本发明专利技术提供了一种聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜及其制备方法和应用，该复合纤维膜包括聚氨酯、分散在聚氨酯中的纳米碳化锆以及包覆聚氨酯表面的聚吡咯；该制备方法包括：将碳化锆和聚氨酯加入到二甲基乙酰胺和四氢呋喃混合液中，得到碳化锆/聚氨酯混合纺丝液，采用静电纺丝机制备得到碳化锆/聚氨酯复合纤维膜，并采用原位聚合的工艺，制备得到聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜，进行洗涤，并烘干即可；本发明专利技术通过将具有光热转换效率的纳米碳化锆和聚吡咯与力学性能优异的聚氨酯材料结合，获得既有光热转换功能又一定力学性能和透气性能且轻薄的纤维膜材料；此外该膜能够将光能转成热能，进而用于服装、建筑以及海水淡化等领域。
【技术实现步骤摘要】
聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜及其制备方法和应用
本专利技术属于光热转换材料以及复合纤维制造
，具体涉及一种具有光热转换功能的聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜及其制备方法和应用。
技术介绍
冬季，羽绒服类以保温为目的的服装仅能够维持人们生存的基本热量。以空调和暖气等设备为基础的保温设施是人们维持体温恒定和正常活动的另一种应对寒冷气候的策略。但是空调和暖气的使用会带来严重的环境危害，比如臭氧层空洞、温室效应等。因此，为了减少空调和暖气的使用，具备更优异保温功能的纺织品具有一定的发展前景。光热转换材料是一类能够将特定波段的光转换成热能的材料，该材料广泛应用于保温纺织品、太阳能发电器件、医用设备、海水淡化装置等方面。碳化锆是一种具有优异的光热转换功能的无机材料，已经被用于开发柔性光热转换纤维的填料。如申请公布号为CN110528097A的中国专利《一种光热转换、蓄热调温纤维素纤维及其制备方法》公开了一种光热转换、蓄热调温纤维的制备方法。其中碳化锆的含量为0.80.47-0.95wt％。聚吡咯也具有光热转换功能。如申请公布号为CN110330677A的中国专利《一种MXene/聚吡咯纳米管复合薄膜及其制备方法》公开了一种光热转换薄膜的制备方法。该薄膜光热转换效率可达87％。通过吸收光能来弥补人体散失的热量比传统纺织品(只能减缓热量散失的速度)具有更强的保暖效果。此外，传统服装材料在增加服装保暖性的同时使得服装失去了透气性和灵活性。因此，开发一种具有一定力学性能和透气性能且具有高效光热转换功能的轻薄服装材料具有十分重要的意义。此外，具有一定力学性能和透气性能且轻薄的高效光热转换材料也可以用于建筑、海水淡化等领域。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的目的之一是提供一种具有光热转换功能的聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜。本专利技术的目的之二是提供上述聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜的制备方法。作为目的之一，本专利技术的解决方案是：一种聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜，其包括聚氨酯、分散在聚氨酯中的纳米碳化锆以及包覆聚氨酯表面的聚吡咯，其中，聚氨酯的含量为60-90wt％，纳米碳化锆的含量为0-10wt％，聚吡咯的含量为0-30wt％。其中，纳米碳化锆的粒径小于500nm。作为目的之二，本专利技术的解决方案是：一种上述的聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜的制备方法，其包括如下步骤：(1)、将碳化锆和聚氨酯加入到二甲基乙酰胺和四氢呋喃混合液中，得到碳化锆/聚氨酯混合纺丝液；(2)、将碳化锆/聚氨酯混合纺丝液采用静电纺丝机制备得到碳化锆/聚氨酯复合纤维膜；(3)、将碳化锆/聚氨酯复合纤维膜和聚吡咯采用原位聚合的工艺，制备得到聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜；(4)、将聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜进行洗涤，并烘干。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(1)中，碳化锆/聚氨酯混合纺丝液的制备过程具体为：(1-1)、将聚氨酯溶于二甲基乙酰胺和四氢呋喃混合液中，搅拌得到聚氨酯纺丝液；(1-2)、接着将一定量的碳化锆加入到二甲基乙酰胺溶液中，得到碳化锆分散液；(1-3)、最后将聚氨酯纺丝液和碳化锆分散液混合，得到碳化锆/聚氨酯混合纺丝液。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(1-1)中，二甲基乙酰胺和四氢呋喃的质量比为0.5:1-2:1，聚氨酯纺丝液中聚氨酯的固含量为20-40％；搅拌的时间为8±0.1h。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(1-2)中，碳化锆分散液在35℃的水浴中超声振荡10-50min，碳化锆分散液中碳化锆的固含量为20-40％。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(1-3)中，碳化锆分散液占碳化锆分散液和聚氨酯纺丝液的质量总和的0.1-20％。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(2)中，碳化锆/聚氨酯混合纺丝液在静电纺丝前要先在35℃的水浴中超声振荡30-90min。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(2)中，静电纺丝机中静电纺丝的相关参数为：推进速度为0.010-0.050mm/s，接收距离为15-40cm，纺丝电压为10-24kV，温度为10-30℃，湿度为50-70％；接收纤维膜的圆筒接收器转速为5-60r/min，纺丝时间为0.5-6h。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(3)中，聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜的制备过程具体为：(3-1)、将吡咯溶于蒸馏水中，得到吡咯水溶液；(3-2)、将硝酸铈铵溶于蒸馏水中，得到硝酸铈铵水溶液；(3-3)、将碳化锆/聚氨酯复合纤维膜浸泡在吡咯水溶液中，然后滴加硝酸铈铵水溶液，制备得到聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(3-1)中，吡咯水溶液的浓度为0.01-0.5mol/L，然后在35℃的水浴中超声振荡1-5min。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(3-2)中，将硝酸铈铵溶于蒸馏水中并搅拌0.1-30min，配置得到浓度为0.01-0.5mol/L的硝酸铈铵水溶液。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(3-3)中，将碳化锆/聚氨酯复合纤维膜置于吡咯水溶液中浸泡1h并保持水溶液温度为0-10℃；然后缓慢地将硝酸铈铵水溶液滴加至浸泡有碳化锆/聚氨酯复合纤维膜的吡咯水溶液中，硝酸铈铵水溶液的质量与吡咯水溶液的质量比为1:1-4:1，硝酸铈铵水溶液滴加速率为1-2mL/min。作为本专利技术的一种优选实施例，步骤(4)中，从溶液中取出样品，用去离子水冲洗1-10次，以除去剩余的吡咯单体和硝酸铈铵水溶液；烘干的温度为20-40℃，烘干的时间为1-24h。作为目的之三，本专利技术的解决方案是：一种如上述的聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜在服装、建筑以及海水淡化领域中的应用。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：第一、本专利技术通过将具有光热转换效率的纳米碳化锆和聚吡咯与力学性能优异的聚氨酯材料结合，获得既有光热转换功能又一定力学性能和透气性能且轻薄的纤维膜材料。第二、本专利技术的制备方法主要涉及静电纺丝和原位聚合工艺，并将两者有机结合起来，形成一种步骤简单，独特新颖的工艺。附图说明图1为本专利技术的聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜的工艺流程图。图2为本专利技术实施例的聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜的扫描电子显微镜图。图3为本专利技术对比例1的聚氨酯纤维膜的扫描电子显微镜图。图4为本专利技术对比例2的碳化锆/聚氨酯复合纤维膜的扫描电子显微镜图。具体实施方式本专利技术提供了一种聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜及其制备方法和应用。<聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜>本专利技术的聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜包括聚氨酯、分散在聚氨酯中的纳米碳化锆以及包覆聚氨酯表面的聚吡咯，具体地，聚氨酯以纤维形状包裹碳化锆，然后聚吡咯包裹聚氨酯，形成一种三元复合纤维，纤维堆叠形成多孔膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜，其特征在于：其包括聚氨酯、分散在聚氨酯中的纳米碳化锆以及包覆聚氨酯表面的聚吡咯，其中，所述聚氨酯的含量为60-90wt％，纳米碳化锆的含量为0-10wt％，聚吡咯的含量为0-30wt％。/n
【技术特征摘要】
1.一种聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜，其特征在于：其包括聚氨酯、分散在聚氨酯中的纳米碳化锆以及包覆聚氨酯表面的聚吡咯，其中，所述聚氨酯的含量为60-90wt％，纳米碳化锆的含量为0-10wt％，聚吡咯的含量为0-30wt％。
2.根据权利要求1所述的聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜，其特征在于：所述纳米碳化锆的粒径小于500nm。
3.一种根据权利要求1所述的聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
(1)、将碳化锆和聚氨酯加入到二甲基乙酰胺和四氢呋喃混合液中，得到碳化锆/聚氨酯混合纺丝液；
(2)、将所述碳化锆/聚氨酯混合纺丝液采用静电纺丝机制备得到碳化锆/聚氨酯复合纤维膜；
(3)、将碳化锆/聚氨酯复合纤维膜和聚吡咯采用原位聚合的工艺，制备得到聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜；
(4)、将所述聚吡咯/碳化锆/聚氨酯复合纤维膜进行洗涤，并烘干。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述碳化锆/聚氨酯混合纺丝液的制备过程具体为：
(1-1)、将聚氨酯溶于二甲基乙酰胺和四氢呋喃混合液中，搅拌得到聚氨酯纺丝液；
(1-2)、接着将碳化锆加入到二甲基乙酰胺溶液中，得到碳化锆分散液；
(1-3)、最后将所述聚氨酯纺丝液和碳化锆分散液混合，得到碳化锆/聚氨酯混合纺丝液。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1-1)中，所述二甲基乙酰胺和四氢呋喃的质量比为0.5:1-2:1，聚氨酯纺丝液中聚氨酯的固含量为20-40％；所述搅拌的时间为8±0.1h；和/或，
步骤(1-2)中，所述碳化锆分散液中碳化锆的固含量为20-40％，碳化锆分散液在35℃的水浴中超声振荡10-50min；和/或，
步骤(1-3)中，所述碳化锆分散液占碳化锆分散液和聚氨酯纺丝液的质量总和的0.1-20％。...
【专利技术属性】
技术研发人员：严庆帅，辛斌杰，黄一凡，李安琪，孔方圆，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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