CN107581683B - 一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于空气过滤及防护设备相关领域，并公开了一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩及其制备方法，该口罩依次由第一外部保护层、第一网状电极层、第一柱状隔离物、静电纺丝纤维层、第二柱状隔离物、第二网状电极层和第二外部保护层组成，且将柱状隔离物设置于两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间，使得两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间具有一定厚度的空气间隙，并通过空气间隙之间的变化而执行柔性发电操作，进而达到智能指示的效果。本发明还公开了相应的制备方法。本发明的口罩能够在有效地过滤雾霾污染物的同时还能达到预警防尘能力的下降的目的，还具有过滤效率高、压降低、设计精巧、成本低廉、适合大规模生产等优点。
Description
技术领域
本发明属于空气过滤以及机电能量转换相关领域，更具体地，涉及一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩及其制备方法，其能够有效地过滤雾霾污染物同时能预警防尘能力下降。
背景技术
随着中国社会经济的高速发展，环境污染问题变得日益严重，尤其是近年来我国大部分地区不断出现大规模的雾霾现象，严重威胁着人们的身体健康。其中，通过佩戴口罩对PM2.5等雾霾污染物进行有效过滤是降低雾霾对人体伤害的有效途径之一。
静电纺丝技术制备的纳米纤维具有直径小、孔隙率高及结构可调等优点，因而基于静电纺丝纤维制备的防尘口罩比基于热熔喷技术制备的粗纤维口罩具有更好的雾霾污染物过滤效果。但是，普通的静电纺丝纤维仅仅依靠机械阻挡作用进行过滤。因此，只有纤维膜处于十分夯实的状态时才能有效地过滤十分微小的污染物，这会导致比较高的压降而造成使用者呼吸困难的情况。此外，口罩使用一段时间后会导致防尘能力的下降，而目前还没有有效的方式智能显示口罩的工作状态。综上所述，本领域存在着开发新型的能够有效地过滤雾霾污染物且能实时显示防尘状态的智能口罩的技术需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩及其制备方法，通过结合电子显示器件自身的特点和口罩的结构特点，相应对其关键组件如网状电极层、静电纺丝纤维层等发电功能组件的具体结构及设置方式、以及防尘口罩的整体构造等多个方面进行研究，制备出在有效地过滤雾霾污染物的同时，还能够预警防尘能力下降的智能防尘口罩，其核心是联合静电纺丝与电晕极化技术制备具有除尘与发电功能的纳米纤维层。所述的智能防尘口罩还具有过滤效率高、压降低、设计精巧、成本低廉、适合大规模生产等优点。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其依次包括第一外部保护层、第一网状电极层、第一柱状隔离物、静电纺丝纤维层、第二柱状隔离物、第二网状电极层和第二外部保护层。具体地，柱状隔离物设置于两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间，使得两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间具有一定厚度的空气间隙。
作为进一步优选地，第一与第二外部保护层由普通的棉线无纺布或聚合物无纺布组成；
优选地，第一和第二网状电极层由如下材料中的一种或者几种组合形成：银、铜、铝、碳材料、导电金属氧化物。其中，网状电极层的网孔大小范围为10微米至500微米；通过以上对材质和数值的具体选择，能够使静电纺丝纤维层与第一第二网状电极层之间的间隙发生改变并导致电子在电极两端来回振荡的过程中更好地吸附大量电荷，由此便于形成更大输出功率的交流电流；此外，可以低成本、高效率，便于大批量生产的方式获得按照本发明的柔性发电装置。
优选地，柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米；上述数值范围所形成的空气间隙大小，能够产生足够的电量来驱动电子显示器件，同时保证供电的稳定性，从而保证防尘口罩指示效果的稳定性。
优选地，两个网状电极层之间通过导线连接有电子显示器件，其为发光二极管(LED)或者液晶显示屏(LCD)。
按照本发明的另一方面，还提供了一种制备具有防尘效果指示功能的防尘口罩的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤:
(1)制备静电纺丝纤维层：将静电纺丝前驱物溶于溶剂，配置成具有合适粘度的纺丝溶液，利用静电纺丝技术对所得的纺丝溶液进行纺丝得到静电纺丝纤维层，基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；
(2)沿着静电纺丝纤维层两侧设置第一网状电极层和第二网状电极层，在静电纺丝纤维层和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物和第二柱状隔离物，该柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米，使第一第二网状电极层和静电纺丝纤维层之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层和第二网状电极层外侧还分别对应设置有第一外部保护层和第二外部保护层；
(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在电子显示器上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。
作为进一步优选地，步骤(1)中所述静电纺丝前驱物由如下材料中的一种或者几种组合形成：聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚丙烯腈、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乳酸；所述静电纺丝所用溶剂如下材料中的一种或者几种组合形成：去离子水、乙醇、甲苯、N，N二甲基甲酰胺、丙酮、氮甲基吡咯烷酮、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮。
优选地，在步骤(1)中，所用纺丝电压为10kV至30kV，纺丝所用针头与纺丝收集器间的距离为10cm至30cm，纺丝的溶液流速为0.5mL/h至3.5mL/h。上述参数范围内可以实现较好的纺丝效果，纺出的纤维连续均匀，断裂强力较好，适于制作本发明中的具备防尘效果指示功能的防尘口罩。
优选地，所述静电纺丝纤维层的克重范围为0.1g/m2至12g/m2，所述静电纺丝纤维的直径为100nm到1500nm。上述参数范围内制得的纤维网强力较高，服用性能好，更柔软舒适且透气性好，适合制作本发明中的具备防尘效果指示功能的防尘口罩。
优选地，在步骤(1)中所用的电晕极化电压为5kV至25kV或者-5kV至-25kV。在上数值范围内实施电晕极化后效果较好，能够得快速稳定地注入静电荷，便于大批量生产的方式获得按照本发明的柔性发电装置。
具体地，当外部空气经过本发明提供的防尘口罩时，空气中所含的污染物如PM2.5等会通过静电纺丝纤维层中纳米纤维的物理阻隔作用以及静电纺丝纤维层中静电荷的静电吸附作用而被过滤掉。
具体地，本发明提供的防尘口罩中的第一和第二网状电极层与静电纺丝纤维层组成一个静电感应发电机。口罩中空气的流动会使得第一和第二网状电极层与静电纺丝纤维层之间的空气间隙发生改变，使得两个电极间的感应电势发生变化而产生电能，从而驱动两个网状电极层之间连接的电子显示器件。
具体地，长时间地使用本发明提供的防尘口罩会使得静电纺丝纤维层中静电荷消失而导致其过滤效果下降。同时，静电荷的消失也会导致静电感应发电机的失效，而不能驱动电子显示器件。因此，电子显示器件的显示效果能够智能地预警口罩防尘效果的下降。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比具有以下优势：
(1)本发明提供的具备防尘效果指示功能的防尘口罩联合静电纺丝纤维层中纳米纤维的物理阻隔作用以及静电纺丝纤维层中静电荷的静电吸附作用对雾霾污染物进行过滤，能够有效地提升过滤效率的同时也能保持较低的压降。
(2)本发明提供的具备防尘效果指示功能的防尘口罩能够及时地预警口罩防尘效果的下降，通过第一第二网状电极层与静电纺丝纤维层之间的空气间隙的大小变化，驱动电子显示器件以提醒使用者及时更换口罩。本申请的具备防尘效果指示功能的防尘口罩，在柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米之间时，能够产生足够的电量来驱动电子显示器件，同时保证供电的稳定性，从而保证防尘口罩指示效果的稳定性。
(3)本发明提供的静电纺丝纤维层，在制备该静电纺丝纤维层时，通过将静电纺丝纤维层的克重、纤维直径和电晕极化电压控制在一个特殊的范围内，能够有效地提高发电量，并保证电量的稳定性，使其能够在防尘口罩中稳定地供电，以实现防尘效果的指示功能。
(4)本发明提供的具备防尘效果指示功能的防尘口罩设计精巧、成本低廉、具有适合大规模生产的潜力。
附图说明
图1是本发明提供的具有防尘效果指示效果的防尘口罩的整体结构示意图。
图2a是材料为聚丙烯腈的静电纺丝纤维层的扫描电镜图片。
图2b是材料为聚丙烯腈的静电纺丝纤维层在不同克重情况下的过滤效率和压降的示意图。
图3a是材料为偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物的静电纺丝纤维层的扫描电镜图片。
图3b是材料为偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物的静电纺丝纤维层在不同克重情况下的过滤效率和压降的示意图。
图4a是材料为聚醚酰亚胺的静电纺丝纤维层的扫描电镜图片。
图4b是材料为聚醚酰亚胺的静电纺丝纤维层在不同克重情况下的过滤效率和压降的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-1第一外部保护层，1-2第二外部保护层，2-1第一网状电极层，2-2第二网状电极层，3柱状隔离物，4静电纺丝纤维层，5电子显示器件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明提供的具有防尘效果指示功能的防尘口罩的整体结构示意图。如图1中所示，依次包括第一外部保护层1-1、第一网状电极层2-1、第一柱状隔离物3、静电纺丝纤维层4、第二柱状隔离物3、第二网状电极层2-2和第二外部保护层1-2；其中，所述第一第二柱状隔离物设置于所述两个网状电极层与静电纺丝纤维层4之间，并由此使得两个网状电极层2-1，2-2与静电纺丝纤维层4之间具有一定厚度的空气间隙；此外，两个网状电极层2-1，2-2之间通过导线连接有电子显示器件5，以此方式，通过第一第二网状电极层和静电纺丝纤维层之间间隙大小的改变产生电能，从而驱动显示器，实现指示防尘口罩的防尘效果的指示功能。
在一个优选实施例中，第一与第二外部保护层可以由普通的棉线无纺布或聚合物无纺布组成；
在一个优选实施例中，第一和第二网状电极层可以由如下材料中的一种或者几种组合形成：银、铜、铝、碳材料、导电金属氧化物。其中，网状电极层的网孔大小范围为10微米至500微米；通过以上对材质和数值的具体选择，能够使静电纺丝纤维层与第一第二网状电极层之间的间隙发生改变并导致电子在电极两端来回振荡的过程中更好地吸附大量电荷，由此便于形成更大输出功率的交流电流；此外，可以低成本、高效率，便于大批量生产的方式获得按照本发明的柔性发电装置。
在一个优选实施例中，柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米；较多的比较测试结果表明，上述数值范围所形成的空气间隙大小，能够产生足够的电量来驱动电子显示器件，同时保证供电的稳定性，从而保证防尘口罩指示效果的稳定性。
在一个优选实施例中，两个网状电极层之间通过导线连接有电子显示器件，其为发光二极管(LED)或者液晶显示屏(LCD)。
其具体工作机理为：当外部空气经过本发明提供的智能防尘口罩时，空气中所含的污染物如PM2.5等会通过静电纺丝纤维层中纳米纤维的物理阻隔作用以及静电纺丝纤维层中静电荷的静电吸附作用而被过滤掉。本发明提供的智能防尘口罩中的第一和第二网状电极层与静电纺丝纤维层组成一个静电感应发电机。口罩中空气的流动会使得第一和第二网状电极层与静电纺丝纤维层之间的空气间隙发生改变，使得两个电极间的感应电势发生变化而产生电能，从而驱动两个网状电极层之间连接的电子显示器件。长时间地使用本发明提供的智能防尘口罩会使得静电纺丝纤维层中静电荷消失而导致其过滤效果下降。同时，静电荷的消失也会导致静电感应发电机的失效，而不能驱动电子显示器件。因此，电子显示器件的显示效果能够智能地预警口罩防尘效果的下降。
本发明提供的制备具有防尘效果指示功能的防尘口罩的方法，该方法包括下列步骤:
(1)制备静电纺丝纤维层：将静电纺丝前驱物溶于溶剂，配置成具有合适粘度的纺丝溶液，利用静电纺丝技术对所得的纺丝溶液进行纺丝得到静电纺丝纤维层，基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；
(2)沿着静电纺丝纤维层两侧设置第一网状电极层和第二网状电极层，在静电纺丝纤维层和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物和第二柱状隔离物，该柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米，使第一第二网状电极层和静电纺丝纤维层之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层和第二网状电极层外侧还分别对应设置有第一外部保护层和第二外部保护层；
(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在电子显示器上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。
在一个优选实施例中，步骤(1)中所述静电纺丝前驱物由如下材料中的一种或者几种组合形成：聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚丙烯腈、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乳酸；所述静电纺丝所用溶剂如下材料中的一种或者几种组合形成：去离子水、乙醇、甲苯、N，N二甲基甲酰胺、丙酮、氮甲基吡咯烷酮、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮。
在一个优选实施例中，在步骤(1)中，所用纺丝电压为10kV至30kV，纺丝所用针头与纺丝收集器间的距离为10cm至30cm，纺丝的溶液流速为0.5mL/h至3.5mL/h；较多的比较测试结果表明，上述参数范围内可以实现较好的纺丝效果，纺出的纤维连续均匀，断裂强力较好，适于制作本发明中的具备防尘效果指示功能的防尘口罩。
在一个优选实施例中，在步骤(1)中，所述静电纺丝纤维层的克重范围为0.1g/m2至12g/m2，所述静电纺丝纤维的直径为100nm到1500nm。较多的比较测试结果表明，上述参数范围内制得的纤维网强力较高，服用性能好，更柔软舒适且透气性好，适于制作本发明中的具备防尘效果指示功能的防尘口罩。
在一个优选实施例中，在步骤(1)中所用的电晕极化电压为5kV至25kV或者-5kV至-25kV。在上数值范围内实施电晕极化后效果较好，能够得快速稳定地注入静电荷，便于大批量生产的方式获得按照本发明的柔性发电装置。
为了进一步具体解释本发明，以下给出了六个实施例。
实施例1：
(1)制备静电纺丝纤维层：将0.8g聚丙烯腈溶解到9.4g的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌直至形成均以透明的溶液。接着，将静电纺丝溶液加入到注射器中，并将针头与高压电源相连，设置纺丝电压为25kV，纺丝距离为18厘米，纺丝溶液流速1.5mL/h，所制得的静电纺纤维的直径为100nm，经1小时的纺丝后制得静电纺丝纤维层，克重为3.5g/m2，基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；利用电晕极化手段对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入，所用极化电压为-20kV；
(2)沿着静电纺丝纤维层4两侧设置第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2，在静电纺丝纤维层4和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物3和第二柱状隔离物3，该柱状隔离物的高度范围为100微米，使第一第二网状电极层2-1，2-2和静电纺丝纤维层4之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2外侧还分别对应设置有第一外部保护层1-1和第二外部保护层1-2，所述第一与第二外部保护层1-1，1-2由普通的棉线无纺布组成，第一和第二网状电极层2-1，2-2由银丝制成，其中，网状电极层的网孔大小范围为10微米；
(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在发光二极管(LED)上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。
实施例2：
(1)制备静电纺丝纤维层：将3.0g偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物溶解到由3.6g N,N-二甲基甲酰胺和8.4g丙酮组成的混合溶液中，搅拌直至形成均以透明的溶液。接着，将静电纺丝溶液加入到注射器中，并将针头与高压电源相连，设置纺丝电压为20kV，纺丝距离为15厘米，纺丝溶液流速1.3mL/h，所制得的静电纺纤维的直径为850nm，克重6g/m2，经1小时的纺丝后制得静电纺丝纤维层，基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；利用电晕极化手段对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入，所用极化电压为-5kV；
(2)沿着静电纺丝纤维层4两侧设置第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2，在静电纺丝纤维层4和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物3和第二柱状隔离物3，该柱状隔离物的高度范围为280微米，使第一第二网状电极层2-1，2-2和静电纺丝纤维层4之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2外侧还分别对应设置有第一外部保护层1-1和第二外部保护层1-2，所所述第一与第二外部保护层(1-1，1-2)由普通的棉线无纺布组成，第一和第二网状电极层(2-1，2-2)由铜丝制成，其中，网状电极层的网孔大小范围为300微米；
(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在发光二极管(LED)上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。
实施例3：
(1)制备静电纺丝纤维层：将6.0g聚醚酰亚胺溶解到由12.0g的N,N-二甲基甲酰胺和10.0g N-甲基吡咯烷酮组成的混合溶液中，搅拌直至形成均以透明的溶液。接着，将静电纺丝溶液加入到注射器中，并将针头与高压电源相连，设置纺丝电压为18kV，纺丝距离为18厘米，纺丝溶液流速1.4mL/h，所制得的静电纺纤维的直径为1200nm，经1小时的纺丝后制得静电纺丝纤维层，克重为8.2g/m2，基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；利用电晕极化手段对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入，所用极化电压为-15kV；
(2)沿着静电纺丝纤维层4两侧设置第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2，在静电纺丝纤维层4和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物3和第二柱状隔离物3，该柱状隔离物的高度范围为500微米，使第一第二网状电极层2-1，2-2和静电纺丝纤维层4之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2外侧还分别对应设置有第一外部保护层1-1和第二外部保护层1-2，所所述第一与第二外部保护层(1-1，1-2)由普通的棉线无纺布组成，第一和第二网状电极层(2-1，2-2)由导电碳纤维制成，其中，网状电极层的网孔大小范围为500微米；
(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在液晶显示屏(LCD)上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。
实施例4：
(1)制备静电纺丝纤维层：将0.8g聚丙烯腈溶解到9.4g的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌直至形成均以透明的溶液。接着，将静电纺丝溶液加入到注射器中，并将针头与高压电源相连，设置纺丝电压为10kV，纺丝距离为10厘米，纺丝溶液流速0.5mL/h，所制得的静电纺纤维的直径为100nm，经1小时的纺丝后制得静电纺丝纤维层，克重为0.1g/m2，基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；利用电晕极化手段对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入，所用极化电压为25kV；
(2)沿着静电纺丝纤维层4两侧设置第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2，在静电纺丝纤维层4和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物3和第二柱状隔离物3，该柱状隔离物的高度范围为100微米，使第一第二网状电极层2-1，2-2和静电纺丝纤维层4之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2外侧还分别对应设置有第一外部保护层1-1和第二外部保护层1-2，所所述第一与第二外部保护层1-1，1-2由丙纶无纺布组成，第一和第二网状电极层2-1，2-2由银丝制成，其中，网状电极层的网孔大小范围为10微米；
(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在液晶显示屏(LCD)上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。
实施例5：
(1)制备静电纺丝纤维层：将3.0g偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物溶解到由3.6g N,N-二甲基甲酰胺和8.4g丙酮组成的混合溶液中，搅拌直至形成均以透明的溶液。接着，将静电纺丝溶液加入到注射器中，并将针头与高压电源相连，设置纺丝电压为30kV，纺丝距离为30厘米，纺丝溶液流速3.5mL/h，所制得的静电纺纤维的直径为1500nm，经1小时的纺丝后制得静电纺丝纤维层，克重为12g/m2，基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；利用电晕极化手段对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入，所用极化电压为15kV；
(2)沿着静电纺丝纤维层4两侧设置第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2，在静电纺丝纤维层4和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物3和第二柱状隔离物3，该柱状隔离物的高度范围为280微米，使第一第二网状电极层2-1，2-2和静电纺丝纤维层4之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2外侧还分别对应设置有第一外部保护层1-1和第二外部保护层1-2，所所述第一与第二外部保护层1-1，1-2由粘胶纤维无纺布组成，第一和第二网状电极层2-1，2-2由铜丝制成，其中，网状电极层的网孔大小范围为300微米；
(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在液晶显示屏(LCD)上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。
实施例6：
(1)制备静电纺丝纤维层：将6.0g聚醚酰亚胺溶解到由12.0g的N,N-二甲基甲酰胺和10.0g N-甲基吡咯烷酮组成的混合溶液中，搅拌直至形成均以透明的溶液。接着，将静电纺丝溶液加入到注射器中，并将针头与高压电源相连，设置纺丝电压为20kV，纺丝距离为25厘米，纺丝溶液流速2.5mL/h，所制得的静电纺纤维的直径为850nm，经1小时的纺丝后制得静电纺丝纤维层，所得静电纺丝纤维层的克重为10.5g/m2；基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；利用电晕极化手段对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入，所用极化电压为5kV；
(2)沿着静电纺丝纤维层4两侧设置第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2，在静电纺丝纤维层4和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物3和第二柱状隔离物3，该柱状隔离物的高度范围为500微米，使第一第二网状电极层2-1，2-2和静电纺丝纤维层4之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层2-1和第二网状电极层2-2外侧还分别对应设置有第一外部保护层1-1和第二外部保护层1-2，所所述第一与第二外部保护层1-1，1-2由丙纶无纺布组成，第一和第二网状电极层2-1，2-2由铝纤维制成，其中，网状电极层的网孔大小范围为500微米；
(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在发光二极管(LED)上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。
图2a-图4b展示了不同的静电纺丝纤维在扫描电镜下的表面形貌和不克重下的过滤效率和压降，具体如下：
图2a展示了将3.0g偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物溶解到由3.6g N,N-二甲基甲酰胺和8.4g丙酮组成的混合溶液中制备出的静电纺丝纤维层在扫描电镜下的表面形貌；图2b展示了这种静电纺丝纤维层在同克重情况下的过滤效率和压降，当克重为2.5g/m2时其对0.3微米NaCl气溶胶过滤效率为99.2％，此时压降仅为97Pa。
图3a展示了将3.0g偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物溶解到由3.6gN,N-二甲基甲酰胺和8.4g丙酮组成的混合溶液中制备出的静电纺丝纤维层在扫描电镜下的表面形貌；图3b展示了这种静电纺丝纤维层在同克重情况下的过滤效率和压降，当克重为6.6g/m2时其对0.3微米NaCl气溶胶过滤效率为95％，此时压降仅为70Pa。
图4a展示了将6.0g聚醚酰亚胺溶解到由12.0g的N,N-二甲基甲酰胺和10.0gN-甲基吡咯烷酮组成的混合溶液中制备出的静电纺丝纤维层在扫描电镜下的表面形貌；图4b展示了这种静电纺丝纤维层在同克重情况下的过滤效率和压降，当克重为10.5g/m2时其对0.3微米NaCl气溶胶过滤效率为97.8％，此时压降仅为29Pa。
由此可见，通过本发明的具有防尘效果指示功能的防尘口罩及其制备方法，联合静电纺丝纤维层中纳米纤维的物理阻隔作用以及静电纺丝纤维层中静电荷的静电吸附作用对雾霾污染物进行过滤，能够有效地提升过滤效率的同时也能保持较低的压降，本发明中的防尘口罩设计精巧、成本低廉、适合大规模生产，具有广阔的应用前景。
本领域的技术人员容易理解，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 (9)
1.一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其特征在于，依次包括第一外部保护层(1-1)、第一网状电极层(2-1)、第一柱状隔离物、静电纺丝纤维层(4)、第二柱状隔离物、第二网状电极层(2-2)和第二外部保护层(1-2)；其中，所述第一第二柱状隔离物设置于所述两个网状电极层与静电纺丝纤维层(4)之间，并由此使得两个网状电极层(2-1，2-2)与静电纺丝纤维层(4)之间具有一定厚度的空气间隙；此外，两个网状电极层(2-1，2-2)通过导线连接有电子显示器件(5)，以此方式，通过第一第二网状电极层和静电纺丝纤维层之间间隙大小的改变产生电能，从而驱动显示器，实现指示防尘效果的功能；
所述第一、第二柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米；其中，所制得的静电纺丝纤维层被利用电晕极化手段进行了静电荷注入。
2.如权利要求1所述具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其特征在于，所述第一与第二外部保护层(1-1，1-2)由棉线无纺布或聚合物无纺布组成。
3.如权利要求1或2所述具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其特征在于，所述第一、第二网状电极层(2-1，2-2)均由如下材料中的一种或者几种组合形成：银、铜、铝、碳材料、导电金属氧化物，并且这些网状电极层的网孔大小被设定为10微米至500微米的范围。
4.如权利要求1-2任意一项所述具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其特征在于，所述电子显示器件(5)为发光二极管(LED)或者液晶显示屏(LCD)。
5.一种用于制备如权利要求1-4任意一项所述的具备防尘效果指示功能的防尘口罩的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤:
(1)制备静电纺丝纤维层：将静电纺丝前驱物溶于溶剂，配置成具有合适粘度的纺丝溶液，利用静电纺丝技术对所得的纺丝溶液进行纺丝得到静电纺丝纤维层，基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；
(2)沿着静电纺丝纤维层两侧设置第一网状电极层和第二网状电极层，在静电纺丝纤维层和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物和第二柱状隔离物，该柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米，使第一第二网状电极层和静电纺丝纤维层之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层和第二网状电极层外侧还分别对应设置有第一外部保护层和第二外部保护层；
(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在电子显示器上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。
6.如权利要求5所述的防尘口罩的制备方法，步骤(1)中所述静电纺丝前驱物由如下材料中的一种或者几种组合形成：聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚丙烯腈、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乳酸。
7.如权利要求5或6所述的防尘口罩的制备方法，步骤(1)中所述静电纺丝所用溶剂如下材料中的一种或者几种组合形成：去离子水、乙醇、甲苯、N，N二甲基甲酰胺、丙酮、氮甲基吡咯烷酮、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮。
8.如权利要求5-6中任一项所述的防尘口罩的制备方法，步骤(1)中所制得的静电纺丝纤维层的克重范围为0.1g/m2至12g/m2，所制得的静电纺丝纤维的直径为100nm到1500nm，所用纺丝电压为10kV至30kV，纺丝所用针头与纺丝收集器间的距离为10cm至30cm，纺丝的溶液流速为0.5mL/h至3.5mL/h。
9.如权利要求5-6中任一项所述的防尘口罩的制备方法，步骤(1)中所用的电晕极化电压为5kV至25kV或者-5kV至-25kV。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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