CN111455482A - 一种具有保健功能的防雾霾纳米纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种具有保健功能的防雾霾纳米纤维及其制备方法，涉及家用纺织品领域，将干燥处理后的纳米二氧化硅置于有机溶剂中，加入一定量的硅烷偶联剂，分散，实现二氧化硅的接枝改性；在搅拌状态下，加入纳米电气石粉和聚乙二醇分散液，继续搅拌，得均匀分散的混合液；将聚合物分散在有机溶剂中，搅拌直至聚合物均匀分散到有机溶剂中，得稳定分散的聚合物溶液；将混合液和聚合物溶液进行混合，搅拌，直至均匀混合，得纺丝液；进行溶液喷射纺丝，将纺丝液注入喷射泵体中，然后流经喷丝头挤出形成细流，在高速环形气流的环吹下，经牵伸、干燥后，在收集器上得到纳米纤维。通过该方法得到的纤维具有持久的防雾霾和负离子释放性能。
Description
技术领域
本发明涉及家纺、空气净化领域，尤其涉及具有保健功能的防雾霾纳米纤维。
背景技术
随着社会经济的高速发展，随之而来的环境污染问题相继频发，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。雾霾天气易诱发心血管疾病，雾霾天气时气压低，湿度大，人体无法排汗，诱发心脏病的几率会越来越高。诱发呼吸道疾病，雾霾中含有大量的颗粒物，这些包括重金属等有害物质的颗粒物一旦进入呼吸道并粘着在肺泡上，轻则会造成鼻炎等鼻腔疾病外，重则会造成肺部硬化，甚至还有可能造成肺癌。基于此，人们一直在致力于采用多种手段，将雾霾带来的危害降到最低。
电气石粉是把电气石原矿经过去除杂质后，经过机械粉碎得到的粉体。经过加工提纯的电气石粉体具有较高的负离子产生量和远红外发射率。在家纺领域中，可以被用于纺织品的功能整理，赋予纺织品释放负离子，清新、抑菌的功效，目前多采用后整理的方式，将电气石粉整理到纺织品表面，但是这种整理方式的持久性不足。
溶液喷射纺丝法，作为一种新兴的纺丝技术，在制备纳米纤维方面具有很广阔的应用前景，其以高速气流作为驱动力，聚合物溶液经喷丝孔挤出后在高速气流的驱动下形成聚合物射流，在到达接收装置的过程中，射流被进一步牵伸细化，伴随着溶剂的挥发及不稳定运动，纳米级纤维被收集于接收装置上。该方法具有制备工艺简单、可控、生产效率高等优点，且较传统的静电纺丝而言，避免了生产中的高电压，提高了生产安全性能。
基于以上技术问题，本申请采用溶液喷射纺丝法制备具有保健功能的防雾霾纳米纤维，赋予纳米纤维持久的保健和防雾霾功能。
发明内容
本申请提供一种有保健功能的防雾霾纳米纤维及其制备方法，解决了电气石整理到织物上附着力不足的技术问题，且制备得到的纤维具有较好的防雾霾性能，具有高的比表面积，实现了高通量和高截留率，尤其适用于家纺领域。
本申请的技术方案如下：
一种具有保健功能的防雾霾纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)纳米二氧化硅的偶联剂改性：将干燥处理后的纳米二氧化硅置于有机溶剂中，加入一定量的硅烷偶联剂，分散，实现二氧化硅的接枝改性；
(2)在搅拌状态下，往步骤(1)的体系中加入纳米电气石粉和聚乙二醇分散液，继续搅拌，得均匀分散的混合液；
(3)将聚合物分散在有机溶剂中，搅拌直至聚合物均匀分散到有机溶剂中，得稳定分散的聚合物溶液；
(4)将步骤(2)的混合液和步骤(3)的聚合物溶液进行混合，搅拌，直至均匀混合，得纺丝液；
(5)将步骤(4)得到的纺丝液进行溶液喷射纺丝，将纺丝液注入喷射泵体中，然后流经喷丝头挤出形成细流，在高速环形气流的环吹下，经牵伸、干燥后，在收集器上得到纳米纤维。
作为优选，所述有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺的一种或多种。
作为优选，所述二氧化硅、硅烷偶联剂、纳米电气石粉、聚乙二醇、聚合物的质量之比为：1-3：2-4：1-4：3-6：80-120。
作为优选，步骤(1)的分散为超声分散，其是在400-1000W功率下超声分散20-40min。
作为优选，步骤(2)和(4)的搅拌均为搅拌20-40min。
作为优选，所述高速环形气流的气压为0.1MPa-0.25MPa。
经上述方法制备得到的纳米纤维的尺寸为200-800nm。
该具有保健功能的防雾霾纤维可以用于家纺、空气净化领域，尤其适用于窗帘、室内装饰、汽车内饰等制品。
本申请的有益效果如下：
(1)本申请的制备方法较传统的静电纺丝而言，生产率提高了3-5倍，且操作简单，生产过程中安全性能高；
(2)通过溶液喷射纺丝方法制备得到的纳米纤维具有较好的纳米效应，纤维直径在200-800nm，使得纤维具有较大的比表面积，实现了高通量和高截留率，具有优异的防雾霾效果。
(3)纺丝液中添加的电气石粉，能赋予纤维持久的负氧离子释放功能，且分散剂聚乙二醇的加入，提高了电气石粉的分散稳定性，硅烷偶联剂接枝改性的二氧化硅的添加，赋予纤维一定的消光性能，且改善了力学性能，进一步提高了纤维品质。
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：
一种具有保健功能的防雾霾纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)纳米二氧化硅的偶联剂改性：将干燥处理后的纳米二氧化硅置于有机溶剂中，加入一定量的硅烷偶联剂，分散，实现二氧化硅的接枝改性；
(2)在搅拌状态下，往步骤(1)的体系中加入纳米电气石粉和聚乙二醇分散液，继续搅拌，得均匀分散的混合液；
(3)将聚合物分散在有机溶剂中，搅拌直至聚合物均匀分散到有机溶剂中，得稳定分散的聚合物溶液；
(4)将步骤(2)的混合液和步骤(3)的聚合物溶液进行混合，搅拌，直至均匀混合，得纺丝液；
(5)将步骤(4)得到的纺丝液进行溶液喷射纺丝，将纺丝液注入喷射泵体中，然后流经喷丝头挤出形成细流，在高速环形气流的环吹下，经牵伸、干燥后，在收集器上得到纳米纤维。
所述有机溶剂为四氢呋喃。
所述二氧化硅、硅烷偶联剂、纳米电气石粉、聚乙二醇、聚合物的质量之比为：1：2：1：3：80。
步骤(1)的分散为超声分散，其是在400W功率下超声分散30min。
步骤(2)和(4)的搅拌均为搅拌20min。
所述高速环形气流的气压为0.1MPa。
经上述方法制备得到的纳米纤维的尺寸为800nm。
实施例2：
一种具有保健功能的防雾霾纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)纳米二氧化硅的偶联剂改性：将干燥处理后的纳米二氧化硅置于有机溶剂中，加入一定量的硅烷偶联剂，分散，实现二氧化硅的接枝改性；
(2)在搅拌状态下，往步骤(1)的体系中加入纳米电气石粉和聚乙二醇分散液，继续搅拌，得均匀分散的混合液；
(3)将聚合物分散在有机溶剂中，搅拌直至聚合物均匀分散到有机溶剂中，得稳定分散的聚合物溶液；
(4)将步骤(2)的混合液和步骤(3)的聚合物溶液进行混合，搅拌，直至均匀混合，得纺丝液；
(5)将步骤(4)得到的纺丝液进行溶液喷射纺丝，将纺丝液注入喷射泵体中，然后流经喷丝头挤出形成细流，在高速环形气流的环吹下，经牵伸、干燥后，在收集器上得到纳米纤维。
所述有机溶剂为丙酮。
所述二氧化硅、硅烷偶联剂、纳米电气石粉、聚乙二醇、聚合物的质量之比为：3：4：4：6：120。
步骤(1)的分散为超声分散，其是在1000W功率下超声分散40min。
步骤(2)和(4)的搅拌均为搅拌40min。
所述高速环形气流的气压为0.2MPa。
经上述方法制备得到的纳米纤维的尺寸为420nm。
实施例3：
一种具有保健功能的防雾霾纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)纳米二氧化硅的偶联剂改性：将干燥处理后的纳米二氧化硅置于有机溶剂中，加入一定量的硅烷偶联剂，分散，实现二氧化硅的接枝改性；
(2)在搅拌状态下，往步骤(1)的体系中加入纳米电气石粉和聚乙二醇分散液，继续搅拌，得均匀分散的混合液；
(3)将聚合物分散在有机溶剂中，搅拌直至聚合物均匀分散到有机溶剂中，得稳定分散的聚合物溶液；
(4)将步骤(2)的混合液和步骤(3)的聚合物溶液进行混合，搅拌，直至均匀混合，得纺丝液；
(5)将步骤(4)得到的纺丝液进行溶液喷射纺丝，将纺丝液注入喷射泵体中，然后流经喷丝头挤出形成细流，在高速环形气流的环吹下，经牵伸、干燥后，在收集器上得到纳米纤维。
所述有机溶剂为二甲基亚砜。
所述二氧化硅、硅烷偶联剂、纳米电气石粉、聚乙二醇、聚合物的质量之比为：2：3：3：5：100。
步骤(1)的分散为超声分散，其是在800W功率下超声分散30min。
步骤(2)和(4)的搅拌均为搅拌40min。
所述高速环形气流的气压为0.25MPa。
经上述方法制备得到的纳米纤维的尺寸为200nm。
实施例4：
一种具有保健功能的防雾霾纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)纳米二氧化硅的偶联剂改性：将干燥处理后的纳米二氧化硅置于有机溶剂中，加入一定量的硅烷偶联剂，分散，实现二氧化硅的接枝改性；
(2)在搅拌状态下，往步骤(1)的体系中加入纳米电气石粉和聚乙二醇分散液，继续搅拌，得均匀分散的混合液；
(3)将聚合物分散在有机溶剂中，搅拌直至聚合物均匀分散到有机溶剂中，得稳定分散的聚合物溶液；
(4)将步骤(2)的混合液和步骤(3)的聚合物溶液进行混合，搅拌，直至均匀混合，得纺丝液；
(5)将步骤(4)得到的纺丝液进行溶液喷射纺丝，将纺丝液注入喷射泵体中，然后流经喷丝头挤出形成细流，在高速环形气流的环吹下，经牵伸、干燥后，在收集器上得到纳米纤维。
所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
所述二氧化硅、硅烷偶联剂、纳米电气石粉、聚乙二醇、聚合物的质量之比为：2：4：1：4：90。
步骤(1)的分散为超声分散，其是在600W功率下超声分散30min。
步骤(2)和(4)的搅拌均为搅拌20min。
所述高速环形气流的气压为0.15MPa。
经上述方法制备得到的纳米纤维的尺寸为570nm。
实施例5：
将实施例中1-4得到的纳米纤维进行负离子含量测试和防雾霾性能测试。
一、负离子含量测试
(1)测试样品：将实施例1-4的纳米纤维用相同的方法织成织物，取6cm*5cm的织物作为测试样品。
(2)测试条件：采用Sigma Tech SC-50N离子计数器进行测试，抽气速率：60L/min；测试样品放在距离传感器10cm处，在静置状态下进行测试；测试位置位于地面上1米处，温度控制在20±5℃，湿度控制在60±10％。
二、防雾霾测试
(1)测试样品：将实施例1-4的纳米纤维用相同的方法织成织物，取6cm*5cm的织物作为测试样品。
(2)测试条件：采用TSI 8130型自动滤料测试仪，测试用气溶胶类型为NaCl，气溶胶质量中值直径为0.26μm，测定PM2.5的过滤效率。
具体数据如表1所示：
表1纤维的抗菌性能和过滤性能数据
| 负离子个数(个/cm<sup>2</sup>) | 过滤效率 | |
| 实施例1 | 678 | 93.19％ |
| 实施例2 | 1028 | 95.45％ |
| 实施例3 | 854 | 98.12％ |
| 实施例4 | 731 | 94.32％ |
通过以上数据可知，该纤维具有较好的过滤性能和较好的负离子释放性能。
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 (9)
1.一种具有保健功能的防雾霾纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)纳米二氧化硅的偶联剂改性：将干燥处理后的纳米二氧化硅置于有机溶剂中，加入一定量的硅烷偶联剂，分散，实现二氧化硅的接枝改性；
(2)在搅拌状态下，往步骤(1)的体系中加入纳米电气石粉和聚乙二醇分散液，继续搅拌，得均匀分散的混合液；
(3)将聚合物分散在有机溶剂中，搅拌直至聚合物均匀分散到有机溶剂中，得稳定分散的聚合物溶液；
(4)将步骤(2)的混合液和步骤(3)的聚合物溶液进行混合，搅拌，直至均匀混合，得纺丝液；
(5)将步骤(4)得到的纺丝液进行溶液喷射纺丝，将纺丝液注入喷射泵体中，然后流经喷丝头挤出形成细流，在高速环形气流的环吹下，经牵伸、干燥后，在收集器上得到纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的具有保健功能的防雾霾纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的具有保健功能的防雾霾纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅、硅烷偶联剂、纳米电气石粉、聚乙二醇、聚合物的质量之比为：1-3：2-4：1-4：3-6：80-120。
4.根据权利要求1-3任一项所述的具有保健功能的防雾霾纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)的分散为超声分散，其是在400-1000W功率下超声分散20-40min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有保健功能的防雾霾纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)和(4)的搅拌均为搅拌20-40min。
6.根据权利要求1所述的具有抗菌功能的纳米过滤纤维的制备方法，其特征在于，所述高速环形气流的气压为0.1MPa-0.25MPa。
7.根据权利要求1所述的具有抗菌功能的纳米过滤纤维的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维的尺寸为200-800nm。
8.一种具有保健功能的防雾霾纳米纤维，其特征在于，所述纳米纤维是经权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的。
9.权利要求8的具有抗菌功能的纳米过滤纤维用于的家纺、空气净化领域的应用。
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