CN111389100A - 五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片 - Google Patents

五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及到五层对称聚偏氟乙烯‑醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片。其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚偏氟乙烯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚偏氟乙烯和醋酸纤维素，所述聚偏氟乙烯的重均分子量不低于25万。其具有优异的热稳定性和尺寸结构稳定性，在具备低的呼吸阻力的同时，具有高的过滤效果，同时能够多次杀菌消毒重复使用。

Description

五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及到五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片。
背景技术
空气污染不仅能通过物理、化学、生物的侵蚀作用对周围物体产生破坏性的影响，而且污染气体经人的呼吸系统、皮肤表皮等部位对我们的呼吸道系统、神经系统、免疫能力、皮肤等产生严重的毒害作用。长期在空气质量较差的环境中生活或工作，不仅会引起呼吸功能下降，呼吸道症状加重，还会导致慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等疾病，严重的还会导致肺癌、鼻咽癌的患病率的增加。为此，人们常选用防护口罩对吸入的空气进行过滤和净化。传统使用的口罩都是采用纱布制成的，用于医用卫生防护必须符合国家标准。目前，防护口罩的滤片主要分为两大类，即防尘类和防毒类。它们的作用都是将有害气溶胶，包括粉尘、熏烟、雾滴和毒气经过滤片吸附、阻挡而不被人吸入。对于好的防护口罩的滤片来说，应该具有以下三个条件：一是在面具与使用者面部密合良好的情况下过滤效率高；二是呼吸阻力小；三是使用者感觉舒适。
然而，现有常规的防护口罩一般采用聚丙烯、聚乙烯等材料，通过SM方式制备得到三层或单层结构，主要通过无纺布形成的孔隙截留来达到过滤空气中的微小颗粒和微生物的作用。然而这种过滤是一种被动的过滤，由于上述材料都是一些非极性原料，对各类极性微粒不能通过静电力、极性吸附等方式来进一步提高过滤效果。而且，由于通过无纺布制造的这些防护材料的纤维，以及每一层之间的结合都只是原料分子间的扩散粘结，结合力弱，由此形成的孔隙稳定性较差，无法经受高温或水煮等处理，水煮、高温处理等操作之后，由于空隙结构被破坏而导致其过滤效果严重下降，因此常规的防护口罩不能多次重复使用，常规的防护口罩用过滤片重复使用次数少，使用寿命也很短。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚偏氟乙烯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚偏氟乙烯和醋酸纤维素，所述聚偏氟乙烯的重均分子量不低于25万。
作为一种优选的技术方案，所述聚偏氟乙烯的重均分子量不高于60万。
作为一种优选的技术方案，所述聚偏氟乙烯的邵氏硬度为75～80D。
作为一种优选的技术方案，所述聚偏氟乙烯232℃/100s-1下的表观粘度为1500～2300Pa.S。
作为一种优选的技术方案，所述醋酸纤维素的玻璃化转变温度不低于180℃。
作为一种优选的技术方案，所述醋酸纤维素的玻璃化转变温度为180～190℃。
作为一种优选的技术方案，所述醋酸纤维素为乙酰化醋酸纤维素，其中乙酰基含量为38～42wt％。
作为一种优选的技术方案，所述功能支撑层的制备原料中，聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1；所述强力支撑层的制备原料中，聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2。
作为一种优选的技术方案，所述强力支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为1～5μm，厚度为10～50μm；所述功能支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为0.5～1.0μm，厚度为5～10μm；所述过滤功能层由电纺聚偏氟乙烯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.05～0.5μm，厚度为0.5～3μm。
本发明的第二个方面提供了如上所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚偏氟乙烯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，或将两种原料混合后溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚偏氟乙烯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，或者脱泡得到混合纺丝液；
步骤二、静电纺丝：五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，挤出电纺，电纺所形成的纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布；
步骤三、后处理：将上述五层复合结构的非织造布经传送带导入干燥炉中，在100～150℃下去除纤维中残留溶剂即得所述五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片。
作为一种优选的技术方案，所述步骤一的有机溶剂为丙酮的混合溶剂，其中丙酮的含量为30～55wt％。
本发明的第三个方面提供了如上所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片在医用防护领域中的应用。
本发明中的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片具有优异的热稳定性和尺寸结构稳定性，在具备低的呼吸阻力的同时，具有高的过滤效果，同时能够多次杀菌消毒重复使用。其热分解温度高于300℃，可达到327℃；软化温度高于160℃；耐水蒸水煮；耐水洗摩擦；孔隙率约不低于90％；功能层平均孔径低于0.30微米，85L/min空气流速下的压差不高于250Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％。将其置于150℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率依然超过95％，通过蒸煮、水洗、或微波加热等重复使用要求的消毒处理加工后重复使用率大于15次，高效耐用。
具体实施方式
参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
本发明的第一方面提供了一种五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚偏氟乙烯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚偏氟乙烯和醋酸纤维素，所述聚偏氟乙烯的重均分子量不低于25万。
本发明中所述聚偏氟乙烯(PVDF)为偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物，结构中以氟-碳化合键结合，这种具有短键性质的结构与氢原子形成最稳定的牢固的结合.因使其具有特异的物理化学性能，不但有很强的耐磨性和抗冲击性能，而且在极端严酷与恶劣的环境中有很高的综合性能。具体它兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，
在一些实施方式中，所述聚偏氟乙烯的重均分子量不高于60万。
进一步地，所述聚偏氟乙烯的重均分子量为30万～45万。
进一步优选地，所述聚偏氟乙烯的重均分子量为40万。
进一步地，所述聚偏氟乙烯的邵氏硬度为75～80D；优选，其邵氏硬度为76～80D。
进一步地，所述聚偏氟乙烯232℃/100s-1下的表观粘度为1500～2300Pa.S。
本发明中对上述聚偏氟乙烯的重均分子量的测试方法不做特殊限定，可以采用常规GPC的方法进行测试。其中所述聚偏氟乙烯的邵氏硬度是根据ASTM D2240的标准，在23摄氏度下测试得到。其熔体表观粘度是是根据ASTM D3835的标准进行测试得到。本发明上述聚偏氟乙烯可以从市面上购买得到，例如法国阿科玛
Figure BDA0002432284810000051
741。
申请人发现聚偏氟乙烯的理化参数，尤其是重均分子量对制备所得五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的结构稳定性和尺寸稳定性有着至关重要的影响，若重均分子量选择不当，容易导致滤片结构稳定性下降，影响其杀菌消毒后的重复使用率。可能是由于满足上述理化参数的聚偏氟乙烯在溶剂中溶解形成溶液时，分子链能够更充分的伸展，与乙酰化的醋酸纤维素能够更加充分的扩散和缠结，形成多个缠结点，从而形成的三维网络结构更加稳定。有助于纺丝液在静电力作用下能够更好的成丝。
本发明中所述醋酸纤维素CA是纤维素分子中羟基在硫酸催化剂存在下，用醋酸和酯酐混合液使之乙酰化，然后加稀醋酸水解到所需的酯化度一种化学改性的天然高聚物。乙酸酯纤维素产品有温暖的触感、抗汗，并能自体发光，它是拥有明亮色彩和糖浆般透明感的一种传统聚合物。由于醋酸纤维素CA是纤维素中的羟基经过醋酸酯化得到，因此其乙酰化程度可以间接的表明其分子链中的羟基含量，直接影响醋酸纤维素的综合性能。
在一些实施方式中，所述醋酸纤维素的玻璃化转变温度不低于180℃。
进一步地，所述醋酸纤维素的玻璃化转变温度为180～190℃。
进一步地优选的，所述醋酸纤维素的玻璃化转变温度为185℃。
进一步地，所述醋酸纤维素为乙酰化醋酸纤维素，其中乙酰基含量为38～42wt％。
进一步优选地，所述醋酸纤维素为乙酰化醋酸纤维素，其中乙酰基含量为40wt％。
本发明中的醋酸纤维素含量可以通过本领域技术人员所熟知的方式进行测试，玻璃化转变温度也可根据常规方法测试得到，例如DSC、DMA等测试手段。本发明中所述乙酰化醋酸纤维素的乙酰基含量按照如下方法进行测试：
取本品约2.0g，精密称定，置锥形瓶中，加二甲基亚砜30ml和丙酮100ml，密塞，用磁力搅拌器搅拌16小时，精密加入氢氧化钠滴定液(1.0mol/L)30ml，继续搅拌6分钟，静置60分钟，加热水100ml，冲洗锥形瓶内壁，再继续搅拌2分钟，放冷至室温，加酚酞指示液4～5滴，用盐酸滴定液(0.5mol/L)滴定至终点，精密滴加过量的盐酸滴定液(0.5mol/L)0.5ml，搅拌5分钟，静置30分钟，用氢氧化钠滴定液(0.5mol/L)滴定至粉红色，并将滴定的结果用空白试验校正。每1ml盐酸滴定液(0.5mol/L)相当于21.525mg的C2H3O。
本发明中的上述醋酸纤维素可以从市面上购买得到，例如美国伊士曼公司生产的CA-398-10醋酸纤维素等。
申请人发现醋酸纤维素的乙酰基含量和玻璃化转变温度对所得五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的重复使用率有着密切的联系。当所使用的醋酸纤维素的玻璃化转变温度太低时，所得空气滤片进行微波加热、高温、水煮消毒等操作时尺寸容易发生变化，导致滤片的微孔闭合、尺寸发生改变，从而直接影响防护口罩的呼吸阻力和对微粒的过滤效果。而当醋酸纤维素的玻璃化转变温度太高，容易造成其与聚偏氟乙烯之间的相互扩散融合，纺丝液进行静电纺丝后得到的复合纤维中两种物料之间存在明显的界面，复合效果差，影响滤片的机械性能，也同样在进行重复使用要求的消毒加工处理过程中影响滤片的过滤效果和重复使用性能。申请人发现当所使用的醋酸纤维素的玻璃化转变温度高于180℃，尤其在185℃时，所得的空气滤片具有优异的过滤效果和好的呼吸阻力性能，并且经过多次消毒处理后，其上述性能不发生显著的变化。
在一些实施方式中，所述功能支撑层的制备原料中，聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1；所述强力支撑层的制备原料中，聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2。
乙酰化的醋酸纤维素由于其柔软和滑手感官，以及较好的疏水结构，容易具有好的抗压性和耐磨性。聚偏氟乙烯分子链间排列紧密，又有较强的氢键，从而具有较强的结晶度，使其具备好的耐磨性、柔韧性和好力学性能。然而由于聚偏氟乙烯与醋酸纤维素之间的内聚能密度存在较大的差异，所以需要合理的调控醋酸纤维素的乙酰化程度、聚偏氟乙烯的重均分子量、表观粘度等参数，缩小两者之间的内聚能密度差，使配制得到的静电纺丝液具有高的均一度和好的稳定性，有助于制备得到结构规整、孔隙分布以及形状尺寸稳定均匀的非织造布结构。
申请人发现通过合理调控空气滤片强力支撑层和功能支撑层的原料配比，可以有效改善空气滤片的机械强度，使静电纺丝制备得到的空气滤片具有更好的结构稳定性和尺寸稳定性，能够在水煮、微波加热等环境下能够依然保持好的微观结构状态，避免在上述操作过程中空气滤片的孔隙被扭曲破坏，导致滤片孔隙分布和结构不再均匀和稳定，从而影响其杀菌消毒之后的过滤效果，影响滤片的重复使用次数。
在一些实施方式中，所述强力支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为1～5μm，厚度为10～50μm；所述功能支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为0.5～1.0μm，厚度为5～10μm；所述过滤功能层由电纺聚偏氟乙烯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.05～0.5μm，厚度为0.5～3μm。
本发明中，在核心过滤功能层内外两侧通过对称设置超细纤维功能支撑层和较粗纤维强力支撑层，利用每一层的不同直径纤维相互搭接编织成三维网状结构，层层截留环境中的微粒和病菌。此外，由于最外的强力支撑层纤维较粗，强力大，孔径大，环境中的微粒碰撞在其表面后由于惯性和力的反作用而改变方向，沉降或粘附在最外层上，能够有效保护核心过滤功能层。而且由于最外层和次外层纤维直径相对较粗，所形成的三维网状结构较稳定，在经过水煮、水洗、高温烘烤、紫外辐射、或微波加热等重复使用要求的消毒处理加工时，容易除掉其中所截留的微粒，使其处理前后的孔隙率基本保持一致，过滤效率不损失。
本发明的第二个方面提供了如上所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚偏氟乙烯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，或将两种原料混合后溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚偏氟乙烯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，或者脱泡得到混合纺丝液；
步骤二、静电纺丝：五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，挤出电纺，电纺所形成的纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布；
步骤三、后处理：将上述五层复合结构的非织造布经传送带导入干燥炉中，在100～150℃下去除纤维中残留溶剂即得所述五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片。
在一些实施方式中，所述步骤一的有机溶剂为丙酮的混合溶剂，其中丙酮的含量为30～55wt％。
进一步地，所述有机溶剂还包括N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、1-甲基-2吡咯烷酮中的一种或多种。
进一步地，所述有机溶剂为等重量混合的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮；或者为等重量混合的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮；或者为等重量混合的1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)和丙酮。
申请人发现通过采用丙酮与上述溶剂之间的混合溶剂作为纺丝液溶剂时，可以有助于改善纺丝液的稳定性，改善纺丝液在静电力作用下的稳定铺展，挤出成型时均匀度。同时通过上述混合溶剂，改善挤出的纺丝液中溶剂的挥发速度，使纺丝溶液中的溶剂较为均匀的挥发成型，避免纺丝液成型过慢，导致纤维之间大量粘连并接，导致非织造布的无纺布孔隙不均匀，孔隙率低等问题；也避免溶剂挥发太快而导致纤维之间只是以物理堆叠，粘结力弱，从而造成使用时的结构尺寸稳定性差的问题。
在一些实施方式中，所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚偏氟乙烯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，或将两种原料混合后溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚偏氟乙烯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，或者脱泡得到混合纺丝液；
步骤二、五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第五组各有三个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度24％左右，绝对粘度3.0～8.0Pa.S；第二组和第四组各有两个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度18％左右，绝对粘度1.5～2.5Pa.S；第三组一个喷头，PVDF纺丝液质量浓度10％左右，绝对粘度0.5～1.4Pa.S。
步骤三、电纺形成的PVDF和醋酸纤维素复合纤维及PVDF纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在100～150℃下去除纤维中残留溶剂，形成PVDF/醋酸纤维素复合纤维超级空气滤片，滤片面积尺寸：120*150～200*250cm2。
本发明的第三个方面提供了如上所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片在医用防护领域中的应用。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
实施例
实施例1：提供了一种五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚偏氟乙烯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚偏氟乙烯和醋酸纤维素；所述聚偏氟乙烯的重均分子量为40万；所述强力支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2，复合纤维的直径为3μm，厚度为30μm；所述功能支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.5μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚偏氟乙烯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚偏氟乙烯为法国阿科玛
Figure BDA0002432284810000091
741；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CA-398-10醋酸纤维素。
上述五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚偏氟乙烯和醋酸纤维素(即为乙酰纤维素)原料，并将其溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮的混合溶剂质量比为1：1)中，脱泡得到聚偏氟乙烯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，并将聚偏氟乙烯溶解在DMAc有机溶剂中，静置脱泡，得到聚偏氟乙烯纺丝溶液；
步骤二、五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第五组各有三个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度24％左右，绝对粘度6.0Pa.S；第二组和第四组各有两个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度18％左右，绝对粘度2.2Pa.S；第三组一个喷头，PVDF纺丝液质量浓度10％左右，绝对粘度1.4Pa.S。
步骤三、电纺形成的PVDF和醋酸纤维素复合纤维及PVDF纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在130℃下去除纤维中残留溶剂，形成PVDF/醋酸纤维素复合纤维超级空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片热分解温度约为327℃；软化温度168℃；耐水蒸水煮；耐水洗摩擦；孔隙率约为91％；功能层平均孔径0.28微米，85L/min空气流速下的压差约为240Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％；将其置于150℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为96.0％。
实施例2：提供了一种五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚偏氟乙烯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚偏氟乙烯和醋酸纤维素；所述聚偏氟乙烯的重均分子量为40万；所述强力支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2，复合纤维的直径为3μm，厚度为30μm；所述功能支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.5μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚偏氟乙烯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚偏氟乙烯为法国阿科玛
Figure BDA0002432284810000101
741；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CAB-381-2醋酸丁酸纤维素(玻璃化转变温度为133℃)。
上述五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚偏氟乙烯和醋酸纤维素(即为乙酰纤维素)原料，并将其溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮的混合溶剂质量比为1：1)中，脱泡得到聚偏氟乙烯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，并将聚偏氟乙烯溶解在DMAc有机溶剂中，静置脱泡，得到聚偏氟乙烯纺丝溶液；
步骤二、五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第五组各有三个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度24％左右；第二组和第四组各有两个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度18％左右；第三组一个喷头，PVDF纺丝液质量浓度10％左右。
步骤三、电纺形成的PVDF和醋酸纤维素复合纤维及PVDF纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在130℃下去除纤维中残留溶剂，形成PVDF/醋酸纤维素复合纤维超级空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片在85L/min空气流速下的压差约为222Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％；将其置于150℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为84.0％。
实施例3：提供了一种五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚偏氟乙烯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚偏氟乙烯和醋酸纤维素；所述聚偏氟乙烯为低分子量PVDF；所述强力支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2，复合纤维的直径为3μm，厚度为30μm；所述功能支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.5μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚偏氟乙烯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚偏氟乙烯为法国阿科玛
Figure BDA0002432284810000111
720；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CA-398-10醋酸纤维素。
上述五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚偏氟乙烯和醋酸纤维素(即为乙酰纤维素)原料，并将其溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮的混合溶剂质量比为1：1)中，脱泡得到聚偏氟乙烯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，并将聚偏氟乙烯溶解在DMAc有机溶剂中，静置脱泡，得到聚偏氟乙烯纺丝溶液；
步骤二、五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第五组各有三个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度24％左右；第二组和第四组各有两个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度18％左右；第三组一个喷头，PVDF纺丝液质量浓度10％左右。
步骤三、电纺形成的PVDF和醋酸纤维素复合纤维及PVDF纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在130℃下去除纤维中残留溶剂，形成PVDF/醋酸纤维素复合纤维超级空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片在85L/min空气流速下的压差约为225Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％；将其置于150℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为86.5％。
实施例4：提供了一种五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚偏氟乙烯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚偏氟乙烯和醋酸纤维素；所述聚偏氟乙烯的重均分子量为40万；所述强力支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为3μm，厚度为30μm；所述功能支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.5μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚偏氟乙烯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚偏氟乙烯为法国阿科玛
Figure BDA0002432284810000131
741；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CA-398-10醋酸纤维素。
上述五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚偏氟乙烯和醋酸纤维素(即为乙酰纤维素)原料，并将其溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮的混合溶剂质量比为1：1)中，脱泡得到聚偏氟乙烯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，并将聚偏氟乙烯溶解在DMAc有机溶剂中，静置脱泡，得到聚偏氟乙烯纺丝溶液；
步骤二、五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第五组各有三个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度24％左右；第二组和第四组各有两个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度18％左右；第三组一个喷头，PVDF纺丝液质量浓度10％左右。
步骤三、电纺形成的PVDF和醋酸纤维素复合纤维及PVDF纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在130℃下去除纤维中残留溶剂，形成PVDF/醋酸纤维素复合纤维超级空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片在85L/min空气流速下的压差约为242Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％；将其置于150℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为87.0％。
实施例5：提供了一种三层非对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层和功能支撑层分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述过滤功能层的制备原料为聚偏氟乙烯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚偏氟乙烯和醋酸纤维素；所述聚偏氟乙烯的重均分子量为40万；所述强力支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2，复合纤维的直径为3μm，厚度为30μm；所述功能支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.5μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚偏氟乙烯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚偏氟乙烯为法国阿科玛
Figure BDA0002432284810000141
741；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CA-398-10醋酸纤维素。
上述五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚偏氟乙烯和醋酸纤维素(即为乙酰纤维素)原料，并将其溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮的混合溶剂质量比为1：1)中，脱泡得到聚偏氟乙烯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，并将聚偏氟乙烯溶解在DMAc有机溶剂中，静置脱泡，得到聚偏氟乙烯纺丝溶液；
步骤二、三组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组有三个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度24％左右；第二组有两个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度18％左右；第三组一个喷头，PVDF纺丝液质量浓度10％左右。
步骤三、电纺形成的PVDF和醋酸纤维素复合纤维及PVDF纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的三层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在130℃下去除纤维中残留溶剂，聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的三层非对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片在85L/min空气流速下的压差约为202Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％；将其置于150℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为76.5％。
实施例6：提供了一种三层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其包括功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述过滤功能层的制备原料为聚偏氟乙烯；所述功能支撑层的制备原料包括所述聚偏氟乙烯和醋酸纤维素；所述聚偏氟乙烯的重均分子量为40万；所述功能支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，其中聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1，复合纤维的直径为0.5μm，厚度为8μm；所述过滤功能层由电纺聚偏氟乙烯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.15μm，厚度为1.2μm。其中所述聚偏氟乙烯为法国阿科玛
Figure BDA0002432284810000151
741；所述醋酸纤维素为美国伊士曼公司的CA-398-10醋酸纤维素。
上述三层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的制备方法包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚偏氟乙烯和醋酸纤维素(即为乙酰纤维素)原料，并将其溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮的混合溶剂质量比为1：1)中，脱泡得到聚偏氟乙烯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，并将聚偏氟乙烯溶解在DMAc有机溶剂中，静置脱泡，得到聚偏氟乙烯纺丝溶液；
步骤二、三组静电纺丝头按顺序排在一条线上，第一组和第三组各有三个喷头，PVDF和乙酰纤维素复合纺丝液质量浓度24％左右；第二组一个喷头，PVDF纺丝液质量浓度10％左右。
步骤三、电纺形成的PVDF和醋酸纤维素复合纤维及PVDF纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的三层复合结构的非织造布，经传送带导入干燥炉中在130℃下去除纤维中残留溶剂，聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，滤片面积尺寸：160*200cm2。
本实施例中的三层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片在85L/min空气流速下的压差约为211Pa。对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率大于99.9％；将其置于150℃烘箱中烘烤1小时，取出后水煮45min，干燥，然后重复此操作15次模拟重复使用过程后，对0.3微米以上粒径的颗粒的拦截率约为73.0％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其特征在于，其包括强力支撑层、功能支撑层和过滤功能层；所述功能支撑层包括内功能支撑层和外功能支撑层，分别设置在所述过滤功能层的两侧；所述强力支撑层包括内强力支撑层和外强力支撑层，分别设置在所述内功能支撑层和外功能支撑层外侧；所述过滤功能层的制备原料为聚偏氟乙烯；所述强力支撑层和功能支撑层的制备原料包括所述聚偏氟乙烯和醋酸纤维素，所述聚偏氟乙烯的重均分子量不低于25万。
2.如权利要求1所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其特征在于，所述聚偏氟乙烯的重均分子量不高于60万。
3.如权利要求1所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其特征在于，所述聚偏氟乙烯的邵氏硬度为75～80D。
4.如权利要求3所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其特征在于，所述聚偏氟乙烯232℃/100s-1下的表观粘度为1500～2300Pa.S。
5.如权利要求1所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其特征在于，所述醋酸纤维素的玻璃化转变温度不低于180℃。
6.如权利要求5所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其特征在于，所述醋酸纤维素为乙酰化醋酸纤维素，其中乙酰基含量为38～42wt％。
7.如权利要求1～6任意一项所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其特征在于，所述功能支撑层的制备原料中，聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1；所述强力支撑层的制备原料中，聚偏氟乙烯和醋酸纤维素的重量比例为1：1.2。
8.如权利要求7任意一项所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片，其特征在于，所述强力支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为1～5μm，厚度为10～50μm；所述功能支撑层由电纺聚偏氟乙烯和醋酸纤维素复合纤维所构成，复合纤维的直径为0.5～1.0μm，厚度为5～10μm；所述过滤功能层由电纺聚偏氟乙烯纳米纤维构成，其纤维的直径为0.05～0.5μm，厚度为0.5～3μm。
9.如权利要求1～8任意一项所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、纺丝液的配制：按照重量比例分别取聚偏氟乙烯和醋酸纤维素原料，并分别将其溶解在有机溶剂中，或将两种原料混合后溶解在有机溶剂中，脱泡得到聚偏氟乙烯纺丝液和醋酸纤维素纺丝液，或者脱泡得到混合纺丝液；
步骤二、静电纺丝：五组静电纺丝头按顺序排在一条线上，挤出电纺，电纺所形成的纤维依次分层落在钢质传送带上形成纤维直径不同的五层复合结构的非织造布；
步骤三、后处理：将上述五层复合结构的非织造布经传送带导入干燥炉中，在100～150℃下去除纤维中残留溶剂即得所述五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片。
10.如权利要求1～8任意一项所述的五层对称聚偏氟乙烯-醋酸纤维素复合高效耐用空气滤片在医用防护领域中的应用。
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