透光、透气、静电排斥pm2.5空气过滤膜及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种空气过滤膜，特别是公开一种透光、透气、高效静电排斥PM2. 5的 空气过滤复合膜及其制备方法，属于空气过滤膜技术领域。
【背景技术】
[0002] 从10年前的沙尘暴到今天的雾霾，空气污染问题一直困扰着十几亿中国人，并由 此而引发各种疾病包括：哮喘、呼吸道感染、肺癌等呼吸系统疾病。对人民的身体健康，尤 其是对儿童和老年人等免疫能力较弱的群体，造成极其严重的影响，直接关系到国计民生。 近几年来，雾霾天气几乎已经遍及全国20多个省市自治区，每次持续10到20天不等，给人 们的生活带来巨大的负面影响，甚至危及生命。尽管政府对环境治理和防治加强了力度，然 而，即使在科学技术迅速发展的今天，对雾霾等问题仍束手无策，缺乏行之有效的科学技术 手段来彻底解决空气污染问题。
[0003] 雾霾的基本组成是尺寸为1纳米到100微米的颗粒物（PM)、氮氧化物、二氧化硫以 及有机烃类等化合物。其主要来源为汽车尾气、煤炭等燃料的不完全燃烧、工厂和道路以及 土壤质地疏松造成的扬尘等。雾霾中的固体颗粒物不仅本身吸入呼吸系统会沉积有害，而 且更是芳烃和重金属等有毒物质的载体。
[0004] 早在90年代末期，美国Donaldson公司就采用静电纺纳米纤维技术，将尼龙静电 纺纳米纤维纺于聚酯非织造布上。随着静电纺技术的日臻完善与成熟，越来越多的研宄 成果集中在提高静电纺纳米纤维空气净化膜的过滤效率上。纺于纤维空气过滤介质上的 Nylon-6 (Nylon-46，Nylon-66，Nylon-610)静电纺纳米纤维，其直径范围可由60纳米调 控为500纳米，对1微米以上的颗粒具有100%的阻截率，甚至对300~500纳米的NaCl 气溶胶颗粒也有99. 5%左右的截留率，尽管阻力压降会升高到144Pa。聚乙烯醇（PVA)也 被用于制备空气过滤膜，对NaCl气溶胶颗粒具有97%的截留率，而其阻力压降已达到750 Pa。国内一些研宄机构和高等院校研宄人员也已经研宄采用静电纺丝制作纳米纤维用于口 罩的滤料，如中国专利申请 CN103520999A、CN103445329A、CN203467712U、CN102920067A、 CN102872654A、CN102872653A等已研宄将纳米纤维作为过滤层与支撑体结合形成口罩过滤 材料。
[0005] 针对现在雾霾严重的问题，绝大多数的室内防护方式都采用门窗紧闭的同时使用 高效空气净化器来实现，同时为达到空气流通的目的，配合新风系统。这套系统本身确实能 够高效地工作，但是普通的住宅楼很少能够安装新风系统，这样在使用空气净化器的时候 就必须保证门窗紧闭，时间久了对人体的健康不利。
[0006] 电气石也叫托玛琳。托玛琳出现在我国是公元644年唐太宗征西时得到的，称之 为"碧玺"，托玛琳化学成分比较复杂，是一种以含硼为主，还含铝、钠、铁、镁、锂等元素的 硅酸岩矿物。托玛琳最早发现于斯里兰卡，人们注意到这种宝石在受热时会带上电荷，这种 现象称为热释电效应，故得名电气石。经过加工提纯的电气石粉体具有较高的负离子产生 量和远红外发射率。
[0007] 电气石带有永久性电极，这是地球上其他的晶体所不具有的特性。超细电气石微 粒的尺寸很小，就如一个电偶极子，电气石晶体极轴两端带有等量的电荷，这些电荷分别为 正电荷和负电荷，可以相互抵消，在平行极轴方向的电场强度最大，静电场的强度随其与中 心的距离的增加而下降，可用公式表示： Er= (^)E〇(a/r)3 式中EQ=Ps/2 e Q=6. 2X 106V/m为静电场强度； a一一电气石微粒半径； r 一距中心的距离。
[0008] 根据此公式可以计算得出电气石表面几十微米的厚度范围内存在的电场强度高 达107V/m。冀志江等利用电子探针首次直接观察到了黑色电气石颗粒的电极性，证实电气 石确实存在天然电极性。
[0009] 我们常用"空气维生素"、"环境警察"或"大气长寿素"来称呼电气石，而它释放的 负离子被称作"空气维他命"。电气石释放负离子是指当宇宙射线、紫外线及强电场等外界 能量作用于空气中的气体分子(如队、0 2和（302等）时，使气体分子发生电离，释放出电子， 这些电子被其它中性分子所捕获形成带负电荷的离子即空气负离子。
[0010] 室温条件下，电气石晶体大小为20 mm时能产生5.34 V的极化电荷，电气石晶 体大小为2 mm时能产生2. 34 V的极化电荷，电气石的这种电极性的存在使其可以在常 温下即可产生负离子。由于电气石的极化电荷相对较低，在释放负离子的同时无臭氧分子 产生，是一种绿色环保材料。据研宄发现，15m2森林所释放的负离子量仅需一平方米的电气 石板即可完成，而负离子具有改善空气质量、安定人体精神、放松身心和延缓人体衰老等功 能。
[0011] 电气石能吸收油漆、胶体等产品所发出的异味。电气石粉用于纺织行业，可做环保 炭布，超细电气石粉制成超细纤维，可制成防磁、防潮、保暖棉被、棉垫、防电磁辐射衬衫、背 心、鞋垫等，还可用于岩盘浴、汗蒸房、光波房、桑拿浴设施以及环保家居装修。用于净化水 质，将电气石粉制成各种颜色、形状电气石陶粒，用于净化矿化容器中，既美观，又保健，可 以除去自来水的氯气，从而改变水的酸度，同时也可过滤水中的各种有害元素，释放多种对 人体有益的微量元素。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是解决现有技术的不足，提出一种透光、透气、静电排斥PM2. 5空气 过滤膜及制备方法，采用纳米纤维技术和静电排斥作用制备出可以应用于窗纱的空气过滤 膜，保证用户在开窗通风时，室内空气流通的情况下将PM2. 5有效隔绝在外。
[0013] 本发明是这样实现的：一种透光、透气、静电排斥PM2. 5空气过滤膜及制备方法， 其特征在于：所述的空气过滤膜至少设有一层无纺布基材或筛网及至少一层超薄静电纺纳 米纤维层，在所述的无纺布基材或筛网及超薄静电纺纳米纤维层表面分别包裹有电气石纳 米颗粒；所述的无纺布基材的重量为15~100g/m2,在纺粘无纺布、恪喷无纺布、针刺无纺 布、水刺无纺布、竹炭纤维无纺布、负离子纳米无纺布、纳米银离子无纺布中选择一种或一 种以上组合；所述的筛网采用单丝梭织而成，单丝细度在50~lOOOdtex，目数在10~200 目，其材质在涤纶、腈纶、锦纶、氨纶、丙纶、维尼纶和芳纶中选择的一种或一种以上混纺；所 述的超薄静电纺纳米纤维层由直径为200~1000纳米的纤维构成，超薄静电纺纳米纤维层 的厚度为200~2000纳米。
[0014] 所述空气过滤膜的制备方法：对所述的至少一层无纺布基材、筛网或超薄静电纺 纳米纤维层通过浸渍和/或喷涂包含电气石纳米颗粒的悬浮液，所述悬浮液中含有的电气 石纳米颗粒的质量百分比为1%~30%，所述的悬浮液中还包含粘合剂，使电气石纳米颗粒 包裹在无纺布基材、筛网或超薄静电纺纳米纤维的表面，并烘干。
[0015] 所述悬浮液中粘合剂加入的质量百分比为1%~10%，所述的粘合剂为丙烯酸的 水溶液。所述浸渍和/或喷涂包含电气石纳米颗粒的悬浮液工艺后的烘干温度为50°c~ 100 °c〇
[0016] 由于空气中的PM2. 5大多带负电荷，采用电气石粉为涂层后，可以在空气膜表面 产生较强的负电压，排斥PM2. 5。
[0017] 本发明的有益效果是：本发明将电气石纳米颗粒引入无纺布基材或者筛网或超薄 静电纺纳米纤维层表面，增大了空气过滤膜对PM2. 5的截留率；超薄静电纺纳米纤维层的 纤维直径调控进一步增大了对PM2. 5的截留率；而超薄静电纺纳米纤维层的厚度控制则 降低了空气过滤膜的阻力压降，增大整体的透明性，完全实现了透光、透气并高效静电排斥 PM2. 5〇
【具体实施方式】
[0018] 本发明产品空气过滤膜是一种复合膜，主要包括三部分：1、至少一层无纺布基材 或者一层筛网，当然也可以采用多层；2、超薄静电纺纳米纤维层，其粘连在无纺布基材或者 筛网的纤维之间，并形成网络结构；3、电气石纳米颗粒，其负载在无纺布基材的纤维或者筛 网和/或超薄静电纺纳米纤维层的表面。
[0019] 无纺布基材可以包括纺粘无纺布层、恪喷无纺布层、针刺无纺布层、水刺无纺布 层、竹炭纤维无纺布层、负离子纳米无纺布层、纳米银离子无纺布层中的一种或一种以上的 组合。无纺布基材可以有一层或相互贴合的多层，当有多层无纺布基材时，各个层的材质可 以相同也可以不同。基于本发明的目的，无纺布基材的重量选择在15~100g/