[发明专利]一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法。通过静电纺丝技术设计和制备了PVA/LS纳米纤维膜，用于有效的空气过滤。通过牺牲氢键与天然高分子LS分子的相互作用，提高了可生物降解PVA膜的性能。复合膜的拉伸强度为25.1mpa，断裂伸长率为394％，透光率大于80％，明显优于纯PVA纤维膜。此外，复合纤维膜可以实现高效过滤(99.44％)和低压降(24.5pa)，具有良好的PM2.5净化能力。有望成为一种有前途的空气净化材料，有助于避免空气过滤纤维膜对环境造成二次污染，适合复杂环境下的空气过滤需求。

技术领域

本发明涉及空气过滤膜材料制备技术领域，特别是涉及具有优异的力学性能和透明性的用于高效空气过滤的绿色纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

近年来，空气污染已成为世界上最严重的环境问题之一，危害生态环境和人类健康。颗粒物(PM)由微小颗粒物和水滴组成，是大气污染的主要来源。特别是PM2.5(空气动力学当量直径小于或等于2.5μm的颗粒物)可直接进入人体支气管和肺泡，对人体健康造成较大危害。因此，对超细颗粒过滤膜的性能要求越来越高。

常用的PM2.5过滤膜对“可吸入颗粒物”具有良好的过滤性能，但对超细颗粒物的过滤性能仍远无法令人满意。纳米纤维过滤膜，特别是采用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜，具有比表面积高、结构可控、内部连通性好等优点，可以有效解决超细颗粒的过滤问题。目前，通过静电纺丝制备出聚丙烯腈(PAN)、聚环氧乙烯(PEO)、聚氨酯(PU)和聚酰亚胺(PI)等用于空气过滤的纳米纤维膜已成为研究的热点。虽然大多数电纺纤维膜对超细颗粒具有优良的过滤效果，但使用后会产生二次污染，限制了其实际应用。因此，制备完全可生物降解的电纺聚合物膜迫在眉睫。聚乙烯醇(PVA)纳米纤维作为一种具有良好生物相容性和生物降解性的高分子材料，已被应用于新一代绿色高效过滤器的开发中。然而，PVA纤维膜的力学性能和透光性相对较低，极大地限制了其应用范围。因此，设计和制造一种既能对颗粒物有较高的过滤性能，又具有良好的机械性能和透明性能的新型绿色滤料仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法，有效提高纤维膜的性能，以适应复杂环境条件下的应用。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将聚乙烯醇(PVA)在超纯水中于65℃下搅拌溶解6h得到聚乙烯醇溶液。将木质素磺酸钠(LS)加入PVA溶液中形成均匀的PVA/LS静电纺丝溶液。其中，添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)以增强电纺溶液的电导率；

步骤二：通过静电纺丝技术将步骤一中合成的PVA/LS纺丝溶液制备PVA/LS纳米纤维膜(PVA/LS膜)，然后将PVA/LS膜在60℃真空干燥1h除去残留溶剂得到一种高透明度的绿色纳米纤维膜；

优选地，所述步骤三中静电纺纺丝条件为：电压15kV，纺丝液进料流速1.0mL/h，针头与飞轮接收器的距离为15cm。

优选地，所述步骤二中加入2‰的CTAB，在60℃搅拌4h，以增强电纺溶液的电导率；

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为对PVA膜以及PVA/LS的过滤性能试验。(a)不同流速下PVA/LS纳米纤维素在不同气体流速下的过滤性能；(b)纺丝时间对纯PVA膜以及PVA/LS膜质量因子QF的影响；(c)不同纺丝时间对纯PVA膜以及PVA/LS膜在24L/min流速下过滤性能的影响；(d)不同气流速度对PVA/LS膜两侧压降的影响