CN114672927A - 一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜及其制备方法和检测装置 - Google Patents

一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜及其制备方法和检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：提供纺丝原液，所述纺丝原液包含纺丝材料、离子染料和溶剂，所述纺丝原液经过静电纺丝过程成纤维膜，得到快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜；所述纺丝材料用于形成纤维膜，所述溶剂用于溶解纺丝材料；所述离子染料经过静电纺丝过程形成中间体，且所述离子染料接触极性有机溶剂后恢复初始状态，所述离子染料的初始状态与离子染料的中间体之间存在颜色差异。该快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜具有价格低廉、操作简单、快速、便携、时效性高等优点。本发明还提供了快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜及检测装置。

Description

一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜及其制备方法和检 测装置
技术领域
本发明涉及检测设备技术领域，具体涉及一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜，本发明还涉及该快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，本发明还涉及一种包含前述快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的检测装置。
背景技术
挥发性VOC（Volatile Organic Compound，挥发性有机化合物）的危害很明显，当居室中VOC浓度超过一定浓度时，在短时间内人们感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力；严重时会抽搐、昏迷、记忆力减退。VOC伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。居室内VOC污染以及实验室VOC污染已引起各国重视，并且产生了极坏的影响。挥发性VOC对人体健康的影响主要是刺激眼睛和呼吸道，使皮肤过敏，使人产生头痛、咽痛与乏力，其中还包含了很多致癌物质。其中，挥发性VOC中大量的有毒有害成分为极性物质，包括大家熟悉的甲醛、氨气等。目前，对于挥发性VOC的检测大多采用大型有机溶剂监测设备，这类设备虽然可以精准检测室内空气中有机溶剂溶度，并提供预警，但是存在体积大、价格高、操作繁琐且不便携等缺陷，不能满足广泛的挥发性VOC检测需求。对于这类有毒有害气体，急需开发出一款价格低廉、操作简单、便携式检测装置。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜，本发明还提供了该快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，本发明还提供了一种包含前述快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的检测装置，用于挥发性VOC检测以满足对于价格低廉、操作简单、快速、便携、时效性高等方面的需求。
第一方面，本发明提供了一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
提供纺丝原液，所述纺丝原液包含纺丝材料、离子染料和溶剂，所述纺丝原液经过静电纺丝过程成纤维膜，得到快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜；
所述纺丝材料用于形成纤维膜，所述溶剂用于溶解纺丝材料；
所述离子染料经过静电纺丝过程形成中间体，且所述离子染料接触极性有机溶剂后恢复初始状态，所述离子染料的初始状态与离子染料的中间体之间存在颜色差异。
本发明主要基于静电纺丝技术，利用该技术制备纳米纤维薄膜。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。如图1所示，在电场力作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形（即“泰勒锥”），当电场力大于液滴的表面张力后，溶液将从圆锥尖端延展，运行一定距离后固化成纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝，纳米纤维在接收器聚集叠加成为纳米纤维薄膜。离子染料在纺丝过程中，由于存在外来电子而发生可逆反应形成中间体，有机溶剂迅速挥发，剩下离子染料中间体被固化在纳米纤维中，中间体与高分子链侧部官能团形成化学键并被稳定。当环境中存在极性有机溶剂时，借助于纳米纤维膜超大的比表面和超强吸附能力，够使有机溶剂分子迅速被捕获，并解放纤维内部被固化的离子染料中间体，离子染料恢复原状。由于离子染料的初始状态与离子染料的中间体之间存在颜色差异，因此将本发明快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜置于极性有机溶剂环境中，快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜能够快速产生颜色变化，实现肉眼可辨认的极性有机溶剂检测效果。
优选的，所述纺丝材料为聚氧化乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯弹性体、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚N异丙基丙烯酰胺、聚乳酸、聚己内酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸甲酯的共聚物中的一种或者多种的混合物；
所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、氯仿、甲苯、异丙醇中的一种或者多种的混合物；
所述离子染料为亚甲基蓝。
亚甲基蓝为蓝色阳离子染料，结构式(缩写为1+Cl-)如图2所示。其在有机溶剂中存在一个可逆的电化学反应过程，如图3所示，但是其主要还是以1+Cl-的形式存在。当置于强电场中有外来电子存在时，可逆反应会继续向右进行，从而形成不同的中间体。亚甲基蓝通过可逆反应形成大量的中间体，这些中间体与高分子链侧部官能团形成化学键并被稳定。静电纺丝过程中，有机溶剂迅速挥发，剩下亚甲基蓝中间体被固化在高分子纳米纤维中，中间体存在和新的化学键的形成，使纳米纤维膜显示出不同于亚甲基蓝原有的颜色（蓝色）。当纤维膜遇到极性有机溶剂后，被固化的亚甲基蓝中间体被解放从而发生向左的电化学反应，再次形成亚甲基蓝，纤维膜的颜色也随之重新变为蓝色。因此利用纤维膜颜色的变化可以快速、简便的定性检测有机溶剂的存在。选择不同的纺丝材料具有不同的机械性能，不同的纺丝材料与亚甲基蓝中体结合形成的纤维膜，其颜色也不一致，能够满足不同的场景需求。溶剂主要用于溶解纺丝材料和亚甲基蓝，提升纺丝材料和染料的均一性。
优选的，所述纤维膜中纤维的直径为400～1200 nm。更优选的，所述纤维膜中纤维的直径为600～900 nm。纳米纤维的直径决定了该纤维膜具有超大的比表面和超强吸附能力，够使有机溶剂分子迅速被捕获，并解放纤维内部被固化的亚甲基蓝中间体，辅助快速检测极性有机溶剂。
优选的，所述纺丝材料的平均分子量为25000～300000，所述纺丝原液中纺丝材料的质量分数为5%～20%，所述纺丝原液中纺丝材料与离子染料的质量之比为100:0.5～6。更优选的，所述纺丝材料的平均分子量为50000～150000，所述纺丝原液中纺丝材料的质量分数为8%～15%，所述纺丝原液中纺丝材料与离子染料的质量之比为100:1～3。纺丝材料的平均分子量、质量分数和比例与纺丝形成的纤维膜的机械性能有关，合适范围的平均分子量、质量分数和比例有助于形成表面光滑、粗细均匀可控的纳米纤维膜。
优选的，所述静电纺丝的电压为10～15 Kv，收集板距离针头10～15 cm，纺丝速率为0.5～2 ml/h。合适的电压、距离及速率有助于控制纤维膜的直径、表面结构及机械性能。
第二方面，本发明还提供了一种采用第一方面任一项所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法制备的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜。
本发明第二方面所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜具有便携、操作简单、检测迅速、检测限高、成本低廉等优点，能够应用于任何需要检测极性有机溶剂的场合，例如室内甲醛检测、实验室甲酸、氨气等泄露检测。最新的实验数据显示，该功能性纳米纤维膜对极性有机溶剂灵敏度至少可以达到十万分之一级（10 ppm），响应速度也非常快。即0.01 mL的极性有机溶剂充分均匀挥发散在1 L的密闭空间中，功能性纤维膜置于其中，5秒内就会引发变色反应。这可以归功于纳米纤维膜超大的比表面和超强吸附能力，能够使有机溶剂分子迅速被捕获，并解放纤维内部被固化的亚甲基蓝中间体。
第三方面，本发明还提供了一种检测装置，包含第二方面所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜。利用本发明第二方面所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜前后的颜色变化可以快速判断极性有机溶剂的存在，分辨颜色变化可以是肉眼观察，也可以是光探测器探测。
优选的，还包括透明保护层、粘附层和使用前保护层，所述透明保护层覆盖快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的一面，所述使用前保护层覆盖快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的一面，且所述粘附层设于使用前保护层与快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜之间。
使用本发明检测装置时，可以撕掉使用前保护层并将粘附层背向快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的一面粘贴至需要检测的位置，透过透明保护层观察或者探测快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的颜色变化，即能知晓环境中是否存在极性有机溶剂。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为静电纺丝原理示意图；
图2为亚甲基蓝染料的化学结构式；
图3为亚甲基蓝存在的可逆化学反应；
图4为实施例1提供的一种实施方式的检测装置的结构示意图；
图5为不同纺丝材料制备的纳米纤维膜的颜色分布二维图（其中，a和b值分布区间为-50至+50，其中b=0，a=+50时为纯红色；b=0，a=-50时为纯绿色；a=0，b=+50时为纯黄色；a=0，b=-50时为纯蓝色）；
图6为不同纺丝材料制备的纳米纤维膜的颜色分布三维图（其中，a, b值同图5，L值分布范围为0-100，当a,b均为0，L=0为纯黑色，L=100为纯白色）；
图7为PS纳米纤维膜与PMMA纳米纤维膜的电镜图（其中，a、b为不同放大倍数下的PS纳米纤维膜，c、d为不同放大倍数下的PMMA纳米纤维膜）；
图8为不同纺丝材料制备的纳米纤维膜接触氯仿后的颜色变化效果图（其中左图为接触前的颜色图，右图为接触后的颜色图）
图9为Copolymer纳米纤维膜接触挥发的氯仿后的颜色随时间变化效果图。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
第一方面，本发明提供了一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
提供纺丝原液，所述纺丝原液包含纺丝材料、离子染料和溶剂，所述纺丝原液经过静电纺丝过程成纤维膜，得到快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜；
所述纺丝材料用于形成纤维膜，所述溶剂用于溶解纺丝材料；
所述离子染料经过静电纺丝过程形成中间体，且所述离子染料接触极性有机溶剂后恢复初始状态，所述离子染料的初始状态与离子染料的中间体之间存在颜色差异。
作为优选的实施例，所述纺丝材料为聚氧化乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯弹性体、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚N异丙基丙烯酰胺、聚乳酸、聚己内酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸甲酯的共聚物中的一种或者多种的混合物；
所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、氯仿、甲苯、异丙醇中的一种或者多种的混合物；
所述离子染料为亚甲基蓝。
优选的，所述纤维膜中纤维的直径为400～1200 nm。例如，控制纤维的直径为400～500 nm、500～700 nm、600～800 nm、700～900 nm、800～1000 nm、900～1100 nm、1000～1200 nm。更优选的，所述纤维膜中纤维的直径为600～900 nm。例如，控制纤维的直径为600～700 nm、700～800 nm、800～900 nm。
优选的，所述纺丝材料的平均分子量为25000～300000，所述纺丝原液中纺丝材料的质量分数为5%～20%，所述纺丝原液中纺丝材料与离子染料的质量之比为100:0.5～6。例如，纺丝材料的平均分子量为25000、50000、80000、100000、150000、200000、300000。纺丝原液中纺丝材料的质量分数为5%、8%、10%、12%、15%、20%。纺丝材料与离子染料的质量之比为100:0.5、100:1、100:2、100:3、100:4、100:5、100:6。更优选的，所述纺丝材料的平均分子量为50000～150000，所述纺丝原液中纺丝材料的质量分数为8%～15%，所述纺丝原液中纺丝材料与离子染料的质量之比为100:1～3。
优选的，所述静电纺丝的电压为10～15 Kv，收集板距离针头10～15 cm，纺丝速率为0.5～2 ml/h。合适的电压、距离及速率有助于控制纤维膜的直径、表面结构及机械性能。例如，静电纺丝的电压为10 Kv、11 Kv、12 Kv、13 Kv、14 Kv、15 Kv，收集板距离针头10 cm、11 cm、12 cm、、13 cm、14 cm、15 cm，纺丝速率为0.5 ml/h、1 ml/h、1.5 ml/h和2 ml/h。
第二方面，本发明还提供了一种采用第一方面任一项所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法制备的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜。
第三方面，本发明还提供了一种检测装置，包含第二方面所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜。利用本发明第二方面所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜前后的颜色变化可以快速判断极性有机溶剂的存在，分辨颜色变化可以是肉眼观察，也可以是光探测器探测，例如通过检测透过纤维膜的光或者从纤维膜的反射的光，基于透射光或者反射光的波长、变色时长制作标准曲线，通过标准曲线实现高精度、定性、定量检测目的。
优选的，还包括透明保护层、粘附层和使用前保护层，所述透明保护层覆盖快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的一面，所述使用前保护层覆盖快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的一面，且所述粘附层设于使用前保护层与快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜之间。
实施例1
如图4所示，为一种具体实施方式的检测装置。该检测装置从上往下依次包括透明保护层1、快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜2、粘附层3和使用前保护层4，透明保护层1、快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜2、粘附层3和使用前保护层4依次叠加在一起组成本申请用于检测极性有机溶剂（包括挥发到空气中的极性有机物气体）的检测装置，其中透明保护层1是为2号纳米纤维膜提供基底，保护快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜2不受污染，同时不影响颜色判断。快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜2是检测检测极性有机溶剂的核心部件，接触到极性有机溶剂引发颜色变化，基于颜色变化判断极性有机溶剂的存在。使用前保护层4通过粘附层3覆盖到快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜2的底面，同样具有保护作用，使用时撕去使用前保护层4并通过粘附层3将本检测装置粘附到待测环境或者装置处，实现检测、监控极性有机溶剂的目的。
在本实施例中，检测装置被切割成检测条，便携、价廉，使用时直接撕去使用前保护层4并通过粘附层3将本检测装置粘附到待测环境或者装置处即可。在其它实施例中，检测装置还可以被加工成其它形状，或者与光电装置结合使用，通过光电探测器检测透射或者反射快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜2的光，基于透射光或者反射光的波长、变色时长等制作标准曲线，通过标准曲线实现高精度定量、定性、快速检测目的。
在本实施例中，粘附层3为普通双面胶，使用前保护层4为普通聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)塑料膜，透明保护层1为常用的透明PET薄膜。
在本实施例中，因亚甲基蓝中间体与不同高分子侧链官能团的结合，吸收不同波长的光线，因此纤维膜显示出不同的颜色。一滴约0.05mL的有机溶剂直接滴在纳米纤维膜上，纤维膜变色时间小于0.01秒。在与有机溶剂结合后，亚甲基蓝中间体和高分子链的结合键被破坏，所有的纤维膜均变为亚甲基蓝有机溶液的蓝色。
以下通过具体的实施例详细介绍快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法及制得的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜。
实施例2
配制纺丝原液：提供平均分子量为50000的聚氧化乙烯(Polyethylene oxide,PEO)100 g、亚甲基蓝染料1 g和N,N-二甲基甲酰胺(N,N-Dimethylformamide, DMF)900 g，将PEO添加到DMF中并搅拌混匀（为加速溶解可以适当升温至50～70 ℃），然后再向混合溶液中添加亚甲基蓝染料，将混合有机溶液置于振荡器晃动24小时，确保高分子材料完全溶解，溶液均匀混合，溶液为深蓝色，得到纺丝原液。
制备纳米纤维膜：将纺丝原液注入到如图1所示的注射器中（注射器型号为5 mL），设定静电纺丝的电压为15 Kv，收集板距离针头15 cm，纺丝速率为0.5 ml/h，经过静电纺丝制得纳米纤维膜，即PEO纤维。如图5-6所示，制备出的纳米纤维膜呈深红色。
实施例3
配制纺丝原液：提供平均分子量为60000的聚苯乙烯（Polystyrene，PS）100 g、亚甲基蓝染料2 g和四氢呋喃（Tetrahydrofuran，THF）1150 g，将PS添加到THF中并搅拌混匀（为加速溶解可以适当升温至50～70 ℃），然后再向混合溶液中添加亚甲基蓝染料，将混合有机溶液置于振荡器晃动24小时，确保高分子材料完全溶解，溶液均匀混合，溶液为深蓝色，得到纺丝原液。
制备纳米纤维膜：将纺丝原液注入到如图1所示的注射器中（注射器型号为5 mL），设定静电纺丝的电压为10 Kv，收集板距离针头15 cm，纺丝速率为1 ml/h，经过静电纺丝制得纳米纤维膜，即PS纤维。如图5-6所示，制备出的纳米纤维膜呈红褐色。对实施例3制备的纳米纤维膜进行SEM表征，如图7所示，电镜图明确显示出纤维的成功制备，纳米纤维膜中的纳米纤维直径约为600～700 nm，纳米纤维直径粗细均匀，纤维表面光滑，说明染料小颗粒已经包裹在纤维内部，在这里纳米纤维就相当于一个保护壳将亚甲基蓝中间体保护在其中。
实施例4
配制纺丝原液：提供平均分子量为80000的聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate, PMMA）100 g、亚甲基蓝染料3 g和乙醇（Ethanol）733 g，将PMMA添加到乙醇中并搅拌混匀（为加速溶解可以适当升温至50～70 ℃），然后再向混合溶液中添加亚甲基蓝染料，将混合有机溶液置于振荡器晃动24小时，确保高分子材料完全溶解，溶液均匀混合，溶液为深蓝色，得到纺丝原液。
制备纳米纤维膜：将纺丝原液注入到如图1所示的注射器中（注射器型号为5 mL），设定静电纺丝的电压为12 Kv，收集板距离针头12 cm，纺丝速率为1 ml/h，经过静电纺丝制得纳米纤维膜，即PMMA纤维。如图5-6所示，制备出的纳米纤维膜呈蓝色。对实施例4制备的纳米纤维膜进行SEM表征，如图7所示，电镜图明确显示出纤维的成功制备，纳米纤维膜中的纳米纤维直径为800-900 nm，纳米纤维直径粗细均匀，纤维表面光滑，说明染料小颗粒已经包裹在纤维内部，在这里纳米纤维就相当于一个保护壳将亚甲基蓝中间体保护在其中。
实施例5
配制纺丝原液：提供平均分子量为100000的聚N异丙基丙烯酰胺（Poly(N-isopropylacrylamide)，PNIPAM）100 g、亚甲基蓝染料1.5 g和二氯甲烷（dichloromethane，DCM）900 g，将PNIPAM添加到DCM中并搅拌混匀（为加速溶解可以适当升温至50～70 ℃），然后再向混合溶液中添加亚甲基蓝染料，将混合有机溶液置于振荡器晃动24小时，确保高分子材料完全溶解，溶液均匀混合，溶液为深蓝色，得到纺丝原液。
制备纳米纤维膜：将纺丝原液注入到如图1所示的注射器中（注射器型号为5 mL），设定静电纺丝的电压为15 Kv，收集板距离针头10 cm，纺丝速率为0.5 ml/h，经过静电纺丝制得纳米纤维膜，即PNIPAm纤维。如图5-6所示，制备出的纳米纤维膜呈绿色。
实施例6
配制纺丝原液：提供平均分子量为80000的丙烯酸甲酯（MA）甲基丙烯酸甲酯（MMA）的共聚物（Copolymer，MA和MMA在共聚物中的片段比例为3:2）100g、亚甲基蓝染料2.5 g和丙酮（Acetone）400 g，将Copolymer添加到丙酮中并搅拌混匀（为加速溶解可以适当升温至50～70 ℃），然后再向混合溶液中添加亚甲基蓝染料，将混合有机溶液置于振荡器晃动24小时，确保高分子材料完全溶解，溶液均匀混合，溶液为深蓝色，得到纺丝原液。
制备纳米纤维膜：将纺丝原液注入到如图1所示的注射器中（注射器型号为5 mL），设定静电纺丝的电压为15 Kv，收集板距离针头12 cm，纺丝速率为1 ml/h，经过静电纺丝制得纳米纤维膜，即Copolymer纤维。如图5-6所示，制备出的纳米纤维膜呈粉色。
实施例7
配制纺丝原液：提供平均分子量为150000的聚N异丙基丙烯酰胺（Poly(N-isopropylacrylamide)，PNIPAM）50 g、平均分子量为100000的丙烯酸甲酯（MA）甲基丙烯酸甲酯（MMA）的共聚物（Copolymer，MA和MMA在共聚物中的片段比例为3:2）20 g、亚甲基蓝染料2 g和异丙醇（i-Propanol）1000 g，将PNIPAM 、Copolymer添加到异丙醇中并搅拌混匀（为加速溶解可以适当升温至50～70 ℃），然后再向混合溶液中添加亚甲基蓝染料，将混合有机溶液置于振荡器晃动24小时，确保高分子材料完全溶解，溶液均匀混合，溶液为深蓝色，得到纺丝原液。
制备纳米纤维膜：将纺丝原液注入到如图1所示的注射器中（注射器型号为5 mL），设定静电纺丝的电压为10 Kv，收集板距离针头15 cm，纺丝速率为0.5 ml/h，经过静电纺丝制得纳米纤维膜，即Blend纤维。如图5-6所示，制备出的纳米纤维膜呈灰蓝色。
实施例8
配制纺丝原液：参照实施例7配制纺丝原液。
制备纳米纤维膜：将纺丝原液注入到如图1所示的注射器中（注射器型号为5 mL），设定静电纺丝的电压为10 Kv，收集板距离针头15 cm，纺丝速率为0.5 ml/h，经过双针头静电纺丝法得到的具有肩并肩形貌的纳米纤维膜，即side-by-side纤维。如图5-6所示，制备出的纳米纤维膜呈浅蓝色。
基于实施例2-8制备的纳米纤维膜的颜色分布制作颜色分布二维图（图5）和颜色分布三维图（图6），因亚甲基蓝中间体与不同高分子侧链官能团的结合，吸收不同波长的光线，因此纤维膜显示出不同的颜色。而不同的高分子材质，也决定了其可以针对不同的极性有机溶剂和检测场景需求实现定性检测，极性有机溶剂穿透高分子纤维表面的同时引发纳米纤维膜相应的颜色变化。
效果实施例1：氯仿液滴测试
如图8（左）所示，室温条件下，在相对密闭的培养皿平板中放置实施例2-8制备的纳米纤维膜，此时的纳米纤维膜呈现不同的颜色。再将一滴约0.05 mL的氯仿直接滴在纳米纤维膜上，所有纤维膜的变色时间均小于0.01秒。
效果实施例2：氯仿气体测试
为进一步测试纳米纤维膜对有机溶剂的灵敏度，后续实验中纳米纤维膜均未直接接触液体状态下的有机溶剂，而是将有机溶剂充分挥发在密闭空间内，然后与纤维膜进行接触。如图9所示，室温条件下，在相对密闭的培养瓶中放置实施例6制备的Copolymer纳米纤维膜，Copolymer纳米纤维膜放置于载物平台上，位置处于培养瓶的中部位置，此时的纳米纤维膜呈现淡粉色。再在培养瓶底部滴加一滴氯仿（约0.05 mL，且氯仿不直接接触纳米纤维膜），盖上培养皿盖，每间隔2 s对培养瓶拍照并记录Copolymer纳米纤维膜的颜色。结果发现，6 s内所有纤维膜均变成亚甲基蓝原有的蓝色，且随着时间的延长，蓝色呈加深趋势，12 s后所有纤维膜的颜色达到最深状态。
最新的实验数据显示，该功能性纳米纤维膜对有机溶剂灵敏度至少可以达到十万分之一级（10 ppm），响应速度也非常快。即0.01mL的有机溶剂充分均匀挥发散在1L的密闭空间中，功能性纤维膜置于其中，5秒内就会引发变色反应。这可以归功于纳米纤维膜超大的比表面和超强吸附能力，够使有机溶剂分子迅速被捕获，并解放纤维内部被固化的亚甲基蓝中间体。在其它效果实施例中，向密闭的培养皿中滴加甲醛、氨气、甲酸、DMF等极性有机溶剂具有相似的效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供纺丝原液，所述纺丝原液包含纺丝材料、离子染料和溶剂，所述纺丝原液经过静电纺丝过程成纤维膜，得到快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜；
所述纺丝材料用于形成纤维膜，所述溶剂用于溶解纺丝材料；
所述离子染料经过静电纺丝过程形成中间体，且所述离子染料接触极性有机溶剂后恢复初始状态，所述离子染料的初始状态与离子染料的中间体之间存在颜色差异。
2.如权利要求1所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纺丝材料为聚氧化乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯弹性体、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚N异丙基丙烯酰胺、聚乳酸、聚己内酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸甲酯的共聚物中的一种或者多种的混合物；
所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、氯仿、甲苯、异丙醇中的一种或者多种的混合物；
所述离子染料为亚甲基蓝。
3.如权利要求1所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纤维膜中纤维的直径为400～1200 nm。
4.如权利要求3所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纤维膜中纤维的直径为600～900 nm。
5.如权利要求1所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纺丝材料的平均分子量为25000～300000，所述纺丝原液中纺丝材料的质量分数为5%～20%，所述纺丝原液中纺丝材料与离子染料的质量之比为100:0.5～6。
6.如权利要求3所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纺丝材料的平均分子量为50000～150000，所述纺丝原液中纺丝材料的质量分数为8%～15%，所述纺丝原液中纺丝材料与离子染料的质量之比为100:1～3。
7.如权利要求3所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的电压为10～15 Kv，收集板距离针头10～15 cm，纺丝速率为0.5～2 ml/h。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的制备方法制备的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜。
9.一种检测装置，其特征在于，包含权利要求8所述的快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜。
10.一种检测装置，其特征在于，还包括透明保护层、粘附层和使用前保护层，所述透明保护层覆盖快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的一面，所述使用前保护层覆盖快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜的一面，且所述粘附层设于使用前保护层与快速检测极性有机溶剂的纳米纤维膜之间。
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