【摘 要】
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颗粒物造成的空气污染严重威胁着人们的健康,口罩已经成为个体防护最直接有效的工具。目前市面上聚丙烯(PP)熔喷布口罩存在过滤性能随着电荷的衰减而降低,使得防护性能下降的问题;以及口罩的循环使用性差和废弃口罩造成环境污染的问题。因此,环保型可重复使用口罩的开发需求迫切。本文利用静电纺丝技术制备了纤维素基可降解空气过滤材料,对其制备工艺以及结构性能进行了系统的研究。具体工作如下:(1)首先以制备纤维素基
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颗粒物造成的空气污染严重威胁着人们的健康,口罩已经成为个体防护最直接有效的工具。目前市面上聚丙烯(PP)熔喷布口罩存在过滤性能随着电荷的衰减而降低,使得防护性能下降的问题;以及口罩的循环使用性差和废弃口罩造成环境污染的问题。因此,环保型可重复使用口罩的开发需求迫切。本文利用静电纺丝技术制备了纤维素基可降解空气过滤材料,对其制备工艺以及结构性能进行了系统的研究。具体工作如下:(1)首先以制备纤维素基空气过滤材料为目标。选用醋酸纤维素(CA)为纺丝原料,丙酮(Ac)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶液,制备CA纺丝膜。分析各参数(溶液浓度、电压、纺丝距离)对纤维形貌的影响,对不同纺丝时间制备的CA纤维膜的过滤性能进行测试。结果表明,当CA质量分数为14%、纺丝电压为15k V,纺丝距离为18 cm时,制备的纤维均匀度较好;但整体来看,纤维膜强力较低(拉伸应力为0.18 MPa),过滤性能不佳(最佳过滤性能:过滤效率为89%,压降为27 Pa,品质因子为0.082)。(2)为了提高纤维膜的力学性能,通过引入强力较高的热塑性聚氨酯(TPU),制备了CA/TPU纤维膜。研究了CA和TPU纺丝液以不同的方式混合(纺丝液在磁力搅拌器经搅拌混合、纺丝液在同轴同芯喷丝头处混合和纺丝液在同轴偏芯喷丝头处混合),对纤维膜微观形貌、力学性能、润湿性能、孔径大小及过滤性能的影响。结果表明,混合纺丝微观形貌、力学性能(2.48 MPa)及过滤性能均优于同芯纺丝和偏芯纺丝;当克重为2.2 g/m~2时,混合纺丝制备的纤维膜过滤效率达到99.7%,压降为61 Pa。(3)CA/TPU纺丝液的电导率较低,在纺丝过程中,射流受到的拉伸不充分,形成的纤维直径较大且粗细不均,进而影响纤维膜的性能。通过在纺丝液添加氯化锂(Li Cl),制备CA/TPU-x LiCl超细纤维,研究Li Cl添加量对纤维膜各性能的影响。结果表明,当Li Cl添加量为1%时,CA/TPU-1Li Cl纤维膜具有优异的过滤性能,过滤效率为99.8%时,压降仅为52 Pa;经过10个循环测试,过滤效率仅下降了0.7%;酒精消毒对其过滤性能没有明显影响。综上,本研究研发的CA/TPU-1LiCl纳米纤维膜具有优异的过滤和耐用性能,可为现阶段亟需的持久耐用和可重复使用性口罩生产提供新的思路,也为口罩的大量使用带来的环境污染提供了新的解决方案。
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