CN106012531A - 基于导电高分子的抗雾霾窗纱纤维及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于导电高分子的抗雾霾窗纱纤维及其制备方法和应用。所述的抗雾霾窗纱纤维包括纤维及附着在所述纤维表面的导电高分子表面处理剂层,导电高分子表面处理剂的组成包括:PEDOT‑PSS水分散体、水性聚氨酯、3‑(2,3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、异丙醇、1‑甲基‑2‑吡咯烷酮、羟乙基纤维素水溶液、水性流平剂BYK‑333和N,N‑二甲基乙醇胺。本发明还公开了抗雾霾窗纱纤维的制备方法和应用。采用本发明基于导电高分子的抗雾霾窗纱纤维制成纱窗,在不影响透气效果的前提下,提升PM2.5的阻挡率,且制备方法简单,产品可以重复使用率高。
Description
技术领域
本发明涉及纱窗纤维,尤其涉及一种基于导电高分子的抗雾霾窗纱纤维及其制备方法和应用。
背景技术
雾霾是雾和霾的统称,是一种天气现象,是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述。指空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等大量极细微的干尘粒子均匀的浮游在空中,使空气浑浊,视野模糊并导致能见度恶化。雾霾天气是一种大气污染状态,雾霾尤其是PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)被认为是造成雾霾天气的“元凶”。近些年来,随着空气质量逐渐恶化,雾霾天气现象出现频率越来越高,它们在人们毫无防范的时候侵入人体呼吸道和肺叶中,从而引起呼吸系统疾病、心血管系统疾病、血液系统、生殖系统等疾病,诸如咽喉炎、肺气肿、哮喘、鼻炎、支气管炎等炎症,长期处于这种环境还会诱发肺癌、心肌缺血及损伤。
为了减轻雾霾对人体的伤害,除了环境治理,从源头减少污染源之外,采用具有防霾效果的口罩与窗纱等防护性产品是降低霾对人们身体伤害的可靠途径。其中,现有的防雾霾窗纱采用核孔膜原理,核孔膜虽然能够有效的阻挡雾霾,但透气性差,成本高限制了其进一步商业化应用。此外,还有一些通过静电原理抗雾霾的窗纱产品,但是依然成本高昂,而且空隙较大,效果较差。还有一些功能性超细纤维,通过将电气石、硫化钙、硒化钙、一水硫酸锂、氧化锌中的一种或几种与粘合剂形成的混合物。与面料共混,制备抗雾霾纱窗,但是无机共混物容易失效,而且会导致窗纱品质下降。
发明内容
技术问题:为克服现有技术中的问题,本发明提供了一种基于导电高分子的抗雾霾纱窗纤维,制成的纱窗在不影响透气效果的前提下,提升PM2.5的阻挡率,且制备方法简单,产品可以重复使用率高。
技术方案:
一种基于导电高分子的抗雾霾窗纱纤维,包括纤维及附着在所述纤维表面的导电高分子表面处理剂层,其中,以重量百分比计,导电高分子表面处理剂的组成包括:
所述羟乙基纤维素水溶液的质量分数为2~3%。
所述导电高分子表面处理剂的pH为7~8,在此条件下,体系才能稳定。
本发明导电高分子表面处理剂在空气的摩擦下,可以产生静电,与空气中的粉尘相互作用,诱导粒子产生电荷,从而达到排斥粉尘的效果。
PEDOT-PSS水分散体:作为导电介质。所述PEDOT-PSS水分散体可采用常规方法制备,具体可采用如下方法制备:在一三颈圆底烧瓶中加入100mL去离子水和1.30g PSS-Na,在室温下快速搅拌使其充分分散,用微量注射泵滴加0.26g EDOT,滴加完毕后,快速搅拌5min左右,随后加入0.60g(NH4)2S2O8,在快速搅拌下加入0.05g硫酸铁,继续搅拌5min后,用10%的稀盐酸调控反应液的pH保持在1.8~2.2,反应液逐渐变成蓝墨色,继续反应20h后,得到深蓝色的PEDOT-PSS水分散体。
水性聚氨酯:作为成膜基质。
3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷:提高高分子表面处理剂与基材的粘附性。
异丙醇:发挥消泡剂与防冻剂的作用。
1-甲基-2-吡咯烷酮:作为水性聚氨酯在水相中的助溶剂。
羟乙基纤维素水溶液:为环境友好型增稠剂。
水性流平剂BYK-333:改善渗透性,降低液体表面张力,促使形成平整、光滑、均匀的涂膜。
N,N-二甲基乙醇胺:聚氨酯类基质固化促进剂。
导电高分子表面处理剂的粘度为138/mPa·s~180/mPa·s。
导电高分子表面处理剂层的厚度为20~80um。
所述的纤维为聚乙烯纤维。所述纤维的直径为0.5~1mm。
优选的,以重量百分比计,导电高分子表面处理剂的组成包括:
更优选的,以重量百分比计,导电高分子表面处理剂的组成包括:
所述导电高分子表面处理剂的制备方法包括:搅拌条件下,向PEDOT-PSS水分散体中依次加入水性聚氨酯、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、异丙醇和1-甲基-2-吡咯烷酮,搅拌5~10min后加入羟乙基纤维素水溶液和水性流平剂,然后搅拌20~30min,再滴加N,N-二甲基乙醇胺于混合体系中,调节pH在7~8,继续搅拌2~3h后得到所述的导电高分子表面处理剂。
本发明还提供了所述基于导电高分子的抗雾霾窗纱纤维的制备方法,包括:
在纺丝过程中,将拉出的纤维通过导电高分子表面处理剂。
本发明还提供了所述的基于导电高分子的抗雾霾窗纱纤维在制备纱窗面料中的应用。
一种抗雾霾纱窗面料,包括所述的抗雾霾窗纱纤维。
一种抗雾霾纱窗,包括所述的抗雾霾纱窗面料。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明在不改变现有拉丝工艺的前提下,能大量快速制备导电高分子抗雾霾窗纱纤维。
(2)相比于用无机材料修饰的功能纤维,本发明用导电高分子修饰的聚乙烯纤维,依然保持较高的拉伸率,且不易失效,产品可重复使用。
(3)本发明对PM2.5阻挡效果优。
(4)相比较于采用核孔膜原理的防雾霾窗纱,透气效果好。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到防雾霾窗纱纤维的电镜图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
水性聚氨酯:WPU,苏州亚科科技股份有限公司;货号:S0715。
3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷:SCA-187,萨恩化学技术(上海)有限公司)
异丙醇:IPA,上海申博化工有限公司;
1-甲基-2-吡咯烷酮:NMP,国药集团化学试剂有限公司;
羟乙基纤维素:HEC,梯希爱(上海)化成工业有限公司;
水性流平剂BYK-333:广东汇和化工有限公司;
N,N-二甲基乙醇胺:DMEA,萨恩化学技术(上海)有限公司。
实施例1
(1)制备基于导电聚合物PEDOT-PSS的导电高分子表面处理剂。
以重量百分比计,原料组成为:
在一三颈圆底烧瓶中加入100mL去离子水和1.30g PSS-Na(聚苯乙烯磺酸钠盐),在室温下快速搅拌使其充分分散。用微量注射泵滴加0.26g EDOT(3,4-乙烯二氧噻吩),滴加完毕后,快速搅拌5min左右。随后加入0.60g(NH4)2S2O8,在快速搅拌下加入0.05g硫酸铁,继续搅拌5min后,用10%的稀盐酸调控反应液的pH保持在2左右,反应液逐渐变成蓝墨色。继续反应20h后,得到深蓝色的PEDOT-PSS水分散体,作为下一步的原料。
在容器中加入一定量的PEDOT-PSS水分散体,在快速搅拌下,依次加入一定量的水性聚氨酯、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、异丙醇和1-甲基-2-吡咯烷酮,搅拌5min后加入已配制好的羟乙基纤维素水溶液和水性流平剂BYK-333,搅拌30min,再滴加N,N-二甲基乙醇胺于混合体系中,调节pH在7~8之间,继续快速搅拌3h后得到复配的高粘度(粘度为180mPa·s)导电高分子表面处理剂。
(2)防雾霾窗纱纤维的制备
在聚乙烯熔融纺丝的过程中,在拉丝的最后一个环节,将拉出的纤维(一般为0.5mm),通过高粘度的导电高分子表面处理剂,纤维表面将附着一层很薄(40um)的导电高分子层,制备得到防雾霾窗纱纤维。
图1为本发明制备得到防雾霾窗纱纤维表面形貌的电镜图。将本发明的防雾霾纱窗纤维织成面料,应用现有类似面料形成的纱窗作为对比例,对比二者的阻挡效果。重复使用,测试五次,结果如表1。
性能检测方法具体如下:
作为对比的为功能性超细纤维经编防雾霾纱窗,制作该纱窗采用的功能性超细纤维具体可以参照公开号为CN 105220349 A、名称为“一种功能性超细纤维经编防雾霾纱窗面料及其制备方法”公开的方法进行制备,本实施例中,对比纱窗采用的功能性超细纤维由超细纤维和附着在超细纤维上的静电吸尘剂组成,其中超细纤维为0.5mm的聚乙烯丝,静电吸尘剂由电气石(10-20wt.%)、硫化钙(1-5wt.%)、硒化钙(2-6wt.%)、一水硫酸锂(1-3wt.%)、氧化锌(1-3wt.%)与粘合剂形成的混合溶液。
本实施例和对比由窗纱纤维经常规的平织方法织成网目为18目窗纱(即纱窗面料),将窗纱制成纱窗,安装在住宅楼房间的窗户上。纱窗面积长98cm宽45cm,室内单面通风,室内面积15m2,紧紧关闭其他门窗。在雾霾天做检测,检测开窗通风前后室内PM2.5浓度,计算PM2.5阻挡率。
表1
结果如表1,与现有的纱窗相比,本实施例的纱窗具有更好的抗雾霾效果,PM2.5阻挡率可达82.5%,且重复多次使用以后,PM2.5阻挡率仍维持在较高的水平。
实施例2~7
改变各组分比例,其余方法同实施例1,考察不同配比的导电高分子表面处理剂制成的窗纱纤维对抗雾霾效果的影响,具体配比见表2。
表2
实验结果见表3。
表3
Claims (10)
1.一种基于导电高分子的抗雾霾窗纱纤维,其特征在于,包括纤维及附着在所述纤维表面的导电高分子表面处理剂层,其中,以重量百分比计,导电高分子表面处理剂的组成包括:
所述羟乙基纤维素水溶液的质量分数为2~3%。
2.根据权利要求1所述的抗雾霾窗纱纤维,其特征在于,以重量百分比计,导电高分子表面处理剂的组成包括:
3.根据权利要求1所述的抗雾霾窗纱纤维,其特征在于,所述导电高分子表面处理剂的ph为7~8。
4.根据权利要求1所述的抗雾霾窗纱纤维,其特征在于,所述的纤维为聚乙烯纤维。
5.根据权利要求1所述的抗雾霾窗纱纤维,其特征在于,导电高分子表面处理剂层的厚度为20~80um。
6.根据权利要求1所述的抗雾霾窗纱纤维,其特征在于,所述的导电高分子表面处理剂的制备方法包括:搅拌条件下,向PEDOT-PSS水分散体中依次加入水性聚氨酯、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、异丙醇和1-甲基-2-吡咯烷酮,搅拌5~10min后加入羟乙基纤维素水溶液和水性流平剂BYK-333,然后搅拌20~30min,再滴加N,N-二甲基乙醇胺于混合体系中,调节pH在7~8,继续搅拌2~3h后得到所述的导电高分子表面处理剂。
7.根据权利要求1~6任一项所述的抗雾霾窗纱纤维的制备方法,其特征在于,包括:在纺丝的过程中,将拉出的纤维通过导电高分子表面处理剂。
8.根据权利要求1~6任一项所述的抗雾霾窗纱纤维的在制备纱窗面料中的应用。
9.一种抗雾霾纱窗面料,包括根据权利要求1~6任一项所述的抗雾霾窗纱纤维。
10.一种抗雾霾纱窗,包括根据权利要求9所述的抗雾霾纱窗面料。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161012 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |