具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括：将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将亲水聚合物溶于上述分散液，得到第一纺丝原液；将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将亲水和/或疏水聚合物溶于上述分散液，得到第二纺丝原液；将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将疏水聚合物溶于上述分散液，得到第三纺丝原液；静电纺丝，从而获得所述具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜。

Micronano-fiber membranes with high moisture absorption and cooling performance and their preparation methods

【技术实现步骤摘要】
具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维膜及其制备方法
本专利技术属于功能性微纳米复合纤维材料
，特别涉及一种具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维膜及其制备方法，所制得的纤维膜能同时实现单向导湿与高效散热。
技术介绍
近年来，高端运动服、纸尿裤、创伤敷料等防护服装和医卫材料的快速发展使得具有吸湿凉爽功能的纺织材料需求日益增加，而现有的高性能吸湿快干机织物、针织物因要使用具有特殊异形截面的纤维来实现水分的传导从而导致织物的整体制备工艺比较复杂，同时由于传统纤维的比表面积较小，导热性质较差，人体产生的汗液以及积聚的热量不能快速散发而导致穿着的舒适性变差。因此，如何实现服装面料在人体高强度运动状态下的快速导湿散热，为人体提供舒适的穿着微环境与持续的凉感成为研究的关键。静电纺丝技术是一种能够直接、连续制备聚合物微纳米纤维的方法，通过掺杂具有高导热性质的纳米颗粒可有效的调控纤维膜的导热性质，且结合亲/疏水改性工艺可以使材料两面具有非对称的润湿性质，赋予其具备优异的单向导湿性能，有望实现服装面料的快速导湿散热。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维膜及其制备方法，通过该方法制备的纤维膜可同时实现单向导湿与高效散热。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将亲水聚合物溶于上述分散液，得到第一纺丝原液；将第一纺丝原液注入纺丝注射器，通过静电纺丝方法在接收基材上沉积一层亲水性微米或纳米纤维膜作为亲水层；第二步：将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将亲水和/或疏水聚合物溶于上述分散液，得到第二纺丝原液；将第二纺丝原液注入纺丝注射器，通过静电纺丝方法在上述亲水层上沉积至少一层微米或纳米纤维膜作为中间层；第三步：将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将疏水聚合物溶于上述分散液，得到第三纺丝原液；将第三纺丝原液注入纺丝注射器，通过静电纺丝方法在上述中间层上沉积一层微米或纳米纤维膜作为疏水层，从而获得所述具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜。优选地，所述的第一步、第二步和第三步中的改性导热填料为经过改性剂改性的导热填料，所述的导热填料为氮化硼、氮化铝、碳纳米管、石墨烯、氧化铝和碳化硅中的任意一种或几种的组合；所述的改性剂为笼型聚倍半硅氧烷、硅烷偶联剂、十六烷基三甲基溴化铵和过氧化氢中的任意一种或多种的组合；所述的改性方法为：将导热填料与改性剂按质量比0.5:10～5:10混合后超声4-8h，超声频率微20～40kHz、功率为100～200W，然后在1500-2500rpm下离心10-30min，55-65℃下真空烘干3-5h即得改性后的导热填料。优选地，所述第一步、第二步和第三步中溶剂为丙酮、乙酸、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、异丙醇、四氢呋喃、甲酸、乙二醇、丙三醇、二氯甲烷、四氯化碳和二甲基亚砜中的任意一种或多种的组合。优选地，所述第一步、第二步和第三步中的分散液中的改性导热填料的质量分数为0～30％，不为0。优选地，所述第一步、第二步中的亲水聚合物为醋酸纤维素、壳聚糖、聚丙烯腈、乙烯/乙烯醇共聚物、聚酰胺和聚酰亚胺中的任意一种或多种的组合；第一步和第二步中的亲水聚合物相同或不同。优选地，所述第二步、第三步中的疏水聚合物为聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的任意一种或多种的组合；第二步和第三步中的疏水聚合物相同或不同。优选地，所述第一纺丝原液中亲水聚合物的质量分数为5～30％。优选地，所述第二纺丝原液选取的聚合物为单一亲水聚合物、单一疏水聚合物、亲水与疏水聚合物的共混物中的任意一种，总质量分数为5～30％。优选地，所述的亲水与疏水聚合物的共混物中的亲水与疏水聚合物的质量比例为1:10～10:1。优选地，所述第三纺丝原液中疏水聚合物的质量分数为5～30％。优选地，所述第一步中的亲水层微纳米纤维膜润湿接触角小于65°。优选地，所述第二步中的中间层微纳米纤维膜的润湿接触角为65°～110°，中间层可以为一层或多层，每一层的润湿性呈梯度变化。优选地，所述第三步中的疏水层微纳米纤维膜的润湿接触角大于110°。优选地，所述第一步、第二步和第三步中的静电纺丝的电压为10～50kV，接收距离为10～30cm，纺丝溶液的灌注速度为0.2～5mL/h。优选地，所述第一步、第二步和第三步中所得纤维直径为50nm～3μm，纤维膜平均孔径为0.1～10μm，厚度为10～150μm，纤维膜导热系数为0.2～2W/mK。优选地，所述第一步、第二步和第三步中所得的纤维中改性导热填料均匀分散且高度取向，取向度(导热填料与纤维轴向的夹角)小于等于20°。优选地，所述第一步中的接收基材为机织布、非织造布、铜网、油光纸或铝箔。优选地，所述的第一步、第二步、第三步的超声频率为20～40kHz、功率为100～200W、时间为0.5～2h。本专利技术制得的具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜包括疏水层、中间层和亲水层，其中中间层的润湿性通过调控疏水与亲水聚合物的共混比例使其介于疏水层与亲水层之间，由此在纤维膜厚度方向上形成梯度润湿结构。纤维膜的导热性质可通过掺杂改性导热填料及调控静电纺丝参数实现大幅提升，其中导热填料在纤维内部的分散与取向决定了纤维膜的导热性质。本专利技术所得复合膜不仅具备优异的吸放湿性能，还具备良好的散热能力。本专利技术制得的具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜的单向导湿指数≥1100，水分蒸发速率≥0.4g/h，导热系数≥0.2W/mK，纤维膜两侧温差≤2℃；沿疏水层向亲水层的耐水压为0mmH2O，沿亲水层向疏水层的耐水压≥50mmH2O。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术采用亲水/疏水聚合物共混的方式制得润湿性可控的中间层，其与疏水层、亲水层共同组成纤维膜的润湿性梯度结构，赋予纤维膜优异的单向导湿性能，可将内层水分快速导出至外层，并且防止外层的水分回渗至内层，实现内层速干。(2)本专利技术的吸湿凉爽微纳米纤维膜主要由静电纺微纳米纤维组成，相比传统纤维直径更细，比表面积更大，纤维膜内部孔道丰富且相互连通，大幅度提升了水分在纤维膜内的传递以及在其表面的蒸发速度。(3)水分在纤维膜表面蒸发过程中会带走外层大量热量，纤维膜导热性质较差会使其两面形成一定的温度差，本专利技术通过掺杂导热填料并进一步调控改性工艺与纺丝参数使其在纤维膜内部均匀分散且高度取向，加速了热量在纤维膜内部的传递过程，可实现快速凉爽效果。附图说明图1为实施例1制得的微纳米纤维复合膜的电镜图。图2为水分蒸发时的红外热成像仪实时监测图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1～8中所用的醋酸纤维素的重均分子量为10W、壳聚糖的重均分子量为30W、聚丙烯腈的重均分子量为10W、乙烯/乙烯醇共聚物的重均分子量为5W、聚酰胺的重均分子量为3W、聚酰亚胺的重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将亲水聚合物溶于上述分散液，得到第一纺丝原液；将第一纺丝原液注入纺丝注射器，通过静电纺丝方法在接收基材上沉积一层亲水性微米或纳米纤维膜作为亲水层；第二步：将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将亲水和/或疏水聚合物溶于上述分散液，得到第二纺丝原液；将第二纺丝原液注入纺丝注射器，通过静电纺丝方法在上述亲水层上沉积至少一层微米或纳米纤维膜作为中间层；第三步：将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将疏水聚合物溶于上述分散液，得到第三纺丝原液；将第三纺丝原液注入纺丝注射器，通过静电纺丝方法在上述中间层上沉积一层微米或纳米纤维膜作为疏水层，从而获得所述具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将亲水聚合物溶于上述分散液，得到第一纺丝原液；将第一纺丝原液注入纺丝注射器，通过静电纺丝方法在接收基材上沉积一层亲水性微米或纳米纤维膜作为亲水层；第二步：将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将亲水和/或疏水聚合物溶于上述分散液，得到第二纺丝原液；将第二纺丝原液注入纺丝注射器，通过静电纺丝方法在上述亲水层上沉积至少一层微米或纳米纤维膜作为中间层；第三步：将改性导热填料分散于溶剂中，超声使得导热填料均匀分散，再将疏水聚合物溶于上述分散液，得到第三纺丝原液；将第三纺丝原液注入纺丝注射器，通过静电纺丝方法在上述中间层上沉积一层微米或纳米纤维膜作为疏水层，从而获得所述具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜。2.如权利要求1所述的具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述的第一步、第二步和第三步中的改性导热填料为经过改性剂改性的导热填料，所述的导热填料为氮化硼、氮化铝、碳纳米管、石墨烯、氧化铝和碳化硅中的任意一种或几种的组合；所述的改性剂为笼型聚倍半硅氧烷、硅烷偶联剂、十六烷基三甲基溴化铵和过氧化氢中的任意一种或多种的组合；所述的改性方法为：将导热填料与改性剂按质量比0.5:10～5:10混合后超声4-8h，超声频率微20～40kHz、功率为100～200W，然后在1500-2500rpm下离心10-30min，55-65℃下真空烘干3-5h即得改性后的导热填料。3.如权利要求1所述的具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述第一步、第二步和第三步中溶剂为丙酮、乙酸、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、异丙醇、四氢呋喃、甲酸、乙二醇、丙三醇、二氯甲烷、四氯化碳和二甲基亚砜中的任意一种或多种的组合。4.如权利要求1所述的具有高效吸湿凉爽功能的微纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述第一步、第二步和第三步中的分散液中的改性导热填料的质量分数为0～30％，不为0。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王先锋，缪东洋，丁彬，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31