CN109589687A - 一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料及其制备方法 - Google Patents

一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料及其制备方法 Download PDF

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陈郯
贝新宇
东汤春
牛力恒
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Abstract

本发明公开了一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料及其制备方法，以聚乳酸为原料，通过静电纺丝制备聚乳酸纳米纤维，并沉积在醋酸纤维针刺非织造材料的表面，制备方法如下：（1）准确称取聚乳酸颗粒溶于体积比为5:1的丙酮和N，N‑二甲基甲酰胺的混合溶剂中，搅拌2~4 h，形成静电纺丝液；（2）静置10~30 min，将醋酸纤维针刺非织造布固定在静电纺丝接收装置上，静电纺丝液倒入注射器，保持喷丝头与接收装置中心处于同一水平线上，调整流速、接收距离、纺丝电压，纺丝40~80 min后，形成聚乳酸/醋酸纤维复合滤料；（3）在40~60℃的烘箱中烘干，即得。本发明能够显著提高针刺材料的过滤效率，同时保证较低的呼吸阻力，从而制得高效低阻的空气过滤材料。

Description

一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料及其制备方法
技术领域
本发明属于滤料技术领域，具体涉及一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料及其制备方法。
背景技术
随着经济发展，环境问题日益严峻。除了加强环境保护、控制污染源等措施外，最有效的防护措施就是使用空气过滤材料，乳防护口罩、室内空气净化器等。当前市场上使用的空气过滤材料大多采用熔喷非制造布作为其过滤层，然而，由于纤维直径的限制，导致材料过滤性能不够优良。同时，传统的石油级熔喷原料乳聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺等由于无法降解，导致熔喷非制造材料使用后的废弃产品会产生二次污染，熔喷材料本身也造成了一定的环境压力。因此具有生物降解性、过滤性能好的材料体现了更大的环保价值和应用潜力。
聚乳酸(PLA)作为可生物降解聚合物，来源于自然界大量存在的可再生植物资源，能被土壤中微生物完全降解，是一种理想的环保材料，其可再生、可生物降解、低碳排放和低能耗的巨大优势使其可广泛应用于医疗卫生健康、吸附过滤材料、包装材料等领域，也成为研究机构及企业的研究热点。但是PLA也存在熔体粘度大，可加工性能差等特点。
因此，针对聚乳酸的缺陷进行改进，提升其在吸附领域的应用前景，具有较高的理论意义和实用价值。
发明内容
针对现有问题的不足，本发明的第一个目的是提供一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料。本发明以生物可降解的醋酸纤维针刺非织造材料为基体，将聚乳酸通过静电纺丝法制成纳米纤维，并直接沉积在醋酸纤维针刺非织造材料表面。通过复合，能够显著提高针刺材料的过滤效率，同时保证较低的呼吸阻力，从而制得高效低阻的空气过滤材料。
本发明的第二个目的是提供一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料的制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料，以聚乳酸为原料，通过静电纺丝制备聚乳酸纳米纤维，并沉积在醋酸纤维针刺非织造材料的表面，即得。
一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准确称取聚乳酸颗粒溶于体积比为5:1的丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，搅拌2～4h，形成稳定、均匀的静电纺丝液；
(2)静置10～30min，将醋酸纤维针刺非织造布固定在静电纺丝接收装置上，静电纺丝液倒入注射器，保持喷丝头与接收装置中心处于同一水平线上，调整流速、接收距离、纺丝电压，纺丝40～80min后，形成聚乳酸/醋酸纤维复合滤料；
(3)在40～60℃的烘箱中烘干，即得。
作为本申请的优选技术方案，所述步骤(1)中，聚乳酸的质量分数为5～12％。
作为本申请的优选技术方案，所述步骤(1)中还添加有NaCl，NaCl的加入量为聚乳酸的0.01～0.1％。
作为本申请的优选技术方案，所述步骤(2)中，流速为0.5mL/h，纺丝电压为15kV，接收距离为15～20cm。
有益效果
本发明提供的一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料及其制备方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明以生物可降解的醋酸纤维针刺非织造材料为基体，将聚乳酸通过静电纺丝法制成纳米纤维，并直接沉积在醋酸纤维针刺非织造材料表面。通过复合，能够显著提高针刺材料的过滤效率，同时保证较低的呼吸阻力，从而制得高效低阻的空气过滤材料。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细说明。所用试剂或者仪器设备未注明生产厂商的，均视为可以通过市场购买的常规产品。
实施例1：
一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料，以聚乳酸为原料，通过静电纺丝制备聚乳酸纳米纤维，并沉积在醋酸纤维针刺非织造材料的表面，即得。
上述聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准确称取聚乳酸颗粒溶于体积比为5:1的丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，搅拌2h，形成稳定、均匀的静电纺丝液，其中，聚乳酸的质量分数为5％；
(2)静置10min，将醋酸纤维针刺非织造布固定在静电纺丝接收装置上，静电纺丝液倒入注射器，保持喷丝头与接收装置中心处于同一水平线上，调整流速、接收距离、纺丝电压，纺丝40min后，形成聚乳酸/醋酸纤维复合滤料；
(3)在40℃的烘箱中烘干，其中，流速为0.5mL/h，纺丝电压为15kV，接收距离为15cm。
实施例2
一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料，以聚乳酸为原料，通过静电纺丝制备聚乳酸纳米纤维，并沉积在醋酸纤维针刺非织造材料的表面，即得。
上述聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准确称取聚乳酸颗粒溶于体积比为5:1的丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，添加0.01％的NaCl，搅拌3h，形成稳定、均匀的静电纺丝液，其中，聚乳酸的质量分数为8％。；
(2)静置20min，将醋酸纤维针刺非织造布固定在静电纺丝接收装置上，静电纺丝液倒入注射器，保持喷丝头与接收装置中心处于同一水平线上，调整流速、接收距离、纺丝电压，纺丝60min后，形成聚乳酸/醋酸纤维复合滤料；其中，流速为0.5mL/h，纺丝电压为15kV，接收距离为17cm。
(3)在50℃的烘箱中烘干，即得。
实施例3
一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料，以聚乳酸为原料，通过静电纺丝制备聚乳酸纳米纤维，并沉积在醋酸纤维针刺非织造材料的表面，即得。
上述聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准确称取聚乳酸颗粒溶于体积比为5:1的丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，再添加NaCl，NaCl的加入量为聚乳酸的0.1％，搅拌4h，形成稳定、均匀的静电纺丝液，其中，聚乳酸的质量分数为12％；
(2)静置30min，将醋酸纤维针刺非织造布固定在静电纺丝接收装置上，静电纺丝液倒入注射器，保持喷丝头与接收装置中心处于同一水平线上，调整流速、接收距离、纺丝电压，纺丝80min后，形成聚乳酸/醋酸纤维复合滤料；其中，流速为0.5mL/h，纺丝电压为15kV，接收距离为20cm。
(3)在60℃的烘箱中烘干，即得。
性能测试
1.孔隙率测试
孔隙率是指多孔材料中孔隙所占体积与多孔材料总体积的比率。测量实施例1～3的复合滤料的厚度H。将各复合滤料剪成30*30mm2的样，并称量各个样品的质量，计算其平方米克重，根据公式：n＝1-WG/(H*ρ*103)，计算得其孔隙率。
2.过滤效率及过滤阻力的测定
结果如下：
1.孔隙率是影响非制造材料的一个重要参数，直接影响着过滤材料的过滤效率和过滤阻力。实施例1～3的样品厚度和孔隙率如下表1所示。
表1实施例1～3的样品厚度和孔隙率
项目 空白 实施例1 实施例2 实施例3
厚度H/mm 0.134 0.135 0.137 0.139
孔隙率n/％ 90.54 90.12 89.45 89.18
如表1所示，复合滤料的厚度增加，孔隙率有所减少。但由于聚乳酸纤维的厚度与醋酸纤维针刺材料相比，占有的比例很小，所以孔隙率下降不明显。
2.过滤效率及过滤阻力
表2实施例1～3样品的过滤效率
如表2所示，复合滤料与空白相比，对不同粒径的粒子的过滤效率都有提高，特别对粒径小的粒子，效果显著。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求为保护范围。

Claims (5)

1.一种聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料，其特征在于，以聚乳酸为原料，通过静电纺丝制备聚乳酸纳米纤维，并沉积在醋酸纤维针刺非织造材料的表面，即得。
2.权利要求1所述的聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）准确称取聚乳酸颗粒溶于体积比为5:1的丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，搅拌2~4 h，形成稳定、均匀的静电纺丝液；
（2）静置10~30 min，将醋酸纤维针刺非织造布固定在静电纺丝接收装置上，静电纺丝液倒入注射器，保持喷丝头与接收装置中心处于同一水平线上，调整流速、接收距离、纺丝电压，纺丝40~80 min后，形成聚乳酸/醋酸纤维复合滤料；
（3）在40~60℃的烘箱中烘干，即得。
3.根据权利要求2所述的聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，聚乳酸的质量分数为5~12%。
4.根据权利要求2所述的聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中还添加有NaCl，NaCl的加入量为聚乳酸的0.01~0.1%。
5. 根据权利要求2所述的聚乳酸静电纺/醋酸纤维针刺复合滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，流速为0.5mL/h，纺丝电压为15kV，接收距离为15~20 cm。
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