光致发光纤维的离心纺丝制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光致发光纤维的离心纺丝制备方法。首先将量子点和高分子聚合物共混于溶剂中，配制成预定质量分数的量子点/高分子聚合物混合纺丝液，然后采用平面接收式离心纺装置，将纺丝液进行离心纺丝，得到光致发光纤维。本发明专利技术所制备的光致发光纤维，由于量子点均匀分散在高分子聚合物纤维主体中，具有优异的光学稳定性能。本发明专利技术提供的平面接收式离心纺丝工艺操作简易、产量大、效率高、成本低廉、适用范围广，具有产业化的巨大价值。

Preparation of photoluminescent fiber by centrifugal spinning

【技术实现步骤摘要】
光致发光纤维的离心纺丝制备方法
本专利技术涉及纤维材料领域，具体涉及一种光致发光纤维的离心纺丝制备方法。
技术介绍
光致发光纤维是指在紫外光源激发下，发光中心发生电子跃迁而产生新的发射光的新型功能纤维。随着高分子聚合物功能改性技术的不断进步，使得一些新型光致发光材料走入高分子的世界，并通过与纺丝工艺的结合使得单基色、多基色以及智能调色发光纤维相继问世并实现量产。由于光致发光纤维具有优异的隐身、伪装、防伪和荧光指示等功能，已经被广泛用于航天航空、柔性显示、人体健康监测器、产品防伪识别等领域。量子点具有优异的发光性能，具体体现在发射光谱可调节，不同尺寸和种类的量子点发光光谱处于不同的波段区域；具有宽的激发光谱和窄的发射光谱，以及较大的斯托克斯位移。而且量子点还具备良好的生物相容性，被广泛应用于发光器件、生物医学、能源材料等领域，是一种优异的发光载体材料。申请号为CN201610689546.1的专利技术专利中公开了一种纳米发光纤维及其制备方法，先将量子点加入到有机溶剂中配制成量子点溶液，然后在量子点溶液中加入溶液添加剂混合均匀后，再加入固态聚合物，形成均匀的具有一定导电性和粘度的量子点纺丝溶液，再利用静电纺丝制备出纳米发光纤维，发光性能良好，但是该纺丝方法效率较低，制备出的纤维强度较差，无法实现大规模量产，不能满足市场的需求，而且该方法只适用于油溶性量子点的纺丝溶液，适用范围窄。离心纺丝是借助离心力将高分子聚合物溶液或熔体经喷丝孔甩出形成射流，并在惯性力、粘滞力和空气阻力的共同作用下，迅速被拉细固化形成超细纤维，并快速向收集器运动，是一种同时适用于溶液纺和熔融纺的新型纺丝技术。离心纺工艺产量大，效率高，成本低，适用的纺丝原料范围广，适合大规模工业生产，其制备的纤维产品可应用于生物医药、空气过滤、能源等领域。现有技术中，离心纺主要采用环形收集的方式，但是这种收集方式不利于离心纺的产业化，且获得的纤维为不连续的短丝。申请号为CN201910431025.X的专利技术专利公开了一种平面接收式离心纺自动生产设备及方法，喷丝器在高速旋转时喷出的纺丝溶液呈螺旋线下降收集在设置于喷丝器下方且连续传送的收集装置上，实现纤维的连续收集，并且解决了连续长丝的制备问题。目前暂无利用离心纺制备发光纤维的方法，此专利技术在保证连续收集纤维的基础上，同步实现了纤维光致发光特性。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供了一种光致发光纤维的离心纺丝制备方法，以量子点为发光材料，高分子聚合物为纺丝主体，首先将量子点和高分子聚合物共混于溶剂中，配制成预定质量分数的量子点/高分子聚合物混合纺丝液，然后采用平面接收式离心纺装置，将纺丝液进行离心纺丝，制备得光致发光纤维。本专利技术提供的平面接收式离心纺丝工艺操作简易、产量大、效率高、成本低廉，具有产业化的巨大价值。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种光致发光纤维的离心纺丝制备方法，采用平面接收式离心纺装置来制备，包括如下步骤：S1、制备量子点；S2、制备纺丝液：将量子点与高分子聚合物共混于溶剂中，搅拌处理，得到预定质量分数的量子点/高分子聚合物纺丝液；S3、离心纺丝制备光致发光纤维：将步骤S2所述的纺丝液注入平面接收式离心纺装置中，进行离心纺丝，得到光致发光纤维。优选的，在步骤S2中，所述纺丝液中量子点的质量分数为0.1～10wt％，高分子聚合物的质量分数为15～50wt％。优选的，所述溶剂包含但不限于为N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、乙醇、四氢呋喃中的一种或多种。优选的，在步骤S3中，所述平面接收式离心纺丝装置包括喷丝装置和设置在所述喷丝装置下方的收集装置；在离心纺丝过程中，所述喷丝装置高速旋转使步骤S2所述的纺丝液从所述喷丝装置的喷丝针头中射出，并呈螺旋线下降至所述收集装置上，靠离心力的作用将所述纺丝液制备成光致发光纤维。优选的，所述收集装置为平面式传送带，沿固定方向循环传送的同时，进行光致发光纤维的连续收集；所述喷丝装置做高速旋转运动的同时沿所述收集装置的宽度方向水平往复运动。优选的，在所述离心纺丝过程中，所述喷丝装置的喷丝针头孔径为0.1～1mm；所述喷丝装置与所述收集装置之间的纺丝距离为0～12cm。优选的，在所述离心纺丝过程中，纺丝温度为40～70℃；纺丝转速为3000～10000r/min。优选的，在步骤S1中，所述量子点包括水分散性量子点或油分散性量子点。优选的，所述量子点的尺寸为1～10nm。优选的，所述水分散性量子点与亲水性高分子聚合物复合纺丝；所述亲水性高分子聚合物包含但不限于亲水性聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚氧乙烯、明胶、海藻酸钠中的一种。优选的，所述油分散性量子点与亲油性高分子聚合物复合纺丝；所述亲油性高分子聚合物包含但不限于亲油性聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛、壳聚糖中的一种。优选的，在步骤S2中，所述搅拌处理过程中，搅拌温度为常温，搅拌速度为200～800r/min，搅拌时间为0.5～4h。本专利技术提供的光致发光纤维的离心纺丝制备方法，机理在于：在离心纺工艺方法中，先将量子点和成纤高分子聚合物共混在溶剂中，得到一定黏度的纺丝原液。在共混过程中，高分子聚合物在溶解前先发生溶胀，即溶剂先向高分子聚合物内部渗入，使聚合物大分子之间的作用力不断减弱，大分子之间的距离不断增大，促使量子点向高聚物大分子内部渗透，并且均匀分散，最后形成均匀的量子点/高分子聚合物纺丝液。离心纺丝过程中，影响纤维直径和性能的因素可分为内外两个方面。内因是纺丝液的浓度。纺丝液的浓度直接影响到纺丝液的黏度，黏度过低，表面张力太大；黏度过高，聚丙烯腈高分子聚合物的分子链缠结在一起，无法形成连续且均匀的纤维。外因主要是离心纺的工艺参数设置，包括喷丝针头的孔径、喷丝装置与收集装置之间的纺丝距离、纺丝温度和纺丝转速。在离心纺丝过程中，通过设置不同的工艺参数来调控纤维的直径，进而间接影响制备的纤维的发光性能。由于量子点均匀分散在纺丝液中，因此单根纤维直径越大，横截面越大，所含量子点越多，则发光效果越明显。另外，高速离心纺丝可以大大降低聚合物分子的降解现象，有利于提高纺丝液成纤的效率。有益效果1、本专利技术提供的光致发光纤维的离心纺丝制备方法操作简易、产量大、效率高、成本低廉、适用范围广，具有产业化的巨大价值。2、本专利技术制备的光致发光纤维中量子点均匀分散在高分子聚合物纤维主体内，大大减少了纤维表面的量子点聚集，从而有效地避免了量子点荧光淬灭，有效提高了量子点的稳定性和发光效率，光学性能稳定可靠。3、本专利技术制备的光致发光纤维可根据量子点的种类来调节发射光谱，具体为采用不同种类的量子点为发光材料载体所制备的光致发光纤维的发光光谱的波段区域不同，在紫外线光源激发下，能够呈现出不同的发光颜色。4、本专利技术提供的光致发光纤维的离心纺丝制备方法，可以通过设置离心纺丝过程中的工艺参数包括喷丝针头的孔径、喷丝装置与收集装置之间的纺丝距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光致发光纤维的离心纺丝制备方法，其特征在于：采用平面接收式离心纺装置来制备，包括如下步骤：/nS1、制备量子点；/nS2、制备纺丝液：将量子点与高分子聚合物共混于溶剂中，搅拌处理，得到预定质量分数的量子点/高分子聚合物纺丝液；/nS3、离心纺丝制备光致发光纤维：将步骤S2所述的纺丝液注入平面接收式离心纺装置中，进行离心纺丝，得到光致发光纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种光致发光纤维的离心纺丝制备方法，其特征在于：采用平面接收式离心纺装置来制备，包括如下步骤：
S1、制备量子点；
S2、制备纺丝液：将量子点与高分子聚合物共混于溶剂中，搅拌处理，得到预定质量分数的量子点/高分子聚合物纺丝液；
S3、离心纺丝制备光致发光纤维：将步骤S2所述的纺丝液注入平面接收式离心纺装置中，进行离心纺丝，得到光致发光纤维。


2.根据权利要求1所述的光致发光纤维的离心纺丝制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述纺丝液中量子点的质量分数为0.1～10wt％，高分子聚合物的质量分数为15～50wt％；所述溶剂包含但不限于为N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、乙醇、四氢呋喃中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的光致发光纤维的离心纺丝制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述平面接收式离心纺丝装置(100)包括喷丝装置(2)和设置在所述喷丝装置(2)下方的收集装置(3)；在离心纺丝过程中，所述喷丝装置(2)高速旋转使步骤S2所述的纺丝液从所述喷丝装置(2)的喷丝针头(204)中射出，并呈螺旋线下降至所述收集装置(3)上，靠离心力的作用将所述纺丝液制备成光致发光纤维。


4.根据权利要求3所述的光致发光纤维的离心纺丝制备方法，其特征在于：所述收集装置(3)为平面式传送带，做固定方向循环传送运动，进行光致发光纤维的连续收集；所述喷丝装置(2)做高速旋转运动的同时沿所述收集装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东志，吕佩，李国青，舒鑫，徐卫林，张春华，刘欣，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42