一种防霜透光的静电纺丝薄膜及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种防霜透光的静电纺丝薄膜及其制备方法和应用 (Anti-frost light-transmitting electrostatic spinning film and preparation method and application thereof ) 是由 谢柢丰 王国勇 连建设 孙贵训 于 2020-11-26 设计创作，主要内容包括：本发明适用于防霜技术领域,提供了一种防霜透光的静电纺丝薄膜及其制备方法和应用,该制备方法包括以下步骤：将至少一种纺丝液进行静电纺丝,得到半成品薄膜；所述纺丝液包括疏水性聚合物和有机溶剂,其中,疏水性聚合物的质量百分比浓度为4%~25%；将半成品薄膜置于饱和食盐水上,形成所述静电纺丝薄膜。该制备方法制得的静电纺丝薄膜抑制结霜的效果极佳,透光性良好,其纳米纤维尺寸均匀,具有较好的疏水性,具有致密的孔径,并且薄膜下方的饱和食盐水,能够有效吸附周围空气中的水分,从而使得薄膜周围形成干区,抑制结霜,可以使得抑制结霜时间高达30分钟以上,不出现冰晶。(The invention is suitable for the technical field of frost prevention, and provides a frost-prevention light-transmission electrostatic spinning film, a preparation method and application thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: carrying out electrostatic spinning on at least one spinning solution to obtain a semi-finished film; the spinning solution comprises a hydrophobic polymer and an organic solvent, wherein the mass percentage concentration of the hydrophobic polymer is 4% -25%; and placing the semi-finished film on saturated salt water to form the electrostatic spinning film. The electrostatic spinning film prepared by the preparation method has the advantages of excellent frosting inhibition effect, good light transmission, uniform nanofiber size, good hydrophobicity and compact pore size, and the saturated salt solution below the film can effectively adsorb moisture in the surrounding air, so that a dry area is formed around the film, frosting is inhibited, the frosting inhibition time can be up to more than 30 minutes, and no ice crystal appears.)
技术领域
本发明属于防霜技术领域，尤其涉及一种防霜透光的静电纺丝薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
霜冻的积累通常会给人们的生活，带来不便，有时甚至很严重的后果。甚至在工业应用带来经济和安全问题。由于覆盖在表面的是冰层还有霜层经常带来严重的问题，如：（1）能见度变差，在飞机，汽车，火车等运输工具的玻璃上；（2）交通灯和监控系统能见度变差；（3）太阳能热交换器的效率和发电效率的下降；（4）冬季输电线的断裂；（5）空气动力性能恶化；（6）空气质量下降，飞机机翼的性能下降。而解决这些问题的方法通常是加热冷面或者喷洒防冻液。
然而，这些方法，不仅效率低下，还会带来环境污染，而且化霜困难。冰和霜的形成条件为形核位点和结冰点。传统制备防霜防冰材料多为超疏水表面，由于超疏水材料表面粗糙，一旦结冰，那么除冰会变得异常困难。并且，在日常使用过程中，灰尘和杂质是无法抑制形成的，环境湿度还有空气流动也无法预测。这样形核位点无法去阻止产生。因此，只能通过降低结冰点来实现防霜。因此，如何实现降低结冰点，成本低廉，制备工艺简单，在具有透光性的基础上，能够实现防霜的功能，降低结冰点就成了制备的关键。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种防霜透光的静电纺丝薄膜的制备方法，旨在解决背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种防霜透光的静电纺丝薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将至少一种纺丝液进行静电纺丝，得到半成品薄膜；所述纺丝液包括疏水性聚合物和有机溶剂，其中，疏水性聚合物的质量百分比浓度为4%~25%；
将半成品薄膜置于饱和食盐水上，形成所述静电纺丝薄膜。
作为本发明实施例的一个优选方案，所述将至少一种纺丝液进行静电纺丝，得到半成品薄膜的步骤，具体包括：
将纺丝液A和纺丝液B分别进行静电纺丝形成纤维，并共同喷出，使得纺丝液B形成的纤维能够包裹住纺丝液A形成的纤维，从而形成同轴包裹状态，得到半成品薄膜；所述纺丝液A和纺丝液B均包括疏水性聚合物和有机溶剂，且所述纺丝液A中的疏水性聚合物的质量百分比浓度为4%~25%，所述纺丝液B中的疏水性聚合物的质量百分比浓度为4%~25%。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述疏水性聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯中的至少一种。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述步骤中，静电纺丝的电压为15~25kV。
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静电纺丝薄膜。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述静电纺丝薄膜的水接触角不小于143.563°，透光率不小于90%。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的静电纺丝薄膜在制备防霜材料中的应用。
本发明实施例提供的一种防霜透光的静电纺丝薄膜的制备方法，具有以下有益效果：
（1）本发明制备的静电纺丝薄膜抑制结霜的效果极佳，纳米纤维尺寸均匀，具有较好的疏水性，具有致密的孔径，并且薄膜下方的饱和食盐水，能够有效吸附周围空气中的水分，从而使得薄膜周围形成干区，抑制结霜，可以使得抑制结霜时间高达30分钟以上，不出现冰晶。
（2）本发明制备的静电纺丝薄膜具有良好的透光性，可以在可见光范围内达到90%的透光率，可以清晰在薄膜下方的物体。
（3）本发明制备的静电纺丝薄膜具有良好的耐腐蚀性，可以增加金属基底耐腐蚀性。
（4）本发明提供的制备方法工艺简单，成型效率高，可重复，成本低廉，可以用于工业生成。
附图说明
图1为实施例1制备的静电纺丝薄膜的低倍扫描电镜图。
图2为实施例1制备的静电纺丝薄膜的接触角测试图。
图3为实施例1制备的静电纺丝薄膜的透光性测试图。
图4为实施例1~4制备的静电纺丝薄膜的透光性对比图。
图5为实施例1制备的静电纺丝薄膜在冷台上的蔡司显微镜照片。
图6为实施例1制备的静电纺丝薄膜在冷台上的宏观照片。
图7为实施例1制备的静电纺丝薄膜的盐酸液滴的照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
该实施例提供了一种防霜透光的静电纺丝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚偏氟乙烯添加至N,N-二甲基甲酰胺中，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为15%的纺丝液A，备用；将聚甲基丙烯酸甲酯添加至N,N-二甲基甲酰胺中，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为25%的纺丝液B，备用。
S2、将配制好的纺丝液A和纺丝液B分别放置在静电纺丝机的推注A和推注B，将不锈钢网置于接收器上，喷头和接受器之间的距离为15cm，纺丝电压为20kV，最终在不锈钢网形成一层薄薄的纳米纤维膜，并使得纺丝液B形成的纤维能够包裹住纺丝液A形成的纤维，从而形成同轴包裹状态，得到半成品薄膜。
S3、将上述半成品薄膜置于饱和食盐水上，即可形成防霜透光的静电纺丝薄膜。
实施例2
该实施例提供了一种防霜透光的静电纺丝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚偏氟乙烯添加至N,N-二甲基甲酰胺中，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为15%的纺丝液，备用。
S2、将配制好的纺丝液放置在静电纺丝机的推注，将不锈钢网置于接收器上，喷头和接受器之间的距离为15cm，纺丝电压为15kV，最终在不锈钢网形成一层薄薄的纳米纤维膜，得到半成品薄膜。
S3、将上述半成品薄膜置于饱和食盐水上，即可形成静电纺丝薄膜。
实施例3
该实施例提供了一种防霜透光的静电纺丝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚甲基丙烯酸甲酯添加至N,N-二甲基甲酰胺中，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为25%的纺丝液，备用。
S2、将配制好的纺丝液放置在静电纺丝机的推注，将不锈钢网置于接收器上，喷头和接受器之间的距离为15cm，纺丝电压为15kV，最终在不锈钢网形成一层薄薄的纳米纤维膜，得到半成品薄膜。
S3、将上述半成品薄膜置于饱和食盐水上，即可形成静电纺丝薄膜。
实施例4
该实施例提供了一种防霜透光的静电纺丝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚甲基丙烯酸甲酯添加至N,N-二甲基甲酰胺中，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为4%的纺丝液A，备用；将聚苯乙烯添加至N,N-二甲基甲酰胺中，配制得到质量百分比浓度为6%的纺丝液B，并往纺丝液B中加入质量分数为0.5%的气相二氧化硅，用磁力搅拌器进行搅拌8h，备用。
S2、将配制好的纺丝液A和纺丝液B分别放置在静电纺丝机的推注A和推注B，将不锈钢网置于接收器上，喷头和接受器之间的距离为15cm，纺丝电压为15kV，最终在不锈钢网形成一层薄薄的纳米纤维膜，并使得纺丝液B形成的纤维能够包裹住纺丝液A形成的纤维，从而形成同轴包裹状态，得到半成品薄膜。
S3、将上述半成品薄膜置于饱和食盐水上，即可形成防霜透光的静电纺丝薄膜。
实施例5
该实施例提供了一种防霜透光的静电纺丝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚偏氟乙烯添加至四氢呋喃中，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为25%的纺丝液A，备用；将聚甲基丙烯酸甲酯添加至N,N-二甲基甲酰胺中，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为4%的纺丝液B，备用。
S2、将配制好的纺丝液A和纺丝液B分别放置在静电纺丝机的推注A和推注B，将不锈钢网置于接收器上，喷头和接受器之间的距离为30cm，纺丝电压为20kV，最终在不锈钢网形成一层薄薄的纳米纤维膜，并使得纺丝液B形成的纤维能够包裹住纺丝液A形成的纤维，从而形成同轴包裹状态，得到半成品薄膜。
S3、将上述半成品薄膜置于饱和食盐水上，即可形成防霜透光的静电纺丝薄膜。
实施例6
该实施例提供了一种防霜透光的静电纺丝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚偏氟乙烯添加至N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃按照1:4的体积比进行混合的混合溶剂中，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为20%的纺丝液A，备用；将聚甲基丙烯酸甲酯添加至N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃按照1:4的体积比进行混合的混合溶剂，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为16%的纺丝液B，备用。
S2、将配制好的纺丝液A和纺丝液B分别放置在静电纺丝机的推注A和推注B，将不锈钢网置于接收器上，喷头和接受器之间的距离为10cm，纺丝电压为25kV，最终在不锈钢网形成一层薄薄的纳米纤维膜，并使得纺丝液B形成的纤维能够包裹住纺丝液A形成的纤维，从而形成同轴包裹状态，得到半成品薄膜。
S3、将上述半成品薄膜置于饱和食盐水上，即可形成防霜透光的静电纺丝薄膜。
实施例7
该实施例提供了一种防霜透光的静电纺丝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚偏氟乙烯添加至四氢呋喃中，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为10%的纺丝液A，备用；将聚甲基丙烯酸甲酯添加至四氢呋喃中，用磁力搅拌器进行搅拌8h，配制得到质量百分比浓度为10%的纺丝液B，备用。
S2、将配制好的纺丝液A和纺丝液B分别放置在静电纺丝机的推注A和推注B，将不锈钢网置于接收器上，喷头和接受器之间的距离为20cm，纺丝电压为20kV，最终在不锈钢网形成一层薄薄的纳米纤维膜，并使得纺丝液B形成的纤维能够包裹住纺丝液A形成的纤维，从而形成同轴包裹状态，得到半成品薄膜。
S3、将上述半成品薄膜置于饱和食盐水上，即可形成防霜透光的静电纺丝薄膜。
实验例：
1、将实施例1制备的静电纺丝薄膜进行低倍扫描电镜（SEM）观察，其结果如图1所示。从图1中可以看出，可以看出本发明实施制得的静电纺丝薄膜，纤维间相互交错，强度较高。
2、将实施例1制备的静电纺丝薄膜进行水接触角测试，其结果如图2所示。从图2中可以看出，实施例1制备的静电纺丝薄膜的接触角为143.563°，证明该薄膜具有很强的疏水性，结合纤维之间错综结构，能够较好的实现防腐蚀性，以及防止表面液滴进入到金属中，并且能够不让水滴在表面聚集，配合下方的饱和食盐水，能够在薄膜表面形成干区，延缓结霜时间。
3、将实施例1制备的静电纺丝薄膜进行透光性测试，其结果如图3所示。从图3中可以看出，薄膜下方和薄膜外的字体基本无差别，能够清晰的看到薄膜下方的字体，证明薄膜具有较好的透光性。另外，实施例1~4制备的静电纺丝薄膜的透光性对比结果如图4所示，从图4中可以看出，实施例1制备的静电纺丝薄膜的透光性在可见光范围内达到90%，证明本发明实施例提供的静电纺丝薄膜具有良好的透光性。
4、实施例1制备的静电纺丝薄膜在冷台上的蔡司显微镜照片如图5所示，实施例1制备的静电纺丝薄膜在冷台上的宏观照片如图6所示，实施例1制备的静电纺丝薄膜的盐酸液滴的照片如图7所示。从图5和图6可以看出，在冷台大部分结霜的情况下，中间的不锈钢网上的静电纺丝薄膜没有出现任何变化，证明有了较好的防霜性，在微观状态下，可以看到冷凝状态下，液滴在纤维上形成液滴，不会发生冻结状态，也证明了较好的防霜性。从图7可以看出，将盐酸置于静电纺丝薄膜上，可以看出盐酸形成球状，故该静电纺丝薄膜能够有较好的防腐蚀性。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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