同轴微流体纺丝方法制备无外加电极电致变色纤维的方法技术

本发明专利技术公开了同轴微流体纺丝方法制备无外加电极电致变色纤维的方法，属于精细化工和材料科学技术领域。本发明专利技术采用同轴微流纺丝方法制备了以黑色导电聚合物为内导电层，透明金属纳米线层为外导电层，聚合物分散胆甾相液晶为电致变色层的电致变色液晶纤维，其中金属纳米线层、黑色导电层、胆甾相液晶层质量比为5～30：100：5～30。本发明专利技术的方法制备的电致变色液晶纤维在电场刺激下可逆变色，并能在断电情况下，实现某种变色状态的持续稳定态，不仅颜色艳丽多变，并且驱动电压低，低于23.9V(低于人体安全电压36V)，而且具有良好的耐溶剂性和耐水性。水性。水性。

【技术实现步骤摘要】
同轴微流体纺丝方法制备无外加电极电致变色纤维的方法


[0001]本专利技术涉及同轴微流体纺丝方法制备无外加电极电致变色纤维的方法，属于精细化工和材料科学


技术介绍

[0002]日益剧增的科技与个性化需求，已经成为纺织服装行业发展的新挑战与新趋势。智能纺织品指建立在纺织品基础材料和技术特征上，模拟生命系统，具有感知和反映双重功能的一类新型纺织品。其不仅具有一般织物面料的性能，同时还可以智能感知外在条件变化，再经自身感知进行信息处理，发出指令并执行动作。其中电致变色材料可以在电场刺激下可以实现纺织品光学属性(反射率、透过率、吸收率等)改变，从而在宏观上表现为颜色或者透光率的可逆变化，在军用防护隐蔽材料、柔性显示、防伪标志、安全警示和艺术饰品等方面具有广泛的应用，是智能纺织品能够感知与直观反馈外界环境变化的一个关键组件。
[0003]不同于传统的电致变色材料电化学工作机制，胆甾相液晶的电刺激响应变色是一个物理变化过程，具有使用寿命长、响应时间快和透明态到有色态全谱段显示等优点。然而，胆甾相液晶在器件挠曲过程中容易流动，难以塑形；同时，胆甾相液晶的螺旋结构以分子间作用力形式存在，极易受到外界环境影响丧失电致变色性能；此外，传统的电致变色液晶器件多是以玻璃为基底的刚性器件，但随着衣服等纺织用品的智能化，亟需研制出柔性的电致变色器件。这些都极大限制了其在纺织品上的进一步应用。相比传统的二维或三维器件，纤维状电子器件的直径在数十微米到数百微米之间，属于一维结构，具有质量轻、柔韧性好、可编织性强等特点。充分利用纤维状器件的可伸缩、自愈、形状可记忆等优势，将其编织成可弯曲、变形、透气、耐水的智能纺织品，是电致变色液晶器件重要发展方向。
[0004]目前国内外针对电致变色液晶在纺织品上应用研究较少，主要采用微胶囊涂层等方法。例如，中国专利ZL201711404913.X、ZL201811152977.X通过乳液聚合法制备出表面光滑且粒径分布均匀的液晶微胶囊，并进一步用于制作电致变色涂料制备了变色纺织品。然而，以上方法不适用于电致变色液晶纤维的制备，原因在于制备微胶囊过程中液晶较容易掺杂在聚合物基质中导致沾色现象，同时微胶囊涂层法仍然无法摆脱外加电极的应用限制，不能满足纺织品透气柔性的服用要求。
[0005]因此基于大面积电致变色机制，将传统外加刚性电极柔性化、一体化，从而攻克柔性液晶变色材料纤维化的技术瓶颈，并实现了可编织智能电致变色纤维的连续化制备与应用，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述至少一个问题，本专利技术致力于开发柔性电致变色液晶纤维，在扩展液晶的非显示应用领域的同时，也提高了电致变色纺织品的生产技术，满足市场的多样化需求。本专利技术提供了一种同轴三明治结构的电致变色液晶纤维的制备生产工艺，采用同轴
微流体纺丝方法制备了以黑色导电聚合物纤维为内导电层，透明金属纳米线纤维层为外导电层，聚合物分散胆甾相液晶为电致变色层的电致变色液晶纤维，通过制备大尺寸电刺激响应变色液晶纤维，探索连续化生产电致变色纺织品器件的工艺方法。
[0007]本专利技术通过微流体整流纺丝制备电致变色液晶纤维的方法，克服了现有技术在没有外加电极作用条件下(ITO玻璃等)无法构建大尺度的、长期稳定的电致变色液晶体系的难点；本专利技术在湿纺注射流单一轴向剪切力的基础上，同轴引入水平向聚合物流提供径向剪切力，引导中间层内部的胆甾相液晶组装形成均匀平整的电致变色液晶层。
[0008]本专利技术第一个目的是提供一种制备电致变色液晶纤维的方法，包括如下步骤：
[0009](1)透明导电外层注射液1的制备：将海藻酸钠、葡萄糖、金属纳米线分散在溶剂中混合均匀，得到注射液1；
[0010](2)黑色导电内层注射液2的制备：将海藻酸钠、葡萄糖、黑色导电聚合物分散在溶剂中混合均匀，得到注射液2；
[0011](3)电致变色液晶中间层注射液3的制备：将海藻酸钠、葡萄糖、胆甾相液晶分散在溶剂中混合均匀，得到注射液3；
[0012](4)驱动聚合物向外迁移的盐溶液制备：配置氯化钙凝固浴；具体为将氯化钙加入到水中分散均匀，得到含有大量钙离子的凝固浴；
[0013](5)将注射液1、注射液2、注射液3通过同轴注射器注射到氯化钙凝固浴中，钙离子引导海藻酸钠向外迁移形成聚合物纳流体，即得到同轴结构的电致变色液晶微纤维。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的注射液1中海藻酸钠相对于溶剂的质量百分比浓度为0.2～1.5wt％，葡萄糖相对于溶剂的质量百分比浓度1～10wt％，金属纳米线相对于溶剂的质量百分比浓度为0.05～0.3wt％。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)所述的注射液2中海藻酸钠相对于溶剂的质量百分比浓度为0.2～1.5wt％，葡萄糖相对于溶剂的质量百分比浓度1～10wt％，黑色导电聚合物相对于溶剂的质量百分比浓度为0.05～0.3wt％。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)所述的注射液3中海藻酸钠相对于溶剂的质量百分比浓度为0.2～1.5wt％，葡萄糖相对于溶剂的质量百分比浓1～10wt％，胆甾相液晶相对于溶剂的质量百分比浓度为60～90wt％。
[0017]在本专利技术的一种实施方式中，注射液1、注射液2、注射液3中的溶剂为水或PVA水溶液，其中PVA水溶液的浓度为2～10wt％。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)所述的胆甾相液晶为红色胆甾相液晶、黄色胆甾相液晶、蓝色胆甾相液晶中的一种或多种。
[0019]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)所述的金属纳米线包括银纳米线、铜纳米线、铝纳米线的一种或多种；金属纳米线具有较高的长径比，长度约为20～50微米，同时具有良好的导电性。
[0020]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)所述的黑色导电聚合物包括石墨烯聚合物、聚噻吩聚合物、导电炭黑聚合物的一种或多种；进一步优选为聚(3,4乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸钠；黑色导电聚合物具有优异的水溶性分散性与良好导电特性。
[0021]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)所述的胆甾相液晶为胆甾型液晶中的一种或多种，胆甾相包括胆固醇乙酸酯、胆固醇丙酸酯、胆固醇正丁酸酯、胆固醇壬酸酯、胆固醇
油酸酯、胆固烯基亚油酸酯、胆固醇苯甲酸酯、胆固醇肉桂酸酯、胆固醇乙基碳酸酯、胆固醇油醇碳酸酯、胆固烯基异硬脂酞基碳酸酯、胆固烯基丁烯酸酯、胆固烯基碳酸酯、氯化胆固醇中的一种或多种。
[0022]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)所述的胆甾相液晶的内部具有径向放射状拓扑结构和轴向麦穗状拓扑结构，其在电场作用下具有双稳态电致变色特性。
[0023]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)所述的胆甾相液晶在使用之前需要先加热至清亮点以上(即加热至混合物溶解透明状态)，搅拌1～3h后，降温到胆甾相液晶出现颜色或浑浊后，再升温至恰好透明，恒温搅拌2～5h。
[0024]在本专利技术的一种实施方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备电致变色液晶纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)透明导电外层注射液1的制备：将海藻酸钠、葡萄糖、金属纳米线分散在溶剂中混合均匀，得到注射液1；(2)黑色导电内层注射液2的制备：将海藻酸钠、葡萄糖、黑色导电聚合物分散在溶剂中混合均匀，得到注射液2；(3)电致变色液晶中间层注射液3的制备：将海藻酸钠、葡萄糖、胆甾相液晶分散在溶剂中混合均匀，得到注射液3；(4)驱动聚合物向外迁移的盐溶液制备：配置氯化钙凝固浴；具体为将氯化钙加入到水中分散均匀，得到含有大量钙离子的凝固浴；(5)将注射液1、注射液2、注射液3通过同轴注射器注射到氯化钙凝固浴中，钙离子引导海藻酸钠向外迁移形成聚合物纳流体，即得到同轴结构的电致变色液晶微纤维。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的注射液1中海藻酸钠相对于溶剂的质量百分比浓度为0.2～1.5wt％，葡萄糖相对于溶剂的质量百分比浓度1～10wt％，金属纳米线相对于溶剂的质量百分比浓度为0.05～0.3wt％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的注射液2中海藻酸钠相对于溶剂的质量百分比浓度为0.2～1.5wt％，葡萄糖相对于溶剂的质量百分比浓度1～10wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：付少海，张丽平，盛明非，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：