一种多功能透明纳米纤维纱窗及其制备方法

1.本发明涉及室内环境保护领域，特别涉及一种多功能透明纳米纤维纱窗及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着城市现代化进程的不断推进，城市居民每天在室内工作、学习和生活的时间占全天时间的90％左右，室内环境质量的优劣与健康有着密切的关系，长期处于低质量的室内环境可引发呼吸道疾病与生理机能障碍等多种疾病。在这种情况下，为了满足人们对健康和舒适性的要求，室内环境的保护和改善十分重要。造成室内环境质量下降的主要原因在于室外空气污染和强烈的光线照射，可以通过各种空气过滤系统和室内光线调节装置来改善室内环境。但是现有方法仍有很多不足。其中，目前常用的空气过滤装置是化学过滤器，它利用化学滤料选择性地吸附气态污染物分子，需要定期更换滤芯，容易造成二次污染且价格昂贵。调光照明灯具通过提供不同的光线来调节室内光照，这造成了大量的能源浪费。尽管百叶调光帘能够很好地控制室外进入室内的光线强度，但是这需要频繁地进行人为控制，十分不便。


技术实现要素：

3.本发明实施例的目的在于提供一种用于保护室内环境的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，旨在解决背景技术中提出的问题。
4.本发明实施例是这样实现的，一种用于保护室内环境的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
5.将多种高分子材料和光致变色染料加入到溶剂中混合搅拌溶解，得到多种不同浓度的纺丝前驱溶液；
6.使用静电纺丝设备将不同浓度的前驱体溶液分别电纺，纤维沉积于金属格栅上，得到上述的多功能透明纳米纤维纱窗。
7.所述高分子材料具有疏水性能，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯六氟丙烯、聚丙烯腈、聚氨酯、聚己内酯一种或几种。
8.所述光致变色染料为偶氮苯聚合物、螺吡喃聚合物、螺恶嗪聚合物、苯氧基萘并萘醌聚合物、硫靛共聚物、双硫腙聚合物中的一种或几种。
9.作为本发明实施例的一种优选方案，所述纺丝前驱液的浓度为10％～60％。
10.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述高分子材料和光致变色染料分别为聚甲基丙烯酸甲酯和螺恶嗪聚合物；
11.所述多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法具体包括以下步骤：
12.将聚甲基丙烯酸甲酯和光致变色染料加入到溶剂中进行混合搅拌混合，得到纺丝前驱液；
13.将纺丝前驱液静电纺丝在金属格栅上，得到所述多功能的透明纳米纤维纱窗。
14.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述步骤中，静电纺丝的电压为10～20kv。
15.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述纺丝前驱液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为10％～60％。
16.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述纺丝前驱液中螺恶嗪聚合物的浓度为0.01％～3％。
17.本发明实施例的另一目的在于提供一种上述制备方法制得的多功能透明纳米纤维纱窗。
18.作为本发明实施例的另一种优选方案，所述纳米纤维膜的纤维直径为300～1000nm，透明度为60％～90％。
19.本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的多功能透明纳米纤维纱窗在室内环境保护中的应用。
20.本发明实施例提供的一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，由于制得的纳米纤维直径非常细，故该纱窗透明度高且能够拦截进入室内的空气中的pm
2.5
等污染物，从而能够起到改善室内环境空气质量的作用。不仅如此，由于纤维中含有光致变色染料螺恶嗪聚合物，在强烈的太阳光照射下，纤维逐渐变成紫色，进而减少太阳光线进入室内；当太阳光减弱时，纤维颜色变浅，进入室内的光线变多，从而起到自动调节室内光线的作用。该多功能透明纳米纤维纱窗将空气过滤和室内光照调节功能相结合，很好地改善了室内环境且节约了资源。
附图说明
21.图1为本发明实施例提供的一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗制备方法的流程示意图。
22.图中，1
‑
注射器；2
‑
接收装置。
23.图2为不同浓度pmma/spo制得的纳米纤维纱窗透光率对比图。
24.图3为不同浓度pmma/spo制得的纳米纤维纱窗空气过滤效率对比图。
25.图4为不同浓度pmma/spo制得的纳米纤维纱窗经紫外照射不同时间后的色差对比图。
26.图5为不同浓度pmma/spo制得的纳米纤维纱窗经降雨模拟测试后的导水率对比图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。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。
28.下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述的材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
29.实施例1
30.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
31.s1、称取一定质量的二甲基甲酰胺放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和一定质量的光致变色染料螺恶嗪聚合物(spo)放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且pmma质量浓度为24％，spo质量浓度为0.2％的纺丝前驱液。
32.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为18kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为20cm，推进泵的推进速度为1.2ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为400nm，透明度为60％的纳米纤维纱窗。
33.实施例2
34.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
35.s1、称取一定量的氯仿与丙酮，将氯仿与丙酮按照1:3的体积比放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和光致变色染料螺恶嗪聚合物(spo)放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清且均匀且pmma质量浓度为28％，spo质量浓度为0.2％的纺丝前驱液。
36.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为18kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为20cm，推进泵的推进速度为1.2ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为500nm，透明度为70％的纳米纤维纱窗。
37.实施例3
38.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
39.s1、称取一定量的氯仿与丙酮，将氯仿与丙酮按照1:5的体积比放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和一定质量的螺恶嗪聚合物(spo)放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且pmma质量浓度为28％，spo质量浓度为0.3％的纺丝前驱液。。
40.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为18kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为20cm，推进泵的推进速度为1.5ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为600nm，透明度为60％的纳米纤维纱窗。
41.实施例4
42.如附图1所示，该实施例提供了一种用于保护室内环境的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
43.s1、称取一定量的氯仿与丙酮，将氯仿与二甲基甲酰胺按照1:5的体积比放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和光致变色染料螺恶嗪聚合物(spo)放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且pmma质量浓度为
38％，spo质量浓度为0.4％的纺丝前驱液。
44.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为15kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为20cm，推进泵的推进速度为1.5ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为300nm，透明度为60％的纳米纤维纱窗。
45.实施例5
46.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
47.s1、称取一定量的氯仿与丙酮，将氯仿与丙酮按照1:3的体积比放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚乳酸(pla)和一定质量的光致变色染料螺恶嗪聚合物放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且pla质量浓度为28％，螺恶嗪质量浓度为0.2％的纺丝前驱液。
48.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为18kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为20cm，推进泵的推进速度为1.2ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为400nm，透明度为80％的纳米纤维纱窗。
49.实施例6
50.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
51.s1、称取一定量的二甲基亚砜与四氢呋喃，将二甲基亚砜与四氢呋喃按照1:1的体积比放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的醋酸纤维素(ca)和一定质量的光致变色染料螺吡喃聚合物放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且ca质量浓度为20％，螺吡喃聚合物质量浓度为0.2％的纺丝前驱液。
52.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为10kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为15cm，推进泵的推进速度为1.2ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为300nm，透明度为80％的纳米纤维纱窗。
53.实施例7
54.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
55.s1、称取一定量的二甲基甲酰胺放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚丙烯腈(pan)和一定质量的光致变色染料螺吡喃聚合物放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且pan质量浓度为20％，螺吡喃聚合物质量浓度为0.2％的纺丝前驱液。
56.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高
压电源电压为20kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为15cm，推进泵的推进速度为1.2ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为400nm，透明度为70％的纳米纤维纱窗。
57.实施例8
58.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
59.s1、称取一定量的氯仿与二甲基甲酰胺，将氯仿与二甲基甲酰胺按照4:1的体积比放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚己内酯(pcl)和一定质量的苯氧基萘并萘醌聚合物放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且pcl质量浓度为20％，苯氧基萘并萘醌聚合物质量浓度为0.2％的纺丝前驱液。
60.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为20kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为20cm，推进泵的推进速度为2ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为800nm，透明度为60％的纳米纤维纱窗。
61.实施例8
62.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
63.s1、称取一定量的氯仿与二甲基甲酰胺，将氯仿与二甲基甲酰胺按照4:1的体积比放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚己内酯(pcl)和一定质量的苯氧基萘并萘醌聚合物放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且pcl质量浓度为20％，苯氧基萘并萘醌聚合物浓度为0.2％的纺丝前驱液。
64.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为18kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为15cm，推进泵的推进速度为2ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为500nm，透明度为70％的纳米纤维纱窗。
65.实施例9
66.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
67.s1、称取一定量的水与乙醇，将水与乙醇按照1:1的体积比放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚乙烯醇和一定质量的硫靛共聚物放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且聚乙烯醇质量浓度为1％，硫靛共聚物质量浓度为0.3％的纺丝前驱液。
68.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为20kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为15cm，推进泵的推进速度为2ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为500nm，透明度为70％的纳米纤维纱窗。
69.实施例10
70.该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其与实施例1的唯一区别在于：所配制的纺丝前驱液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为28％。
71.实施例11
72.该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其与实施例1的唯一区别在于：所配制的纺丝前驱液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为32％。
73.实施例12
74.该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其与实施例1的唯一区别在于：所配制的纺丝前驱液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为38％。
75.实施例13
76.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
77.s1、称取一定量的氯仿与甲乙酮，将氯仿与甲乙酮按照1:3的体积比放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚氨酯和一定质量的光致变色染料双硫腙聚合物放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且聚氨酯质量浓度为28％，双硫腙聚合物质量浓度为0.3％的纺丝前驱液。
78.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为18kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为18cm，推进泵的推进速度为1.8ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为700nm，透明度为80％的纳米纤维纱窗。
79.实施例14
80.如附图1所示，该实施例提供了一种用于室内环境保护的多功能透明纳米纤维纱窗的制备方法，其包括以下步骤：
81.s1、称取一定量的氯仿与甲苯，将氯仿与甲苯按照1:1的体积比放入试剂瓶中，然后再称取一定质量的聚对苯二甲酸乙二酯和一定质量的光致变色染料双硫腙聚合物放入试剂瓶中，在磁力搅拌器上搅拌混合12小时，得到澄清均匀且聚对苯二甲酸乙二酯质量浓度为20％，双硫腙聚合物质量浓度为0.2％的纺丝前驱液。
82.s2、用注射器抽取5ml的试剂瓶中的纺丝前驱液；接着，将注射器固定在推进泵上，高压电源正极连接在针头上，负极连接在接收装置(金属格栅)上；然后，设置电纺参数：高压电源电压为18kv，注射器与其对应的接收装置(金属格栅)的距离为15cm，推进泵的推进速度为1.0ml/h；同时控制环境温度为20℃，湿度为50％，然后接通电源，即可得到纤维直径为1000nm，透明度为80％的纳米纤维纱窗。
83.上述实施例制得的多功能透明纳米纤维纱窗用于室内环境保护。具体的，当外界空气进入室内时，通过细小纤维能够拦截空气中的pm2.5等污染物，从而能够起到改善室内环境空气质量的作用；不仅如此，在强烈的太阳光照射下，纤维逐渐变成紫色，进而减少太阳光线进入室内；当太阳光减弱时，纤维颜色变浅，进入室内的光线变多，从而起到自动调节室内光线的作用。
84.实验例：
85.一、将上述实施例10～12制得的纳米纤维膜(实施例10
‑
28％pmma/0.2％spo，实施例11
‑
32％pmma/0.2％spo，实施例12
‑
38％pmma/0.2％spo)进行透光率测试，其测试结果如图2所示。从图中可以看出，本发明实施例提供的多功能透明纳米纤维纱窗具有很高的透明度。
86.二、将上述实施例10～12制得的纳米纤维膜(实施例10
‑
28％pmma/0.2％spo，实施例11
‑
32％pmma/0.2％spo，实施例12
‑
38％pmma/0.2％spo)进行过滤效率测试，其测试结果如图3所示。从图中可以看出，本发明实施例提供的多功能透明纳米纤维纱窗具有优异的空气过滤性能。
87.三、将上述实施例10～12制得的纳米纤维膜(实施例10
‑
28％pmma/0.2％spo，实施例11
‑
32％pmma/0.2％spo，实施例12
‑
38％pmma/0.2％spo)进行紫外照射测试，其测试结果计算如图4所示。从图中可以看出，本发明实施例提供的多功能透明纳米纤维纱窗具有良好的光致变色性能。
88.四、将上述实施例10～12制得的纳米纤维膜(实施例10
‑
28％pmma/0.2％spo，实施例11
‑
32％pmma/0.2％spo，实施例12
‑
38％pmma/0.2％spo)进行淋雨测试，其测试结果计算如图5所示。从图中可以看出，本发明实施例提供的多功能透明纳米纤维纱窗具有良好的导水性能。
89.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。