一種防微塵霧霾透明窗紗及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防微塵霧霾透明窗紗及其制備方法，其特征是以納米粒子作為靜電排斥劑，由絲網(wǎng)骨架、涂布在其上的中間層和涂布在中間層上的功能層組成，所述絲網(wǎng)骨架是商品化的絲網(wǎng)印刷工藝用或過濾分離工藝用100?500目的金屬絲網(wǎng)、合成高分子材料絲網(wǎng)或天然高分子絲網(wǎng)；所述中間層是聚氨酯樹脂膜或有機(jī)硅樹脂膜，中間層厚度為200?2000nm；所述功能層厚度為200?2000nm，表面電阻107?108Ω，由棒狀納米SiO2、摻銻納米SnO2、銳鈦型納米TiO2和有機(jī)硅樹脂組成。本發(fā)明防微塵霧霾透明窗紗原料價(jià)廉易得，制備工藝簡便和成本低，容易產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用推廣。
【專利說明】
一種防微塵霧霾透明窗紗及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種防微塵霧霾透明窗紗及其制備方法，特別是以納米粒子作為靜電排斥劑的低成本防微塵霧霾透明窗紗及其制備方法，屬于節(jié)能環(huán)保和新材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠。霾是懸浮在空氣中的微小顆粒物質(zhì)形成的固體氣溶膠。霾主要是人為的環(huán)境污染，再加上氣溫低、風(fēng)小等自然條件導(dǎo)致污染物不易擴(kuò)散形成的1M2.5的霾粒徑小于2.5μπι，能直接進(jìn)入并粘附在人的下呼吸道和肺葉，同時(shí)微粒中的化學(xué)成分會(huì)對(duì)人體造成危害，因此ΡΜ2.5引起人們的廣泛關(guān)注。
[0003]研究分析發(fā)現(xiàn)ΡΜ2.5的主要來源是工業(yè)和民用煤的燃燒、汽車尾氣排放、建筑行揚(yáng)塵和城市廢棄物燃燒等。面對(duì)頻繁的霧霾天氣，人們不再只滿足于防蚊防盜的門窗，更加渴望能有一種高科技門窗阻隔這些污染因子，謀求一個(gè)綠色舒適的室內(nèi)環(huán)境。于是，防霧霾紗窗和空氣凈化器吸引了社會(huì)的廣泛關(guān)注。
[0004]最近德國Trittec公司推出一種防微塵霧霾紗窗，采用先進(jìn)技術(shù)，遵循空氣動(dòng)力學(xué)原理，不僅防風(fēng)擋水，而且能有效阻止室外污染物進(jìn)入，保證室內(nèi)污染物排出，保持室內(nèi)空氣清新。與普通紗網(wǎng)相比，防微塵霧霾紗窗紗網(wǎng)密度高出160倍以上，透光透氣還耐強(qiáng)風(fēng)沖擊，經(jīng)過防微塵雨水試驗(yàn)測(cè)試，能有效過濾80%以上微塵和雨水，但其專利尚未公開，人們還無法了解其技術(shù)細(xì)節(jié)。在其公司官網(wǎng)上詳細(xì)介紹了這款窗紗的主要材料以及特殊之處:它通過空氣摩擦產(chǎn)生并且強(qiáng)化靜電作用，能有效減少微塵顆粒物的入侵。由Trittec開發(fā)并申請(qǐng)了專利的雙組分技術(shù)，在質(zhì)地優(yōu)良的絲線外表固溶了一層不溶于水、耐氣候的特殊覆蓋膜。除此以外，這種纖維線超細(xì)，而且抗拉伸，由此提供了最佳的透光、透氣性能。人們幾乎看不到這種紗網(wǎng)的存在，在有效防微塵的同時(shí)也大幅度提升了人們的生活質(zhì)量。缺點(diǎn)是其高昂的生產(chǎn)成本和價(jià)格，很大程度上限制了產(chǎn)品市場(chǎng)推廣。
[0005]中北大學(xué)發(fā)明專利公開一種防霧霾通風(fēng)透明窗紗及其制作方法CN1041530701(2014-11-19)，采用了“核孔膜”濾網(wǎng)，對(duì)ΡΜ2.5的過濾效果好，但同樣存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜和成本高昂的問題。中國專利CN104847246(2015-08-19)公開一種納米光觸媒窗紗，提出將窗紗和光觸媒混紡編制的設(shè)想，卻沒有提供將光觸媒固定的具體方法，光觸媒在窗紗上的附著力有限，將作為PM2.5飄散和產(chǎn)生污染，無法確定其實(shí)用性。中國專利CN105298368(2016-02-03)公開一種負(fù)離子窗紗，提出在在窗紗上涂覆負(fù)離子粉，也沒有提供負(fù)離子粉在窗紗上的固定方法，存在作為PM2.5飄散和產(chǎn)生污染的風(fēng)險(xiǎn)，也沒有說明所述負(fù)離子粉能提供負(fù)離子的依據(jù)，無法確定其實(shí)用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種防微塵霧霾透明窗紗，特別是以納米粒子作為靜電排斥劑阻滯微塵霧霾進(jìn)入室內(nèi)的低成本防微塵霧霾透明窗紗，克服現(xiàn)有產(chǎn)品制備工藝復(fù)雜和生產(chǎn)成本高的不足。
[0007]本發(fā)明防微塵霧霾透明窗紗由絲網(wǎng)骨架、涂布在其上的中間層和涂布在中間層上的功能層組成，所述絲網(wǎng)骨架是商品化的絲網(wǎng)印刷工藝用或過濾分離工藝用100-500目的金屬絲網(wǎng)、合成高分子材料絲網(wǎng)或天然高分子絲網(wǎng)，骨架絲網(wǎng)的絲徑為0.01-0.1mm;所述中間層是聚氨酯樹脂膜或有機(jī)硅樹脂膜，以提高功能層在絲網(wǎng)骨架上的附著力，中間層厚度為200-2000nm;所述功能層厚度為200-2000nm，表面電阻107-108Ω，由直徑為20_30nm和長度為40-100nm的棒狀納米Si02、粒徑為10-20nm的摻銻納米Sn02、粒徑為5-20nm的銳鈦型納米T12和有機(jī)硅樹脂組成。
[0008]本發(fā)明功能層中各組分的質(zhì)量百分比組成為:
棒狀納米S12 20%-40%
銳鈦型納米T12 10%-20%
摻銻納米SnO2 5%-10%
有機(jī)娃樹脂余量。
[0009]本發(fā)明是發(fā)明人受太陽能電池自清潔減反射光轉(zhuǎn)換多功能涂料啟發(fā)而發(fā)明的，其作用原理是防微塵霧霾透明窗紗功能層表面帶負(fù)電荷和產(chǎn)生了一個(gè)弱的靜電場(chǎng)，能對(duì)同樣帶負(fù)電荷的微塵霧霾產(chǎn)生靜電排斥和吸引帶正電荷的粒子，即使窗紗孔徑大于2.5μπι，也能阻滯ΡΜ2.5微塵霧霾順利通過窗紗，靜電場(chǎng)干擾導(dǎo)致微塵霧霾漂浮速度減緩，在已吸附的帶正電荷的粒子影響下，窗紗表面很快會(huì)形成一個(gè)孔徑小于2.5μπι的架橋?qū)踊蜻^濾層，對(duì)污染空氣產(chǎn)生過濾作用；功能層中的銳鈦型納米T12對(duì)粘附在窗紗上的微塵霧霾有機(jī)粒子具有光催化分解作用，逐步減弱了其附著力，從而可以為自然風(fēng)力吹脫；功能層中的摻銻納米SnO2使窗紗的表面電阻維持在17-1O8 Ω，減弱其對(duì)微塵霧霾的吸引力，容易為自然風(fēng)力帶走，從而減少了微塵霧霾在窗紗表面的積累和人工清理次數(shù)。
[0010]本發(fā)明所用棒狀納米S12具有附著力強(qiáng)和成膜層內(nèi)應(yīng)力小的特點(diǎn)，參照中國專利CN 104925819(2015-09-23)公開的方法制備;所用摻銻納米SnO2的透光率和導(dǎo)電性好，參照中國專利CN 104925853 (2015-09-23)公開的方法制備;所用銳鈦型納米T12光催化性能好，參照中國專利CN104909404(2015-09-16)公開的方法制備;所用有機(jī)硅樹脂是分子中含有環(huán)氧基或氨基的，溶劑揮發(fā)后能夠常溫自固化的有機(jī)硅樹脂。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提供一種防微塵霧霾透明窗紗的制備方法，采取的技術(shù)方案和步驟為:
(1)選擇100-500目的金屬絲網(wǎng)、合成高分子材料絲網(wǎng)或天然高分子絲網(wǎng)作為骨架材料，分別用表面活性劑水溶液和清水清洗干凈，用90-120 0C熱風(fēng)烘干；
(2)在絲網(wǎng)骨架材料表面涂布聚氨酯或有機(jī)硅涂料，使其表面形成中間層膜，調(diào)節(jié)涂料粘度和涂布工藝條件，使涂層均勻涂覆在骨架上而不堵塞網(wǎng)孔，用90-120 °C熱風(fēng)干燥中間層膜，涂布1-3遍，使中間層厚度為200-2000nm;
(3)將棒狀納米Si02、銳鈦型納米Ti02、摻銻納米Sn02、有機(jī)硅樹脂和溶劑按質(zhì)量百分比2:1:0.5:1.5; 95混合均勻，放置陳化12-24h，得到質(zhì)量百分濃度為5%的功能層鍍膜液；
(4)將功能層鍍膜液涂布在絲網(wǎng)骨架中間層上，調(diào)節(jié)鍍膜液粘度和涂布工藝條件，使涂層均勻涂覆在中間層上而不堵塞網(wǎng)孔，用90-120Γ熱風(fēng)干燥功能層膜，涂布1-3遍，使功能層厚度為200-2000nm，網(wǎng)孔直徑5_50μπι ； (5)對(duì)窗紗進(jìn)行檢查應(yīng)平整和沒有盲孔，可見光的透光率大于75%，卷曲120度20次沒有膜層的開裂和脫落，表面電阻107-108Ω。
[0012]本發(fā)明防微塵霧霾透明窗紗的中間層和功能層涂布可以采用浸涂、噴涂、刷涂或雙面印刷方式等涂布方式。
[0013]本發(fā)明所用溶劑是乙醇、丙醇、乙二醇醚、二甲基甲酰胺和乙酰丙酮可與水混溶的有機(jī)溶劑。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為:
(1)本發(fā)明防微塵霧霾透明窗紗原料價(jià)廉易得，制備工藝簡便和成本低，容易產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用推廣；
(2)本發(fā)明防微塵霧霾透明窗紗不容易粘附和積累灰塵，具有自清潔功能，可長期有效發(fā)揮作用；
(3)本發(fā)明防微塵霧霾透明窗紗表面具有超親水功能層，積塵僅通過水沖洗就可以完全去除干凈。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
將一塊400mm )( 600mm的350目不銹鋼絲網(wǎng)作為骨架材料，其絲徑0.035mm，孔徑0.038mm，用分別用表面活性劑水溶液和清水清洗干凈，用90-120°C熱風(fēng)烘干;噴涂有機(jī)硅涂料，在其表面形成中間層膜，用90-120<€熱風(fēng)干燥中間層膜，中間層厚度800-1000]11]1;在絲網(wǎng)骨架中間層上再刷涂質(zhì)量百分濃度為5%的功能層鍍膜液2遍，用90-120 °C熱風(fēng)干燥功能層膜，功能層厚度為800-1000nm，網(wǎng)孔直徑35μπι0
[0016]將其制作成一個(gè)300mmX 500mm的紗窗，并安裝在一個(gè)15平方米待裝修住宅樓房間的窗戶上進(jìn)行測(cè)試，并用未安裝紗窗的相鄰住宅樓房間進(jìn)行比較。在某一霧霾天檢測(cè)得到如下結(jié)果:室外PM2.5濃度為324yg/m3，檢測(cè)室在未開窗前PM2.5濃度為73yg/m3，對(duì)照室在未開窗前PM2.5濃度為70yg/m3;檢測(cè)室開窗通風(fēng)Ih后PM2.5濃度為115yg/m3，對(duì)照室在開窗通風(fēng)Ih后PM2.5濃度為310yg/m3，對(duì)室內(nèi)空氣中PM2.5凈化率62.9%。
實(shí)施例2
將一塊400mm )( 600mm的250目尼龍絲網(wǎng)作為骨架材料，其絲徑0.058mm，孔徑0.062 mm,用分別用表面活性劑水溶液和清水清洗干凈，用90-120 0C熱風(fēng)烘干;噴涂有機(jī)硅涂料，在其表面形成中間層膜，用90-120°C熱風(fēng)干燥中間層膜，中間層厚度1000-1200nm;在絲網(wǎng)骨架中間層上再刷涂質(zhì)量百分濃度為5%的功能層鍍膜液2遍，用90-120 °C熱風(fēng)干燥功能層膜，功能層厚度為1000-1200nm，網(wǎng)孔直徑58μπι0
[0017]將其制作成一個(gè)300mmX 500mm的紗窗，并安裝在一個(gè)15平方米待裝修住宅樓房間的窗戶上進(jìn)行測(cè)試，并用未安裝紗窗的相鄰住宅樓房間進(jìn)行比較。在某一霧霾天檢測(cè)得到如下結(jié)果:室外PM2.5濃度為284yg/m3，檢測(cè)室在未開窗前PM2.5濃度為63yg/m3，對(duì)照室在未開窗前PM2.5濃度為61yg/m3;檢測(cè)室開窗通風(fēng)Ih后PM2.5濃度為134yg/m3，對(duì)照室在開窗通風(fēng)Ih后PM2.5濃度為280yg/m3，對(duì)室內(nèi)空氣中PM2.5凈化率52.1%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種防微塵霧霾透明窗紗，其特征在于以帶負(fù)電荷的納米粒子作為靜電排斥劑阻滯微塵霧霾進(jìn)入室內(nèi)，由絲網(wǎng)骨架、涂布在其上的中間層和涂布在中間層上的功能層組成，所述絲網(wǎng)骨架是商品化的絲網(wǎng)印刷工藝用或過濾分離工藝用100-500目的金屬絲網(wǎng)、合成高分子材料絲網(wǎng)或天然高分子材料絲網(wǎng)，骨架絲網(wǎng)的絲徑為0.01-0.1mm;所述中間層是聚氨酯樹脂膜或有機(jī)硅樹脂膜，以提高功能層在絲網(wǎng)骨架上的附著力，中間層厚度為200-2000鹽;所述功能層厚度為200-2000鹽，表面電阻107-1080，由直徑為20-3011111和長度為40-1OOnm的棒狀納米Si02、粒徑為10-20nm的摻銻納米Sn02、粒徑為5-20nm的銳鈦型納米T12和有機(jī)硅樹脂組成。2.按權(quán)利要求1所述防微塵霧霾透明窗紗，其特征在于所述功能層中各組分的質(zhì)量百分比組成為: 棒狀納米S12 20%-40% 銳鈦型納米T12 10%-20% 摻銻納米SnO2 5%-10% 有機(jī)娃樹脂余量。3.—種防微塵霧霾透明窗紗的制備方法，其特征在于制備過程的技術(shù)方案和實(shí)施步驟為: (1)選擇100-500目的金屬絲網(wǎng)、合成高分子材料絲網(wǎng)或天然高分子絲網(wǎng)作為骨架材料，分別用表面活性劑水溶液和清水清洗干凈，用90-120 0C熱風(fēng)烘干； (2)在絲網(wǎng)骨架材料表面涂布聚氨酯或有機(jī)硅涂料，使其表面形成中間層膜，調(diào)節(jié)涂料粘度和涂布工藝條件，使涂層均勻涂覆在骨架上而不堵塞網(wǎng)孔，用90-120 °C熱風(fēng)干燥中間層膜，涂布1-3遍，使中間層厚度為200-2000nm; (3)將棒狀納米Si02、銳鈦型納米Ti02、摻銻納米Sn02、有機(jī)硅樹脂和溶劑按質(zhì)量百分比2:1:0.5:1.5; 95混合均勻，放置陳化12-24h，得到質(zhì)量百分濃度為5%的功能層鍍膜液； (4)將功能層鍍膜液涂布在絲網(wǎng)骨架中間層上，調(diào)節(jié)鍍膜液粘度和涂布工藝條件，使涂層均勻涂覆在中間層上而不堵塞網(wǎng)孔，用90-120Γ熱風(fēng)干燥功能層膜，涂布1-3遍，使功能層厚度為200-2000nm，網(wǎng)孔直徑5_50μπι ； (5)對(duì)窗紗進(jìn)行檢查應(yīng)平整和沒有盲孔，可見光的透光率大于75%，卷曲120度20次沒有膜層的開裂和脫落，表面電阻17-108 Ω，對(duì)室內(nèi)空氣中ΡΜ2.5凈化率50%-70%。
【文檔編號(hào)】E06B9/52GK105863478SQ201610220073
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】李建生, 李霞, 劉炳光, 杜秋雨, 張來猛, 戚祥歡
【申請(qǐng)人】天津市職業(yè)大學(xué)