[发明专利]一种复合纳米纤维膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料化学领域，涉及一种厚度可控的纳米纤维膜，具体为一种结合静电纺纳米纤维、发泡材料的复合纳米纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

纳米纤维由于纤维直径小、比表面积大、吸附能力强以及表面自由能高等特点，使其在众多方面均有广泛应用。在过滤方面，尤其在空气过滤方面，与传统的过滤材料相比，纳米纤维膜的高比表面积、高吸附力、高吸附容量、小孔径、高阻隔能力、轻质量以及优良的透气性能，已经使其逐渐成为研究热点之一。

传统的静电纺纳米纤维具有显著的高效过滤的特性，但是研究表明，一般的静电纺纳米纤维膜都比较密实，虽然过滤性能高效，但是压力降比较大，空气透过性不够理想，也降低了产品的使用寿命，限制了其在高效低阻过滤材料方面的广泛应用。

中国专利201310459720.X公开了一种纳米纤维过滤材料，其是将过滤材料的纳米纤维制备成三维卷曲状态，并形成天然褶皱，增加其蓬松度。同时将静电纺纳米纤维与纱布、网结构材料和非织造布等支撑材料结合，支撑层为一层或者多层，或三明治夹层式支撑层，以提高材料的刚性和强度。

中国专利201510009971.7公开了一种口罩用高效低阻纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，是将均匀圆柱形态的纳米纤维层和具有串珠结构的纳米纤维层循环交替地电纺沉积到接收基材上，以制备结构蓬松且具有三维立体空腔的网状互通结构的高效低阻复合纳米纤维过滤材料。

Wang等人(Wang Na,Si Yinsong,Wang Ni,Sun Gang,El-Newehy Mohamed,Al-Deyab Salem S.,Ding Bin.Multilevel structured polyacrylonitrile/silica nanofibrous membranes for high-performance air filtration.Separation and Purification Technology,2014,126(15):44–51.)在聚丙烯腈溶液中加入不同量的二氧化硅纳米颗粒进行静电纺丝，二氧化硅的加入增加了纳米纤维的表面粗糙度，改变了纤维的横截面形状，增加了纳米纤维的表面孔隙，从而提高了材料的过滤效率，减小了压力降。

中国专利201410731856.6公开了一种多空海藻酸钠纳米纤维创面敷料材料的制备方法，是将热分解发泡剂作为致孔剂按照一定的比例溶解入纺丝液中，借助静电纺丝制备纳米纤维，然后在一定的温度下热处理使其发泡剂分解，使得纤维内部和表面致孔。

以上现有技术中，前述几例虽然在一定程度上增加了纳米纤维膜的蓬松程度，降低了纤维膜的压力降，提高了材料的透气性，但是工序较为繁琐，效率比较低，成本较高。后述将致孔剂溶解在纺丝液中的方法，会破坏纳米纤维的结构，并不具有广适性。基于上述静电纺纳米纤维膜过滤材料所存在的优势与缺陷，需要开发一种可以赋予纳米纤维膜较高过滤效率、较低过滤阻力，同时制备工艺简单，成本低廉的方法。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，赋予纳米纤维膜高过滤效率、低过滤阻力，同时制备工艺简单、成本低廉，本发明提供了一种复合纳米纤维膜及其制备方法和应用。

技术方案：一种复合纳米纤维膜，由静电纺纳米纤维沉积发泡材料制成；所述发泡材料为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、酚醛、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、胶原蛋白和壳聚糖中的至少一种。

优选的，静电喷雾所制备的发泡材料以微球或者短纤维的方式沉积在静电纺纳米纤维之间，以增加纳米纤维之间的距离和孔隙。

所述的一种复合纳米纤维膜的制备方法，包含以下步骤：

第1步、静电纺丝溶液制备：将高聚物溶解在挥发性良好的溶剂中，制成质量分数为8％～20％的均一溶液；

第2步、静电喷雾溶液制备：将发泡材料溶于液体发泡剂中，所述液体发泡剂为低沸点烃、脂肪烃、芳香烃以及醇、酮、醚、醛中的至少一种，然后将无机盐分散于上述溶液中，所述无机盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙或碳酸氢钙；