司 一种生物相容性压电多孔膜材料及其制备方法
CN109589687A (zh) * 2018-12-31 2019-04-09 盐城工学院 一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料及其制备方法
CN110193253A (zh) * 2019-05-27 2019-09-03 长安大学 一种除霾装置、制备方法及其除霾方法
CN112594860A (zh) * 2020-12-09 2021-04-02 江苏大学 一种纳米压电纤维材料改性的智能杀菌空气净化器
CN114058165B (zh) * 2021-11-04 2022-10-28 泰世德(北京)医药科技有限公司 一种压电聚乳酸材料及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160190427A1 (en) * 2014-12-30 2016-06-30 University-Industry Cooperation Group Of Kyung Hee University Nanofiber web piezoelectric material obtained by electrospinning polylactic acid, method of producing same, piezoelectric sensor comprising same, and method of manufacturing the piezoelectric sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160190427A1 (en) * 2014-12-30 2016-06-30 University-Industry Cooperation Group Of Kyung Hee University Nanofiber web piezoelectric material obtained by electrospinning polylactic acid, method of producing same, piezoelectric sensor comprising same, and method of manufacturing the piezoelectric sensor

Also Published As

Publication number Publication date
CN108201735A (zh) 2018-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108201735B (zh) 过滤装置及其制备方法
Yang et al. Multifunctional composite membrane based on BaTiO3@ PU/PSA nanofibers for high-efficiency PM2. 5 removal
Cui et al. High performance, environmentally friendly and sustainable nanofiber membrane filter for removal of particulate matter 1.0
Wang et al. Electret nanofibrous membrane with enhanced filtration performance and wearing comfortability for face mask
Zhang et al. Structural design and environmental applications of electrospun nanofibers
Zhang et al. Biodegradable electrospun poly (lactic acid) nanofibers for effective PM 2.5 removal
Yang et al. Electrospun polymer composite membrane with superior thermal stability and excellent chemical resistance for high-efficiency PM2. 5 capture
CN107441827B (zh) 一种多层驻极纳米纤维过滤材料及其制备方法
CN107158969B (zh) 一种功能化纳米纤维过滤材料及其制备方法和应用
DK2609238T3 (en) WOVEN COAT AND FIBER WITH ELECTRICAL CHARACTERISTICS, PROCEDURES FOR MANUFACTURING THERE AND THEIR USE
Guo et al. PET/TPU nanofiber composite filters with high interfacial adhesion strength based on one-step co-electrospinning
Kim et al. Dependence of the fiber diameter on quality factor of filters fabricated with meta-aramid nanofibers
CN108452690A (zh) 高效低阻多层结构静电纺丝纳米纤维复合膜的制备方法
Buivydiene et al. Composite micro/nano fibrous air filter by simultaneous melt and solution electrospinning
JP2015196263A (ja) ナノファイバー積層材、ナノファイバー積層材の製造方法、フィルター基材又はフィルター、及び、マスク又はマスク基材
JP2008221073A (ja) 極細繊維濾材およびその製造方法
Al Rai et al. Structure and performance of electroblown PVDF‐based nanofibrous electret filters
CN110743249B (zh) 带锚点耐反吹纳米纤维复合滤材
KR20200033669A (ko) 나노 섬유 시트를 포함하는 정전 필터용 여과재 및 이의 제조방법
JP2006069141A (ja) 複合繊維構造体およびその製造方法
KR102116377B1 (ko) 미세먼지 차단용 필터 제조 방법
JP2004113966A (ja) 生分解性空気清浄用フィルター
WO2007148673A1 (ja) フィルタおよびその製造方法
Yang et al. Nanopatterning of beaded poly (lactic acid) nanofibers for highly electroactive, breathable, UV-shielding and antibacterial protective membranes
KR20110131665A (ko) 셀룰로오스 나노섬유를 이용한 에어 필터여재 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant