[发明专利]一种丝素蛋白纳米纤维过滤材料以及基于该过滤材料的空气过滤设备

说明书

本发明提供了一种丝素蛋白纳米纤维过滤材料，以及基于该过滤材料的空气过滤设备。本发明的丝素蛋白纳米纤维过滤材料，通过静电纺丝技术结合乙醇及水蒸气后处理得到，具有环保、生物相容性好以及过滤效率高等优点。

技术领域

本发明涉及一种丝素蛋白纳米纤维过滤材料，以及基于该过滤材料的空气过滤设备。

背景技术

近年来，空气污染尤其是颗粒物空气污染(雾霾)成为重要的环境问题，其中PM2.5及更小颗粒可进入人体肺泡，甚至穿过细胞膜进入其他器官，对人类健康产生严重威胁。如何有效的进行雾霾防护受到广泛关注，发展高效低阻的新型PM2.5防护口罩成为市场需求。

随着纳米技术的发展，静电纺丝技术成为制备纳米纤维的主要方法，静电纺丝纳米纤维作为空气过滤材料，具有比表面积大，吸附能力强等优点，能有效提高细微颗粒的过滤效率，并通过纳米尺寸特有的“滑移效应”以降低空气阻力。现有的纳米纤维过滤材料多为化学合成共聚物或碳纳米管及石墨烯基材料，这些纳米纤维存在毒理性不确定、制备过程对环境造成污染或对人体产生危害等，用于日常防护口罩可能会存在诸多问题。

纳米纤维过滤材料还存在无法兼顾过滤效率和低空气阻力的问题，为了解决该问题，现有技术中采用了各种方法，例如，CN201510009971.7一种口罩用高效低阻纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，其采用三明治结构，上下层为均匀圆柱形态的纳米纤维层，中间具有串珠的纳米纤维层。再比如，在聚合物溶液中添加二氧化钛，经静电纺丝后，所得到的纤维膜表面形貌出现多孔结构，使其过滤效率增加，滤阻下降。但是，上述工艺都存在工序较繁琐，生产效率较低，成本增加，纳米纤维膜孔隙的均匀度及膜的过滤性能不佳等问题。

作为已被使用数千年的天然蛋白纤维，蚕丝是一种来源丰富、可食用、生物相容、环境友好的可再生天然材料。蚕丝主要由丝素和丝胶构成，丝素作为主要成分，约占蚕丝总体质量的70％-80％。将蚕丝脱胶后得到的丝素，通过静电纺丝技术制备纳米纤维用于空气过滤材料具有较大的市场价值。但是，桑蚕丝存在遇水收缩，纤维脆性大，力学性能差等问题。由再生丝素蛋白溶液直接经现有技术条件烘干、静电纺或冷冻干燥等方法制得的膜、无纺网和多孔支架等不同形态的材料，其聚集态结构多以无规卷曲为主，分子间的结合力较弱，在水中溶失率较大，限制了丝素蛋白材料在生物医用材料方面的应用。CN201610539592.3基于蚕丝纳米纤维的空气过滤设备，但是其在高湿环境下过滤效率不稳定，不适宜长期使用。因此，本发明制备了一种基于丝素蛋白纳米纤维的过滤材料，既能满足环保要求、过滤效率高、透气性好要求，又能保证在高湿环境下过滤效率稳定，过滤效率不显著下降，使用寿命长。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种丝素蛋白纳米纤维过滤材料。

本发明的目的之二是提供一种丝素蛋白纳米纤维过滤材料的制备方法。

本发明的目的之三是提供一种采用丝素蛋白纳米纤维过滤材料的空气过滤设备。

本发明采用了如下技术方案，一种丝素蛋白纳米纤维过滤材料，通过静电纺丝得到丝素蛋白纳米纤维，将静电纺丝得到的丝素蛋白纳米纤维在乙醇或乙醇溶液中浸泡30s以上，优选30-120s，干燥后再进行1次以上水蒸气处理，处理时间为30s以上，优选30-90s，得到丝素蛋白纳米纤维过滤材料。

作为优选，丝素蛋白纳米纤维的克重为50g/m²以下，优选10g/m²以下，再优选2g/m²以下，更优选为0.1～1.5g/m²。

作为优选，该丝素蛋白纳米纤维直径在100～800nm范围内，优选120～780nm范围内。

一种丝素蛋白纳米纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，

(1)、将蚕丝脱除丝胶得到丝素蛋白纤维；