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靜電紡絲法制備了聚乳酸（PLA）納米纖維氈，提高對小直徑顆粒的過濾效率
發(fā)布日期：2021-03-12 訪問次數(shù)：559
提高對小直徑顆粒的過濾效率,采用靜電紡絲法制備了聚乳酸（PLA）納米纖維氈，并將其與聚丙烯（PP）紡粘熔噴非織造基布復(fù)合，通過調(diào)節(jié)紡絲電壓、紡絲時(shí)間和纖維氈層數(shù)，形成梯度結(jié)構(gòu)復(fù)合過濾材料。結(jié)果表明:PLA靜電紡納米纖維的直徑隨著紡絲電壓的升高而減??；PLA納米纖維氈可顯著提高PP紡粘熔噴非織造基布對小直徑顆粒的過濾效率，隨著紡絲時(shí)間和納米纖維氈層數(shù)的增加，梯度結(jié)構(gòu)復(fù)合濾料的過濾效率得到提高，但過濾阻力呈現(xiàn)上升趨勢；當(dāng)納米纖維纖維氈層數(shù)為3層、每層紡絲時(shí)間為1.5h時(shí)，復(fù)合濾料對0.3μm和0.5μm顆粒的過濾效率分別可達(dá)97.291%和98.862%,但過濾阻力達(dá)到39Pa。
1.靜電紡PLA梯度復(fù)合濾料的制備及過濾性能研究
非織造材料具有三維立體網(wǎng)狀曲徑式孔結(jié)構(gòu)，同 時(shí)具有高產(chǎn)量、低成本及短生產(chǎn)工藝流程等特點(diǎn)，目前在空氣過濾領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)非織造過濾材料（水刺、紡粘和熔噴等）雖然表現(xiàn)出良好的過濾性能，但受限于纖維直徑較粗（微米級）和孔徑較大等 因素，當(dāng)大氣中固體顆粒物濃度增大時(shí)，其對微納米級顆粒的過濾效果并不理想。降低纖維直徑和減小孔徑可有效提升過濾材料對微納米顆粒的捕獲能力，但同時(shí)也會(huì)增加材料濾阻。因此，制備高效低阻的空氣過濾材料具有重要意義。
?靜電紡納米纖維氈具有纖維直徑小、吸附能力強(qiáng)、 比表面積大、孔隙率高和孔徑小等特點(diǎn)，對微納米顆粒的捕獲能力較強(qiáng)，在空氣過濾領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前 景。但靜電紡納米纖維氈的強(qiáng)力較低、使用壽命較短，易因大顆粒物阻塞孔徑而失效，同時(shí)為達(dá)到一定 的力學(xué)強(qiáng)度增加納米纖維氈的厚度，又會(huì)造成濾阻增大。因此，靜電紡納米纖維氈較難單獨(dú)用作過濾材料，需利用非織造過濾材料作為基布以提供支撐及 過濾大顆粒物，并將靜電紡納米纖維氈與其復(fù)合，以制 備高過濾性能和低濾阻的復(fù)合過濾材料。研究發(fā)現(xiàn)，紡絲電壓對靜電紡纖維的直徑影響較大，而不同纖維直徑的納米纖維氈的孔徑尺寸、纖維表面效應(yīng)等均影 響其過濾性能。不同纖維直徑的納米纖維氈疊加復(fù)合后制備的多層復(fù)合纖維濾料具有較高的過濾 效率和較低的壓降。因此，將不同纖維直徑的纖維濾料復(fù)合，形成梯度過濾材料，有利于提高過濾材料的過濾效率和降低濾阻。本研究將聚丙烯（ＰＰ）熔噴紡粘非織造材料作為基布，利用溶液靜電紡絲技術(shù)，以環(huán)境友好型聚乳酸（ＰＬＡ）樹脂為原料，利用滾筒式接收屏，橫向移動(dòng)注射泵，在ＰＰ非織造材料上直接進(jìn)行靜電紡絲接收，并通過改變紡絲電壓和紡絲時(shí)間來調(diào)節(jié)靜電紡納米纖維氈的 層數(shù)和纖維直徑，制備出梯度結(jié)構(gòu)復(fù)合濾料，并對復(fù)合濾料的外觀形態(tài)、孔隙結(jié)構(gòu)和過濾性能進(jìn)行測試研究。 2.結(jié)論 （１）ＰＬＡ納米纖維氈與ＰＰ紡粘熔噴非織造基布復(fù)合制備的梯度過濾材料可顯著提高對０.３μｍ 和０.５μｍ直徑顆粒的過濾效率。（２）當(dāng)納米纖維氈層數(shù)固定時(shí)，隨著紡絲時(shí)間的增加，梯度過濾材料的厚度增大，對０.３μｍ 和０.５μｍ 顆粒的過濾效率有較大的提升，但過濾阻力隨之增加；當(dāng)每層納米纖維氈紡絲時(shí)間固定時(shí)，隨著納米纖維氈 層數(shù)的增加，梯度過濾材料的厚度增大，對０.３μｍ 和 ０.５μｍ 顆粒的過濾效率也有較大的提升，但過濾阻力 也隨之增加；當(dāng)納米纖維氈層數(shù)為３層，每層紡絲時(shí)間 為１.５ｈ時(shí)，復(fù)合濾料對０.３μｍ 和０.５μｍ直徑顆粒 的過濾效率分別提升了１０.８％和６．２％。（３）納米纖維氈層數(shù)和每層紡絲時(shí)間對梯度過濾材料的孔徑分布有顯著影響。隨著紡絲時(shí)間的延長，梯度復(fù)合材料的平均孔徑呈減小趨勢；當(dāng)納米纖維氈層數(shù)為３層，紡絲時(shí)間為１.５ｈ時(shí)，梯度復(fù)合濾料的平均孔徑、大小孔徑均有較大程度減小。?
1.靜電紡PLA梯度復(fù)合濾料的制備及過濾性能研究
非織造材料具有三維立體網(wǎng)狀曲徑式孔結(jié)構(gòu)，同 時(shí)具有高產(chǎn)量、低成本及短生產(chǎn)工藝流程等特點(diǎn)，目前在空氣過濾領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)非織造過濾材料（水刺、紡粘和熔噴等）雖然表現(xiàn)出良好的過濾性能，但受限于纖維直徑較粗（微米級）和孔徑較大等 因素，當(dāng)大氣中固體顆粒物濃度增大時(shí)，其對微納米級顆粒的過濾效果并不理想。降低纖維直徑和減小孔徑可有效提升過濾材料對微納米顆粒的捕獲能力，但同時(shí)也會(huì)增加材料濾阻。因此，制備高效低阻的空氣過濾材料具有重要意義。
?靜電紡納米纖維氈具有纖維直徑小、吸附能力強(qiáng)、 比表面積大、孔隙率高和孔徑小等特點(diǎn)，對微納米顆粒的捕獲能力較強(qiáng)，在空氣過濾領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前 景。但靜電紡納米纖維氈的強(qiáng)力較低、使用壽命較短，易因大顆粒物阻塞孔徑而失效，同時(shí)為達(dá)到一定 的力學(xué)強(qiáng)度增加納米纖維氈的厚度，又會(huì)造成濾阻增大。因此，靜電紡納米纖維氈較難單獨(dú)用作過濾材料，需利用非織造過濾材料作為基布以提供支撐及 過濾大顆粒物，并將靜電紡納米纖維氈與其復(fù)合，以制 備高過濾性能和低濾阻的復(fù)合過濾材料。研究發(fā)現(xiàn)，紡絲電壓對靜電紡纖維的直徑影響較大，而不同纖維直徑的納米纖維氈的孔徑尺寸、纖維表面效應(yīng)等均影 響其過濾性能。不同纖維直徑的納米纖維氈疊加復(fù)合后制備的多層復(fù)合纖維濾料具有較高的過濾 效率和較低的壓降。因此，將不同纖維直徑的纖維濾料復(fù)合，形成梯度過濾材料，有利于提高過濾材料的過濾效率和降低濾阻。本研究將聚丙烯（ＰＰ）熔噴紡粘非織造材料作為基布，利用溶液靜電紡絲技術(shù)，以環(huán)境友好型聚乳酸（ＰＬＡ）樹脂為原料，利用滾筒式接收屏，橫向移動(dòng)注射泵，在ＰＰ非織造材料上直接進(jìn)行靜電紡絲接收，并通過改變紡絲電壓和紡絲時(shí)間來調(diào)節(jié)靜電紡納米纖維氈的 層數(shù)和纖維直徑，制備出梯度結(jié)構(gòu)復(fù)合濾料，并對復(fù)合濾料的外觀形態(tài)、孔隙結(jié)構(gòu)和過濾性能進(jìn)行測試研究。 2.結(jié)論 （１）ＰＬＡ納米纖維氈與ＰＰ紡粘熔噴非織造基布復(fù)合制備的梯度過濾材料可顯著提高對０.３μｍ 和０.５μｍ直徑顆粒的過濾效率。（２）當(dāng)納米纖維氈層數(shù)固定時(shí)，隨著紡絲時(shí)間的增加，梯度過濾材料的厚度增大，對０.３μｍ 和０.５μｍ 顆粒的過濾效率有較大的提升，但過濾阻力隨之增加；當(dāng)每層納米纖維氈紡絲時(shí)間固定時(shí)，隨著納米纖維氈 層數(shù)的增加，梯度過濾材料的厚度增大，對０.３μｍ 和 ０.５μｍ 顆粒的過濾效率也有較大的提升，但過濾阻力 也隨之增加；當(dāng)納米纖維氈層數(shù)為３層，每層紡絲時(shí)間 為１.５ｈ時(shí)，復(fù)合濾料對０.３μｍ 和０.５μｍ直徑顆粒 的過濾效率分別提升了１０.８％和６．２％。（３）納米纖維氈層數(shù)和每層紡絲時(shí)間對梯度過濾材料的孔徑分布有顯著影響。隨著紡絲時(shí)間的延長，梯度復(fù)合材料的平均孔徑呈減小趨勢；當(dāng)納米纖維氈層數(shù)為３層，紡絲時(shí)間為１.５ｈ時(shí)，梯度復(fù)合濾料的平均孔徑、大小孔徑均有較大程度減小。?