[发明专利]一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于空气过滤以及机电能量转换相关领域，更具体地，涉及一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩及其制备方法，其能够有效地过滤雾霾污染物同时能预警防尘能力下降。

背景技术

随着中国社会经济的高速发展，环境污染问题变得日益严重，尤其是近年来我国大部分地区不断出现大规模的雾霾现象，严重威胁着人们的身体健康。其中，通过佩戴口罩对PM2.5等雾霾污染物进行有效过滤是降低雾霾对人体伤害的有效途径之一。

静电纺丝技术制备的纳米纤维具有直径小、孔隙率高及结构可调等优点，因而基于静电纺丝纤维制备的防尘口罩比基于热熔喷技术制备的粗纤维口罩具有更好的雾霾污染物过滤效果。但是，普通的静电纺丝纤维仅仅依靠机械阻挡作用进行过滤。因此，只有纤维膜处于十分夯实的状态时才能有效地过滤十分微小的污染物，这会导致比较高的压降而造成使用者呼吸困难的情况。此外，口罩使用一段时间后会导致防尘能力的下降，而目前还没有有效的方式智能显示口罩的工作状态。综上所述，本领域存在着开发新型的能够有效地过滤雾霾污染物且能实时显示防尘状态的智能口罩的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩及其制备方法，通过结合电子显示器件自身的特点和口罩的结构特点，相应对其关键组件如网状电极层、静电纺丝纤维层等发 电功能组件的具体结构及设置方式、以及防尘口罩的整体构造等多个方面进行研究，制备出在有效地过滤雾霾污染物的同时，还能够预警防尘能力下降的智能防尘口罩，其核心是联合静电纺丝与电晕极化技术制备具有除尘与发电功能的纳米纤维层。所述的智能防尘口罩还具有过滤效率高、压降低、设计精巧、成本低廉、适合大规模生产等优点。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其依次包括第一外部保护层、第一网状电极层、第一柱状隔离物、静电纺丝纤维层、第二柱状隔离物、第二网状电极层和第二外部保护层。具体地，柱状隔离物设置于两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间，使得两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间具有一定厚度的空气间隙。

作为进一步优选地，第一与第二外部保护层由普通的棉线无纺布或聚合物无纺布组成；

优选地，第一和第二网状电极层由如下材料中的一种或者几种组合形成：银、铜、铝、碳材料、导电金属氧化物。其中，网状电极层的网孔大小范围为10微米至500微米；通过以上对材质和数值的具体选择，能够使静电纺丝纤维层与第一第二网状电极层之间的间隙发生改变并导致电子在电极两端来回振荡的过程中更好地吸附大量电荷，由此便于形成更大输出功率的交流电流；此外，可以低成本、高效率，便于大批量生产的方式获得按照本发明的柔性发电装置。

优选地，柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米；上述数值范围所形成的空气间隙大小，能够产生足够的电量来驱动电子显示器件，同时保证供电的稳定性，从而保证防尘口罩指示效果的稳定性。

优选地，两个网状电极层之间通过导线连接有电子显示器件，其为发光二极管(LED)或者液晶显示屏(LCD)。

按照本发明的另一方面，还提供了一种制备具有防尘效果指示功能的 防尘口罩的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤:

(1)制备静电纺丝纤维层：将静电纺丝前驱物溶于溶剂，配置成具有合适粘度的纺丝溶液，利用静电纺丝技术对所得的纺丝溶液进行纺丝得到静电纺丝纤维层，基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；

(2)沿着静电纺丝纤维层两侧设置第一网状电极层和第二网状电极层，在静电纺丝纤维层和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物和第二柱状隔离物，该柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米，使第一第二网状电极层和静电纺丝纤维层之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层和第二网状电极层外侧还分别对应设置有第一外部保护层和第二外部保护层；

(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在电子显示器上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。

作为进一步优选地，步骤(1)中所述静电纺丝前驱物由如下材料中的一种或者几种组合形成：聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚丙烯腈、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乳酸；所述静电纺丝所用溶剂如下材料中的一种或者几种组合形成：去离子水、乙醇、甲苯、N，N二甲基甲酰胺、丙酮、氮甲基吡咯烷酮、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮。