CN107237047A - 一种防雾霾无纺布的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种防雾霾无纺布的制备方法，涉及无纺布制备技术领域。该方法包括：选取包含甜菜碱基团的两性离子聚氨酯为原料，将原料分别配置成质量分数为15～35％和3％～10％的第一溶液和第二溶液，利用静电纺丝技术将第一溶液纺丝制备直径为1.0～2.0μm的无纺布支架，并在无纺布支架上对第二溶液纺丝得到200nm～500nm的纳米纤维，使得无纺布支架和纳米纤维相互交错形成包含大量孔隙结构的所述防雾霾无纺布，其中，纳米纤维和作为无纺布支架的纤维的数量比为19:1～19。由于第一溶液纺丝制备的纤维较粗，可以提高无纺布的力学性能。另外，甜菜碱基团具有良好的抑菌作用，可以防止雾霾中细菌的传播。

Description

一种防雾霾无纺布的制备方法
技术领域
本发明属于无纺布制备技术领域，尤其涉及一种防雾霾无纺布的制备方法。
背景技术
近年来，国内外很多城市频频出现雾霾天气，严重影响着居民的身体健康。雾霾中含有大量尘埃和病菌，大量吸入尘埃会对人体的呼吸系统产生很大损害。因此，国内外积极研究推广防雾霾产品，包括防雾霾纱窗及防雾霾口罩，空气静化器等。
目前，采用纳米纤维的无纺布来防止雾霾。通常，采用静电纺丝技术来制备纳米纤维，在利用普通的纺织方法将纳米纤维纺织为无纺布。其中，制得的无纺布包括由纳米纤维交错形成的大量孔隙结构，该空隙结构可以阻挡雾霾中的大量尘埃。但是，利用普通的纺织方法利用纳米纤维制备成的纳米纤维无防布不具有抑菌效果，不能彻底的防止雾霾中细菌的传播，而且，常规静电纺丝制备的纳米纤维力学性能太差，孔隙结构容易破坏。
发明内容
本发明提供一种防雾霾无纺布的制备方法，旨在解决现有的防雾霾无纺布没有抑菌效果，不能彻底的防止雾霾中细菌的传播，以及常规静电纺丝制备的纳米纤维力学性能太差，孔隙结构容易破坏的问题。
本发明提供的一种防雾霾无纺布的制备方法，包括：
选取包含甜菜碱基团的分子量为5万～10万的两性离子聚氨酯为原料；
将所述原料分别配置成质量分数为15～35％和3％～10％的第一溶液和第二溶液；
利用静电纺丝技术将所述第一溶液纺丝制备直径为1.0～2.0μm的无纺布支架，并在所述无纺布支架上对所述第二溶液纺丝得到200nm～500nm的纳米纤维，使得所述无纺布支架和所述纳米纤维相互交错形成包含大量孔隙结构的所述防雾霾无纺布，
其中，所述纳米纤维与作为所述无纺布支架的纤维的数量比为19:1～19。
本发明提供的一种防雾霾无纺布的制备方法，通过将质量分数15～35％的第一溶液纺丝制备无纺布支架，并在无纺布支架上对第二溶液纺丝，由此制得的无纺布，由于第一溶液的质量分数较高，制备的纤维较粗，具有良好的力学性能，从而可以提高无纺布的力学性能。此外，第一溶液和第二溶液的原料均包含甜菜碱基团，由于甜菜碱基团具有良好的抑菌作用，从而使得制得的无纺布可以防止雾霾中细菌的传播。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1是利用本发明实施例中的方法制得的防雾霾无纺布的扫描电镜图；
图2是本发明实施例1中制备的两性离子聚氨酯的红外光谱测试图；
图3是本发明实施例3革兰阳性菌金黄色葡萄球菌培养的空白组分示意图；
图4是本发明实施例3加入两性离子聚氨酯后的革兰阳性菌金黄色葡萄球菌培养的示意图；
图5是本发明实施例中的方法制得的防雾霾无纺布附着于网纱的图片。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明例提供的防雾霾无纺布的制备方法主要包括以下步骤：
选取包含甜菜碱基团的分子量为5万～10万的两性离子聚氨酯为原料；
将该原料分别配置成质量分数为15～35％和3％～10％的第一溶液和第二溶液；
利用静电纺丝技术将该第一溶液纺丝制备无纺布支架，并在该无纺布支架上对该第二溶液纺丝，得到纳米纤维相互交错的该防雾霾无纺布。
其中，纳米纤维与作为无纺布支架的纤维的数量比为19:1～19。
本发明实施例提供的防雾霾无纺布的制备方法，由该方法的制备得到的无纺布包含明显的两类粗细不同的纤维，其中，粗纤维由质量分数为18～22％的第一溶液制得，其直径1.0～2.0μm，占无纺布中纤维数量的5％～50％，主要提供支架作用。细纤维由质量分数为4～6％的第二溶液制得，其直径200nm～500nm，占无纺布中纤维数量的50％～95％，主要作用是在粗纤维上相互交错形成大量的孔隙结构，便于过滤雾霾中的粉尘。如图1所示，图1为采用本发明实施例中的方法制得的防雾霾无纺布的扫描电镜图。由图1可知，纤维堆积密集，孔隙结构的直径为1.0～3.0μm，可以同时具有良好的透气性和防雾霾的效果。此外，由于制备防雾霾无纺布所用的原料包含了具有抑菌作用的甜菜碱基团，可以很好的防止雾霾中细菌的传播。
具体的，选取包含甜菜碱基团的分子量为5万～10万的两性离子聚氨酯为原料，其中，两性离子聚氨酯中的两性离子为阴离子基团和阳离子基团。阴离子基团为磺酸阴离子基团、羧酸阴离子基团或磷酸阴离子基团中的至少一种。阳离子基团为季铵根离子基团、吡啶盐离子基团或咪唑盐离子基团中的至少一种。需要说明的是，上述阴离子基团和阳离子基团共同组成甜菜碱基团。本发明的一个实施例，在制备两性离子聚氨酯时，将N－甲基乙二醇、六亚甲基二异氰酸酯和1，3－丙磺酸内酯合成得到包含季铵根阳离子和磺酸阴离子的两性离子聚氨酯，其中制得的两性离子聚氨酯的分子量为5万-10万。
优选地，将原料分别配置成质量分数为18～22％和4～6％的第一溶液和第二溶液。更优选地，质量分数分为20％和5％。配置第一溶液和第二溶液的溶剂为N，N－二甲基甲酰胺、N，N－二甲基乙酰胺、四氢呋喃和吡咯烷酮中的任一种。优选地，第一溶液中的溶剂与第二溶液中的溶剂相同。
利用静电纺丝技术将第一溶液纺丝制备直径为1.0～2.0μm的无纺布支架，并在无纺布支架上对第二溶液纺丝得到200nm～500nm的纳米纤维，使得无纺布支架和纳米纤维相互交错形成包含大量孔隙结构的防雾霾无纺布。其中，对第一溶液纺丝的时间为10～30min，优选为20min，得到作为的无纺布支架的纤维的数量占无纺布纤维总量的5～50％。对第二溶液纺丝的时间的为60～100min，优选为80min，得到的纳米纤维的数量占无纺布纤维总量的50～95％，如此，得到纳米纤维与作为无纺布支架的纤维的数量比为19:1～19。所形成孔隙的为1.0～3.0μm，得到的无纺布的厚度为10～50μm。静电纺丝技术采用的工艺参数为：电压15～30kv，接收距离约15～30cm，注射速率：0.01～0.05ml/min。
采用本发明实施例制得的防雾霾无纺布应用于口罩、纱窗或空气净化器中用来防止雾霾。本发明实施例还包括包含上述方法制得的防雾霾无纺布的一种口罩。本发明实施例还包括包含上述方法制得的防雾霾无纺布的一种纱窗。
实施例1
将N－甲基乙二醇、六亚甲基二异氰酸酯和1，3－丙磺酸内酯合成为包含季铵根阳离子和磺酸阴离子的聚氨酯，其中，两性离子基团的质量分数为30％，制得的两性离子聚氨酯的分子量为5万-10万；
将聚氨酯溶于N，N－二甲基乙酰胺中，配置成质量分数为20％的第一溶液和质量分数为5％的第二溶液；
采用静电纺丝仪对第一溶液纺丝20min，得到由较粗的纤维形成的无纺布支架；
采用相同的工艺参数在无纺布支架上对第二溶液纺丝40min，得到纳米纤维，使得纳米纤维在无纺布支架上相互交错、层层堆积，形成大量的空隙结构的防雾霾无纺布，其中，孔隙结构的直径为1～3μm。
实施例2
将N－甲基乙二醇、六亚甲基二异氰酸酯和1，3－丙磺酸内酯合成为包含季铵根阳离子和磺酸阴离子的聚氨酯，其中，两性离子基团的质量分数为40％，制得的两性离子聚氨酯的分子量为5万-10万；
将聚氨酯溶于四氢呋喃中，配置成质量分数为20％的第一溶液和质量分数为5％的第二溶液；
采用静电纺丝仪对第一溶液纺丝20min，得到由较粗的纤维形成的无纺布支架；
采用相同的工艺参数在无纺布支架上对第二溶液纺丝80min，得到纳米纤维，使得纳米纤维在无纺布支架上相互交错、层层堆积，形成大量的空隙结构的防雾霾无纺布，其中，孔隙结构的直径为1～3μm。
实施例3
将N－甲基乙二醇、六亚甲基二异氰酸酯和1，3－丙磺酸内酯合成为包含季铵根阳离子和磺酸阴离子的聚氨酯，其中，两性离子基团的质量分数为35％，制得的两性离子聚氨酯的分子量为5万-10万；
将聚氨酯溶于吡咯烷酮中，配置成质量分数为20％的第一溶液和质量分数为5％的第二溶液；
采用静电纺丝仪以网纱为底对第一溶液纺丝15min，得到由较粗的纤维形成的无纺布支架；
采用相同的工艺参数在无纺布支架上对第二溶液纺丝35min，得到纳米纤维，使得纳米纤维在无纺布支架上相互交错、层层堆积，形成大量的空隙结构的防雾霾无纺布，其中，孔隙结构的直径为1～3μm。
上述实施例中，将N－甲基乙二醇、六亚甲基二异氰酸酯和1，3－丙磺酸内酯合成的聚氨酯进行红外光谱测试，结果如图2所示，960cm-1处的伸缩振动峰为季胺离子吸收峰；而1038cm-1的振动峰为磺酸阴离子基团的吸收峰，证实了两性离子聚氨酯的形成。将实施例2中的聚氨酯与革兰阳性菌金黄色葡萄球菌培养12小时后，去除聚氨酯组分，采用营养液继续培养。将培养液中的菌落与空白组分对比，如图3和图4所示，其中，图3为空白组分，图4为加入聚氨酯后培养液中的菌落。显然，图4中菌落明显少于图3中的菌落，可见聚氨酯具有较好的抑菌效果。实施例3中，以网纱为底面直接在网纱上接收制得的无纺布，由图5所示，图5为防雾霾无纺布附着于网纱的图片，从图5可见，通过网纱可以观察到白色底面，具有透光效果，因此，由上述实施例制得的无纺布还可以应用于纱窗中，不仅透光还可以防止雾霾。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防雾霾无纺布的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
选取包含甜菜碱基团的分子量为5万～10万的两性离子聚氨酯为原料；
将所述原料分别配置成质量分数为15～35％和3％～10％的第一溶液和第二溶液；
利用静电纺丝技术将所述第一溶液纺丝制备直径为1.0～2.0μm的无纺布支架，并在所述无纺布支架上对所述第二溶液纺丝得到200nm～500nm的纳米纤维，使得所述无纺布支架和所述纳米纤维相互交错形成包含大量孔隙结构的所述防雾霾无纺布；
其中，所述纳米纤维与所述作为所述无纺布支架的纤维的数量比为19:1～19。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两性离子聚氨酯的阴离子基团为磺酸阴离子基团、羧酸阴离子基团和磷酸阴离子基团中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述两性离子聚氨酯的阳离子基团为季铵根离子基团、吡啶盐离子基团和咪唑盐离子基团中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种防雾霾无纺布的制备方法，其特征在于，所述两性离子聚氨酯的制备方法包括：
将N－甲基乙二醇、六亚甲基二异氰酸酯和1，3－丙磺酸内酯合成为包含所述季铵根阳离子和磺酸阴离子的所述两性离子聚氨酯。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶液的质量分数为18～22％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二溶液的质量分数为4～6％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶液和所述第二溶液的溶剂为N，N－二甲基甲酰胺、N，N－二甲基乙酰胺、四氢呋喃和吡咯烷酮中的任一种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一溶液的溶剂和所述第二溶液的溶剂相同。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静电纺丝技术采用的工艺参数为：电压15～30kv，接收距离约15～30cm，注射速率：0.01～0.05mL/min。
10.一种防雾霾的口罩，其特征在于，所述口罩包括：由权利要求1-8任一项方法制备得到的防雾霾无纺布。
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Application publication date: 20171010

Assignee: Hengquan industry (Shenzhen) Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN University

Contract record no.: X2022980023961

Denomination of invention: A preparation method of anti haze non-woven fabric

Granted publication date: 20190816

License type: Common License

Record date: 20221201

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