一种具备“壳-芯”纳米孔结构的天然高分子纤维及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种具备“壳

【技术实现步骤摘要】
一种具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及功能纺织品领域，具体涉及一种具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维及其制备方法与在隔热织物中的应用。

技术介绍

[0002]目前，隔热织物有两种实现方式，一种是通过引入多孔结构，利用空气热传导率低的方式实现隔热：其一是冰模板法，其设备成本高，工艺复杂，且冷冻干燥工艺能耗高，耗时长，而且孔径在微米级，不利于隔热；其二是气凝胶制备方法，实现了纳米孔，但是同样工艺复杂，成本高，且脆性大，难以商业化。另一种是通过在传统织物种添加绝热材料，如玻璃纤维，石棉等，这些材料制成的织物重量大，成本高，且存在吸入导致的健康风险。因此，本专利技术开发出一种贴合人体的天然高分子为原材料，适应传统纺丝工艺的新型隔热纤维，引入具备特殊“壳—芯”纳米孔结构的纤维，实现良好的隔热效果。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维。
[0004]本专利技术还要解决的技术问题是提供上述具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维的制备方法。
[0005]本专利技术还要解决的技术问题是提供上述具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维在隔热织物中的应用。
[0006]为了解决上述第一个技术问题，本专利技术公开了一种具备“壳
‑r/>芯”纳米孔结构的天然高分子纤维，所述具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维是以双三氟甲磺酰亚胺锂、壳聚糖季铵盐和海藻酸为原料，利用湿法纺丝工艺制得；
[0007]所述具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维中，芯层的厚度为100～300μm，优选为200μm，芯层中空隙的平均大小为70～90nm，优选为80nm；外部为密实的壳层，壳层的厚度为5～15μm，优选为10μm。
[0008]为了解决上述第二个技术问题，本专利技术公开了上述具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1：将双三氟甲磺酰亚胺锂水溶液加入到壳聚糖季铵盐水溶液中，直接固液分离，所得固体为壳聚糖季铵盐交换双三氟甲磺酰亚胺锂；
[0010]S2：将步骤S1所得壳聚糖季铵盐交换双三氟甲磺酰亚胺锂与海藻酸溶液反应，得到均相溶液；
[0011]S3：利用湿法纺丝工艺，将步骤S2所得均相溶液射入乙醇氨溶液中，静置进行自组装，干燥，即得具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维。
[0012]步骤S1中，所述双三氟甲磺酰亚胺锂水溶液的浓度为0.4～0.8g/mL，优选为0.6g/
mL；所述壳聚糖季铵盐水溶液的浓度为8～12g/mL，优选为10g/mL。
[0013]步骤S2中，所述海藻酸溶液的溶剂为二甲基亚砜，所述海藻酸溶液的浓度为2wt％～4wt％。
[0014]步骤S2中，所述壳聚糖季铵盐交换双三氟甲磺酰亚胺锂与海藻酸溶液的质量体积比为0.9g:(35～45)mL。
[0015]步骤S2中，所述反应的温度为50～70℃，优选为60℃；所述反应的时间为2～4h，优选为2h。
[0016]步骤S3中，所述乙醇氨溶液的pH为9～13，优选为10～12，进一步优选为11。
[0017]步骤S3中，所述自组装的温度为15～25℃，优选为20℃；所述自组装的时间为3～7min，优选为5min。
[0018]为了解决上述第三个技术问题，本专利技术公开了上述具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维，或上述述方法制备得到的具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维在制备隔热织物中的应用。
[0019]为了解决上述第四个技术问题，本专利技术还公开了一种隔热织物，其由上述具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维，或上述方法制备得到的具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维制备得到，所述隔热织物的热传导率为0.045～0.055W/m
·
K，优选为0.048～0.052W/m
·
K。
[0020]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：
[0021](1)本专利技术利用海藻酸与壳聚糖季铵盐通过梯度自组装法，得到外密实、内纳米孔纤维，由此带来良好的隔热性能，制成的织物具备良好的保暖抗寒功能。
[0022](2)本专利技术以天然高分子为原料，可以经简单的湿法纺丝，制备出具有外密实，内纳米孔的纤维，这种结构织物在控制热对流，热传导方面作用显著。
[0023](3)这种特殊的“壳
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芯”结构纤维隔热性能优异还体现在，芯层纳米孔可以起到隔热效果，表皮密实的纤维可以起到控制热对流的效果，在真实风速大，湿度大的环境中起到良好的隔热效果。
附图说明
[0024]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
[0025]图1为“壳
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芯”纳米孔结构纤维(HNPF)的制备工艺以及其材料结构表征。(a)海藻酸(SA)、壳聚糖季铵盐(CTS)和双三氟甲烷磺酰亚胺(TFSI)化学结构式，及其在DMSO中形成稳定溶液。(b)通过湿法纺丝制备成的具有多层次结构纳米孔HNPF。(c)HNPF可以连续纺丝至10米长度。(d)HNPF芯层纳米孔结构。(e)HNPF壳层密实的高分子结构。(f)经过直接干燥法，梯度自组装法(HNPF)和冷冻干燥法形成的纤维孔隙大小。(g)HNPF和湿法纺丝形成的海藻酸纤维壳聚糖纤维力学性能比较。
[0026]图2为“壳
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芯”纳米孔结构纤维织物(HNPT)以及密实纤维织物(CT)大孔纤维织物(MPT)的隔热机理及效果。(a)不同孔隙结构织物隔热机理图。(b)HNPF及所制织物(HNPT)。(c)不同纤维织物的红外热成像图。(d)不同纤维织物的静态隔热效果图。(h)HNPT的热传导率与一般隔热材料对比。
[0027]图3为HNPF的自组装机理图。(a)海藻酸
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壳聚糖混合高分子在乙醇中变化过程。(b)海藻酸
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壳聚糖混合高分子在乙醇/氨中的络合过程。(c)HNPF的络合过程示意图。(d)HNPF络合前后的红外光谱图。(e)HNPF在不同络合时间时的截面图。(f)HNPF络合动力学图。
具体实施方式
[0028]下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0029]下述实施例中所述海藻酸是直接购买得工业高分子产品，来源于褐藻；所述壳聚糖季铵盐分子量10万。
[0030]实施例1：梯度自组装法制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维，其特征在于，所述具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维是以双三氟甲磺酰亚胺锂、壳聚糖季铵盐和海藻酸为原料，利用湿法纺丝工艺制得；所述具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维中，芯层的厚度为100～300μm，芯层中空隙的平均大小为70～90nm，外部为密实的壳层，壳层的厚度为5～15μm。2.一种具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将双三氟甲磺酰亚胺锂水溶液加入到壳聚糖季铵盐水溶液中，固液分离，所得固体为壳聚糖季铵盐交换双三氟甲磺酰亚胺锂；S2：将步骤S1所得壳聚糖季铵盐交换双三氟甲磺酰亚胺锂与海藻酸溶液反应，得到均相溶液；S3：利用湿法纺丝工艺，将步骤S2所得均相溶液射入乙醇氨溶液中，静置，干燥，即得具备“壳
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芯”纳米孔结构的天然高分子纤维。3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述双三氟甲磺酰亚胺锂水溶液的浓度为0.4～0.8g/mL，所述壳聚糖季铵盐水溶液的浓度为8～12g/mL。4.根据权利要求2所述制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张放，徐艳，郑春玲，姚忠，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：