本发明属于可生物降解的高性能纤维空气过滤材料，具体涉及一种可生物降解的高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法。
背景技术：
1、微小颗粒物(pm)等空气污染和流行性病毒传播已成为严重威胁人类生命健康的罪魁祸首。区别于pm2.5、pm5、pm10等其他细颗粒物类型，pm0.3的最大渗透粒径(mpps)约为300nm，扩散距离长达数十公里以上，长期悬浮于大气中，最难拦截。携带有毒物质和致命病毒的mppspm0.3很容易通过人体呼吸系统深入人体肺部造成感染，因此迫切需要开发高性能个人防护材料。
2、目前，采用熔喷纺丝技术生产的由超细纤维(1-5μm)组成的小孔驻极体熔喷非织造布被广泛用作口罩的核心过滤层。作为日常生活中最常见的商用呼吸器，n95、kn95和外科口罩通过静电吸引和物理拦截的协同作用，可分别过滤95％和90％以上的mpps pm0.3。然而，现有的熔喷过滤器是由不可降解的石油衍生聚丙烯(pp)制造的。一次性聚丙烯口罩的大量丢弃产生了大量有害的微塑料，对土壤、水等生态环境污染造成了严重危害。与熔喷纺丝相比，静电纺丝被认为是制备均匀亚微米纤维(100～1000nm)的最有前途的技术之一。电纺纤维膜具有孔径小、比表面积大和孔隙率高等优点，这为高效过滤pm0.3创造了必要的先决条件。因电纺纤维所具有的亚微米级直径，为了高效拦截pm0.3需进一步减小孔径和直径，这不可避免地会提高纤维膜的压降和堆积密度，使得难以平衡过滤效率和压降。因此，开发可生物降解的高性能防护过滤器显得尤为重要和迫切。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明制备了一种具有多尺度纤维结构的可生物降解聚乳酸纤维空气过滤材料，用于高性能过滤方面。具体来说是先采用阳离子型聚电解质聚季铵盐-10来调控聚乳酸纺丝液的物化性质，聚季铵盐-10的加入可以明显提高纺丝液的电导率和粘度，通过静电纺丝技术可以明显细化纤维直径并引起带电射流的不稳定振荡从而产生多尺度纤维结构。多尺度纤维结构设计所带来的小孔径使纤维膜能够有效捕获pm0.3的同时减小纤维膜的堆积密度，使气流通过的阻力降低。本发明采用静电纺丝技术一步法制备出的聚乳酸多尺度纤维膜，解决了静电纺丝纤维难以平衡过滤效率和压降的难题，同时具有优越的过滤稳定性，可生物降解性以及高透光性，可以广泛应用于透明个体防护面罩，防雾霾窗纱等空气过滤领域，具有较大的实际应用价值。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种可生物降解的高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法，具体步骤如下：
4、(1)将阳离子醚化剂eta溶液与羟乙基纤维素加入到异丙醇中反应，制备得到聚季铵盐-10；
5、(2)将聚季铵盐-10和聚乳酸颗粒溶解在2,2,2-三氟乙醇中，搅拌均匀，得到聚乳酸纺丝液；
6、(3)将聚乳酸纺丝液置于针管注射器中，进行静电纺丝，制备得到可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜。
7、进一步地，上述步骤(1)中，阳离子醚化剂eta溶液是由阳离子醚化剂eta和去离子水按质量比为1：1.5组成。
8、进一步地，上述步骤(1)中，阳离子醚化剂eta和羟乙基纤维素的终浓度比为7：13。
9、进一步地，上述步骤(2)中，聚季铵盐-10在聚乳酸纺丝液中的终浓度为0wt％～1.0wt％。
10、进一步地，上述步骤(2)中，聚乳酸颗粒在聚乳酸纺丝液中的终浓度为6wt％～10wt％。
11、进一步地，上述步骤(3)中，静电纺丝的工艺参数为：注液速度0.2～0.5ml/h，滚筒转速200rpm，接收距离12～15cm，施加电压18～24kv，纺丝时间10～40min，环境温度20～30℃，环境湿度40～60％rh。
12、进一步地，上述步骤(3)中，可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜具有细纤维和粗纤维，所述细纤维为纳米级纤维、纤维直径25～100nm，所述粗纤维为亚微米级纤维、纤维直径110～240nm。
13、进一步地，上述步骤(3)中，可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的厚度范围为300～600nm。
14、一种由上述制备方法制得的可生物降解的高性能聚乳酸多尺度纤维膜在空气过滤中的应用。
15、本发明中制备的聚季铵盐-10可调控聚乳酸纺丝液的物化性质，通过静电纺丝技术来制备得到可生物降解的聚乳酸多尺度纤维膜，所具有的多尺度纤维结构使纤维膜具有高过滤效率和低压降及优越的过滤稳定性，多尺度纤维中的超细纳米纤维所具备的超薄厚度也赋予纤维膜优异的透光性。
16、本发明的优点是：
17、(1)本发明采用静电纺丝技术一步法制备了可生物降解的聚乳酸多尺度纤维膜，制备工艺简单，操作方便，效率高。
18、(2)本发明所制备的聚乳酸多尺度纤维膜具有高过滤效率，对pm0.3的过滤效率高达99.9％以上，而压降仅不到65pa，多尺度纤维结构的设计使纤维膜仅通过物理拦截就能有效捕获细颗粒物，在复杂环境下如高湿环境有着优越的过滤稳定性。
19、(3)本发明所制备的聚乳酸多尺度纤维膜中所具有的的超细纳米纤维带来的超薄厚度赋予了纤维膜优异的透光性。
20、(4)本发明所制备的聚乳酸多尺度纤维膜可以应用于透明个体防护面罩，防雾霾窗纱等空气过滤领域。
1.一种可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法，其特征在于：通过合成纤维素醚聚季铵盐-10来调控聚乳酸纺丝液的物化性质，提高溶液的电导率和粘度，增强射流高压静电场下受到的电场力并促进静电纺带电射流的不稳定性，使其劈裂形成极细的纤维，一步法制备出具有纳米级纤维和亚微米级纤维的可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜。
2.根据权利要求1所述的可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述阳离子醚化剂eta溶液是由阳离子醚化剂eta和去离子水按质量比为1：1.5组成。
4.根据权利要求2所述的可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述阳离子醚化剂eta和羟乙基纤维素的终浓度比为7：13。
5.根据权利要求2所述的可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述聚季铵盐-10在聚乳酸纺丝液中的终浓度为0 wt% ~1.0 wt%。
6.根据权利要求2所述的可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述聚乳酸颗粒在聚乳酸纺丝液中的终浓度为6 wt% ~10 wt%。
7.根据权利要求2所述的可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述静电纺丝的工艺参数为：注液速度0.2~0.5 ml/h，滚筒转速200 rpm，接收距离12~15 cm，施加电压18~24 kv，纺丝时间10~40 min，环境温度20~30℃，环境湿度40~60 %rh。
8.根据权利要求2所述的可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜具有细纤维和粗纤维，所述细纤维为纳米级纤维、纤维直径25~100 nm，所述粗纤维为亚微米级纤维、纤维直径110~240nm。
9.根据权利要求2所述的可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜的厚度范围为300~600 nm。
10.由权利要求1~9任一项所述的制备方法制得的可生物降解高性能聚乳酸多尺度纤维膜在空气过滤中的应用。
