一种双模纺织物的制备方法 |
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| 申请号 | CN202011416893.X | 申请日 | 2020-12-07 | 公开(公告)号 | CN112726030B | 公开(公告)日 | 2022-08-30 |
| 申请人 | 南京工业大学; | 发明人 | 陈苏; 董婷; 崔婷婷; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种双模纺织物的制备方法，将 聚合物 尼龙66加入到 甲酸 中得到尼龙66纺丝液，进行纺丝，得到尼龙66 纳米 纤维 支架 ；将纳米 银 通过 化学气相沉积 的方法沉积在尼龙66纳米纤维支架上，得到尼龙66‑Ag纳米织物；通过乳液合成法合成出聚苯乙烯‑甲基 丙烯酸 甲酯‑丙烯酸胶体粒子乳液；将制备好的聚苯乙烯‑甲基丙烯酸甲酯‑丙烯酸胶体粒子乳液通 过喷 涂的方式 喷涂 在尼龙66‑Ag纳米织物上，形成 中间层 为纳米银，最上层为胶体粒子，最下层为尼龙66纳米纤维支架的双模纺织物；最后将双模纺织物同 电极 和电源用 铜 线进行连接，制备出用于个人 热管 理的可穿戴器件。然后将可穿戴器件用于人体上，实现对人体加热或者冷却的双功能，同时降低全球 能源 消耗。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种双模纺织物的制备方法，其具体步骤如下： |
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| 说明书全文 | 一种双模纺织物的制备方法技术领域背景技术[0002] 能源消耗和气候变化是21世纪人类的两个主要问题。高能源消耗直接导致过量的温室气体排放，这严重破坏了气候平衡并导致全球变暖和极端天气。其中住宅和商业建筑中的室内供暖和制冷设备占全球能耗的很大一部分。例如，在美国，建筑部门约占一次能源消耗的41％，而空间供暖和制冷约占37％。此外，室内的热舒适度通常是由空调实现的。但却造成了巨大的能源浪费，极大地加剧了能源危机和全球变暖。在过去的100年中，全球地表温度升高了0.74±0.18℃。研究表明，取暖占温室气体排放总量的33.5％，这说明了取暖对环境的重大影响。 [0003] 近年来，被动的个人热管理(PTM)策略允许对人体周围环境进行局部热控制，而不会浪费过多的热量来为整个建筑供暖和降温，因此引起了研究人员的高度关注。为了减少碳排放和降低能源消耗，已开发出许多“空调”材料(工程木材，泡沫涂料，响应水凝胶智能窗户，温度调节纺织品和混合薄膜)。在这些功能材料中，可穿戴的热调节纺织品可以灵活地调节皮肤附近的微气候，并且正在成为满足个人舒适温度而无需大面积空间冷却/加热的候选材料。但是，传统的纺织品仅用作隔热层，以抵抗热传导和对流，并且缺乏对热辐射的控制。为此，研究者在基于各种类型的热管理装置的制备上已经付出了巨大的努力。导电纺织材料(包括银纳米线(NW)，碳纳米管(CNT)，和石墨烯)被成功制备出。然而，材料的局限性在于很难在一种纺织品中同时实现加热和冷却功能。此外，由于高表面积，金属纳米线的抗氧化状态随着尺寸减小而劣化。因此，设计兼具加热和冷却功能的可穿戴纺织品仍然是巨大的挑战。但这也代表了令人兴奋的科学挑战和重大的技术进步。由于双模纺织品一旦具备了制冷和加热的双重功能，它将帮助人体适应各种环境温度，实现个人热量管理(PTM)并减少大多数能源浪费。 发明内容[0004] 本发明的目的在于为了改进现有技术的不足而提供了一种构建用于个人热管理的双模纺织物的制备方法，该方法易于操作和通用，并实现对人体加热或者冷却的双功能，同时降低全球能源消耗。 [0005] 本发明的技术方案为：一种双模纺织物的制备方法，其具体步骤如下： [0006] a.首先，将尼龙66固体溶解在甲酸溶液中，获得尼龙66纺丝溶液；然后，将准备好的纺丝溶液注入到注射器中，将注射器连接在微流泵上，并设置恒定的进样速度；通过气喷纺丝法，设定一定的气压大小，通过气喷的方式将尼龙66纤维收集在筛网上，该筛网距喷嘴一定的距离；并在一定温度下真空干燥以除去残留的甲酸，获得尼龙66纳米纤维支架； [0007] b.将步骤a得到的尼龙66纳米纤维支架浸入到一定浓度的AgNO3水溶液中，沉积Ag种子层；然后将样品用去离子水彻底冲洗，再浸入作为还原剂的葡萄糖水溶液中；再将Ag2+ (NH3) 溶液滴加到剧烈搅拌的葡萄糖溶液中，直到沉积一定厚度的银，得到尼龙66‑Ag纳米纤维支架； [0008] c.将聚St‑MMA‑AA乳液通过气喷纺丝法，设定一定的气压大小，通过气喷的方式将聚St‑MMA‑AA的乳液收集在尼龙66‑Ag纳米纤维支架上，该尼龙66/Ag纳米纤维支架距喷嘴一定的距离；然后干燥一段时间使溶剂快速蒸发使聚St‑MMA‑AA微球自组装成光子晶体结构；从而形成中间层为纳米银，最上层为聚St‑MMA‑AA的胶体粒子，最下层为尼龙66纳米纤维支架的双模纺织物；最后，将其应用于人体辐射的加热和冷却。 [0010] 优选步骤a中气喷纺丝法的参数为：进样速度为0.2‑1mL/h；空气压力范围为0.01‑0.5MPa；筛网距喷嘴的距离范围为23‑37cm。 [0011] 优选步骤a中获得的尼龙66纳米纤维支架的纤维直径为70‑250nm；面积为4×4‑502 ×150cm。 [0012] 优选步骤a中真空干燥的温度为25‑35℃；真空干燥时间为6‑12h。 [0013] 优选步骤b中所述的的AgNO3的质量纯度为99.9995％‑99.9999％；所述的的AgNO3水溶液的质量体积浓度为20‑25g/L。 [0014] 优选步骤b中所述的葡萄糖水溶液的质量体积浓度为5g/L‑10g/L；步骤b中沉积银的厚度为150‑200nm。 [0015] 优选步骤c中所述的聚St‑MMA‑AA的乳液的质量浓度为15‑25％；聚St‑MMA‑AA的乳液胶体粒子的粒径范围为170‑320nm。 [0016] 优选步骤c中气喷纺丝法的参数为：聚St‑MMA‑AA的胶体乳液的进样速度为0.2‑0.6mL/h；空气压力范围为0.01‑0.5MPa；筛网距喷嘴的距离范围为23‑37cm。 [0017] 优选步骤c中所述的干燥的温度为25‑35℃；干燥时间为6‑12h。 [0018] 优选本发明所述的尼龙66购自阿拉丁有限公司； [0019] 我们通过一种简便且可控的微流体气喷纺丝和化学气相沉积策略来制造具有加热和冷却双重功能的双模纺织品。主要以银纳米颗粒的沉积和聚苯乙烯‑甲基丙烯酸甲酯‑丙烯酸胶体粒子的光子结构颜色为设计指导，我们通过实验设计来制备金属红外辐射层和光子结构色层的双模纺织品。这种双模纺织品可以通过在寒冷或炎热的气候中通过充电或者放电的方式，方便地在加热和冷却模式之间进行切换。通过利用银金属纳米颗粒的低薄层电阻来提供有效的焦耳加热，来实现加热部分。通过模拟长角甲虫鞘翅目的独特光子结构颜色，可以实现双模纺织品的冷却。热测量结果表明，与传统棉织物相比，双模纺织品可使环境温度设定点降低7.9℃。此外，将3‑5V电压施加到双模纺织品上时，双模纺织品比环境温度设置高18.1‑25.9℃。 [0020] 本发明制备的双模纺织品可以实现个人热管理。 [0021] 有益效果： [0022] 1、本发明制备的双模纺织物的基底纳米纤维支架的纤维直径具有直径大小可调，形貌可控的特点。 [0023] 2、本发明制备的双模纺织物的制备方法设备简单，操作方便，且能够实现大规模制备。 [0024] 3、本发明制备的双模纺织物的加热层Ag纳米层的沉积厚度可以控制。 [0025] 4、本发明制备的双模纺织物的冷却层聚(St‑MMA‑AA)的乳液胶体粒子层的胶体粒子直径和带隙间距可控。 [0026] 5、本发明制备的双模纺织物拉伸强度可以通过Ag纳米层的厚度进行调控。 [0027] 6、本发明制备的双模纺织物可以实现加热和冷却两种相反功能。 [0028] 7、本发明制备的双模纺织物的加热温度可以通过施加电压进行调节。 [0030] 图1为实施例1制备的双模纺织物作为个人热管理器件实物图； [0031] 图2为实施例1制备的双模纺织物作为个人热管理器件的热测量性能图； [0032] 图3为实施例3制备的双模纺织物的基底尼龙66大面积纳米纤维支架实物图。 具体实施方式[0033] 以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅限于以下实例，以下实施例中所述的尼龙66从阿拉丁有限公司购买。 [0034] 实施例1 [0035] 首先，将2g尼龙66固体溶解在18g甲酸溶液(纯度为85％)中，以获得10wt％的尼龙66纺丝溶液。将该聚合物纺丝溶液注射到注射器中，将注射器连接在微流泵上，并设置 0.2mL/h的进样速度，通过气喷纺丝法，将气泵的大小调节到0.01MPa，通过气喷的方式将尼龙66纤维收集在筛网上，其中，将筛网离注射器23cm距离。并在25℃下真空干燥12小时以除 2 去残留的甲酸，然后获得平均直径为250nm，面积大小为4×4cm的尼龙66纳米纤维支架。然后，将尼龙66纳米纤维织物浸入到20g/L的AgNO3水溶液(纯度为99.9995％)中，以便沉积Ag种子。然后将样品用去离子水彻底冲洗，然后浸入作为还原剂的5g/L葡萄糖水溶液中。通过 2+ 将NH4OH逐滴加入25g/L AgNO3水溶液中，直至溶液再次变得澄清，制得Ag前驱体Ag(NH3) 溶 2+ 液。然后将Ag(NH3) 溶液滴加到剧烈搅拌的葡萄糖溶液中，得到厚度为150nm的Ag。最后，将质量浓度为15wt％，胶体粒子直径为170nm的聚(St‑MMA‑AA)乳液注射到10mL注射器中，将注射器连接在微流泵上，并设置0.2mL/h恒定的进样速度。随后，通过气喷纺丝法，设定 0.01MPa的气压大小，通过气喷的方式将聚(St‑MMA‑AA)的乳液收集在尼龙66/Ag纳米纤维支架上，该尼龙66/Ag纳米纤维支架距喷嘴23cm的距离；然后在25℃下干燥12h使溶剂快速蒸发使聚(St‑MMA‑AA)微球自组装成光子晶体结构；从而形成中间层为纳米银，最上层为聚(St‑MMA‑AA)的胶体粒子，最下层为尼龙66纳米纤维支架的双模纺织物；最后，将其应用于人体辐射的加热和冷却(图1)。通过热测量结果表明，与传统棉织物相比，双模纺织品可以通过施加电压进行调节来升温，也可以通过聚(St‑MMA‑AA)乳液胶体粒子层的胶体粒子带隙间距来降温(图2)。 [0036] 实施例2 [0037] 首先，将8.4g尼龙66固体溶解在51.6g甲酸溶液(纯度为90％)中，以获得14wt％的尼龙66纺丝溶液。将该聚合物纺丝溶液注射到注射器中，将注射器连接在微流泵上，并设置0.6mL/h的进样速度，通过气喷纺丝法，将气泵的大小调节到0.3MPa，通过气喷的方式将尼龙66纤维收集在筛网上，其中，将筛网离喷嘴30cm的距离。并在30℃下真空干燥10小时以除 2 去残留的甲酸，然后获得平均直径为160nm，面积大小为10×10cm的尼龙66纳米纤维支架。 然后，将尼龙66纳米纤维织物浸入到23g/L的AgNO3水溶液(纯度为99.9997％)中，以便沉积Ag种子。然后将样品用去离子水彻底冲洗，然后浸入作为还原剂的8g/L葡萄糖水溶液中。通 2+ 过将NH4OH逐滴加入25g/L AgNO3水溶液中，直至溶液再次变得澄清，制得Ag前驱体Ag(NH3) 2+ 溶液。然后将Ag(NH3) 溶液滴加到剧烈搅拌的葡萄糖溶液中，直到Ag达到期望的厚度 175nm。最后，将质量浓度为20wt％，胶体粒子直径为280nm的聚(St‑MMA‑AA)乳液注射到注射器中，将注射器连接在微流泵上，并设置0.4mL/h恒定的进样速度。随后，通过气喷纺丝法，设定0.3MPa的气压大小，通过气喷的方式将聚(St‑MMA‑AA)的乳液收集在尼龙66/Ag纳米纤维支架上，该尼龙66/Ag纳米纤维支架距喷嘴28cm的距离；然后在30℃下干燥10h使溶剂快速蒸发使聚(St‑MMA‑AA)微球自组装成光子晶体结构；从而形成中间层为纳米银，最上层为聚(St‑MMA‑AA)的胶体粒子，最下层为尼龙66纳米纤维支架的双模纺织物；最后，将其应用于人体辐射的加热和冷却。通过热测量结果表明，与传统棉织物相比，双模纺织品可以通过施加电压进行调节来升温，也可以通过聚(St‑MMA‑AA)乳液胶体粒子层的胶体粒子带隙间距来降温。 [0038] 实施例3 [0039] 首先，将18g尼龙66固体溶解在82g甲酸溶液(纯度为95％)中，以获得18wt％的尼龙66纺丝溶液。将该聚合物纺丝溶液注射到注射器中，将注射器连接在微流泵上，并设置1mL/h的进样速度，通过气喷纺丝法，将气泵的大小调节到0.5MPa，通过气喷的方式将尼龙 66纤维收集在筛网上，其中，将筛网离喷嘴37cm的距离。并在35℃下真空干燥6小时以除去 2 残留的甲酸，然后获得平均直径为70nm，面积大小为50×150cm的尼龙66纳米纤维支架(如图3所示)。然后，将尼龙66纳米纤维织物浸入到25g/L的AgNO3水溶液(纯度为99.9999％)中，以便沉积Ag种子。然后将样品用去离子水彻底冲洗，然后浸入作为还原剂的10g/L葡萄糖水溶液中。通过将NH4OH逐滴加入25g/L AgNO3水溶液中，直至溶液再次变得澄清，制得Ag 2+ 2+ 前驱体Ag(NH3) 溶液。然后将Ag(NH3) 溶液滴加到剧烈搅拌的葡萄糖溶液中，直到Ag达到期望的厚度200nm。最后，将质量浓度为25wt％，胶体粒子直径为320nm的聚(St‑MMA‑AA)乳液注射到注射器中，将注射器连接在微流泵上，并设置0.6mL/h恒定的进样速度。随后，通过气喷纺丝法，设定0.5MPa的气压大小，通过气喷的方式将聚(St‑MMA‑AA)的乳液收集在尼龙 66/Ag纳米纤维支架上，该尼龙66/Ag纳米纤维支架距喷嘴37cm的距离；然后在35℃下干燥 6h使溶剂快速蒸发使聚(St‑MMA‑AA)微球自组装成光子晶体结构；从而形成中间层为纳米银，最上层为聚(St‑MMA‑AA)的胶体粒子，最下层为尼龙66纳米纤维支架的双模纺织物；最后，将其应用于人体辐射的加热和冷却。通过热测量结果表明，与传统棉织物相比，双模纺织品可以通过施加电压进行调节来升温，也可以通过聚(St‑MMA‑AA)乳液胶体粒子层的胶体粒子带隙间距来降温。 |
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