静电纺丝制备绿色建筑材料的具体功能化方法有哪些?

  • 发布时间:2025.02.28
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静电纺丝技术在绿色建筑材料的制备中具有重要作用,以下为您详细介绍静电纺丝制备绿色建筑材料的具体功能化方法。

 

一、利用先进的电磁功能材料

 

  • 水泥、混凝土、陶瓷等材料的功能化:如今,电磁(EM)功能材料为抗电磁辐射建筑带来了无限的活力和可能性。在绿色建筑的先进电磁功能材料研究方面取得了巨大进展。其中,水泥、混凝土、陶瓷及其他电磁预制件的最新和最令人印象深刻的作品备受关注。通过对这些材料进行功能化处理,可以使其具备抗电磁辐射的性能2。例如,可以在水泥、混凝土中添加特定的电磁功能材料,使其能够有效地阻挡或吸收电磁辐射,从而提高建筑物的电磁兼容性。
  • 涂层材料构建前沿的建筑电磁功能材料:最前沿的建筑电磁功能材料由先进的涂层材料构建而成。这些涂层材料可以赋予建筑物表面优异的电磁屏蔽性能。通过选择合适的涂层材料和施工方法,可以实现对建筑物的电磁防护,同时不影响建筑物的外观和性能2

 

二、纳米纤维的绿色制备与应用

 

  • 绿色电纺可持续纳米纤维:为满足对环保纳米材料的需求,静电纺丝提供了一种可行的方法来创建可持续的纳米纤维。在绿色电纺中,可以选择环保材料、重复利用溶剂以及使用环保添加剂等方式来实现绿色制备。例如,使用可生物降解的合成聚合物、混合 / 复合纳米纤维以提高性能,以及来自可再生资源的天然聚合物等绿色电纺方法3。这些纳米纤维在组织工程、环境修复、能源存储和环保包装等领域具有广泛的应用前景。在绿色建筑材料中,纳米纤维可以作为增强材料,提高材料的力学性能和耐久性。
  • 熔体微分静电纺丝纳米纤维:团队创新提出了熔体微分静电纺丝新方法,经过十余年探索,围绕其工艺、装备、材料及应用等进行了系统的研究,率先实现了 500nm 范围内熔体电纺纳米纤维的工业化制备,并建立了世界上第一套熔体微分静电纺丝纳米纤维工业化生产线。熔体微分静电纺丝无需使用溶剂,相比溶液静电纺丝,避免了有毒溶剂残留、回收及处理等问题,是聚合物纳米纤维绿色制造的发展方向1。在绿色建筑材料中,熔体微分静电纺丝纳米纤维可以用于高效过滤、生化防护等领域,提高建筑物的环境质量和安全性。

 

三、绿色静电纺丝在生物材料中的应用

 

  • 绿色静电纺丝生物材料的优势:在生物材料行业,静电纺丝是一种普遍的制造方法,用于生产类似于天然组织的纳米至微米级纤维网。然而,传统的静电纺丝过程通常使用对环境有害的溶剂,这对工业规模扩大和临床转化构成了重大障碍。通过应用可持续性原则进行生物材料生产,开发了一种 “绿色静电纺丝” 工艺,通过系统地测试生物良性溶剂(美国食品药品监督管理局 Q3C 分类 3),并确定了乙酸作为一种绿色溶剂,其具有低生态影响(全球变暖潜能值(GWP)=1.40 CO₂eq.kg/L),并在常规制造条件下支持稳定的静电纺丝射流4。通过调整静电纺丝参数,如针板距离和流速,可以更新广泛使用的生物医学聚合物(例如聚 α- 羟基酯、胶原蛋白)、聚合物共混物、聚合物 - 陶瓷复合材料和生长因子输送系统的制造。所得的 “绿色” 纤维和复合材料在成分、化学性质、结构、力学性能和生物相容性方面与传统网眼相当。有趣的是,绿色合成纤维的材料性能比传统静电纺丝纤维更具仿生性,在不影响屈服强度和极限拉伸强度的情况下,延展性增加了一倍4。在绿色建筑材料中,这种绿色静电纺丝生物材料可以用于制造具有良好生物相容性和环境友好性的建筑材料,提高建筑物的可持续性。
 
静电纺丝外墙建筑材料
 
综上所述,静电纺丝制备绿色建筑材料的具体功能化方法包括利用先进的电磁功能材料、纳米纤维的绿色制备与应用以及绿色静电纺丝在生物材料中的应用等。这些方法为绿色建筑材料的发展提供了新的思路和途径。
 
参考文献:
1 熔体微分静电纺丝纳米纤维高效绿色制备技术|陈明军
2 Developing electromagnetic functional materials for green building|Mao-Qing Cao
3 Green electrospinning of sustainable nanofibers: a sustainable frontier for next-generation materials|Zeeshan Khatri
4 Green electrospinning for biomaterials and biofabrication|Christopher Z Mosher
 

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