具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶，属于功能材料技术领域。它是由聚乙烯醇‑乙烯共聚物和副族金属碳化物粉体混合后并经熔融纺丝及冷冻干燥工艺制备得到，其中副族金属碳化物粉体为第四副族金属碳化物粉体，且其含量占纳米纤维气凝胶质量的0.5％～10％，本发明专利技术制得的纳米纤维气凝胶的孔隙率可达30％～60％，其发热性能是传统气凝胶的2～5倍，并且在压缩应变为70％的情况下可循环压缩≤1000次而材料本身基本无损耗。因此，本发明专利技术设计制备得到的纳米纤维气凝胶可应用于智能服装领域、建筑材料、智能传感及汽车制造等技术领域。

Nanofiber aerogels with photothermal conversion, sound insulation and good mechanical recovery and their preparation methods

The invention discloses a nano fiber aerogel with photothermal conversion, sound insulation and heat insulation and good mechanical recovery, and belongs to the technical field of functional materials. It is prepared by mixing polyvinyl alcohol ethylene copolymer and sub group metal carbide powder and then prepared by melt spinning and freeze-drying process. The sub group metal carbide powder is fourth sub group metal carbide powder, and its content accounts for 0.5% to 10% of the quality of the nano fiber aerogel, and the porosity of the nano fiber aerogel prepared by the invention can reach 30% to 60%, and its heating rate is high. The performance is 2~5 times that of the traditional aerogel, and the cyclic compression is less than 1000 times when the compression strain is 70%, and the material itself is basically no loss. Therefore, the nanofiber aerogels prepared by the invention can be applied to the field of intelligent clothing, building materials, intelligent sensing and automobile manufacturing, and other technical fields.

【技术实现步骤摘要】
具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶及其制备方法
本专利技术涉及纳米纤维气凝胶，属于功能材料
，具体地涉及一种具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶及其制备方法。
技术介绍
气凝胶是一类由无机或有机分子相互聚结形成的具有纳米多孔网络结构的固态材料。其具有纳米级的多孔结构和超高孔隙率等特点，是目前世界上密度最小的固体材料之一。因其密度低，热导率低，孔隙率高，比表面积大，在实际应用中，气凝胶材料有着十分广阔的应用前景，可作为隔热保温材料，隔音降噪材料，催化剂载体，吸附材料等。目前气凝胶一般为无机气凝胶，它虽然具有低密度、大孔隙率、大比表面积、低导热率等特点，但同时无机气凝胶也存在机械强度低、回弹性差、易塌陷等缺点。而有机气凝胶由于其自身的结构特点可以很好地解决气凝胶机械强度低，回弹性差等缺点。因此有机气凝胶将成为一类应用前景广阔，极具开发价值的新材料。如中国专利技术专利申请(申请公布号：CN106256957A，申请公布日：2016-12-28)公开了气凝胶复合墙纸及其制备方法，该气凝胶复合墙纸包括底层和表层，在底层和表层之间设有气凝胶复合层，具备的制备方法为将基材与溶胶复合，并静置形成凝胶，再经过老化、改性和干燥处理，获得气凝胶复合层，将所述气凝胶复合层与表层及底层复合。本专利技术制备得到的气凝胶复合墙纸具备较大的疏水角、透湿率等，不仅解决了传统墙纸材料容易受潮、发霉的弊端，而且综合了气凝胶独特的纳米性能和墙纸的装饰性能。然而本申请制备的气凝胶复合层与底层及表层之间需要选择胶黏剂进行粘合，并不利于环保。聚乙烯醇-乙烯共聚物(EVOH)具有高亲水性、无毒、生物相容性好、力学性能好和低污染等特点，与此同时，EVOH上含有许多羟基，在这一点上易于做接枝改性处理，这些都是无机气凝胶和其他有限几种有机气凝胶无法比拟的，利用EVOH制备成的纳米纤维气凝胶具有超大比表面积、超大孔隙率等特点，这些特点又决定了EVOH纳米纤维气凝胶具有隔音降噪、隔热保温的功能，使其可以应用在多个领域内。如中国专利技术专利申请(申请公布号：CN106811817A，申请公布日：2017-06-09)公开了发热纳米纤维及其制备方法，该发热纳米纤维包括基体材料，发热粉体，基体材料为聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维，发热粉体为过渡金属碳化物粉体，发热粉体均匀地附着在纳米纤维膜的表面，制备方法为将聚乙烯醇-乙烯共聚物、水、异丙醇与发热粉体混合均匀得到共混液体，向共混液体中缓慢加入水并搅拌，水中析出聚合物，将聚合物滤出、干燥、粉碎，得到聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体，继续将聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体与醋酸丁酸纤维素混合均匀，经双螺杆挤出机纺丝得到发热纤维，将发热纤维浸泡在丙酮中，回流萃取，干燥得到发热纳米纤维。本专利技术制备得到的发热纳米纤维发热效果强，抗静电性良好，耐水洗能力强，然而本申请是将发热粉体附着在纳米纤维的表面，虽然制备的纤维具备发热能力，但并不是发热效果并不是十分理想，同时该材料也不具备保温功能。常用的有机纳米纤维的制备工艺主要采用静电纺丝法，这种方法制备的纳米纤维不仅工艺复杂，而且产量低、成本高。常用气凝胶制备工艺主要采用溶液再生法，即先以气凝胶前驱体的良溶剂将其溶解，而后在水溶液、醇溶液、碱溶液或离子溶液中再生，再经溶剂置换和干燥后得到气凝胶。这种方法制得的气凝胶工艺复杂，成本高，产量小。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种制备方法简单，并且制备得到的气凝胶具备高效吸热发光特点的具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶，它由聚乙烯醇-乙烯共聚物和第四副族金属碳化物粉体混合后并经熔融纺丝及冷冻干燥工艺制备得到，所述第四副族金属碳化物粉体质量占纳米纤维气凝胶质量的0.5％～10％，所述纳米纤维气凝胶在压缩应变为0～70％(不包括0)的情况下可循环压缩≤1000次(不包括0)而自身无损耗，所述纳米纤维气凝胶的发热性能为传统气凝胶的2～5倍，且孔隙率达30％～60％。进一步地，所述纳米纤维气凝胶在压缩应变为0～70％(不包括0)的情况下可循环压缩≤100次(不包括0)而自身无损耗。最优的，所述纳米纤维气凝胶在压缩应变为70％的情况下可循环压缩100次而自身无损耗。进一步地，所述纳米纤维气凝胶的发热性能为传统气凝胶的2～3倍，所述传统气凝胶为采用聚乙烯醇-乙烯共聚物按照相同制备工艺制备得到。进一步地，所述第四副族金属碳化物粉体的粒径为50～80nm，第四副族金属碳化物粉体包括ZrC或TiC中的至少一种。最优的，所述第四副族金属碳化物为ZrC。最优的，所述第四副族金属碳化物为TiC。为了更好的实现本专利技术的技术目的，本专利技术还公开了上述具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶的制备方法，它包括向聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液(聚乙烯醇-乙烯共聚物溶解至离子水和异丙醇的混合溶液体系中，搅拌反应得到聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液)中加入第四副族金属碳化物粉体，乳化处理得混合液，将所述混合液置于冰水中析出掺杂第四副族金属碳化物粉体的聚乙烯醇-乙烯共聚物固体，再经熔融纺丝及冷冻干燥工艺制备得到纳米纤维气凝胶。最优的，聚乙烯醇-乙烯共聚物中乙烯基含量为44％。进一步地，所述乳化处理为控制温度75～85℃，乳化时间为2～3min，得到混合液。该乳化过程得到的高分子溶液粘度较低，有利于粉体均匀分散。进一步地，所述熔融纺丝的具体过程如下：取掺杂第四副族金属碳化物粉体的聚乙烯醇-乙烯共聚物固体粉碎得粉末，将所述粉末与乙酸丁酸纤维素酯混合后经双螺杆挤出机熔融挤出后得到纳米纤维原丝；所述纳米纤维原丝溶解至丙酮中去除乙酸丁酸纤维素酯后得到具备自发热功能的聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维。其中，最优的，粉末和乙酸丁酸纤维素酯(CAB)混合的质量比为2:8、双螺杆挤出机温度设置为：一区温度：160℃；二区：200℃；三区：210℃；四区：220℃；五区：200℃；六区：205℃；七区：210℃。进一步地，所述冷冻干燥工艺的具体过程如下：将所述具备自发热功能的聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维溶解至去离子水和异丙醇的混合溶液中，依次经历搅拌、滤网过滤处理后，向滤液中加入交联剂，再置于-5℃的环境中冷冻1h，-80℃的真空环境下冷冻干燥48h得到纳米纤维气凝胶。进一步地，所述滤网的孔径大小为80～120目。进一步地，所述离子水和异丙醇的比例为1:1。最优的，所述的交联剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚N,N-二甲基丙烯酰胺或壳聚糖中的一种。本专利技术制备方法的原理如下：本专利技术采用EVOH作为基体，其与第四副族金属碳化物粉体混合均匀后经熔融纺丝技术及冷冻干燥制备得到金属碳化物均匀分布在EVOH内部的气凝胶材料，其中，第四副族金属碳化物占纳米纤维气凝胶质量的0.5％～10％，所述气凝胶材料的孔隙率可达30％～60％。本专利技术的有益效果主要体现在如下几个方面：1、本专利技术设计制备得到的纳米纤维气凝胶为具备较大孔径的疏松多孔结构，该疏松多孔结构能够将声音或热能等以能量的形式传递或储存，当能量经过纳米纤维气凝胶内部时，发生散射和干涉，使能量逐渐减弱，从而实现本专利技术纳米纤维气凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶，其特征在于：它由聚乙烯醇‑乙烯共聚物和第四副族金属碳化物粉体混合后并经熔融纺丝及冷冻干燥工艺制备得到，所述第四副族金属碳化物粉体质量占纳米纤维气凝胶质量的0.5％～10％，所述纳米纤维气凝胶在压缩应变为0～70％的情况下可循环压缩≤1000次而自身无损耗，所述纳米纤维气凝胶的发热性能是传统气凝胶的2～5倍，且孔隙率达30％～60％。

【技术特征摘要】
1.一种具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶，其特征在于：它由聚乙烯醇-乙烯共聚物和第四副族金属碳化物粉体混合后并经熔融纺丝及冷冻干燥工艺制备得到，所述第四副族金属碳化物粉体质量占纳米纤维气凝胶质量的0.5％～10％，所述纳米纤维气凝胶在压缩应变为0～70％的情况下可循环压缩≤1000次而自身无损耗，所述纳米纤维气凝胶的发热性能是传统气凝胶的2～5倍，且孔隙率达30％～60％。2.根据权利要求1所述具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶，其特征在于：所述纳米纤维气凝胶在压缩应变为0～70％的情况下可循环压缩≤100次而自身无损耗。3.根据权利要求1所述具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶，其特征在于：所述纳米纤维气凝胶的发热性能为传统气凝胶的2～3倍，所述传统气凝胶为采用聚乙烯醇-乙烯共聚物按照相同制备工艺制备得到。4.根据权利要求1～3中任意一项所述具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶，其特征在于：所述第四副族金属碳化物粉体的粒径为50～80nm，第四副族金属碳化物粉体包括ZrC或TiC中的至少一种。5.一种权利要求1所述具备光热转换、隔音隔热及良好力学恢复性的纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于：它包括向聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液中加入第四副族金属碳化物粉体，乳化处理得混合液，将所述混合液置于冰水中析出掺杂第四副族金属碳化物粉体的聚乙烯醇-乙烯共聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，梅涛，赵青华，蒋海青，李沐芳，陈佳慧，毛勤岑，宋银红，尤海宁，
申请(专利权)人：江南大学，武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32