阅读说明：本技术 一种超疏水熔体电纺布的制备方法 (Preparation method of super-hydrophobic melt electro-spun fabric ) 是由 徐文涛 徐雯龙 于 2020-04-06 设计创作，主要内容包括：本发明为一种超疏水熔体电纺布的制备方法。该方法包括以下步骤：将热塑性材料加热到熔体状态,然后用静电纺丝设备,将得到的熔体状态的热塑性材料通过针头注射在同时进行转动和横向移动的滚筒上,形成成网状纳米纤维网络,即超疏水熔体电纺布。本发明以熔喷技术、静电纺丝和滚筒技术相结合往返移动滚筒实现纺布,即可实现布料的超疏水,自清洁,提高耐揉搓、透湿性能,在包括口罩、防护服材料等防疫装备材料在内的多个行业具有广泛的应用前景。(The invention relates to a preparation method of super-hydrophobic melt electro-spun cloth. The method comprises the following steps: the thermoplastic material is heated to a melt state, and then the obtained thermoplastic material in the melt state is injected on a roller which rotates and moves transversely at the same time through a needle by using electrostatic spinning equipment to form a reticular nanofiber network, namely the superhydrophobic melt electrospun cloth. The invention realizes the spinning of the cloth by combining the melt-blowing technology, the electrostatic spinning technology and the roller technology to move the roller back and forth, can realize the super-hydrophobicity and self-cleaning of the cloth, improves the rubbing resistance and the moisture permeability, and has wide application prospect in a plurality of industries including epidemic prevention equipment materials such as masks, protective clothing materials and the like.)

一种超疏水熔体电纺布的制备方法

技术领域

本发明属于疫情防控领域，具体涉及一种用静电纺丝技术把热塑性的材料加工成一种超疏水过滤布的制备方法。该方法可用于制作口罩过滤层、防护服过滤层等。

背景技术

当前熔喷布作为口罩的过滤层是口罩的最核心材料。采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，同时自身粘合而成为熔喷法非织造布，然后将此面料用于制作口罩。

熔喷布主要以聚丙烯为主要原料，纤维直径为1～5μm。空隙多、结构蓬松、抗褶皱能力好，具有独特的毛细结构的超细纤维增加单位面积纤维的数量和表面积，从而使熔喷布具有较好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性。可用于空气、液体过滤材料、口罩材料、保暖材料等领域。然而，熔喷布的纤维呈现无规则排列，其空隙跨度很大，1～400μm交错在一起，这就需要很多层且靠静电吸附才能达到过滤作用。这些缺点使得其透湿性差，清洁困难。医用口罩需要阻挡飞沫、粉尘(病毒与细菌载体)，而熔喷布不具备疏水性。这使得口罩需要3层才具有医学防护作用，即疏水层，过滤层(熔喷层)，疏水层。否则浸透过滤层将失去防护作用。

熔体电纺布可以大幅度降低纤维直径，使纤维有序排列，提高孔隙率，抗拉伸变形，同时具备超疏水性。因此，超疏水熔体电纺布对于医用口罩的发展至关重要，有望使口罩只需要一层即可实现医学防护作用，提高舒适度，降低成本。但当前的熔喷无纺布技术，主要步骤为熔融，挤出喷头，加静电电压，得到的为单一取向的丝线或丝线杂乱无章的熔喷布。这些布的强度不足，揉搓后会改变空间结构，进而降低过滤效果。如徐海涛等人2006年发明了一种熔融静电纺丝技术生产气体过滤材料的方法，制备过程为1.将聚丁二酸丁二醇酯加热至熔融状态；2.挤出多孔板；3.利用静电纺丝技术制备纳米纤维气体过滤材料。

综上所述，超疏水熔体电纺布是口罩有望实现可长期佩戴、舒适、易清洁的必不可少的核心布料。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，为了改善现有技术所制作材料的疏水、透湿、无法洗涤等性能不足的问题，我们提出了一种高强度超疏水电纺布的制备方法。该方法采用熔体、静电纺丝与滚筒技术相结合，通过往返移动滚筒，制备高度有序排列超疏水纤维网络，实现超疏水，高透湿以及自清洁。本发明以熔喷技术、静电纺丝和滚筒技术相结合往返移动滚筒实现纺布，即可实现布料的超疏水，自清洁，提高耐揉搓、透湿性能，在包括口罩、防护服材料等防疫装备材料在内的多个行业具有广泛的应用前景。

本发明的技术方案为：

一种超疏水熔体电纺布的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将热塑性材料加热到熔体状态；

其中，所述的热塑性材料为热塑性高分子材料、或者热塑性高分子材料和抗菌材料的混合物；

步骤(2)：用静电纺丝设备，将得到的熔体状态的热塑性材料通过针头注射在同时进行转动和横向移动的滚筒上，形成成网状纳米纤维网络，即超疏水熔体电纺布；

其中，得到纳米纤维的直径为20nm～5μm，空隙为50nm～500μm；

所述的网络中的网格的倾斜角为5°～85°，即行列夹角为170°～10°。

所述的超疏水熔体电纺布的厚度为0.1μm～1000μm；

步骤(1)中所述的热塑性高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯烃及其共聚物、聚砜或聚苯醚。

所述的抗菌材料为银、金、二氧化钛、二硫化钼、氧化石墨烯、碳纳米管和羟基磷灰石中的一种或多种；所述的抗菌材料为热塑性材料质量的0.01～5％；

所述的步骤(2)得到的超疏水熔体电纺布的接触角范围在150°～180°。

步骤(2)所述电流体打印过程中，控制注射器针头和接收面之间的电压为0.1-40kV，注射器针头距滚筒的距离为1～1000mm，注射器针头处出液流量为0.01～1ml/min，滚筒滚动速度为50-5000mm/s，滚筒横移速度为1～2000mm/s；

步骤(2)中的针头为一个或多个。

所述的步骤(2)中的空隙为行或列的间距。

所述的超疏水熔体电纺布的应用，其特征为用于制作口罩、潜水服、防护服、冲锋衣、工程防水自清洁、设备防水自清洁等空气、液体过滤材料、防水材料或自清洁材料。

本发明的熔体静电纺布方法可以通过如上述装置完成，但本领域技术人员可以理解，本发明的方法并不意在限定仅能用上述装置实施，而是任何能够实现本发明方法的装置均可实施。

本发明的实质性特点为：

本发明为将熔体静电纺丝出的纤维网状结构的应用拓展。

本发明所制备的熔体电纺布，是将熔化的热塑性材料，通过静电纺丝与滚筒缠绕技术相结合，纺成具有超疏水微结构取向可控纤维网状的布料，其中电纺直径的大小，疏密程度是可以控制的。本发明旨在强调这种取向可控超疏水微结构纤维网状的结构。利用纳米微结构、规则排列的超细纤维、均匀的空隙，即可实现超疏水、提高透气性、过滤、自清洁。

发明的有益效果为：

1、本发明提供的一种自清洁超疏水熔体电纺布的制备方法简单易行，成本低，可大规模生产；

2、本发明方法可以将熔化的热塑性材料，通过静电纺丝与滚筒缠绕技术相结合，纺成具有超疏水微结构取向可控纤维网状的布料，即可实现超疏水、提高透气性、过滤以及自清洁，在医疗、国防、工程建设、设备防护、潜水等领域具有广泛的应用前景；

3、本发明方法制备得到的熔体电纺布其超疏水性能可以达到150°以上的接触角(但不仅限于超疏水)，且经过洗涤、揉搓也不会破坏其过滤效果。

附图说明

图1为本发明实施例的熔体电纺布的制备方法示意图。

图2为本发明实施例的熔体电纺布的超疏水微结构示意图。

图3为本发明实施例的接触角数据图，其中，图3(a)为实施例1中的接触角数据图，图3(b)为实施例2中的接触角数据图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

本发明涉及的静电纺丝设备为公知设备，该设备包括电流体喷印设备(E-Jet)、带有加热套的料液注射喷头和可以同时转动和横移的辊筒。

实施例1：

一种熔体电纺布的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在加热熔融的容器中，将3g PP(聚丙烯)加热至240℃熔融成熔体；

步骤2：将通过静电纺丝设备，电流体打印形式，熔体挤出喷头，并给喷头施加电压，在同时进行转动和横向往返移动的滚筒上将熔化的PP打印为长而连续的PP纳米纤维网络，得到熔体电纺布。

其中，控制熔体喷头和接收面之间的电压为20kV，熔体喷头距滚筒的距离为7cm，熔体喷头处出液流量为50μL/min，滚筒转动速度为500mm/s，滚筒平移速度为10mm/s，熔体电纺布的纤维直径为500nm。所述的纳米纤维网络中的网格的倾斜角为5°～85°，即行列夹角为170°～10°；熔体电纺布的厚度为1～10μm；

步骤3：得到的熔体电纺布的接触角为153.5°；用3±0.3μm金黄色葡萄球菌气溶胶测试其过滤效率不低于95％。

本实施例熔体电纺布的制备方法示意图如图1所示，熔体电纺布的超疏水微结构示意图如图2所示，接触角如图3(a)所示。

随着热塑性材料的种类、熔融温度的选择，本发明得到热塑性材料的熔体电纺布可以广泛应用于医用口罩、防护服、潜水服的制造，提高现有布料的疏水性能、透气性能以及可揉搓性能。

实施例2

其他步骤同实施例1，不同之处为：

步骤1中，PP的熔化温度为240℃；

步骤2中，滚筒转动速度为1000mm/s，熔体电纺布的纤维直径是300nm；

步骤3得到的熔体电纺布的接触角为166.4°。

接触角如图3(b)所示

实施例3

其他步骤同实施例1，不同之处为：

步骤1中，PP的熔化温度为240℃；

步骤2中，注射器针头处出液流量为20μL/min，熔体电纺布的纤维直径是300nm；

步骤3得到的熔体电纺布的接触角为163.7°。

实施例4

其他步骤同实施例1，不同之处为：

步骤1中，PP的熔化温度为200℃；

步骤2中，注射器针头处出液流量为20μL/min，熔体电纺布的纤维直径是900nm；

步骤3得到的熔体电纺布的接触角为151.4°。

实施例5

其他步骤同实施例1，不同之处为：

步骤1中，PP的熔化温度为240℃，同时掺入银纳米粒子0.01g；

步骤2中，滚筒转动速度为1000mm/s，熔体电纺布的纤维直径是300nm；

步骤3得到的熔体电纺布的接触角为166.7°。

综上所述，本发明提出的熔体电纺布的制作方法不仅简单易行，成本低，可大规模生产；同时得到了超疏水、可揉搓、高透气性的纳米纤维布料，为实现口罩的长期佩戴提供了一种有效的方法。

本发明未尽事宜为公知技术。