CN109576906A - 空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜及其制备方法，一定比例的氯化锂首先加入到静电纺丝溶液中，进行充分搅拌，使其完全溶解，然后进行静电纺丝，最终得到掺杂有除湿剂的静电纺丝纳米纤维膜，本发明提供的纳米纤维膜可同时用于监测室内空气除湿及过滤PM2.5情况，保持室内清洁以及舒适度，且本发明采用的静电纺丝技术，操作简单，原料成本较低，具有巨大的应用场景和市场空间。

Description

空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及通风空调及空气过滤技术领域，特别涉及一种空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜及其制备方法。
背景技术
随着现代工业、交通业的迅猛发展，对煤、石油等燃料的需求日益增加，这些燃料的燃烧直接导致颗粒物污染变得日趋严重。为了能有效地拦截空气中的颗粒物，从而达到净化空气的作用，空气过滤膜逐渐成为研究的焦点。
静电纺纳米纤维膜与传统滤料相比，拥有更高的过滤效率和更好的性能，并且静电纺丝装置简单，纺丝过程可被简便控制，很多聚合物都可用于静电纺丝，且成本较低。因此它已被广泛应用于空气过滤，传感，电池隔板和生物医学领域。
随着人们生活水平的提高，在室内空气环境中，除了要拦截PM2.5，室内空气品质中，湿度也是一个重要的因素。在日常生活和工业生产等方面中，相对湿度过高或过低不仅会影响生产安全和产品质量，而且会对人体的身体健康造成威胁。
因此设计一款可以空气除湿及过滤两用的室内空气净化产品具有一定的市场价值及发展前景。
而氯化锂等一系列具有良好的吸湿性能的吸湿剂，目前在空调除湿剂方面得到了广泛地应用，因此为了保持室内环境的无污染以及合适的湿度范围，将静电纺纳米纤维膜与吸湿剂等相结合，使其达到空气除湿及过滤的双重目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜的制备方法，以达到净化空气的目的。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将无机填料及高分子聚合物共同加入到溶剂中，进行磁力搅拌，作为纺丝溶液，待用，其中，所述的无机填料重量占组合物总量的比例为0.1wt％-5wt％，高分子聚合物含量和溶剂的比例为1～3g：10～15mL；
2)将配好的纺丝液加入喷头，进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；
3)将步骤2)得到的纳米纤维膜进行烘干，使其溶剂得到充分挥发，待测试。
作为优选，所述的静电纺丝纳米纤维膜为单组份/多组分聚合物纳米纤维膜，或者掺杂有无机填料的单组份/多组分聚合物纳米纤维膜。
作为优选，多组分聚合物纳米纤维膜既可通过将多种组分先溶为一体，再进行静电纺丝，也可采用多针头方式，多种组分独立共混纺丝。
作为优选，所述的无机填料为硅胶、铝胶、氯化锂、溴化锂、氯化钙、沸石、蒙脱石中的至少一种。
作为优选，所述的高分子聚合物为聚丙烯腈、聚酰胺66、聚酰胺6、聚对苯二甲酸乙二醇酯、热塑性聚氨酯弹性体、聚乙烯醇、聚醚砜、壳聚糖、聚氧乙烯、聚己酸内酯、聚乳酸或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种任意比例的混合物。
作为优选，所述的溶剂为四氢呋喃、三氟乙酸、二氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或甲苯中的一种或几种任意比例的混合物的溶液。
所述的步骤1)中纺丝溶液的浓度10wt％～30wt％；磁力搅拌的时间为3～12h；所述步骤2)中的静电纺丝的参数为：电压15kV～30kV，纺丝液的进液速度为0.1～5mL/h，喷丝头到滚筒的接收距离为10cm～30cm，纺丝环境温度为20℃～45℃，周围环境相对湿度为30％～80％。
本发明还公开了上述制备方法所制成的空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜，所述的纤维膜的孔隙率≥80％。
本发明的空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜质量轻、纤维直径小、比表面积大、空隙率高；具有连通的开孔结构、孔径小、纤维均一性好的优点；制备方法简单可连续、成本低，并且可有效过滤PM2.5等微小粒子，与吸湿剂相结合，达到空气除湿及过滤双重效果，丰富了其应用的范围。
附图说明
图1为本发明溶液调湿空调用的纳米纤维滤膜的制备流程图。
图2为本发明实施案例得到的掺杂有LiCl的静电纺TPU纳米纤维膜局部扫描电镜图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1：
(1)称取一定质量比的TPU/PAN溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入一定比例的氯化锂，配成浓度为12wt％的溶液，静置待完全溶解后，磁力搅拌6个小时，得到掺杂有氯化锂的TPU/PAN静电纺丝溶液；
(2)将配好的掺杂有氯化锂的TPU/PAN静电纺丝溶液纺丝液加入一个喷头，进行静电纺丝，得到掺杂有氯化锂的TPU/PAN复合纳米纤维膜，其中静电纺丝基本参数为：电压20kV，喷口孔径0.8mm，纺丝液进液速度为0.6ml/h，喷丝头到滚筒的接收距离为20cm，纺丝环境温度为80℃，周围环境相对湿度为30％；
(3)将上述所得的掺杂有氯化锂的TPU/PAN复合纳米纤维膜在烘箱中烘干12h，待测试。
实施例2
(1)配制掺杂氯化锂的TPU静电纺丝溶液：称取一定质量的TPU,溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入一定比例的氯化锂，配成浓度为20wt％的溶液，静置待完全溶解后，磁力搅拌6个小时，得到掺杂有氯化锂的TPU静电纺丝溶液；
(2)配制掺杂氯化锂的PAN静电纺丝溶液：称取一定质量的PAN,溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入一定比例的氯化锂，配成浓度为20wt％的溶液，静置待完全溶解后，磁力搅拌6个小时，得到掺杂有氯化锂的PAN静电纺丝溶液；
(3)将配好的掺杂有氯化锂的TPU静电纺丝溶液纺丝液加入一个喷头，再将掺杂有氯化锂的PAN静电纺丝溶液加入另外一个喷头，然后进行静电纺丝，得到掺杂有氯化锂的TPU/PAN混纺的复合纳米纤维膜，其中静电纺丝基本参数为：电压20kV，喷口孔径0.8mm，纺丝液进液速度为0.6ml/h，喷丝头到滚筒的接收距离为20cm，纺丝环境温度为80℃，周围环境相对湿度为30％；
(4)将上述所得的掺杂有氯化锂的TPU/PAN混纺的复合纳米纤维膜在烘箱中烘干12h，待测试。
实施例3
(1)称取1g聚乙烯醇溶解在10mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入氯化锂，配成浓度为10wt％的溶液，静置待完全溶解后，磁力搅拌6个小时，得到掺杂有氯化锂的静电纺丝溶液；
(2)将配好的掺杂有氯化锂的静电纺丝溶液纺丝液加入一个喷头，进行静电纺丝，得到掺杂有氯化锂的纳米纤维膜，其中静电纺丝基本参数为：电压20kV，喷口孔径0.8mm，纺丝液进液速度为0.6ml/h，喷丝头到滚筒的接收距离为20cm，纺丝环境温度为80℃，周围环境相对湿度为30％；
(3)将上述所得的掺杂有氯化锂的纳米纤维膜在烘箱中烘干12h，待测试。
实施例4
(1)称取3g聚氧乙烯溶解在10mL四氢呋喃中，再加入氯化锂，配成浓度为20wt％的溶液，静置待完全溶解后，磁力搅拌6个小时，得到掺杂有氯化锂的静电纺丝溶液；
(2)将配好的掺杂有氯化锂的静电纺丝溶液纺丝液加入一个喷头，进行静电纺丝，得到掺杂有氯化锂的纳米纤维膜，其中静电纺丝基本参数为：电压20kV，喷口孔径0.8mm，纺丝液进液速度为0.6ml/h，喷丝头到滚筒的接收距离为20cm，纺丝环境温度为80℃，周围环境相对湿度为70％；
(3)将上述所得的掺杂有氯化锂的纳米纤维膜在烘箱中烘干12h，待测试。
实施例5
(1)称取2g聚乙烯吡咯烷酮溶解在13mL N-甲基吡咯烷酮中，再加入氯化锂，配成浓度为30wt％的溶液，静置待完全溶解后，磁力搅拌6个小时，得到掺杂有氯化锂的静电纺丝溶液；
(2)将配好的掺杂有氯化锂的静电纺丝溶液纺丝液加入一个喷头，进行静电纺丝，得到掺杂有氯化锂的纳米纤维膜，其中静电纺丝基本参数为：电压20kV，喷口孔径0.8mm，纺丝液进液速度为0.6ml/h，喷丝头到滚筒的接收距离为20cm，纺丝环境温度为80℃，周围环境相对湿度为80％；
(3)将上述所得的掺杂有氯化锂的纳米纤维膜在烘箱中烘干12h，待测试。

Claims (8)

1.一种空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将无机填料及高分子聚合物共同加入到溶剂中，进行磁力搅拌，作为纺丝溶液，待用，其中，所述的无机填料重量占组合物总量的比例为0.1wt％-5wt％，高分子聚合物含量和溶剂的比例为1～3g：10～15mL；
2)将配好的纺丝液加入喷头，进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；
3)将步骤2)得到的纳米纤维膜进行烘干，使其溶剂得到充分挥发，待测试。
2.如权利要求1所述的空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜，其特征在于：所述的静电纺丝纳米纤维膜为单组份/多组分聚合物纳米纤维膜，或者掺杂有无机填料的单组份/多组分聚合物纳米纤维膜。
3.如权利要求2所述的空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜，其特征在于：所述的多组分聚合物纳米纤维膜既可通过将多种组分先溶为一体，再进行静电纺丝；也可采用多针头方式，多种组分独立共混纺丝。
4.如权利要求1所述的空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的无机填料为硅胶、铝胶、氯化锂、溴化锂、氯化钙、沸石、蒙脱石中的至少一种。
5.如权利要求1所述的空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的高分子聚合物为聚丙烯腈、聚酰胺66、聚酰胺6、聚对苯二甲酸乙二醇酯、热塑性聚氨酯弹性体、聚乙烯醇、聚醚砜、壳聚糖、聚氧乙烯、聚己酸内酯、聚乳酸或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种任意比例的混合物。
6.如权利要求1所述的空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为四氢呋喃、三氟乙酸、二氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或甲苯中的一种或几种任意比例的混合物的溶液。
7.如权利要求1所述的空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中纺丝溶液的浓度10wt％～30wt％；磁力搅拌的时间为3～12h；所述步骤2)中的静电纺丝的参数为：电压15kV～30kV，纺丝液的进液速度为0.1～5mL/h，喷丝头到滚筒的接收距离为10cm～30cm，纺丝环境温度为20℃～45℃，周围环境相对湿度为30％～80％。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的制备方法所制成的空气除湿及过滤两用的静电纺纳米纤维膜，所述的纤维膜的孔隙率≥80％。
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