超低阻呼吸防护用聚乳酸纳米纤维膜制备及长效过滤性能
朱金佗1
梁琛裕1
朱桂英2
王存民1
徐欢2
王亮1
1.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 2211162.中国矿业大学材料与物理学院,江苏徐州 221116
摘要：长期暴露于大气环境中高浓度的细颗粒物(PM2.5)会对人类的长期健康效应产生消极影响,传统空气过滤材料难以兼顾高效、低阻的防护效果,且不可降解,不仅加剧全球塑料污染,还易产生更强的微塑料危害.为此,制备了一种具有空气滑移效应、自供能且可生物降解的纳米纤维膜,以保障长效、低阻呼吸防护.提出两步水热法制备平均粒径49.6 nm、易分散的BaTiO3电介质,同时利用"静电纺丝-静电喷雾"法将BTO纳米颗粒(BTO NPs)原位嵌入PLA纤维膜,利用BTO NPs的摩擦电效应和尺寸效应同步调控纤维膜的过滤效率和空气阻力.通过控制喷雾悬浮液中BTO NPs的浓度,探讨其与PLA/BTO纤维膜电活性、过滤性能和力学性能之间的关系.微观表征和性能测试结果表明:PLA/BTO纤维膜具有优异的电活性、过滤性能及力学性能.PLA/BTO纤维膜表面电势可高达5.9 kV,介电常数达1.20 F/m,平均输出电压高达12.4 V;得益于增强的空气分子滑移效应和电活性,PLA/BTO 10纤维膜在显著降低空气阻力(低至20 Pa)的同时,对PM0.3过滤效率提升了 7.78％～9.05％,对PM2.5过滤效率提升了 2.90％～13.19％,即使在85 L/min高测试流量下仍能保证高达97.25％的PM2.5过滤效率;同时,PLA/BTO纤维膜拉伸强度增幅高达60％(拉伸强度22.5 MPa),断裂伸长率增幅高达68％(断裂伸长率25％),而断裂韧性最高可提升1.3倍(断裂韧性3.6MJ/m3).因此,提出的兼具长效、低阻过滤且可降解纤维膜在呼吸防护领域具有广阔的应用前景,也为缓解废弃口罩加剧的塑料污染现状提供了 一种新思路.
关键词：可降解自供能电活性过滤性能空气阻力
分类号：TD714(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52174216)国家自然科学基金(52003292)江苏省自然科学基金资助项目(BK20200661)
论文发表日期：2024-04-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 1952-1963 )
英文信息