一种静电纺PHA可降解过滤材料、制备方法及其应用 |
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| 申请号 | CN202311712350.6 | 申请日 | 2023-12-13 | 公开(公告)号 | CN117684331A | 公开(公告)日 | 2024-03-12 |
| 申请人 | 上海经海纬象生物材料有限公司; | 发明人 | 王慧; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种静电纺PHA可降解过滤材料、制备方法及其应用，属于过滤材料领域。针对现有过滤材料过滤效果差且不可降解的问题，本发明提供了一种静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法，包括如下步骤：将无机 驻极体 纳米颗粒分散在 溶剂 中，加入分散剂和 粘合剂 ，得到分散液；将PHA溶解在溶剂中得到PHA 聚合物 溶液，在PHA聚合物溶液中加入无机驻极体纳米颗粒的分散液，并进行搅拌；搅拌之后进行超声 脱泡 得到纺丝液；将聚PHA纳米 复合材料 纺丝液采用 静电纺丝 工艺得到PHA纳米复合 纤维 膜。本发明利用无机驻极体纳米颗粒和PHA进行混合，实现最优的驻极效果且可降解；且整个制备方法步骤简单，可操作性强，PHA驻极体纳米复合纤维过滤材料过滤性能高、过滤阻 力 小。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种静电纺PHA可降解过滤材料、制备方法及其应用技术领域[0001] 本发明属于过滤材料技术领域，更具体地说，涉及一种静电纺PHA可降解过滤材料、制备方法及其应用。 背景技术[0002] 随着经济的快速发展，人类在工业生产和自然活动过程中产生了大量的粉尘颗粒、化学物质、有害微生物等，严重危害着环境质量和人们身体健康，口罩已成为每个人的生活必需品，一次性口罩的主要原材料是聚丙烯（简称PP），本质上也是一种塑料，需要长达 450 年时间才能分解。据OCEANS ASIA（亚洲海洋组织）在2020年12月的报告里显示，2020年，全球至少有15.6亿个口罩被丢弃，这些口罩相当于产生了4680吨至6240吨的塑料垃圾，或流入海洋、或掩藏在土地中。在口罩污染问题引起关注后，研究可降解口罩成了一种新趋势。 [0003] 聚羟基脂肪酸酯（PHA）是细菌在生长条件不平衡时产生的代谢产物，其生理功能是首先作为体内的碳源和能量储存物质。PHA不仅具有一般合成塑料的理化性能，更具有普通合成塑料所不具有的生物全降解性，生物相容性，光学活性，压电性以及其在生物合成过程中可利用再生原料等优异性能。PHA应用于过滤材料领域能够实现一次性口罩用完之后的100%可降解，避免了口罩污染的问题。但是常规的过滤材料依靠材料本身的结构特点实现对颗粒的有效过滤，对于细小微粒的去除不够彻底，而且材料本身容易滋生有害微生物，存在二次污染的可能。 [0004] 针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号CN202010975931.9，公开日为2021年2月2日，该专利公开了一种完全可生物降解的过滤材料及其制备方法，(1)将纸浆添加驻留剂、驻极剂制成湿纸幅，纸幅定量为10～30g/m2；(2)将步骤(1)中所述湿纸幅水刺到水刺聚乳酸无纺布上，得到植物纤维‑聚乳酸无纺布过滤基材；(3)将步骤(2)中所述的过滤基材进行亲肤处理，使过滤材料具有良好的穿戴舒适性；(4)将经亲肤处理得到的过滤基材进行驻极处理，使过滤材料表面具有较高的静电电位，得到具有高过滤效率的可完全生物降解的过滤材料。该专利的不足之处在于：操作繁琐且过滤效果有限。 [0005] 又如中国专利申请号CN201710994001.6，公开日为2018年4月6日，该专利公开了一种有机无机混纺静电纺丝纤维，由可降解聚合物分散于溶剂中与磷酸钙类纳米颗粒混纺而制成；制备该有机无机混纺静电纺丝纤维的方法，包括：可降解聚合物与溶剂均质、加磷酸钙类纳米颗粒进行均质和静电混纺纺丝。该有机无机混纺静电纺丝纤维，可降解聚合物与磷酸钙类纳米颗粒的结合强度高、韧性强，可塑性强，具有较好的医学应用前景。该专利的不足之处在于：虽然具有较高的机械性能，但是其过滤效果仍然有待提高。 发明内容[0006] 1、要解决的问题针对现有过滤材料过滤效果差且不可降解的问题，本发明提供一种静电纺PHA可降解过滤材料、制备方法及其应用。本发明利用无机驻极体纳米颗粒和PHA进行混合，实现最优的驻极效果的同时可降解；且利用静电纺丝工艺不仅仅获得了纤维，同时完成了驻极体材料电荷的产生和储存，使得静电纺丝工艺还起到了纳米纤维的驻极作用；整个制备方法步骤简单，可操作性强，PHA驻极体纳米复合纤维过滤材料过滤性能高、过滤阻力小。 [0007] 2、技术方案为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。 [0008] 一种静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法，包括如下步骤：制备无机驻极体纳米颗粒的分散液：将无机驻极体纳米颗粒分散在溶剂中，加入分散剂和粘合剂，得到无机驻极体纳米颗粒的分散液；所述溶剂为氯仿、1,2‑二氯乙烷、1, 1,2,2‑四氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷、N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的其中一种；所述无机驻极体纳米颗粒的分散液中无机驻极体纳米颗粒的添加量为1 10%wt；分散剂的添~ 加量为0.5 2%wt；粘合剂的添加量为2 12%wt； ~ ~ 制备聚PHA纳米复合材料纺丝液：将PHA溶解在溶剂中得到PHA聚合物溶液，在PHA聚合物溶液中加入无机驻极体纳米颗粒的分散液，并进行搅拌；搅拌之后进行超声脱泡得到聚PHA纳米复合材料纺丝液；所述溶剂为氯仿、1,2‑二氯乙烷、1,1,2,2‑四氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷、N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的其中一种； 制备PHA纳米复合纤维膜：将聚PHA纳米复合材料纺丝液采用静电纺丝工艺得到PHA纳米复合纤维膜。 [0009] 更进一步的，所述静电纺丝工艺具体包括：将聚PHA纳米复合材料纺丝液注入至注射料筒中； 注射料筒在推进器的控制下将聚PHA纳米复合材料纺丝液挤出，经过电场拉伸形成纳米纤维； 纳米纤维在接收装置的表面形成PHA纳米复合纤维膜；且注射料筒在接收装置的正上方竖直放置。 [0010] 更进一步的，在静电纺丝工艺中其静电压为20～50kV；静电场环境温度为20～40℃，湿度为50%以下；接收装置与注射料筒之间的距离为10 20cm；注射速度为0.2 0.8 mL/~ ~h。 [0011] 更进一步的，所述接收装置为旋转筒，旋转筒的转速为20～50r/min；且旋转筒的表面平铺设置有无纺布基材。 [0012] [0014] 更进一步的，所述聚PHA纳米复合材料纺丝液中无机驻极体纳米颗粒的质量分数为1 2%；PHA质量分数为8 10%。~ ~ [0015] 更进一步的，所述无机驻极体纳米颗粒的直径小于200nm；且无机驻极体纳米颗粒为二氧化硅、二氧化钛、电气石、磷灰石、三氧化二铝、氧化锌、氧化钡、四氧化三铁、五氧化二钽、钛酸钡、锆钛酸铅、氮化硅、铌酸锂、勃姆石纳米颗粒中的一种或多种。 [0016] 一种静电纺PHA可降解过滤材料，采用如上述任一项所述的静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法制备而成。 [0017] 一种如上述所述的静电纺PHA可降解过滤材料的应用，应用在口罩领域。 [0018] 3、有益效果相比于现有技术，本发明的有益效果为： （1）本发明通过在PHA聚合物溶液中加入无机驻极体纳米颗粒的分散液，并且通过搅拌和超声脱泡实现两种溶液内物质的均匀分散，有利于无机驻极体粉体最终在纤维内部的均匀分散，从而实现最优的驻极效果；且利用静电纺丝工艺不仅仅获得了纤维，同时完成了驻极体材料电荷的产生和储存，使得静电纺丝工艺还起到了纳米纤维的驻极作用，在纺丝的过程中即可将大量空间电荷注入纤维当中，而空间电荷易被纤维内部的深陷阱捕获，同时可诱导偶极极化而产生极化电荷，驻极效果长效持久，因而静电纺丝工艺可一步成型制备纳米纤维驻极过滤材料，且具有优异的驻极效果，从而获得高效过滤的性能；同时保证整个制备方法步骤简单，可操作性强，PHA驻极体纳米复合纤维过滤材料过滤性能高、过滤阻力小； （2）本发明通过对静电纺丝工艺进行参数限制，并且选择特定的方式进行接收纳米纤维形成PHA纳米复合纤维膜，在静电纺丝过程中的高压电场作用下，无机驻极体材料的电荷存储能力和电荷稳定性增强，利用复合驻极过滤材料的静电效应，在保持低压阻的同时可有效提高滤材的过滤效率；同时能够保障纤维膜成型的均匀性，从而保障质量； （3）本发明对无机驻极体纳米颗粒的分散液和聚PHA纳米复合材料纺丝液中的各原料的含量进行一定量的范围限制，因聚合物的含量直接影响纺丝液的粘度，粘度大时，分子间抱合力大，电场力拉伸困难，不能充分拉伸导致直径相应变大；但粘度过小时，分子间抱合力小，溶液过稀，无法拉伸导致可能形成不了纤维；通过对原料进行含量控制，使得最终制备的PHA纳米复合纤维膜的过滤以及电荷存储性能均得到了大幅度的提升。 附图说明 [0019] 图1为本发明的流程示意图。 具体实施方式[0020] 下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。 [0021] 如图1所示，一种静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1：制备无机驻极体纳米颗粒的分散液：将无机驻极体纳米颗粒分散在溶剂中，加入分散剂和粘合剂，并超声20 60min，得到无机驻极体纳米颗粒的分散液；所述溶剂~ 为氯仿、1,2‑二氯乙烷、1,1,2,2‑四氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷、N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的其中一种； 无机驻极体纳米颗粒通过静电吸附作用可以在原有滤料结构效率的基础上大幅度提高静电吸附力对颗粒的拦截作用从而提高过滤效果；同时又能保证低压阻的特点；在本实施例中无机驻极体纳米颗粒可以为二氧化硅、二氧化钛、电气石、磷灰石、三氧化二铝、氧化锌、氧化钡、四氧化三铁、五氧化二钽、钛酸钡、锆钛酸铅、氮化硅、铌酸锂、勃姆石纳米颗粒中的一种或多种；并且为了进一步保证无机驻极体纳米颗粒能够均匀的分散在溶剂中，且易于快速分散，将无机驻极体纳米颗粒的直径控制在200nm以下；避免粒径过大不易于使其均匀分散在溶剂内，且粒径过大不易于破碎，增加成本；粒径过小其不能够有效发挥其静电吸附力对颗粒的拦截作用，继而导致其过滤效果差。 [0022] 同时纳米材料因颗粒较小容易产生团聚现象，因此需要一定的能量将其分散。超声振荡是纳米材料分散的重要辅助手段，可以通过调整超声的时间和功率来改善材料的分散效果。在一定时间内分散的效果与分散时间成正比，时间越来，分散的纳米颗粒越多，平均粒径最小，分散效果最好。但是过长的超声时间不但会造成能源上的浪费和设备的损坏，还可能会破坏纳米材料本身的结构，因此本申请选择超声时间为20 60分钟。~ [0023] 分散剂的作用其主要是促进无机驻极体纳米颗粒均匀的分散在溶剂中，形成稳定的混合液；同时能够增加无机驻极体纳米颗粒表面的活性，有效防止其在溶剂中沉淀或聚集；在本实施例中分散剂为电解质类分散剂或高分子超分散剂；可优选采用三乙醇胺、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇等其中的一种或一种以上。 [0025] 优选的，所述无机驻极体纳米颗粒的分散液中无机驻极体纳米颗粒的添加量为1~10%wt；分散剂的添加量为0.5 2%wt；粘合剂的添加量为2 12%wt。 ~ ~ [0026] 纳米材料在聚合物集体中的分散情况是高分子纳米复合材料性能的重要影响因素。由于纳米颗粒在聚合物基体中的含量不能太高，所以想通过一次性加入大量的纳米材料到聚合物制成高含量母粒或者纤维材料是行不通的，这只会加快纳米颗粒的团聚，而一旦产生团聚，将导致力学性能下降，严重的会使材料直接报废。因此将无机纳米颗粒先在溶剂中进行分散是获得稳定的纳米颗粒分散体系的手段，再通过纺丝工艺从而实现纳米颗粒在聚合物中的均匀分布。纳米颗粒在纺丝原液中的分散性是决定可纺性及纤维性能的重要因素之一，为了保证分散效果，合理的添加量在1 10%wt之间，添加量过少，纳米颗粒发挥不~了作用，而添加量过多则会导致分散困难，团聚现象严重，影响纤维性能甚至无法成形。 [0027] 分散剂吸附于固体颗粒的表面，在固体颗粒的表面形成吸附层，使固体颗粒表面的电荷增加，提高形成立体阻碍的颗粒间的反作用力。使固体粒子表面形成双分子层结构，外层分散剂极性端与水有较强亲合力，增加了固体粒子被水润湿的程度。固体颗粒之间因静电斥力而远离。使体系均匀，悬浮性能增加，不沉淀，使整个体系物化性质一样。适当增加分散剂的用量能有效的降低纺丝溶液中固体颗粒的平均粒度，增强纺丝原液的稳定性能。但分散剂用量超过一定范围后，提升分散效果的作用不再明显，过多的分散剂游离在纺丝溶液中反而 会影响后续实际纺丝工艺。因此，合理的分散剂的添加量为0.5 2%wt。 ~ [0028] 由于无机粉体的化学性质稳定，表面缺少活性基团，在复合材料制备过程中会出现与基体间的亲和力差，分散不均匀、易团聚等现象，因此需要对无机粉体进行表面改性，粘结剂一般是通过对材料的表面改性，使无机纳米材料与基体材料之间形成化学键、氢键或范德华力等相互作用，从而改善纳米颗粒和颗粒之间以及颗粒与高分子基体之间的相互作用。这样不仅能提升无机驻极颗粒的分散性，也能充分发挥出驻极效果及耐久性。其用量可根据纳米无机粉体的用量适量添加，起到纳米粉体颗粒和高聚物基体之前的桥梁作用，如果用量过少，纳米驻极体颗粒不能完全粘结到PHA高聚物基体中，从而导致很多驻极体颗粒容易脱落、分散性差、驻极功能不持久等现象。但是，粘结剂过多不仅会造成成本的浪费，多余出来开的一部分粘结剂不仅发挥不了桥梁作用，也会造成整个体系的不稳定，从而影响纺丝加工性能。因此，本体系中，对应的粘合剂的合理添加量为2 12%wt。~ [0029] 步骤2：制备聚PHA纳米复合材料纺丝液：将PHA粒料或者PHA粉末溶解在溶剂中得到PHA聚合物溶液，且使得PHA聚合物溶液的质量分数为2 15%；在PHA聚合物溶液中加入无~机驻极体纳米颗粒的分散液，并进行机械搅拌30 120min；搅拌之后进行超声脱泡，超声时~ 间为20 60min；得到聚PHA纳米复合材料纺丝液；所述溶剂为氯仿、1,2‑二氯乙烷、1,1,2,2‑~ 四氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷、N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的其中一种； PHA不仅具有一般合成塑料的理化性能，更具有普通合成塑料所不具有的生物全降解性；在本实施例中PHA为聚羟基脂肪酸酯，其可以是聚羟基丁酸酯(PHB)，羟基丁酸酸共聚酯(PHBV)，羟基丁酸已酸共聚酯(PHBHHx)，聚3‑羟基丁酸酯/4‑羟基丁酸酯共聚物（P34HB）等生物聚酯重的一种或多种。 [0030] 优选的，所述聚PHA纳米复合材料纺丝液中无机驻极体纳米颗粒的质量分数为1~2%；PHA质量分数为8 10%。 ~ [0031] 无机纳米粉体的添加量根据我们实际需要达到的目的而定，为了到达一定的驻极效果但又防止其团聚，纳米粉体的添加量不能过高，其次，高聚物的纺丝是要求极高，过量的无机材料的引入可能会导致纤维难以成形，纤维强力差等问题。 [0032] 高聚物PHA的用量是由材料其本身的溶解特性决定的，首先PHA在溶剂中的溶解能力有限，综合各种溶剂对PHA的溶解能力来看，10%的质量分数已经接近其溶解能力的上限，且更高的质量分数会导致溶液粘稠，流动性差，整个体系的分散性和稳定性也随之受到影响。但是，PHA的含量也不能过低，如果PHA含量低于5%，高聚物太少，溶液太稀，纺丝不稳定，同时也是对溶剂的浪费。因此，本申请中，优选的PHA质量分数为8 10%。~ [0033] 步骤3：制备PHA纳米复合纤维膜：将聚PHA纳米复合材料纺丝液采用静电纺丝工艺得到PHA纳米复合纤维膜。 [0034] 静电纺纺丝工艺是一种利用高压电进行纺丝的纳米纤维制备技术同时也是一种纳米纤维驻极技术，其相比于电晕放电以及热极化驻极技术的优势在于纺丝的过程中即可将大量空间电荷注入纤维当中，而空间电荷易被纤维内部的深陷阱捕获，同时可诱导偶极极化而产生极化电荷，驻极效果长效持久，因而静电纺丝法可一步成型制备纳米纤维驻极过滤材料，且具有优异的驻极效果。 [0035] 具体的，在本实施例中所述静电纺丝工艺具体包括：将聚PHA纳米复合材料纺丝液注入至注射料筒中；在该步骤中聚PHA纳米复合材料纺丝液应缓慢均匀注入到注射料筒中以避免产生气泡； 注射料筒在推进器的控制下将聚PHA纳米复合材料纺丝液挤出，经过电场拉伸形成纳米纤维； 纳米纤维在接收装置的表面形成PHA纳米复合纤维膜；且注射料筒在接收装置的正上方竖直放置；在该步骤中所述接收装置为旋转筒，旋转筒的转速为20～50r/min；且旋转筒的表面平铺设置有无纺布基材，无纺布基材在平铺过程中不可以用力拉扯基材，不可以出现褶皱，一定要铺平，否则将严重影响纤维膜均匀性。 [0036] 且在静电纺丝工艺中其静电压为20～50kV；静电场环境温度为20～40℃，湿度为50%以下；接收装置与注射料筒之间的距离为10 20cm；注射速度为0.2 0.8 mL/h。将静电纺~ ~ 丝工艺中的参数控制在上述范围内，能够实现工作稳定的同时保证效果。 [0037] 一种静电纺PHA可降解过滤材料，采用如上述任一项所述的静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法制备而成。该静电纺PHA可降解过滤材料可满足全降解的同时提高过滤效果和过滤效率。 [0038] 一种如上述所述的静电纺PHA可降解过滤材料的应用，应用在口罩领域。随着对健康意识的逐渐提高，人对口罩的使用需求越来越大。在口罩成为大量消耗品的现在，口罩被废弃后由于其不可降解性导致其大量污染环境；并且现有的口罩对细小微粒的去除不够彻底，而且材料本身容易滋生有害微生物，存在二次污染的可能。因此将本申请的静电纺PHA可降解过滤材料应用在口罩领域，其不仅能够实现一次性口罩用完之后的100%可降解，避免了口罩污染的问题；还能在保持低压阻的同时可有效提高滤材的过滤效率和过滤效果。 [0039] 实施例1一种静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法，包括如下步骤： 步骤1：制备无机驻极体纳米颗粒的分散液：将5g纳米颗粒（190nm）分散在25mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入0.05g分散剂聚乙烯吡咯烷酮，0.1g硅烷偶联剂KH550， 并超声30min，得到分散液溶液； 步骤2：制备聚PHA纳米复合材料纺丝液：称取40gP34HB粒子原料，溶解在475mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入上述纳米颗粒的溶剂分散液混合，用高剪切乳化分散机以 20000r/min的速度对混合溶液搅拌30min，然后将混合溶液放入超声浴中脱泡90min，形成混合均匀的纺丝液； 步骤3：制备PHA纳米复合纤维膜：将上述的纺丝液缓慢注入注射料筒中，采用静电纺丝工艺，设置静电压为24kV，接收距离为10cm，灌注速度为0.3mL/h，接收装置转数为30r/min。静电场环境温度为25℃，湿度为30%；纺丝液被挤压出经过电场拉伸形成纳米纤维，最终在接收装置表面形成纳米复合纤维膜。 [0040] 上述制备的驻极体复合过滤材料经测定，纤维平均直径为250nm，纤维膜过滤效率为99.11%（过滤效率针对粒径大于0.3μm的粒子），压阻为42Pa，该材料在海水、(25±3)℃条件下，平均在第43天能完全降解。 [0041] 实施例2一种静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法，包括如下步骤： 步骤1：制备无机驻极体纳米颗粒的分散液：将5g纳米颗粒(240nm)分散在25mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入0.05g分散剂聚乙烯吡咯烷酮，0.1g硅烷偶联剂KH550， 并超声30min，得到分散液溶液； 步骤2：制备聚PHA纳米复合材料纺丝液：称取40gP34HB粒子原料，溶解在475mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入上述纳米颗粒的溶剂分散液混合，用高剪切乳化分散机以 20000r/min的速度对混合溶液搅拌30min，然后将混合溶液放入超声浴中脱泡90min，形成混合均匀的纺丝液； 步骤3：制备PHA纳米复合纤维膜：将上述的纺丝液缓慢注入注射料筒中，采用静电纺丝工艺，设置静电压为24kV，接收距离为10cm，灌注速度为0.3mL/h，接收装置转数为30r/min。静电场环境温度为25℃，湿度为30%；纺丝液被挤压出经过电场拉伸形成纳米纤维，最终在接收装置表面形成纳米复合纤维膜。 [0042] 上述制备的驻极体复合过滤材料经测定，纤维平均直径为253nm，纤维膜过滤效率为86.49%（过滤效率针对粒径大于0.3μm的粒子），压阻为43Pa，该材料在海水、(25±3)℃条件下，平均在第41天能完全降解。 [0043] 实施例3一种静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法，包括如下步骤： 步骤1：制备无机驻极体纳米颗粒的分散液：将15g纳米颗粒（190nm）分散在25mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入0.05g分散剂聚乙烯吡咯烷酮，0.1g硅烷偶联剂KH550，并超声 30min，得到溶剂分散液； 步骤2：制备聚PHA纳米复合材料纺丝液：称取40gP34HB粒子原料，溶解在475mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入上述纳米颗粒的溶剂分散液混合，用高剪切乳化分散机以 20000r/min的速度对混合溶液搅拌30min，然后将混合溶液放入超声浴中脱泡90min，形成混合均匀的纺丝液； 步骤3：制备PHA纳米复合纤维膜：将上述的纺丝液缓慢注入注射料筒中，采用静电纺丝工艺，设置静电压为24kV，接收距离为10cm，灌注速度为0.3mL/h，接收装置转数为30r/min，静电场环境温度为25℃，湿度为30%，纺丝液被挤压出经过电场拉伸形成纳米纤维，最终在接收装置表面形成纳米复合纤维膜。 [0044] 上述制备的驻极体复合过滤材料经测定，纤维平均直径为250nm，纤维膜过滤效率为99.02%（过滤效率针对粒径大于0.3μm的粒子），压阻为39Pa，该材料在海水、(25±3)℃条件下，在第42天能完全降解。 [0045] 实施例4一种静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法，包括如下步骤： 步骤1：制备无机驻极体纳米颗粒的分散液：将5g纳米颗粒（190nm）分散在25mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入0.15g分散剂聚乙烯吡咯烷酮，0.1g硅烷偶联剂KH550， 并超声30min，得到分散液溶液； 步骤2：制备聚PHA纳米复合材料纺丝液：称取40gP34HB粒子原料，溶解在475mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入上述纳米颗粒的溶剂分散液混合，用高剪切乳化分散机以 20000r/min的速度对混合溶液搅拌30min，然后将混合溶液放入超声浴中脱泡90min，形成混合均匀的纺丝液； 步骤3：制备PHA纳米复合纤维膜：将上述的纺丝液缓慢注入注射料筒中，采用静电纺丝工艺，设置静电压为24kV，接收距离为10cm，灌注速度为0.3mL/h，接收装置转数为30r/min。静电场环境温度为25℃，湿度为30%；纺丝液被挤压出经过电场拉伸形成纳米纤维，最终在接收装置表面形成纳米复合纤维膜。 [0046] 上述制备的驻极体复合过滤材料经测定，纤维平均直径为251nm，纤维膜过滤效率为87.06%（过滤效率针对粒径大于0.3μm的粒子），压阻为43Pa，该材料在海水、(25±3)℃条件下，平均在第43天能完全降解。 [0047] 实施例5一种静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法，包括如下步骤： 步骤1：制备无机驻极体纳米颗粒的分散液：将5g纳米颗粒（190nm）分散在25mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入0.05g分散剂聚乙烯吡咯烷酮，0.06g硅烷偶联剂KH550， 并超声30min，得到分散液溶液； 步骤2：制备聚PHA纳米复合材料纺丝液：称取40gP34HB粒子原料，溶解在475mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入上述纳米颗粒的溶剂分散液混合，用高剪切乳化分散机以 20000r/min的速度对混合溶液搅拌30min，然后将混合溶液放入超声浴中脱泡90min，形成混合均匀的纺丝液； 步骤3：制备PHA纳米复合纤维膜：将上述的纺丝液缓慢注入注射料筒中，采用静电纺丝工艺，设置静电压为24kV，接收距离为10cm，灌注速度为0.3mL/h，接收装置转数为30r/min。静电场环境温度为25℃，湿度为30%；纺丝液被挤压出经过电场拉伸形成纳米纤维，最终在接收装置表面形成纳米复合纤维膜。 [0048] 上述制备的驻极体复合过滤材料经测定，纤维平均直径为248nm，纤维膜过滤效率为78.28%（过滤效率针对粒径大于0.3μm的粒子），压阻为45Pa，该材料在海水、(25±3)℃条件下，平均在第40天能完全降解。 [0049] 对比例1一种静电纺PHA可降解过滤材料的制备方法，包括如下步骤： 步骤1：制备聚PHA纳米复合材料纺丝液：称取40gP34HB粒子原料，溶解在500mlN,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，用高剪切乳化分散机以20000r/min的速度对混合溶液搅拌30min，然后将混合溶液放入超声浴中脱泡90min，形成混合均匀的纺丝液； 步骤2：制备PHA纳米复合纤维膜：将上述的纺丝液缓慢注入注射料筒中，采用静电纺丝工艺，设置静电压为24kV，接收距离为10cm，灌注速度为0.3mL/h，接收装置转数为30r/min。静电场环境温度为25℃，湿度为30%；纺丝液被挤压出经过电场拉伸形成纳米纤维，最终在接收装置表面形成纳米复合纤维膜。 [0050] 上述制备的材料经测定，纤维平均直径为242nm，纤维膜过滤效率为46.33%（过滤效率针对粒径大于0.3μm的粒子），压阻为40Pa，该材料在海水、(25±3)℃条件下，在第42天能完全降解。 [0051] 由此可见，本申请中通过添加无机驻极纳米颗粒能够显著提高材料的过滤效果，而且没有影响材料基体的可降解性能。这是由于单纯的PHA材料通过静电纺丝得到的纤维膜仅仅只能通过物理阻隔作用实现一定程度的过滤效果，对于更为细小的颗粒等物质无法起到拦截作用，而通过添加的驻极体材料利用静电纺丝过程能够获得了持久的驻极效果，驻极体材料除了具有一般的机械拦截作用，还利用了本身带电的特点，通过带电纤维产生的库仑力实现对灰尘的捕获，能够大幅度提高对细小微粒的扑集作用。在空气中的微尘或多或少带有正电荷或负电荷，这些带电粒子在经过驻极体时，被强烈地吸附在驻极纤维上；而空气中不带电的微尘会在驻极体形成的电场，亦被吸附在纤维上，从而大幅度提高了过滤效果。此外，驻极体材料不仅过滤性能优良，而且对微生物还有捕集、抑制和杀灭作用。 [0052] 另外，由于本申请所述的复合材料仅加入了少量的无机驻极粉末，并不能影响主体基材的可降解性能。因此，材料整体的可降解周期几乎不会产生影响。 [0053] 各种样品测试数据如下：本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。 |
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