CN111495035A - 一种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

本发明提供了一种驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，属于新材料技术领域，解决了现有技术中存在的驻极纳米纤维过滤材料驻极性能不稳定，导致对空气中的细颗粒物过滤效率低的技术问题。所述空气过滤材料是由纺丝液经静电纺丝制备而成，其中，所述纺丝液包括如下重量份的组分：聚合物5‑30份；有机偶极分子1‑10份；以及溶剂60‑94份；其中，所述有机偶极分子为具有电子给体‑π共轭体系‑电子受体的偶极子结构的化合物。本发明通过将有机偶极分子与聚合物共同溶解，通过静电纺丝技术制备具有高PM2.5过滤性能、低阻力压降、且保持理想的性能稳定性的空气过滤材料，具有制备方法简单，生产成本低的优点。

Description

一种驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法。
背景技术
空气中的细颗粒物是指环境中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，又称细粒、细颗粒或PM2.5，其粒径小，在大气中的停留时间长、输送距离远，能够对人体健康造成较大危害，易引发肺炎、肺功能下降等多种疾病。采用空气过滤材料对空气中的细微颗粒物进行防护是一种行之有效的措施。
目前，传统的空气过滤材料主要包括熔喷纤维、玻璃纤维以及纺粘纤维。然而传统的空气过滤材料一般由微米级纤维构成，其纤维直径大，纤维之间孔径大，比表面较小，因此过滤效率较低。而纳米纤维过滤材料因其具有丝径细、孔径小以及比表面积大的特点，是新型过滤材料发展的趋势。现有技术中的纳米纤维可以通过拉伸、模板合成、相分离、自组装和静电纺丝等方式制备。其中，静电纺丝纳米纤维相比于传统的过滤材料，在过滤领域具有不可比拟的优势。静电纺是一种利用高压电进行纺丝的纳米纤维制备技术，由于静电纺丝纤维具备的特殊性能，能够过滤1μm及以下的颗粒，从而拓宽了过滤的应用范围。为了进一步提高过滤材料的过滤效果，通常对聚合物空气过滤材料进行驻极改性，例如中国专利CN104289042B提供一种热极化的静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法，通过“瞬间冷却”及纳米无机粒子使静电纺纳米纤维驻极。但是，上述专利中对于静电纺丝纳米纤维驻极过滤材料的制备方法是先将聚合物溶液进行静电纺丝形成静电纺丝纤维，然后采用热极化法获得静电纺丝纤维驻极过滤材料，如此的制备方法复杂，设备复杂且成本高，导致驻极性能不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的驻极纳米纤维过滤材料驻极性能不稳定，导致对空气中细颗粒物过滤效率低的技术问题。为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种驻极纳米纤维空气过滤材料，所述空气过滤材料是由纺丝液经静电纺丝制备而成，其中，所述纺丝液包括如下重量份的组分：
聚合物 5-30份；
有机偶极分子 1-10份；以及
溶剂 60-94份。
其中，所述有机偶极分子为具有电子给体-π共轭体系-电子受体的偶极子结构的化合物。
根据本发明的一种优选实施方式，所述有机偶极分子的电子给体选自含有氧原子、氮原子或硫原子的具有孤对电子的原子或基团；所述有机偶极分子的电子受体选自具有拉电子倾向的原子或基团；所述π共轭体系选自偶氮苯体系或共轭烃体系。本发明的有机偶极分子具有Donor-π-Acceptor偶极子结构特征，即分子的一端为电子给体，另一端为电子受体，连接两者的为π共轭体系。
根据本发明的一种优选实施方式，所述电子给体选自羟基、烷氧基、胺基或巯基；所述电子受体选自硝基、醛基、氰基、磺酸基、羧基、酰基、三氟甲基、三氯甲基或三溴甲基；所述π共轭体系为偶氮苯体系。优选地，所述聚合物选自聚偏氟乙烯、聚苯醚或聚苯乙烯，上述聚合物溶解于所选溶剂后，溶液粘度适中，利于静电纺丝发射，纺丝纤维发射量较大且纤维强度较高。
根据本发明的一种优选实施方式，所述聚合物选自以下成分中的一种或几种：聚丙烯腈、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚苯醚、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、壳聚糖或其改性聚合物。
根据本发明的一种优选实施方式，所述溶剂选自以下成分中的一种或几种：水、甲酸、乙酸、三氟乙酸、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、丙酮、甲苯、丁酮或异丙醇。优选地，所述溶剂选自水、乙醇、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺，本发明的溶剂能够充分均匀溶解聚合物，异味小，毒性小，对机械无腐蚀性，价格低廉有利于工业化生产。
本发明采用有机偶极分子、聚合物与溶剂制成纺丝液，所得纺丝液具有混合溶解均匀，粘度适中，电导率高且易于纺丝的效果。
根据本发明的一种优选实施方式，所述纺丝液包括如下重量份的组分：
聚合物 10-20份；
有机偶极分子 1-5份；以及
溶剂 75-89份；
其中，所述有机偶极分子为具有电子给体-π共轭体系-电子受体的偶极子结构的偶氮苯体系；所述聚合物选自聚丙烯腈、热塑性聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇或聚苯乙烯中的一种或几种；所述溶剂选自水、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。使用上述配方作为优选，使得纺丝液具有更为适中的粘度，具有更大的纺丝量，得到更好的过滤效率。
本发明还提供了一种驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，所述制备方法用于制备所述的驻极纳米纤维空气过滤材料，所述制备方法至少包括如下步骤：
S1：制备纺丝液，按照重量百分比分别称取聚合物、有机偶极分子和溶剂；将所述有机偶极分子在20-80℃下搅拌溶解于所述溶剂中，然后加入所述聚合物，搅拌溶解，形成均匀的纺丝液；
S2：进行静电纺丝以获得驻极纳米纤维空气过滤材料，利用静电纺丝方法将步骤S1中的所述纺丝液负载于支撑材料上，即得驻极纳米纤维空气过滤材料。
根据本发明的一种优选实施方式，所述支撑材料为纺粘、针刺或熔喷无纺布。
根据本发明的一种优选实施方式，所述支撑材料为PP熔喷无纺布、PP纺粘无纺布或PET熔喷无纺布。
根据本发明的一种优选实施方式，所述步骤S2还包括：在接收电极板上铺附所述支撑材料；然后，在发射电极上施加电压，接收电极板接地或施加反向电压，通过调节正负电压压差、喷丝电极到接收电极间距以及环境温湿度，以制备负载不同形貌纳米纤维的驻极空气过滤材料。
优选地，本发明的制备方法制备的驻极纳米纤维空气过滤膜经干燥后备用，也可再附上其它基底层形成多层复合结构。优选地，可进一步组成由基底层、驻极纳米纤维材料、基底层构成的复合结构。
基于上述技术方案，本发明的驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法至少具有如下技术效果：
本发明的驻极纳米纤维空气过滤材料通过将有机偶极分子与聚合物共同溶解，通过静电纺丝方法使纺丝液制备形成纳米纤维，在静电纺丝过程中，有机偶极分子在高压电场作用下发生极化，极化后发色团偶极矩的取向被凝固聚合物所稳定，使得所制备的纳米纤维具有良好的驻极效果，驻极效果长效持久，从而大幅度提高了静电吸附力对细颗粒物的拦截作用，有效提高了空气过滤材料对细微颗粒物的拦截效率。本发明所制备的驻极纳米纤维空气过滤材料具有纤维直径小，比表面大，孔径小和孔隙率高的特点，拥有良好的空气透过性。同时，本发明通过将有机偶极分子与聚合物共同溶解、通过静电纺丝技术制备具有高PM2.5过滤性能、低阻力压降、且保持理想的性能稳定性的空气过滤材料，具有制备方法简单，生产成本低等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1所制备的驻极纳米纤维的表面扫描电镜(SEM)图。
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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例1提供了一种优选实施方式的驻极纳米纤维空气过滤材料，其由纺丝液通过静电纺丝方法负载在PP熔喷无纺布的支撑材料上制备而成。其中，该实施例中纺丝液包括如下重量份的组分：
10份 聚丙烯腈(PAN)；
2份 4-[4-(二甲氨基)苯基偶氮基]苯磺酸；以及
88份 N，N-二甲基甲酰胺溶剂。
本实施例1还提供了上述材料的制备方法，具体如下：
(1)称取2份4-[4-(二甲氨基)苯基偶氮基]苯磺酸加入到含有88份N，N-二甲基甲酰胺溶剂的容器中，将容器置于60℃水浴中加热，对容器中的混合物进行搅拌至溶解，再称取10份的聚丙烯腈(PAN)并加入至上述偶氮苯溶液中，配置成均匀透明溶液，即纺丝液。
(2)设置静电纺丝过程参数：流速为2mL/h，电极间距为15cm，电压差为30kV，纺丝针头内径为0.67mm，将步骤(1)中的纺丝液静电纺丝在熔喷布上0.5h，取下烘干，得到驻极PAN纳米纤维空气过滤材料。
本实施例1所制备的驻极纳米纤维空气过滤材料性能如下：使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得NaCl颗粒物过滤效率为99.6％，阻力压降为87Pa。
经异丙醇浸泡去除过滤材料表面电荷，干燥后，驻极纳米纤维空气过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为85.3％，阻力压降为86Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。由此可知，采用异丙醇进行处理后，本发明的驻极纳米纤维过滤材料的过滤效果也不会大幅度降低，说明本发明的制备方法制备的驻极纳米纤维过滤材料即便经异丙醇处理后驻极产生的电荷也不容易消失。
本实施例所制得驻极纳米纤维的表面扫描电镜(SEM)图见附图1。从附图1可以看出，通过本发明的制备方法制备的驻极纳米纤维空气过滤材料其纤维的直径小、比表面积大、孔径小、孔隙率高，因此，拥有良好的空气透过性。
对比例1
本对比例所提供的过滤材料与实施例1相比，纺丝液中组分的比例不同，具体为：
10份 聚丙烯腈(PAN)；以及
90份 N，N-二甲基甲酰胺。
同等条件下，经测试，对比例1所制备的过滤材料的性能如下：NaCl颗粒物过滤效率：95.8％，阻力压降：88Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。
经异丙醇浸泡去除过滤材料表面电荷，干燥后，过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为65.3％，阻力压降为87Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。由此可知，未加入有机偶极分子的纺丝液经静电纺丝形成纳米纤维过滤材料后经异丙醇处理后过滤效果大幅度降低，说明未加入有机偶极分子制备的纳米纤维过滤材料产生的驻极电荷在异丙醇的作用下容易消失，产生的驻极效果不稳定。
由上述对比例可知，在纺丝液中加入有机偶极分子4-[4-(二甲氨基)苯基偶氮基]苯磺酸制备的驻极PAN纳米纤维空气过滤材料能够具有稳定的体电荷静电吸附力，良好的驻极效果，驻极效果长效持久，从而大幅度提高了对细颗粒物的拦截作用，有效提高过滤材料对细微颗粒物的拦截效率，降低阻力压降。
实施例2
本实施例2提供了另一种优选实施方式的驻极纳米纤维空气过滤材料，其由纺丝液负载在PP纺粘无纺布支撑材料上制备而成。该实施例中纺丝液包括如下重量份的组分：
13份 聚偏氟乙烯(PVDF)；
5份 N-乙基-N-(2-羟乙基)-4-(4-硝基苯基偶氮)苯胺；以及
82份 N，N-二甲基乙酰胺溶剂。
本实施例还提供了上述材料的制备方法，具体如下：
(1)称取5份的N-乙基-N-(2-羟乙基)-4-(4-硝基苯基偶氮)苯胺加入到含有82份N，N-二甲基乙酰胺溶剂的容器中，将容器置于60℃水浴中加热，并对容器中的混合物进行搅拌至溶解，再称取13份的聚偏氟乙烯(PVDF)并加入上述偶氮苯溶液中，配置成均匀透明即纺丝液。
(2)设置静电纺丝过程参数：流速为2mL/h，电极间距为15cm，电压差为28kV，纺丝针头内径为0.67mm，将PVDF纺丝液静电纺丝在熔喷布上0.5h，取下烘干，得到驻极PVDF纳米纤维空气过滤材料。
本实施例所制备的驻极纳米纤维空气过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为99.3％，阻力压降为93Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)
经异丙醇浸泡去除过滤材料表面电荷，干燥后，驻极纳米纤维空气过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为87.6％，阻力压降为92Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。由此可知，采用异丙醇进行处理后，本发明的驻极纳米纤维空气过滤材料的过滤效果也不会大幅度降低，说明本发明的制备方法制备的驻极纳米纤维空气过滤材料即便经异丙醇处理后驻极产生的电荷也不容易消失。
对比例2
本对比例2与实施例2相比，纺丝液中组分的比例不同，具体为：
13份 聚偏氟乙烯(PVDF)；以及
87份 N，N-二甲基乙酰胺。
同等条件下，经测试，本对比例的过滤材料的性能如下：NaCl颗粒物过滤效率：96.5％，阻力压降：85Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。
经异丙醇浸泡去除过滤材料表面电荷，干燥后，过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为68.2％，阻力压降为86Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。由此可知，未加入有机偶极分子的纺丝液经静电纺丝形成纳米纤维过滤材料后经异丙醇处理后过滤效果大幅度降低，说明未加入有机偶极分子制备的纳米纤维过滤材料产生的驻极电荷在异丙醇的作用下容易消失，产生的驻极效果不稳定。
由上述对比例可知，在纺丝液中加入有机偶极分子N-乙基-N-(2-羟乙基)-4-(4-硝基苯基偶氮)苯胺能够具有稳定的体电荷静电吸附力，良好的驻极效果，驻极效果长效持久，能够有效提高空气过滤材料对细微颗粒物的拦截效率，降低阻力压降。
实施例3
本实施例提供了另一种优选实施方式的驻极纳米纤维空气过滤材料，其由纺丝液负载在PP熔喷无纺布支撑材料上制备而成，所述纺丝液包括如下重量份的组分：
20份 聚苯乙烯(PS)；
3份 2-[[4-[(2-氯-4-硝基苯基)偶氮]苯基]乙氨基]乙醇；以及
77份 N，N-二甲基乙酰胺溶剂。
本实施例同时提供了上述材料的制备方法，具体如下：
(1)称取3份的2-[[4-[(2-氯-4-硝基苯基)偶氮]苯基]乙氨基]乙醇加入到含有77份N，N-二甲基甲酰胺溶剂的容器中，将容器置于60℃水浴中加热，并对容器中的混合物进行搅拌至溶解，再称取20份的聚苯乙烯(PS)并加入上述偶氮苯溶液中，配置成均匀透明溶液即纺丝液。
(2)设置静电纺丝过程参数：流速为2mL/h，电极间距为15cm，电压差为25kV，纺丝针头内径为0.67mm，将PS纺丝液静电纺丝在熔喷布上0.5h，取下烘干，得到驻极PS纳米纤维空气过滤材料。
本实施例所制备的驻极纳米纤维空气过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为98.3％，阻力压降为83Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。
经异丙醇浸泡去除过滤材料表面电荷，干燥后，驻极纳米纤维空气过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为84.2％，阻力压降为83Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。由此可知，采用异丙醇进行处理后，本发明的驻极纳米纤维空气过滤材料的过滤效果也不会大幅度降低，说明本发明的制备方法制备的驻极纳米纤维空气过滤材料经异丙醇处理后驻极产生的电荷也不容易消失。
对比例3
本对比例3与实施例3相比，纺丝液中溶液组分的比例不同，具体为：
20份 聚苯乙烯(PS)；以及
80份 N，N-二甲基乙酰胺。
同等条件下，经测试，对比例所述过滤材料的性能如下：NaCl颗粒物过滤效率：93.7％，阻力压降：82Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。
经异丙醇浸泡去除过滤材料表面电荷，干燥后，过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为58.4％，阻力压降为81Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。由此可知，未加入有机偶极分子的纺丝液经静电纺丝形成纳米纤维过滤材料后经异丙醇处理后过滤效果大幅度降低，说明未加入有机偶极分子制备的纳米纤维过滤材料产生的驻极电荷在异丙醇的作用下容易消失，产生的驻极效果不稳定。
由上述对比例可知，在纺丝液中加入有机偶极分子2-[[4-[(2-氯-4-硝基苯基)偶氮]苯基]乙氨基]乙醇具有稳定的体电荷静电吸附力，良好的驻极效果，驻极效果长效持久，从而大幅度提高了对细颗粒物的拦截作用，有效提高过滤材料对细微颗粒物的拦截效率，降低阻力压降。
实施例4
本实施例提供了另一种优选实施方式的驻极纳米纤维空气过滤材料，其由纺丝液负载在PP熔喷无纺布支撑材料上制备而成，其中，本实施例中纺丝液包括如下重量份的组分：
25份 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；
3份 4-N，N’-二羟乙基氨基-4’-硝基-偶氮苯；以及
72份 N，N-二甲基甲酰胺溶剂。
本实施例同时提供了上述材料的制备方法，具体如下：
(1)称取3份的4-N，N’-二羟乙基氨基-4’-硝基-偶氮苯加入到含有72份N，N-二甲基甲酰胺溶剂的容器中，将容器置于60℃水浴中加热，并对容器中的混合物进行搅拌至溶解，再称取25份的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)并加入上述偶氮苯溶液中，配置成均匀透明溶液即纺丝液。
(2)设置静电纺丝过程参数：流速为2mL/h，电极间距为15cm，电压差为35kV，纺丝针头内径为0.67mm，将PMMA静电纺丝在熔喷布上0.5h，取下烘干，得到驻极PMMA纳米纤维空气过滤材料。
本实施例所制备的驻极纳米纤维空气过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为99.8％，阻力压降为85Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。
经异丙醇浸泡去除过滤材料表面电荷，干燥后，驻极纳米纤维空气过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为87.3％，阻力压降为84Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。由此可知，采用异丙醇进行处理后，本发明的驻极纳米纤维空气过滤材料的过滤效果也不会大幅度降低，说明本发明的制备方法制备的驻极纳米纤维空气过滤材料经异丙醇处理后驻极产生的电荷也不容易消失。
对比例4
本对比例4与实施例4相比，纺丝液中溶液组分的比例不同，具体为：
25份 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；以及
75份 N，N-二甲基甲酰胺。
同等条件下，经测试，对比例所述过滤材料的性能如下：NaCl颗粒物过滤效率：98.8％，阻力压降：85Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。
经异丙醇浸泡去除过滤材料表面电荷，干燥后，过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为62.1％，阻力压降为84Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。由此可知，未加入有机偶极分子的纺丝液经静电纺丝形成纳米纤维过滤材料后经异丙醇处理后过滤效果大幅度降低，说明未加入有机偶极分子制备的纳米纤维过滤材料产生的驻极电荷在异丙醇的作用下容易消失，产生的驻极效果不稳定。
由上述对比例可知，在纺丝液中加入有机偶极分子4-N，N’-二羟乙基氨基-4’-硝基-偶氮苯具有稳定的体电荷静电吸附力，良好的驻极效果，驻极效果长效持久，能够大幅度提高对细颗粒物的拦截作用，有效提高空气过滤材料对细微颗粒物的拦截效率，降低阻力压降。
实施例5
本实施例提供了另一种优选实施方式的驻极纳米纤维空气过滤材料，其由纺丝液通过静电纺丝技术负载在PP熔喷无纺布支撑材料上制备而成，其中本实施例中纺丝液包括如下重量份的组分：
15份 聚乙烯醇(PVA)；
2份 2-[4-(二甲基氨基)苯基偶氮]苯甲酸钠盐；以及
83份 去离子水溶剂。
本实施例同时提供了上述材料的制备方法，具体如下：
(1)称取2份的2-[4-(二甲基氨基)苯基偶氮]苯甲酸钠盐加入到含有83份去离子水溶剂的容器中，将容器置于60℃水浴中加热，并对容器中的混合物进行搅拌至溶解，再称取15份的聚乙烯醇(PVA)并加入上述偶氮苯溶液中，配置成均匀透明溶液即纺丝液。
(2)设置静电纺丝过程参数：流速为2mL/h，电极间距为15cm，电压差为25kV，纺丝针头内径为0.67mm，将PVA静电纺丝在熔喷布上0.5h，取下烘干，得到驻极PVA纳米纤维空气过滤材料。
本实施例所制备的驻极纳米纤维空气过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为95.7％，阻力压降为90Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。
经异丙醇蒸气去除空气过滤材料表面电荷，干燥后，驻极纳米纤维空气过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为83.2％，阻力压降为90Pa(使用TSI8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。由此可知，采用异丙醇进行处理后，本发明的驻极纳米纤维空气过滤材料的过滤效果也不会大幅度降低，说明本发明的制备方法制备的驻极纳米纤维空气过滤材料经异丙醇处理后驻极产生的电荷也不容易消失。
对比例5
本对比例5与实施例5相比，纺丝液中溶液组分的比例不同，具体为：
15份 聚乙烯醇(PVA)；以及
85份 去离子水。
同等条件下，经测试，对比例所述过滤材料的性能如下：NaCl颗粒物过滤效率：91.8％，阻力压降：89Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。
经异丙醇蒸气去除过滤材料表面电荷，干燥后，过滤材料性能如下：NaCl颗粒物过滤效率为55.3％，阻力压降为87Pa(使用TSI 8130型自动滤料检测仪在85L/min下测得)。由此可知，未加入有机偶极分子的纺丝液经静电纺丝形成纳米纤维过滤材料后经异丙醇处理后过滤效果大幅度降低，说明未加入有机偶极分子制备的纳米纤维过滤材料产生的驻极电荷在异丙醇的作用下容易消失，产生的驻极效果不稳定。
由上述对比例可知，在纺丝液中加入有机偶极分子2-[4-(二甲基氨基)苯基偶氮]苯甲酸钠盐具有稳定的体电荷静电吸附力，良好的驻极效果，驻极效果长效持久，能够大幅度提高对细颗粒物的拦截作用，有效提高空气过滤材料对细微颗粒物的拦截效率，降低阻力压降。
本发明的驻极纳米纤维空气过滤材料通过将有机偶极分子与聚合物共同溶解通过静电纺丝方法使纺丝液制备形成驻极纳米纤维，从而在静电纺丝过程中，有机偶极分子在高压电场作用下发生极化，极化后发色团偶极矩的取向被凝固聚合物所稳定，使得所制备的纳米纤维具有良好的驻极效果，驻极效果长效持久，从而大幅度提高了静电吸附力对细颗粒物的拦截作用，有效提高了过滤材料对细微颗粒物的拦截效率。另外，本发明的驻极纳米纤维空气过滤材料具有制备方法简单，生产成本低等优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种驻极纳米纤维空气过滤材料，其特征在于，所述空气过滤材料是由纺丝液经静电纺丝制备而成，其中，所述纺丝液包括如下重量份的组分：
聚合物5-30份；
有机偶极分子1-10份；以及
溶剂60-94份；
其中，所述有机偶极分子为具有电子给体-π共轭体系-电子受体的偶极子结构的化合物。
2.根据权利要求1所述的驻极纳米纤维空气过滤材料，其特征在于，所述有机偶极分子的电子给体选自含有氧原子、氮原子或硫原子的具有孤对电子的原子或基团；所述有机偶极分子的电子受体选自具有拉电子倾向的原子或基团；所述π共轭体系选自偶氮苯体系或共轭烃体系。
3.根据权利要求2所述的驻极纳米纤维空气过滤材料，其特征在于，所述电子给体选自羟基、烷氧基、胺基或巯基；所述电子受体选自硝基、醛基、氰基、磺酸基、羧基、酰基、三氟甲基、三氯甲基或三溴甲基；所述π共轭体系为偶氮苯体系。
4.根据权利要求1所述的驻极纳米纤维空气过滤材料，其特征在于，所述聚合物选自以下成分中的一种或几种：聚丙烯腈、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚苯醚、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、壳聚糖或其改性聚合物。
5.根据权利要求1所述的驻极纳米纤维空气过滤材料，其特征在于，所述溶剂选自以下成分中的一种或几种：水、甲酸、乙酸、三氟乙酸、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、丙酮、甲苯、丁酮或异丙醇。
6.根据权利要求1至5任一项所述的驻极纳米纤维空气过滤材料，其特征在于，所述纺丝液包括如下重量份的组分：
聚合物10-20份；
有机偶极分子1-5份；以及
溶剂75-89份；
其中，所述有机偶极分子为具有电子给体-π共轭体系-电子受体的偶极子结构的偶氮苯体系；所述聚合物选自聚丙烯腈、热塑性聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇或聚苯乙烯中的一种或几种；所述溶剂选自水、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
7.一种驻极纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1至6任一项所述的驻极纳米纤维空气过滤材料，所述制备方法至少包括如下步骤：
S1：制备纺丝液，按照重量百分比分别称取聚合物、有机偶极分子和溶剂；将所述有机偶极分子在20-80℃下搅拌溶解于所述溶剂中，然后加入所述聚合物，搅拌溶解，形成均匀的纺丝液；
S2：进行静电纺丝以获得驻极纳米纤维空气过滤材料，利用静电纺丝方法将步骤S1中的所述纺丝液负载于支撑材料上制备驻极纳米纤维空气过滤材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述支撑材料为纺粘、针刺或熔喷无纺布。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述支撑材料为PP熔喷无纺布、PP纺粘无纺布或PET熔喷无纺布。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：在接收电极板上铺附所述支撑材料；然后，在发射电极上施加电压，接收电极板接地或施加反向电压，通过调节正负电压压差、喷丝电极到接收电极间距以及环境温湿度，以制备负载不同形貌纳米纤维的驻极纳米纤维空气过滤材料。
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