CN111905451A - 具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材以及疏水疏油口罩 - Google Patents

具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材以及疏水疏油口罩 Download PDF

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Abstract

本申请涉及纳米纤维膜领域，具体而言，涉及一种具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材以及疏水疏油口罩。该复合滤材包括第一基底层、第二基底层、疏水纳米纤维膜层以及疏油纳米纤维膜层。疏油纳米纤维膜层和疏水纳米纤维膜层设置在第一基底层和第二基底层之间，且疏水纳米纤维膜层和疏油纳米纤维膜层叠放。由于疏水纳米纤维膜层和疏油纳米纤维膜层的厚度薄，纤维直径细，易破损，采用第一基底层和第二基底层将疏水纳米纤维膜层和疏油纳米纤维膜层包覆，能够起到保护疏水纳米纤维膜层和疏油纳米纤维膜层的作用，保证滤材的支撑强度，同时使得滤材具有疏水、疏油高强度的特点。上述的复合滤材能够用于制备口罩，从而使得口罩具有良好的疏水、疏油功能。

Description

具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材以及疏水疏油口罩
技术领域
本申请涉及纳米纤维膜领域，具体而言，涉及一种具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材以及疏水疏油口罩。
背景技术
不同的环境情况如高油烟高粉尘污染的工业区域、雾霾天气发生的地区、高传染性风险区域等，对空气滤材的性能要求不尽相同，包括过滤效率、透气率、疏水性、疏油性等。特别是在空气环境较复杂的情况下，滤材对油性和盐性颗粒的过滤效果都有较高的要求。
目前，常见的滤材，均是单一种聚合物纤维膜材料，不能同时兼具疏水及疏油功能，限制了滤材的应用范围。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材以及疏水疏油口罩，其旨在改善现有的滤材功能单一的问题。
第一方面，本申请提供一种具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，包括：
第一基底层；
第二基底层，叠放于第一基底层，第一基底层和第二基底层的材料选自无纺布或熔喷布；
疏水纳米纤维膜层；
疏油纳米纤维膜层；疏油纳米纤维膜层和疏水纳米纤维膜层设置在第一基底层和第二基底层之间，且疏水纳米纤维膜层和疏油纳米纤维膜层叠放；
第一基底层、第二基底层、疏水纳米纤维膜层以及疏油纳米纤维膜层复合在一起。
由于第一基底层和第二基底层叠放，且疏水纳米纤维膜层和疏油纳米纤维膜层叠放在第一基底层和第二基底层之间，因此第一基底层、第二基底层、疏水纳米纤维膜层以及疏油纳米纤维膜层能够形成叠层结构的复合滤材，从而使得该复合滤材具有疏水和疏油的功能。进一步地，由于疏水纳米纤维膜层和疏油纳米纤维膜层的厚度薄，纤维直径细，易破损，而且无纺布或熔喷布正好具有柔性、高强度以及透气的性能，采用无纺布或熔喷布制成的第一基底层和第二基底层将疏水纳米纤维膜层和疏油纳米纤维膜层包覆，能够起到保护疏水纳米纤维膜层和疏油纳米纤维膜层的作用，并且保证滤材的支撑强度，进而使得滤材具有疏水、疏油、透气、柔性以及高强度的特点。
在本申请的其他实施例中，上述疏水纳米纤维膜层的纤维平均直径为100-500nm。
可选地，疏油纳米纤维膜层的纤维平均直径为100-500nm。
在本申请的其他实施例中，上述疏水纳米纤维膜层的水接触角大于140°；
可选地，疏油纳米纤维膜层的油滴接触角大于140°。
在本申请的其他实施例中，上述疏水纳米纤维膜层的克重为1-10g/m2；
可选地，疏油纳米纤维膜层的克重为1-10g/m2。
在本申请的其他实施例中，上述疏水纳米纤维膜层通过静电纺丝的工艺成型在第一基底层表面；疏油纳米纤维膜层通过静电纺丝的工艺成型在第二基底层表面。
在本申请的其他实施例中，上述第一基底层、第二基底层、疏水纳米纤维膜层以及疏油纳米纤维膜层通过超声波点焊复合、热压复合或者点胶复合的方式复合在一起。
在本申请的其他实施例中，上述疏水纳米纤维膜层是通过将疏水高分子聚合物配置成第一纺丝液，然后采用第一纺丝液静电纺丝制得；
可选地，疏水高分子聚合物选自聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚氨酯或者聚苯乙烯中的至少一种；
可选地，第一纺丝液的溶剂为二甲基酰胺、丙酮、乙醇、丁醇、甲酸、乙酸、四氢呋喃中的至少一种。
在本申请的其他实施例中，上述疏油纳米纤维膜层是通过将疏油高分子聚合物配置成第二纺丝液，然后采用第二纺丝液静电纺丝制得；
可选地，疏油高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸或者聚丙烯酰胺中的至少一种；
可选地，第二纺丝液的溶剂为水。
在本申请的其他实施例中，上述第一基底层、第二基底层、疏水纳米纤维膜层以及疏油纳米纤维膜层通过超声波点焊复合在一起，多个超声波点焊的焊点呈阵列分布；
可选地，每一个焊点的面积为0.05-0.5mm2，相邻的两个焊点之间的间距为5-20mm。
采用超声波焊点对各层结构进行固定，使材料复合成为一个整体，从而能够保证复合滤材的强度。
第二方面，本申请提供一种疏水疏油口罩，包括口罩本体；
口罩本体的材料为前述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材。
该口罩由于使用了前述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，因此具有良好的疏水、疏油功能。进一步地，该口罩可直接使用前述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材成型，不需额外增加热风棉、无纺布等其他多层布料，改进了口罩生产的效率和成品率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的疏水纳米纤维膜层的扫描电镜图；
图3为本申请实施例提供的疏水纳米纤维膜层的水接触角照片；
图4为本申请实施例提供的疏油纳米纤维膜层的扫描电镜图；
图5为本申请实施例提供的疏油纳米纤维膜层的油滴接触角照片。
图标：100-具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材；110-第一基底层；120-第二基底层；130-疏水纳米纤维膜层；140-疏油纳米纤维膜层；150-焊点。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中，需要理解的是，本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，本申请实施方式提供了一种具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材100，包括：第一基底层110、第二基底层120、疏水纳米纤维膜层130和疏油纳米纤维膜层140。
进一步地，第二基底层120叠放于第一基底层110，第一基底层110和第二基底层120选自无纺布或熔喷布。
在本申请一些实施方式中，上述的第一基底层110和第二基底层120的材料选择聚丙烯或者涤纶。
示例性地，当第一基底层110和第二基底层120均为无纺布时，无纺布的材料选择聚丙烯。
示例性地，当第一基底层110和第二基底层120均为熔喷布时，无纺布的材料选择涤纶。
在本申请其他可选的实施例中，上述的第一基底层110和第二基底层120的材料可以不相同，例如第一基底层110为无纺布，第二基底层120为熔喷布。
进一步地，疏油纳米纤维膜层140和疏水纳米纤维膜层130设置在第一基底层110和第二基底层120之间，且疏水纳米纤维膜层130和疏油纳米纤维膜层140叠放。
由于第一基底层110和第二基底层120叠放，且疏水纳米纤维膜层130和疏油纳米纤维膜层140叠放在第一基底层110和第二基底层120之间，因此第一基底层110、第二基底层120、疏水纳米纤维膜层130以及疏油纳米纤维膜层140能够形成叠层结构的复合滤材，从而使得该复合滤材具有疏水和疏油的功能。
需要说明的是，上述的疏水纳米纤维膜层130以及疏油纳米纤维膜层140均可以选择本领域常见的疏水纳米纤维膜或者疏油纳米纤维膜。
进一步地，在本申请一些实施方式中，第一基底层110为最底层，疏水纳米纤维膜层130叠放在第一基底层110上，疏油纳米纤维膜层140叠放在疏水纳米纤维膜层130上，第二基底层120叠放在疏油纳米纤维膜层140上。
进一步地，在本申请一些实施方式中，第一基底层110为最底层，疏油纳米纤维膜层140叠放在第一基底层110上，疏水纳米纤维膜层130叠放在疏油纳米纤维膜层140上，第二基底层120叠放在疏水纳米纤维膜层130上。
进一步地，第一基底层110、第二基底层120、疏水纳米纤维膜层130以及疏油纳米纤维膜层140复合在一起。
通过将第一基底层110、第二基底层120、疏水纳米纤维膜层130以及疏油纳米纤维膜层140复合在一起，能够形成一个整体，从而使得复合滤材具有多层结构。
进一步地，疏水纳米纤维膜层130的纤维平均直径为100-500nm。
进一步可选地，疏水纳米纤维膜层130的纤维平均直径为150-450nm。
进一步可选地，疏水纳米纤维膜层130的纤维平均直径为200-400nm。
示例性地，疏水纳米纤维膜层130的纤维平均直径为250nm、300nm、350nm。
进一步地，疏油纳米纤维膜层的纤维平均直径为100-500nm。
进一步可选地，疏油纳米纤维膜层的纤维平均直径为150-450nm。
进一步可选地，疏油纳米纤维膜层的纤维平均直径为200-400nm。
示例性地，疏油纳米纤维膜层的纤维平均直径为250nm、300nm、350nm。
进一步地，疏水纳米纤维膜层的水接触角大于140°。
进一步可选地，疏水纳米纤维膜层的水接触角在140°～180°。
示例性地，疏水纳米纤维膜层的水接触角在150°、160°、170°或者180°。
进一步地，疏油纳米纤维膜层的油滴接触角大于140°。
进一步可选地，疏油纳米纤维膜层的水接触角在140°～180°。
示例性地，疏油纳米纤维膜层的水接触角在150°、160°、170°或者180°。
进一步地，疏水纳米纤维膜层的克重为1-10g/m2。
进一步可选地，疏水纳米纤维膜层的克重为2-9g/m2。
示例性地，疏水纳米纤维膜层的克重为3g/m2、4g/m2、5g/m2、6g/m2、7g/m2或者8g/m2。
进一步地，疏油纳米纤维膜层的克重为1-10g/m2。
进一步可选地，疏油纳米纤维膜层的克重为2-9g/m2。
示例性地，疏油纳米纤维膜层的克重为3g/m2、4g/m2、5g/m2、6g/m2、7g/m2或者8g/m2。
进一步地，疏水纳米纤维膜层130通过静电纺丝的工艺成型在第一基底层110表面。
进一步地，疏油纳米纤维膜层140通过静电纺丝的工艺成型在第二基底层120表面。
静电纺丝工艺是一种特殊的纺丝工艺，通过电场力的作用制备出纳米级直径的聚合物纤维细丝。静电纺丝所制备的纳米纤维层层堆积形成的膜状材料，其中包含了小孔径和曲折的孔结构，有高比表面积、高孔隙率、良好的吸附性，能够阻挡较小的颗粒物，但不妨碍空气气体分子的通过，有良好的透气性。本申请实施方式将静电纺丝工艺制得的疏水纳米纤维膜层130和疏油纳米纤维膜层140应用于复合滤材，使得复材不仅具有疏水、疏油的性能，而且有高比表面积、高孔隙率、良好的吸附性，能够阻挡较小的颗粒物，但不妨碍空气气体分子的通过，有良好的透气性。
在本申请一些实施方式中，疏水纳米纤维膜层130是通过将疏水高分子聚合物配置成第一纺丝液，然后采用第一纺丝液静电纺丝制得。
进一步可选地，疏水高分子聚合物选自聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚氨酯或者聚苯乙烯中的至少一种。
进一步可选地，第一纺丝液的溶剂为N,N-二甲基酰胺、丙酮、乙醇、丁醇、甲酸、乙酸、四氢呋喃中的至少一种。
在本申请一些实施方式中，疏油纳米纤维膜层140是通过将疏油高分子聚合物配置成第二纺丝液，然后采用第二纺丝液静电纺丝制得。
进一步可选地，疏油高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸或者聚丙烯酰胺中的至少一种。
进一步可选地，第二纺丝液的溶剂为水。
进一步地，第一基底层110、第二基底层120、疏水纳米纤维膜层130以及疏油纳米纤维膜层140通过超声波点焊复合、热压复合或者点胶复合的方式复合在一起。
在本申请一些实施方式中，第一基底层、第二基底层、疏水纳米纤维膜层以及疏油纳米纤维膜层通过超声波点焊复合在一起，焊点呈点阵分布。
进一步地，超声波点焊的焊点面积为0.05-0.5mm2，焊点间距为5-20mm。
在一般情况下，静电纺丝只能制备单一种聚合物纤维膜材料，不能同时兼具疏水及疏油功能，而多喷头或同轴静电纺丝又存在工艺复杂的问题。本申请实施方式采用超声波点焊工艺将第一基底层、第二基底层、疏水纳米纤维膜层以及疏油纳米纤维膜层焊接在一起，不仅保证了该复合滤材同时具有疏水、疏油的功能，而且有效地保证了复合滤材的强度。
进一步可选地，超声波点焊的焊点面积为0.1-0.4mm2，焊点间距为8-18mm。
进一步可选地，超声波点焊的焊点面积为0.1-0.4mm2，焊点间距为10-15mm。
示例性地，超声波点焊的焊点面积为0.15mm2、0.2mm2、0.25mm2、0.3mm2或者0.35mm2。
示例性地，焊点间距为9mm、9.5mm、10mm、11mm、12mm、13mm或者14mm。
进一步地，在本申请的一些实施方式中，第一基底层、第二基底层、疏水纳米纤维膜层以及疏油纳米纤维膜层通过超声波点焊复合在一起，超声功率为2500-5000W，传送速度100-500mm/min。
进一步可选地，第一基底层、第二基底层、疏水纳米纤维膜层以及疏油纳米纤维膜层通过超声波点焊复合在一起，超声功率为3000-4500W，传送速度200-400mm/min。
示例性地，第一基底层、第二基底层、疏水纳米纤维膜层以及疏油纳米纤维膜层通过超声波点焊复合在一起，超声功率为4000W或者3500W；传送速度300mm/min或者350mm/min。
在本申请的一些实施方式中，该具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材100是这样制得的：
制备疏水纳米纤维膜层130。具体步骤如下：分别取500mlN,N-二甲基甲酰胺和100g聚偏氟乙烯倒入锥形瓶中，40℃水浴下搅拌6小时，制得第一纺丝液。将克重30g的聚丙烯无纺布作为基底安装在放卷轴上，将第一纺丝液倒入无针静电纺丝机的供液烧杯中，以供液泵转速0.5rpm，电压50kv，电极丝推进速度0.1mm/s，基底推进速度250mm/min进行静电纺丝，控制纺丝箱体内温度25℃、湿度25％，通过上述工艺制得疏水纳米纤维膜层130。该疏水纳米纤维膜层130的克重为2.8g/m2。请参照附图2，附图2为该疏水纳米纤维膜层130的扫描电镜图。从附图2可以看出，该疏水纳米纤维膜层130的纤维的平均直径为200nm，膜的孔隙率较高。进一步地，参照附图3，附图3为利用接触角测定仪测得的该疏水纳米纤维膜层130的疏水角，从图3可以看出，该疏水纳米纤维膜层130的疏水角为148.4°，由此说明该疏水纳米纤维膜层130具有优异的疏水性能。
进一步地，制备疏油纳米纤维膜层140。具体步骤如下：分别取500ml纯水和100g聚乙烯醇倒入锥形瓶中，80℃水浴下搅拌6小时，制得第二纺丝液。将克重30g的聚丙烯无纺布作为基底安装在放卷轴上，将第二纺丝液倒入无针静电纺丝机的供液烧杯中，以供液泵转速0.3rpm，电压45kv，电极丝推进速度0.1mm/s，基底推进速度250mm/min的工艺进行静电纺丝，控制纺丝箱体内温度30℃、湿度25％。通过上述工艺制得疏油纳米纤维膜层140，克重为2.9g/m2。请参照附图4，附图4为该疏油纳米纤维膜层140的扫描电镜图。从附图4可以看出，该疏油纳米纤维膜层140的纤维平均直径为120nm，膜的孔隙率较高。进一步地，参照附图5，附图5为利用接触角测定仪测得的疏油纳米纤维膜层140的疏油角，从图5可以看出，该疏油纳米纤维膜层140对正十六烷的疏油角为148.4°，由此说明该疏油纳米纤维膜层140疏油性能好。
进一步地，将前述制得的疏水纳米纤维膜层130放置在第一基底层110上，然后将疏油纳米纤维膜层140放置在疏水纳米纤维膜层130上，然后将第二基底层120放置在疏油纳米纤维膜层140上形成图1所示的叠放顺序，然后采用传送带传输入超声波点焊机中。参照图1，焊点150面积0.75mm2，焊点150间距10mm，多个焊点150形成间距固定的点阵。进一步地，点焊工艺为：超声波功率3000W，传送速度200mm/min。制备得到的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材100的上下两层的第一基底层110和第二基底层120对中间的疏水纳米纤维膜层130和疏油纳米纤维膜层140起到保护作用，而点阵均匀分布的超声波焊点150对各层结构进行固定，使材料复合成为一个整体，这种复合滤材能够应用于制备具有疏水、疏油功能的口罩。
在本申请一些实施例中，上述的复合滤材能够直接用于制作口罩，不需增加其他布料，极大地简化了口罩的制作工艺，提高了口罩制作的效率和成品率。
在本申请其他的实施例中，上述的复合滤材也可以与其他布料复合使用，制备口罩。
本申请的一些实施方式还提供一种疏水疏油口罩，包括口罩本体；进一步地，该口罩本体的材料为前述任一种实施方式提供的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材。
该口罩由于使用了前述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材100，因此具有良好的疏水、疏油功能。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，其特征在于，包括：
第一基底层；
第二基底层，叠放于所述第一基底层，所述第一基底层和所述第二基底层选自无纺布或熔喷布；
疏水纳米纤维膜层；
疏油纳米纤维膜层；所述疏油纳米纤维膜层和所述疏水纳米纤维膜层设置在所述第一基底层和所述第二基底层之间，且所述疏水纳米纤维膜层和所述疏油纳米纤维膜层叠放；
所述第一基底层、所述第二基底层、所述疏水纳米纤维膜层以及所述疏油纳米纤维膜层复合在一起。
2.根据权利要求1所述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，其特征在于，
所述疏水纳米纤维膜层的纤维平均直径为100-500nm；
可选地，所述疏油纳米纤维膜层的纤维平均直径为100-500nm。
3.根据权利要求1所述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，其特征在于，
所述疏水纳米纤维膜层的水接触角大于140°；
可选地，所述疏油纳米纤维膜层的油滴接触角大于140°。
4.根据权利要求1所述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，其特征在于，
所述疏水纳米纤维膜层的克重为1-10g/m2；
可选地，所述疏油纳米纤维膜层的克重为1-10g/m2。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，其特征在于，
所述疏水纳米纤维膜层通过静电纺丝的工艺成型在所述第一基底层表面；所述疏油纳米纤维膜层通过静电纺丝的工艺成型在所述第二基底层表面。
6.根据权利要求5所述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，其特征在于，
所述第一基底层、所述第二基底层、所述疏水纳米纤维膜层以及所述疏油纳米纤维膜层通过超声波点焊复合、热压复合或者点胶复合的方式复合在一起。
7.根据权利要求1所述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，其特征在于，
所述疏水纳米纤维膜层是通过将疏水高分子聚合物配置成第一纺丝液，然后采用所述第一纺丝液静电纺丝制得；
可选地，所述疏水高分子聚合物选自聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二酯或者聚酰胺中的至少一种；
可选地，所述第一纺丝液的溶剂为二甲基酰胺、丙酮、乙醇、丁醇、甲酸、乙酸、四氢呋喃中的至少一种。
8.根据权利要求1或7所述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，其特征在于，
所述疏油纳米纤维膜层是通过将疏油高分子聚合物配置成第二纺丝液，然后采用所述第二纺丝液静电纺丝制得；
可选地，所述疏油高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸或者聚丙烯酰胺中的至少一种；
可选地，所述第二纺丝液的溶剂为水。
9.根据权利要求1所述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材，其特征在于，
所述第一基底层、所述第二基底层、所述疏水纳米纤维膜层以及所述疏油纳米纤维膜层通过超声波点焊复合在一起，所述超声波点焊的多个焊点呈阵列分布；
可选地，每一个所述焊点的面积为0.05-0.5mm2，相邻的两个所述焊点之间的间距为5-20mm。
10.一种疏水疏油口罩，其特征在于，包括口罩本体；
所述口罩本体的材料为权利要求1～9任一项所述的具有双疏功能的纳米纤维膜复合滤材。
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