一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过电场逐级递增/递减技术以及环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置，将聚合物纺丝液通过静电纺丝技术在纱窗基材上沉积，一步成型获得静电纺多组分纳米纤维复合纱窗材料，其纳米纤维层直径分布在垂直于幅宽方向上呈递增或递减排列，纳米纤维直径大小为10～500nm。一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗，制备方法绿色环保、安全可控，可有效除去空气中的PM2.5、花粉等细小颗粒物，具有较好的通风换气性能，对0.03～8μm的颗粒物过滤效率可达95％以上，阻力压降小于18Pa，透光度60～95％，适合室内空气过滤除尘，值得推广。

【技术实现步骤摘要】
一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗及其制备方法
本专利技术涉及一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗及其制备方法，特别是通过电场逐级递增/递减技术以及环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置，所制备的纳米纤维层直径分布在垂直于幅宽方向上呈递增或递减排列，属于除尘

技术介绍
随着科技的迅速发展，人们生活水平不断提高，近年来室内空气污染物的来源和种类日益增多，室内环境质量日益恶劣，对人体健康的影响引起了广泛地关注。据调查表明，人有80％以上的时间在室内度过的，因此室内空气质量的好坏与人们的关系尤为重要。现有防雾霾窗纱均存在过滤效率低、阻力压降大等问题，无法满足使用要求，将静电纺纳米纤维制备在窗纱材料上，可有效隔绝室外PM2.5、花粉等细小颗粒物，提升室内空气质量。现有制备防雾霾窗纱材料的技术中，专利“一种空气净化纳米纤维纱窗及其制作方法”(CN201511021378.0)，将玻璃纤维纱窗骨架在有机溶剂中浸泡使其溶胀后，浸入石墨烯分散液中，使其表层包覆一层石墨烯，再利用静电纺丝装置在已包覆石墨烯的玻璃纤维纱窗骨架上喷涂静电纺丝液，形成一层纳米纤维膜；专利“一种功能性超细纤维经编防雾霾纱窗面料及其制备方法”(CN201510736455.4)，采用超细纤维的纳米技术结合物理静电吸尘剂再通过纺织经编技术，利用稳定的骨架支撑结合微纤，并通过微纤间隙功能和静电吸尘功能双向阻挡微尘颗粒效果；专利“防霾纱窗及防霾纱窗中纳米光净化涂层的制备方法”(CN201710099323.4)，利用液态的纳米光净化材料直接涂覆于载有活性炭的纱网上。上述专利技术专利中利用喷涂的方法实现纳米层的制备，往往会因结合力不够强导致纳米层易脱落，而超细纤维经编技术所制得的材料孔径显然达不到微纳米级别，不能有效拦截细小颗粒物。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种绿色环保、安全可控，可有效除去空气中的PM2.5、花粉等细小颗粒物，且具有较好的通风换气性能的纱窗及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过电场逐级递增/递减技术以及环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置，将聚合物纺丝液通过静电纺丝技术在纱窗基材上沉积，一步成型获得静电纺多组分纳米纤维复合纱窗材料。优选地，静电纺丝技术包括以下步骤：1)溶液配制：直接将一定量的聚合物加入到相应的溶剂中，封口后用磁力搅拌装置连续搅拌3～18小时，如需加热搅拌则放入40～100℃的水浴锅中，最终制备出稳定、均匀的聚合物纺丝液，浓度1～30wt％；2)静电纺丝：将制备好的聚合物纺丝液通过供液装置吸入喷丝模块中，设置纺丝参数后进行静电纺丝，其中静电纺丝的工艺条件为：电压10～100kV，灌注速度0.1～8mL/h，接收距离5～80cm，温度20～40℃，相对湿度20～80％。优选地，所述电场逐级递增/递减技术为：在幅宽垂直方向上设置不同高压电源的电压，形成多级分布的高压电场，所述纳米纤维直径在10～500nm范围内递增/递减分布。优选地，所述环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置包括包括排气风机、环形排气分管、排气主管以及溶剂蒸汽回收装置，排气风机的排风量大小由变频器调节，排气风机与环形排气分管相通，环形排气分管通过绝缘支架固定在纺丝模块内，环形排气分管上方开有小孔，且小孔的开孔大小可调节，排气分管通过排气延伸管道与排气主管的一端相连，排气主管布置在纺丝模块下方，排气主管的上方开有百叶窗，排气主管的另一端通过排气延伸管道通向溶剂蒸汽回收装置。优选地，所述风机排风量大小为0～2000m3/min，变频器频率为0～100Hz。优选地，所述环形为圆形、椭圆形、正方形、矩形、正六边形中的一种或组合；所述环形排气分管以纺丝区域的正中心为原点环环布置，纺丝区域面积为S，S＞6.4m2，环形排气分管根数为a，相邻环形排气分管距离为b，5cm＜b＜30cm。优选地，所述排气分管外径为R，3cm＜R＜8cm，内径为r，2.5cm＜r＜7.5cm，排气分管上方开孔为圆形，开孔大小可通过阀门调节，开孔面积为s，0＜s＜12cm2；所述排气分管上开孔数量Ni(i＝1，2，3，…，a)的分布从内向外依次递增，满足条件：Ni＝iN1(i＝1，2，3，…，a)。优选地，所述纳米纤维层成分为聚丙烯、可溶性聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、聚酯、尼龙6、尼龙66、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚乙二醇、聚氨酯、聚砜和聚醚砜中的一种。优选地，所述纱窗基材为尼龙、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯、金属丝、碳纤维或玻纤中的一种，克重为30～200g/m2，网眼目数为10～200目。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗，其特征在于，通过上述的制备方法一步成型制备得到的双层复合结构，包括纱窗基材及沉积其上的纳米纤维层，纳米纤维层克重为5～80g/m2。优选地，所述静电纺多组分纳米纤维复合纱窗对0.03～8μm的颗粒物过滤效率达95％以上，阻力压降小于18Pa，透光度60～95％。有益效果：(1)本专利技术的静电纺多组分纳米纤维复合纱窗的制备方法，在静电纺丝过程中通过电场逐级递增/递减技术，其纳米纤维层直径分布在垂直于幅宽方向上呈递增或递减排列，纳米纤维直径大小为10～500nm。(2)本专利技术在静电纺丝制备过程中采用环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置，将聚合物纺丝液通过静电纺丝制备方法在纱窗基材上沉积，一步成型获得静电纺多组分纳米纤维复合纱窗材料，避免纺丝区域溶剂蒸汽过大引起纤维成型性能差。(3)本专利技术的一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗，制备方法绿色环保、安全可控，可有效除去空气中的PM2.5、花粉等细小颗粒物，具有较好的通风换气性能，具备高效低阻的性能优势且透光度好。附图说明图1为本专利技术一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗的扫描电镜图；图2为本专利技术环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置的俯视图；附图标记说明：1.环形排气分管、2.开孔、3.纺丝模块。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。以下实施例均采用了如图1所示的环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置包括排气风机、环形排气分管、排气主管以及溶剂蒸汽回收装置，排气风机的排风量大小由变频器调节，排气风机的排风量大小为0-2000m3/min，变频器频率为0～100Hz。排气风机与环形排气分管相通，环形排气分管的环形为圆形、椭圆形、正方形、矩形、正六边形中的一种或组合。所述环形排气分管以纺丝区域的正中心为原点环环布置，纺丝区域面积为S，S＞6.4m2，环形排气分管根数为a，相邻环形排气分管距离为b，5cm＜b＜30cm。所述环形排气分管外径为R，3cm＜R＜8cm，内径为r，2.5cm＜r＜7.5cm。环形排气分管通过绝缘支架固定在纺丝模块内，环形排气分管上方开有小孔，小孔为圆形，开孔大小通过阀门调节，开孔面积为s，0＜s＜12cm2。环形排气分管上开孔数量Ni(i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过电场逐级递增/递减技术以及环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置，将聚合物纺丝液通过静电纺丝技术在纱窗基材上沉积，一步成型获得静电纺多组分纳米纤维复合纱窗材料。

【技术特征摘要】
1.一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过电场逐级递增/递减技术以及环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置，将聚合物纺丝液通过静电纺丝技术在纱窗基材上沉积，一步成型获得静电纺多组分纳米纤维复合纱窗材料。2.根据权利要求1所述的一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗的制备方法，其特征在于，静电纺丝技术包括以下步骤：1)溶液配制：直接将一定量的聚合物加入到相应的溶剂中，封口后用磁力搅拌装置连续搅拌3～18小时，如需加热搅拌则放入40～100℃的水浴锅中，最终制备出稳定、均匀的聚合物纺丝液，浓度1～30wt％；2)静电纺丝：将制备好的聚合物纺丝液通过供液装置吸入喷丝模块中，设置纺丝参数后进行静电纺丝，其中静电纺丝的工艺条件为：电压10～100kV，灌注速度0.1～8mL/h，接收距离5～80cm，温度20～40℃，相对湿度20～80％。3.根据权利要求1所述的一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗的制备方法，其特征在于，所述电场逐级递增/递减技术为：在幅宽垂直方向上设置不同高压电源的电压，形成多级分布的高压电场，所述纳米纤维直径在10～500nm范围内递增/递减分布。4.根据权利要求1所述的一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗的制备方法，其特征在于，所述环形梯度溶剂蒸汽快速去除装置包括包括排气风机、环形排气分管、排气主管以及溶剂蒸汽回收装置，排气风机的排风量大小由变频器调节，排气风机与环形排气分管相通，环形排气分管通过绝缘支架固定在纺丝模块内，环形排气分管上方开有小孔，且小孔的开孔大小可调节，排气分管通过排气延伸管道与排气主管的一端相连，排气主管布置在纺丝模块下方，排气主管的上方开有百叶窗，排气主管的另一端通过排气延伸管道通向溶剂蒸汽回收装置。5.根据权利要求4所述的一种静电纺多组分纳米纤维复合纱窗的制备方法，其特征在于，所述风机排风量大小为0～2000m3/min，变频器...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，廖亚龙，赵兴雷，李玉瑶，丁鑫鑫，印霞，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31