[發明專利]一種具備防塵效果指示功能的防塵口罩及其制備方法

在審

• 申請號: 201610537942.2
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN107581683A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 周軍;程永亮;鐘俊文
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: A41D13/11
• 分類號: A41D13/11;D01D5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 梁鵬

技術領域

本發明屬于空氣過濾以及機電能量轉換相關領域，更具體地，涉及一種具備防塵效果指示功能的防塵口罩及其制備方法，其能夠有效地過濾霧霾污染物同時能預警防塵能力下降。

背景技術

隨著中國社會經濟的高速發展，環境污染問題變得日益嚴重，尤其是近年來我國大部分地區不斷出現大規模的霧霾現象，嚴重威脅著人們的身體健康。其中，通過佩戴口罩對PM2.5等霧霾污染物進行有效過濾是降低霧霾對人體傷害的有效途徑之一。

靜電紡絲技術制備的納米纖維具有直徑小、孔隙率高及結構可調等優點，因而基于靜電紡絲纖維制備的防塵口罩比基于熱熔噴技術制備的粗纖維口罩具有更好的霧霾污染物過濾效果。但是，普通的靜電紡絲纖維僅僅依靠機械阻擋作用進行過濾。因此，只有纖維膜處于十分夯實的狀態時才能有效地過濾十分微小的污染物，這會導致比較高的壓降而造成使用者呼吸困難的情況。此外，口罩使用一段時間后會導致防塵能力的下降，而目前還沒有有效的方式智能顯示口罩的工作狀態。綜上所述，本領域存在著開發新型的能夠有效地過濾霧霾污染物且能實時顯示防塵狀態的智能口罩的技術需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種具備防塵效果指示功能的防塵口罩及其制備方法，通過結合電子顯示器件自身的特點和口罩的結構特點，相應對其關鍵組件如網狀電極層、靜電紡絲纖維層等發 電功能組件的具體結構及設置方式、以及防塵口罩的整體構造等多個方面進行研究，制備出在有效地過濾霧霾污染物的同時，還能夠預警防塵能力下降的智能防塵口罩，其核心是聯合靜電紡絲與電暈極化技術制備具有除塵與發電功能的納米纖維層。所述的智能防塵口罩還具有過濾效率高、壓降低、設計精巧、成本低廉、適合大規模生產等優點。

為了實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種具備防塵效果指示功能的防塵口罩，其依次包括第一外部保護層、第一網狀電極層、第一柱狀隔離物、靜電紡絲纖維層、第二柱狀隔離物、第二網狀電極層和第二外部保護層。具體地，柱狀隔離物設置于兩個網狀電極層與靜電紡絲纖維層之間，使得兩個網狀電極層與靜電紡絲纖維層之間具有一定厚度的空氣間隙。

作為進一步優選地，第一與第二外部保護層由普通的棉線無紡布或聚合物無紡布組成；

優選地，第一和第二網狀電極層由如下材料中的一種或者幾種組合形成：銀、銅、鋁、碳材料、導電金屬氧化物。其中，網狀電極層的網孔大小范圍為10微米至500微米；通過以上對材質和數值的具體選擇，能夠使靜電紡絲纖維層與第一第二網狀電極層之間的間隙發生改變并導致電子在電極兩端來回振蕩的過程中更好地吸附大量電荷，由此便于形成更大輸出功率的交流電流；此外，可以低成本、高效率，便于大批量生產的方式獲得按照本發明的柔性發電裝置。

優選地，柱狀隔離物的高度范圍為100微米至500微米；上述數值范圍所形成的空氣間隙大小，能夠產生足夠的電量來驅動電子顯示器件，同時保證供電的穩定性，從而保證防塵口罩指示效果的穩定性。

優選地，兩個網狀電極層之間通過導線連接有電子顯示器件，其為發光二極管(LED)或者液晶顯示屏(LCD)。

按照本發明的另一方面，還提供了一種制備具有防塵效果指示功能的 防塵口罩的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟:

(1)制備靜電紡絲纖維層：將靜電紡絲前驅物溶于溶劑，配置成具有合適粘度的紡絲溶液，利用靜電紡絲技術對所得的紡絲溶液進行紡絲得到靜電紡絲纖維層，基于電暈極化技術對所制得的靜電紡絲纖維層進行靜電荷注入；

(2)沿著靜電紡絲纖維層兩側設置第一網狀電極層和第二網狀電極層，在靜電紡絲纖維層和第一第二網狀電極層之間分別對應設置第一柱狀隔離物和第二柱狀隔離物，該柱狀隔離物的高度范圍為100微米至500微米，使第一第二網狀電極層和靜電紡絲纖維層之間形成間隙，借助空氣間隙的變化執行柔性發電操作；在第一網狀電極層和第二網狀電極層外側還分別對應設置有第一外部保護層和第二外部保護層；

(3)將第一網狀電極層和第二網狀電極層連接在電子顯示器上，達到智能指示的效果，由此制得具有防塵效果指示功能的防塵口罩。

作為進一步優選地，步驟(1)中所述靜電紡絲前驅物由如下材料中的一種或者幾種組合形成：聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚丙烯腈、聚醚酰亞胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乳酸；所述靜電紡絲所用溶劑如下材料中的一種或者幾種組合形成：去離子水、乙醇、甲苯、N，N二甲基甲酰胺、丙酮、氮甲基吡咯烷酮、氯仿、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮。