基于磁性POSS的新型聚丙烯耐久驻极高效过滤材料的构筑及其电荷储存性能研究

价廉且易于加工的聚丙烯驻极体电荷储存性能较差。如何提高其电荷储存稳定性及其稳定电荷量是目前研究的热点。为提高聚丙烯驻极体电荷储存性能，本项目提出利用磁场作用使驻极体中电荷能被再次诱捕，以提高其电荷储存稳定性。设计合成同时含有双键和四氧化三铁的磁性POSS，并利用该POSS的中空笼型结构和磁性特点，制备耐久驻极聚丙烯/磁性POSS熔喷纳微纤维高效过滤材料，并在磁场作用下将其磁化。探讨磁性POSS纳米粒子在聚丙烯基体中的分散情况以及对电荷储存性能、过滤性能、机械性能和热稳定性的影响，研究驻极过滤材料的微观结构及其电荷储存情况和电荷动态特性，建立构效关系，进而揭示POSS对其电荷储存能力及电荷衰减的影响机制。该项目的开展将为成功研发纺织品行业的空气过滤材料新生代产品奠定坚实基础，为我国的环保和经济发展做出贡献。

开发新型高效低阻过滤材料是解决空气污染问题的有效途径，价廉且易于加工的聚丙烯驻极体电荷储存性能较差。如何提高其电荷储存稳定性及其最大稳定电荷量是解决问题的关键。本项目通过加入两种性质不同的POSS纳米粒子以提高聚丙烯熔喷非织造布的电荷储存性能，首先将8乙烯基倍半硅氧烷（POSS）加入聚丙烯（PP）中制备POSS/PP功能母粒，采用熔喷法非织造技术，制备了POSS/PP熔喷非织造布。经过电晕驻极后，过滤性能和电荷储存能力有了明显提高。当POSS含量为3wt%时，过滤效率可达97.3572%，高出PP熔喷非织造布9%。经过72小时的衰减，POSS3/PP所带电荷量可达-6.6nc，比聚丙烯高出33%。.合成了新型磁性Fe3O4-POSS，用FT-IR结合TG分析证实了所制备的Fe3O4-POSS的结构与设计的相符，其饱和磁化强度为18.77emu/g；然后在最佳静电纺丝条件(电压25KV，溶液浓度12wt%，接收距离15cm，纺丝速度0.8ml/h)下制得Fe3O4-POSS/PAN复合纳米纤维。通过SEM、EDAX对纺丝工艺参数，纤维形貌和表面元素进行分析，测试了复合滤膜的力学性能、表面电位、表面电荷密度等, 添加1wt%Fe3O4-POSS纤维的力学性能最优，表面电位在添加2%Fe3O4-POSS时最高达448V, 表面电荷密度在添加3wt%Fe3O4-POSS后达378.9nc/m2，而纯PAN只有127.4nc/m2；最后用静电纺丝法喷覆在熔喷聚丙烯（PP）表面制备复合Fe3O4-POSS/PAN静电纺熔喷复合驻极体过滤材料，在熔喷PP基布上纺制纯PAN纳米纤维后过滤性能提升了45.5%，在熔喷PP基布上纺制Fe3O4-POSS/PAN复合纳米纤维（时间1-3min）后过滤性能提升了48.6%，添加磁性Fe3O4-POSS颗粒之后的滤阻比纯PAN纤维的滤阻小。由此证明，驻极体Fe3O4-POSS/PAN复合纳米纤维确实有高效低阻的过滤性能，有望成为未来性能优异的驻极体过滤材料。.在该基金项目的资助下，发表第一/通讯作者论文4篇，包括 SCI收录论文2篇，EI论文2篇。申请发明专利1项，作为重要参与人获得国家科技进步二等奖，天津市科技进步一等奖，中国纺织工业联合会科技一等奖，圆满完成了预定目标。