一种基于碳化钛纳米片的被动辐射加热纺织品及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于碳化钛纳米片的被动辐射加热纺织品及其制备方法。采用氟化锂/盐酸混合溶液对钛碳化铝粉末在恒温水浴中进行刻蚀，将反应物水洗至中性，超声离心后取上层液即为单层碳化钛纳米片；对碱处理后的织物进行单侧喷涂，得到一种基于碳化钛纳米片的被动辐射加热纺织品。本发明专利技术利用碳化钛优异的低中红外发射性能，通过对织物进行简单修饰构筑出智能可穿戴加热系统，使其在没有外加电源的情况下对人体进行精准高效加热，同时又具有耐洗、透湿透气、防污等多种服用性能；在满足人们日常穿着需求的同时有具有良好的保温隔热性能，有利于功能化纳米材料在智能穿戴领域的进一步应用。一步应用。一步应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳化钛纳米片的被动辐射加热纺织品及其制备方法


[0001]本专利技术涉及碳化钛纳米片的制备方法及在纺织品上的应用，属于材料制备及应用


技术介绍

[0002]智能纺织品在个人热管理的基础研究和实际应用中都有很大的前景，这归因于其灵活性、穿着舒适性、机械耐久性、延伸性和节能(参见文献：Nature 2021, 591, 241)。然而，大多数被动辐射加热纺织品依赖于具有理想中红外反射率的金属纳米线，由于其合成复杂、成本高，并威胁人类健康，在实际应用中仍然面临巨大挑战(参见文献：Nat. Commun. 2017, 8, 496)。目前，具有新型二维(2D)微/纳米结构的典型MXene纳米材料展示了出色的光电特性，如溶液处理能力、可调谐能量结构、强大的机械性能、透明度、饱和吸收和高导电性，使其成为柔性和可穿戴设备的有前途的候选原料(参见文献：Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 26528)。此外，MXene (Ti3C2T
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)还具有较强的局部表面等离子体共振(LSRP)效应，在太阳光谱中具有较强的吸收和较低的中红外发射率(参见文献：Adv. Funct. Mater, 2020, 30, 2000712)，这有利于被动的个人热管理。因此，在PTM中引入2D MXene为满足实用可穿戴供暖系统的人体热舒适提供了新的机会，这是一个尚未开发的领域。
[0003]目前，涤纶织物因其价格低廉、强度高、耐磨性好广泛应用在人们的日常生活中。但由于其大分子主链上缺乏极性基团，吸湿性差、透气性差，在使用过程中发生摩擦易产生静电，因此给人们带来了极大的困扰。而通过碱减量能赋予涤纶真丝般的光泽，同时在一定程度上也能使涤纶在后整理以及改性过程中更好地与材料贴合，从而拓宽涤纶的多功能应用范围。然而，现有的基于金属纳米线的被动辐射加热纺织品在应用中存在制备过程复杂、容易从织物上脱落、对人体健康有潜在的威胁的等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种成本低廉、制备简单，可实现快速热响应，隔热保暖的同时又具有多种服用性能集成、基于碳化钛纳米片的被动辐射加热的轻量化保暖纺织品及其制备方法。
[0005]实现本专利技术目的技术方案是提供一种基于碳化钛纳米片的被动辐射加热纺织品的制备方法，包括以下步骤：（1）按质量浓度5～10 %配制氟化锂和盐酸的混合溶液；（2）按质量浓度为5～10 %的钛碳化铝加入步骤（1）混合溶液中，在40～50 ℃的条件下反应24～36 h，得到产物；（3）将步骤得到的（2）反应产物水洗至中性，用无水乙醇超声处理30～60 min后离心处理，再分散在去离子水中超声处理30～60 min后，在转速为2500～4000转/分的条件下离心处理20～40 min后取上层液即为单层碳化钛纳米片分散液；（4）将步骤（3）制备的碳化钛纳米片分散液稀释成整理液，对经过碱处理的基材进
行单侧喷涂整理，得到被动辐射加热纺织品。
[0006]步骤（4）中，所述的基材为涤氨复合织物，按质量比涤纶：氨纶为70～80:30～20；所述碱处理的碱液质量百分浓度为1～3 %；所述整理液的碳化钛纳米片分散液质量百分浓度为0.1～1 %；所述单侧喷涂整理的工艺条件为整理液负载量10～40 wt%，烘干温度30～100 ℃，烘干时间30～300 s。
[0007]本专利技术技术方案还包括按上述制备方法得到的一种基于碳化钛纳米片的被动辐射加热纺织品。
[0008]本专利技术技术方案中，由于对基材预先进行碱处理，使纤维大分子表面暴露出大量羟基后与碳化钛纳米片形成氢键以在纤维上形成紧密贴合的碳化钛薄膜；同时选用的涤氨复合织物与普通纯涤纶相比能够赋予本专利技术优异的弹性、柔性和机械强度以实现对人体简单便携、精准高效的加热。
[0009]本专利技术提供的碳化钛纳米片用于制备在具备优异隔热效果的同时又兼具多种服用性能的被动辐射加热纺织品，构建成智能可穿戴加热系统，对人体进行精准高效加热，它与模拟皮肤之间的温度最高可达57.4 ℃。
[0010]与现代技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种无需额外电源就能发热的智能纺织品的制备方法，利用成本低廉，制备简便的喷涂工艺对普通涤氨织物进行整理构筑智能可穿戴加热系统，实现了快速热响应、隔热保暖同时具备透湿透气、防污等多种服用性能。本专利技术提供的被动辐射加热纺织品思路可以满足人们日常穿着需求的同时又无需外部能量下进行自发热，制备方法简便、设备要求低，有利于工业化生产。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例1所制备的被动辐射加热纺织品的扫描电镜图。
[0012]图2为本专利技术实施例1所制备的被动辐射加热纺织品的X射线衍射图。
[0013]图3为本专利技术实施例1所制备的不同整理液浓度被动辐射加热纺织品覆盖在模拟皮肤上的未喷涂一侧的实时升温曲线图。
[0014]图4为本专利技术实施例1所制备的被动辐射加热纺织品与普通黑色涤纶、麦拉毯、泛热织物、未处理涤氨织物、白棉织物的中红外光学性能对比图。
[0015]图5为本专利技术实施例1所制备的被动辐射加热纺织品与普通黑色涤纶、麦拉毯、泛热织物、未处理涤氨织物、白棉织物覆盖在模拟人体皮肤的30分钟内的实时升温情况对比图。
[0016]图6为本专利技术实施例1所制备的被动辐射加热纺织品与白棉织物覆盖在人体手臂上30分钟内实时升温情况对比图。
[0017]图7为本专利技术实施例1所制备的被动辐射加热纺织品的服用性能检测结果。
实施方式
[0018]本专利技术将通过以下附图和实施例对技术方案作进一步的阐述。
实施例1
[0019]使用聚四氟乙烯烧杯配置9 mol/l盐酸溶液20 ml，称取1 g氟化锂溶于盐酸溶液
中磁力搅拌10分钟使其充分溶解，在十五分钟内将1 g钛碳化铝粉末（400目）缓慢加入氟化锂/盐酸溶液中，控制粉末添加速度以防止产生大量气泡，在45 ℃的温度下磁力搅拌30小时。反应完成后，将反应产物离心、并用去离子水洗涤数次至pH＞6，将沉淀分散在100 ml无水乙醇中，超声30分钟后离心。再将此时得到的沉淀分散在100 ml去离子水中，超声30分钟。最后经过3500转离心20分钟后取得上层碳化钛单层分散液(1 %)。
[0020]配置质量百分数为2 %的碱液，在98 ℃条件下对涤氨织物进行碱处理30分钟，烘干后待用，经碱处理后的涤氨织物的减量率为18.6 %。
[0021]将所制备的碳化钛稳定性分散液稀释到0.8 %，对涤氨织物进行单侧喷涂，喷涂量40 wt%，烘干温度70 ℃，烘干时间120 s，得到具有快速热响应、隔热保暖、无需额外能量的被动辐射加热纺织品。
[0022]参见附图1，为本实施例制备的被动辐射加热纺织品的扫描电镜图：(a)图为碱处理织物扫描电镜图像；(b)图和(c)图为被动辐射加热织物在低和高倍率下的扫描电镜图像；(d)图为被动辐射加织物能谱图；(e)图分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳化钛纳米片的被动辐射加热纺织品的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）按质量浓度5～10 %配制氟化锂和盐酸的混合溶液；（2）按质量浓度为5～10 %的钛碳化铝加入步骤（1）混合溶液中，在40～50 ℃的条件下反应24～36 h，得到产物；（3）将步骤得到的（2）反应产物水洗至中性，用无水乙醇超声处理30～60 min后离心处理，再分散在去离子水中超声处理30～60 min后，在转速为2500～4000转/分的条件下离心处理20～40 min后取上层液即为单层碳化钛纳米片分散液；（4）将步骤（3）制备的碳化钛纳米片分散液稀释成整理液，对经过碱处理的基材进行单侧喷涂整理，得到被动辐射加热纺织品。2.根据权利要求1所述的一种基于碳化钛纳米片的被动辐射加热纺织品的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑敏，董欣欣，王作山，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：