自支撑型纳米蛛网膜的特点与应用

目前，通过静电喷网技术制备的纳米蛛网膜面临的主要问题是对基材的依赖性较强，严重限制了其在纱窗等需要高透光性空气过滤材料领域的应用。目前对自支撑型纳米蛛网膜的研究较少，通过将静电喷网技术与剥离工艺结合起来，可制备出超轻、超薄、高透光的自支撑型纳米蛛网膜［79］。

首先以高弹性PU为原料，调节纺丝原液中LiCl的浓度制备出了一系列PU静电纺纳米纤维膜。通过对纤维膜形貌、孔结构、力学性能及过滤性能的分析研究，发现LiCl浓度为2wt%时，PU静电纺纳米纤维膜中蛛网覆盖率最高，过滤性能最好，断裂强度达到了115MPa。在此基础上，通过改变接收基材的种类，最终得到了一系列自支撑型纳米蛛网膜。图3-29（a）～（d）分别展示了在非织造布、滤纸、金属网和窗纱上制备得到的PU纳米蛛网膜，发现四种基材所对应的纤维膜中均形成了均匀分布的纳米蛛网结构。经过对比发现以滤纸为接收基材时所制备的纳米蛛网膜孔径最小，这是因为滤纸较差的导电性使得荷电聚合物流体受到的电场力较弱，导致荷电液滴的劈裂程度减小。此外，由于滤纸表面较为致密以及残余溶剂较慢的挥发速度导致纳米蛛网分布最为致密。窗纱表面不规则的结构导致聚合物流体受力不均，从而引起纤维膜上出现了少量的实心膜。当非织造布作基材时，静电纺纤维的覆盖率很低，这是由非织造布本身表面的不均匀性引起的。当以金属网为接收基材时，纳米蛛网膜分布均匀且网孔结构规整，这是由于金属网规整的结构有利于电场的均匀分布，液滴所带荷电较高引起的。

图3-29　（a）～（d）分别为在非织造布、滤纸、金属网、窗纱上所制备的PU纳米蛛网膜的FE-SEM图；（e）～（h）分别为静电纺纤维在非织造布、滤纸、金属网、窗纱上的沉积情况；（i）～（l）分别为剥离后静电纺纤维在非织造布、滤纸、金属网、窗纱上的残留情况

紧接着研究了静电纺纤维在4种基材上的沉积情况，如图3-29（e）～（h）所示。可以很直观地发现滤纸和金属网上沉积的纤维膜结构均匀，这主要是因为两种接收基材表面较为平整有利于纤维的均匀沉积，而非织造布和窗纱上沉积的纤维很不均匀，这主要是基材表面不均匀结构导致的。将纤维膜从接收基材上剥离下来后，静电纺纤维在接收基材上的残留情况如图3-29（i）～（l）所示。经对比发现，滤纸上纤维的残留量最多，这是因为滤纸表面致密的结构导致其与纤维膜的黏结点较多，造成了剥离的困难。非织造布和窗纱的不均匀导致了纤维的部分残留，金属网具有平整的表面，且其与纤维膜的接触点较少因此纤维残留量最少。此外金属网本身与纤维膜的相互黏结作用力较小，所以可以发现纤维膜经过剥离之后，基本上没发生破损的情况。因此，当接收基材为金属网时，可以制备得到结构完整的自支撑纤维膜。

基于以上研究可制备得到自支撑PU纳米蛛网膜，并将其应用到了实际环境中，以检验其过滤性能。在不同风速下，自支撑PU纳米蛛网膜的过滤效率如图3-30（a）所示。可以发现，纳米蛛网膜的过滤效率随风速的增大而减小，这是因为固体颗粒的动能变大，在纤维膜中停留的时间变短，颗粒与纤维撞击的概率变小，所以导致了过滤效率的下降。然而即使是在高风速下，自支撑PU纳米蛛网膜仍然具有较高的过滤效率（＞99.95%）。(www.xing528.com)

由于没有基材的支撑，自支撑PU纳米蛛网膜具有较小的厚度，透光性明显提高。如图3-30（b）～（e）所示，可以发现随着克重的增加，纤维膜的透光性变差。克重为0.36g/m2的纳米蛛网膜对PM1的过滤效率达93.835%，其透明度可达到85%；克重为1.2g/m2的纳米蛛网膜对PM1的过滤效率达100%，对PM0.3的过滤效率为99.97%，其透明度可达到40%。

图3-30　（a）不同空气流速下，自支撑PU纳米蛛网膜的过滤效率，插图为纤维膜在高风速条件下的过滤演示图；克重为（b）0.36g/m2，（c）0.58g/m2，（d）0.92g/m2，（e）1.2g/m2PU自支撑纳米蛛网膜的透光性能展示图，其透光度分别为85%，70%，58%，40%