具有自清洁、自供电功能的壁虎仿生纳米纤维绒摩擦发电织物及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种自清洁功能壁虎仿生纳米纤维绒触控织物及其制备方法，首先配制聚间苯二甲酰间苯二胺和PVA溶液，随后以聚间苯二甲酰间苯二胺为岛，PVA为海，以一定海岛比例通过复合纺丝得到复合丝。以复合丝为经纱、导电纱为纬纱将其织成平纹织物，对织物进行反复揉抓，得到稳定致密的绒毛。使PVA在水中充分分散。然后使水温慢慢升温，保持温度，得到具有海岛结构的纳米纤维绒织物。将复合织物浸渍于含氟的有机溶液中，经接枝反应获得超疏水自清洁织物。本发明专利技术利用纳米芳纶纤维绒类似壁虎脚掌绒毛的高接触面积特性，可实现摩擦面积最大化，同时触压过程同时会产品压电效应，从而大大提高摩擦发电功率和触压感应电压的灵敏性。大提高摩擦发电功率和触压感应电压的灵敏性。大提高摩擦发电功率和触压感应电压的灵敏性。

【技术实现步骤摘要】
具有自清洁、自供电功能的壁虎仿生纳米纤维绒摩擦发电织物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米纤维绒织物制备
，尤其涉及一种具有自清洁、自供电功能的壁虎仿生纳米纤维绒摩擦发电织物及其制备方法。

技术介绍

[0002]21世纪以来纳米技术发展迅速，现已广泛应用于服装、海洋船舶、交通和医学等领域。仿生纳米材料作为纳米材料的分支，以其优异的物理化学性能而备受关注。
[0003]近年来，自供电摩擦发电机成为研究热点，与传统有源传感材料相比，摩擦发电机尤其是纤维基自供电摩擦发电机具有柔性、可穿戴、自驱动等特性。但是传统织物摩擦发电机比接触面积小、机械能转化率低及能量收集效率不高，不能满足科研工作者对于传感材料的要求。影响摩擦发电机及其传感器的主要因素包括接触面积和电荷收集效率。目前主流方法主要集中在如何提高电荷收集效率，而对如何提高接触面积方面束手无策。自然界中壁虎脚掌含有大量的纳米绒毛，其独特的形态自适应特性，使其能够与接触界面形成超高的接触面积。另外壁虎脚掌具有低表面能和超疏水特性，因而在行走过程中能够产生强大的静电吸附作用，从而实现强大的垂直行走能力。因而利用该种原理开发纳米纤维绒织物，理论上可大大增加有效接触面积，提高摩擦感应电压和电流输出效率，提高其灵敏度。
[0004]目前有机材料中，聚偏氟乙烯(PVDF)是常用的压电材料，但是其成纤强度低，表面磨毛性差，不可形成稳定致密的绒毛。相比较而言，聚间苯二甲酰间苯二胺成纤强度高模量高，纤维耐磨性强；且其大分子含有苯环和酰胺基团，两者形成的P/>‑
π共轭现象具有极强的得电子能力，因此具有很强的摩擦发电能力。另外，芳纶纳米纤维绒织物纤维绒受压迫发生弯曲时，原本酰胺键偶极子平行排列的状态被打破，纤维绒由此发生压电效应。弯曲根数越多，产生压电效应的绒毛根数越多，压电性能也越突出。另一方面，表面的纤维绒结构大大提高了摩擦层的有效接触面积。

技术实现思路

[0005]本申请目的在于提供一种自清洁、自供电功能壁虎仿生纳米纤维绒摩擦发电织物及其制备方法，赋予柔性智能纺织品高感应信号强度和高灵敏度、超疏水自清洁特点。
[0006]为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案。
[0007]一种具有自清洁、自供电功能的壁虎仿生纳米纤维绒摩擦发电织物及其制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将聚间苯二甲酰间苯二胺溶于有机溶剂中溶胀，加入第一助溶剂搅拌至溶解，获得聚间苯二甲酰间苯二胺溶液；
[0009]S2、将聚乙烯醇于有机溶剂中，并加入第二助溶剂，搅拌溶解获得PVA溶液；
[0010]S3、聚间苯二甲酰间苯二胺为岛，PVA为海，以通过共混纺丝法或共轭复合纺丝法得到聚间苯二甲酰间苯二胺/PVA复合丝；
[0011]S4、以聚间苯二甲酰间苯二胺/PVA复合丝为经纱，以导电纱(例如可选自涤纶镀银或尼龙长丝镀银的纱线)为纬纱，例如通过大圆机、小样机等将其织成织物(优选平纹织物)，用拉毛装置(例如钢针拉毛机)对织物进行揉抓，得到稳定致密的绒毛；
[0012]S5、将绒毛部分先浸入凉水中进行溶胀，溶胀时不断搅拌，使PVA在水中充分分散，使水温升高并保温直到其溶解，即得到具有海岛结构的纳米纤维绒织物；
[0013]S6、将纳米纤维绒织物浸渍于硅烷偶联剂(例如氟硅烷如全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅氧烷、全氟癸基三乙氧基硅烷)和/或硅氧烷(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)等聚硅氧烷)处理剂中对其进行疏水处理，制得具有自清洁纳米纤维绒织物。
[0014]步骤S1中所述有机溶剂可以是适用于聚间苯二甲酰间苯二胺的所有溶剂。优选地，步骤S1中所述有机溶剂为酰胺类溶剂例如N,N二甲基乙酰胺(DMAC)，N,N
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二甲基甲酰胺等。聚间苯二甲酰间苯二胺与有机溶剂的质量比可以为1:4～35，优选1:5～30，优选1:6～25，优选1:7～20，优选1:8～15。
[0015]优选地，步骤S1中所述第一助溶剂为氯化锂(LiCl)和/或氯化钙(CaCl2)。
[0016]优选地，步骤S1中所述聚间苯二甲酰间苯二胺与第一助溶剂的质量比为1:0.05～0.9，优选1:0.1～0.85，优选1:0.15～0.8，优选1:0.2～0.75，优选1:0.25～0.7，优选1:0.3～0.65，优选1:0.35～0.60，优选1:0.4～0.55，优选1:0.45～0.50。
[0017]优选地，步骤S1中所述聚间苯二甲酰间苯二胺的分子量为1800～30000，优选2000～28000，优选3000～25000，优选5000～22000，优选6000～20000，优选7000～18000，优选8000～15000，例如10000、12000或13000。
[0018]优选地，所述步骤S1中溶胀温度和水浴搅拌温度为50℃～80℃，优选55～65℃，优选约60℃，溶胀时间为1～3h，优选1.5～2.5h。
[0019]优选地，步骤S2中，海岛比(配制溶液时的溶质质量比)为1.5～4:2～4，优选1～3:2～4，优选1.5～2.5：2～4。
[0020]步骤S2中所述有机溶剂可以是适用于聚乙烯醇的所有有机溶剂。优选地，步骤S2中所述有机溶剂为砜类溶剂例如二甲亚砜(DMSO)。
[0021]优选地，步骤S2中所述第二助溶剂为乙二醇、丙二醇或丙三醇中的一种或多种。
[0022]优选地，步骤S2中所述PVA、第二助溶剂与有机溶剂的质量比为60：0.05～3：20～120，优选，60：0.1～1：25～80，优选60：0.1～0.5：20～120，优选60：0.1～0.3：30～60。
[0023]优选地，步骤S2中，所述高温高压反应釜压力控制在0.1MPa～0.5MPa，升温至140～165℃，优选155～160℃，优选157～159℃，例如158℃。保温时间为0.5
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3h。
[0024]优选地，所述步骤S3所述PVA溶液与聚间苯二甲酰间苯二胺溶液海岛比(配制溶液时的溶质质量比)为1:1.4～6，优选1:1.5～5，优选1:1.5～4，优选1:2.0
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3.0。步骤(3)中，海岛纤维制备的基本原理是先制备两种或两种以上的聚合物流体，形成皮芯或平行型之复合细流，然后类似生产单一成分纤维样，自喷丝板孔中挤出聚集体，得到海岛纤维。制备方法一般有共轭复合纺丝法和共混纺丝法两种。
[0025]优选地，所述步骤S5中水温升至80～100℃，优选85～95℃，优选87～92℃，保温30～60min。步骤S5中，PVA遇热水会溶解，而聚间苯二甲酰间苯二胺不溶解。
[0026]优选地，所述步骤S6中所述纳米纤维触绒织物与硅烷和/或硅氧烷处理剂的比例为0.3～1：0.2～3。
[0027]优选地，所述纳米纤维绒织物中绒毛具有海岛结构，直径大小为100～300nm，所述纳米纤维绒织物聚间苯二甲酰间苯二胺/PVA复合丝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自清洁、自供电功能的壁虎仿生纳米纤维绒摩擦发电织物的制备方法，包括以下步骤：S1、将聚间苯二甲酰间苯二胺溶于有机溶剂中溶胀，加入第一助溶剂搅拌至溶解，获得聚间苯二甲酰间苯二胺溶液；S2、将聚乙烯醇于有机溶剂中，并加入第二助溶剂，搅拌溶解获得PVA溶液；S3、聚间苯二甲酰间苯二胺为岛，PVA为海，以通过共混纺丝法或共轭复合纺丝法得到聚间苯二甲酰间苯二胺/PVA复合丝；S4、以聚间苯二甲酰间苯二胺/PVA复合丝为经纱，以导电纱为纬纱，将其织成织物，用拉毛装置(例如钢针拉毛机)对织物进行揉抓，得到稳定致密的绒毛；S5、将绒毛部分先浸入凉水中进行溶胀，溶胀时不断搅拌，使PVA在水中充分分散，使水温升高并保温直到其溶解，即得到具有海岛结构的纳米纤维绒织物；S6、将纳米纤维绒织物浸渍于硅烷偶联剂(例如氟硅烷如全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅氧烷、全氟癸基三乙氧基硅烷)和/或硅氧烷(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS))处理剂中对其进行疏水处理，制得具有自清洁纳米纤维绒织物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S1中所述有机溶剂为酰胺类溶剂例如N,N二甲基乙酰胺(DMAC)，N,N
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二甲基甲酰胺等；和/或聚间苯二甲酰间苯二胺与有机溶剂的质量比为1:4～35，优选1:5～30，优选1:6～25，优选1:7～20，优选1:8～15；和/或步骤S1中所述助溶剂为氯化锂(LiCl)和/或氯化钙(CaCl2)；和/或步骤S1中所述聚间苯二甲酰间苯二胺与第一助溶剂的质量比为1:0.05～0.9，优选1:0.1～0.85，优选1:0.15～0.8，优选1:0.2～0.75，优选1:0.25～0.7，优选1:0.3～0.65，优选1:0.35～0.60，优选1:0.4～0.55，优选1:0.45～0.50。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤S1中所述聚间苯二甲酰间苯二胺的分子量为1800～30000，优选2000～28000，优选3000～25000，优选5000～22000，优选6000～20000，优选7000～18000，优选8000～15000，例如10000、12000或13000；和/或所述步骤S1中溶胀温度和水浴搅拌温度为50℃～80℃，优选55～65℃，优选约60℃，溶胀时间为1～3h，优选1.5～2.5h。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的制备方法，其中步骤S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐思峻，冯玲玲，冯俊丹，张成蛟，姚理荣，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：