本發(fā)明涉及一種窗紗及其制作方法，具體是一種透明的可過濾PM2.5顆粒的納米窗紗。

背景技術(shù)：

隨著快速的工業(yè)化、城市化及現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展，許多發(fā)展中國家都經(jīng)歷著嚴(yán)重的空氣污染，尤其是霧霾天氣愈發(fā)頻繁。霧霾是大量懸浮顆粒物(有機(jī)和無機(jī)的固液混合物)的集體表現(xiàn)，主要含有硫酸鹽、硝酸鹽、氨、碳?xì)浠衔?、氯化鈉、黑碳、礦物粉塵和水。當(dāng)這些懸浮顆粒物的尺寸小于2.5微米時(shí)(簡稱PM 2.5)，易于富集空氣中的毒害物質(zhì)，同時(shí)，在可吸入顆粒物中約占70％，對(duì)人體健康構(gòu)成很大的威脅，因而PM 2.5越來越多的受到人們以及科學(xué)界的關(guān)注。

人們大部分的時(shí)間都是呆在室內(nèi)，室內(nèi)與室外的空氣交換主要是通過窗戶來完成，為了保證室內(nèi)空氣的質(zhì)量，采取一定措施對(duì)空氣進(jìn)行凈化是十分必要的。目前市場上的窗紗，雖然能有效的進(jìn)行室內(nèi)室外空氣交換，但窗紗的孔徑較大，無法阻隔PM2.5，因此不能改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。雖然，空氣凈化器能夠有效改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，但其昂貴且耗能，普通家庭無法承擔(dān)，同時(shí)，耗能本就是一種污染。其次，空氣凈化器占用生活空間，在當(dāng)今寸土寸金的環(huán)境下，占用生活空間的消費(fèi)實(shí)在是一種奢侈消費(fèi)。此外，空氣凈化器在夜晚使用時(shí)的噪音影響睡眠質(zhì)量。最后，空氣凈化器的核心過濾材料需要定期的更換，增加使用維護(hù)成本。

由于納米纖維膜在過濾領(lǐng)域一直有著其獨(dú)特的優(yōu)勢，因而，國內(nèi)外一些公司開始研發(fā)包含有納米纖維膜結(jié)構(gòu)的窗紗。然而，目前仍存在一些難題亟待解決，這些難題主要可以歸為三點(diǎn)：(1)窗紗的力學(xué)性能不夠，偏軟；這個(gè)問題包含一組矛盾，采用無紡布作為收集納米纖維的基材，可以很好的保護(hù)后續(xù)窗紗制作的納米纖維，但力學(xué)性能和透明度不佳；而力學(xué)性能與透光性良好的玻璃纖維網(wǎng)格由于不具有抗靜電性，而無法作為收集納米纖維的基材；(2)窗紗的透明度不夠，影響人們對(duì)室外環(huán)境的視覺享受；(3)窗紗的壓降(空氣阻力)較大，影響空氣交換效率。此外，納米纖維在窗紗制作的工藝流程中容易被損壞。

根據(jù)所公開的發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枮?01410558611.8)所述，目前現(xiàn)有的含有納米纖維膜結(jié)構(gòu)的窗紗為：兩層無紡布和置于兩層無紡布間的納米纖維層；其制備方法為：利用電場力的作用將PES(聚醚砜)溶液牽拉成納米纖維，沉積在聚丙烯無紡布上。根據(jù)所授權(quán)的實(shí)用新型專利(授權(quán)公告號(hào)為CN205000880)所述，目前現(xiàn)有的含有納米纖維膜結(jié)構(gòu)的窗紗為：附著有納米纖維的碳無紡布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有良好力學(xué)性能、低壓降、高度透明的、并且能夠高效過濾PM2.5顆粒的納米窗紗及其制備方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種低壓降的高效過濾PM2.5透明納米窗紗，所述窗紗包括玻璃纖維網(wǎng)格層和納米纖維膜層。

作為本發(fā)明的低壓降的高效過濾PM2.5透明納米窗紗的改進(jìn)：所述窗紗還包括熱熔膠膜層。

作為本發(fā)明的低壓降的高效過濾PM2.5透明納米窗紗的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述窗紗為如下任意一種：

A、窗紗由如下五層組成：

依次排列的玻璃纖維網(wǎng)格層、熱熔膠膜層、納米纖維膜層、空氣層、玻璃纖維網(wǎng)格層；

或者依次排列的玻璃纖維網(wǎng)格層、納米纖維膜層、熱熔膠膜層、空氣層、玻璃纖維網(wǎng)格層；

所述的空氣層間距為5mm～30mm；

B、所述窗紗由如下四層組成：

依次排列的玻璃纖維網(wǎng)格層、納米纖維膜層、空氣層、玻璃纖維網(wǎng)格層；

所述的空氣層間距為5mm～30mm；

C、所述窗紗由如下三層組成：

所述窗紗由依次排列(緊貼)的玻璃纖維網(wǎng)格層、熱熔膠膜層和納米纖維膜層組成；

或者，所述窗紗由依次排列(緊貼)的玻璃纖維網(wǎng)格層、納米纖維膜層和熱熔膠膜層組成。

D、所述窗紗由如下二層組成：

所述窗紗由依次排列(緊貼)的玻璃纖維網(wǎng)格層和納米纖維膜層組成。

作為本發(fā)明的低壓降的高效過濾PM2.5透明納米窗紗的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述納米纖維膜層中，納米纖維的直徑為50nm～400nm，納米纖維膜層的孔徑為50nm～1500nm；納米纖維膜層的面密度為0.5g/m²～4g/m²。

說明：該納米纖維膜層是用靜電紡絲法制備而成。

作為本發(fā)明的低壓降的高效過濾PM2.5透明納米窗紗的進(jìn)一步改進(jìn)：所述熱熔膠膜層的克重為6g/m²～16g/m²。

作為本發(fā)明的低壓降的高效過濾PM2.5透明納米窗紗的進(jìn)一步改進(jìn)：玻璃纖維網(wǎng)格層(為常規(guī)玻璃纖維網(wǎng)格)，玻璃纖維直徑為0.3mm～2mm，網(wǎng)格邊長為0.5cm～3cm。

本發(fā)明還同時(shí)提供了上述低壓降的高效過濾PM2.5透明納米窗紗的制備方法：

窗紗通過熱粘合法制成復(fù)合結(jié)構(gòu)，熱粘合溫度為75℃～130℃，壓力為5Mpa～50Mpa，時(shí)間為10s～50s。

作為本發(fā)明的窗紗的制備方法的改進(jìn)：窗紗通過熱粘合法制作時(shí)，熱熔膠膜層原始形態(tài)可以是膜也可以是粉末。

作為本發(fā)明的窗紗的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)：

利用靜電紡絲設(shè)備紡出納米纖維，并將納米纖維沉積在收集基材上，收集基材為抗靜電紙、熱熔膠膜(也可以為其它材料)；

利用熱粘合方法將納米纖維膜復(fù)合到玻璃纖維網(wǎng)格上。

本發(fā)明涉及一種低壓降的高效過濾PM2.5透明納米窗紗及其制作方法，所述的窗紗結(jié)構(gòu)是玻璃纖維網(wǎng)格布、熱熔膠膜及納米纖維膜這三種材料的各種組合形式；所述的納米纖維膜是用靜電紡絲法制備而成；所述的窗紗復(fù)合結(jié)構(gòu)是通過熱粘合法完成。

在本發(fā)明中，納米纖維膜層可采用已經(jīng)公開的專利WO2013/139533 A1《method for application of liquid polymeric material onto spinning cords and a device for production of nanofibers through electrostatic spinning》所述的靜電紡絲法制備而成；

玻璃纖維網(wǎng)格布層可采用已經(jīng)授權(quán)的專利CN204849202U《石英玻璃纖維網(wǎng)格布》所述的類似方法制備而成。

熱熔膠膜層可采用已經(jīng)授權(quán)的專利CN101967733A《一種熱熔膠網(wǎng)膜的制備方法》所述的方法制備而成。

本發(fā)明的納米窗紗制作方法，將熱熔膠膜作為靜電紡絲工藝中納米纖維的收集基材，對(duì)在后續(xù)窗紗制作過程中的納米纖維起到了良好的保護(hù)作用。

在本發(fā)明中：

1.采用了玻璃纖維網(wǎng)格布作為納米纖維膜及熱熔膠膜基材，使納米紗窗有良好的力學(xué)性能；且由于玻璃纖維網(wǎng)格布有較大的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，不影響窗紗的透明度與透氣性。

2.采用了納米纖維膜，納米纖維的高比表面積能夠更高效的吸附微小顆粒；納米纖維形成的納米纖維膜具有多微孔結(jié)構(gòu)，能夠有效的阻隔PM2.5顆粒，且壓降與空氣阻力??；同時(shí)，由于納米纖維膜微小的厚度，使窗紗有很好的透明度。

3.采用了熱熔膠膜，更有效牢固的將納米纖維膜層復(fù)合在玻璃纖維網(wǎng)格布上，同時(shí)熱熔膠膜能夠起到保護(hù)納米纖維膜的功效。

4.采用了熱熔膠膜作為靜電紡絲工藝中納米纖維的承載基材，對(duì)在后續(xù)窗紗制作過程中的納米纖維起到了良好的保護(hù)作用。

本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)勢：

1、使用了具有高透光率及強(qiáng)度的玻璃纖維網(wǎng)格布，使整體窗紗的透光性不受到較大影響；同時(shí)，良好的強(qiáng)度是整體窗紗的力學(xué)性能得到保證，以及具有良好的外觀。

2、使用了納米纖維這種具有高比表面積的超細(xì)纖維，使用了具有高孔隙率及微小孔徑的納米纖維膜，能夠有效吸附及隔離空氣中的PM2.5及更小顆粒；同時(shí)，可以通過控制納米纖維膜的面密度來調(diào)節(jié)其過濾PM2.5的效率。

3、使用了具有高透明度的高分子材料來制備納米纖維，使制備而得的納米纖維膜具有良好的透明度和透光性。

4、使用了合適的熱熔膠膜，在保證玻璃纖維網(wǎng)格布與納米纖維膜間有足夠的粘合強(qiáng)度下，而不降低整體窗紗的透光性。

5、將熱熔膠膜作為靜電紡絲工藝中納米纖維的承載基材，對(duì)在后續(xù)窗紗制作過程中的納米纖維起到了良好的保護(hù)作用。

本發(fā)明的窗紗，具有良好的透光性，不影響人們對(duì)室外環(huán)境的視覺感官享受；具有較小的壓降(空氣阻力)，能使室內(nèi)室外的空氣進(jìn)行有效的交換，保持室內(nèi)空氣清新；具有高效阻隔PM2.5的效果，保證室內(nèi)良好的空氣質(zhì)量，改善人們室內(nèi)生活品質(zhì)；具有良好的力學(xué)性能及外觀形態(tài)；具有不耗能，且不占用生活空間的優(yōu)勢。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種低壓降的高效過濾PM2.5透明納米窗紗及其制備方法，包括玻纖網(wǎng)格層、熱熔膠膜層和納米纖維膜層；納米纖維膜層通過靜電紡絲方法制備而成；利用熱粘合法通過熱熔膠膜將納米纖維膜層牢固的復(fù)合在玻纖網(wǎng)格上。玻纖網(wǎng)格具有良好的力學(xué)性能及高透光率；合適的熱熔膠膜材料具有良好的粘合效果及高透明度；納米纖維膜具有高孔隙率、多微孔、及高比表面積，能夠高效阻隔及吸附空氣中的微小顆粒、小分子有害物質(zhì)；同時(shí)，其對(duì)空氣流動(dòng)的阻力小、壓降??；此外，合適的材料能使納米纖維膜具有高透光率。這種納米窗紗具有低壓降、高效過濾PM2.5、高透明度、且結(jié)構(gòu)簡單、具有工業(yè)化應(yīng)用生產(chǎn)的優(yōu)勢，能夠有效改善室內(nèi)空氣質(zhì)量及提高人們生活水平。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為透明納米窗紗的示意圖。

圖2為圖1中的納米纖維膜層的掃描電鏡下表面形態(tài)圖。

圖3為圖1所述的透明納米窗紗的掃描電鏡下表面形態(tài)圖。

其中，1、玻璃纖維網(wǎng)格層，2、納米纖維膜層(或熱熔膠膜層)，3、熱熔膠膜層(或納米纖維膜層)，4、空氣層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。

實(shí)施例1、一種低壓降的高效過濾PM2.5透明納米窗紗的制備方法，依次進(jìn)行以下步驟：

1)、納米纖維膜層的制備：

聚偏氟乙烯溶液(聚偏氟乙烯溶于DMF溶劑，質(zhì)量濃度為10％)在電場力的作用下被拉伸形成納米纖維，沉積在以50厘米/分鐘速度向前牽引的抗靜電紙上，納米纖維直徑為50nm～150nm，所形成的納米纖維膜層的孔徑為50nm～1000nm，納米纖維膜層的面密度為1g/m²。

備注說明：抗靜電紙作為載體。

整個(gè)步驟1)的所得物稱為帶有抗靜電紙的納米纖維膜層。

2)、以熱熔膠膜為粘合劑，通過熱粘合法將納米纖維膜層復(fù)合到玻璃纖維網(wǎng)格布上；具體為：

在玻璃纖維網(wǎng)格布上設(shè)置一層熱熔膠膜(面密度為8g/m²)，然后在熱熔膠膜層上設(shè)置步驟1)所得的帶有抗靜電紙的納米纖維膜層，且使納米纖維膜與熱熔膠膜相貼合；

熱粘合參數(shù)如下：熱粘合溫度為95℃，熱粘合壓力為15MPa，熱粘合時(shí)間為20s；熱熔膠膜位于納米纖維膜與玻璃纖維網(wǎng)格布之間。

3)、上述步驟2)熱粘合工藝完成之后，移除抗靜電紙，得到三層結(jié)構(gòu)的窗紗，具體為：相互之間緊貼的玻璃纖維網(wǎng)格層、熱熔膠膜層和納米纖維膜層。

聚偏氟乙烯纖維的特點(diǎn)是具有良好的耐化學(xué)性能，良好的力學(xué)性能、穩(wěn)定的耐高溫性能，高透明度以及無毒。通過靜電紡絲法制備而成的聚偏氟乙烯納米纖維膜具有均勻的結(jié)構(gòu)，納米纖維直徑分布較為均一，孔徑分布范圍較窄，能夠有效的阻隔及吸附PM2.5及微小顆粒。

性能檢測：

將實(shí)施例1制備所得的窗紗按照GB/T 7689.5-2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸性能的檢測，所得檢測結(jié)果數(shù)據(jù)為1500N/50mm；按照GB/T 2410-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行透光度的檢測，所得檢測結(jié)果數(shù)據(jù)為65％；按照ASTM D737-1996標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓降(空氣阻力)的檢測，所得檢測結(jié)果數(shù)據(jù)為35Pa。按照DIN EN 1822-3和ISO 29463-3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行(阻隔及吸附PM2.5及微小顆粒)的檢測，所得檢測結(jié)果數(shù)據(jù)為80％。

實(shí)施例2、

1)、將面密度為8g/m²熱熔膠膜整齊均勻的固定在抗靜電紙上，得附著有熱熔膠膜的抗靜電紙，作為收集納米纖維的基材。

2)、復(fù)合層(包含納米纖維膜)的制備：

聚偏氟乙烯溶液(聚偏氟乙烯溶于DMF溶劑，濃度為10％)在電場力的作用下被拉伸形成納米纖維，沉積在以50厘米/分鐘速度向前牽引的附著有熱熔膠膜的抗靜電紙上，納米纖維直徑為50nm～150nm，所形成的納米纖維膜的孔徑為50nm～1000nm，納米纖維膜的面密度為1g/m²。

整個(gè)步驟2)的所得物稱為復(fù)合層，該復(fù)合層中，納米纖維膜層、熱熔膠膜層和抗靜電紙層依次緊貼。

3)、將步驟2)所得的復(fù)合層與玻璃纖維網(wǎng)格通過熱粘合法復(fù)合，具體為：

在玻璃纖維網(wǎng)格布上設(shè)置復(fù)合層，使復(fù)合層上的納米纖維膜與玻璃纖維網(wǎng)格布相貼合；

熱粘合參數(shù)如下：熱粘合溫度為95℃，熱粘合壓力為15MPa，熱粘合時(shí)間為20s；從而形成依次為相互之間緊貼的玻璃纖維網(wǎng)格層、納米纖維膜層、熱熔膠膜層和抗靜電紙層。

4)、上述步驟3)的熱粘合工藝完成之后，移除抗靜電紙，得到三層結(jié)構(gòu)的窗紗，具體為：相互之間緊貼的玻璃纖維網(wǎng)格層、納米纖維膜層和熱熔膠膜層。

性能檢測(檢測依據(jù)同實(shí)施例1)：

實(shí)施例2制備所得的窗紗拉伸性能的檢測結(jié)果為1550N/50mm，透光度的檢測結(jié)果為68％，壓降(空氣阻力)的檢測結(jié)果為40Pa，阻隔及吸附PM2.5及微小顆粒的檢測結(jié)果為93％。

實(shí)施例3、

1)、納米纖維膜層的制備：

聚偏氟乙烯溶液(聚偏氟乙烯溶于DMF溶劑，濃度為10％)在電場力的作用下被拉伸形成納米纖維，沉積在以50厘米/分鐘速度向前牽引的抗靜電紙上，納米纖維直徑為50nm～150nm，納米纖維膜的孔徑為50nm～1000nm，納米纖維膜的面密度為1g/m²。

整個(gè)步驟1)的所得物稱為帶有抗靜電紙的納米纖維膜層。

2)、將納米纖維膜層通過熱粘合法將其復(fù)合到玻璃纖維網(wǎng)格布上，具體為：

在玻璃纖維網(wǎng)格布上設(shè)置步驟1)所得的帶有抗靜電紙的納米纖維膜層，且使納米纖維膜與玻璃纖維網(wǎng)格布相貼合；

熱粘合參數(shù)如下：熱粘合溫度為80℃，熱粘合壓力為10MPa，熱粘合時(shí)間為15s；

3)、上述步驟2)的熱粘合工藝完成之后，移除抗靜電紙，得到兩層結(jié)構(gòu)的窗紗，具體為：相互之間緊貼的玻璃纖維網(wǎng)格層和納米纖維膜層。

性能檢測(檢測依據(jù)同實(shí)施例1)：

實(shí)施例3制備所得的窗紗的拉伸性能的檢測結(jié)果為1450N/50mm，透光度的檢測結(jié)果為75％，壓降(空氣阻力)的檢測結(jié)果為15Pa，阻隔及吸附PM2.5及微小顆粒的檢測結(jié)果為70％。

實(shí)施例4、

1)、同實(shí)施例2所述，制得三層結(jié)構(gòu)窗紗。

2)、將三層結(jié)構(gòu)的窗紗與另一層玻璃纖維網(wǎng)格布疊加，并在其間設(shè)置一定厚度(厚度為5mm～30mm)的框架，形成空氣層，從而獲得五層結(jié)構(gòu)的窗紗；

具體為：在框架的一側(cè)設(shè)置三層結(jié)構(gòu)窗紗，且使三層結(jié)構(gòu)窗紗中的熱熔膠膜層與框架固定相連，可通過將窗紗層嵌入且緊固于框架的方式實(shí)現(xiàn)固定相連；

在框架的另一側(cè)設(shè)置玻璃纖維網(wǎng)格布，該玻璃纖維網(wǎng)格層與框架固定相連可通過將窗紗層嵌入且緊固于框架的方式實(shí)現(xiàn)固定相連。

該五層結(jié)構(gòu)的窗紗依次為玻璃纖維網(wǎng)格層、納米纖維膜層、熱熔膠膜層、空氣層、玻璃纖維網(wǎng)格層。

性能檢測(檢測依據(jù)同實(shí)施例1)：

實(shí)施例4制備所得的窗紗透光度的檢測結(jié)果為55％，壓降(空氣阻力)的檢測結(jié)果為70Pa，阻隔及吸附PM2.5及微小顆粒的檢測結(jié)果為96％。

實(shí)施例5、

1)、同實(shí)施例3所述，制得兩層結(jié)構(gòu)的窗紗。

2)、將兩層結(jié)構(gòu)的窗紗與另一層玻璃纖維網(wǎng)格布疊加，并在其間設(shè)置一定厚度(厚度為5mm～30mm)的框架，形成空氣層，形成四層結(jié)構(gòu)的窗紗；

具體為：在框架的一側(cè)設(shè)置兩層結(jié)構(gòu)窗紗，且使兩層結(jié)構(gòu)窗紗中的納米纖維膜層與框架固定相連，可通過將窗紗層嵌入且緊固于框架的方式實(shí)現(xiàn)固定相連；

在框架的另一側(cè)設(shè)置玻璃纖維網(wǎng)格布，該玻璃纖維網(wǎng)格層與框架固定相連，可通過將窗紗層嵌入且緊固于框架的方式實(shí)現(xiàn)固定相連。

該四層結(jié)構(gòu)的窗紗依次為：玻璃纖維網(wǎng)格層、納米纖維膜層、空氣層、玻璃纖維網(wǎng)格層。

性能檢測(檢測依據(jù)同實(shí)施例1)：

實(shí)施例5制備所得的窗紗透光度的檢測結(jié)果為60％，壓降(空氣阻力)的檢測結(jié)果為40Pa，阻隔及吸附PM2.5及微小顆粒的檢測結(jié)果為75％。

對(duì)比實(shí)施例1～5，發(fā)現(xiàn)實(shí)施例2與實(shí)施例4均有優(yōu)良的各種性能，PM2.5過濾效率可以達(dá)到90％及以上。與已所授權(quán)的實(shí)用新型專利(授權(quán)公告號(hào)為CN205000880)所述的納米窗紗所公開的PM2.5過濾效率(83％)對(duì)比，PM2.5過濾效率得到了明顯的提升。

對(duì)比例1、將實(shí)施例4所述的五層結(jié)構(gòu)的窗紗依次為玻璃纖維網(wǎng)格層、納米纖維膜層、熱熔膠膜層、空氣層、玻璃纖維網(wǎng)格層改成：依次為玻璃纖維網(wǎng)格層、熱熔膠膜層、納米纖維膜層、空氣層、玻璃纖維網(wǎng)格層。

即，將熱熔膠膜層、納米纖維膜層空氣層的位置作了互換，其余等同于實(shí)施例4。

該對(duì)比例1制備所得的窗紗透光度的檢測結(jié)果為50％，壓降(空氣阻力)的檢測結(jié)果為60Pa，阻隔及吸附PM2.5及微小顆粒的檢測結(jié)果為83％。

最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。