PVDF/PSU复合抗菌纳米纤维空气过滤材料的制备及其在口罩中的应用研究

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近年来,我国的工业化发展迅速,城镇化速度不断加快,各种污染问题纷至沓来,其中空气污染己成为当下环境污染的一个主要问题。工厂废气、汽车尾气、建筑粉尘、居民生活等排放了大量的烟尘颗粒,而这些颗粒物也为细菌提供了生长繁殖的载体。这些不单单会严重威胁人们的身体健康,同时也会对自然气候产生不良影响,破坏动物、植物赖以生存的自然环境。2014年1月4日,国家减灾办、民政部通报2013年自然灾情,首次将雾霾天气纳入。因此,设计和制备出能有效阻挡空气中细微粉尘颗粒物并具有优良抗菌性能的口罩滤布材料是摆在人类面前的、关乎人类身体健康的重大课题。对于尺寸在微米级以上的颗粒,传统非织造口罩滤布可以具有较好的过滤性能,但对于尺寸在亚微米甚至纳米级的颗粒物质或细菌,传统非织造口罩滤布对其过滤性能较差,而且具有抗菌功能化的空气过滤材料更是少之又少。本课题主要釆用静电纺丝技术,先以聚偏氟乙烯(PVDF)为原料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,制备出了不同浓度下的PVDF纳米纤维膜,并采用扫描电镜、LZC-H过滤性能测试台、强力拉伸仪等观察PVDF纤维膜的结构形貌并表征其应用性能,综合以上性能,确定了PVDF的浓度15wt%;其次,为了增强PVDF纤维膜的强力、降低PVDF纤维膜的堆积密度,引入了聚砜(PSU)纳米纤维,使得PVDF/PSU纤维之间穿插纠缠,从而大大提高了纤维膜的力学性能,降低了纤维膜的堆积密度,并通过调整两种聚合物层合比例及喷头的比例对纤维膜的力学性能以及过滤性能进行了综合衡量,确定了PVDF/PSU纤维膜的喷头比例为1/4;最后为了使PVDF/PSU纤维膜具有抗菌性,加入了一种有机抗菌剂SCJ-891,通过调整SCJ-891的浓度,制备出了具有优异的抗菌性能的PVDF/PSU复合纳米纤维微孔膜,并对其过滤性能、拉伸性能和抗菌性能等进行表征。实验结果表明:当SCJ-891的水溶液浓度达到5%时,处理后的PVDF/PSU纤维膜的过滤效率和压阻分别为99.948%和33Pa,对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99%以上,具有良好的抗菌效果。人们在使用过程中对滤材的要求不同,因此我们选择不同克重的纤维膜来满足实际过滤效率和阻力压降的需求。当纤维膜克重约为20g/m2左右、空气流量为32L/min时,对空气当量直径在0.3微米左右的氯化钠气溶胶颗粒的过滤效率达到99.948%,压阻仅为34Pa。在纤维膜的克重确定后,我们研究了不同的测试风速对纤维膜过滤性能与压阻的影响,当风速由10L/min逐渐升高到90L/min时,过滤氯化钠气溶胶颗粒效率从99.995%下降到91.142%。
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