一種可降解的生物基空氣過濾膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及空氣凈化技術領域，具體涉及一種可降解的生物基空氣過濾用纖維膜材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近二三十年來，我國中東部地區的霧霾問題日益嚴重，PM2.5和PMlO已經嚴重危害了人體健康，影響了人們的正常工作生活。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物，不僅體積小、重量輕、在空氣中不易沉淀、存留時間長、飄浮距離遠，還可搭載重金屬、細菌病毒等各種有毒物質，經人體吸入后將會引起呼吸系統、免疫系統、神經系統各種疾病。
[0003]除了PM2.5和PMlO以外，大氣污染中的有害氣體，家裝材料、汽車內飾釋放的甲醛也在嚴重危害人體健康。
[0004]另據醫學研究表明:人類產生疾病的根本原因是由于各種有害病菌和病毒對人體的侵害所致。例如近年來肆意爆發的惡性病毒危機，它們更是成為空氣濾清材料市場的“強心針” ο回顧2003年中國抗擊傳染性非典型肺炎事件，由于SARS病毒其高效空氣傳播性，在短短不到3個月的時間里，全國累計報告診斷病例5327例，死亡349例。2014年爆發的埃博拉病毒危機是近年來最嚴重且規模最大的蔓延，已造成700多人死亡，同為空氣傳播，其感染致死率可高達90%。因此，研發抗菌(病毒)空氣濾清材料，從而有效預防和控制有害病菌和病毒對人體的侵害，保障身體健康，凈化生活環境，提高生活質量等一系列需求已成為今后的發展方向。
[0005]據研究調查，近些年，對空氣過濾膜的研究發展迅速。在現有的文獻和專利中，公開號為:CN 103480285A的專利公開了通過靜電紡絲法制備增強聚砜納米纖維過濾膜用于空氣過濾；公開號為:CN 103585898A的專利公開了利用聚四氟乙烯口罩過濾膜進行PM2.5過濾;公開號為CN 104174306A專利公開了一種抗菌空氣過濾膜，以聚羥基丁酸戊酸共聚酯為原料，以甲殼素為抗菌劑，用于吸附空氣中的污染物。公開號為CN 103657256A的專利以殼聚糖、聚丙烯酸等制備nm纖維鼻腔濾膜;公開號為CN 103691206A的專利利用熱塑性可降解材料PLA制備空氣凈化可降解紗窗用夾層材料，通過加入MnO2實現對甲醛等有毒氣體的吸附。可見，目前的空氣過濾材料主要由聚丙烯、聚四氟乙烯等塑料的合成纖維制備而成，這給廢棄后的產品回收再利用帶來困難，處理不當易造成環境污染，且在制備過程中使用的一般都是有毒溶劑，同時到目前為止，空氣過濾材料的主要功能還是過濾空氣中的顆粒雜質，鮮有材料可以在不用添加劑的情況下實現對有毒有害氣體的吸附，更不用說實現對細菌和病毒的多功能阻隔和殺滅。隨著空氣過濾膜使用的普遍化，環保型多功能材料將成為空氣濾清器市場未來發展的趨勢之一。生物高分子與其聚合物由于成本的優勢和強大的功能性促使我們致力于環保級空氣濾清材料的研發。這種環保型，多功能孔洞結構的空氣過濾膜同時對空氣污染和環境保護具有重大意義。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種可降解的生物基空氣過濾用纖維膜材料，所述空氣過濾膜由溶質與醋酸水溶液混合的聚合物溶液通過靜電紡絲法制備而成，所述空氣過濾膜的參數為:纖維直徑為lOO-lOOOnm，膜的厚度為20um-100um，纖維膜孔隙率為65?82%，孔徑大小為5-1OOnm;
[0007]其中，所述溶質至少包括大豆蛋白和聚乙烯醇。
[0008]所述大豆蛋白的含量55?85wt%，聚乙烯醇含量15?35wt%
[0009]所述溶質還包括至少一種以下成分:海藻糖、甲基纖維素、殼聚糖、羥乙基纖維素。
[0010]所述溶質的配方為:
[0011]配方一:大豆蛋白含量85wt%，聚乙烯醇含量15wt% ;
[0012]配方二:大豆蛋白含量60wt%，海藻糖含量15wt%，聚乙烯醇含量35wt% ;
[0013]配方三:大豆蛋白含量55wt%，甲基纖維素含量25wt%，聚乙烯醇含量20wt% ;
[0014]配方四:大豆蛋白含量55wt%，甲基纖維素含量10wt%，海藻糖含量25wt%，聚乙稀醇含量1wt% ；
[0015]配方五:大豆蛋白含量55wt%，殼聚糖含量15wt%，羥乙基纖維素含量15wt%，聚乙烯醇含量15wt%。
[0016]所述醋酸水溶液中，醋酸:水(v/v) = 8:2。
[0017]所述溶質占醋酸水溶液的質量分數為0.153?0.1685g/mL。
[0018]本發明還提供了該種空氣過濾膜的制備方法:所述制備方法包括如下步驟:
[0019]1、將溶質與溶劑混合并攪拌得到均勻的聚合物溶液；
[0020]2、將所述聚合物溶液通過靜電紡絲法制備得到空氣過濾膜，其中，靜電紡絲工藝參數為:紡絲電壓為15?23kv，紡絲液流速為0.4?1.0ml/h，接收裝置為金屬或PVC網格膜，紡絲時間4?12h。
[0021 ]其中，所述溶質至少包括大豆蛋白和聚乙烯醇。
[0022]本發明所述的空氣過濾膜可以用于制備口罩、紗窗、空氣凈化器及其濾芯。
[0023]有益效果
[0024]首先，本發明制得的生物基可降解高效空氣過濾膜對PM2.5，PM10的過濾效率可以達到90%以上，對甲醛的過濾效率可以達到80%以上，同時具備一定的透光性，并可通過調整膜厚度滿足對透光性的要求。。
[0025]其次，本發明的原料以大豆蛋白為主，具有很好的人體安全性，同時，其制備過程中不包含有毒有害的溶劑，膜成品人體安全系數高，同時很容易被降解回收，不污染環境。
[0026]最后，該生物基可降解空氣過濾膜經加工可用于口罩、紗窗、空氣凈化器等多種用途，安全可靠，成本低。同時，制備方法簡單，對設備要求不高，生產成本低，得到的空氣過濾膜凈化效果好，吸附力強，具有良好的市場前景。
【具體實施方式】
。
[0027]實施例1
[0028]一種可降解高分子空氣過濾膜，制備原料包括:大豆蛋白、聚乙烯醇和醋酸。
[0029]其中具體配方為:大豆蛋白含量85wt%，聚乙烯醇含量15wt%，溶劑為醋酸水溶液。
[0030]該空氣過濾膜的制備方法如下:將2.60g大豆蛋白和0.46g聚乙烯醇溶于20ml的醋酸水溶液(V/V = 8/2)中，攪拌得到均勻的聚合物溶液，其中大豆蛋白的質量占總溶質的85wt %，聚乙烯醇的質量占總溶質的15wt %。總溶質比溶劑為0.153g/mL。
[0031]使用上述溶液通過靜電紡絲法制備得到空氣過濾膜，靜電紡絲參數如下:紡絲電壓為23kv，紡絲液流速為0.4ml/h，接收裝置為聚氯乙烯(PVC)篩網，紡絲時間lh。
[0032]得到的空氣過濾膜的參數為:纖維直徑為100-300nm，膜的厚度為5um-10um，孔隙率為75%，孔徑大小為5-20nm。申請人采用得到的空氣過濾膜進行空氣過濾實驗，PM2.5過濾后為過濾前的5%，PM10過濾后為過濾前的3%，甲醛含量過濾后為過濾前的20%。
[0033]實施例2
[0034]一種可降解高分子空氣過濾膜，制備原料包括:大豆蛋白、海藻糖、聚乙烯醇。
[0035]其中具體配方為:大豆蛋白含量60wt%，海藻糖含量15wt%，聚乙烯醇含量35wt%，溶劑為醋酸水溶液。
[0036]該空氣過濾膜的制備方法如下:將1.84g大豆蛋白、0.46g海藻糖、1.07g聚乙烯醇溶于20ml的醋酸水溶液(V/V = 8/2)中，攪拌得到均勻的聚合物溶液，其中大豆蛋白的質量占總溶質的60wt%，海藻糖的質量占總溶質質量的15wt%，聚乙烯醇質量占總溶質質量的35wt%。總溶質比溶劑為0.1685g/mL。
[0037]使用上述溶液通過靜電紡絲法制備得到空氣過濾膜，靜電紡絲參數如下:紡絲電壓為