本發明屬于功能纖維,具體涉及一種一種基于宏量制備有機微納光熱共晶體材料的功能纖維紡絲制備方法。
背景技術:
1、有機光熱材料具有高效的光熱轉換效率,并且具備可裁剪的分子結構、可低溫溶液處理和可調控的物理化學性能等特點。這些特性使得它們在低成本、輕薄、柔性光電器件領域具有重要的科研和商業應用價值。然而,基于單分子體系的有機光熱材料設計復雜,制備繁瑣,這給實際應用帶來了挑戰(參見文獻:adv.sci.2023,10,2206830)。有機共晶因其獨特的分子排列方式和多組分間的協同效應,能夠保留單一組分的屬性并獲得新穎的光電性質(參見文獻:angew.chem.int.ed.2022,61,e202202571)。然而,具有高結晶度和規則形貌的有機光熱共晶材料產量極低,目前僅能實現毫克級別的合成,工業化連續性宏量制備困難(參見文獻:adv.mater.2019,31,1902328)。因此,設計開發可宏量制備有機近紅外光熱共晶材料的方法迫在眉睫。
技術實現思路
1、為了解決上述存在的技術問題,本申請提供如下技術方案:
2、本發明提出了一種有機近紅外光熱共晶材料的連續、宏量化制備方法及應用。針對現有技術的局限性,通過濕法紡絲來實現有機光熱材料從微觀到宏觀的轉變,成功克服了有機微納晶體難以連續宏量制備的困難。
3、本發明提供一種基于宏量制備有機微納光熱共晶體材料的功能纖維紡絲制備方法,包括如下步驟:
4、遴選具有π共軛結構的稠環類小分子、四硫富瓦烯及其衍生物、聯苯胺類分子為電子給體,具有氰基、苯醌、苯酐結構的有機共軛小分子為電子受體,以1:1~1:4的摩爾比準確稱量電子給、受體,將其加入到合適的有機溶劑中進行充分混合,得到濃度為0.1mmol/l~10mmol/l的電子給受體儲備液,再加入15~25wt%的聚合物,在常溫(25±5℃)、磁力攪拌條件下處理至聚氨酯完全溶解,得到濕法紡絲溶液;
5、優選的,將所述紡絲液進行濕法紡絲,通過調控濕法紡絲技術參數:牽伸比1:0.1~1:10,擠出速度1~20ml/h,針孔孔徑14~20g,凝固浴溫度5~50℃,實現有機光熱共晶材料在纖維成型過程的限域自組裝和宏量制備,構筑基于有機光熱共晶材料的新型蓄熱纖維。
6、優選的,本發明所述電子給體選自n,n-二甲基-2-萘胺,萘,苯并[c]菲,苯并[a]菲,菲,暈苯,三亞苯,苯并(a)蒽,7,12-二甲基苯并[a]蒽,蒽,1,12-苯并苝,苝,二苯并(a,h)芘,苯并[e]芘,苯并[a]芘,芘,二苯并噻吩,苯并[1,2-b:4,5-bˋ]二噻吩,苯并萘(1,2-d)噻唑,四硫富瓦烯,硫富瓦烯苯甲酸,四硫富瓦烯四苯甲醛,二苯并四硫富瓦烯,聯苯胺,3,3',5,5'-四甲基聯苯胺,n,n,n",n'-四甲基聯苯胺,4,4'-二碘-3,3'-二甲基聯苯,3,3'-二氨基聯苯胺或4,4'-二氨基-3,3'-二甲基聯苯。
7、優選的,本發明所述電子受體選自鄰四氯苯醌,四氯苯醌,四氟對苯醌,四溴對苯醌,四碘苯醌,1,2,4,5-四氰基苯,7,7,8,8-四氰基苯醌二甲烷,2-氟-7,7,8,8-四氰基醌二甲烷,2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基對苯醌,2,5-二氟-7,7,8,8-四氰基苯醌二甲烷,2,3,5,6-四氟對苯二甲腈,四氯間苯二腈,4,5-二氯鄰苯二甲腈,3,4,5,6-四氟鄰苯二腈,苯酐,四溴鄰苯二甲酸酐,3,4,5,6-四氟苯酐或四氯苯二甲酸酐。
8、優選的,所述的有機溶劑為二甲基亞砜、n,n-二甲基甲酰胺、乙腈、二氯甲烷、四氫呋喃和三氯甲烷中一種或其混合溶液。
9、優選的,所述的紡絲液中,聚合物選自聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯、熱塑型聚氨酯、水性聚氨酯、尼龍、腈綸、醋酸纖維素和錦綸中的一種或其混合物。
10、優選的,所述的宏量制備方法,其凝固浴選自水、醇類、乙腈、中的一種或其混合溶劑,
11、優選的,所述凝固浴還含有酸性或堿性添加劑。
12、進一步地,本發明所述的凝固浴所選用的酸性添加劑為硫酸、硫酸鈉、鹽酸中的一種或多種混合物。
13、進一步地,本發明所述的凝固浴所選用的堿性添加劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水中的一種或多種混合物。
14、本發明從分子結構和能級匹配方面遴選出具有π-共軛分子結構的稠環類小分子、四硫富瓦烯及其衍生物、聯苯胺類分子為電子給體,以具有氰基、苯醌、苯酐等結構的有機共軛小分子為電子受體,通過紡絲化學策略實現了有機近紅外光熱共晶材料的原位生長和連續化制備。在濕法紡絲的過程中,當聚氨酯基底材料與凝固浴中的水接觸時,交聯形成纖維,同時,給體和受體原材料在電荷轉移作用力的驅動下在纖維的表面和內部原位生長成有機微納共晶材料,隨著纖維連續成形并被纖維收集器收集,有機微納共晶材料也被連續化制備生產。
15、本發明的技術方案相比現有技術具有以下優點:
16、(1)本發明基于共晶工程,采用有機給、受體材料,通過濕法紡絲工藝,在聚氨酯纖維的內部和表面原位制備有機近紅外光熱共晶材料,避免了繁冗復雜的分子設計和合成過程。
17、(2)本發明提供了一種有機近紅外光熱共晶材料的連續、宏量化制備方法,克服了有機微納共晶產量低、無法工業化生產的困難。
1.一種基于宏量制備有機微納光熱共晶體材料的功能纖維紡絲制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
2.如權利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述電子給體選自n,n-二甲基-2-萘胺,萘,苯并[c]菲,苯并[a]菲,菲,暈苯,三亞苯,苯并(a)蒽,7,12-二甲基苯并[a]蒽,
3.如權利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述電子受體選自鄰四氯苯醌,四氯苯醌,四氟對苯醌,四溴對苯醌,四碘苯醌,1,2,4,5-四氰基苯,7,7,8,8-四氰基苯醌二甲烷,2-氟-7,7,8,8-四氰基醌二甲烷,2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基對苯醌,2,5-二氟-7,7,8,8-四氰基苯醌二甲烷,2,3,5,6-四氟對苯二甲腈,四氯間苯二腈,4,5-二氯鄰苯二甲腈,3,4,5,6-四氟鄰苯二腈,苯酐,四溴鄰苯二甲酸酐,3,4,5,6-四氟苯酐或四氯苯二甲酸酐。
4.如權利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述有機溶劑為二甲基亞砜、n,n-二甲基甲酰胺、乙腈、二氯甲烷、四氫呋喃和三氯甲烷中一種或多種。
5.如權利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述濕法紡絲溶液中,聚合物選自聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯、熱塑型聚氨酯、水性聚氨酯、尼龍、腈綸、醋酸纖維素和錦綸中的一種或多種。
6.如權利要求1所述的制備方法,其特征在于,凝固浴選自水、醇類和乙腈中的一種或其混合溶劑。
7.如權利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述凝固浴中還含有酸性添加劑或堿性添加劑。
8.如權利要求7所述的制備方法,其特征在于,所述酸性添加劑選自硫酸、硫酸鈉和鹽酸中的一種或多種混合物。
9.如權利要求7所述的制備方法,其特征在于,所述堿性添加劑選自氫氧化鈉、氫氧化鉀和氨水中的一種或多種混合物。