静电纺纤维材料在空气过滤中的研究进展

Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ Ｆｉｂｅｒ ｆｏｒ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ
ｙｎｎ Ｘｉａｏｍｅｉ （Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｈｕｂｅｉ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆ ｉｃｅ，ＳＩＰＯ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）
静电纺纤维的直径不均匀也 是普遍存 在 的缺 陷 ，Ｄｅｍｉｒ 在研 究静电纺聚氨酯纳米纤维材料时发 现 ，在 ７０￣Ｃ下纺制 的纳 米纤 维的均匀性 比在室温下纺 的要好得 多 ，这 由于温 度越高 聚 氨酯 溶液的粘度越小 ，室温下 ，ＰＵ的最大可纺 浓度为１２．８ｗｔ％ ； 而在 高温下 ，最大 可纺 浓度 上升到 ２１．２ｗｔ％ 。
随着现代社 会 的不断 发展 ，环境 空 气污 染愈 发严 重 ，频发 的雾霾带来 的危害已引发大家 的广 泛关 注 ，因此空气 过滤净 化 设备 已成为研究 的热点 ，其 中以过滤材料 的研究 与开发 更为迫 切 … 。常见 的空气过滤 材料主要为石棉 纤维 、聚酯 与聚丙烯腈 等合成纤维 、玻璃纤 维等 ，但 以上 材料 仅能 过滤 掉粒 径 有限 的 微粒 ，对于尺寸更小 的如病 毒类 的病 原体 、吸附性 的气体 污染 物等 的过滤效果 较差 。而静电纺丝 由于其 独特 的工艺优 势 ，能 够制得纳米级 的聚合 物纤 维 ，并具 有孔径 小 、孑Ｌ隙率 高 、孔径联 通性好 、透气性好等优点 ，非常适合 用于空气 净化 ，因此 国 内外 学者对 静 电 纺 丝 材 料 在 空 气 过 滤 领 域 的 应 用 进 行 了深 入 研 究 一 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｒ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｆ ｉｂｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆ ｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｆｉｂｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｆ ｉｂｅｒ ｉｎ ａｉｒ ｆ ｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｏｗｎ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎ ｄ ｔｈｅ ａｎｔｉｂａｃｔｅｒ ｉａ ｌ ｐｒ ｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎａ ｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｒｅｓｅａ ｒｃｈ，ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｆｉｂｅ ｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａｉｒ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｉｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｉｒ ｆ ｉｌｔ ｒａｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｉｎｎｉｎｇ；ｎａｎｏｆｉｂｅｒ ｍ ａｔｅｒｉａ ｌ ；ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ
２ 静 电纺 纤维 过滤 材 料的 改进研 究 ２．１ 静 电纺纤维过滤材料的缺 陷及改进
静电纺过程 中由于溶 液黏 度 、射流 电荷 密度 ，溶液 表面 张
力等 因素 的作用所产生 的串珠结 构 ，使 纳米纤 维 的结 构变得 不 均匀 ，影 响着材料的过滤性能 ，而提高 溶液黏度 、射 流电荷 密度 和降低表面张力 均有 利于 形成无 珠纤 维。卢文 芸 在 制备 静 电纺 ＰＶＡ纤维时发现 ，添加一定浓度 的盐后可 以获得直径较 小 的无珠纤维 ，这是 由于盐的加人使静 电纺过程 中溶液 射流表 面 电荷 密度增加 ，而电荷 的增加 ，有 利于增 大拉伸 力 ，从 而获得较 小的纤维珠粒 ，纤 维直径更细 。
材料 太轻薄 、强度 低则 是 静 电纺纤 维 的主要 缺点 ，并 且 到 一 定 厚度 后纤维层 之间 的粘 附性变 差 ，容易 分离 ，因此 常需要 通过静 电纺纤 维膜与支 持基 布进行 复合 。刘 万军 ［１ １］等制备 了熔 喷 一静电纺 一熔喷 （ＭＥＭ）夹层结构 的纳米 复合非 织造材 料 ，通过表层 聚丙烯 （ＰＰ）熔 喷非织 造材 料来 收集 微米 级 的颗 粒 ，中间层聚对苯二 甲酸 丁二醇酷 （ＰＢＴ）纳 米纤维来捕 捉直径 小 于 ５００ ｎｍ 的颗粒 ，而最底 层 ＰＰ熔 喷材料为整 个非织 造材料 提供支撑力 ，该过滤 材料 能够 有效 去除粉 尘颗 粒 ，同时保 证气 流 的通 透 性 。
第 １５期
严 小妹 ：静 电纺 纤维材料在空气过滤 中的研究进展
·４７·
静 电纺 纤 维 材 料 在 空气 过 滤 中的研 究进 展
பைடு நூலகம்严 小妹
（国家知识产权局专利局专利 审查 协作湖北 中心 ，湖北 武汉 ４３００７０）
摘要 ：介绍 了静电纺纤维材料的空气过滤机理 ，综述了对静电纺纤维材料的改性研究进展 ，包括基 于静 电纺纤维在 空气过滤 中 自身存 在
ｌ 静 电纺 纤维材 料 的空气 过 滤机理 过滤过程理 论 上 分为 两 个不 同的 阶段 ：第 一个 为 稳定 阶
段 ，在这个 阶段中 ，过 滤 材料对 微粒 的捕 捉效 率 和阻 力并 不受 时间的影响 ，起 决定性 作用 的 因素为 过滤 材料 的 自身结 构 、微 粒的性质和气流 ；第 二个为不稳定 阶段 ，在这个 阶段 中 ，过 滤材 料的捕捉效率和 阻力并不受微 粒性质 的影 响，而是 随时 间的变 化而变化 ，主要 表现 为 微粒 的 沉积 、气体 的侵 蚀 、水 蒸 气 的影 响 。静 电纺纤维材 料的空气过 滤 为稳 定过 程 ，通过考 虑空 气过滤的主要 因素 ：微粒 、空气 和过滤材 料 的特征 ，确定影 响空 气过滤材料过滤性能 的最重要 的参数 为 ：微 粒直径 、空 气流速 、 纤维直径和填充 率。 总之 ，纤维 越 细 ，填充 得越 密实 、越 均 匀 ， 所 能过滤的粒子越小 ，过滤效率越高 。
的性能缺陷所作出的改进研究 ，以及对 其抗菌 性能 的功能 性改进 研究 ，最后对 静 电纺纤维 在空 气过滤 应用 中的未来 发展趋 势进行 了
展 望 。
关键词 ：空气过滤 ；静 电纺 ；纤维材料 ；抗菌性
中图分类号 ：ＴＱ３４２ ．８
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００８—０２１Ｘ（２０１６）１５—００４７－０３