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静电纺丝法制备了聚乳酸(PLA)纳米纤维毡,提高对小直径颗粒的过滤效率

发布日期:2021-03-12 访问次数:103
提高对小直径颗粒的过滤效率,采用静电纺丝法制备了聚乳酸(PLA)纳米纤维毡,并将其与聚丙烯(PP)纺粘熔喷非织造基布复合,通过调节纺丝电压、纺丝时间和纤维毡层数,形成梯度结构复合过滤材料。结果表明:PLA静电纺纳米纤维的直径随着纺丝电压的升高而减小;PLA纳米纤维毡可显著提高PP纺粘熔喷非织造基布对小直径颗粒的过滤效率,随着纺丝时间和纳米纤维毡层数的增加,梯度结构复合滤料的过滤效率得到提高,但过滤阻力呈现上升趋势;当纳米纤维纤维毡层数为3层、每层纺丝时间为1.5h时,复合滤料对0.3μm和0.5μm颗粒的过滤效率分别可达97.291%和98.862%,但过滤阻力达到39Pa。

 1.静电纺PLA梯度复合滤料的制备及过滤性能研究 

非织造材料具有三维立体网状曲径式孔结构,同 时具有高产量、低成本及短生产工艺流程等特点,目前在空气过滤领域得到了广泛应用。传统非织造过滤材料(水刺、纺粘和熔喷等)虽然表现出良好的过滤性能,但受限于纤维直径较粗(微米级)和孔径较大等 因素,当大气中固体颗粒物浓度增大时,其对微纳米级颗粒的过滤效果并不理想。降低纤维直径和减小孔径可有效提升过滤材料对微纳米颗粒的捕获能力,但同时也会增加材料滤阻。因此,制备高效低阻的空气过滤材料具有重要意义。

静电纺纳米纤维毡具有纤维直径小、吸附能力强、 比表面积大、孔隙率高和孔径小等特点,对微纳米颗粒的捕获能力较强,在空气过滤领域有着广阔的应用前 景。但静电纺纳米纤维毡的强力较低、使用寿命较短,易因大颗粒物阻塞孔径而失效,同时为达到一定 的力学强度增加纳米纤维毡的厚度,又会造成滤阻增大。因此,静电纺纳米纤维毡较难单独用作过滤材料,需利用非织造过滤材料作为基布以提供支撑及 过滤大颗粒物,并将静电纺纳米纤维毡与其复合,以制 备高过滤性能和低滤阻的复合过滤材料。研究发现,纺丝电压对静电纺纤维的直径影响较大,而不同纤维直径的纳米纤维毡的孔径尺寸、纤维表面效应等均影 响其过滤性能。不同纤维直径的纳米纤维毡叠加复合后制备的多层复合纤维滤料具有较高的过滤 效率和较低的压降。因此,将不同纤维直径的纤维滤料复合,形成梯度过滤材料,有利于提高过滤材料的过滤效率和降低滤阻。本研究将聚丙烯(PP)熔喷纺粘非织造材料作为基布,利用溶液静电纺丝技术,以环境友好型聚乳酸(PLA)树脂为原料,利用滚筒式接收屏,横向移动注射泵,在PP非织造材料上直接进行静电纺丝接收,并通过改变纺丝电压和纺丝时间来调节静电纺纳米纤维毡的 层数和纤维直径,制备出梯度结构复合滤料,并对复合滤料的外观形态、孔隙结构和过滤性能进行测试研究。 2.结论 (1)PLA纳米纤维毡与PP纺粘熔喷非织造基布复合制备的梯度过滤材料可显著提高对0.3μm 和0.5μm直径颗粒的过滤效率。(2)当纳米纤维毡层数固定时,随着纺丝时间的增加,梯度过滤材料的厚度增大,对0.3μm 和0.5μm 颗粒的过滤效率有较大的提升,但过滤阻力随之增加;当每层纳米纤维毡纺丝时间固定时,随着纳米纤维毡 层数的增加,梯度过滤材料的厚度增大,对0.3μm 和 0.5μm 颗粒的过滤效率也有较大的提升,但过滤阻力 也随之增加;当纳米纤维毡层数为3层,每层纺丝时间 为1.5h时,复合滤料对0.3μm 和0.5μm直径颗粒 的过滤效率分别提升了10.8%和6.2%。(3)纳米纤维毡层数和每层纺丝时间对梯度过滤材料的孔径分布有显著影响。随着纺丝时间的延长,梯度复合材料的平均孔径呈减小趋势;当纳米纤维毡层数为3层,纺丝时间为1.5h时,梯度复合滤料的平均孔径、大小孔径均有较大程度减小。