温度响应纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种温度响应纤维及其制备方法。所述温度响应纤维的制备方法包括：以液态温度响应材料或温度响应材料溶液浸渍多孔纤维，从而在多孔纤维的介孔内封装温度响应材料，获得所述的温度响应纤维。本发明专利技术提供的温度响应纤维的制备方法，无需复杂的合成技术，整体制备过程无化学反应发生，工艺简单、流程短，可实现大规模温度响应纤维的制备；并且还可以通过调整温度响应材料获得不同的温度响应纤维，极大的扩大了温度响应纤维的种类与应用范围。

Temperature responsive fiber and its preparation

【技术实现步骤摘要】
温度响应纤维及其制备方法
本专利技术涉及一种温度响应纤维，特别涉及一种温度响应纤维及其制备方法，属于智能材料

技术介绍
温度响应材料是指材料性质随温度的变化而发生改变的一类材料。其温度响应机理主要为通过温度改变使其材料内部占据“关键位点”的温度响应材料发生化学键变化或聚集态改变，由此引发材料的颜色、力学性能、透明度等性质变化。其常作为一种智能“开关”，被应用于传感器、生物医学、化学与生物催化等领域。温度响应类材料由于温度易于调控，应用场景广泛，需求量大，获得了广泛的关注与研究。但现有的温度响应材料往往是基于某种特定温度响应材料，通过精密的设计与合成于实验室小规模制备，往往不具有工业化的潜力与性价比。这是由于温度响应材料的想要发挥其温度响应特性往往需要占据材料的“关键位点”，因此需要精密的设计，而这对于工业生产中的反应条件控制提出了严苛的要求，因此温度响应材料的工业化制备并不多见。现有的温度响应纤维制备方法主要采用将温度响应材料与原材料混合后纺丝制备和采用中空纤维浸渍填充方法制备；前者受制备技术影响，温度响应材料的填充量不高，温度响应能力受限，后者则难以封装。例如，outlast公司所提供的outlast纤维是市场上温度响应纤维的主要品牌，其制备方式主要为混合纺丝，其温度响应材料填充量低于20％，温度响应能力极低；而使用中空纤维浸渍填充的方法则受制于封装技术在市场上已处于边缘位置。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种温度响应纤维及其制备方法，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种温度响应纤维的制备方法，其包括：以液态温度响应材料或温度响应材料溶液浸渍多孔纤维，从而在多孔纤维的介孔内封装温度响应材料，获得所述的温度响应纤维。在一些较为具体的实施方案中，所述温度响应纤维的制备方法具体包括：将固态温度响应材料加热熔融，并与粘度调节剂混合形成液态温度响应材料，或将固态温度响应材料溶于溶剂中形成液态温度响应材料；其中的粘度调节剂可以采用现有已知的材料，可以通过市购获得，在此不再赘述。将多孔纤维浸入所述液态温度响应材料中，从而在多孔纤维的介孔内封装温度响应材料，进而获得温度响应纤维。在一些较为具体的实施方案中，所述温度响应纤维的制备方法具体包括：将多孔纤维浸入液态温度响应材料中，并真空环境或常压环境中静置充足时间后取出、干燥，从而在多孔纤维的介孔内封装温度响应材料，进而获得温度响应纤维；其中，所述温度响应材料溶液中溶剂选择取决于多孔纤维与温度响应材料的种类，现有实验中采用的溶剂主要为水、乙醇、甲醇、叔丁醇、二甲亚砜等常见溶剂；对于低粘度的温度响应材料，为保证填充效率，往往采用饱和溶液或熔融后直接填充，对于高粘度的温度响应材料则加入甘油、乙二醇、乙烯蜡等低分子量物质降低其粘度后于真空环境下进行填充。在一些较为具体的实施方案中，所述温度响应纤维的制备方法还包括：采用纺丝工艺制备.含溶剂纤维，之后至少采用超临界干燥、冷冻干燥、真空干燥、常压干燥中的任意一种方式对所述含溶剂纤维进行干燥处理，进而获得所述的多孔纤维。其中，所采用纺丝工艺可以是湿法纺丝工艺或干喷湿纺工艺，其主要步骤为采用高分子溶液或溶胶作为纺丝液，通过挤出的方式在凝固浴中形成成型纤维。进一步的，所述含溶剂纤维的材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯中的任意一种，但不限于此。进一步的，所述多孔纤维的孔隙率为3％～99.5％，优选为20％～99.5％，其中所含孔洞的孔径为4nm～10μm。进一步的，所述多孔纤维在进行浸渍填充前可进行或不进行亲水改性，具体改性方法为采用等离子体对纤维进行一定时间的处理，使其表面由疏水转变为亲水。进一步的，所述温度响应材料包括热致变色材料与热致聚集态改变材料中的任意一种或两种的组合，但不限于此。进一步的，所述热致变色材料包括有机类可逆类和/或无机可逆类的热致变色材料；优选的，所述有机类可逆类的热致变色材料包括三芳甲烷苯酞类，所述无机可逆类的热致变色材料包括铬酸盐、钨酸盐中的任意一种。进一步的，所述热致聚集态改变材料的聚集态变化包括液固变化(如十水硫酸钠)、晶态非晶态变化(如聚乙烯等结晶高分子材料)、玻璃化转变(如聚乙二醇、石蜡等)中的任意一种或两种以上的组合。本专利技术实施例还提供了由所述方法制备的温度响应纤维，所述温度响应纤维包括多孔纤维和温度响应材料，所述温度响应材料被封装于所述多孔纤维的介孔内，温度响应材料于温度响应纤维中的体积占比为5～98％，响应温度随温度响应材料改变而改变。本专利技术实施例还提供了所述的温度响应纤维于温敏开关、形状记忆材料、温度传感器、智能隔热材料等领域的用途。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1)本专利技术提供的温度响应纤维的制备方法，无需复杂的合成技术，整体制备过程无化学反应发生，制备工艺简单、流程短，可实现大规模温度响应纤维的制备；并且还可以通过调整温度响应材料获得不同的温度响应纤维，极大的扩大了温度响应纤维的种类与应用范围；2)本专利技术采用新工艺、新流程研发的温度响应纤维制备方法解决了现有技术存在的反应时间耗时过长，生产效率低下等问题；并且本专利技术所得的温度响应纤维强度高、稳定性好、响应快，在温敏开关，形状记忆材料，温度传感器，智能隔热材料等领域。附图说明图1是本专利技术实施例1所获温度响应纤维的扫描电子显微镜照片；图2是本专利技术实施例1所获温度响应纤维的DSC曲线；图3是本专利技术实施例1所获温度响应纤维的温度-模量曲线；图4是本专利技术实施例2所获温度响应纤维的扫描电子显微镜图片。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术在已有温度响应材料的基础上，采用多孔材料作为基体，将温度响应材料作为另一组分填充进多孔材料，使温度响应材料作为材料中的“主要组成部分”，可得到具有良好温度响应性能的温度响应复合材料，其制备方法简便，对制备条件要求宽松，适合工业化生产。本专利技术通过向多孔纤维的孔中填充具有粘度变化以及聚集态变化的温度响应材料得到复合纤维(即温度响应纤维，下同)。通过温度响应材料在不同温度下的粘度以及聚集态变化影响纤维材料的孔结构变化，进而使纤维材料整体的力学性能光学性能获得改变。在一些实施例中，所述温度响应纤维的制备方法具体包括：将多孔纤维浸入温度响应材料溶液中，之后于真空环境或常压环境下静置，之后取出、干燥，从而在多孔纤维的介孔内封装温度响应材料，进而获得温度响应纤维。其中温度响应材料溶液中溶剂选择取决于多孔纤维与温度响应材料的种类，现有实验中采用的溶剂主要为水、乙醇、甲醇、叔丁醇、二甲亚砜等常见溶剂；对于低粘度的温度响应材料，为保证填充效率，往往采用饱和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度响应纤维的制备方法，其特征在于包括：以液态温度响应材料或温度响应材料溶液浸渍多孔纤维，从而在多孔纤维的介孔内封装温度响应材料，获得所述的温度响应纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种温度响应纤维的制备方法，其特征在于包括：以液态温度响应材料或温度响应材料溶液浸渍多孔纤维，从而在多孔纤维的介孔内封装温度响应材料，获得所述的温度响应纤维。


2.根据权利要求1所述温度响应纤维的制备方法，其特征在于具体包括：
将固态温度响应材料加热熔融，并与粘度调节剂混合形成液态温度响应材料，或将固态温度响应材料溶于溶剂中形成液态温度响应材料；
将多孔纤维浸入所述液态温度响应材料中，从而在多孔纤维的介孔内封装温度响应材料，进而获得温度响应纤维。


3.根据权利要求1所述温度响应纤维的制备方法，其特征在于具体包括：对多孔纤维进行或不进行亲疏水改性处理，之后将所述多孔纤维于真空环境中或常压环境中浸入所述液态温度响应材料溶液中，之后取出、干燥，从而在多孔纤维的介孔内封装温度响应材料，进而获得温度响应纤维。


4.根据权利要求1-3中任一项所述温度响应纤维的制备方法，其特征在于还包括：采用纺丝工艺制备含溶剂纤维，之后至少采用超临界干燥、冷冻干燥、真空干燥、常压干燥中的任意一种方式对所述含溶剂纤维进行干燥处理，进而获得所述的多孔纤维。


5.根据权利要求4所述温度响应纤维的制备方法，其特征在于：所述含溶剂纤维的材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学同，刘增伟，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32