基于静电纺丝技术的防雾霾窗纱及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于静电纺丝技术的防雾霾窗纱及其制备方法，该窗纱具有三层复合结构，基础层为金属筛网，所述的金属筛网表面用静电喷雾法复合有氰基丙烯酸乙酯粘性层，中间层为由静电纺丝法直接电纺于金属筛网上表面的纳米纤维功能膜，所述的纳米纤维功能膜为纳米石墨烯/PVDF/PEO复合纳米纤维膜，纳米纤维功能膜的上表面通过热压法复合保护层，所述的保护层为尼龙网。该窗纱能够对室外空气进行过滤，有效阻隔尘埃等颗粒物，并能保证室内外空气流通和室内采光，且制备方法简单，适宜规模化生产，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于静电纺丝技术的防雾霾窗纱及其制备方法
本专利技术属于建材和环保领域，具体涉及基于静电纺丝技术的防雾霾窗纱及其制备方法。
技术介绍
近年来，雾霾、扬尘或沙尘天气频繁出现，空气污染对健康的影响逐渐引起人们的重视。我国已成为全球大气污染最严重的国家之一，城市大气环境中PM2.5浓度超标，国内多个城市被雾霾困扰，雾霾形式严峻。除此之外，随着空气污染的加重，大气中还含有细菌病毒和有机污染物、氮氧化物、硫氧化物等有害气体污染物。在室外雾霾污染严重时，人们往往采用关闭门窗的方式阻隔室外空气进入室内，但是长期封闭门窗会影响室内外空气流通，影响室内换气，对人体健康不利。如何对通风门窗进行改造，在保证室内外空气流通的同时防止室外雾霾等污染物进入室内污染室内环境是目前迫切需要解决的问题。纱窗是常见的通风门窗配件，传统纱窗的网状窗纱可以在保证通风的同时防止蚊虫进入室内，但其对雾霾等污染物不能起到阻碍防护作用。从传统纱窗到功能性防雾霾纱窗，可以采用衬入活性炭等PM2.5过滤材料夹层吸附灰尘的方法，但现有滤材厚度较大，不能满足窗纱透光性和透气性的需要，且这种方法滤材与传统窗纱结合工艺较为复杂，成本较高，无法满足工业化生产需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术缺陷，对现有技术中的纱窗的窗纱进行改造，提供一种基于静电纺丝技术的防雾霾窗纱及其制备方法。该窗纱能够对室外空气进行过滤，有效阻隔尘埃等颗粒物，并能保证室内外空气流通和室内采光，且制备方法简单，适宜规模化生产，具有很好的应用前景。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于静电纺丝技术的防雾霾窗纱的制备方法，包括以下步骤：(1)配置前驱体纺丝液：将纳米石墨烯分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的混合溶剂中制成0.05-1wt％的纳米石墨烯分散液，所述的混合溶剂中N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的体积比为1:1，向纳米石墨烯分散液中加入聚偏氟乙烯(PVDF，分子量为57万)和聚氧化乙烯(PEO,分子量为90万)混合均匀得澄清溶液即为前驱体纺丝液，所得前驱体纺丝液中PVDF的含量为15-25wt％，PEO的含量为0.3-0.9wt％；(2)预处理基础层：所述的基础层为金属筛网，用清水对金属筛网进行洗涤，进行除杂除尘处理，再进行脱脂处理，将金属筛网浸入38-40℃的脱脂液中，20-25min后完成脱脂处理，再用清水对脱脂处理后的金属筛网进行洗涤，晾干，采用静电喷雾方式将氰基丙烯酸乙酯(ECA)均匀喷涂在金属筛网上，静电喷雾距离为5-8cm，电压为10-20千伏，时间2-10min；(3)电纺复合纳米纤维功能膜：将步骤(1)配得的前驱体纺丝液加入静电纺丝设备储液机构中，以步骤(2)中经过预处理的金属筛网作为静电纺丝设备的纺丝收集机构，用静电纺丝设备直接在金属筛网的上表面电纺复合一层纳米纤维功能膜；(4)热压复合保护层：所述的保护层为尼龙网，采用40-50℃热压工艺将尼龙网复合于步骤(3)制得的纳米纤维功能膜的上表面上，即得静电纺丝防雾霾窗纱。本专利技术通过静电纺丝法在基础层上直接复合一层微纳米厚度(平均厚度为1200-1800nm)的纳米纤维功能膜，这种由静电纺丝法制得的纳米纤维膜厚度薄、孔隙率高，具有很好的透光性和透气性，能够满足窗纱透光、透气要求，该纳米纤维功能膜具有超大的比表面积及纳米尺度孔径，能够很好的过滤PM2.5及细菌病毒，且纳米纤维功能膜所含的纳米石墨烯比表面积很大，具有极强的吸附能力，可吸附空气中的有害物质。该纳米石墨烯有极高的透明度，单层石墨烯理论上能够吸收2.3％的光，掺杂石墨烯能够提高纳米纤维功能膜的透光性。将纳米石墨烯加入前驱体纺丝液中不仅能增强纳米纤维功能膜对有害物质的吸附过滤作用，还能提高纳米纤维功能膜的力学性能，延长窗纱的使用寿命。步骤(1)在配置前驱体纺丝液时，加入了原料聚氧化乙烯作为络合剂，聚氧化乙烯的加入可以增强电纺纤维的强度、连续性和稳定性，可以使纳米纤维功能膜更加结实耐用，延长窗纱的使用寿命。在步骤(2)对基础层的预处理的过程中采用静电喷雾方式将氰基丙烯酸乙酯(ECA)均匀喷涂在金属筛网上，经过预处理使金属筛网具有一定的粘性，在接触过程中(步骤3)能增强纳米纤维膜与金属筛网的结合效果。通过静电纺丝法制备纳米纤维功能膜沉积于金属筛网表面时就能与其牢固结合，使纳米纤维功能膜在运输和使用过程中不易破损和脱落，能够延长窗纱的使用寿命。步骤(4)中又在纳米纤维功能膜表面热压了一层尼龙网作为保护层，能够更好的加固和保护纳米纤维功能膜，避免其与外界硬物直接剐蹭接触，使窗纱更加结实耐用。本专利技术在制备纳米纤维功能膜所采用的静电纺丝法是一种常用的生产制备微纳米纤维的方法，该方法通过电场力使原材料溶液或熔融液作为前驱体纺丝液形成射流并拉伸劈裂，最终在收集极上沉积形成纳米纤维膜，采用静电纺丝法制得的纳米纤维膜易与收集极材料分离，本专利技术为了保障窗纱的耐用性、延长使用寿命，要使功能性纤维膜沉积于金属筛网(收集极)表面时就能与之牢固结合，为此专利技术人在对基础层的预处理步骤中采用静电喷雾方式将氰基丙烯酸乙酯(ECA)均匀喷涂在金属筛网上，使金属筛网经过预处理在与电纺纤维接触时具有一定的粘性，使电纺纤维在与金属筛网接触过程中直接粘合于金属筛网表面形成牢固结构，同时静电喷雾产生的纳米级的氰基丙烯酸乙酯(ECA)粒径很小，喷涂过程中不会阻塞金属筛网的孔隙，不会影响窗纱的性能。本专利技术的窗纱制备方法在确保了窗纱质量的同时，生产工艺简单，节约了生产时间和成本，能够适应规模化工业生产的要求。优选的，所述的步骤(1)所用的纳米石墨烯的制备方法包括以下步骤：(a)氧化石墨烯的制备：在0℃的冰水浴中，依次将质量分数为98％的浓硫酸和高锰酸钾添加至可膨胀石墨中，在低于20℃条件下搅拌，水浴升温至30-40℃并保持恒温1-1.5h；所得溶液中添加超纯水稀释至溶液呈棕褐色，水浴加热升温至90-100℃，保持30-40min；向溶液中加入质量分数为30％的过氧化氢溶液至溶液变成土黄色，冷却至室温；将所得溶液抽滤后得到黄色固体，对固体进行酸洗后再用去离子水洗涤直至洗涤液呈中性，将固体在超纯水中超声分散得到棕色溶液，离心后冷冻干燥制得氧化石墨烯粉末；(b)将1000mg步骤(a)中制得的氧化石墨烯分散于600mL去离子水中，得到棕色悬浮液，超声(40kHz)下分散4h得到稳定的分散液，加入4g二氧化硫脲、10g氢氧化钠，95℃水浴中搅拌反应10h，制得黑色石墨烯水溶液，抽滤后依次用乙醇和水冲洗至pH＝7，在40℃的真空干燥箱中充分干燥，得到黑色粉末即为纳米石墨烯。本专利技术所使用的由上述方法制得的纳米石墨烯比表面积很大，具有极强的吸附能力，可吸附空气中的有害物质，且纳米石墨烯有极高的透明度，单层石墨烯理论上能够吸收2.3％的光，掺杂石墨烯能够提高纳米纤维功能膜的透光性能。将纳米石墨烯加入前驱体纺丝液中不仅能增强纳米纤维功能膜对有害物质的吸附过滤作用，还能提高纳米纤维功能膜的力学性能，延长窗纱的使用寿命。优选的，所述的步骤(1)配置前驱体纺丝液：将纳米石墨烯加入二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的混合溶剂中，所述的混合溶剂中N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的体积比为1:1，用超声波破碎仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于静电纺丝技术的防雾霾窗纱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置前驱体纺丝液：将纳米石墨烯分散于N,N‑二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中制成0.05‑1wt％的纳米石墨烯分散液，所述的混合溶剂中N,N‑二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为1:1，向纳米石墨烯分散液中加入分子量为57万的聚偏氟乙烯和分子量为90万的聚氧化乙烯混合均匀得澄清溶液即为前驱体纺丝液，所得前驱体纺丝液中聚偏氟乙烯的含量为15‑25wt％，聚氧化乙烯的含量为0.3‑0.9wt％；(2)预处理基础层：所述的基础层为金属筛网，用清水对金属筛网进行洗涤，进行除杂除尘处理，再进行脱脂处理，将金属筛网浸入38‑40℃的脱脂液中，20‑25min后完成脱脂处理，再用清水对脱脂处理后的金属筛网进行洗涤，晾干，采用静电喷雾方式将氰基丙烯酸乙酯均匀喷涂在金属筛网上，静电喷雾距离为5‑8cm，电压为10‑20千伏，时间2‑10min；(3)电纺复合纳米纤维功能膜：将步骤(1)配得的前驱体纺丝液加入静电纺丝设备储液机构中，以步骤(2)中经过预处理的金属筛网作为静电纺丝设备的纺丝收集机构，用静电纺丝设备直接在金属筛网的上表面电纺复合一层纳米纤维功能膜；(4)热压复合保护层：所述的保护层为尼龙网，采用40‑50℃热压工艺将尼龙网复合于步骤(3)制得的纳米纤维功能膜的上表面上，即得防雾霾窗纱。...

【技术特征摘要】
1.一种基于静电纺丝技术的防雾霾窗纱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置前驱体纺丝液：将纳米石墨烯分散于N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中制成0.05-1wt％的纳米石墨烯分散液，所述的混合溶剂中N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为1:1，向纳米石墨烯分散液中加入分子量为57万的聚偏氟乙烯和分子量为90万的聚氧化乙烯混合均匀得澄清溶液即为前驱体纺丝液，所得前驱体纺丝液中聚偏氟乙烯的含量为15-25wt％，聚氧化乙烯的含量为0.3-0.9wt％；(2)预处理基础层：所述的基础层为金属筛网，用清水对金属筛网进行洗涤，进行除杂除尘处理，再进行脱脂处理，将金属筛网浸入38-40℃的脱脂液中，20-25min后完成脱脂处理，再用清水对脱脂处理后的金属筛网进行洗涤，晾干，采用静电喷雾方式将氰基丙烯酸乙酯均匀喷涂在金属筛网上，静电喷雾距离为5-8cm，电压为10-20千伏，时间2-10min；(3)电纺复合纳米纤维功能膜：将步骤(1)配得的前驱体纺丝液加入静电纺丝设备储液机构中，以步骤(2)中经过预处理的金属筛网作为静电纺丝设备的纺丝收集机构，用静电纺丝设备直接在金属筛网的上表面电纺复合一层纳米纤维功能膜；(4)热压复合保护层：所述的保护层为尼龙网，采用40-50℃热压工艺将尼龙网复合于步骤(3)制得的纳米纤维功能膜的上表面上，即得防雾霾窗纱。2.如权利要求1所述的一种基于静电纺丝技术的防雾霾窗纱的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)所用的纳米石墨烯的制备方法包括以下步骤：(a)氧化石墨烯的制备：在0℃的冰水浴中，依次将质量分数为98％的浓硫酸和高锰酸钾添加至可膨胀石墨中，在低于20℃条件下搅拌，水浴升温至30-40℃并保持恒温1-1.5h；所得溶液中添加超纯水稀释至溶液呈棕褐色，水浴加热升温至90-100℃，保持30-40min；向溶液中加入质量分数为30％的过氧化氢溶液至溶液变成土黄色，冷却至室温；将所得溶液抽滤后得到黄色固体，对固体进行酸洗后再用去离子水洗涤直至洗涤液呈中性，将固体在超纯水中超声分散得到棕色溶液，离心后冷冻干燥制得氧化石墨烯粉末；(b)将1000mg步骤(a)中制得的氧化石墨烯分散于600mL去离子水中，得到棕色悬浮液，超声分散4h得到稳定的分散液，加入4g二氧化硫脲、10g氢氧化钠，95℃水浴中搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉马克瑞斯纳·西拉姆，龙云泽，于淼，
申请(专利权)人：青岛聚纳达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37