CN106621571B - 一种可释放负离子的空气过滤材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可释放负离子的空气过滤材料及其制备方法。所述的可释放负离子的空气过滤材料，其特征在于，包括基材以及设于基材之上的纳米纤维层，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质。网孔状负离子过滤材料的制备方法为将高吸水保水性聚合物和负离子功能物质混合配制成溶液后纺丝，或将两者置于不同的储液装置中同时纺丝。本发明的网孔状负离子过滤材料具备纤维与基材结合牢度强、负离子释放量高、装置操作性强等优点，在空气净化器、窗纱、口罩用过滤材料方面具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纳米纤维领域，涉及一种可释放负离子的空气过滤材料及其静电纺丝方法，特别涉及一种可释放负离子的空气过滤材料及其静电纺丝方法及其静电纺丝方法。
背景技术
雾霾中的颗粒物对人体健康带来极大威胁，雾霾污染问题已造成全球约300万人过早死亡，采取有效措施对其进行防护迫在眉睫。具有负离子释放功能的过滤材料，可利用负离子作为净化因子，对周围空气中进行主动净化，从而有效保障人体健康。现有负离子过滤材料均存在负离子释放量低、净化效果持久性差的问题，无法同时满足人们对过滤产品的性能要求。静电纺纳米纤维由于具有纤维直径小、孔径小、比表面积大、孔隙率高等特点，将其用于空气过滤领域可有效实现空气过滤材料高过滤效率、低空气阻力、高净化因子释放量的性能要求，具备广阔的应用前景。纳米纤维组分中吸水保水物质的加入，可为负离子功能物质提供更多的氢氧根，从而大幅提高负离子的释放量。目前普通静电纺丝方法制备的过滤材料中，纳米纤维与基材的结合牢度达不到应用需求，尤其是接收基材为网孔状时，如窗纱，纤维易内嵌和脱落，丧失使用性能。
现有利用静电纺丝方法制备负离子过滤材料的技术中。专利《负离子过滤无纺布》(ZL201110407879.8)通过静电纺丝技术制备了具有负离子释放功能的无纺布，公开了制备功能无纺布的纺丝液配方以及所用的负离子粉末组分。专利《一种单层支撑性多功能空气过滤膜》(CN201610244080.4)利用聚醚砜等作为基础材料，与溶剂配成溶液，通过加入纳米TiO2粉体和负离子粉体，实现了纳米纤维膜的多功能性。专利《透光、透气、静电排斥PM2.5空气过滤膜及制备方法》(CN201510307864.2)制备的空气过滤膜至少设有一层无纺布基材或筛网及至少一层超薄静电纺纳米纤维层，通过浸渍和/或喷涂包含粘合剂和电气石纳米颗粒的悬浮液并烘干，使电气石纳米颗粒包裹在材料表面，过程繁琐，表面的电气石纳米颗粒易脱落。
综上所述，现有负离子过滤材料均存在纳米纤维的耐磨性差、负离子的释放量低等问题，且制备方法需要二次复合，过程繁琐，费时费力。为克服上述缺点，本发明采用一种新型静电纺丝接收系统制备一种耐磨性好、可大量释放负离子的高效低阻过滤材料。
发明内容
本发明的目的是克服现有负离子过滤材料制备工序繁琐、负离子释放量低、净化效果持久性差，与纳米纤维层结合牢度差的缺点，提供一种可释放负离子的空气过滤材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种可释放负离子的空气过滤材料，其特征在于，包括基材以及设于基材之上的纳米纤维层，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
优选地，所述的可释放负离子的空气过滤材料的吸水率为自身重量的0.5～100倍，保水率为10～90％，负离子释放浓度为500～10000个/cm3，纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率1％～20％，对0.3μm～10μm颗粒的过滤效率为80～100％，阻力压降为10～100Pa。
优选地，所述的基材克重为10～100g/m2，基材的网孔形状为三角形、正方形、长方形或圆形，材质为聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、尼龙或金属，形成网孔的单丝直径为1～50μm，网孔面积为0.3～10mm2；纳米纤维层中纤维的直径为0.02～20μm，孔径为1～30μm，孔隙率为60～99.99％，堆积密度为0.006～0.084g/cm3，克重为0.01～70g/m2。
优选地，所述的纳米纤维的化学成分为氟化乙丙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、可溶性聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、聚酯、聚醋酸乙烯、尼龙6、尼龙66、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚乙二醇、聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚和聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或以上；吸水保水物质的化学组分为聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类和淀粉接枝共聚物类树脂中的至少一种；负离子功能物质的化学成分为电气石、硅藻土和粉煤灰中的至少一种。
本发明还提供了上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：将高聚物溶于溶剂中，加入吸水保水物质和负离子功能物质，搅拌得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用静电纺丝接收装置进行静电纺丝，所述的静电纺丝接收装置包括滚筒，滚筒的表面设有多个空心状的凸起，凸起的一面与滚筒接触，与滚筒的接触面能够连通至滚筒内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭；将基材置于滚筒上，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒，使蒸汽从凸起上的孔上排出，调整静电纺丝参数，进行静电纺丝。
优选地，所述的基材的孔和滚筒上的凸起相互嵌合。
优选地，所述的滚筒的横截面为圆形，截面积为100～1000cm2，长度L1为30～100cm，材质为铁、铝、铜或其他导电材料；滚筒的筒壁厚度T1为2～20cm；所述的凸起规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为三棱柱、正方体、长方体或圆柱体，材质与滚筒相同；所述的凸起的高度H为0.5～2mm，截面积为0.25～9mm2，厚度T2为0.1～0.5mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.5～1mm；所述的孔的形状为圆形、正方形、长方形或三角形，面积为0.01～1mm2。
优选地，所述的高聚物为氟化乙丙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、可溶性聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、聚酯、聚醋酸乙烯、尼龙6、尼龙66、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚乙二醇、聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚和聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或以上；高聚物的质量分数为8wt％～40wt％；吸水保水物质为聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类和淀粉接枝共聚物类树脂中的至少一种；吸水保水物质的质量分数为0.01wt％～20wt％，所述负离子功能物质为电气石、硅藻土和粉煤灰中的至少一种；负离子功能物质的质量分数为0.01wt％～20wt％；所述的溶剂为甲酸、四氢呋喃、水、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、丙酮、氯仿、甲酚、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、甲苯、N-甲基吡咯烷酮、甲乙酮和甲基乙基酮中的至少一种。
优选地，所述的搅拌时间为1～50h。
优选地，所述的刻蚀蒸汽的成分为甲酸溶液、乙酸溶液、氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液、碳酸钠溶液或碳酸镁溶液，浓度为10％～80％，蒸汽送入速度为0.1～3m/s。
优选地，所述的刻蚀蒸汽的送入方式为间歇送入或连续送入，间歇送入的总时间为10～300min，送入：非送入的时间比例为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、4∶1、3∶1、2∶1；连续送入的时间为10～300min，蒸汽从凸起的孔中释放速度为0.1～3m/s。
优选地，所述的静电纺丝条件包括：电压10～100kV，接收距离5～150cm，灌注速度0.1～10mL/h，滚筒转速20～200r/min，温度10～40℃，湿度10～99％，纺丝时间10～300min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)负离子过滤材料中的高吸水保水纤维可使材料具有一定的保水能力，为负离子的发生提供更多的氢氧根，从而增加负离子的浓度，同时利用静电纺丝纳米纤维材料纤维直径细、比表面积大的结构特点增强负离子的释放量、提升材料的过滤效率，纳米纤维材料兼具的孔隙率大的特点又可降低材料的阻力压降。
(2)在与具有光滑表面的网孔状基材进行复合时，微模块可填补网孔，避免孔状基材的丝线附近纤维的内嵌。
(3)可利用与网孔状基材反应的特定溶剂蒸汽作为刻蚀介质，将刻蚀蒸汽送入滚筒，在微孔上排出，对网孔状基材进行刻蚀，增加网孔状基材的粗糙度，从而增强纳米纤维在基材表面的结合牢度。
(4)本发明的网孔状负离子过滤材料具备纤维与基材结合牢度强、负离子释放量高、装置操作性强等优点，在空气净化器、窗纱、口罩用过滤材料方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为静电纺丝接收装置示意图；
图2为凸起放大图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，一种静电纺丝接收装置，所述的静电纺丝接收装置包括滚筒1，滚筒1的表面设有多个空心状的凸起2，凸起2的一面与滚筒1接触，与滚筒1的接触面能够连通至滚筒1内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒1的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭。蒸汽从凸起2的孔中排出，可对与之接触的基材表面形成刻蚀，增加基材表面粗糙度，排出速度依赖于滚筒截面积、小孔面积和送入速度。
所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为100cm2，长度L1为30cm，材质为铁；滚筒的筒壁厚度T1为2cm；所述的凸起2规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为三棱柱，材质与滚筒相同；所述的凸起2的高度H为0.5mm，截面积为0.25mm2，厚度T2为0.1mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.5mm。孔的形状为正方形，面积为0.01mm2。
实施例2
类似于实施例1的静电纺丝接收装置，区别在于：所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为200cm2，长度L1为40cm，材质为铜；滚筒的筒壁厚度T1为4cm；所述的凸起2规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为三棱柱，材质与滚筒相同；所述的凸起2的高度H为0.6mm，截面积为0.5mm2，厚度T2为0.1mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.55mm。孔的形状为正方形，面积为0.08mm2。
实施例3
类似于实施例1的静电纺丝接收装置，区别在于：所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为300cm2，长度L1为60cm，材质为铝；滚筒的筒壁厚度T1为6cm；所述的凸起2规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为三棱柱，材质与滚筒相同；所述的凸起2的高度H为0.7mm，截面积为1mm2，厚度T2为0.15mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.6mm。孔的形状为正方形，面积为0.7mm2。
实施例4
类似于实施例1的静电纺丝接收装置，区别在于：所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为400cm2，长度L1为70cm，材质为铁；滚筒的筒壁厚度T1为8cm；所述的凸起2规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为正方体，材质与滚筒相同；所述的凸起2的高度H为0.8mm，截面积为2mm2，厚度T2为0.2mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.65mm。孔的形状为长方形，面积为0.6mm2。
实施例5
类似于实施例1的静电纺丝接收装置，区别在于：所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为500cm2，长度L1为80cm，材质为铜；滚筒的筒壁厚度T1为10cm；所述的凸起2规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为正方体，材质与滚筒相同；所述的凸起2的高度H为1.0mm，截面积为3mm2，厚度T2为0.25mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.7mm。孔的形状为正方形，面积为0.5mm2。
实施例6
类似于实施例1的静电纺丝接收装置，区别在于：如图2，所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为600cm2，长度L1为80cm，材质为铝；滚筒的筒壁厚度T1为12cm；所述的凸起2规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为长方体，材质与滚筒相同；所述的凸起2的高度H为1.2mm，截面积为4mm2，厚度T2为0.3mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.75mm。孔的形状为圆形，面积为0.4mm2。
实施例7
类似于实施例1的静电纺丝接收装置，区别在于：所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为700cm2，长度L1为90cm，材质为铁；滚筒的筒壁厚度T1为14cm；所述的凸起2规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为长方体，材质与滚筒相同；所述的凸起2的高度H为1.4mm，截面积为5mm2，厚度T2为0.35mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.8mm。孔的形状为三角形，面积为0.3mm2。
实施例8
类似于实施例1的静电纺丝接收装置，区别在于：所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为800cm2，长度L1为90cm，材质为铜；滚筒的筒壁厚度T1为16cm；所述的凸起2规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为圆柱体，材质与滚筒相同；所述的凸起2的高度H为1.6mm，截面积为6mm2，厚度T2为0.4mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.85mm。孔的形状为长方形，面积为0.2mm2。
实施例9
类似于实施例1的静电纺丝接收装置，区别在于：所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为900cm2，长度L1为100cm，材质为铝；滚筒的筒壁厚度T1为18cm；所述的凸起2规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为圆柱体，材质与滚筒相同；所述的凸起2的高度H为1.8mm，截面积为8mm2，厚度T2为0.45mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为0.9mm。孔的形状为正方形，面积为0.1mm2。
实施例10
类似于实施例1的静电纺丝接收装置，区别在于：所述的滚筒1的横截面为圆形，截面积为1000cm2，长度L1为100cm，材质为铁；滚筒的筒壁厚度T1为20cm；所述的凸起2规则排列在滚筒的表面，凸起的形状为圆柱体，材质与滚筒相同；所述的凸起2的高度H为2mm，截面积为9mm2，厚度T2为0.5mm，相邻两个凸起在滚筒上的间距D为1mm。孔的形状为圆形，面积为0.01mm2。
实施例11
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
所述的基材克重为10g/m2，基材的网孔形状为三角形，材质为金属，形成网孔的单丝直径为1μm，网孔面积为0.3mm2；纳米纤维层中纤维的直径为0.02μm，孔径为1μm，孔隙率为60％，堆积密度为0.084g/cm3，克重为70g/m2。纳米纤维的化学成分为聚乙烯吡咯烷酮；吸水保水物质的化学组分为聚丙烯酸酯类树脂(潍坊瑞光化工有限公司)；负离子功能物质的化学成分为电气石，粒径为60nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将聚乙烯吡咯烷酮溶于N，N-二甲基甲酰胺中，高聚物的质量分数为10wt％，加入吸水保水物质和负离子功能物质，吸水保水物质的质量分数为5wt％；负离子功能物质的浓度为20wt％，搅拌20h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例1所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为甲酸溶液，浓度为60％，温度为120℃，蒸汽送入速度为2.5m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为170min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.7m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压16kV，接收距离85cm，灌注速度6.1mL/h，滚筒转速116r/min，温度20℃，湿度60％，纺丝时间170min。
利用增重法测量该材料的吸水率为自身重量的100倍，保水率为90％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为10000个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率1％，TSI8130滤料测试仪对0.3μm颗粒的过滤效率为100％，阻力压降为100Pa。
实施例12
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材为网孔状，网孔形状为正方形，材质为尼龙，克重为20g/m2，形成网孔的单丝直径为10μm，网孔面积为1mm2。纳米纤维层组分包括普通纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为2μm，孔径为2μm，孔隙率为70％，堆积密度为0.07g/cm3，克重为50g/m2。普通纤维的化学成分为聚氧化乙烯(阿拉丁P101340)；吸水保水物质的化学组分为聚乙烯醇类树脂(阿拉丁P105124)；负离子功能物质的化学成分为电气石，粒径为60nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将聚氧化乙烯溶于氯仿中，高聚物的质量分数为10wt％，加入吸水保水物质和负离子功能物质，吸水保水物质的质量分数为20wt％；负离子功能物质的浓度为18wt％，搅拌10h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例2所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为甲酸溶液，浓度为40％，温度为120℃，蒸汽送入速度为2.5m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为160min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.6m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压10kV，接收距离80cm，灌注速度6.1mL/h，滚筒转速110r/min，温度15℃，湿度57％，纺丝时间160min。
利用增重法测量材料的吸水率为自身重量的90倍，保水率为80％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为8000个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率3％，TSI8130滤料测试仪对0.3μm颗粒的过滤效率为96％，阻力压降为90Pa。
实施例13
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材为网孔状，网孔形状为长方形，材质为金属，克重为30g/m2，形成网孔的单丝直径为15μm，网孔面积为3mm2。纳米纤维层组分包括普通纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为4μm，孔径为3μm，孔隙率为80％，堆积密度为0.06g/cm3，克重为40g/m2。普通纤维的化学成分为聚苯胺(石家庄冀安亚大新材料科技有限公司，本征态聚苯胺)；吸水保水物质的化学组分为醋酸乙烯共聚物类树脂(阿拉丁V104472)；负离子功能物质的化学成分为电气石，粒径为60nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将聚苯胺溶于N，N-二甲基甲酰胺中，高聚物的质量分数为15wt％，加入吸水保水物质和负离子功能物质，吸水保水物质的质量分数为18wt％；负离子功能物质的浓度为16wt％，搅拌20h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例3所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为甲酸溶液，浓度为30％，温度为120℃，蒸汽送入速度为2.8m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为170min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.7m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压16kV，接收距离85cm，灌注速度6.1mL/h，滚筒转速116r/min，温度20℃，湿度60％，纺丝时间170min。
利用增重法测量该材料的吸水率为自身重量的80倍，保水率为70％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为6000个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率5％，TSI8130滤料测试仪对0.3μm颗粒的过滤效率为94％，阻力压降为80Pa。
实施例14
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材为网孔状，网孔形状为圆形，材质为尼龙，克重为40g/m2，形成网孔的单丝直径为20μm，网孔面积为4mm2。纳米纤维层组分包括普通纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为6μm，孔径为4μm，孔隙率为90％，堆积密度为0.006～0.084g/cm3，克重为0.01～70g/m2。普通纤维的化学成分为聚甲基丙烯酸甲酯(阿拉丁P107082)；吸水保水物质的化学组分为聚氨酯类树脂(湖北巨胜科技有限公司)；负离子功能物质的化学成分为电气石，粒径为60nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将聚甲基丙烯酸甲酯溶于N，N-二甲基乙酰胺中，高聚物的质量分数为17wt％，加入吸水保水物质和负离子功能物质，吸水保水物质的质量分数为16wt％；负离子功能物质的浓度为14wt％，，搅拌8h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例4所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为乙酸溶液，浓度为30％，温度为140℃，蒸汽送入速度为2.8m/s，采取间歇送入的方式，间歇送入的总时间为150min，送入：非送入的时间比例为1∶1，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.5m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压100kV，接收距离75cm，灌注速度5.8mL/h，滚筒转速104r/min，温度10℃，湿度54％，纺丝时间150min。
利用增重法测量材料的吸水率为自身重量的70倍，保水率为60％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为500～10000个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率7％，TSI8130滤料测试仪对2.5μm颗粒的过滤效率为92％，阻力压降为70Pa。
实施例15
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材为网孔状，网孔形状为三角形，材质为金属，克重为50g/m2，形成网孔的单丝直径为25μm，网孔面积为5mm2。纳米纤维层组分包括普通纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为8μm，孔径为5μm，孔隙率为91％，堆积密度为0.05g/cm3，克重为30g/m2。普通纤维的化学成分为聚乙烯醇(阿拉丁P105124)；吸水保水物质的化学组分为聚环氧乙烷类树脂(无锡长干化工有限公司6101)；负离子功能物质的化学成分为硅藻土，粒径为60nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将聚乙烯醇溶于水中，高聚物的质量分数为19wt％，加入吸水保水物质和负离子功能物质，吸水保水物质的质量分数为14wt％；负离子功能物质的浓度为14wt％，搅拌45h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例5所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为乙酸溶液，浓度为35％，温度为140℃，蒸汽送入速度为2.8m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为230min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为2.3m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压52kV，接收距离115cm，灌注速度7.9mL/h，滚筒转速152r/min，温度15℃，湿度78％，纺丝时间230min。
利用增重法测量材料的吸水率为自身重量的60倍，保水率为50％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为5000个/em3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率9％，TSI8130滤料测试仪对2.5μm颗粒的过滤效率为90％，阻力压降为60Pa。
实施例16
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材为网孔状，网孔形状为正方形，材质为尼龙，克重为60g/m2，形成网孔的单丝直径为30μm，网孔面积为6mm2。纳米纤维层组分包括普通纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为10μm，孔径为10μm，孔隙率为92％，堆积密度为0.04g/cm3，克重为20g/m2。普通纤维的化学成分为尼龙66(阿拉丁P128923)；吸水保水物质的化学组分为淀粉接枝共聚物类树脂(武汉远成共创科技有限公司)；负离子功能物质的化学成分为硅藻土，粒径为100nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将尼龙66溶于N，N-二甲基甲酰胺中，高聚物的质量分数为22wt％，加入吸水保水物质和负离子功能物质，吸水保水物质的质量分数为12wt％；负离子功能物质的浓度为12wt％，搅拌20h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例6所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为乙酸溶液，浓度为30％，温度为140℃，蒸汽送入速度为2.8m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为170min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.7m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压16kV，接收距离85cm，灌注速度6.1mL/h，滚筒转速116r/min，温度20℃，湿度60％，纺丝时间170min。
利用增重法测量材料的吸水率为自身重量的50倍，保水率为40％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为4000个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率11％，TSI8130滤料测试仪对2.5μm颗粒的过滤效率为88％，阻力压降为50Pa。
实施例17
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材为网孔状，网孔形状为长方形，材质为金属，克重为70g/m2，形成网孔的单丝直径为35μm，网孔面积为7mm2。纳米纤维层组分包括普通纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为12μm，孔径为15μm，孔隙率为95％，堆积密度为0.03g/cm3，克重为10g/m2，普通纤维的化学成分为尼龙66(阿拉丁P128923)；吸水保水物质的化学组分为聚丙烯酸酯类树脂(湖南金利源新材料科技有限公司)；负离子功能物质的化学成分为硅藻土，粒径为100nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将尼龙66溶于N，N-二甲基甲酰胺中，高聚物的质量分数为24wt％，加入吸水保水物质和负离子功能物质，吸水保水物质的质量分数为10wt％；负离子功能物质的浓度为12wt％，搅拌20h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例7所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为甲酸溶液，浓度为25％，温度为120℃，蒸汽送入速度为2.8m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为170min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.7m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压16kV，接收距离85cm，灌注速度6.1mL/h，滚筒转速116r/min，温度20℃，湿度60％，纺丝时间170min。
利用增重法测量材料的吸水率为自身重量的40倍，保水率为30％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为3000个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率13％，TSI8130滤料测试仪对2.5μm颗粒的过滤效率为86％，阻力压降为40Pa。
实施例18
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材为网孔状，网孔形状为圆形，材质为尼龙，克重为80g/m2，形成网孔的单丝直径为40μm，网孔面积为8mm2。纳米纤维层组分包括普通纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为14μm，孔径为20μm，孔隙率为97％，堆积密度为0.02g/em3，克重为5g/m2，普通纤维的化学成分为聚醋酸乙烯(江苏弘旷进出口有限公司)；吸水保水物质的化学组分为聚乙烯醇类树脂(台昌树脂有限公司)；负离子功能物质的化学成分为粉煤灰，粒径为100nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将聚醋酸乙烯溶于N，N-二甲基甲酰胺中，高聚物的质量分数为26wt％，加入吸水保水物质和负离子功能物质，吸水保水物质的质量分数为8wt％；负离子功能物质的浓度为10wt％，搅拌20h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例8所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为甲酸溶液，浓度为20％，温度为120℃，蒸汽送入速度为3m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为170min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.7m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压16kV，接收距离85cm，灌注速度6.1mL/h，滚筒转速116r/min，温度20℃，湿度60％，纺丝时间170min。
利用增重法测量材料的吸水率为自身重量的30倍，保水率为20％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为2000个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率15％，TSI8130滤料测试仪对10μm颗粒的过滤效率为84％，阻力压降为30Pa。
实施例19
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材为网孔状，网孔形状为三角形，材质为金属，克重为90g/m2，形成网孔的单丝直径为45μm，网孔面积为9mm2。纳米纤维层组分包括普通纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为16μm，孔径为25μm，孔隙率为99％，堆积密度为0.01g/cm3，克重为1g/m2。普通纤维的化学成分为聚酯(阿拉丁P111885)；吸水保水物质的化学组分为醋酸乙烯共聚物类树脂(阿拉丁P101485)；负离子功能物质的化学成分为粉煤灰，粒径为100nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将聚酯溶于N，N-二甲基甲酰胺中，高聚物的质量分数为28wt％，加入吸水保水物质和负离子功能物质，吸水保水物质的质量分数为8wt％；负离子功能物质的浓度为10wt％，搅拌20h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例9所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为乙酸溶液，浓度为15％，温度为140℃，蒸汽送入速度为3m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为170min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.7m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压16kV，接收距离85cm，灌注速度6.1mL/h，滚筒转速116r/min，温度20℃，湿度60％，纺丝时间170min。
利用增重法测量材料的吸水率为自身重量的20倍，保水率为10％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为1000个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率17％，TSI8130滤料测试仪对10μm颗粒的过滤效率为82％，阻力压降为20Pa。
实施例20
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材为网孔状，网孔形状为正方形，材质为尼龙，克重为100g/m2，形成网孔的单丝直径为50μm，网孔面积为10mm2。纳米纤维层组分包括普通纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为20μm，孔径为30μm，孔隙率为99.99％，堆积密度为0.006g/cm3，克重为0.1g/m2。普通纤维的化学成分为聚苯乙烯(阿拉丁B125789)；吸水保水物质的化学组分为聚氨酯类树脂(佛山市湾厦新材料科技有限公司)；负离子功能物质的化学成分为粉煤灰，粒径为80nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将聚苯乙烯溶于N，N-二甲基甲酰胺中，高聚物的质量分数为30wt％，加入吸水保水物质和负离子功能物质，吸水保水物质的质量分数为6wt％；负离子功能物质的浓度为8wt％，搅拌20h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例10所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为乙酸溶液，浓度为10％，温度为140℃，蒸汽送入速度为3m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为170min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.7m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压16kV，接收距离85cm，灌注速度6.1mL/h，滚筒转速116r/min，温度20℃，湿度60％，纺丝时间170min。
利用增重法测量材料的吸水率为自身重量的10倍，保水率为10％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为500个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率20％，TSI8130滤料测试仪对10μm颗粒的过滤效率为80％，阻力压降为10Pa。
实施例21
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材网孔形状为正方形，材质为尼龙，克重为60g/m2，形成网孔的单丝直径为5μm，网孔面积为1mm2。纳米纤维层组分包括纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为0.8μm，孔径为2μm，孔隙率为90％，堆积密度为0.06g/cm3，克重为70g/m2，普通纤维的化学成分为聚丙烯腈；吸水保水物质的化学组分为聚氨酯类树脂(佛山市湾厦新材料科技有限公司)；负离子功能物质的化学成分为电气石，粒径为80nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将聚丙烯腈溶于N，N-二甲基甲酰胺中，高聚物的质量分数为28wt％，将聚氨酯类树脂作为吸水保水物质、电气石作为负离子物质，吸水保水物质的质量分数为5wt％；负离子物质的浓度为2wt％，搅拌25h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例1所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为甲酸溶液，浓度为20％，温度为120℃，蒸汽送入速度为3m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为180min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.8m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压22kV，接收距离90cm，灌注速度6.4mL/h，滚筒转速122r/min，温度25℃，湿度63％，纺丝时间180min。
利用增重法测量材料的吸水率为自身重量的90倍，保水率为80％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为8000个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率3％，TSI8130滤料测试仪对0.3μm颗粒的过滤效率为96％，阻力压降为90Pa。
实施例22
一种可释放负离子的空气过滤材料，由基材以及设于基材之上的纳米纤维层复合而成，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质。
基材网孔形状为正方形，材质为尼龙，克重为72g/m2，形成网孔的单丝直径为5μm，网孔面积为1mm2。纳米纤维层组分包括纳米纤维、吸水保水物质和负离子功能物质，纤维的直径为0.8μm，孔径为2μm，孔隙率为90％，堆积密度为0.06g/cm3，克重为80/m2。普通纤维的化学成分为聚四氟乙烯；吸水保水物质的化学组分为聚环氧乙烷类树脂；负离子功能物质的化学成分为硅藻土，粒径为80nm。
上述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法为：
步骤1：将聚四氟乙烯溶于N，N-二甲基乙酰胺中，高聚物的质量分数为31wt％，将聚环氧乙烷类树脂作为吸水保水物质、硅藻土作为负离子物质，吸水保水物质的质量分数为8wt％；负离子物质的浓度为2.5wt％，搅拌30h得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用实施例1所述的静电纺丝接收装置进行静电纺丝；将基材置于滚筒1上，基材的孔和滚筒1上的凸起2相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒1，刻蚀蒸汽为甲酸溶液，浓度为120％，温度为20℃，蒸汽送入速度为3m/s，采取连续送入的方式，连续送入的时间为190min，使蒸汽从凸起2上的孔上排出，蒸汽从凸起2的孔中释放速度为1.9m/s；
步骤3：调整静电纺丝参数，进行静电纺丝，电压28kV，接收距离95cm，灌注速度6.7mL/h，滚筒转速128r/min，温度30℃，湿度66％，纺丝时间190min。
利用增重法测量材料的吸水率为自身重量的90倍，保水率为80％，EP050负离子测试仪测得负离子释放浓度为700个/cm3，马丁代尔耐磨仪测量纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率5，TSI8130滤料测试仪对0.3μm颗粒的过滤效率为96％，阻力压降为90Pa。
Claims (9)
1.一种可释放负离子的空气过滤材料的制备方法，所述的可释放负离子的空气过滤材料包括基材以及设于基材之上的纳米纤维层，基材为网孔状，纳米纤维层包括纳米纤维以及分散于纳米纤维中的吸水保水物质和负离子功能物质，其特征在于，包括：
步骤1：将高聚物溶于溶剂中，加入吸水保水物质和负离子功能物质，搅拌得到纺丝溶液；
步骤2：将纺丝溶液采用静电纺丝接收装置进行静电纺丝，所述的静电纺丝接收装置包括滚筒(1)，滚筒(1)的表面设有多个空心状的凸起(2)，凸起(2)的一面与滚筒(1)接触，与滚筒(1)的接触面能够连通至滚筒(1)内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒(1)的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭；将基材置于滚筒(1)上，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒(1)，使蒸汽从凸起(2)上的孔上排出，调整静电纺丝参数，进行静电纺丝。
2.如权利要求1所述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的可释放负离子的空气过滤材料的吸水率为自身重量的0.5～100倍，保水率为10～90％，负离子释放浓度为500～10000个/cm3，纳米纤维层的耐磨性为摩擦50圈后失重率1％～20％，对0.3μm～10μm颗粒的过滤效率为80～100％，阻力压降为10～100Pa。
3.如权利要求1所述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的基材克重为10～100g/m2，基材的网孔形状为三角形、正方形、长方形或圆形，材质为聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、尼龙或金属，形成网孔的单丝直径为1～50μm，网孔面积为0.3～10mm2；纳米纤维层中纤维的直径为0.02～20μm，孔径为1～30μm，孔隙率为60～99.99％，堆积密度为0.006～0.084g/cm3，克重为0.01～70g/m2。
4.如权利要求1所述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的基材的孔和滚筒(1)上的凸起(2)相互嵌合。
5.如权利要求1所述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的高聚物为氟化乙丙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、可溶性聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、聚酯、聚醋酸乙烯、尼龙6、尼龙66、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚乙二醇、聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚和聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或以上；高聚物的质量分数为8wt％～40wt％；吸水保水物质为聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类和淀粉接枝共聚物类树脂中的至少一种；所述的溶剂为甲酸、四氢呋喃、水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、氯仿、甲酚、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、甲苯、N-甲基吡咯烷酮、甲乙酮和甲基乙基酮中的至少一种。
6.如权利要求1所述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的吸水保水物质的质量分数为0.01wt％～20wt％，所述负离子功能物质为电气石、硅藻土和粉煤灰中的至少一种；负离子功能物质的质量分数为0.01wt％～20wt％。
7.如权利要求1所述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的刻蚀蒸汽的成分为甲酸溶液、乙酸溶液、氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液、碳酸钠溶液或碳酸镁溶液，浓度为10％～80％，蒸汽送入速度为0.1～3m/s。
8.如权利要求1所述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的刻蚀蒸汽的送入方式为间歇送入或连续送入，间歇送入的总时间为10～300min，送入：非送入的时间比例为1:1、1:2、1:3、1:4、4:1、3:1、2:1；连续送入的时间为10～300min，蒸汽从凸起(2)的孔中释放速度为0.1～3m/s。
9.如权利要求1所述的可释放负离子的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝条件包括：电压10～100kV，接收距离5～150cm，灌注速度0.1～10mL/h，滚筒转速20～200r/min，温度10～40℃，湿度10～99％，纺丝时间10～300min。
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