CN106521686A - 一种负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法，包括如下步骤：提供二氧化硅纳米粒子；将所述二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺溶液以预定比例混合得到第一混合液，使二氧化硅均匀分布于第一混合液中；将所述第一混合液进行静电纺丝处理，以纤维织物作为载体，在所述载体的表面形成二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺的复合驻极纤维，干燥得到所述负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料。本发明还提供一种负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料。

Description

一种负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，尤其涉及一种负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料及其制备方法。
背景技术
驻极体是指能长期储存电荷并保持极化状态的功能材料。现有的驻极体有天然蜡、树脂、松香、磁化物、部分陶瓷材料、二氧化硅、有机玻璃及高分子聚合物，比如K－1聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚全氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酯等。驻极方法主要有电晕放电法、摩擦起电法、热极化法、低能电子束轰击法等。现有的驻极体的制备方法较为复杂。
随着工业的大力发展，空气雾霾越来越严重。因此，亟需一种简单高效的降低雾霾的措施。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料及其制备方法，能有效净化空气，且能够反复使用。
本发明提供一种负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法，包括如下步骤：
提供二氧化硅纳米粒子；
将所述二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺溶液以预定比例混合得到第一混合液，使二氧化硅均匀分布于第一混合液中，其中聚间苯二甲酰间苯二胺溶液的质量分数为0.01-1％，聚间苯二甲酰间苯二胺溶液中的溶剂为二甲基乙酰胺/氯化锂、二甲基甲酰胺/氯化锂、或者甲基吡咯烷酮/氯化钙；
将所述第一混合液进行静电纺丝处理，以纤维织物作为载体，在所述载体的表面形成二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺的复合驻极纤维，干燥得到所述负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料。
其中，所述提供二氧化硅纳米粒子的步骤包括：
将氨水和水混合，得到第二溶液；
将四乙基原硅酸盐/无水乙醇混合溶液加入到所述第二溶液中，搅拌反应，得到所述二氧化硅纳米粒子。
其中，所述将氨水和水混合，得到第二溶液的步骤，具体为：
将0.01-1体积份氨水和1-5体积份水混合，搅拌得到所述第二溶液。
其中，所述将四乙基原硅酸盐/无水乙醇混合溶液加入到所述第二溶液中的步骤具体为：
将10体积份四乙基原硅酸盐/无水乙醇混合溶液匀速滴加到所述第二溶液中。
其中，所述将所述二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺溶液以预定比例混合得到第一混合液的步骤，具体为：
将1-20重量份所述二氧化硅纳米粒子与100重量份聚间苯二甲酰间苯二胺溶液混合，交替进行超声分散和搅拌进行混合，得到所述第一混合液。
其中，所述将第一混合液进行静电纺丝处理的步骤中，推进速度为0.01-0.5ml/h，接收距离为10cm，电压为20-30KV，纺丝针头端接正极，接收端接负极。
本发明还提供一种根据上述制备方法得到的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料，所述纤维驻极材料中以纤维织物为载体，所述纤维驻极材料的表面为二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺的复合驻极纤维，所述二氧化硅纳米粒子的尺寸为1nm～50nm。
其中，所述纤维驻极材料中负载的二氧化硅的密度为1g/cm3～100g/cm3。
区别于现有技术，本发明提供的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法中，将二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺预先混合，然后通过静电纺丝形成复合驻极纤维，该过程中，可将二氧化硅纳米粒子紧密与聚间苯二甲酰间苯二胺复合在一起，结合牢固，不易脱落。该负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备工艺简单，条件易于控制，便于规模生产。
该复合驻极纤维中二氧化硅纳米粒子呈高密度分布，可实现优越的驻极性能，应用于空气净化效果较佳，对于降低PM2.5具有显著的效果。该得到的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的机械性、稳定性良好，可反复使用，成本低，产品应用形式广泛。
附图说明
图1是本发明提供的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法流程示意图；
图2是本发明提供的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的扫描电镜照片；
图3是图2所示的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的放大图；
图4是本发明提供的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的透射电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
请参阅图1，本发明提供一种负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S101，提供二氧化硅纳米粒子；
步骤S102，将所述二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺溶液以预定比例混合得到第一混合液，其中聚间苯二甲酰间苯二胺溶液的质量分数为0.01％-1％，聚间苯二甲酰间苯二胺溶液中的溶剂为二甲基乙酰胺/氯化锂；
步骤S103，将所述第一混合液进行静电纺丝处理，以纤维织物作为载体，在所述载体的表面形成二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺的复合驻极纤维，干燥得到所述负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料。
在步骤S101中，所述二氧化硅纳米粒子的制备方法不限，可为溶胶-凝胶法、微乳液法、化学沉淀法、气相法、超重力法、机械粉碎法等。本发明中二氧化硅的制备采用溶胶-凝胶法，具体如下：
将氨水和水混合，得到第二溶液；
将四乙基原硅酸盐/无水乙醇混合溶液加入到第二溶液中，搅拌反应，洗涤得到二氧化硅纳米粒子。
在具体实施方式中，将0.01-1重量份氨水和1-5重量份去离子水混合，搅拌5min，得到第二溶液；
将10重量份体积比为1:15的四乙基原硅酸盐/无水乙醇混合溶液匀速滴加到第二溶液中，控制滴加速度，使得滴加过程持续1h，然后搅拌2h，用乙醇、水各离心洗涤三遍，得到二氧化硅纳米粒子。
在步骤S102中，所述二氧化硅纳米粒子通过搅拌而均匀分布于聚间苯二甲酰间苯二胺溶液中。所述聚间苯二甲酰间苯二胺溶液中的溶剂可为二甲基乙酰胺/氯化锂、二甲基甲酰胺/氯化锂、或者甲基吡咯烷酮/氯化钙。
具体的，将1-20重量份二氧化硅纳米粒子与100重量份质量分数为0.01-1％的聚间苯二甲酰间苯二胺溶液混合，交替进行超声分散和强力搅拌进行反应，得到第一溶液。
在具体实施方式中，超声分散和强力搅拌各进行10min，交替进行3次。
可以理解，二氧化硅纳米粒子可为1重量份、6重量份、12重量份、18重量份等。
在步骤S103中，通过静电纺丝形成纤维驻极材料。
具体的，在进行静电纺丝处理的步骤中，推进速度为0.01-0.5ml/h，接收距离为10cm，电压为20-30KV，纺丝针头端接正极，接收端接负极。
其中，纤维织物不做限定，可为所有的纺织品织物，具体的，可为超细旦涤纶纤维织物、锦纶、棉、腈纶、胺纶、麻、丝等。
可以理解，推进速度可为0.01mL/h、0.2mL/h、0.4mL/h、0.5mL/h等，电压可为20KV、25KV、30KV等。
可以理解，当以高比表面积的超细旦涤纶纤维为载体时，可实现表面密度高、高牢度负载二氧化硅纳米粒子，而得到强韧、高效、稳定的驻极材料。
可以理解，进行静电纺丝处理后，在常温下自然晾干即可得到负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料。
区别于现有技术的情况，本发明提供的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法中，将二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺预先混合，然后通过静电纺丝形成复合驻极纤维，该过程中，可将二氧化硅纳米粒子紧密与聚间苯二甲酰间苯二胺复合在一起，结合牢固，不易脱落。该负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备工艺简单，条件易于控制，便于规模生产。
请参阅图2-图4，本发明还提供一种负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料，纤维驻极材料根据上述方法制备得到的。所述纤维驻极材料中以纤维织物为载体。所述纤维驻极材料的表面为二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺的复合驻极纤维。所述二氧化硅纳米粒子的尺寸为1nm～50nm。
其中，所述纤维驻极材料中负载的二氧化硅的密度为1g/cm3～100g/cm3。
使用该负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料时，直接置于使用环境中，使用完成后以普通织物水洗方式进行清洗；保存时注意隔离；再次使用前，通过静电驻极即可。
区别于现有技术，本发明提供的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料中，该复合驻极纤维中二氧化硅纳米粒子呈高密度分布，可实现优越的驻极性能，应用于空气净化效果较佳，对于降低PM2.5具有显著的效果，即可在2h内将1立方米内的PM2.5从2000ppm降到100ppm以下。该得到的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的机械性、稳定性良好，可反复使用，成本低，产品应用形式广泛。
实施例1
1)混合加入0.05重量份氨水和3重量份去离子水，搅拌5分钟；
2)配制体积比为1:15的TEOS/无水乙醇混合溶液10重量份，匀速加入到上述溶液中，控制滴加速度使滴加过程持续1小时，然后持续搅拌2小时，以乙醇、水各离心洗涤三遍，得到二氧化硅纳米粒子产物；
3)配制质量分数为0.5％的PMIA溶液100重量份，溶剂体系为DMAC/LiCl，加入2)中产物20份，超声分散和强力搅拌各进行10分钟，如此交替进行3次；
4)将3)中所得溶液进行静电纺丝，推进速度为0.5mL/h，接收距离为10cm，电压为25KV，纺丝针头接正极，接收端接负极，以超细旦涤纶纤维织物作为接收基底，静电纺丝完成后在常温下自然晾干，得到负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料。
将所得到的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料进行形貌分析，结果见图2～图4。由图2～图4可见，在纤维织物的表面形成多个复合驻极纤维。
将所得到的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料与现有的几种驻极过滤材料进行驻极性能以及空气净化效果对比测试，结果如表1所示。
表1
由表1可见，本发明实施例1所述纤维驻极材料在自然吸附的情况下可在2h内将1立方米内的PM2.5从2000ppm降到100ppm以下，效率极高。所述纤维驻极材料应用于空气净化效果较佳，对于降低PM2.5具有显著的效果，且可反复性重复使用，且保证长期使用性能不降低。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供二氧化硅纳米粒子；
将所述二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺溶液以预定比例混合得到第一混合液，使二氧化硅均匀分布于第一混合液中，其中聚间苯二甲酰间苯二胺溶液的质量分数为0.01-1％，聚间苯二甲酰间苯二胺溶液中的溶剂为二甲基乙酰胺/氯化锂、二甲基甲酰胺/氯化锂、或者甲基吡咯烷酮/氯化钙；
将所述第一混合液进行静电纺丝处理，以纤维织物作为载体，在所述载体的表面形成二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺的复合驻极纤维，干燥得到所述负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料。
2.根据权利要求1所述的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法，其特征在于，所述提供二氧化硅纳米粒子的步骤包括：
将氨水和水混合，得到第二溶液；
将四乙基原硅酸盐/无水乙醇混合溶液加入到所述第二溶液中，搅拌反应，得到所述二氧化硅纳米粒子。
3.根据权利要求2所述的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法，其特征在于，所述将氨水和水混合，得到第二溶液的步骤，具体为：
将0.01-1体积份氨水和1-5体积份水混合，搅拌得到所述第二溶液。
4.根据权利要求3所述的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法，其特征在于，所述将四乙基原硅酸盐/无水乙醇混合溶液加入到所述第二溶液中的步骤具体为：
将10体积份四乙基原硅酸盐/无水乙醇混合溶液匀速滴加到所述第二溶液中。
5.根据权利要求1所述的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法，其特征在于，所述将二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺溶液以预定比例混合得到第一混合液的步骤，具体为：
将1-20重量份所述二氧化硅纳米粒子与100重量份聚间苯二甲酰间苯二胺溶液混合，交替进行超声分散和搅拌进行混合，得到所述第一混合液。
6.根据权利要求1所述的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料的制备方法，其特征在于，所述将第一混合液进行静电纺丝处理的步骤中，推进速度为0.01mL/h-0.5mL/h，接收距离为10cm，电压为20KV-30KV，纺丝针头端接正极，接收端接负极。
7.一种根据权利要求1-6中任意一项制备方法得到的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料，其特征在于，所述纤维驻极材料中以纤维织物为载体，所述纤维驻极材料的表面为二氧化硅纳米粒子与聚间苯二甲酰间苯二胺的复合驻极纤维，所述二氧化硅纳米粒子的尺寸为1nm～50nm。
8.根据权利要求7所述的负载二氧化硅纳米粒子的纤维驻极材料，其特征在于，所述纤维驻极材料中负载的二氧化硅的密度为1g/cm3～100g/cm3。
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