空气过滤用静电纺纳米纤维材料的研究进展.pdf

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1、Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．３化工新型材料第４０卷第３期·１８·ＮＥＷＣＨＥＭＩＣＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳ２０１２年３月空气过滤用静电纺纳米纤维材料的研究进展李永建１，２１，２＊李从举（１．北京服装学院材料科学与工程学院，北京１０００２９；２．北京市服装材料研究开发与评价重点实验室，北京１０００２９）摘要介绍了静电纺丝技术在空气过滤方面的应用，回顾了纤维过滤材料的发展历史，并详细阐述了静电纺纳米纤维毡、复合型纳米纤维毡和抗菌性纳米纤维毡等过滤材料在国内外的研究进展。关键词空气过滤，纤维过滤材料，静电纺纳米纤维过滤材料Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒ

2、ｏｓｐｕｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓｕｓｅｄｆｏｒａｉｒｆｉｌｔｅｒ１，２１，２ＬｉＹｏｎｇｊｉａｎＬｉＣｏｎｇｊｕ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＦａｓｈｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９；２．ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｌｏｔｈｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓＲ＆ＤａｎｄＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｉｎａｉｒｆｉ

3、ｌｔｒａｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｏｆｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｍａｔｓ，ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｎａｎｏｆｉｂｅｒｍａｔｓ，ａｎｄｔｈｅａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌｎａｎｏｆｉ－ｂｅｒｍａｔｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｗｅｒｅｅｌａｂｏｒａｔｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓａｉｒｆｉｌｔｅｒ，ｎａｎｏｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌ，ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅ

4、ｒｍａｔｅｒｉａｌ在制造、食品、医药、生物、电子等行业，原料提纯、空气净纳米尺寸的纤维，是过滤材料发展的必然趋势。制备纳米级化、水净化、和废弃物排放等都是不可缺少的工业生产环节，［４］纤维过滤材料的方法很多，如离子微孔膜和陶瓷纳米膜材对气载污染物、有害生物制剂、过敏原、气溶胶颗粒的有效控［５］料等。但静电纺丝工艺是制备纳米纤维最简单的方法。制是人们关注的主要问题之一。一般漂浮在空气中的粉尘颗２静电纺纳米纤维过滤材料的研究发展粒物直径从几十纳米到几十微米，它们都是造成空气污染的主要原因。高效空气过滤器可以有效地除去０．３μｍ以上的颗１９０２年，

5、美国第一次在静电场力作用下，利用溶液喷射流粒，然而不能除去粒径更小的颗粒。对于空气净化，过滤行业［６］。１９３４年，Ｆｏｒｍｈａｌｓ在美国提出静电纺丝技术制备出纤维一直致力于寻找一种材料制备出能够高效过滤掉０．３μｍ以下并申请了专利［７］。１９３８年，Ｒｏｚｅｎｂｌｕｍ和Ｐｅｔｒｙａｎｏｖ－Ｓｏｋｏｌｏｖ颗粒的过滤介质。纳米纤维材料因其优良的品质迅速引起人在苏联的卡尔波夫气溶胶实验室制备了静电纤维，并成功的们的关注并且很快的被应用到过滤方面。将其应用于过滤材料（现在被称作为纳米纤维过滤器）。１９３９年，防毒面具过滤元件的生产厂在特维尔已经建立

6、起来，这种１纤维过滤材料的发展历史过滤材料是通过电纺溶解在二氯乙烷和乙醇混合溶剂的醋酸早在第一次世界大战期间，就出现了以石棉纤维为滤料纤维素制备而来的［８］。到２０世纪６０代末，苏联已经拥有５家的防毒气面具。１９４０年，美国制备出玻璃纤维过滤材料，并发生产纳米纤维过滤材料的工厂，而且产量达到了每年２０００万［１］明了专利。２０世纪５０～７０年代，纤维过滤材料得到了飞速ｍ２。在“唐纳森”公司的努力研究下，于１９８０年纳米纤维过滤发展，出现了以玻璃纤维为滤材的高效空气过滤器（ＨＥＰＡ），材料在美国也迅速兴起。在欧洲，电纺纤维的商业化始于并应用于房

7、间的空气净化［２］。为了进一步提高过滤性能，又［９］１９９０年。我国在７０年代末才开始真正推广纤维过滤材料，采用超细玻璃纤维制备出的高效过滤器，对大于等于０．３μｍ主要采用的是湿法和化学粘合法加工技术，到了８０年代至９０的微粒的过滤效率达到９９．９９９８％。随后日本又开发出一种［１０］，虽然目前已经拥有年代才出现针刺法、纺粘法和熔喷法等超高效过滤器（ＵＬＰＡ），对０．１μｍ的微粒，其过滤效率可以高几乎所有世界上的纤维制造技术，但对静电纺纳米纤维过滤［３］。随着电子、航天、精密仪器等对室内空达９９．９９９５％以上材料的研究仍处于起步阶段。气洁净

8、度要求极高的新型行业的出现和发展，微米级纤维过静电纺丝技术制备的纳米级纤维具有纤维直径小、比表滤材料已经达不到过滤精度的要求，在过滤材料结构中使用面积高和长径比大等