CN108842220B - 一种纳米纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米纤维及其制备方法,使用的纺丝工艺简单,不需要使用电场,所制备的纳米纤维直径较静电纺丝纤维直径要小的多,可达300‑450nm;本发明在纺丝溶液中加入纳米银溶胶和纳米二氧化硅溶胶,由于两种溶胶本身具有良好的吸附和抗菌作用,因此,可以赋予纤维良好的吸附空气中PM2.5的性能以及杀菌效果,另外,二氧化硅溶胶与纤维素可以在一定程度上形成分子间氢键,有助于提高纤维性能的持久性。
Description
技术领域
本发明属于纳米纤维材料领域,特别涉及一种纳米纤维及其制备方法。
背景技术
随着空气污染越来越严重,各个城市出现的雾霾现象也越来越严重,人们越来越关注空气中的成分对身体的影响,空气中的二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成,前两者为气态污染物,最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。而普通口罩只具备一般的过滤功能,微小的细颗粒物仍能够穿过口罩进入鼻腔,而且不具备抗菌性。静电纺纳米纤维由于具有纤维直径小、孔径小、比表面积大、孔隙率高等特点,将其用于空气过滤领域具有广阔的应用前景,但常规静电纺丝方法需要构建一个大电场,对设备要求较高,且所用的溶剂一般为含氟或氯溶剂,对人体有毒,因此,限制了这种方法的应用。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种纳米纤维及其制备方法,该方法工艺设备简单,直径可达纳米级,且所制备的纤维具有良好的抗菌性能,对空气中的阻挡PM2.5具有良好的吸附作用,且效果持久。
本发明的一种纳米纤维,由大豆蛋白、纤维素、纳米银溶胶、纳米二氧化硅溶胶、溶剂通过气体喷纺工艺制备得到,其中各组分的质量份数为:纤维素15-40、大豆蛋白10-20、溶剂80-130、纳米银溶胶3-10、纳米二氧化硅溶胶4-10。
所述溶剂包括乙酸溶液、DMF、乙醇、丙酮。
纳米纤维直径为300-450nm。
本发明还涉及上述纳米纤维的制备方法,包括以下步骤,
(1)制备纳米银溶胶:称取一定量的硝酸银,将其溶于蒸馏水中,得到溶液A,称取适量的硼氢化钠,溶于水中,加入聚乙烯吡咯烷酮,搅拌混合均匀,得到溶液B,然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃,搅拌,将溶液B加入其中,恒温搅拌15-25min,停止加热搅拌,自然冷却至室温;
(2)制备纳米二氧化硅溶胶:将一定量的硅酸乙酯加入到无水乙醇和水中混合搅拌15-40min,然后在搅拌下滴加硝酸水溶液,滴加完毕后,回流搅拌2-3h,冷却至室温;
(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化硅溶胶进行混合;
(4)将大豆蛋白和纤维素溶于溶剂中混合均匀,然后加入步骤(3)的混合溶胶,继续搅拌以至充分混合均匀,即得到纺丝溶液;
(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中,通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出,使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸,在收集板上收集获得纳米纤维。
载气压力为0.001-60MPa,纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.1-20m/s,喷丝口到收集板的距离为5-35cm。
本发明的有益效果在于:
(1)使用的纺丝工艺简单,不需要使用电场,所制备的纳米纤维直径较
静电纺丝纤维直径要小的多,可达300-450nm,现有技术中并没有对大豆蛋白和纤维素的该种纺丝方法;
(2)本发明在纺丝溶液中加入纳米银溶胶和纳米二氧化硅溶胶,由于两种溶胶本身具有良好的吸附和抗菌作用,因此,可以赋予纤维良好的吸附空气中尘土颗粒的性能以及杀菌效果,另外,二氧化硅溶胶与纤维素可以在一定程度上形成分子间氢键,有助于提高纤维性能的持久性。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不 用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种纳米纤维的制备方法,包括以下步骤,
(1)制备纳米银溶胶:称取一定量的硝酸银,将其溶于蒸馏水中,得到溶液A,称取适量的硼氢化钠,溶于水中,加入聚乙烯吡咯烷酮,搅拌混合均匀,得到溶液B,然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃,搅拌,将溶液B加入其中,恒温搅拌15min,停止加热搅拌,自然冷却至室温;
(2)制备纳米二氧化硅溶胶:将一定量的硅酸乙酯加入到无水乙醇和水中混合搅拌20min,然后在搅拌下滴加硝酸水溶液,滴加完毕后,回流搅拌3h,冷却至室温;
(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化硅溶胶进行混合;
(4)将大豆蛋白和纤维素溶于DMF中混合均匀,然后加入步骤(3)的混合溶胶,继续搅拌以至充分混合均匀,即得到纺丝溶液;
(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中,通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出,使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸,在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数:载气压力为0.05MPa,纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.3m/s,喷丝口到收集板的距离为12cm,纤维平均直径为421nm。
纤维素35、大豆蛋白10、DMF 90、纳米银溶胶6、纳米二氧化硅溶胶8。
实施例2
一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维的制备方法,包括以下步骤,
(1)制备纳米银溶胶:称取一定量的硝酸银,将其溶于蒸馏水中,得到溶液A,称取适量的硼氢化钠,溶于水中,加入聚乙烯吡咯烷酮,搅拌混合均匀,得到溶液B,然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃,搅拌,将溶液B加入其中,恒温搅拌20min,停止加热搅拌,自然冷却至室温;
(2)制备纳米二氧化硅溶胶:将一定量的硅酸乙酯加入到无水乙醇和水中混合搅拌35min,然后在搅拌下滴加硝酸水溶液,滴加完毕后,回流搅拌2h,冷却至室温
(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化硅溶胶进行混合;
(4)将大豆蛋白和纤维素溶于DMF中混合均匀,然后加入步骤(3)的混合溶胶,继续搅拌以至充分混合均匀,即得到纺丝溶液;
(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中,通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出,使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸,在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数:载气压力为3MPa,纺丝溶液供给至喷丝口的速率为1m/s,喷丝口到收集板的距离为20cm,纤维平均直径为379nm。
纤维素40、大豆蛋白10、DMF 90、纳米银溶胶7、纳米二氧化硅溶胶9。
实施例3
一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维的制备方法,包括以下步骤,
(1)制备纳米银溶胶:称取一定量的硝酸银,将其溶于蒸馏水中,得到溶液A,称取适量的硼氢化钠,溶于水中,加入聚乙烯吡咯烷酮,搅拌混合均匀,得到溶液B,然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃,搅拌,将溶液B加入其中,恒温搅拌25min,停止加热搅拌,自然冷却至室温;
(2)制备纳米二氧化硅溶胶:将一定量的硅酸乙酯加入到无水乙醇和水中混合搅拌30min,然后在搅拌下滴加硝酸水溶液,滴加完毕后,回流搅拌2.5h,冷却至室温
(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化硅溶胶进行混合;
(4)将大豆蛋白和纤维素溶于DMF中混合均匀,然后加入步骤(3)的混合溶胶,继续搅拌以至充分混合均匀,即得到纺丝溶液;
(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中,通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出,使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸,在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数:载气压力为25MPa,纺丝溶液供给至喷丝口的速率为10m/s,喷丝口到收集板的距离为25cm,纤维平均直径为312nm。
纤维素40、壳聚糖15、DMF 100、纳米银溶胶8、纳米二氧化钛溶胶10。
对比例1-3分别为采用静电纺丝法对实施例1-3的纤维成分进行纺丝,所得的纤维直径分别为700、602、536nm。
将所制备的纤维织成窗纱,安装在窗户上,室内通风,关上其他门窗,在雾霾天检测室内PM2.5浓度,进而测出阻挡率。然后以60天为一个周期,对其进行清洗,测试使用2个周期后的阻挡率。
表1
实施例 | PM2.5阻挡率(%) | PM2.5阻挡率(2个周期)(%) |
1 | 91.8 | 90.1 |
2 | 94.2 | 91.3 |
3 | 96.6 | 92.7 |
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书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 (2)
1.一种纳米纤维在制备过滤pm2.5窗纱中的应用,所述纳米纤维由大豆蛋白、纤维素、纳米银溶胶、纳米二氧化硅溶胶、溶剂通过气体喷纺工艺制备得到,其中各组分的质量份数为:纤维素15-40、大豆蛋白10-20、溶剂80-130、纳米银溶胶3-10、纳米二氧化硅溶胶4-10,溶剂为乙酸溶液、DMF、乙醇或丙酮,所述纳米纤维直径为350-600nm,所述纳米纤维的制备步骤如下:
(1)制备纳米银溶胶:称取一定量的硝酸银,将其溶于蒸馏水中,得到溶液A,称取适量的硼氢化钠,溶于水中,加入聚乙烯吡咯烷酮,搅拌混合均匀,得到溶液B,然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃,搅拌,将溶液B加入其中,恒温搅拌15-25min,停止加热搅拌,自然冷却至室温;
(2)制备纳米二氧化硅溶胶:将一定量的硅酸乙酯加入到无水乙醇和水中混合搅拌15-40min,然后在搅拌下滴加硝酸水溶液,滴加完毕后,回流搅拌2-3h,冷却至室温;
(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化硅溶胶进行混合;
(4)将大豆蛋白和纤维素溶于溶剂中混合均匀,然后加入步骤(3)的混合溶胶,继续搅拌以至充分混合均匀,即得到纺丝溶液;
(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中,通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出,使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸,在收集板上收集获得纳米纤维。
2.根据权利要求 1所述的应用,其特征在于,纺丝工艺参数:载气压力为0.001-60MPa,纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.1-20m/s,喷丝口到收集板的距离为5-35cm。
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