一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜及其制备方法和检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：提供纺丝原液，所述纺丝原液包含纺丝材料、离子染料和溶剂，所述纺丝原液经过静电纺丝过程成纤维膜，得到快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜；所述纺丝材料用于形成纤维膜，所述溶剂用于溶解纺丝材料；所述离子染料经过静电纺丝过程形成中间体，且所述离子染料接触极性有机溶剂后恢复初始状态，所述离子染料的初始状态与离子染料的中间体之间存在颜色差异。该快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜具有价格低廉、操作简单、快速、便携、时效性高等优点。本发明专利技术还提供了快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜及检测装置。检测装置。检测装置。

【技术实现步骤摘要】
一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜及其制备方法和检测装置


[0001]本专利技术涉及检测设备
，具体涉及一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜，本专利技术还涉及该快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，本专利技术还涉及一种包含前述快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的检测装置。

技术介绍

[0002]挥发性VOC（Volatile Organic Compound，挥发性有机化合物）的危害很明显，当居室中VOC浓度超过一定浓度时，在短时间内人们感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力；严重时会抽搐、昏迷、记忆力减退。VOC伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。居室内VOC污染以及实验室VOC污染已引起各国重视，并且产生了极坏的影响。挥发性VOC对人体健康的影响主要是刺激眼睛和呼吸道，使皮肤过敏，使人产生头痛、咽痛与乏力，其中还包含了很多致癌物质。其中，挥发性VOC中大量的有毒有害成分为极性物质，包括大家熟悉的甲醛、氨气等。目前，对于挥发性VOC的检测大多采用大型有机溶剂监测设备，这类设备虽然可以精准检测室内空气中有机溶剂溶度，并提供预警，但是存在体积大、价格高、操作繁琐且不便携等缺陷，不能满足广泛的挥发性VOC检测需求。对于这类有毒有害气体，急需开发出一款价格低廉、操作简单、便携式检测装置。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜，本专利技术还提供了该快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，本专利技术还提供了一种包含前述快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的检测装置，用于挥发性VOC检测以满足对于价格低廉、操作简单、快速、便携、时效性高等方面的需求。
[0004]第一方面，本专利技术提供了一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：提供纺丝原液，所述纺丝原液包含纺丝材料、离子染料和溶剂，所述纺丝原液经过静电纺丝过程成纤维膜，得到快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜；所述纺丝材料用于形成纤维膜，所述溶剂用于溶解纺丝材料；所述离子染料经过静电纺丝过程形成中间体，且所述离子染料接触极性有机溶剂后恢复初始状态，所述离子染料的初始状态与离子染料的中间体之间存在颜色差异。
[0005]本专利技术主要基于静电纺丝技术，利用该技术制备纳米纤维薄膜。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。如图1所示，在电场力作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形（即“泰勒锥”），当电场力大于液滴的表面张力后，溶液将从圆锥尖端延展，运行一定距离后固化成纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝，纳米纤维在接收器聚集叠加成为纳米纤维薄膜。离子染料在纺丝过程中，由于存在外来电子而发生可逆反应形成中间体，有机溶剂迅速挥发，剩下离子染料中间
体被固化在纳米纤维中，中间体与高分子链侧部官能团形成化学键并被稳定。当环境中存在极性有机溶剂时，借助于纳米纤维膜超大的比表面和超强吸附能力，够使有机溶剂分子迅速被捕获，并解放纤维内部被固化的离子染料中间体，离子染料恢复原状。由于离子染料的初始状态与离子染料的中间体之间存在颜色差异，因此将本专利技术快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜置于极性有机溶剂环境中，快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜能够快速产生颜色变化，实现肉眼可辨认的极性有机溶剂检测效果。
[0006]优选的，所述纺丝材料为聚氧化乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯弹性体、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚N异丙基丙烯酰胺、聚乳酸、聚己内酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸甲酯的共聚物中的一种或者多种的混合物；所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、氯仿、甲苯、异丙醇中的一种或者多种的混合物；所述离子染料为亚甲基蓝。
[0007]亚甲基蓝为蓝色阳离子染料，结构式(缩写为1
+
Cl
‑
)如图2所示。其在有机溶剂中存在一个可逆的电化学反应过程，如图3所示，但是其主要还是以1
+
Cl
‑
的形式存在。当置于强电场中有外来电子存在时，可逆反应会继续向右进行，从而形成不同的中间体。亚甲基蓝通过可逆反应形成大量的中间体，这些中间体与高分子链侧部官能团形成化学键并被稳定。静电纺丝过程中，有机溶剂迅速挥发，剩下亚甲基蓝中间体被固化在高分子纳米纤维中，中间体存在和新的化学键的形成，使纳米纤维膜显示出不同于亚甲基蓝原有的颜色（蓝色）。当纤维膜遇到极性有机溶剂后，被固化的亚甲基蓝中间体被解放从而发生向左的电化学反应，再次形成亚甲基蓝，纤维膜的颜色也随之重新变为蓝色。因此利用纤维膜颜色的变化可以快速、简便的定性检测有机溶剂的存在。选择不同的纺丝材料具有不同的机械性能，不同的纺丝材料与亚甲基蓝中体结合形成的纤维膜，其颜色也不一致，能够满足不同的场景需求。溶剂主要用于溶解纺丝材料和亚甲基蓝，提升纺丝材料和染料的均一性。
[0008]优选的，所述纤维膜中纤维的直径为400～1200 nm。更优选的，所述纤维膜中纤维的直径为600～900 nm。纳米纤维的直径决定了该纤维膜具有超大的比表面和超强吸附能力，够使有机溶剂分子迅速被捕获，并解放纤维内部被固化的亚甲基蓝中间体，辅助快速检测极性有机溶剂。
[0009]优选的，所述纺丝材料的平均分子量为25000～300000，所述纺丝原液中纺丝材料的质量分数为5%～20%，所述纺丝原液中纺丝材料与离子染料的质量之比为100:0.5～6。更优选的，所述纺丝材料的平均分子量为50000～150000，所述纺丝原液中纺丝材料的质量分数为8%～15%，所述纺丝原液中纺丝材料与离子染料的质量之比为100:1～3。纺丝材料的平均分子量、质量分数和比例与纺丝形成的纤维膜的机械性能有关，合适范围的平均分子量、质量分数和比例有助于形成表面光滑、粗细均匀可控的纳米纤维膜。
[0010]优选的，所述静电纺丝的电压为10～15 Kv，收集板距离针头10～15 cm，纺丝速率为0.5～2 ml/h。合适的电压、距离及速率有助于控制纤维膜的直径、表面结构及机械性能。
[0011]第二方面，本专利技术还提供了一种采用第一方面任一项所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法制备的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜。
[0012]本专利技术第二方面所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜具有便携、操作简
单、检测迅速、检测限高、成本低廉等优点，能够应用于任何需要检测极性有机溶剂的场合，例如室内甲醛检测、实验室甲酸、氨气等泄露检测。最新的实验数据显示，该功能性纳米纤维膜对极性有机溶剂灵敏度至少可以达到十万分之一级（10 ppm），响应速度也非常快。即0.01 mL的极性有机溶剂充分均匀挥发散在1 L的密闭空间中，功能性纤维膜置于其中，5秒内就会引发变色反应。这可以归功于纳米纤维膜超大的比表面和超强吸附能力，能够使有机溶剂分子迅速被捕获，并解放纤维内部被固化的亚甲基蓝中间体。
[0013]第三方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供纺丝原液，所述纺丝原液包含纺丝材料、离子染料和溶剂，所述纺丝原液经过静电纺丝过程成纤维膜，得到快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜；所述纺丝材料用于形成纤维膜，所述溶剂用于溶解纺丝材料；所述离子染料经过静电纺丝过程形成中间体，且所述离子染料接触极性有机溶剂后恢复初始状态，所述离子染料的初始状态与离子染料的中间体之间存在颜色差异。2.如权利要求1所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纺丝材料为聚氧化乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯弹性体、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚N异丙基丙烯酰胺、聚乳酸、聚己内酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸甲酯的共聚物中的一种或者多种的混合物；所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、氯仿、甲苯、异丙醇中的一种或者多种的混合物；所述离子染料为亚甲基蓝。3.如权利要求1所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纤维膜中纤维的直径为400～1200 nm。4.如权利要求3所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纤维膜中纤维的直径为600～900 nm。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：彭令，
申请(专利权)人：张洗尘，
类型：发明
国别省市：